《發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造與維修》課件第1章

第1章發(fā)動(dòng)機(jī)基本知識(shí)1.1發(fā)動(dòng)機(jī)的基本工作原理

1.2發(fā)動(dòng)機(jī)的總體構(gòu)造與型號(hào)編制規(guī)則

1.3發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)與熱平衡

1.4四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣

1.5汽油機(jī)可燃混合氣的形成與燃燒

1.6柴油機(jī)可燃混合氣的形成與燃燒

1.7發(fā)動(dòng)機(jī)特性

1.1發(fā)動(dòng)機(jī)的基本工作原理

1.1.1四沖程汽油機(jī)的工作原理

1.基本結(jié)構(gòu)如圖1－1所示，單缸四沖程汽油機(jī)由油路、進(jìn)氣門、火花塞、排氣門、凸輪軸、氣門彈簧、氣缸蓋、活塞、氣缸、連桿、曲軸、曲軸箱、噴油器、空氣濾清器等組成。

圖1-1單缸四沖程汽油機(jī)構(gòu)造示意圖

2.常用術(shù)語(yǔ)

(1)上、下止點(diǎn)：如圖1-2所示，活塞頂部離曲軸回轉(zhuǎn)中心最遠(yuǎn)的位置稱為上止點(diǎn)；活塞頂部離曲軸回轉(zhuǎn)中心最近的位置稱為下止點(diǎn)。

圖1-2發(fā)動(dòng)機(jī)常用術(shù)語(yǔ)示意圖

(2)活塞行程：指上、下止點(diǎn)間的距離S。曲軸的回轉(zhuǎn)半徑R稱為曲柄半徑，顯然S＝2R。曲軸每轉(zhuǎn)一周，活塞移動(dòng)兩個(gè)行程。

(3)氣缸工作容積:指上、下止點(diǎn)間所包容的氣缸容積，用Vh表示,其單位是升（L）。多缸發(fā)動(dòng)機(jī)各缸工作容積的總和稱為發(fā)動(dòng)機(jī)工作容積（俗稱發(fā)動(dòng)機(jī)排量），用VL表示。若發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸數(shù)為i，

則

VL＝iVh

(4)燃燒室容積:指活塞在上止點(diǎn)時(shí)，活塞頂部上方的容積，用Vε表示。

(5)氣缸總?cè)莘e：指活塞在下止點(diǎn)時(shí)，活塞頂部上方的整個(gè)空間，用Va表示。氣缸總?cè)莘e等于氣缸工作容積與燃燒室容積之和，即

Va＝Vh+Vε

(6)壓縮比：指氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比，用ε表示。它表示活塞由下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)時(shí)，氣缸內(nèi)氣體被壓縮的程度。壓縮比越大，則壓縮終了時(shí)氣缸內(nèi)氣體的壓力和溫度就越高。汽油機(jī)的壓縮比一般為8～10，柴油機(jī)的壓縮比一般為16～22。

3.工作原理四沖程汽油機(jī)的工作循環(huán)是由進(jìn)氣、壓縮、作功和排氣四個(gè)行程組成的。圖1-3為單缸四沖程汽油機(jī)的工作循環(huán)示意圖。

1)進(jìn)氣行程活塞在曲軸帶動(dòng)下從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng),此時(shí)，進(jìn)氣門開啟，排氣門關(guān)閉，如圖1-3(a)所示。在活塞移動(dòng)的過程中，氣缸內(nèi)容積逐漸增大，形成一定真空度，將可燃混合氣吸入氣缸。由于進(jìn)氣系統(tǒng)有阻力，進(jìn)氣終了時(shí)氣缸內(nèi)氣體的壓力約為0.08～0.09MPa。可燃混合氣被氣缸壁、活塞等高溫零件及前一個(gè)循環(huán)留下的高溫殘余廢氣加熱，其溫度可升高到370～400K。

圖1-3單缸四沖程汽油機(jī)的工作循環(huán)示意圖

2)壓縮行程進(jìn)氣行程結(jié)束后，活塞在曲軸的帶動(dòng)下，從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，進(jìn)、排氣門均關(guān)閉，如圖1-3(b)所示。隨著活塞的移動(dòng)，氣缸容積不斷減小，氣缸內(nèi)的可燃混合氣不斷被壓縮，其溫度、壓力同時(shí)升高。壓縮終了時(shí)，氣缸內(nèi)的壓力約為0.6～1.2MPa，溫度可達(dá)600～700K。

3)作功行程壓縮行程接近終了時(shí)(見圖1-3(c))，安裝在氣缸蓋上的火花塞產(chǎn)生電火花點(diǎn)燃可燃混合氣，可燃混合氣迅速燃燒，氣體的溫度、壓力迅速升高并膨脹，從而推動(dòng)活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，通過連桿使曲軸旋轉(zhuǎn)并輸出機(jī)械能。此時(shí)，進(jìn)、排氣門仍然關(guān)閉。在作功行程中，燃燒氣體的最高壓力可達(dá)5～9MPa，最高溫度可達(dá)2200～2800K。隨著活塞向下止點(diǎn)移動(dòng)，氣缸容積不斷增大，氣體壓力和溫度逐漸下降。在作功行程結(jié)束時(shí)，壓力約為0.35～0.5MPa，

溫度約為1300～1600K。

4)排氣行程作功行程終了時(shí)，排氣門打開，進(jìn)氣門仍然關(guān)閉，曲軸通過連桿推動(dòng)活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)(見圖1-3(d))，廢氣在自身剩余壓力和活塞的推動(dòng)下，被排出氣缸。當(dāng)活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)，排氣過程結(jié)束，排氣門關(guān)閉。排氣行程結(jié)束時(shí)，在燃燒室內(nèi)殘留少量廢氣，稱為殘余廢氣。因?yàn)榕艢庀到y(tǒng)有阻力，所以此時(shí)殘余廢氣的壓力比大氣壓力略高，約為0.105～0.12MPa，溫度約為900～1200K。排氣行程終了表示一個(gè)工作循環(huán)的結(jié)束，即下一個(gè)工作循環(huán)的開始。

1.1.2四沖程柴油機(jī)的工作原理四沖程柴油機(jī)和四沖程汽油機(jī)一樣，每個(gè)工作循環(huán)也是由進(jìn)氣、壓縮、作功和排氣四個(gè)行程組成的。但由于柴油機(jī)使用的燃料是柴油，其粘度比汽油大，不易蒸發(fā)，其自燃溫度卻比汽油低，故可燃混合氣的形成及著火方式等與汽油機(jī)有很大區(qū)別。單缸四沖程柴油機(jī)的工作原理如圖1-4所示。

圖1-4單缸四沖程柴油機(jī)工作的原理(a)進(jìn)氣行程；(b)壓縮行程；(c)作功行程；(d)排氣行程1—噴油器；2—排氣門；3—進(jìn)氣門；4—?dú)飧祝?—噴油泵；

6—活塞；7—連桿；

8—曲軸

1)進(jìn)氣行程在柴油機(jī)進(jìn)氣行程中，進(jìn)入氣缸的是純空氣。由于柴油機(jī)進(jìn)氣阻力較小，殘余廢氣的溫度較低，因此進(jìn)氣行程結(jié)束時(shí)氣缸內(nèi)氣體的壓力較高，約為0.085～0.095MPa，溫度約為310～340K。

2)壓縮行程柴油機(jī)壓縮的是純空氣，且由于柴油機(jī)壓縮比高，壓縮終了的溫度和壓力都比汽油機(jī)高，壓力可達(dá)3～5MPa，溫度可達(dá)800～1000K。

3)作功行程作功行程與汽油機(jī)有很大不同，在柴油機(jī)壓縮行程接近終了時(shí)，噴油泵將高壓柴油經(jīng)噴油器呈霧狀噴入氣缸內(nèi)的高溫空氣中，迅速汽化并借助于空氣的渦流運(yùn)動(dòng)，與空氣形成可燃混合氣。此時(shí)，氣缸內(nèi)的溫度遠(yuǎn)高于柴油的自燃溫度(約500K左右)，柴油立即自行著火燃燒，且此后一段時(shí)間內(nèi)邊噴油邊燃燒，氣缸內(nèi)的壓力、溫度急劇升高，推動(dòng)活塞下行作功。此行程中，瞬時(shí)壓力可達(dá)6～10MPa，瞬時(shí)溫度可達(dá)1800～2200K；作功行程終了時(shí)，壓力約為0.2～0.4MPa，

溫度約為1200～1500K。

4)排氣行程柴油機(jī)的排氣行程與汽油機(jī)的基本相同。排氣終了時(shí)，氣缸的內(nèi)壓力約為0.105～0.12MPa，溫度約為800～1000K。從上述兩種發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)可知：在四個(gè)行程中，只有作功行程產(chǎn)生動(dòng)力，其它三個(gè)行程是為作功行程做準(zhǔn)備工作的輔助行程。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的第一個(gè)循環(huán)時(shí)，必須有外力使曲軸旋轉(zhuǎn)完成進(jìn)氣、壓縮行程。發(fā)動(dòng)機(jī)完成作功行程后，可依靠曲軸和飛輪儲(chǔ)存的能量自行完成三個(gè)輔助行程，使發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)不斷地持續(xù)下去。

1.2發(fā)動(dòng)機(jī)的總體構(gòu)造與型號(hào)編制規(guī)則1.2.1發(fā)動(dòng)機(jī)的總體構(gòu)造

1.曲柄連桿機(jī)構(gòu)曲柄連桿機(jī)構(gòu)主要由氣缸體、曲軸箱、氣缸蓋、活塞、連桿、曲軸和飛輪等組成。其功用是將燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)變?yōu)榛钊耐鶑?fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能,再通過連桿將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而對(duì)外輸出動(dòng)力。

2.配氣機(jī)構(gòu)

配氣機(jī)構(gòu)主要由進(jìn)氣門、排氣門、搖臂、推桿、凸輪軸和凸輪軸正時(shí)齒輪等組成。其功用是使可燃混合氣或空氣適時(shí)充入氣缸并及時(shí)從氣缸排出廢氣。

3.燃料供給系化油器式汽油供給系主要由汽油箱、汽油泵、汽油濾清器、化油器、空氣濾清器、進(jìn)排氣歧管、排氣消聲器等組成。電子控制汽油噴射系統(tǒng)主要由汽油箱、電動(dòng)汽油泵、汽油濾清器、壓力調(diào)節(jié)器、噴油器、空氣濾清器、空氣流量計(jì)或進(jìn)氣壓力傳感器、水溫傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器、曲軸位置傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、氧傳感器、電子控制單元(ECU)、怠速控制閥、進(jìn)排氣歧管、排氣消聲器等組成。

高壓油泵-噴油器的柴油機(jī)燃料供給系主要由柴油箱、柴油濾清器、輸油泵、噴油泵、噴油器、空氣濾清器、進(jìn)排氣歧管、排氣消聲器等組成。柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)分為位置控制式（第一代）、時(shí)間控制式（第二代）和共軌控制式（第三代）三種類型。共軌控制式主要由加速踏板位置傳感器、油泵壓力傳感器、電子控制單元(ECU)、燃油壓力傳感器、共軌管、三通閥、高壓油泵、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器等組成。燃料供給系的功用是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作要求，定時(shí)、定量、定壓提供最佳濃度的可燃混合氣。

4.潤(rùn)滑系

潤(rùn)滑系主要由機(jī)油泵、集濾器、限壓閥、潤(rùn)滑油道、機(jī)油濾清器、油底殼等組成。其功用是減小摩擦力，減緩機(jī)件磨損，并部分地冷卻摩擦零件，清洗摩擦表面。

5.冷卻系冷卻系主要由散熱器、風(fēng)扇、水泵、水套等組成。其功用是將機(jī)件多余的熱量散發(fā)到大氣中，以保持發(fā)動(dòng)機(jī)正常的工作溫度。

6.點(diǎn)火系點(diǎn)火系由火花塞、點(diǎn)火線圈、電子點(diǎn)火控制器或分電器、電子控制單元、高低壓電路等組成。其功用是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作要求，定時(shí)點(diǎn)燃可燃混合氣。柴油機(jī)無點(diǎn)火系。

7.起動(dòng)系

起動(dòng)系主要由起動(dòng)機(jī)及其附屬裝置組成。其功用是使靜止的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)并轉(zhuǎn)入自行運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖1-5上海別克君威轎車2.5L發(fā)動(dòng)機(jī)前剖面圖

圖1-6上海別克君威轎車2.5L發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)剖面圖

圖1-7WD615增壓中冷柴油機(jī)縱、橫剖視面圖(a)縱剖面圖；

(b)橫部面圖

1.2.2發(fā)動(dòng)機(jī)的型號(hào)編制規(guī)則

GB/T725—1991規(guī)定，發(fā)動(dòng)機(jī)的型號(hào)由阿拉伯?dāng)?shù)字（以下簡(jiǎn)稱數(shù)字）、漢語(yǔ)拼音字母（以下簡(jiǎn)稱字母）和GB1883中規(guī)定關(guān)于氣缸布置所規(guī)定的象形字符號(hào)組成。發(fā)動(dòng)機(jī)的型號(hào)依次包括下列四部分：

1.首部首部由產(chǎn)品系列符號(hào)、換代標(biāo)志符號(hào)和地方及企業(yè)代號(hào)組成，它由制造廠根據(jù)需要自選相應(yīng)的字母來表示，但需主管部門或由主管標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)核準(zhǔn)。

2.中部中部由缸數(shù)符號(hào)、沖程符號(hào)、氣缸排列形式符號(hào)和缸徑符號(hào)組成。

3.后部后部由結(jié)構(gòu)特征符號(hào)和用途特征符號(hào)組成，它用字母表示。

4.尾部

尾部由區(qū)分符號(hào)組成。同一系列產(chǎn)品因改進(jìn)等原因需要區(qū)分時(shí)，由制造廠選用適當(dāng)?shù)姆?hào)來表示。發(fā)動(dòng)機(jī)的型號(hào)編制規(guī)則如圖1-8所示。

圖1-8發(fā)動(dòng)機(jī)的型號(hào)編制規(guī)則

【例1-1】汽油機(jī)的型號(hào)編制：

492Q——四缸、直列、四沖程、缸徑92mm、水冷、汽車用。

EQ6100Q—1——東風(fēng)汽車制造公司生產(chǎn)、直列、四沖程、六缸、缸徑100mm、水冷、汽車用、第一種變型產(chǎn)品。

【例1-2】柴油機(jī)的型號(hào)編制：

6135Q——6缸、直列、四沖程、缸徑135mm、水冷、車用。

12V135ZG——12缸、氣缸V型排列、四沖程、缸徑135mm、水冷、增壓、工程機(jī)械用。

12VE230ZCZ——12缸、氣缸V型排列、二行程、缸徑230mm、水冷、增壓、船用主機(jī)左機(jī)基本型。

1.2.3國(guó)外發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)的含義國(guó)外發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)無統(tǒng)一編制規(guī)則，由生產(chǎn)廠家自定。

1.日本豐田汽車公司發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)○□—□①②③①表示區(qū)分符號(hào)，用阿拉伯?dāng)?shù)字表示。②

表示系列，用一個(gè)或多個(gè)英文字母表示。

③表示結(jié)構(gòu)特征，用一個(gè)或多個(gè)英文字母表示。其中：E表示電子控制燃油噴射；T表示渦輪增壓；Z表示機(jī)械增壓；F表示頂置雙凸輪軸，由一根皮帶同時(shí)驅(qū)動(dòng)；G表示頂置雙凸輪軸，一根凸輪軸由一根皮帶驅(qū)動(dòng)，另一根凸輪軸由主動(dòng)凸輪軸驅(qū)動(dòng)。

【例1-3】1UZ—FE表示區(qū)分符號(hào)是1、UZ系列（V型8缸、進(jìn)排氣門采用可變配氣相位VVT—I的機(jī)構(gòu)）、頂置雙凸輪軸，由一根皮帶同時(shí)驅(qū)動(dòng)的電子控制燃油噴射的發(fā)動(dòng)機(jī)。

【例1-4】3UZ—FE除了區(qū)分符號(hào)是3外，其它字母的含義與1UZ—FE相同，但3UZ—FE發(fā)動(dòng)機(jī)的排量是4.3L,而1UZ—FE發(fā)動(dòng)機(jī)的排量是4.0L。

2.瑞典沃爾沃汽車公司發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)□□○□□①②③④⑤①表示所使用的燃料，用英文字母表示，F(xiàn)為汽油機(jī)，D為柴油機(jī)。②表示發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸布置的型式，用英文字母表示，H表示直列臥式，V表示氣缸V布置。③表示發(fā)動(dòng)機(jī)的排量，用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，單位是升（L）。④表示發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)型，用英文字母表示。⑤

表示發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率，用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，單位是馬力（匹）。

【例1-5】DH12D420表示柴油機(jī)、氣缸直列臥式、排量12L、經(jīng)改進(jìn)為D型、功率是420匹的發(fā)動(dòng)機(jī)。

3．奧地利斯太爾汽車公司發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)國(guó)產(chǎn)斯太爾重型汽車是引進(jìn)奧地利斯太爾918系列重型汽車技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)的，車用發(fā)動(dòng)機(jī)是WD615系列柴油機(jī)。WD61500表示的意思如下：

W表示水冷卻式的發(fā)動(dòng)機(jī)，D表示柴油機(jī)，6表示氣缸數(shù)量，15表示系列編號(hào)（單缸排量，

單位是ml），00表示機(jī)型變型編號(hào)。

4．美國(guó)康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)公司發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào) ○□□□○ ①②③④⑤①表示發(fā)動(dòng)機(jī)的缸數(shù)，用阿拉伯?dāng)?shù)字表示。②表示發(fā)動(dòng)機(jī)的系列代號(hào)，用英文字母表示。③表示廢氣渦輪增壓器，用英文字母T表示。④表示進(jìn)氣中間冷卻，用英文字母A表示。⑤表示發(fā)動(dòng)機(jī)的排量，用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，單位是升（L）。

【例1-6】東風(fēng)汽車公司生產(chǎn)的汽車EQ1108、EQ1118、EQ1141和EQ2100等車型使用美國(guó)康明斯柴油機(jī)6B5.9、6BT5.9、6BTA5.9，這三種柴油機(jī)表示的含義如下：

6B5.9表示B系列、6缸、自然吸氣、排量是5.9L的柴油機(jī)。

6BT5.9表示B系列、6缸、廢氣渦輪增壓、排量是5.9L的柴油機(jī)。

6BTA5.9表示B系列、6缸、廢氣渦輪增壓、進(jìn)氣中間冷卻、排量是5.9L的柴油機(jī)。

1.3發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)與熱平衡

1.3.1發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)

1.動(dòng)力性指標(biāo)動(dòng)力性指標(biāo)是表征發(fā)動(dòng)機(jī)作功能力大小的指標(biāo)。一般用發(fā)動(dòng)機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩、有效功率、轉(zhuǎn)速和平均有效壓力等作為評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性好壞的指標(biāo)。

(1)有效功率：發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)外輸出的功率，記作Pe，單位為kW。Pe可用臺(tái)架試驗(yàn)方法測(cè)定，也可用測(cè)功器測(cè)定有效轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，

然后用如下公式計(jì)算出：

（1-1）

(2)有效轉(zhuǎn)矩：發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)外輸出的轉(zhuǎn)矩，記作Me，單位為N·m。它可通過發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)來測(cè)定，也可用下式進(jìn)行計(jì)算:（1-2）

(3）平均有效壓力：發(fā)動(dòng)機(jī)單位氣缸工作容積發(fā)出的有效功，記作Ｐe。它從發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際輸出功的角度評(píng)定氣缸工作容積的利用率。對(duì)于氣缸工作總?cè)莘e和一定的發(fā)動(dòng)機(jī)，Ｐe值大，則其對(duì)外輸出的功多，扭矩大。所以，Ｐe是發(fā)動(dòng)機(jī)重要的動(dòng)力性能指標(biāo)。柴油機(jī)Ｐe值的一般范圍為588～980kPa；汽油機(jī)Ｐe值的一般范圍為588～1170kPa。

(4)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速：發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸每分鐘的回轉(zhuǎn)數(shù)，用n表示，單位為r／min。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的高低，關(guān)系到單位時(shí)間內(nèi)作功次數(shù)的多少或發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率的大小，即發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率隨轉(zhuǎn)速的不同而改變。因此，在說明發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率的大小時(shí)，必須同時(shí)指明其相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。在發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品標(biāo)牌上規(guī)定的有效功率及其相應(yīng)的轉(zhuǎn)速分別稱作標(biāo)定功率和標(biāo)定轉(zhuǎn)速。發(fā)動(dòng)機(jī)在標(biāo)定功率和標(biāo)定轉(zhuǎn)速下的工作狀況稱作標(biāo)定工況。標(biāo)定功率不是發(fā)動(dòng)機(jī)所能發(fā)出的最大功率，它是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)用途而制定的有效功率的最大使用限度。同一種型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)其用途不同時(shí)，其標(biāo)定功率值并不相同。

2.經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)

發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)包括有效熱效率和有效燃油消耗率等。(1)有效熱效率：燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)化為有效功的百分?jǐn)?shù)，記作ηe。這說明，為獲得一定數(shù)量的有效功所消耗的熱量越少，有效熱效率越高，發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性越好。

(2）有效燃油消耗率:發(fā)動(dòng)機(jī)每輸出1kW·h的有效功所消耗的燃油量，記作ge，單位為g/(kW·h)。有效燃油消耗率越低，

經(jīng)濟(jì)性越好。ge可用測(cè)功器與油耗儀來測(cè)定。

3．強(qiáng)化指標(biāo)

強(qiáng)化指標(biāo)是指發(fā)動(dòng)機(jī)承受熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷能力的評(píng)價(jià)指標(biāo)。評(píng)價(jià)指標(biāo)主要是升功率，記作PL。升功率是指發(fā)動(dòng)機(jī)在標(biāo)定工況下，單位發(fā)動(dòng)機(jī)排量輸出的有效功率。升功率大，表明每升氣缸工作容積發(fā)出的有效功率大，發(fā)動(dòng)機(jī)的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷都高。PL是從發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率出發(fā)，對(duì)其氣缸工作容積的利用率作總的評(píng)價(jià)。PL值愈大，則發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化程度愈高。提高PL的主要措施是提高Pe和n。柴油機(jī)PL值的一般范圍為11～25.8kW/L；汽油機(jī)PL值的一般范圍為22～55kW/L。

4.緊湊性指標(biāo)緊湊性指標(biāo)是用來表征發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)緊湊程度的指標(biāo)，通常用比容積和比質(zhì)量衡量。

(1)比容積：發(fā)動(dòng)機(jī)的外廓體積與其標(biāo)定功率的比值。

(2)比質(zhì)量：發(fā)動(dòng)機(jī)的干質(zhì)量與其標(biāo)定功率的比值。干質(zhì)量是指未加注燃油、機(jī)油和冷卻液的發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量。

比容積和比質(zhì)量越小，發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)越緊湊。

5.環(huán)境保護(hù)指標(biāo)

環(huán)境保護(hù)指標(biāo)主要指發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的排放量和噪聲分貝量。由于它關(guān)系到人類的健康及其賴以生存的環(huán)境，因此各國(guó)政府都制定出了嚴(yán)格的控制法規(guī)，這是控制機(jī)動(dòng)車排氣污染的有效措施。當(dāng)前，發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的排放量和噪聲分貝量已成為發(fā)動(dòng)機(jī)的重要性能指標(biāo)。

在發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的排放量方面，主要限制一氧化碳(CO)、碳?xì)浠衔?HC)、氮氧化合物(NOx)及除水以外的任何液體或固體微粒的排放量。目前，除了北京、上海和廣州新增車輛實(shí)施國(guó)Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)(見表1-1)，其他省市執(zhí)行國(guó)Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)施國(guó)Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)，能大幅降低新車的一氧化碳、碳?xì)浠衔?、氮氧化合物以及顆粒物等污染物的排放總量。據(jù)專家研究，7輛執(zhí)行國(guó)Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)的汽車，相當(dāng)于1輛化油器車的污染物排放量，14輛執(zhí)行國(guó)Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)的汽車，才相當(dāng)于1輛化油器車的污染物排放量。

表1-1

機(jī)動(dòng)車國(guó)Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)

機(jī)動(dòng)車國(guó)Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)的主要區(qū)別有以下幾方面：

(1)加嚴(yán)了污染物排放限值，平均污染物排放量削減50%以上。

(2)改變了部分試驗(yàn)規(guī)程。

(3)增加了-7℃低溫冷起動(dòng)試驗(yàn)要求和雙怠速試驗(yàn)內(nèi)容。

(4)增加了OBD系統(tǒng)及其功能的要求。OBD系統(tǒng)是OnBoardDiagnostics的縮寫，中文翻譯為“車載自動(dòng)診斷系統(tǒng)”。這個(gè)系統(tǒng)將從發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀況隨時(shí)監(jiān)控汽車的尾氣是否超標(biāo)，若超標(biāo)，則會(huì)馬上發(fā)出警示。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，故障燈或檢查發(fā)動(dòng)機(jī)警告燈亮，同時(shí)動(dòng)力總成控制模塊（PCM）將故障信息存入存儲(chǔ)器。根據(jù)故障碼的提示，維修人員能迅速、準(zhǔn)確地確定故障的性質(zhì)和部位。

(5)增加了在用車符合性檢查及其判定規(guī)程。

(6)對(duì)試驗(yàn)用燃料提出了更嚴(yán)格的要求。噪聲是指對(duì)人的健康造成不良影響及對(duì)學(xué)習(xí)、工作和休息等正常活動(dòng)發(fā)生干擾的聲音。由于汽車是城市中的主要噪聲源之一，而發(fā)動(dòng)機(jī)又是汽車的主要噪聲源，因此控制發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲就顯得十分重要。我國(guó)機(jī)動(dòng)車噪聲控制的范圍在90～115dB之間。

6.可靠性指標(biāo)可靠性指標(biāo)是表征發(fā)動(dòng)機(jī)在規(guī)定的使用條件下，正常持續(xù)工作能力的指標(biāo)?？煽啃杂卸喾N評(píng)價(jià)方法，如首發(fā)故障行駛里程、平均故障間隔里程、主要零件的損壞率等。

7.耐久性指標(biāo)

耐久性指標(biāo)是指發(fā)動(dòng)機(jī)的主要零件磨損到不能繼續(xù)正常工作的極限時(shí)間，通常用發(fā)動(dòng)機(jī)的大修里程，即發(fā)動(dòng)機(jī)從出廠到第一次大修之間汽車行駛的里程數(shù)來衡量。大修里程的長(zhǎng)短與發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、強(qiáng)化程度、零件的材料及加工精度和使用條件等諸多因素有密切關(guān)系。

1.3.2發(fā)動(dòng)機(jī)的熱平衡在發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸中，燃料燃燒后所放出的總熱量，只有25%～40%轉(zhuǎn)化為有效功。其他部分均以不同方式散失于外界。燃料燃燒發(fā)出的總熱量在有效功和各種損失之間的分配利用情況，稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的熱平衡。它通常由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。研究熱平衡對(duì)改善發(fā)動(dòng)機(jī)的熱力過程與設(shè)計(jì)、使用都有重要的意義。燃料燃燒發(fā)出的總熱量QI大體分配如下：

(1)化為有效功的熱量Qe。Qe愈大，即轉(zhuǎn)化為有效功的熱量愈多，發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率愈高。對(duì)于汽油機(jī)，Qe與QI的比值為20%～30%；對(duì)于柴油機(jī)，Qe與QI的比值為30%～40%。

(2)傳遞給冷卻介質(zhì)的熱量Qs。冷卻介質(zhì)指冷卻水或冷卻空氣以及潤(rùn)滑油等。在這部分損失的熱量中，包括工作循環(huán)中的工質(zhì)向氣缸壁及燃燒室壁的傳熱損失，廢氣通過排氣道時(shí)傳給冷卻介質(zhì)的熱量，由機(jī)械摩擦產(chǎn)生而傳給冷卻介質(zhì)的熱量。

(3)廢氣帶走的熱量Qr。廢氣排出時(shí)，溫度很高，所以廢氣帶走的熱量占大多數(shù)。對(duì)于汽油機(jī)，Qr與QI的比值為40%～45%；對(duì)于柴油機(jī)，Qr與QI的比值為是35%～40%。柴油機(jī)的燃?xì)馀蛎洺浞?，排氣溫度低。所以，柴油機(jī)廢氣帶走的熱量比汽油機(jī)的少。

(4)其它熱損失QL。這部分包括所有未計(jì)及的熱損失，如輻射熱損失、不完全燃燒損失等。QL與QI的比值約為5%。1.3.3機(jī)械損失

1.機(jī)械損失的組成

1)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)件的摩擦損失摩擦損失約占整個(gè)機(jī)械損失的60%～75%。在摩擦損失中，活塞和活塞環(huán)與氣缸壁間的摩擦所占比例最大。因其摩擦面積大，相對(duì)速度高，潤(rùn)滑又不好；其次是軸承與軸頸之間的摩擦；氣門傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦等。

2)驅(qū)動(dòng)附屬機(jī)構(gòu)的損耗這部分損失約占全部損失的10%～20%。它包括驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)、冷卻水泵、風(fēng)扇、機(jī)油泵、

噴油泵、調(diào)速器、點(diǎn)火裝置等的損耗。

3)泵氣損失進(jìn)、排氣過程所消耗的功在測(cè)定機(jī)械損失時(shí)很難分離出去，所以把它包括在機(jī)械損失中。它約占全部機(jī)械損失的10%～20%。機(jī)械損失功率可通過發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)測(cè)定。

常用的試驗(yàn)方法有倒拖法和滅缸法。

2.機(jī)械效率

有效功率Pe和指示功率Pi(在單位時(shí)間內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)完成一個(gè)工作循環(huán)工質(zhì)對(duì)活塞所作的功)的比值，稱為機(jī)械效率，記作ηm。

ηm用于比較各種不同發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械損失大小。ηm值愈高，說明機(jī)械損失愈小，發(fā)動(dòng)機(jī)性能愈好。

3.影響機(jī)械損失的主要因素

1)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n升高時(shí)，機(jī)械損失的各組成部分均有顯著的增加。n升高，各摩擦面間的相對(duì)速度加大，而且運(yùn)動(dòng)件的慣性力加大，使活塞的側(cè)壓力和軸承負(fù)荷增加，因此，機(jī)械損失增加。

2)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷通常是指發(fā)動(dòng)機(jī)的阻力矩大小。由于平均有效壓力正比于扭矩，故常用它來表示負(fù)荷。有時(shí)也用功率或其百分?jǐn)?shù)來表示負(fù)荷。由于機(jī)械損失的主要成分是摩擦損失，而摩擦損失主要取決于機(jī)件的相對(duì)運(yùn)用速度，故轉(zhuǎn)速一定由負(fù)荷減少（發(fā)動(dòng)機(jī)的阻力矩減少，相應(yīng)地減少油門開度）時(shí)，機(jī)械損失的有效功率基本不變，而指示功率減少很多，使發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率下降。當(dāng)有效功率為零時(shí)，指示功率全部用來克服機(jī)械損失的功率，機(jī)械效率為零。

3)潤(rùn)滑油的品質(zhì)和冷卻液的溫度潤(rùn)滑油的粘度直接影響摩擦損失的大小。粘度大，摩擦損失大，但其承載能力強(qiáng)，易于保持液體潤(rùn)滑狀態(tài)。潤(rùn)滑油的粘度不僅與其品種牌號(hào)有關(guān)，還受溫度的影響，溫度升高，粘度減小。選用潤(rùn)滑油的粘度應(yīng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和使用條件，在保證潤(rùn)滑可靠的前提下，盡量選用粘度較小粘度隨溫度的變化小的潤(rùn)滑劑。

冷卻液的溫度直接影響著潤(rùn)滑油的溫度，也就影響摩擦損失的大小。當(dāng)油溫偏低時(shí)，因其粘度增大，所以機(jī)械損失功率增加，正如發(fā)動(dòng)機(jī)在冷起動(dòng)和暖車過程中，機(jī)械損失功率特別大；當(dāng)油溫偏高時(shí)，因其粘度降低，摩擦表面的油膜被破壞，出現(xiàn)半干摩擦狀態(tài)，所以摩擦損失增加。在使用中，應(yīng)嚴(yán)格保持發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑油和冷卻液的溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)。如水溫一般為85～95℃。為減小摩擦損失，還應(yīng)特別注意機(jī)油濾清器的保養(yǎng)，

按規(guī)定更換潤(rùn)滑油。

1.4四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣

1.4.1四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過程分析

1．換氣過程發(fā)動(dòng)機(jī)上一個(gè)循環(huán)的排氣門開啟直到下一個(gè)循環(huán)的進(jìn)氣門關(guān)閉的整個(gè)時(shí)期，稱為四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程，它約占410°～480°曲軸轉(zhuǎn)角。根據(jù)氣體的流動(dòng)特點(diǎn)，換氣過程可分為自由排氣、

強(qiáng)制排氣和進(jìn)氣三個(gè)階段，如圖1-9所示。

圖1-9換氣過程中氣缸和排氣管內(nèi)壓力變化及進(jìn)排氣門的開啟面積

(1）自由排氣階段。排氣門開始開啟到氣缸內(nèi)壓力接近于排氣管內(nèi)壓力的時(shí)期，稱為自由排氣階段。此階段一般在下止點(diǎn)前開始，為了減小排氣所消耗的功及在排氣行程開始時(shí)，排氣門有較大的開度，排氣門應(yīng)提前開啟，一般提前40°～80°的曲軸轉(zhuǎn)角開啟，即排氣門提前角，用φp1表示。

(2）強(qiáng)制排氣階段。上行的活塞將廢氣強(qiáng)制排出的階段，稱為強(qiáng)制排氣階段。如果排氣門在活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)關(guān)閉，則在活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，排氣門的開度已經(jīng)很小，這會(huì)增大排氣阻力，使氣缸內(nèi)殘余廢氣量增加，且增加排氣所消耗的功，因此，排氣門一般遲關(guān)10°～30°的曲軸轉(zhuǎn)角，即排氣遲后角，用φp2表示。整個(gè)過程的持續(xù)時(shí)間相當(dāng)于轉(zhuǎn)角230°～290°。

(3）進(jìn)氣過程。在強(qiáng)制排氣的后期，當(dāng)活塞處于上止點(diǎn)前某一曲軸轉(zhuǎn)角時(shí)，進(jìn)氣門就開始打開；當(dāng)活塞到達(dá)上止點(diǎn)，進(jìn)氣行程開始時(shí)，進(jìn)氣門已有較大的開啟面積，可使新鮮氣體順利充入氣缸。從進(jìn)氣門打開到上止點(diǎn)這段曲軸轉(zhuǎn)角，稱為進(jìn)氣提前角φj1，一般為10°～30°。當(dāng)進(jìn)氣行程結(jié)束，活塞到下止點(diǎn)后某一曲軸轉(zhuǎn)角時(shí)，進(jìn)氣門關(guān)閉。其目的是利用氣流的慣性與壓力差(p0～p)繼續(xù)向氣缸內(nèi)充氣，增加充氣量。進(jìn)氣遲后角φj2為40°～80°。整個(gè)進(jìn)氣過程持續(xù)時(shí)間相當(dāng)于曲軸轉(zhuǎn)角230°～290°。由于排氣門遲后關(guān)閉，進(jìn)氣門提前開啟而存在著進(jìn)、排氣門同時(shí)開啟的現(xiàn)象，稱為氣門疊開。氣門疊開期間進(jìn)氣管、氣缸、排氣管連通起來，可以利用氣流壓力差和慣性清除缸內(nèi)廢氣，增加進(jìn)氣量。非增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門疊開角為20°～60°曲軸轉(zhuǎn)角。若氣門疊開角過大，可能會(huì)引起廢氣倒流入進(jìn)氣管的現(xiàn)象。將進(jìn)氣門、排氣門的實(shí)際開閉時(shí)刻用相對(duì)于上、下止點(diǎn)位置的曲軸轉(zhuǎn)角的環(huán)形圖表示，稱為配氣相位圖，如圖1-10所示。

圖1-10非增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣相位圖

2．換氣損失與泵氣損失1）換氣損失換氣損失分排氣損失和進(jìn)氣損失兩部分，

如圖1-11所示。

圖1-11四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣損失

（1）排氣損失。從排氣門提前打開到進(jìn)氣行程開始，缸內(nèi)壓力達(dá)到進(jìn)氣管內(nèi)壓力前循環(huán)功的損失，稱為排氣損失。它可以分為自由排氣損失和強(qiáng)制排氣損失。自由排氣損失：由于排氣門提前打開，排氣壓力線從b′點(diǎn)開始偏離理論循環(huán)膨脹線而引起膨脹功的減少，圖中用面積W表示。強(qiáng)制排氣損失：活塞將廢氣推出所消耗的功，圖中用面積Y表示。若排氣提前角φp1增大，則面積W增大，而面積Y相應(yīng)減??；反之，若φp1減小，則W減小，Y增大。最有利的φp1應(yīng)使面積(W+Y)為最小，即排氣損失最小。(2)進(jìn)氣損失。進(jìn)氣過程中克服進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力所消耗的功，稱為進(jìn)氣損失，圖中用面積X表示。它比排氣損失小。

進(jìn)氣損失與排氣損失之和，

即為換氣損失，用面積(W+X+Y)表示。

2）泵氣損失

泵氣損失是換氣損失的一部分，

用面積(X+Y-d)表示。

1.4.2充氣系數(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣過程中，實(shí)際進(jìn)入氣缸的新鮮充量與在進(jìn)氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的新鮮充量的比值，稱為充氣系數(shù)，用符號(hào)ηv表示，即式中：ΔG、Δm——實(shí)際進(jìn)氣氣缸的新鮮充量的重量、質(zhì)量；

ΔＧ0、Δm0——進(jìn)氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的新鮮充量的重量、質(zhì)量。所謂進(jìn)氣狀態(tài)，是指空氣濾清器后進(jìn)氣管內(nèi)的氣體狀態(tài)。為測(cè)量上的方便，在非增壓發(fā)動(dòng)機(jī)上一般都采用當(dāng)時(shí)的大氣狀態(tài)。在增壓發(fā)動(dòng)機(jī)上采用增壓器出口狀態(tài)。由式(1-3)可見，充氣系數(shù)與氣缸容積無關(guān)，因而，可用來評(píng)定不同排量的發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過程的良好程度。ηv的值越大，說明每循環(huán)實(shí)際充氣量越多，每循環(huán)可燃燒的燃料隨之增加，因而單位氣缸工作容積的有效功及發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩和功率也越大,發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性好。因此，總是希望ηv值高。但對(duì)于非增壓的發(fā)動(dòng)機(jī)來說，ηv總是小于1的。因?yàn)檫M(jìn)氣終了的壓力總是低于大氣壓力，進(jìn)氣終了的溫度總是高于大氣的溫度。實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣系數(shù)多用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定。一般非增壓的發(fā)動(dòng)機(jī)在全負(fù)荷工況工作時(shí)汽油機(jī)的ηv數(shù)值的大致范圍為0.75～0.85；柴油機(jī)的ηv數(shù)值的大致范圍為0.75～0.90。實(shí)踐證明：提高充氣系數(shù)可增加發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和扭矩。在使用中保持充氣系數(shù)ηv正常的措施如下：

(1）加強(qiáng)日常維護(hù)，保持空氣濾清器的清潔，按規(guī)定更換濾芯。

(2）在低溫使用發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，要對(duì)進(jìn)氣管進(jìn)行加熱。

(3）要定期檢查與調(diào)整配氣相位，使之符合要求。

(4）進(jìn)氣管接頭連接完好，防止進(jìn)氣管凹癟、破損、堵塞和老化。1.4.3可變進(jìn)氣管控制系統(tǒng)

1．控制原理發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，由于進(jìn)氣過程具有間歇性和周期性，空氣在進(jìn)氣管內(nèi)流動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一種壓力波，這種壓力波對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量會(huì)產(chǎn)生一定的影響。如，在進(jìn)氣門關(guān)閉前夕，傳到進(jìn)氣門處的正壓波可以以較高壓力將空氣送入氣缸內(nèi)，起到了增壓作用，從而達(dá)到了提高進(jìn)氣量的效果。進(jìn)氣管長(zhǎng)度、直徑等進(jìn)氣系統(tǒng)參數(shù)都會(huì)改變進(jìn)氣壓力波，因而適當(dāng)?shù)卣{(diào)整和控制這些參數(shù)，

可以有效地利用進(jìn)氣壓力波提高充氣效率。

2．控制方法

對(duì)于由一定長(zhǎng)度和直徑的進(jìn)氣歧管、進(jìn)氣總管和氣室組成的進(jìn)氣系統(tǒng)，在一定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，可以增加進(jìn)氣量和發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，但不能同時(shí)兼顧高、低轉(zhuǎn)速時(shí)的進(jìn)氣量和轉(zhuǎn)矩。為了充分利用進(jìn)氣波動(dòng)效應(yīng)，電控燃油噴射的發(fā)動(dòng)機(jī)采用了諧波進(jìn)氣控制系統(tǒng)(ACIS)，即可變進(jìn)氣管系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)證明，在中低轉(zhuǎn)速時(shí)，較細(xì)長(zhǎng)的進(jìn)氣管充氣效果較好；而在高轉(zhuǎn)速時(shí)，粗短的進(jìn)氣管充氣效果較好。因此，對(duì)于采用多點(diǎn)燃油噴射系統(tǒng)的汽油機(jī)來說，可以按照氣體壓力波傳播的特點(diǎn)設(shè)計(jì)進(jìn)氣道，使進(jìn)氣道的長(zhǎng)度、形狀都可以改變?？衫眠M(jìn)氣動(dòng)態(tài)效應(yīng)來提高充氣效率。

1)進(jìn)氣管長(zhǎng)度可變結(jié)構(gòu)圖1-12為一種能根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化而自動(dòng)改變進(jìn)氣管有效長(zhǎng)度的進(jìn)氣控制系統(tǒng)示意圖。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)中低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電腦5指令轉(zhuǎn)換閥3關(guān)閉，空氣沿彎曲而細(xì)長(zhǎng)的進(jìn)氣管進(jìn)入氣缸，細(xì)長(zhǎng)的進(jìn)氣管增強(qiáng)了氣流的慣性，提高了進(jìn)氣速度，進(jìn)氣量增多；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)換閥3開啟，空氣直接進(jìn)入短粗的進(jìn)氣管，

短粗的進(jìn)氣管阻力小，使進(jìn)氣量增多。

圖1-12進(jìn)氣管長(zhǎng)度可變結(jié)構(gòu)1—空氣濾清器；

2—節(jié)氣門；

3—轉(zhuǎn)換閥；

4—轉(zhuǎn)換閥控制機(jī)構(gòu)；

5—電腦

2）進(jìn)氣管截面可變結(jié)構(gòu)圖1-13為一種能根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化而自動(dòng)改變進(jìn)氣管有效截面的進(jìn)氣控制系統(tǒng)示意圖。圖中顯示每個(gè)氣缸：有4個(gè)氣門(兩個(gè)進(jìn)氣門和兩個(gè)排氣門)，2個(gè)進(jìn)氣門各配有一個(gè)進(jìn)氣管道，其中一個(gè)進(jìn)氣管道中裝有進(jìn)氣轉(zhuǎn)換閥。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速中、小負(fù)荷工作時(shí)，轉(zhuǎn)換閥關(guān)閉，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管道的有效截面變小，此時(shí)進(jìn)氣流速提高，進(jìn)氣慣性增大，可提高發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速大負(fù)荷工作時(shí)，電腦指令轉(zhuǎn)換閥開啟，兩條進(jìn)氣管道同時(shí)工作，此時(shí)進(jìn)氣截面增加，進(jìn)氣阻力減小，充氣量增加，可提高發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速時(shí)的動(dòng)力性。

圖1-13進(jìn)氣管截面可變結(jié)構(gòu)

1.4.4增壓技術(shù)及其作用增壓技術(shù)是將空氣預(yù)先壓縮后送入氣缸，是增加進(jìn)氣量、提高充氣系數(shù)的一項(xiàng)技術(shù)措施。由于進(jìn)氣量的增加，可相應(yīng)地增加燃油供油量，從而增加發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。同時(shí)，增壓還可以改善燃油經(jīng)濟(jì)性。實(shí)踐證明，在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上采用渦輪增壓或機(jī)械增壓，當(dāng)汽車以正常的經(jīng)濟(jì)車速行駛時(shí)，不僅可以獲得相當(dāng)好的燃油經(jīng)濟(jì)性，而且還會(huì)因發(fā)動(dòng)機(jī)功率的增加而得到駕駛員所期望的良好的加速性。

1．增壓的種類增壓有機(jī)械增壓、渦輪增壓和氣波增壓等三種基本類型。實(shí)現(xiàn)空氣增壓的裝置稱為增壓器。各種增壓類型所用的增壓器分別稱為機(jī)械增壓器、渦輪增壓器和氣波增壓器。機(jī)械增壓器由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸經(jīng)齒輪增速器驅(qū)動(dòng)，或由曲軸齒形傳動(dòng)帶輪經(jīng)齒形傳動(dòng)帶及電磁離合器驅(qū)動(dòng)。

渦輪增壓器是將發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣引入渦輪機(jī)，利用廢氣所包含的能量推動(dòng)渦輪機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)與其同軸安裝的壓氣機(jī)葉輪工作，新鮮空氣在壓氣機(jī)內(nèi)增壓后進(jìn)入氣缸。渦輪增壓也稱廢氣渦輪增壓，渦輪增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)沒有機(jī)械的聯(lián)系。氣波增壓器中有一個(gè)特殊形狀的轉(zhuǎn)子，由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸帶輪經(jīng)傳動(dòng)帶驅(qū)動(dòng)。在轉(zhuǎn)子中發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣直接與空氣接觸，

利用排氣壓力波使空氣受到壓縮，

以提高進(jìn)氣壓力。

2．渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理

車用渦輪增壓器由離心式壓氣機(jī)和徑流式渦輪機(jī)及中間體三部分組成(見圖1-14)。增壓器軸5通過兩個(gè)浮動(dòng)軸承9支承在中間體14內(nèi)。中間體內(nèi)有潤(rùn)滑和冷卻軸承的油道，還有防止?jié)櫥吐┤雺簹鈾C(jī)或渦輪機(jī)中的密封裝置等。

圖1-14渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)

1）離心式壓氣機(jī)如圖1-14所示，離心式壓氣機(jī)由進(jìn)氣道6、壓氣機(jī)葉輪3、無葉式擴(kuò)壓管2及壓氣機(jī)蝸殼1等組成。葉輪包括葉片和輪轂，并由增壓器軸5帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，空氣經(jīng)進(jìn)氣道進(jìn)入壓氣機(jī)葉輪，并在離心力的作用下沿著壓氣機(jī)葉片之間形成的流道，從葉輪中心流向葉輪的周邊。空氣從旋轉(zhuǎn)的葉輪獲得能量，使其流速、壓力和溫度均有較大的增高，然后進(jìn)入無葉式擴(kuò)壓管。擴(kuò)壓管為漸擴(kuò)形流道，空氣流過擴(kuò)壓管時(shí)減速增壓，溫度也有所升高。即在擴(kuò)壓管中，空氣所具有的大部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?。壓氣機(jī)葉輪由鋁合金精密鑄造，蝸殼也用鋁合金鑄造。

2）徑流式渦輪機(jī)渦輪機(jī)是將發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功的裝置。徑流式渦輪機(jī)由蝸殼、噴管、葉輪和出氣道等組成。如圖1-14所示，渦輪機(jī)殼13的進(jìn)口與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管相連，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣經(jīng)渦輪機(jī)殼引導(dǎo)進(jìn)入葉片式噴管。噴管是由相鄰葉片構(gòu)成的漸縮形流道。排氣流過噴管時(shí)降壓、降溫、增速、膨脹，使排氣的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能。由噴管流出的高速氣流沖擊葉輪10，并在葉片所形成的流道中繼續(xù)膨脹作功，推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)。

渦輪機(jī)葉輪經(jīng)常在900℃高溫的排氣沖擊下工作，并承受巨大的離心力作用，所以采用鎳基耐熱合金鋼或陶瓷材料制造。用質(zhì)量輕并且耐熱的陶瓷材料可使渦輪機(jī)葉輪的重量大約減輕2/3，渦輪增壓加速滯后的問題也在很大程度上得到改善。

1.5汽油機(jī)可燃混合氣的形成與燃燒

1.5.1車用汽油

1.使用性能

1）汽油的蒸發(fā)性汽油的蒸發(fā)性可通過燃料的蒸餾試驗(yàn)來測(cè)定。將100mL的汽油按規(guī)定的方法進(jìn)行加熱使其沸騰，然后將汽油蒸氣通過冷凝裝置冷卻為液體，從冷凝管中流出的第一滴汽油時(shí)的溫度，到蒸餾結(jié)束時(shí)的最高溫度，就是汽油的“沸點(diǎn)范圍”。餾出10mL、50mL、90mL時(shí)的溫度分別稱為10%、50%、90%蒸發(fā)溫度。

10%蒸發(fā)溫度表示汽油中含輕質(zhì)餾分的多少，它在冷起動(dòng)時(shí)就有可能使較多的汽油蒸氣與空氣混合形成可燃混合氣，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)容易起動(dòng)。

50%蒸發(fā)溫度表明汽油中中間餾分的多少,它表示汽油的平均蒸發(fā)性,影響汽油機(jī)的預(yù)熱時(shí)間、加速性能和工作穩(wěn)定性。

90%蒸發(fā)溫度和終餾點(diǎn)表示汽油中重質(zhì)餾分含量的多少。此溫度越低，表明汽油中重餾分含量越少，越有利于可燃混合氣均勻分配到各氣缸，

同時(shí)也可使汽油的燃燒更為完全。

2）燃料的熱值燃料的熱值是指1kg燃料完全燃燒后所產(chǎn)生的熱量。汽油的熱值約為44000kJ/kg。

3）抗爆性抗爆性是指汽油在汽油機(jī)內(nèi)燃燒時(shí)不產(chǎn)生爆燃的性能，它是汽油的一項(xiàng)主要性能指標(biāo)。汽油抗爆性的評(píng)價(jià)指標(biāo)通常用辛烷值表示。汽油的辛烷值愈高，其抗爆性愈好，使發(fā)動(dòng)機(jī)有可能采用較高的壓縮比，

有利于提高發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率。

4）氧化安定性

汽油的氧化安定性是指熱穩(wěn)定性，

即防止生成高溫沉積物的能力。

2.車用汽油標(biāo)準(zhǔn)

1）我國(guó)車用無鉛汽油標(biāo)準(zhǔn)按照GB17930—1999《車用無鉛汽油》標(biāo)準(zhǔn),我國(guó)車用無鉛汽油按研究法辛烷值（RON）劃分為90號(hào)、93號(hào)和95號(hào)三個(gè)牌號(hào),其對(duì)應(yīng)的抗爆指數(shù)不小于85、88和90。為了與國(guó)際接軌，隨后又增加了97號(hào)汽油。符合GB17930—1999《車用無鉛汽油》標(biāo)準(zhǔn)的汽油稱為高標(biāo)準(zhǔn)清潔汽油。

2）我國(guó)車用乙醇汽油標(biāo)準(zhǔn)乙醇汽油是指在不添加含氧化合物的液體烴中加入一定量變性燃料乙醇后形成的點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的燃料。

車用乙醇汽油按研究法辛烷值（RON）劃分為90號(hào)、

93號(hào)、

95號(hào)和97號(hào)。

3.車用汽油的選用

(1)使用汽車廠家規(guī)定的汽油牌號(hào)。

(2)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比來選擇汽油牌號(hào)，壓縮比越大，汽油的牌號(hào)越高。

(3)注意汽油質(zhì)量是影響汽車技術(shù)性能和汽車排放的重要因素。

(4)區(qū)分季節(jié)，選擇汽油的蒸氣壓，冬季應(yīng)選擇蒸氣壓較大的汽油，夏季應(yīng)選擇蒸氣壓較小的汽油。

(5)在儲(chǔ)存和使用中應(yīng)注意防火、

防爆，

避免中毒。

1.5.2可燃混合氣的形成過程

1.化油器式汽油機(jī)可燃混合氣的形成過程空氣經(jīng)空氣濾清器進(jìn)入化油器，流經(jīng)喉管時(shí)，流速增加，壓力降低，在喉管中形成一定的真空度，將汽油從浮子室經(jīng)主噴管吸出，被吸出來的汽油正好噴入流過喉管的空氣中，在高速空氣流的沖擊下被霧化成細(xì)小顆粒，并不斷蒸發(fā)、擴(kuò)散，與空氣混合成可燃混合氣。

2.電子控制汽油噴射式可燃混合氣的形成過程現(xiàn)代汽油機(jī)大多數(shù)為進(jìn)氣道間歇式多點(diǎn)噴射系統(tǒng)（MPI）。在排氣行程末和進(jìn)氣行程初，在發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元（ECU）的控制下，噴油器噴射出來的霧狀汽油在進(jìn)氣門前方的進(jìn)氣道中或直接噴入氣缸(缸內(nèi)噴射)，與空氣進(jìn)行初步混合后，經(jīng)進(jìn)氣門進(jìn)入氣缸，在氣缸內(nèi)汽油又不停地進(jìn)行著吸熱、蒸發(fā)、汽化與空氣進(jìn)一步混合，直至壓縮行程接近終了，才形成良好的可燃混合氣。

1.5.3可燃混合氣的濃度表示方法

1.空燃比空燃比就是混合氣中所含空氣質(zhì)量(kg)與燃料質(zhì)量(kg)的比值，即

理論上，1kg汽油完全燃燒需要空氣14.7kg，即空燃比為14.7。這種空燃比的混合氣稱為理論混合氣。若可燃混合氣的空燃比小于14.7，則稱為濃混合氣，若空燃比大于14.7，則稱為稀混合氣。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于不同燃料，其理論空燃比數(shù)值是不同的。

2.過量空氣系數(shù)

過量空氣系數(shù)是在燃燒過程中，實(shí)際供給的空氣質(zhì)量與理論上燃料完全燃燒時(shí)所需的空氣質(zhì)量之比，也等于實(shí)際空燃比與理論空燃比之比，

即

由上面的定義式可知：無論使用何種燃料，α＝1的可燃混合氣即為理論混合氣(又稱為標(biāo)準(zhǔn)混合氣)；α＜1的為濃混合氣；α＞1的則為稀混合氣。可燃混合氣的濃度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性有很大影響。理論混合氣(α=1)——理論上推算的完全燃燒的混合氣濃度。實(shí)際上，由于時(shí)間和空間條件的限制，汽油不可能及時(shí)與空氣絕對(duì)均勻混合，實(shí)現(xiàn)完全燃燒。稀混合氣(α>1)——可以保證所有的汽油分子獲得足夠的空氣而實(shí)現(xiàn)完全燃燒，因而經(jīng)濟(jì)性最好，故稱為經(jīng)濟(jì)混合氣。常用經(jīng)濟(jì)混合氣的α值多在1.05～1.15范圍內(nèi)。若混合氣過稀(α>1.15)，則會(huì)因空氣量過多，燃燒速度減慢，熱量損失加大，從而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)過熱，動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性變差。濃混合氣(α<1)——由于汽油分子相對(duì)較多，混合氣燃燒速度快、壓力大、熱損失小，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率大，因此稱其為功率混合氣，其α值多在0.85～0.95范圍內(nèi)。功率混合氣中空氣相對(duì)較少，不能完全燃燒，因此經(jīng)濟(jì)性較差。若混合氣過濃(α<0.88)，則燃燒很不完全，產(chǎn)生大量的CO，并在高溫高壓的作用下析出游離的碳，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)排氣冒黑煙，放炮，燃燒室積炭，動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性變差，排放污染加劇。1.5.4發(fā)動(dòng)機(jī)工況對(duì)可燃混合氣濃度的要求發(fā)動(dòng)機(jī)工況是發(fā)動(dòng)機(jī)在某一時(shí)刻運(yùn)行狀況的簡(jiǎn)稱，它可用該時(shí)刻發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的有效功率和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表示。但通常用負(fù)荷和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來表示發(fā)動(dòng)機(jī)工況。負(fù)荷是指發(fā)動(dòng)機(jī)在某一轉(zhuǎn)速下發(fā)出的有效功率與相同轉(zhuǎn)速下所能發(fā)出的最大有效功率的比值，用百分?jǐn)?shù)表示。發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷也可用節(jié)氣門的開度來表示。如節(jié)氣門全關(guān)，負(fù)荷為零；節(jié)氣門全開，負(fù)荷為100%。在汽車行駛的大部分時(shí)間內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)是在中等負(fù)荷下工作的。如轎車發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷經(jīng)常為40%～80%，貨車發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷則為70%～80%。

1.怠速和小負(fù)荷工況

怠速是指發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)外無功率輸出的工況，作功行程產(chǎn)生的動(dòng)力只用來克服發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部阻力，維持發(fā)動(dòng)機(jī)以最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。電控汽油機(jī)怠速轉(zhuǎn)一般為700～900r/min。在怠速工況下，進(jìn)入氣缸內(nèi)的混合氣很少，氣缸內(nèi)殘余廢氣對(duì)混合氣稀釋嚴(yán)重，使燃燒速度減慢甚至熄火；又因轉(zhuǎn)速低，空氣流速小，汽油霧化，汽化不良，與空氣混合不均勻，使混合氣燃燒不良甚至熄火。因此，要求供給少量的濃混合氣(α=0.6～0.8)。發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷在25%以下的稱為小負(fù)荷。由于小負(fù)荷時(shí)，節(jié)氣門略開，混合氣的數(shù)量和品質(zhì)有所提高，廢氣對(duì)混合氣的稀釋作用也有所減弱，因而混合氣濃度可以略為減小(α=0.7～0.9)。

2.中等負(fù)荷工況

發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷在25%～85%之間的稱為中等負(fù)荷。由于節(jié)氣門開度較大，故進(jìn)入氣缸的混合氣數(shù)量增多，燃燒條件較好。此外，由于發(fā)動(dòng)機(jī)大部分的時(shí)間處在中等負(fù)荷下工作，為提高發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)供給較稀的可燃混合氣(α=0.9～1.1)。

3.大負(fù)荷和全負(fù)荷工況發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷在85%以上和100%的分別稱為大負(fù)荷和全負(fù)荷。此時(shí)，為了克服較大的外部阻力，或加速行駛，要求發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出盡可能大的功率。因此，必須將節(jié)氣門開大到接近全開或全開，供給濃的可燃混合氣(α=0.85～0.95)。1.5.5正常燃燒過程高速汽油機(jī)的燃燒過程持續(xù)時(shí)間很短。通常借助展開示功圖分析汽油機(jī)的燃燒過程。展開示功圖的橫坐標(biāo)為曲軸轉(zhuǎn)角￠，縱坐標(biāo)為氣缸內(nèi)氣體壓力p，故展開示功圖也稱為p-￠圖。為研究方便，可根據(jù)展開示功圖上壓力變化的特征，

將汽油機(jī)的燃燒過程劃分為三個(gè)階段，如圖1-15所示。

圖1-15汽油機(jī)的燃燒過程Ⅰ—著火延遲期；Ⅱ—急燃期；Ⅲ—補(bǔ)燃期；θ—點(diǎn)火提前角1—開始點(diǎn)火；

2—形成火焰中心；

3—最高壓力點(diǎn)

1.著火延遲期

著火延遲期是指從電火花點(diǎn)火開始到火焰中心形成的階段。如圖1-15中的Ⅰ線段所示，火花塞在1點(diǎn)跳火，火焰出現(xiàn)在2點(diǎn)稍前，氣缸壓力線在2點(diǎn)開始偏離壓縮壓力線。這一階段約占整個(gè)燃燒時(shí)間的15%左右。著火延遲期內(nèi)，混合氣進(jìn)行著火準(zhǔn)備。汽油機(jī)在壓縮過程中，是燃料與空氣的無效混合氣受到壓縮，燃燒與空氣中的氧已經(jīng)開始進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，并且隨著混合氣的溫度和壓力的升高，反應(yīng)逐漸加速。在火花塞跳火以后，電火花的高能量，使火花塞間隙處混合氣的溫度急劇升高，極大地加速了燃料的氧化反應(yīng)，經(jīng)過一段時(shí)間以后，形成了明顯燃燒的火焰核心。在著火延遲期中，僅在混合氣的局部有熱量放出和積累(火花塞電極附近的較小范圍內(nèi))，對(duì)整個(gè)氣缸的壓力影響很小。因此，氣缸壓力較壓縮壓力無明顯變化。

2.急燃期急燃期是指從火焰中心形成開始到氣缸內(nèi)出現(xiàn)最高壓力為止的階段。如圖1-15中的Ⅱ線段所示，在此期間，從穩(wěn)定的火源向周圍進(jìn)行火焰?zhèn)鞑?，形成火焰前峰。在火焰前峰?nèi)，可燃混合氣進(jìn)行急劇的化學(xué)反應(yīng)，溫度迅速提高，可燃混合氣迅速轉(zhuǎn)變?yōu)槿紵a(chǎn)物?；鹧媲胺逡阅骋换鹧娴膫鞑ニ俣仍谖慈蓟旌蠚庵型七M(jìn)。在火焰前峰通過以后，大部分的反應(yīng)結(jié)束。在這個(gè)階段，火焰燒遍整個(gè)燃燒室，故也稱火焰?zhèn)鞑r(shí)期。由于混合氣的主要部分在急燃期內(nèi)燃燒完畢，燃料熱能的絕大部分在急燃期間放出，因此氣缸的溫度、壓力迅速升高。急燃期是燃燒過程的主要階段，其放熱量和放熱規(guī)律直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和發(fā)動(dòng)機(jī)工作的粗暴程度。

3.補(bǔ)燃期補(bǔ)燃期是指從最高壓力出現(xiàn)到燃油基本上完全燃燒的階段。如圖1-15中的Ⅲ淺段所示，它從3點(diǎn)開始，終點(diǎn)很難判斷。在此階段，主要是少量未燃燒的燃油、不完全燃燒的中間產(chǎn)物，以及貼附在氣缸壁面的混合氣層繼續(xù)燃燒放熱。由于汽油機(jī)的燃燒溫度很高，壓力又較低，因此某些燃燒產(chǎn)物(如CO2、H2O)在第Ⅱ階段因高溫作用而離解產(chǎn)生H2、O2、CO，在膨脹行程溫度下降以后又部分復(fù)合放出熱量。由于補(bǔ)燃期混合氣的燃燒速率下降和活塞向下止點(diǎn)加速移動(dòng)，故氣缸內(nèi)壓力從3點(diǎn)開始下降。補(bǔ)燃期是處在膨脹行程中，燃燒放熱量得不到充分利用，因此為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率，補(bǔ)燃量應(yīng)盡可能減少。

1.5.6不正常燃燒

1.爆震燃燒

1）現(xiàn)象與危害在汽油機(jī)的燃燒過程中，燃燒室內(nèi)有明顯的火焰前鋒在推進(jìn)?；鹧媲胺降奈慈蓟旌蠚馐艿揭讶蓟旌蠚鈴?qiáng)烈的壓縮和熱輻射作用，其壓力和溫度都急劇增高。如果火焰前鋒到達(dá)以前，未燃混合氣已達(dá)到它的自燃溫度而自行著火，形成新的火焰中心，產(chǎn)生新的火焰?zhèn)鞑?，則這種現(xiàn)象稱為爆燃。爆燃時(shí)，爆燃形成的火焰中心向外傳播的速度達(dá)100～300m／s，使未燃混合氣瞬間燃燒完畢，氣體的容積來不及膨脹，局部溫度和壓力猛烈增加，和周圍的氣體壓力不平衡而產(chǎn)生沖擊波。這種沖擊波以超音速傳播，撞擊燃燒室壁，發(fā)出頻率達(dá)3000～5000Hz的尖銳的金屬敲擊聲。

因而，汽油機(jī)的爆燃現(xiàn)象就是燃燒室內(nèi)末端混合氣的自燃現(xiàn)象。雖然爆燃時(shí)的最高壓力很高，但它是以沖擊波的形式出現(xiàn)的(是以均勻壓力推動(dòng)活塞)，像用榔頭不斷敲擊活塞似的，不能使燃?xì)鈱?duì)活塞作功更多。汽車在低速上坡時(shí)，允許有很輕微的短時(shí)間的爆燃。因?yàn)檩p微的爆燃可以使燃燒過程縮短，有利于提高有效功率。但是不允許嚴(yán)重的爆燃，嚴(yán)重的爆燃會(huì)有下列危害：

(1)機(jī)件過載。強(qiáng)烈爆燃時(shí)的沖擊波使缸壁、缸蓋、活塞、連桿、曲軸等機(jī)件過載，使機(jī)件變形，

甚至使機(jī)件損壞。

(2)機(jī)件燒損。爆燃時(shí)，汽油機(jī)燃燒終了的溫度可達(dá)2000～2500℃，而活塞頂、燃燒室壁及氣缸壁的溫度僅為200～300℃。除了冷卻水的作用外，能夠維持這樣低溫度的原因是在這些壁面上形成了氣體的附面層，它起了隔熱的作用。強(qiáng)烈爆燃的沖擊波會(huì)破壞這一附面層，使機(jī)件直接與高溫燃?xì)饨佑|，而嚴(yán)重爆燃時(shí)局部燃?xì)鉁囟瓤蛇_(dá)到4000℃以上，從而使活塞頭部和氣門等機(jī)件燒損。

(3)性能指標(biāo)下降。嚴(yán)重爆燃時(shí)的局部高溫，產(chǎn)生嚴(yán)重的熱分解現(xiàn)象，燃燒產(chǎn)物分解為CO、H2、O2、NO及游離碳的現(xiàn)象增多。游離碳已不能再燃燒，形成排氣冒煙。CO、H2、O2等在膨脹過程中重新燃燒，使補(bǔ)燃增加，排氣溫度增高，附面層被破壞，向缸壁散出的熱量增加，發(fā)動(dòng)機(jī)過熱，有效功率降低，有效耗油率增加。嚴(yán)重爆燃時(shí)，即使機(jī)件沒有損壞，其壽命也會(huì)降低。試驗(yàn)表明，嚴(yán)重爆燃時(shí)，氣缸的磨損量比正常燃燒時(shí)的大27倍左右。

2)預(yù)防措施在發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和使用中，應(yīng)采取各種措施來防止爆燃的產(chǎn)生。預(yù)防發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生爆燃的措施主要有：使用抗爆性強(qiáng)的汽油可以避免爆燃的產(chǎn)生，應(yīng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比選用相應(yīng)牌號(hào)的汽油；也可以通過改變結(jié)構(gòu)因素(如減小壓縮比、采用雙火花塞等)以及改變運(yùn)行因素(如負(fù)荷、

轉(zhuǎn)速等)措施。

2.表面點(diǎn)火不靠火花塞點(diǎn)火而由燃燒室內(nèi)熾熱物點(diǎn)燃混合氣的燃燒現(xiàn)象，稱為表面點(diǎn)火。它是由燃燒室內(nèi)熾熱物作為點(diǎn)火源而形成的新的著火現(xiàn)象，是一種不正常的燃燒現(xiàn)象。燃燒室內(nèi)熾熱物有過熱的火花塞電極、熱的排氣門、熱的燃燒表面沉積物等。由表面點(diǎn)火產(chǎn)生的新的火焰前鋒以正常的速度傳播。表面點(diǎn)火將導(dǎo)致燃燒過程的不穩(wěn)定與工作過程的粗暴，使動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性都受到影響。避免表面點(diǎn)火的有效措施是采用低餾程的燃料與不易結(jié)焦的潤(rùn)滑油。

表面點(diǎn)火不同于爆燃，表面點(diǎn)火是由于燃燒室內(nèi)的熾熱點(diǎn)，點(diǎn)燃了混合氣，而爆燃則是由于燃燒室內(nèi)末端混合氣的自燃產(chǎn)生的。爆燃與表面點(diǎn)火之間又存在相互影響，表面點(diǎn)火會(huì)促使爆燃的產(chǎn)生。

1.5.7使用因素對(duì)燃燒過程的影響

1.進(jìn)氣初始態(tài)p1,T1

降低進(jìn)氣初始態(tài)p1,T1，可以避免爆燃與表面點(diǎn)火的產(chǎn)生。從這一點(diǎn)來看，汽油機(jī)實(shí)現(xiàn)增壓的難度比柴油機(jī)要大。

2.點(diǎn)火提前角點(diǎn)火提前角增大，缸內(nèi)最高壓力、溫度增加，終燃混合氣受到擠壓和熱輻射的影響增強(qiáng)，其自行著火所需的時(shí)間減少，這個(gè)作用比由缸內(nèi)壓力和溫度的升高所引起的火焰速度的加快要明顯，故爆燃傾向增加。因而，為避免爆燃的產(chǎn)生，往往減小點(diǎn)火提前角。

3.混合氣濃度混合氣濃度α=0.8～0.9時(shí)，火焰?zhèn)鞑ニ俣茸畲?，但終燃混合氣的著火延遲期最短。試驗(yàn)表明，此時(shí)著火延遲期變短起主要的作用，因而爆燃傾向最大，α減小(濃度增加)時(shí)，點(diǎn)火提前角應(yīng)滯后。

4.轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速增加時(shí)，火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌?，從而燃燒速度加快，易產(chǎn)生爆燃的部位在自燃準(zhǔn)備尚未完成時(shí)，火焰前鋒已經(jīng)到達(dá)，

爆燃趨勢(shì)減弱。

5.負(fù)荷

發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷減小時(shí),殘余廢氣的稀釋作用增大，火焰?zhèn)鞑ニ俣认陆?，燃燒的最高溫度與壓力下降，使爆燃的傾向減小。

6.燃燒沉積物的影響附于燃燒室壁面的沉積物相當(dāng)于一個(gè)熱源，可對(duì)終燃混合氣起到加熱的作用，因此可能會(huì)使爆燃和表面點(diǎn)火的傾向增大。

1.6柴油機(jī)可燃混合氣的形成與燃燒

1.6.1柴油的主要性能與選用

1.性能柴油是在260～350℃的溫度范圍內(nèi)，在石油中提煉出來的碳?xì)浠衔铩２裼偷陌l(fā)火性、蒸發(fā)性、粘度和凝點(diǎn)對(duì)柴油機(jī)的正常工作有很大影響。

1）柴油的發(fā)火性柴油的發(fā)火性是指其自燃能力。柴油的發(fā)火性可用“十六烷值”來表示，十六烷值高的柴油，自燃溫度低，發(fā)火性好，蒸發(fā)性差，凝點(diǎn)高。汽車柴油機(jī)所用柴油的十六烷值應(yīng)不低于40～50，但過高的十六烷值對(duì)一般柴油機(jī)來說也不適宜。當(dāng)十六烷值高于65時(shí)，柴油中R部分十六烷值燃燒時(shí)容易析出黑色固體的碳粒子，使燃燒不完全，排氣管冒黑煙，柴油的消耗增加。

2）柴油的蒸發(fā)性柴油蒸發(fā)性的好壞對(duì)可燃混合氣的形成有一定的影響，即影響著火落后期內(nèi)的柴油蒸發(fā)數(shù)量及燃燒完全的程度。柴油的蒸發(fā)性常由蒸餾試驗(yàn)確定，就是將一定數(shù)量的柴油加熱，分別測(cè)定蒸發(fā)出50%、90%、95%餾分時(shí)的溫度，并分別定名為50%餾出的溫度、90%餾出的溫度和95%餾出的溫度。餾出的溫度越低，

柴油的蒸發(fā)性越好。

3）柴油的粘度柴油的粘度是表示其稀稠程度和流動(dòng)難易程度的。若粘度過高，柴油濾清沉淀困難，流動(dòng)阻力大，噴進(jìn)燃燒室內(nèi)的油粒直徑較大，使噴霧射程遠(yuǎn)、錐角小，影響霧化和混合氣的均勻性，燃料難以充分燃燒，從而使排氣冒黑煙，油耗增加。若柴油粘度過小，會(huì)增加噴油泵和噴油器內(nèi)精密配合件的磨損。柴油的粘度與溫度有很大關(guān)系，溫度越低，粘度越大。冬季柴油的粘度會(huì)增大，

在使用中應(yīng)根據(jù)具體情況適當(dāng)加以預(yù)熱。

4）柴油的凝點(diǎn)與牌號(hào)柴油的凝點(diǎn)（凝固點(diǎn)）是指柴油冷卻到開始失去流動(dòng)性的溫度。好的柴油應(yīng)具有較低的凝點(diǎn)，凝點(diǎn)過高，對(duì)柴油機(jī)燃料系工作有不利的影響，特別是在低溫下可能會(huì)造成中斷供油，使柴油機(jī)無法工作。根據(jù)車用柴油標(biāo)準(zhǔn)GB/T19147—2003的規(guī)定，車用柴油按凝點(diǎn)分為七個(gè)牌號(hào)：

10號(hào)車用柴油——適用于有預(yù)熱設(shè)備的柴油機(jī)；

5號(hào)車用柴油——適合于風(fēng)險(xiǎn)率為10%的最低氣溫在8℃以上的地區(qū)使用；

0號(hào)車用柴油——適合于風(fēng)險(xiǎn)率為10%的最低氣溫在4℃以上的地區(qū)使用；

-10號(hào)車用柴油——適合于風(fēng)險(xiǎn)率為10%的最低氣溫在-5℃以上的地區(qū)使用；

-20號(hào)車用柴油——適合于風(fēng)險(xiǎn)率為10%的最低氣溫在-14℃以上的地區(qū)使用；

-35號(hào)車用柴油——適合于風(fēng)險(xiǎn)率為10%的最低氣溫在-29℃以上的地區(qū)使用；

-50號(hào)車用柴油——適合于風(fēng)險(xiǎn)率為10%的最低氣溫在-44℃以上的地區(qū)使用。

2.車用柴油使用時(shí)的注意事項(xiàng)

使用柴油時(shí)，須防止錯(cuò)用汽油或混入汽油，以致引起柴油機(jī)起動(dòng)困難。在嚴(yán)寒條件下，若用普通柴油不能起動(dòng)，

則可用起動(dòng)燃料幫助發(fā)動(dòng)。

1.6.2柴油機(jī)混合氣的形成過程柴油機(jī)采用高壓噴射的方法，即在壓縮行程接近終了時(shí)，借助噴油器將柴油噴入燃燒室，與氣缸中高溫、高壓的空氣混合形成可燃混合氣。經(jīng)過一系列的物理、化學(xué)準(zhǔn)備后，著火燃燒；

隨后，混合氣的形成與燃燒便重疊進(jìn)行，

即一邊噴油、

混合，一邊燃燒。

柴油機(jī)混合氣的形成與汽油機(jī)相比有兩個(gè)顯著的特點(diǎn)：混合氣形成在氣缸內(nèi)部；混合氣形成時(shí)間較短。從噴油開始到噴油結(jié)束，約占15°～30°曲軸轉(zhuǎn)角。當(dāng)柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速為2000r／min時(shí)，15°的曲軸轉(zhuǎn)角相當(dāng)于(1／8000s)，在如此短的時(shí)間內(nèi)，混合氣的形成是極不充分的，也極不均勻。為了使噴入氣缸中的柴油盡可能燃燒完全，在柴油機(jī)中常使用α>1的稀混合氣。但α過大會(huì)影響柴油機(jī)的動(dòng)力性，一般高速柴油機(jī)的α值為1.2～1.6，增壓柴油機(jī)的α值為1.8～2.2。

柴油機(jī)混合氣形成的理想過程應(yīng)該是燃料噴入燃燒室后在盡可能短的時(shí)間內(nèi)與周圍空氣均勻霧化、混合，形成可燃混合氣；著火后繼續(xù)噴入的燃料應(yīng)及時(shí)得到足夠的空氣和混合能量，以便迅速混合，力求避免燃料直接進(jìn)入高溫缺氧區(qū)域，引起裂化。柴油機(jī)混合氣的形成依靠?jī)煞矫?，即燃料噴霧和組織空氣運(yùn)動(dòng)?？諝膺\(yùn)動(dòng)可以促使柴油很快在整個(gè)燃料室空間均勻分布，加速了混合氣的形成。柴油機(jī)可燃混合氣的形成方式有兩種：空間霧化混合和油膜蒸發(fā)混合。

1.6.3柴油機(jī)的燃燒過程柴油機(jī)的燃燒過程，是從壓縮行程上止點(diǎn)前噴油開始到作功行程燃燒終了為止的整個(gè)過程。它所占的時(shí)間很短（約為50°～70°曲軸轉(zhuǎn)角，高速柴油機(jī)只有0.003～0.006s），整個(gè)過程非常復(fù)雜。

我們把它分為四個(gè)階段（如圖1-16所示）。

圖1-16柴油機(jī)燃燒過程

1.著火延遲期（滯燃期）吸入氣缸的空氣壓縮到A點(diǎn)時(shí)，開始噴油。這時(shí)缸內(nèi)壓縮空氣的溫度已高達(dá)723～1073K，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過柴油的自燃溫度（573K）。但柴油并不立即著火，而是遲后一個(gè)著火落后角。因?yàn)閲娙氲牟裼鸵?jīng)過噴射分布、受熱蒸發(fā)、擴(kuò)散與空氣混合，并需氧化反應(yīng)進(jìn)行到一定程度，才能自燃著火，形成火源。形成的火源一般不止一個(gè)，且位置不固定。著火延遲期的長(zhǎng)短受氣缸內(nèi)的溫度與壓力等因素的影響，是控制與改善整個(gè)燃燒過程的關(guān)鍵。受壓縮的空氣溫度愈高，著火延遲期愈短。在發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)、冷卻水控制的溫度過低、氣缸漏氣等情況下，著火延遲期都會(huì)加長(zhǎng)。發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，在著火延遲期內(nèi)噴入的柴油量約占循環(huán)供油量的30%～40%。由于并未著火，故壓力沒有明顯地偏離壓縮線。

2.速燃期（急燃期）

從壓力偏離壓縮線的B點(diǎn)開始到最高壓力點(diǎn)Ｃ為止，這一階段稱為速燃期，如圖1-16中的Ⅱ線段所示。缸內(nèi)的多個(gè)火焰中心一旦著火，著火延遲期中已噴入缸內(nèi)的柴油幾乎就會(huì)一齊燃燒，在很短的時(shí)間內(nèi)，產(chǎn)生很高的壓力，使缸內(nèi)的壓力升高率很大，而這個(gè)時(shí)間又很短，接近于等容燃燒。這個(gè)階段的放熱量為循環(huán)放熱量的1/3左右，產(chǎn)生的最高壓力達(dá)5.4～8.8MPa，最高壓力約在壓縮行程后6°～15°的曲軸轉(zhuǎn)角處出現(xiàn)。

3.緩燃期從最高壓力點(diǎn)C開始到氣缸內(nèi)工質(zhì)溫度達(dá)到最高溫度點(diǎn)D為止，這一階段稱為緩燃期，如圖1-16中的Ⅲ線段所示。這一階段內(nèi)有較多的柴油燃燒，同時(shí)氣缸的容積在不斷地增加，從而使氣缸內(nèi)溫度繼續(xù)增高，工質(zhì)的壓力幾乎不變(稍有上升或稍有下降)，接近于等壓燃燒。這個(gè)階段結(jié)束時(shí)的放熱量約占循環(huán)放熱量的70％～80%，最高溫度可達(dá)1970～2270K，最高溫度點(diǎn)出現(xiàn)在上止點(diǎn)后20°～35°的曲軸轉(zhuǎn)角處。

4.補(bǔ)燃期（后燃期）從出現(xiàn)最高溫度點(diǎn)D開始到柴油基本燒完為止，這一階段稱為補(bǔ)燃期。如圖1-16中的Ⅳ段所示，當(dāng)放熱量已達(dá)循環(huán)放熱量的95％～97%時(shí)，即認(rèn)為補(bǔ)燃期結(jié)束。柴油機(jī)中，柴油與空氣形成混合氣的時(shí)間很短，不容易充分蒸發(fā)和混合均勻，總有一些燃油不能及時(shí)燃燒，拖延到膨脹過程中繼續(xù)進(jìn)行，形成補(bǔ)燃。補(bǔ)燃的熱量是活塞已遠(yuǎn)離上止點(diǎn)才放出的，作功的效果差，且使排氣溫度增高，耗油率加大。所以，使用中應(yīng)著重從保證噴霧質(zhì)量、保持壓縮終了的溫度和壓力方面采取措施，來減少補(bǔ)燃。

1.7發(fā)

動(dòng)

機(jī)

特

性

1.7.1速度特性發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)氣門位置不變時(shí)，其性能指標(biāo)隨轉(zhuǎn)速的變化而變化的關(guān)系，稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性。發(fā)動(dòng)機(jī)沿速度特性工作時(shí)，相當(dāng)于駕駛員將加速踏