第一篇：發(fā)動(dòng)機(jī)原理教案

第一章 內(nèi)燃機(jī)性能指標(biāo)及實(shí)際循環(huán)熱計(jì)算

發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)包括：動(dòng)力性能指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)、運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo)。內(nèi)燃機(jī)的性能指標(biāo)與它的工作過(guò)程密切相關(guān)，只有深入研究?jī)?nèi)燃機(jī)的工作過(guò)程才能找出影響其性能指標(biāo)的各種因素，并從中歸納出提高整機(jī)性能的一般規(guī)律。

重點(diǎn)：對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)理論循環(huán)與實(shí)際循環(huán)的分析，發(fā)動(dòng)機(jī)有效指標(biāo)的概念，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械效率的測(cè)定方法與影響因素。

難點(diǎn)：有效指標(biāo)的分析與提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)常性的技術(shù)措施。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械效率的測(cè)定方法。影響汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械效率的因素。

第一節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)理論循環(huán) 一、三種基本循環(huán)

1、發(fā)動(dòng)機(jī)理論循環(huán)：發(fā)動(dòng)機(jī)的理論循環(huán)是將非常復(fù)雜的實(shí)際工作過(guò)程加以抽象簡(jiǎn)化，忽略一些因素，所得出的循環(huán)。

2、理論循環(huán)的簡(jiǎn)化條件：

l）假設(shè)工質(zhì)是理想氣體，其物理常數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣物理常數(shù)相同。2）假設(shè)工質(zhì)是在閉口系統(tǒng)中作封閉循環(huán)。3）假設(shè)工質(zhì)的壓縮及膨脹是絕熱等熵過(guò)程。

4）假設(shè)燃燒是外界無(wú)數(shù)數(shù)個(gè)高溫?zé)嵩炊ㄈ莼蚨▔合蚬べ|(zhì)加熱。工質(zhì)放熱為定容放熱。

3、三種基本的空氣標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)：定容加熱循環(huán)、定壓加熱循環(huán)及混合加熱循環(huán)。

二、循環(huán)熱效率

1、循環(huán)熱效率：工質(zhì)所做循環(huán)功與循環(huán)加熱量之比。

2、影響熱效率的因素：（l）壓縮比ε

隨著壓縮比的增大，三種循環(huán)的?t都提高。因?yàn)樘岣吡甩牛钥梢蕴岣哐h(huán)平均吸熱溫度，降低循環(huán)平均放熱溫，擴(kuò)大循環(huán)溫差，增大膨脹比。(2)絕熱指數(shù)K 隨K值增大，?t將提高（3）壓力升高比λ

在定容加熱循環(huán)中，隨著循環(huán)加熱量Q1的增加，λ值成正比加大。苦ε保持不變，則工質(zhì)的膨脹比也不會(huì)變化，這樣，循環(huán)放熱量Q2亦相應(yīng)增加，而Q2/Q1不變，?t亦不變。

在混合加熱循環(huán)中，當(dāng)循環(huán)總加熱量Q1和ε不變時(shí)，λ增大，則ρ減小，即平均膨脹比Vb/[(Vz-Vz’)/2]增加，相應(yīng)的Q2減少，?t提高。（4）預(yù)膨脹比ρ

在等壓加熱循環(huán)中，隨著加熱量Q1的增加，ρ值加大。若ε保持不變，由式（1-3）可知，因平均膨脹比減小，放出的熱量Q2增加，?t下降。

在混合加熱循環(huán)中，當(dāng)循環(huán)總加熱量Q1和ε保持不變，ρ值增大，意味著等壓加熱部分增大（圖1-5），同樣?t下降。

3、循環(huán)平均壓力pt

（1）循環(huán)平均壓力的定義：pt（kPa）是單位氣缸容積所做的循環(huán)功，用來(lái)評(píng)定循環(huán)的做功能力

W pt?Vs

（2）計(jì)算公式

根據(jù)工程熱力學(xué)公式，混合加熱循環(huán)的平均壓力為

pa?[(??1)?K?(??1)]??t??1K?1（1-4）

式中pa——壓縮始點(diǎn)的壓力（kPa）。

定容加熱循環(huán)的平均壓力為 ptm??pa?(??1)??t??1K?1（1-5）

定壓加熱循環(huán)的平均壓力為 ptV??pa?K(??1)??t??1K?1（3）三種理論循環(huán)熱效率的比較

當(dāng)加熱量Q1相同時(shí)，三種理論循環(huán)的比較。當(dāng)ε相同時(shí)，三種循環(huán)中 Q2p?Q2m?Q2V ptP??則 ?tV??tm??tp

故欲提高混合加熱循環(huán)熱效率，應(yīng)增加定容部分的加熱量（即增大λ）。

最高壓力p相同時(shí)： Q2V?Q2m?Q2p 3?K?K?K則 ?tp??tm??tV

故對(duì)高增壓這類受機(jī)件強(qiáng)度限制，其循環(huán)最高壓力不得過(guò)大的情況。提高ε，同時(shí)增大定壓加熱部分的熱量有利。

第二節(jié) 四行程發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán)

發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)是由進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣五個(gè)過(guò)程所組成，較之理論循環(huán)復(fù)雜得多。

一、進(jìn)氣過(guò)程

進(jìn)氣過(guò)程中，進(jìn)氣門打開，排氣門關(guān)閉，活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動(dòng)。由于進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力，進(jìn)氣終點(diǎn)壓力pa一般小于大氣壓力p0或增壓壓力pK，壓力差p0-pa或pK-pa用來(lái)克服進(jìn)氣系統(tǒng)阻力。進(jìn)氣終點(diǎn)的溫度Ta也總是高于大氣溫度或增壓器出口溫度Tk。

一般進(jìn)氣終點(diǎn)的壓力pa和溫度Ta的范圍是：

汽油機(jī) Pa(0.8-0.9)p0 Ta=340-380K 柴油機(jī) Pa(0.85-0.95)p0 Ta=300-340K 增壓柴油機(jī) Pa(0.9-1.0)pk Ta=320-380K 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)增壓壓力 pK(1.3-2.0)p0

二、壓縮過(guò)程

壓縮過(guò)程時(shí)，進(jìn)排氣門均關(guān)閉，活塞由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)移動(dòng)，缸內(nèi)工質(zhì)受到壓縮，溫度、壓力不斷上升。

實(shí)際上，發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮過(guò)程是個(gè)復(fù)雜的多變過(guò)程，但在實(shí)際的近似計(jì)算中，常用一個(gè)不變的、平均的多變指數(shù)n1來(lái)取而代之。壓縮終了的壓力和溫度的大致范圍是：

pc（MPa）Tc（K）

汽油機(jī) 0.8-2.0 600-750 柴油機(jī) 3.0-5.0 75O-1OOO 增壓柴油機(jī) 5.0-8.0 9O0-1100 壓縮比ε是發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)，ε的大致范圍是：

汽油機(jī) ε=7-10 柴油機(jī) ε=14-22 增壓柴油機(jī) ε=12-15

三、燃燒過(guò)程

燃燒過(guò)程的作用是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使工質(zhì)的壓力、溫度升高。放出的熱量越多，放熱時(shí)越靠近上止點(diǎn)，熱效率越高。此時(shí)進(jìn)排氣門均關(guān)閉，活塞處在上止點(diǎn)前后。

燃燒的最高爆發(fā)壓力及最高溫度的大致范圍是；

pz（MPa）Tz（K）

汽油機(jī) 3.O-6.5 2200-2800 柴油機(jī) 4.5-9.O 1800-2200 增壓柴油機(jī) 9.0-13.0

四、膨脹過(guò)程

當(dāng)膨脹過(guò)程結(jié)束時(shí)，排氣門打開，活塞由下止點(diǎn)返回上止點(diǎn)移動(dòng)，將氣缸內(nèi)的廢氣排除。

排氣終了的壓力和溫度的范圍是：

汽油機(jī)和柴油機(jī) pr=(1.05-1.2)p0 廢氣渦輪增壓柴油機(jī) pr=（0.75-1.0）pk 汽油機(jī) Tr=900-ll00 柴油機(jī) Tr=700-900

五、排氣過(guò)程

當(dāng)膨脹過(guò)程結(jié)束時(shí)，排氣門打開，活塞由下止點(diǎn)返回上止點(diǎn)移動(dòng)，將氣缸內(nèi)的廢氣排除。

排氣終了的壓力和溫度的范圍是：

汽油機(jī)和柴油機(jī) pr=(1.05-1.2)p0 廢氣渦輪增壓柴油機(jī) pr=（0.75-1.0）pk 汽油機(jī) Tr=900-ll00 柴油機(jī) Tr=700-900

第三節(jié)實(shí)際循環(huán)的評(píng)定---指示指標(biāo)

用平均指示壓力及指示功率評(píng)定循環(huán)的動(dòng)力性--即做功能力。用循環(huán)熱效率及燃料消耗率評(píng)定循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性。

一、平均指示壓力Pmi 一個(gè)實(shí)際循環(huán)工質(zhì)對(duì)活塞所做的有用功稱為指示功，用Wi（kJ）表示。平均指示壓力Pmi（MPa）是發(fā)動(dòng)機(jī)單位氣缸工作容積的指示功。

p?WimiVs

Pmi是衡量實(shí)際循環(huán)動(dòng)力性能的一個(gè)重要指標(biāo) ,它的一般范圍是：

汽油機(jī) 0.8-1.5MPa 柴油機(jī) 0.7-1.1MPa 增壓柴油機(jī) 1-2.5MPa

二、指示功率

定義：發(fā)動(dòng)機(jī)單位時(shí)間所做的指示功，稱為指示功率Pi。

pV?i?nn2

pi?Wi??i?mis 60?30?

三、指示熱效率和指示燃料消耗率

指示熱效率ηi是實(shí)際循環(huán)指示功與所消耗的燃料熱量之比值。

W?i?iQ1

指示燃料消耗率（簡(jiǎn)稱指示比油耗）是指單位指示功的耗油量，通常以每千瓦小時(shí)的耗油量表示。

bi、ηi是評(píng)定發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)。它們的大致范圍是：

ηi bi[g／（kW·h）] 汽油機(jī) 0.3-0.4 205-320 柴油機(jī) 0.4-0.5 170-205 第四節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性能和動(dòng)力性能的評(píng)定

一、發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能的評(píng)定指標(biāo)

1、發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率

發(fā)動(dòng)機(jī)的指示功率減去機(jī)械損失稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率。Pe=Pi-Pm

2、有效扭矩Ttq 發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，由功率輸出軸輸出的扭矩稱為有效扭矩Ttq。它與有效功率Pe（kW）之間的關(guān)系是：

2?nTtqTtqnPe???0.1047Ttqn?10?360?10009550

3、發(fā)動(dòng)機(jī)平均有效壓力pme平均有效壓力pme（MPa）是發(fā)動(dòng)機(jī)單位氣缸工作容積輸出的有效功。它與有效功率Pe（kW）之間的關(guān)系是：

pVinPe?mes30?

Pme值大，說(shuō)明單位氣缸工作容積對(duì)外輸出的功多，做功能力強(qiáng)。它是評(píng)定發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性的重要指標(biāo)。Pme的一般范圍是：

汽油機(jī) 0.7-1.3MPa 柴油機(jī) 0.6-1.0MPa 增壓柴油機(jī) 0.9-2.2MPa

4、轉(zhuǎn)速n和活塞平均速度Cm 提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，即增加單位時(shí)間的做功次數(shù)，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)體積小、重量輕和功率大。轉(zhuǎn)速n增加，活塞平均速度Cm也增加，n與Cm(m/s)的關(guān)系為: SnCm?30

n、Cm、S/D值的大致范圍是：

n（r/min）Cm（m/s）S/D 小客車汽油機(jī) 5000-8000 12-18 0.7-1.0 載貨車汽油機(jī) 3600-4500 10-15 0.8-1.2 汽車柴油機(jī) 2000-5000 9-15 0.75-1.2 增壓柴油機(jī) 1500-4000 8-12 0.9-1.3

二、發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性能

1、有效熱效率ηe ηe是發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功We（J）與所消耗燃料熱量Q1之比值 ： WeQ1

2、有效燃料消耗率be be[g/（kW·h）]是單位有效功的耗油量（簡(jiǎn)稱耗油率），通常以每千瓦小時(shí)的耗油量表示

Bbe??1000Pe

ηe、be表征發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性，它們之間的關(guān)系為

3.6?e??106beh?

ηe和be的大致范圍是：

ηe be ［g／（kW·h）］

汽油機(jī) 0.25-0.3 270-325 柴油機(jī) 0.30-0.45 190-285

三、發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化指標(biāo)

1、升功率PL和比質(zhì)量me 升功率PL（kW／L）是發(fā)動(dòng)機(jī)每升工作容積所發(fā)出的有效功率。

PpVinpnPL?e?mes?meVsi30?Vsi30?

比質(zhì)量me（kg／kW）是發(fā)動(dòng)機(jī)的干質(zhì)量m與所給出的標(biāo)定功率之比。它表征質(zhì)量利用程度和結(jié)構(gòu)緊湊性。PL和me的大致范圍是：

L（kW／L）me（kg／kW）汽油機(jī) 30-70 1.1-4.0 汽車柴油機(jī) 18-30 2.5-9.0 拖拉機(jī)柴油機(jī) 9-15 5.5-16

2、強(qiáng)化系數(shù)pmeCm平均有效壓力pme與活塞平均速度Cm的乘積稱為強(qiáng)化系數(shù)。其值愈大，發(fā)動(dòng)機(jī)的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷愈高。pmeCm的大致范圍是：

汽油機(jī) 8～17MPa·m／s 小型高速柴油機(jī) 6～11MPa·m／s 重型汽車柴油機(jī) 9～15MPa·m／s ?e?

第五節(jié) 機(jī)械損失

一、機(jī)械效率

發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械損失可以用機(jī)械損失功率Pm（kW）和平均機(jī)械損失壓力pmm（MPa）--單位氣缸工作容積的機(jī)械損失功來(lái)表示。它們和有效指標(biāo)的關(guān)系是： Pm=Pi-Pe Pmm=pmi-pme

機(jī)械損失的分配情況見下表：

機(jī)械損失名稱 占Pm的百分比（%）占Pi的百分比（%）

摩擦損失 62-75 8-20 驅(qū)動(dòng)各種附件損失 10-20 1-5 帶動(dòng)機(jī)械增壓器損失 6-10 泵氣損失 10-20 2-4 總功率損失 10-30 機(jī)械效率ηm的大致范圍是：

汽油機(jī) 0.7-0.9 柴油機(jī) 0.7-O.85

二、機(jī)械損失的影響因素

1、氣缸的直徑及行程

機(jī)械損失功率與缸徑、行程的大致關(guān)系為 :

SDmD

D——?dú)飧字睆?S——活塞行程； Dm——曲軸的平均直徑； K——與氣缸數(shù)和轉(zhuǎn)速有關(guān)的常數(shù)。

2、摩擦損失

在機(jī)械損失中，摩擦損失所占比例最大，達(dá)到70％左右，主要包括：（1）活塞組件的摩擦（2）曲軸組件的摩擦（3）配氣機(jī)構(gòu)的摩擦

3、轉(zhuǎn)速n（或活塞平均速度Cm）發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升（Cm隨之加大），致使：

1）各摩擦副間相對(duì)速度增加，摩擦損失增加。

2）曲柄連桿機(jī)構(gòu)的慣性力加大，活塞側(cè)壓力和軸承負(fù)荷均增高，摩擦損失增加。

3）泵氣損失加大。

4）驅(qū)動(dòng)附件消耗的功多

4、負(fù)荷

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速一定而負(fù)荷減小時(shí)，機(jī)械效率ηm下降。直到空轉(zhuǎn)時(shí)，有效

Pm?K功率Pe=0，指示功率Pi全部用來(lái)克服機(jī)械損失功率，即Pi=Pm，故ηm=0。

5、潤(rùn)滑油品質(zhì)和冷卻水溫度

潤(rùn)滑油（常稱全損耗系統(tǒng)用油）的粘度對(duì)摩擦損失的大小有重要影。粘度大，摩擦力大，流動(dòng)性差，使摩擦損失增加。水溫高，潤(rùn)滑油的粘度降低，摩擦損失減少。

第六節(jié) 內(nèi)燃機(jī)熱平衡

一、實(shí)際循環(huán)的熱平衡

下圖為四行程非增壓發(fā)動(dòng)機(jī)示功圖與理論循環(huán)的比較，通過(guò)研究實(shí)際循環(huán)與空氣標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)的差異，就可找出熱量損失所在。

由上圖比較可看出，實(shí)際循環(huán)和理論循環(huán)的差別在：（1）實(shí)際工質(zhì)的影響（2）換氣損失（3）燃燒損失（4）傳熱損失

由于上述各項(xiàng)損失的存在，使實(shí)際循環(huán)熱效率低于理論循環(huán)。

二、發(fā)動(dòng)機(jī)熱平衡

發(fā)動(dòng)機(jī)熱平衡是熱量表現(xiàn)為有效功及各項(xiàng)損失的分配情況。發(fā)動(dòng)機(jī)熱平衡通常按下列方法由試驗(yàn)確定。

1、發(fā)動(dòng)機(jī)所耗燃油的熱量QT（kJ/h）

QT=Bhμ

2、轉(zhuǎn)化為有效功的熱量QE（kJ／h）QE=3.6×103Pe

3、傳遞給冷卻介質(zhì)的熱量QS（kJ/h）QS=GScS(t2-t1)

4、廢氣帶走的熱量QR（kJ／h）QR=（B+Gk）（cprt2-cpKt1）

5、燃料不完全燃燒熱損失QB（kJ／h）QB=QT（1－ηr）

6、其它熱量損失QL（kJ／h）QL=QT-(QE+QS+QR+QB)

下圖為發(fā)動(dòng)機(jī)的熱平衡圖：

熱平衡大致數(shù)值范圍(%)：

形式 qe qs qr qb ql 汽油機(jī) 25～30 12～27 30～50 0～45 3～10 柴油機(jī) 30～40 15～35 25～45 0～5 2～5 增壓柴油機(jī) 35～45 10～25 25～40 0～5 2～5

第二篇：發(fā)動(dòng)機(jī)原理—教案

【發(fā)動(dòng)機(jī)原理】教案

教材: 《汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理》

張志沛 主編

大連海運(yùn)學(xué)院出版社

長(zhǎng)安大學(xué)

汽車學(xué)院機(jī)電與動(dòng)力研究所

目 錄

緒 論----------------------------

第一章 發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)及性能指標(biāo)--------------------------

§1-1 發(fā)動(dòng)機(jī)理想循環(huán)概述---------------------------

5§1-2 發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)熱量

這部分熱量雖然在膨脹過(guò)程中還可能會(huì)釋放出來(lái)，但由于活塞已接近下止

點(diǎn)，做功效果變差，熱效率下降。二 傳熱、流動(dòng)損失

（一）傳熱損失

理論上: 壓縮、膨脹過(guò)程為絕熱過(guò)程。

實(shí)際上: 大量熱量通過(guò)汽缸壁傳給冷卻水或空氣。

傳熱損失是發(fā)動(dòng)機(jī)中的最大損失，占總損失量的30%以上。因此，許多研

究者致力于開發(fā)絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)。

（二）流動(dòng)損失

理論上: 閉口系統(tǒng)，沒有氣體流動(dòng)損失。

實(shí)際上: 進(jìn)、排氣節(jié)流沿程損失，缸內(nèi)進(jìn)氣、擠壓、燃燒渦流損失。三 換氣損失

理論上: 忽略進(jìn)、排氣過(guò)程。

實(shí)際上: 進(jìn)、排氣門提前開啟，遲后關(guān)閉。而且有流動(dòng)阻力。

換氣損失中逆向循環(huán)所包圍的面積為泵氣損失。泵氣損失包含在換氣損失

之中。四 時(shí)間損失

理論上: 定容加熱瞬間完成，定壓加熱速度與活塞運(yùn)行速度密切配合。

實(shí)際上: 燃燒需要時(shí)間。五 補(bǔ)燃損失

理論上: 加熱瞬間停止，膨脹過(guò)程無(wú)加熱。

實(shí)際上: 雖然大部分（80%以上）燃料在燃燒過(guò)程中燃燒掉，但仍有小部分燃

料會(huì)拖到膨脹線上才燃燒，做功效果變差，熱效率下降。六 泄漏損失

理論上: 閉口系統(tǒng)，無(wú)泄漏。

實(shí)際上: 活塞氣環(huán)不會(huì)100%嚴(yán)密密封，總會(huì)有些氣體竄到曲軸箱中，造

成損失。

§1-3 熱平衡

總熱量: QT = GT hu 分別轉(zhuǎn)化為 一 有效功的熱量 QE

Qe?36.?103Ne [ kJ/h ]（1 kw/h = 36.?103 kJ）

只有這部分熱量做了功，是有用的，所以希望越大越好。一般

柴油機(jī): 30～40% ； 汽油機(jī): 20～30%。

Qe令 qe?QT二 傳遞給冷卻介質(zhì)的熱量 QS

QS?GScS(t2?t1)其中Gs－發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻介質(zhì)的每小時(shí)流量 [ kg/h ] cs－冷卻介質(zhì)比熱 [ kJ/kg·℃ ] t1，t2 －冷卻介質(zhì)的進(jìn)、出口溫度 [℃]

三 廢氣帶走的熱量QR

QSqs?QT

QR?(Gr?Gk)(cprt2?cpt1)其中Gr－燃料量 [ kg/h ] Gk－空氣量 [ kg/h ] cpr－廢氣比熱 [ kJ/kg·℃ ] cp－空氣比熱 [ kJ/kg·℃ ] t1，t2 －進(jìn)、排氣溫度 [℃]

四 燃料不完全燃燒的熱損失QB QRqr?QE

QB?QT(1??r)其中?r－燃料效率

五 其它熱量損失QL

QB qb?QTQL?QT?(QE?QS?QR?QB)

發(fā)動(dòng)機(jī)熱平衡方程式: qe

§1-4 指示指標(biāo)

ql?qt?(qe?qs?qr?qb)

?qs?qr?qb?ql?1

p-V圖 p-φ?qǐng)D

發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo): 指示指標(biāo)，有效指標(biāo)

指示指標(biāo): 以工質(zhì)在汽缸內(nèi)對(duì)活塞做功為基礎(chǔ)，評(píng)價(jià)工作循環(huán)的質(zhì)量。有效指標(biāo): 以曲軸上得到的凈功率為基礎(chǔ)，評(píng)價(jià)整機(jī)性能。

示功圖: 發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)壓力p隨汽缸容積V（p-V圖）或曲軸轉(zhuǎn)角?（p-?圖）變化的圖示。

一 指示功和平均指示壓力

（一）指示功Wi

一個(gè)循環(huán)工質(zhì)對(duì)活塞所做的有用功。

應(yīng)該：非增壓：Fi?F1?F2 增壓：Fi?F1?F2 因?yàn)? F2不容易測(cè)量, 實(shí)際將F2歸到機(jī)械損失中考慮。所以: Fi?F1

Wi?Fi?a?b 其中 a,b － 橫、縱座標(biāo)比例尺

指示功大，說(shuō)明 ○汽缸工作容積大 ○熱功轉(zhuǎn)換有效程度大。為突出后

者，比較不同大小發(fā)動(dòng)機(jī)的熱功轉(zhuǎn)換有效程度，引入平均有效壓力的概念。

（二）平均指示壓力pi

單位汽缸工作容積所做的指示功。

Wi pi?（假想?yún)?shù)）

Vh 其中Vh－每缸工作容積。

pi,柴 pi,汽?686～981 [ kpa ] ?784～1180 [ kpa ]

二 指示功率Ni

單位時(shí)間所做的指示功。

若: 缸數(shù)i，每缸工作容積Vh [ m ]，沖程數(shù) ?，平均指示壓力 pi[ pa ]，轉(zhuǎn)速 n [ r/min ]。則

3n2piVhin Ni?Wi?i? [ w ] ??60?30?piVhin ??10?3 [ kw ]

30? 若: 每缸工作容積Vh [ L ]，平均指示壓力 pi[ bar ]。則

piVhin Ni? [ kw ]

300?

三 指示比油耗和指示熱效率

（一）指示比油耗gi

單位指示功率的耗油量。

GT gi??103 [ g/kw·h ]

Ni GT－每小時(shí)耗油量 [ kg/h ]

（二）指示熱效率?i

Wi ?i?

Qi Qi－做Wi指示功所消耗的熱量。

36.?106 ?i?

gihu hu－燃料的低熱值。

?i,柴?0.43～0.50 gi,柴=170～200 [ g/kw·h ] ?i,汽?0.25～0.40 gi,汽=230～340 [ g/kw·h ]

§1-5 有效指標(biāo)

一 有效功率和機(jī)械損失功率

（一）有效功率Ne

單位時(shí)間所做的有效功。

peVhin Ne??10?3 [ kw ]

30? 其中 pe－平均有效壓力。

（二）機(jī)械損失功率Nm

發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部損耗的功率。

機(jī)械損失包括: 發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部摩擦損失；驅(qū)動(dòng)附件損耗，如: 機(jī)油泵、燃油泵、掃氣泵、冷卻水泵、風(fēng)扇、配氣機(jī)構(gòu)；和泵氣損失等。

pmVhin Nm??10?3 [ kw ]

30? Ne?Ni?Nm

其中 pm－平均機(jī)械損失壓力。

二 有效扭矩Me

功率輸出軸輸出的扭矩。

2?n Ne?Me? [ w ]

602?n ?Me? [ kw ]

360?10Men ? [ kw ] 9550

三平均有效壓力pe

單位汽缸工作容積所做的有效功。

peVhin 由于 Ne??10?3 [ kw ]

30?piVhin Ni??10?3 [ kw ]

30?peNe 所以

pe?pi?pm ?piNi

Me? pe?314 [ kpa ].Vhi pe?Me

pe,柴?588～883 [ kpa ] pe,汽?588～981 [ kpa ]

四 升功率和比重量

（一）升功率Nl

單位汽缸工作容積所發(fā)出的功率。

Ne Nl?

iVhpen ??10?3 [ kw/l ] 30?

（二）比重量Ge

發(fā)動(dòng)機(jī)凈重量G與所發(fā)出有效功率Ne的比值。

G Ge? [ kg/kw ]

Ne Nl?，Ge? ? 發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化程度高。

Nl,車柴?11～26 [ kw/l ] Ge,車柴?4～9 [ kg/kw ] Nl,拖柴?9～15 [ kw/l ] Ge,拖柴?5.5～16 [ kg/kw ] Nl,汽?22～55 [kw/l ] Ge,汽?1.35～4 [ kg/kw ] 可見，汽油機(jī)的強(qiáng)化程度要比柴油機(jī)的高。

五 有效比油耗和有效熱效率

（一）有效比油耗ge

單位有效功率的耗油量。

GT ge??103 [ g/kw·h ]

Ne GT－每小時(shí)耗油量 [ kg/h ]

（二）有效熱效率?e

We ?e?

Qe Qe－做We有效功所消耗的熱量。

3.6?106 ?e?

gehu ?e,柴 ?e,汽?0.30～0.40 ge,柴=218～285 [ g/kw·h ] ?0.20～0.30 ge,汽=285～380 [ g/kw·h ] 由此可見，柴油機(jī)的熱效率比汽油機(jī)的高，經(jīng)濟(jì)性比汽油機(jī)好。

§1-6 機(jī)械損失 一 機(jī)械效率?m

對(duì)于不同類型的發(fā)動(dòng)機(jī)，絕對(duì)損失大的，其相對(duì)損失卻不一定也大。必須有

一個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn)，故引進(jìn)機(jī)械效率的概念。

有效功率與指示功率的比值。

NepeNmpm ?m? ??1??1?NipiNipi Ne?Ni??m? 性能好，所以應(yīng)盡量提高?m。

?m,柴?0.7～0.85 ?m,汽?0.7～0.9

二 機(jī)械損失的測(cè)定

（一）倒拖法－只能在電力測(cè)功機(jī)上試驗(yàn)

在壓縮比不很高的汽油機(jī)上得到廣泛應(yīng)用。

發(fā)動(dòng)機(jī)與電力測(cè)功機(jī)相連。起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，冷卻水溫度、機(jī)油溫度達(dá)正常值。然后使發(fā)動(dòng)機(jī)在給定工況下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。切斷發(fā)動(dòng)機(jī)的供油（Ni?0,pi?0）。

將電力測(cè)功機(jī)轉(zhuǎn)換為電動(dòng)機(jī)使用，在給定轉(zhuǎn)速下倒拖發(fā)動(dòng)機(jī)，并維持冷卻水溫度和機(jī)油溫度不變。由于此時(shí)Nm??Ne，因此從電力測(cè)功機(jī)上所測(cè)得的倒拖功率Ne即為發(fā)動(dòng)機(jī)在該工況下的機(jī)械損失功率Nm。

（二）滅缸法－僅適用于多缸機(jī)

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)整到以給定工況穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)后，先測(cè)出整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率Ne。之后，在柴油機(jī)油門拉桿或齒條位置、或汽油機(jī)節(jié)氣門開度固定不動(dòng)的情況下，停止向某一汽缸供油或點(diǎn)火。調(diào)整測(cè)功機(jī)，使發(fā)動(dòng)機(jī)恢復(fù)到原來(lái)的轉(zhuǎn)速，重新測(cè)定有效功率Ne,1（其余五個(gè)汽缸的有效功率），Ne,1必然小于Ne（一缸熄火），兩者之差即為滅掉缸的指示功率Ni,1?Ne?Ne,1。因?yàn)镹i,1?Ni?Ni,x?1?(Ne?Nm)?(Ne,1?Nm,1)?Ne?Ne,1。逐次滅缸，則整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的指示功率為Nii?1 如果各缸負(fù)荷均勻，則僅測(cè)一個(gè)缸，即滅火一次即可，Ni 其它還有示功圖法，油耗線法等。

三 影響機(jī)械效率的因素

??(Ne?Ne,i)x，其中x為總缸數(shù)。

x?x(Ne?Ne,1)。這樣，整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械損失功率為Nm?Ni?Ne，機(jī)械效率為?m?Ne/Ni。(一)轉(zhuǎn)速

其中cm－活塞平均運(yùn)行速度。

pm與cm幾乎呈直線關(guān)系。?m與n似呈二次方關(guān)系。n? ? □ 慣性力? ? 活塞對(duì)缸壁的側(cè)壓力? ? 軸承負(fù)荷?

□ 各摩擦副相對(duì)速度? ? 摩擦損失?

□ 泵氣損失?，驅(qū)動(dòng)附件損耗?

? pm? ? ?m?

若要提高轉(zhuǎn)速來(lái)強(qiáng)化發(fā)動(dòng)機(jī)，則?m將成為主要障礙之一。

（二）負(fù)荷

發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷 □ 柴油機(jī): 油門拉桿或齒條位置

□ 汽油機(jī): 節(jié)氣門開度

轉(zhuǎn)速n一定，負(fù)荷? 時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒劇烈程度?，平均指示壓力pi?；而由于轉(zhuǎn)速不變，pm平均機(jī)械損失壓力pm基本保持不變。則?m?1??，機(jī)械效率下降。

pi? 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，有效功率Ne?0，指示功率Ni全部用來(lái)克服機(jī)械損失功率Nm。即Ni?Nm，因此，?m?0。

由于車用柴油機(jī)普遍在高轉(zhuǎn)速、較低負(fù)荷下工作，機(jī)械效率下降嚴(yán)重。因此，機(jī)械效率對(duì)于車用柴油機(jī)尤為重要。

（三）潤(rùn)滑油品質(zhì)和冷卻水溫度

潤(rùn)滑油粘度影響潤(rùn)滑效果

潤(rùn)滑油溫度影響潤(rùn)滑油粘度

冷卻水溫度影響潤(rùn)滑油溫度

即冷卻水、潤(rùn)滑油溫度通過(guò)潤(rùn)滑油粘度間接影響潤(rùn)滑效果。潤(rùn)滑油粘度（牌號(hào)）?；冷卻水溫度? ? 潤(rùn)滑油溫度? ? 潤(rùn)滑油粘度?

? 潤(rùn)滑效果? ? 摩擦? ? Nm,pm? ? ?m? 潤(rùn)滑油粘度（牌號(hào)）??；冷卻水溫度?? ? 潤(rùn)滑油溫度?? ? 潤(rùn)滑油粘度??

油膜破裂趨勢(shì)?? ? 摩擦?? ? Nm,pm?? ? ?m?? 潤(rùn)滑油中雜質(zhì)? ? 摩擦? ? Nm,pm? ? ?m?

要求: 定期保養(yǎng)、清洗機(jī)油濾清器，5000～10000公里換機(jī)油。

§1-7 燃燒熱化學(xué) 一 燃料的完全燃燒

（一）理論空氣量L0 目的: 1 kg燃料完全燃燒所需要的空氣量L0

汽油: gC2 已知條件: 1 kg燃料中所含gC kg 碳，gH kg 氫氣，gO kg氧氣

?0855.[ kg/kg ]，gH?0145.[ kg/kg ]，gO?0 [ kg/kg ] 柴油: gC?087 [ kg/kg ].[ kg/kg ]，gH?0126.[ kgkg ]，gO?0004.3 化學(xué)反應(yīng)方程式

C?O2?CO2 H2?O2?H2O 需要總的O2量

C?O2?CO2 H2?1O22?H2O 1 kmol 1 kmol 1 kmol 1 kmol kmol 1 kmol

21111 1 kg kmol kmol 1 kg kmol kmol 121242

gHgHgCgC gC kg kmol kmol gH kg kmol

4212125 燃料中所含的O2量

gO gO [ kg ] = [ kmol ]

326 所需空氣中的O2量 = 總的O2量－燃料中所含的O2量 所需空氣量（目的）（1）kmol 空氣中氧氣成分約占21%，所以

kmol 1gCgHgO(??)[ kmol/kg ] L0?0.2112432（2）kg 空氣的折合分子量為28.95，即 1 kmol 空氣 = 28.95 kg 空氣，所以

28.95gCgHgO(??)[ kg/kg ] L0?0.21124323（3）m 1 kmol 空氣 = 22.4 m 空氣，所以

22.4gCgHgO(??)[m3/kg ] L0?0.2112432

（二）過(guò)量空氣系數(shù)和空燃比 1 過(guò)量空氣系數(shù) ?

L ??

L0燃燒1kg燃料實(shí)際供給的空氣量 ?

完全燃燒1kg燃料理論上所需要的空氣量 表示混合氣的濃稀程度。? 大 ? 混合氣稀；? 小 ? 混合氣濃

一般，柴油機(jī): ? > 1；汽油機(jī): ? ? 1。2 空燃比 A/F A/F??L0

空氣量 ?

燃料量 表示混合氣的濃稀程度。A/F 大 ? 混合氣稀；A/F 小 ? 混合氣濃

（三）分子變更系數(shù) 1 理論分子變更系數(shù) ?0

M2 ?0?

M1燃燒后工質(zhì)的摩爾數(shù) ?

燃燒前工質(zhì)的摩爾數(shù) ?0? ? 容積變化大 ? 膨脹做功好 ? ?t?（1）完全燃燒: gHgO?432 ?0?1??L0（2）不完全燃燒:

gHgO0.21(1??)L0??432 ?0?1??L02 實(shí)際分子變更系數(shù) ?

M2?Mr?0?r ?? ?M1?Mr1?r 其中Mr－1 kg 燃料燃燒后殘余廢氣的摩爾數(shù)。r?Mr/?L0－殘余廢氣系數(shù)。

二 燃料的不完全燃燒第五章 發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲及排放污染

噪聲: 汽車的主要噪聲源 — 發(fā)動(dòng)機(jī)。

汽油機(jī)的主要噪聲源 — 風(fēng)扇噪聲和配氣機(jī)構(gòu)噪聲。

柴油機(jī)的主要噪聲源 — 燃燒噪聲。

柴油機(jī)的噪聲比汽油機(jī)的大。

排放: 汽油機(jī)的CO、NOx和HC排放比柴油機(jī)的多，柴油機(jī)的炭粒排放比汽油機(jī)的多。

§5-1 發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲污染及防治

GB規(guī)定: 城市噪聲聲壓級(jí)白天 — Lp ? 42 [ dB ]，夜間 — Lp ? 37 [ dB ]。一 噪聲的評(píng)價(jià)指標(biāo)

（一）噪聲的物理參數(shù) 1 聲壓 p 聲波通過(guò)介質(zhì)時(shí)，波峰處的壓力升高量 [ pa ]。2 聲壓級(jí) Lp — 無(wú)因次參數(shù)

p Lp?20lg [ dB ]

p0其中p0 — 1000 [ Hz ]時(shí)的基準(zhǔn)聲壓，即聽閥聲壓，p0?5?2?10?5 [ pa ]。

人耳能聽到的聽閥聲壓?2?10 [ pa ]，產(chǎn)生疼痛的痛閥聲壓 = 20 [ pa ]。相差100萬(wàn)倍左右。3 聲強(qiáng) I 單位時(shí)間、單位面積上通過(guò)的聲能 [ W/m ]。4 聲強(qiáng)級(jí) LI — 無(wú)因次參數(shù)

2I LI?10lg [ dB ]

I0其中I0 — 1000 [ Hz ]時(shí)的基準(zhǔn)聲強(qiáng)，L0?10?12 [ W/m2 ]。聲功率 W 聲源在單位時(shí)間內(nèi)所輻射的總能量 [ W ]。W??sInds

其中S — 包圍聲源的封閉面面積；In — 聲強(qiáng)在微元面積ds法線方向的分量。

（1）在自由場(chǎng)中，聲波球面輻射，則 I球?W4?r2?W [ W/m ]

2（2）在開闊地面上，聲波半球面輻射，則 I半球2?r2 [ W/m ] 聲功率級(jí) Lw — 無(wú)因次參數(shù)

W Lw?10lg [ dB ]

W0?10?12 [ W ]。

聲壓級(jí) Lp，聲強(qiáng)級(jí) LI和聲功率級(jí) Lw的范圍均為 0～120 [ dB ]。其中W0 — 基準(zhǔn)聲功率，W07 頻率與頻帶

人耳能聽到的聲音頻率范圍為20～20,000 [ Hz ]。

將其分為若干個(gè)頻率段 — 頻帶或頻程。

常用倍頻程和1/3頻程。

倍頻程的中心頻率 — 31.5，63，125，250，500，1000，2000，4000，8000，16000?

中心頻率f中，上限頻率f上和下限頻率f下的關(guān)系為

1f中； f上?2f下。

f上?2f中； f下?2 頻譜圖 — 橫坐標(biāo): 頻率（頻帶），縱坐標(biāo): 聲壓級(jí) Lp，聲強(qiáng)級(jí) LI或聲功率級(jí) Lw。

（二）主觀評(píng)價(jià) — 響度級(jí)

即使聲壓級(jí)相同，而頻率不同，人耳所感受到的聲音響度就會(huì)不同，主觀評(píng)價(jià)參數(shù) — 響度級(jí) [ 方 ]（[ phon ]）。

以1000 [ Hz ] 的純音為基準(zhǔn)聲音，當(dāng)某噪聲的響度與某聲壓級(jí)的純音響度相同時(shí)，則該純音的聲壓級(jí) [ dB ] 即為該噪聲的響度級(jí) [ phon ]。

如圖的ISO等響曲線由大量試驗(yàn)得出 100 Hz以下的噪聲，雖然聲壓級(jí) [ dB ] 較高，但響度級(jí) [ phon ]卻低，人耳不敏感。

低頻、低聲壓級(jí) [ dB ] 的噪聲，人耳聽不到。同一聲壓級(jí) [ dB ]下，人耳對(duì)頻率為3000～4000 Hz的噪聲（波谷）最為敏感，其響度級(jí) [ phon ] 最高。聲壓級(jí)高于100 [ dB ] 時(shí)，等響曲線平緩，響度級(jí) [ phon ] 僅與聲壓級(jí) [ dB ] 有關(guān)，而與頻率 [ Hz ] 幾乎無(wú)關(guān)。說(shuō)明對(duì)于高 [ dB ] 的噪聲，人耳已分辨不

出高、低頻了。

二 發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲分析

（一）車輛噪聲源 與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n有關(guān)的噪聲源

進(jìn)、排氣噪聲；旋轉(zhuǎn)件噪聲 — 風(fēng)扇，空氣壓縮機(jī)，發(fā)電機(jī)和空調(diào)等。2 與車速有關(guān)的噪聲源

傳動(dòng)噪聲 — 變速器，傳動(dòng)軸等；空氣動(dòng)力噪聲 — 輪胎噪聲，車體噪聲等。

（二）發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲源 — 主要噪聲源 1 直接傳向大氣的噪聲源

進(jìn)、排氣噪聲和風(fēng)扇噪聲等 — 屬于空氣動(dòng)力噪聲。2 發(fā)動(dòng)機(jī)表面輻射噪聲源

由發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的機(jī)械振動(dòng)引起。?p（1）燃燒噪聲 — ?，pmax?，還與發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的強(qiáng)度、剛度有關(guān)。

??（2）機(jī)械噪聲 — 發(fā)動(dòng)機(jī)零部件之間的間隙撞擊和零部件彈性變形，導(dǎo)致零部

件振動(dòng)引起。

三 發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的防治

（一）降低燃燒噪聲

?p1 采用油膜蒸發(fā)型混合氣形成方式 — M過(guò)程 ? ?，pmax?。

???p2 盡量使噴油先緩后急 — 推遲噴油開始時(shí)刻 ? ?，pmax?。

??3 使用十六烷值高的燃料 ? ?i?。

（二）加強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

加固主軸承，多加和加固加強(qiáng)筋。

（三）采用隔聲罩殼

材料: 鋼板、玻璃纖維和其它消聲材料。

部位: 曲軸箱側(cè)壁和排氣總管。

（四）采用排氣消聲器

排氣消聲器 — 聲濾波器，隨頻率變化。阻性消聲器 — 主要用于小轎車

聲學(xué)性能主要取決于聲吸收構(gòu)造和材料的流動(dòng)阻力。降低噪聲的頻帶較廣。2 抗性消聲器 — 主要用于載貨汽車

聲學(xué)性能主要取決于消聲器的幾何形狀，造成排氣聲能阻抗失配。阻抗失配使部分聲能在消聲器內(nèi)來(lái)回反射震阻礙向外輻射。3 阻抗復(fù)合式消聲器 — 用于各種汽車

以抗性消聲器為基礎(chǔ)，同時(shí)采用吸聲材料，可使排氣噪聲大幅度降低。

（五）低噪聲發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)

在滿足基本性能的前提下，按降聲原理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù)。

§5-2 發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染及防治 一 發(fā)動(dòng)機(jī)的污染源

（一）排氣污染 — 占發(fā)動(dòng)機(jī)總污染量的65～85% 1 一氧化碳 CO 2 氮氧化合物 NOx 碳?xì)浠衔?HC 4 燃料液滴和炭粒 5 各類鉛、硫化合物

（二）曲軸箱通風(fēng)污染 — 占發(fā)動(dòng)機(jī)總污染量的20%左右

主要是碳?xì)浠衔?HC。

（三）汽油箱通風(fēng)污染 — 占發(fā)動(dòng)機(jī)總污染量的5%左右

主要是碳?xì)浠衔?HC。

（四）化油器浮子室及油泵接頭處的泄漏污染 — 占發(fā)動(dòng)機(jī)總污染量的 5～10% 主要是碳?xì)浠衔?HC。

（五）含鉛、磷汽油所形成的鉛、磷污染

本課程只討論第一項(xiàng) — 發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣污染。

二 發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物的形成、危害和防治

（一）一氧化碳 CO 1 形成

C + O ? CO [ + O ] ? CO2 [ 中間產(chǎn)物 ] 產(chǎn)生的原因是缺氧。

汽油機(jī)上 — ? < 1 的濃混合氣；

柴油機(jī)上 — ? > 1，但局部過(guò)濃的混合氣。2 危害

煤氣中毒 — 人體血液中的血紅素對(duì)CO的親和力比對(duì)O2的高，引起含CO的血紅素所占比例增高，造成人體缺氧窒息。3 防治

（1）稀薄燃燒與高能點(diǎn)火

使混合氣的 ??，而又能夠正常燃燒。（2）縮小燃燒室的激冷區(qū)

激冷區(qū) — 燃燒室中由兩個(gè)以上冷表面構(gòu)成的狹窄空間，如擠氣間隙。

激冷效應(yīng) — 靠近激冷區(qū)的可燃混合氣，熱損失過(guò)多而不能著火。

縮小燃燒室的激冷區(qū) ? 燃燒易于完全 ? CO?。

（二）氮氧化合物 NOx 1 形成

（1）燃燒溫度高（2）高溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)

（3）火焰前鋒面中氧氣的濃度高

產(chǎn)生的原因是高溫。2 危害

（1）與肺中的水蒸汽粘合而形成稀硝酸，引起肺水腫和肺氣流阻力明顯上升。（2）與HC反應(yīng)生成光化學(xué)過(guò)氧化物，是光化學(xué)煙霧的主要成分。3 防治

（1）降低壓縮比 ? ? 缸內(nèi)溫度? ? NOx?。（2）減小點(diǎn)火提前角 ? ? 缸內(nèi)溫度? ? NOx?。（3）廢氣再循環(huán)，缸內(nèi)噴水，采用乳化油，?? 或 ?? ? 缸內(nèi)溫度? ? NOx?。（4）分層燃燒 ? 降低混合氣的均勻性 ? 缸內(nèi)溫度? ? NOx?。

（5）加強(qiáng)燃燒室內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)?混合氣混合、燃燒迅速?高溫持續(xù)時(shí)間??NOx?。

（三）碳?xì)浠衔?HC 1 形成

（1）局部混合氣過(guò)濃或過(guò)稀使氧化反應(yīng)減慢，熱損失相對(duì)增加，不能著火。（2）某微小單元的混合氣面容比大，熱損失大，不能著火。（3）激冷效應(yīng)。2 危害

（1）3.4苯并芘 — 致癌物質(zhì)。

（2）苯甲醛和丙烯醛 — 強(qiáng)烈刺激眼睛和呼吸器官。（3）光化學(xué)煙霧的主要成分。3 防治

（1）降低壓縮比 ? ? 膨脹沖程中燃燒室壁面溫度和排氣溫度? ? HC?。（2）改善燃燒室形狀，降低面容比 ? 散熱損失? ? HC?。（3）稀薄燃燒與高能點(diǎn)火 ? 燃燒完全程度? ? HC?。

（4）減小點(diǎn)火提前角 ? ? HC在膨脹和排氣沖程中燃燒掉。（5）縮小燃燒室的激冷區(qū) ? 燃燒易于完全 ? HC?。

（6）加強(qiáng)燃燒室內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng) ? 混合氣混合、燃燒完全 ? HC?。

（7）曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)

HC — 空氣濾清器 ? 進(jìn)氣管 ? 缸內(nèi)再燃燒。

（四）燃料液滴和炭粒 1 燃料液滴

柴油機(jī)冷起動(dòng)或低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)冒藍(lán)、白煙。藍(lán)、白煙之間沒有嚴(yán)格的成分差異，均為燃料液滴或水蒸汽，只是微粒的直徑不同而對(duì)光線的反射不同而已。2 炭粒

柴油機(jī)高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)冒黑煙。

（1）形成

缺氧，致使燃燒中間產(chǎn)物C-C，H-C裂化，再聚合成炭粒。

柴油機(jī)緩燃期中形成最多。（2）危害

A 燃燒不完全 ? 經(jīng)濟(jì)性?，動(dòng)力性?。B 污染大氣。

C 炭粒沉積在活塞、燃燒室和排氣門等零件表面，使運(yùn)動(dòng)件摩擦損失增大，甚

至卡死。（3）防治

A 稀薄燃燒與高能點(diǎn)火 ? 燃燒完全程度? ? 炭粒?。B 改善霧化質(zhì)量 ? 混合氣混合、燃燒完全 ? 炭粒?。C 加強(qiáng)燃燒室內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng) ? 混合氣混合、燃燒完全 ? 炭粒?。D 改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和使用，加速混合氣形成，提高燃燒速率。

E 采用乳化油 ? 缸內(nèi)溫度? ? 中間產(chǎn)物的熱裂反應(yīng)明顯減少。F 加入消煙添加劑 — 鋇鹽，但有毒。G 后期處理

小顆粒的炭粒經(jīng)過(guò)靜電、過(guò)飽和水蒸汽、超聲波而聚合成較大顆粒的炭粒，再通過(guò)除塵過(guò)濾器予以凈化。

（一）? ? 1－汽油機(jī) 假設(shè)燃料中的C 燃燒全部生成了CO和CO2。其中CO是中間產(chǎn)物，即不完

全燃燒產(chǎn)物。CO2是最終產(chǎn)物，即完全燃燒產(chǎn)物。

gC2 化學(xué)反應(yīng)方程式

?gCO?gCO2 C?O2?CO

C?O2 H23 需要總的O2量

?CO2

?1O2?H2O 21O2?CO C?O2?CO

2C?2gCO2gCO2gCOgCO kmol kmol gCO kg kmol gCO kg

224121212gC?gCO2gCO kmol kmol gCO kg

1224 H2 kmol ?1O22?H2O

kmol gH kmol 24 燃料中所含的O2量 gHgH kg 4gO gO [ kg ] = [ kmol ]

325 空氣中的O2量 = 總的O2量－燃料中所含的O2量

gCO2gHgO1 0.21?L0?(gC?gCO2)???2412432gCgHgOgCgCO2 0.21?L0?(??)??124322424gCgCO21gCgHgO ?0.21L0??[L0?(??)]

24240.2112432所以 gCO?24?021.L0(1??)

gCO?gC?24?0.21L0(1??)gC?gCO?gCO 分析

（1）當(dāng)L?L0時(shí)，? = 1，A/F?L0

gCO2?gC

gCO?0,gCO2?gC（2）?? ? gCO?0,（3）?? ? 使gC?gCO時(shí)

gCO?0，C全部生成CO。此時(shí)的過(guò)量空氣系數(shù)稱為臨界?值。記為?cr。

gC 所以 ?cr?1?

24?0.21L0（4）??? ? ???cr

此時(shí)理論上gC?gCO，析出炭粒。

一般柴油機(jī)的?cr?0.6～0.72。

（二）? > 1－柴油機(jī)

混合氣混合不均勻，局部過(guò)濃或過(guò)稀，造成燃燒不完全。缸內(nèi)情況十分復(fù)雜。

三 燃料和可燃混合氣的熱值

（一）燃料的熱值

kg 燃料完全燃燒所產(chǎn)生的熱量 [ kJ ]。

加入水的汽化潛熱的熱值－高熱值

不加入水的汽化潛熱的熱值－低熱值 hu

發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)高溫，水只能以氣態(tài)存在，故應(yīng)取不加入水的汽化潛熱的熱值，即低熱值。

汽油: hu?44100 [ kJ/kg ]；柴油: hu?42500 [ kJ/kg ]

（二）可燃混合氣的熱值

hu Hu? [ kJ/kmol ]

M1

§1-8 發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣的著火和燃燒方式 P 一 混合氣的著火

（一）柴油機(jī)－低溫多級(jí)自燃 1 t1階段－混合階段

在壓縮過(guò)程終了時(shí)，燃料噴入汽缸內(nèi)形成 可燃混合氣。燃料遇到溫度較高的空氣，開始 氧化，但速度緩慢，示功圖上的壓縮線沒有明 顯的變化。混合階段，為著火做準(zhǔn)備。2 t2階段－第一級(jí)反應(yīng)

燃燒的實(shí)質(zhì)是燃料的氧化反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)速 度很快時(shí)，火焰就會(huì)出現(xiàn)。經(jīng)過(guò)t1時(shí)間后，反

應(yīng)加劇，出現(xiàn)冷火焰，缸內(nèi)壓力超過(guò)壓縮壓力。在這一階段，反應(yīng)生成醛類、過(guò)氧化物和一氧化碳等中間產(chǎn)物。要求混合氣較濃，? = 0.4～0.5。3 t3階段－第二級(jí)反應(yīng)

溫度、壓力升高較大，產(chǎn)生許多化學(xué)反應(yīng)的活性中心，出現(xiàn)藍(lán)火焰?；旌蠚庀〉枚?，?略小于1。t1?t2?t3時(shí)間后－第三級(jí)反應(yīng)

活性中心劇增，化學(xué)反應(yīng)加速，熱積累劇烈，發(fā)生爆炸，出現(xiàn)熱火焰。混合氣更稀，? ? 1。

t1?t2?t3－著火延遲期

（二）汽油機(jī)－高溫單級(jí)點(diǎn)燃 壓縮的是燃料與空氣的混合氣體, 在此過(guò)程中, 已經(jīng)進(jìn)行了一些化學(xué)反應(yīng)?；鸹c(diǎn)火, 局部溫度高達(dá)20000℃以上, 該處燃料分子直接分裂成大量的自由原子與自由基, 迅速反應(yīng)出現(xiàn)熱火焰, 瞬間擴(kuò)大到整個(gè)燃燒室內(nèi)。所以, 汽油機(jī)著火過(guò)程：

壓縮混合氣 ? 點(diǎn)火（經(jīng)短暫著火延遲期）? 熱火焰

三 燃燒方式

（一）同時(shí)爆炸燃燒

取某一部分為系統(tǒng), 著火前后整個(gè)系統(tǒng)各個(gè)部分的相完全均勻一致。即相只隨 t（時(shí)間）座標(biāo)變化, 而不隨 x（位移）座標(biāo)變化, 為單相系, 均勻系。

柴油機(jī)上, 由于混合氣分配不是十分均勻, 總有某一部分混合氣最先著火（一般在噴油嘴附近）, 取這一部分為系統(tǒng), 則系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)的就是同時(shí)爆炸燃燒。

汽油機(jī)上, 由于火焰有傳播速度（雖然很快, 但相對(duì)同時(shí)爆炸燃燒卻很?。? 傳播逐次進(jìn)行, 故顯然不是同時(shí)爆炸燃燒。但火花塞間隙處的少量混合氣在電火花作用下, 可實(shí)現(xiàn)同時(shí)爆炸燃燒，從而形成火焰中心。

（二）逐漸爆炸燃燒 汽油機(jī)－火焰?zhèn)鞑?。兩相系－混合氣相（未燃區(qū)），燃燒產(chǎn)物相（已燃區(qū)）。

加熱從火花塞開始，緊靠火花塞的那一部分混合氣首先被加熱, 使氧化或活性中心增多, 發(fā)生燃燒。燃燒又加熱下一層??, 一層一層傳播。燃燒主要在火焰前鋒面內(nèi)進(jìn)行?；鹧媲颁h面前方的未燃區(qū)中是混合氣，火焰前鋒面后方的已燃區(qū)中為燃燒產(chǎn)物和一小部分在火焰前鋒面中沒有燃燒掉的燃料繼續(xù)燃燒。

（三）擴(kuò)散燃燒

柴油機(jī)的燃燒方式, 三相－燃料相, 空氣相, 燃燒產(chǎn)物相。

柴油燃點(diǎn)比汽油低, 但在日常生活中汽油卻比柴油易燃, 原因就在于汽油的揮發(fā)性好, 油與空氣形成混合氣較快, 物理準(zhǔn)備過(guò)程已經(jīng)就緒, 一點(diǎn)即燃。柴油機(jī)中燃燒的快慢卻主要取決于物理準(zhǔn)備過(guò)程進(jìn)行的快慢。油滴遇熱蒸發(fā)形成燃料蒸汽, 然后才能燃燒, 并非油滴與空氣接觸就可燃燒。為防止燃燒產(chǎn)物將油滴與空氣隔開, 將組織空氣相對(duì)于油滴的氣流運(yùn)動(dòng), 將燃燒產(chǎn)物拋在后面。

發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程

燃燒是做功之本。

燃燒需要空氣與燃料。重量比 容積比

燃料 1 1 液態(tài)

空氣 15 1000 氣態(tài)

燃料受機(jī)械控制，容易加入。而汽缸容積就那么大，要想多加空氣就要困難得多。因此，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過(guò)程的研究就顯得尤為重要了。

§2-1 四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程 一 配氣定時(shí)

與工程熱力學(xué)中介紹的不同, 進(jìn)排 氣門的開啟、關(guān)閉也需要時(shí)間, 故

在下止點(diǎn)前排氣－排氣提前角40?～80? 在上止點(diǎn)后關(guān)閉－排氣遲閉角10?～35? 在上止點(diǎn)前吸氣－進(jìn)氣提前角 0?～40? 在下止點(diǎn)后關(guān)閉－進(jìn)氣遲閉角40?～80? 進(jìn)氣提前角+排氣遲閉角－氣門疊開角

二 換氣過(guò)程

（一）排氣過(guò)程 1 自由排氣階段 A 排開 p >>p’ ? p = p’ 靠缸內(nèi)壓力將氣體擠出氣缸，其中 p－缸內(nèi)壓力, p’－排氣管內(nèi)壓力。2 強(qiáng)制排氣階段 B p = p’ ? p ? p’

靠活塞上行將廢氣擠出氣缸。3 超臨界排氣 C 排開 ? p = 1.9 p’

在氣閥最小截面處, 氣體流速等于該地音速

a?kRT m/s。其流量與壓差（pp’）。

（二）進(jìn)氣過(guò)程和氣門疊開角

由于節(jié)流作用, 缸內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓；（p0?p）使新鮮介質(zhì)進(jìn)入缸內(nèi)。

氣閥疊開角：非增壓：20?～60? CA。

太大（引起）? 廢氣回流進(jìn)氣道。

太小 ? 掃氣作用不明顯。

增壓：110?～140? CA。

進(jìn)氣管p?, 掃氣明顯, 氣閥疊開角可以增大很多。如6135 型高柴：非增壓：40?, 增壓：124?。掃氣的作用： 清除廢氣, 增加氣缸內(nèi)的新鮮充量。2 降低排氣溫度。3 降低熱負(fù)荷最嚴(yán)重處（如氣閥、活塞等）的溫度。

三 換氣損失

理論循環(huán)換氣功與實(shí)際循環(huán)換氣功之差。

如圖：換氣損失功－X+（Y+W）, 其中（W+Y）

為排氣損失功，X為進(jìn)氣損失功。

（一）排氣損失功Y

W是因排氣門提前開啟而損失的膨脹功, 稱為自由排氣損失。Y是活塞作用在廢氣上的推出功, 稱為強(qiáng)制排氣損失功。

排氣提前角? ? W?，Y?。

綜合效果, 要求（Y+W）?, 故（W+Y）有一個(gè)最佳值（W+Y）min。對(duì)應(yīng)排氣提前角亦有一個(gè)最佳值, n? ?（W+Y）min?。

（二）進(jìn)氣損失功X

進(jìn)氣損失功小于排氣損失功，即X < Y

（三）泵氣損失功（X+Y-D）

在實(shí)際示功圖中, 把（W+d）歸到指示功中考慮。而把泵氣損失功（X+Y-d）歸到機(jī)械損失中考慮。

§2-2 四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率

一 充氣效率

（一）定義

為比較不同大小、不同類型發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣品質(zhì)和換氣過(guò)程的完善程度, 不受氣缸工作容積Vh 的影響, 引入充氣效率?v的概念。

由于有進(jìn)氣阻力等因素的影響, 實(shí)際進(jìn)入氣缸中的新鮮充量必然小于理論上進(jìn)氣狀態(tài)下充滿工作容積的新鮮充量。二者之比稱為充氣效率?v, 即

實(shí)際進(jìn)入汽缸的新鮮充量 ?v?

進(jìn)氣狀態(tài)下充滿汽缸工作容積的新鮮充量?G?mV1 ?v???

?G0?m0Vh 其中：?G,?m,V1－實(shí)際充量的重量，質(zhì)量和體積；

?G0,?m0,V1－理論充量的重量，質(zhì)量和體積；

進(jìn)氣狀態(tài)：非增壓：空氣濾清器后進(jìn)氣管內(nèi)的氣體狀態(tài), 通常取為當(dāng)?shù)氐拇髿?/p>

狀態(tài)。

增 壓：增壓器出口狀態(tài)。

嚴(yán)格地說(shuō)，充氣效率應(yīng)為

實(shí)際進(jìn)入汽缸的新鮮充量 ?v?

以標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)充滿汽缸工作容積的新鮮充量更合理。這樣，在后面將要講到的大氣修正中，不同的壓力和溫度下進(jìn)氣量的比值就等于其充氣效率之比。否則，按照前頭的定義式，大氣溫度越高，充氣效率反而會(huì)越高，講起來(lái)似乎無(wú)法接受。而且也不具備可比性。

（二）實(shí)際測(cè)量 ?v?V1'Vh'

?'實(shí)際流量

理論流量3 其中：V1－實(shí)際測(cè)量 [ m/h ] ' VhVh[L]n??i??60?0.03Vhin[m3/h]

10002 充氣效率是衡量換氣過(guò)程進(jìn)行得完善程度的重要指標(biāo)。

柴油機(jī) 0.75～0.90 汽油機(jī) 0.70～0.85

二 充氣效率的分析式

充入汽缸的新鮮充量 = 缸內(nèi)氣體的總質(zhì)量－缸內(nèi)殘余廢氣質(zhì)量

（一）進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)缸內(nèi)氣體的總質(zhì)量

ma?(Vc?Vh')?a

' 其中Vc－余隙容積；Vh－進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)缸內(nèi)工作容積；

?a－進(jìn)氣終了缸內(nèi)氣體密度。

（二）排氣門關(guān)閉時(shí)缸內(nèi)殘余廢氣的質(zhì)量

mr?Vr?r

（三）充入汽缸的新鮮充量

?vVh?0

（四）充氣效率的分析式 其中?0－大氣狀態(tài)下氣體密度。其中Vr－排氣門關(guān)閉時(shí)缸內(nèi)容積；?r－排氣門關(guān)閉時(shí)缸內(nèi)殘余廢氣密度。

?(Vc?Vh')?a?Vr?r

?m(Vc?Vh')?a?Vr?r? ?v?Vh?0?m0

Vc?Vh'Vr?a??rVcVc ?Vh?0Vc

Vh'Vh??e??－有效壓縮比；Vr?Vc。

其中1???－壓縮比；1?VcVc 一般?e?(08.)?。若假設(shè)?e??，有.～09??a??r ?v?

(??1)?0 帶入理想氣體狀態(tài)方程式，得

1T0?papr???

?v?????1p0?TaTr? 其中p0,T0－大氣壓力和溫度；pa,Ta－進(jìn)氣終了時(shí)缸內(nèi)的壓力和溫度；

pr,Tr－排氣終了時(shí)殘余廢氣的壓力和溫度。

pa?,Ta ?v的分析式為定性分析?v的影響因素提供了依據(jù)。

§2-3 影響充氣效率的各種因素 一 進(jìn)氣終了壓力pa

（一）進(jìn)氣阻力?pa

pa???v?；pr?,Tr???v?。

?pa? ? pa? ? ?v?

?p0??pa

?pa對(duì)pa的影響最大。進(jìn)氣系統(tǒng)的沿程阻力和局部阻力均會(huì)使?pa增大。

（二）轉(zhuǎn)速

n ? ? ?pa?? ? pa? ? ?v?

（三）負(fù)荷

汽油機(jī)：負(fù)荷 ? ? 節(jié)氣們開度 ?（質(zhì)調(diào)節(jié)）? ?pa? ? pa? ? ?v?

柴油機(jī)：負(fù)荷 ? ? 循環(huán)供油量 ?（量調(diào)節(jié)）（與?pa無(wú)關(guān)）? 熱負(fù)荷 ? ?Ta? ? ?v?（不大）

二 進(jìn)氣終了溫度Ta

Ta??

（一）轉(zhuǎn)速

負(fù)荷一定：n? ?Ta???v?a???v?

?

綜合pa、Ta的影響，n ? ? ?v?。

（二）負(fù)荷

轉(zhuǎn)速一定：負(fù)荷 ? ? 熱負(fù)荷 ? ?Ta? ? ?v?

柴油機(jī)：進(jìn)、排氣管分置。

避免排氣管對(duì)進(jìn)氣管加熱，使Ta? ? ?v?

汽油機(jī)：進(jìn)、排氣管同置。

雖然Ta? ? ?v?，但燃油受熱增發(fā)快，可以改善混合氣形成。

三 排氣終了壓力pr

pr? ? 殘余廢氣量? ??v?

pr ? 排氣門處的阻力 ? n，所以 n? ? pr? ? ?v?（影響較?。┧?排氣終了溫度Tr

Tr? ? ?v? 五 壓縮比?

?? ? ?v?

?v公式僅為定性分析用的，是粗略的。還有許多因素未予考慮。如：壓力升高比?，絕熱指數(shù)k，進(jìn)氣馬赫數(shù)Ma，熱傳輸和過(guò)量空氣系數(shù)?等。

§2-4 提高充氣效率的措施

減小進(jìn)氣系統(tǒng)阻力。

沿程阻力，局部阻力（節(jié)流阻力）。

汽油機(jī)：空氣濾清器 ? 化油器 ? 進(jìn)氣管 ? 進(jìn)氣道 ? 進(jìn)氣門

柴油機(jī)：空氣濾清器 ? 進(jìn)氣管 ? 進(jìn)氣道 ? 進(jìn)氣門

一 減小流動(dòng)阻力

（一）進(jìn)氣門 1 進(jìn)氣門直徑d進(jìn)

進(jìn)氣門流通面積?0.20～0.25 活塞頂面積 d進(jìn)? ? pa? ? ?v?（影響大）

d排? ? pr? ? ?v?（影響?。?/p>

一般：d進(jìn) > d排 一般: 2 四氣門

流通面積f1? 40%左右。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)較高。

f1?? ? ?v?? ? Ne??（可達(dá)30%），ge?? 3 氣門升程h h?，時(shí)面值? ? ?v? 4 閥頂過(guò)渡圓角R R?? ? f1? ? ?v?

R?? ? 流動(dòng)阻力? ? ?v?

R應(yīng)適中。

（二）進(jìn)氣管 表面光潔度和流通面積

表面光潔度?，流通面積? ? 沿程阻力? ? ?v? 2 轉(zhuǎn)彎和節(jié)流阻力

轉(zhuǎn)彎半徑R?，截面突變? ? ?v? 3 截面形狀

考慮汽油機(jī)的霧化，蒸發(fā)，則

管壁面積? ? 沉積? ? 蒸發(fā)? ? 混合氣分配不均勻

截面形狀 圓形 矩形 D形

流動(dòng)阻力 小 大 中

底部蒸發(fā) 小 中 大

柴油機(jī)不存在底部蒸發(fā)問題，故多采用流動(dòng)阻力小的圓形進(jìn)氣管。

（三）進(jìn)氣道

轉(zhuǎn)彎半徑R?，表面光潔度?，各管口與墊片孔口對(duì)中 ? 流動(dòng)阻力? ? ?v?

設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮組織進(jìn)氣渦流。

（四）空氣濾清器

通道面積?，除塵效果? ? 流動(dòng)阻力? ? ?v?

經(jīng)常清洗，更換紙芯。

（五）化油器

喉口截面積? ? 流動(dòng)阻力? ? ?v?，但霧化效果?。

解決這對(duì)矛盾，采用雙喉口。小喉口：霧化；大喉口：進(jìn)氣。

二 合理選擇配氣定時(shí)

（一）配氣定時(shí)的綜合評(píng)定 良好的充氣效率以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能。2 合適的充氣效率以適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩特性。3 較小的換氣損失以適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性能。必要的燃燒室掃氣以保證高溫零件的熱負(fù)荷得以適當(dāng)降低，達(dá)到可靠運(yùn)行。5 合適的排氣溫度。

調(diào)整：1，2－進(jìn)氣遲閉角；3－排氣提前角；4，5－氣門疊開角

（二）進(jìn)氣遲閉角?i n?? ? 氣流慣性 ? ? 缸內(nèi)氣體易倒流進(jìn)氣管 ? ?v? n?? ? 一部分氣體來(lái)不及進(jìn)入汽缸 ? ?v? 3 ?i? ? 對(duì)應(yīng)?v,max的n? 1 轉(zhuǎn)速n一定時(shí)，總有一個(gè)進(jìn)氣遲閉角?i使得充氣效率?v為最大。

所以，高速發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速大，要獲得好的充氣效率和動(dòng)力性，進(jìn)氣遲閉角應(yīng)大

一些。n? ? ?i,最佳?

（三）排氣提前角?o

V1? ?o? ? ?? ? ?v?，??? 其中?－后期膨脹比。

V4? 考慮經(jīng)濟(jì)性，在排氣損失最小的前提下，盡量減小排氣提前角。

（四）氣門疊開角?i,o

?i,o?? ? 缸內(nèi)氣體易倒流進(jìn)氣管；?i,o?? ? pr?，Ta?? ?v?

增壓發(fā)動(dòng)機(jī)氣門疊開角應(yīng)大一些。

§2-5 進(jìn)氣管內(nèi)的動(dòng)態(tài)效應(yīng) 一 現(xiàn) 象

195柴油機(jī)：進(jìn)氣管長(zhǎng)度L = 300 mm L = 1140 mm 氣體在進(jìn)排氣管中有壓力波動(dòng)現(xiàn)象，有效組織、利用壓力波動(dòng)，可以提高充

氣效率。

進(jìn)氣門開閉時(shí)：pi? ? pa? ? ?v?

排氣門開閉時(shí)：po ? ? pr? ? ?v?

動(dòng)態(tài)效應(yīng)與進(jìn)排氣管的長(zhǎng)度和直徑有關(guān)。

二 波的動(dòng)態(tài)機(jī)理 ''

閉口端：進(jìn)：壓縮波 ? 反射: 壓縮波 －同型波

進(jìn)：膨脹波 ? 反射: 膨脹波 －同型波

開口端：進(jìn)：壓縮波 ? 反射: 膨脹波 －異型波

進(jìn)：膨脹波 ? 反射: 壓縮波 －異型波

三 進(jìn)氣動(dòng)態(tài)效應(yīng)

（一）慣性效應(yīng)

階段：進(jìn)氣門開 ? 進(jìn)氣門閉

? 膨脹波

? 壓縮波（進(jìn)氣門閉）

（二）波動(dòng)效應(yīng)

階段：進(jìn)氣門閉 ? 下一循環(huán)進(jìn)氣門開

? 壓縮波

? 膨脹波

? 膨脹波

? 壓縮波（進(jìn)氣門開）

壓力波動(dòng)是周期性的。

a 壓力波固有頻率：f1? [ 1/s ] 其中a－進(jìn)氣管內(nèi)聲速。

4Lnn? 發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣頻率：f2? [ 1/s ]

60?2120f130a 令：q? ?f2nL 當(dāng)q = 1，2，3? 時(shí)，進(jìn)氣門開，則pa? ? ?v?。

當(dāng)q = 1,2,3? 時(shí)，進(jìn)氣門開，則pa? ? ?v?。

222

四 結(jié) 論 慣性效應(yīng)（本循環(huán)），振幅大，衰減小。

波動(dòng)效應(yīng)（兩循環(huán)），振幅小，衰減大。高速發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)氣管短；低速發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)氣管長(zhǎng)。3 進(jìn)氣管直徑?? ? 流動(dòng)阻力? ? 壓力波強(qiáng)度?

進(jìn)氣管直徑?? ? 壓力波振幅? ? 壓力波強(qiáng)度? 4 多缸機(jī)上，進(jìn)氣管應(yīng)分支，且等長(zhǎng)。避免急轉(zhuǎn)彎，則壓力波振幅不會(huì)衰減太大。排氣管需要膨脹波，則pr? ? 掃氣作用? ? ?v?

§2-6 單位時(shí)間充氣量與循環(huán)充氣量

單位時(shí)間充氣量 G [ kg/h ]，循環(huán)充氣量 ?G [ kg ]，則

n G??G??i?60 [ kg/h ] 2 n? ? G?，但n? ? pa? ? ?G?

G? ? 單位時(shí)間供油量g? ? 與功率Ne有關(guān)。

?G? ? 循環(huán)供油量?g? ? 與扭矩Me有關(guān)。

圖中虛線為不考慮進(jìn)氣損失的G和?G曲線；

實(shí)際的G和?G曲線如圖中實(shí)線所示。

第三章 柴油機(jī)混合氣形成和燃燒

§3-1 柴油機(jī)混合氣形成 一 兩種基本形式

（一）空間霧化

將燃料噴在燃燒室空間使之成為霧狀，再利用空氣運(yùn)動(dòng)達(dá)到充分混合。

特點(diǎn): 1 對(duì)燃料噴霧要求高（采用多孔噴嘴）? 燃燒易于完全，經(jīng)濟(jì)性好。2 對(duì)空氣運(yùn)動(dòng)要求不高 ? 后期燃料易被早期燃燒產(chǎn)物包圍，高溫裂解

? 排氣冒煙。

?p3 但初期空間分布燃料多，燃燒迅速 ? ?，pmax? ? 工作粗暴。

??

（二）油膜蒸發(fā)（M過(guò)程）

空間霧化型混合氣蒸發(fā)方式要求將燃料盡量噴在燃燒室空間，而油膜蒸發(fā)型混合氣蒸發(fā)方式則有意將燃料噴在燃燒室壁面上，使之成為薄薄的一層油膜附著在燃燒室壁面上，只有一小部分燃料分布在燃燒室空間。經(jīng)燃燒室壁面和燃燒加熱，邊蒸發(fā)，邊混合，邊燃燒。初期蒸發(fā)、燃燒慢，后期蒸發(fā)、燃燒迅速（先緩后急）。

特點(diǎn): 1 對(duì)燃料噴霧要求不高（采用單、雙孔噴嘴），對(duì)空氣運(yùn)動(dòng)要求高。

?p2 放熱先緩后急 ? ?，pmax? ? 工作柔和，噪聲小，經(jīng)濟(jì)性較好。

??3 但低速性能不好，冷起動(dòng)困難。對(duì)進(jìn)氣道、燃料供給系統(tǒng)和燃燒室結(jié)構(gòu)參數(shù)

之間的配合要求很高，制造工藝要求嚴(yán)格。

二 燃料的噴霧

（一）噴霧的作用

只有當(dāng)燃料與空氣充分接觸，形成可燃混合氣時(shí)，才有可能燃燒。接觸面積越大，可燃混合氣越多，燃燒越完善。

ml 油滴: 1 個(gè)，d = 9.7 mm，S = 245 mm

霧化: 2.99?10個(gè)，d = 40 ?m，S = 15.?10 mm

面積增大 5090 倍，燃燒反應(yīng)機(jī)會(huì)大大增加。

（二）噴霧的形成 1 油束

燃油噴射 － 高壓、高速。

一級(jí)霧化－汽缸中空氣的動(dòng)力作用將油束撕

裂成片、帶、泡或大顆粒的油滴。

二級(jí)霧化－空氣動(dòng)力作用將片、帶、泡或大

顆粒的油滴再粉碎成細(xì)小的油滴。

油束中央速度高，但濃度也高，油滴集中，顆粒大。邊上油滴松散，顆粒小。但也有說(shuō)法正 好相反，中央油滴速度高，顆粒小，邊上顆粒大。2 著火條件

濃度、溫度為著火的必要條件

中間油粒大, 濃度偏高。

外側(cè)混合氣形成快，物理準(zhǔn)備快，但初期溫度不 高，化學(xué)準(zhǔn)備沒有跟上。等溫度適合于著火了，油粒 又過(guò)分發(fā)散，也不會(huì)著火。要控制好濃度與溫度的進(jìn)

2762程，使之正好配合，方可著火。

（三）噴霧特性 油束射程L

并不一定越大越好，這要根據(jù)混合氣形成的機(jī)理與燃燒室形狀具體分析。

L ?? ? 燃料噴到壁面上多 ? 空間混合氣太稀。

L ?? ? 燃料集中 ? 混合氣分布不均勻，空氣利用?。2 噴霧錐角?

反映油束的緊密程度。

孔式噴嘴 — ?? ? 油束松散，粒細(xì)。

軸針式噴嘴 — ?? ? 油束緊密，粒粗。3 霧化質(zhì)量（霧化特性）

細(xì)微度 — 油滴平均直徑

細(xì)：霧化好

均勻度 — 油滴最大直徑-油滴平均直徑 勻：霧化好

粒細(xì)?均勻度好，粒粗?均勻度差。

（四）噴油規(guī)律

單位時(shí)間（或曲軸轉(zhuǎn)角）的噴油量隨時(shí)間（或曲軸轉(zhuǎn)角）的變化規(guī)律。

噴油規(guī)律影響放熱規(guī)律，放熱規(guī)律影響動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放。1 噴油延遲角

噴油提前角? — 開始噴油 ? 上止點(diǎn)的曲軸轉(zhuǎn)角。

?’ — 上止點(diǎn) ? 停止噴油的曲軸轉(zhuǎn)角。

噴油延遲角??????’? — 開始噴油 ? 停止噴油的曲軸轉(zhuǎn)角。2 噴油延遲角對(duì)性能的影響

??????’??? ? 噴油持續(xù)時(shí)間長(zhǎng), 工作柔和，但油耗增大, 排放變差。

??????’??? ? 噴油持續(xù)時(shí)間短, 油耗下降, 排放好，但工作粗暴。噴油延遲角的比較

a.??????’??? ? 油耗?, 排放好，但工作粗暴。b.先急后緩

?? ? 工作粗暴。

?’? ? 油耗? , 排放差。

c.先緩后急

?? ? 工作柔和。

?’? ? 油耗? , 排放好, 盡量采用，但很難做到。

（五）噴油嘴 1 孔式噴嘴

主要用于直噴式燃燒室中。

孔數(shù): 1～5個(gè)，? = 0.25～0.8 mm。

霧化好，但易阻塞?？讛?shù)越少，霧化越好，但也易阻塞。2 軸針式噴嘴

主要用于分隔式燃燒室中。

? = 1～3 mm，通道間隙 ? = 0.025～0.05 mm。

霧化差，但有自潔作用，不易阻塞。三 氣流運(yùn)動(dòng)對(duì)混合氣形成的影響

（一）氣流運(yùn)動(dòng)的作用

（二）氣流運(yùn)動(dòng)

組織氣流運(yùn)動(dòng)，加速混合氣形成。1 進(jìn)氣渦流

使進(jìn)氣氣流相對(duì)于汽缸中心產(chǎn)生一個(gè)力，形成渦流。（1）切向氣道

特點(diǎn): 氣道母線與汽缸相切。

優(yōu)點(diǎn): 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，氣流阻力小 ? ?v?

缺點(diǎn): 渦流強(qiáng)度對(duì)進(jìn)氣口位置敏感。（2）螺旋氣道

特點(diǎn): 進(jìn)氣道呈螺旋型。

優(yōu)點(diǎn): 能產(chǎn)生強(qiáng)烈的進(jìn)氣渦流。

缺點(diǎn): 工藝要求高，制造、調(diào)試難度較高 2 擠氣渦流

活塞上行: 將活塞頂隙的氣體擠出流向燃燒室中，形成擠氣渦流。

活塞下行: 燃燒室中的氣體流向活塞頂隙處，形成反渦流。

擠氣間隙? ? 擠氣渦流強(qiáng)度?

擠氣面積? ? 擠氣渦流強(qiáng)度?

擠氣渦流雖然不如進(jìn)氣渦流強(qiáng)，但它的形成正好處于壓縮沖程終了，此時(shí)進(jìn)氣渦流已經(jīng)衰減得很弱，所以擠氣渦流就顯得相當(dāng)重要了。3 燃燒渦流

燃燒在燃燒室中產(chǎn)生壓力差，形成燃燒渦流。

尤其是分隔式的渦流室型燃燒室，汽缸蓋內(nèi)的 副燃燒室中的燃料燃燒后，高壓混合氣流和火焰高 速噴向活塞頂部的主燃燒室中，由于主燃燒室的導(dǎo) 向作用，形成燃燒渦流，或稱二次渦流。

（三）熱混合作用 1 剛性渦流

渦流中心質(zhì)點(diǎn)速度為零，越向邊緣速度越大。2 勢(shì)渦流

渦流中心質(zhì)點(diǎn)速度最大，壓力最小。越向邊緣速度越小，壓力越大，壁面處速度為零。

一般認(rèn)為渦流為勢(shì)渦流。熱混合作用（主要在渦流室型燃燒室的渦流室中產(chǎn)生）

渦流中的質(zhì)點(diǎn)受兩個(gè)力作用，離心力使質(zhì)點(diǎn)向外運(yùn)動(dòng)，壓差力使質(zhì)點(diǎn)向中心運(yùn)動(dòng)。

若 ?’ — 質(zhì)點(diǎn)密度，? — 空氣密度。

當(dāng) ?’ = ? 時(shí)，— 質(zhì)點(diǎn)作圓周運(yùn)動(dòng)。

當(dāng) ?’ > ? 時(shí)，— 離心力為主，質(zhì)點(diǎn)呈螺旋形向外運(yùn)動(dòng)。

當(dāng) ?’ < ? 時(shí)，— 壓差力為主，質(zhì)點(diǎn)呈螺旋形向中心運(yùn)動(dòng)。

液體油、燃油蒸汽: ?’ > 400 ?，向外運(yùn)動(dòng)。

燃燒產(chǎn)物: ?’ < 0.3 ?，向中心運(yùn)動(dòng)。

燃燒產(chǎn)物將新鮮空氣擠向外圍與燃油混合，并使混合氣與燃燒產(chǎn)物分開，火焰呈螺旋形向中心運(yùn)動(dòng)，這就是熱混合作用。

§3-2 柴油機(jī)的燃燒過(guò)程

一 燃燒過(guò)程的特點(diǎn)和柴油機(jī)燃燒的主要研究方向

（一）燃燒過(guò)程的特點(diǎn) 高壓噴油在汽缸內(nèi)部形成可燃混合氣。2 壓縮自燃。

（二）柴油機(jī)燃燒的主要研究方向 1 噴油霧化 2 噴油規(guī)律 3 氣流運(yùn)動(dòng) 4 燃燒室結(jié)構(gòu)

配合要好。

二 燃燒過(guò)程

p－? 示功圖曲線下的面積表示有用功的大小。

（一）著火延遲期?i 或稱滯燃期 1－2（著火延遲角?i）— 噴油嘴針閥打開向缸高壓噴油。

此時(shí)，缸內(nèi)溫度雖已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)柴油的自燃溫度（可達(dá) 400～800 ℃），但 并不馬上著火。

燃燒需要: 物理準(zhǔn)備 — 霧化、吸熱、蒸發(fā)、擴(kuò)散、混合 化學(xué)準(zhǔn)備 — 分解、氧化（焰前反應(yīng)）2 — 缸內(nèi)壓力脫離壓縮線開始急驟增高。

一般: ?i = 0.0007～0.003 [s]；對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱為著火延遲角?i。分重要。

（二）速燃期 2－3 2 點(diǎn)開始著火，壓力急驟增高，接近等容燃燒。持續(xù)噴油，即隨噴隨燃。3 — 最高壓力點(diǎn)。p3?pmax。

為表示2－3階段壓力升高的急驟程度，引入概念 盡管著火延遲期?i很短，但卻對(duì)燃燒過(guò)程、尤其是柴油機(jī)的燃燒過(guò)程影響很大，因此十?pp3?p2 壓力升高率: [ kpa/degCA ] ????3??2?p ??，pmax?? ? 沖擊載荷?，工作粗暴，柴油機(jī)壽命?

?? 44 ?p ??，pmax?? ? 做功不利，柴油機(jī)性能?

??

（三）緩燃期 3－4 4 — 最高溫度點(diǎn)。T4?Tmax? 1700～2000 ℃。放熱量達(dá)70～80%。

噴油在這一階段停止。

V?，p?，接近等壓燃燒。廢氣量?，氧氣、燃油量? ? 燃燒?。

（四）補(bǔ)燃期 4－5 5 — 放熱量達(dá)95～97%。

補(bǔ)燃期在膨脹過(guò)程中。

補(bǔ)燃期? ? ?t?，ge?，動(dòng)力性?，冷卻水溫度?，排氣溫度?，排放差。

所以，應(yīng)盡量減少補(bǔ)燃。柴油機(jī)由于隨噴隨燃，混合時(shí)間短，補(bǔ)燃要比汽油機(jī)嚴(yán)重。

三 影響著火延遲期?i的因素

（一）壓縮溫度Tc和壓力pc — 直接影響因素

pc?，Tc? ? ?i?

?ln?i?? ? ?i?

（二）壓縮比?

?? ? pc?，Tc? ? ?i?

（三）噴油提前角? — 影響最大的因素

??? ? 雖然噴油時(shí)的壓力較高，但著火時(shí)刻推遲，使燃燒?

? pc?，Tc? ? ?i?

??? ? pc?，Tc? ? ?i?

高速時(shí): ??mini 低速時(shí): ??mini 所以，有一個(gè)使?i為最小的?。

?10～15 [ degCA ] ?5～10 [ degCA ] 一 般: ? = 5～10 [ degCA ]

（四）轉(zhuǎn)速n n? ? 漏氣、散熱損失? ? pc?，Tc?；

噴油壓力? ? 霧化?；氣流運(yùn)動(dòng)? ? 蒸發(fā)?

? 混合氣形成好轉(zhuǎn) ? ?i?。

但n? ? 著火延遲角?i?

（五）十六烷值

十六烷值? ? 柴油的自然性? ?

缸內(nèi)p，T大時(shí)，影響不大；

缸內(nèi)p，T小時(shí) ? ?i?。

（六）增壓

增壓 ? pc?，Tc? ? ?i?

四 著火延遲期?i對(duì)柴油機(jī)性能的影響

?i? ? ?i期間噴入缸內(nèi)的燃料量? ? 著火前可燃混合氣量?

?p ? ?，pmax?。

???p ?i?? ? ??，pmax?? ? 沖擊載荷?，工作粗暴，柴油機(jī)壽命?。

?? ?i?? ? 混合氣形成欠佳 ? 柴油機(jī)性能?

五 放熱規(guī)律

燃燒放熱率?Q/??隨曲軸轉(zhuǎn)角 ? 變化的關(guān)系。

由噴油規(guī)律和實(shí)測(cè)示功圖，經(jīng)計(jì)算機(jī)計(jì)算而得。

（一）放熱規(guī)律

? 階段 — 在速燃期內(nèi)，約占3 degCA。?Q/????。

?? 階段 — 放熱量約80%，約占40 degCA。?Q/???。

??? 階段 — 在膨脹過(guò)程內(nèi)，放熱量約20%。

（二）燃燒過(guò)程三要素 1 放熱開始時(shí)刻 2 放熱規(guī)律 放熱持續(xù)時(shí)間

（三）希望 — 先緩后急

工作柔和，經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性好，排放少，補(bǔ)燃少。上止點(diǎn)

§3-3 柴油機(jī)供油系統(tǒng)的工作特性及其對(duì)燃燒過(guò)程的影響 一 燃油噴射

（一）供油系統(tǒng)的組成

油箱 ? 輸油泵 ? 濾油器 ? 低壓油管 ? 噴油泵 ? 高壓油管 ? 噴油器（噴油嘴）

（二）噴油過(guò)程

普遍采用柱塞式噴油泵。

柱塞上行，使噴油泵內(nèi)壓力升高，當(dāng)壓力升高 到一定值時(shí)，克服噴油泵上方出油閥彈簧預(yù)緊力和

高壓油管內(nèi)的殘余油壓，頂開出油閥，通過(guò)高壓油 管向噴油器供油。

上行2點(diǎn)過(guò)了4點(diǎn)之后，打開回油口，使泵內(nèi) 油壓下降。當(dāng)泵內(nèi)油壓小于出油閥彈簧預(yù)緊力和高 壓油管內(nèi)的殘余油壓力時(shí)，出油閥落座，噴油停止。

下行2點(diǎn)過(guò)了4點(diǎn)之后，回油停止，重新進(jìn)油。

（三）噴油延遲時(shí)間

從噴油泵內(nèi)燃油頂開出油閥進(jìn)入高壓油管至油壓壓開噴油嘴針閥的時(shí)間。

原因 — 高壓油管中燃油壓縮 + 節(jié)流作用

（四）幾何供油規(guī)律

從幾何關(guān)系求出的油泵凸輪每轉(zhuǎn)一度（或每秒）噴油泵供入高壓油管的燃油量 [ ml/degPA或ml/s ]隨曲軸轉(zhuǎn)角 ?（或時(shí)間 t）的變化關(guān)系。dgpdtdgp?fpwp [ ml/s ] ?fpwp [ ml/degPA ]

d?2其中fp — 柱塞面積 [ mm ]；

wp — 柱塞速度 [ ml/degPA ]。

幾何供油規(guī)律與噴油規(guī)律不同。

二 噴油泵速度特性及其校正

（一）節(jié)流作用 理論上（不存在節(jié)流）

上行—當(dāng)3點(diǎn)與5點(diǎn)重合時(shí)，才開始供油。

當(dāng)2點(diǎn)與4點(diǎn)重合時(shí)，既開始回油，停止供油。實(shí)際上（存在節(jié)流）

上行—當(dāng)3點(diǎn)不到5點(diǎn)時(shí)，由于通道小，節(jié)流，已經(jīng)開始供油。

關(guān)閉進(jìn)油口時(shí) — 供油提前。

當(dāng)2點(diǎn)過(guò)了4點(diǎn)以后，通道小，節(jié)流，才開始回油，停止供油。

開啟回油口時(shí) — 供油持續(xù)。

所以，實(shí)際供油比理論供油時(shí)間長(zhǎng)，供油量大。

（二）噴油泵速度特性

每循環(huán)供油量隨轉(zhuǎn)速n的變化關(guān)系。n? ? 節(jié)流作用? ? 循環(huán)供油時(shí)間?

? 循環(huán)供油量 ?g?

（三）車用的適應(yīng)性

車用 — 希望n? ? ?g? ? Me?

（例如: 低速大負(fù)荷工況）

噴油泵速度特性 — n? ? ?g? ? Me?

因此，噴油泵速度特性不適合于車用，必須進(jìn)行校正。

（四）校正 1 出油閥校正

可變減壓容積和可變減壓作用。n? ? 節(jié)流作用? ? ?g? ? Me?

可使循環(huán)供油量曲線變得較平坦，但若要適合于車用，還需進(jìn)行調(diào)速器 校正。調(diào)速器校正

n? ? ?g?? ? Me??

在第六章發(fā)動(dòng)機(jī)特性中介紹。

三 不正常噴射現(xiàn)象

（一）二次噴射

高壓油管內(nèi)壓力波引起。

噴射時(shí)間? ? 霧化不良，燃燒不完全，補(bǔ)燃嚴(yán)重，排污?，炭煙?，零件過(guò)熱。

（二）斷續(xù)噴射

進(jìn)入噴油嘴燃油量不穩(wěn)定，壓力波動(dòng)引起。

噴油時(shí)間正常，但針閥運(yùn)動(dòng)次數(shù)?，噴油嘴易磨損。

（三）隔次噴射

低速、尤其是怠速時(shí)，油壓不足，壓不開針閥。下一循環(huán)時(shí)油壓聚足，壓開針閥噴射。

怠速運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定。

§3-4 柴油機(jī)的燃燒室 一 燃燒室的分類

（一）直噴式 開式 — 中、大型，中、低速船舶、發(fā)電用柴油機(jī)

不組織進(jìn)氣渦流，空間霧化型混合氣蒸發(fā)方式。

2 半開式 — 中、小型，中、高速車用柴油機(jī)（1）? 型

（2）球型

（3）復(fù)合式（U型）

（二）分隔式 渦流室型 — 小型高速車用柴油機(jī) 預(yù)燃室型 — 小、中、大型，中、高速車用柴油機(jī)

二 直噴半開式燃燒室

（一）? 型 應(yīng)用: 黃河JN151，6135Q柴油機(jī)；日野ED100，6128柴油機(jī)等。2 混合氣形成方式: 空間霧化。3 主要結(jié)構(gòu)參數(shù)

dk?0.4～0.6（1）D 其中dk — 燃燒室喉口直徑；D — 汽缸直徑。

dk ??，油束射程?? ? 燃油噴在燃燒室局部空間，空氣利用率?。

Ddk ??，油束射程??，氣流運(yùn)動(dòng)? ? 燃油噴在燃燒室壁面上，霧化差。

DVk（2）?0.75～0.85 Vc 其中Vk — 燃燒室容積；Vc — 活塞位于上止點(diǎn)時(shí)的壓縮容積。

Vk ? ? 空氣利用率?，散熱面積? ? 燃燒好。

VcVk 所以，希望盡可能大。

Vc4 主要特點(diǎn)

（1）長(zhǎng)型多孔（3～5 個(gè)）噴嘴，孔徑 d = 0.25～0.4 [ mm ]。

針閥開啟壓力 19.6 [ Mpa ]，噴霧夾角 140～160?。（2）?i? ? 工作粗暴。

（3）? > 1.3，? 大 ? 空氣利用率?

? 空氣停留時(shí)間? ? NOx?（4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，散熱面積?，冷起動(dòng)性好，經(jīng)濟(jì)性好。

（二）?的改進(jìn)型 1 四角型

日本五十鈴公司研制。

主要特點(diǎn):

第三篇：發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理試講教案

《汽車構(gòu)造（上）》

——往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的工作原理

教學(xué)目的、要求（分掌握、熟悉、了解三個(gè)層次）：

掌握：發(fā)動(dòng)機(jī)的基本術(shù)語(yǔ) 熟悉：四沖程汽油機(jī)的工作原理

了解：發(fā)動(dòng)機(jī)的概念、功能、分類及基本結(jié)構(gòu)

教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)：

重點(diǎn)：發(fā)動(dòng)機(jī)的基本術(shù)語(yǔ) 難點(diǎn)：四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理

教學(xué)方法及手段： 多媒體教學(xué) 視頻分析 對(duì)比分析

教學(xué)過(guò)程與教學(xué)內(nèi)容

復(fù)習(xí)：汽車總體構(gòu)造、汽車行駛基本原理 導(dǎo)入：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)知識(shí)知多少？ 講授新課：

反之則為外燃機(jī)。

1.按活塞運(yùn)動(dòng)方式的不同，活塞式內(nèi)燃機(jī)可分為往復(fù)活塞式和旋轉(zhuǎn)活塞式兩種。

2.根據(jù)所用燃料種類，活塞式內(nèi)燃機(jī)主要分為汽油機(jī)、柴油機(jī)和氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)三類。

3.按冷卻方式的不同，活塞式內(nèi)燃機(jī)分為水冷式和風(fēng)冷式兩種。4.往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)還按其在一個(gè)工作循環(huán)期間活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的行程數(shù)進(jìn)行分類，分為四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)和二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。

5.按照氣缸數(shù)目分類可以分為單缸發(fā)動(dòng)機(jī)和多缸發(fā)動(dòng)機(jī)。6.內(nèi)燃機(jī)按照氣缸排列方式不同可以分為單列式和雙列式。7.按進(jìn)氣狀態(tài)不同，活塞式內(nèi)燃機(jī)還可分為增壓和非增壓兩類。

1.進(jìn)氣行程：

活塞在曲軸的帶動(dòng)下由上止點(diǎn)移至下止點(diǎn)。此時(shí)排氣門關(guān)閉，進(jìn)氣門開啟。2.壓縮行程：

進(jìn)氣行程結(jié)束后，曲軸繼續(xù)帶動(dòng)活塞由下止點(diǎn)移至上止點(diǎn)。這時(shí)，進(jìn)、排氣門均關(guān)閉。3.作功行程：

壓縮行程結(jié)束時(shí)，安裝在氣缸蓋上的火花塞產(chǎn)生電火花，將氣缸內(nèi)的可燃混合氣點(diǎn)燃，火焰迅速傳遍整個(gè)燃燒室，同時(shí)放出大量的熱能。這時(shí)，進(jìn)、排氣門仍舊關(guān)閉。4.排氣行程：

排氣行程開始，排氣門開啟，進(jìn)氣門仍然關(guān)閉，曲軸通過(guò)連桿帶動(dòng)活塞由下止點(diǎn)移至上止點(diǎn)，此時(shí)膨脹過(guò)后的燃燒氣體(或稱廢氣)在其自身剩余壓力和在活塞的推動(dòng)下，經(jīng)排氣門排出氣缸之外。當(dāng)活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)，排氣行程結(jié)束，排氣門關(guān)閉。

二、四沖程柴油機(jī)工作原理

四沖程柴油機(jī)和四沖程汽油機(jī)的工作過(guò)程相同，每一個(gè)工作循環(huán)同樣包括氣、壓縮、作功和排氣四個(gè)行程，但由于柴油機(jī)使用的燃料是柴油，柴油與汽油有較大的差別，柴油粘度大，不易蒸發(fā)，自燃溫度低，故可燃混合氣的形成，著火方式，燃燒過(guò)程以及氣體溫度壓力的變化都和汽油機(jī)不同。

1.進(jìn)氣行程：

在柴油機(jī)進(jìn)氣行程中，被吸入氣缸的只是純凈的空氣。

2.壓縮行程：

因?yàn)椴裼蜋C(jī)的壓縮比大，所以壓縮行程終了時(shí)氣體壓力高。3.作功行程：

在壓縮行程結(jié)束時(shí)，噴油泵將柴油泵入噴油器，并通過(guò)噴油器噴入燃燒室。因?yàn)閲娪蛪毫芨撸瑖娍字睆胶苄?，所以噴出的柴油呈?xì)霧狀。細(xì)微的油滴在熾熱的空氣中迅速蒸發(fā)汽化，并借助于空氣的運(yùn)動(dòng)，迅速與空氣混合形成可燃混合氣。由于氣缸內(nèi)的溫度遠(yuǎn)高于柴油的自燃點(diǎn)，因此柴油隨即自行著火燃燒。燃燒氣體的壓力、溫度迅速升高，體積急劇膨脹。在氣體壓力的作用下，活塞推動(dòng)連桿，連桿推動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)作功。4.排氣行程：

排氣行程開始，排氣門開啟，進(jìn)氣門仍然關(guān)閉，燃燒后的廢氣排出氣缸。三、四沖程汽油機(jī)和四沖程柴油機(jī)的特點(diǎn)和區(qū)別

鞏固：思考題 小結(jié)：

1、基本術(shù)語(yǔ)解釋

2、四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理 作業(yè)：

第四篇：發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理教案1

任務(wù)三 認(rèn)識(shí)四沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程

一、教材分析：

本節(jié)內(nèi)容在項(xiàng)目六認(rèn)識(shí)汽車的總體結(jié)構(gòu)章節(jié)中占有重要地位，主要闡述了汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程以及四個(gè)行程的工作過(guò)程和特點(diǎn)。學(xué)生清晰理解發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理將為今后進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷和拆修打下基礎(chǔ)。因此，本節(jié)課的成敗直接影響后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。

二、教學(xué)目標(biāo)：

使學(xué)生掌握四沖程汽油機(jī)的工作過(guò)程即工作原理，并在工作原理掌握的基礎(chǔ)上，能夠分析四沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中，各組成部分的工作狀態(tài)和它們之間的相互工作關(guān)系，提高學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)課過(guò)程中分析問題的能力。

三、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：

教學(xué)重點(diǎn)：四沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)完成一個(gè)工作循環(huán)各行程的工作過(guò)程。教學(xué)難點(diǎn)：四沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)工作行程的工作特點(diǎn)。

四、教學(xué)方法：講授法、討論法、視頻演示法

五、教學(xué)工具：教材、黑板、粉筆、PPT

六、課時(shí)安排：1課時(shí)

七、教學(xué)過(guò)程：

[每課一車] 首先我們請(qǐng)吳邢均同學(xué)來(lái)主持這節(jié)課的“每課一車”欄目 [復(fù)習(xí)] 1.寫出往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的基本結(jié)構(gòu)名稱。

2.什么是上止點(diǎn)、下止點(diǎn)、活塞沖程、燃燒室容積？

[講授新課]

一、觀看一組發(fā)動(dòng)機(jī)圖片，提出關(guān)鍵詞：工作循環(huán) 四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)

進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣

二、提出問題，四個(gè)工作過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)各部件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)？ 觀看發(fā)動(dòng)機(jī)安裝及工作視頻

（1）進(jìn)氣行程

①活塞運(yùn)動(dòng)方向：由上向下運(yùn)動(dòng) ②氣門狀態(tài)：進(jìn)氣門開、排氣門關(guān) ③曲軸轉(zhuǎn)角：0°—180°

4氣缸內(nèi)氣體壓力為0.08—0.09MPa，溫度47℃～107℃。○

【教師提問】

1、發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)去的是何氣體：可燃混合氣 2.混合氣為何會(huì)被吸入氣缸？

引導(dǎo)學(xué)生回答：活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動(dòng)，活塞上方額氣缸容積增大，從而氣缸內(nèi)的壓力降低到大氣壓一下，造成真空吸力，此時(shí)氣缸內(nèi)氣體壓力為0.08—0.09MPa。（2）壓縮行程

①活塞運(yùn)動(dòng)方向：由下向上運(yùn)動(dòng) ②氣門狀態(tài)：進(jìn)氣門關(guān)、排氣門關(guān) ③曲軸轉(zhuǎn)角：180°—360°

4氣缸內(nèi)氣體溫度327℃～427℃，壓力0.8-1.5MPa?！鹨龑?dǎo)學(xué)生通過(guò)觀察壓縮行程工作示意圖回答問題，把ppt上的工作特性表格填寫完整。

①【教師提問】為什么要將可燃混合氣壓縮？

引導(dǎo)學(xué)生回答：為了使吸入氣缸的可燃混合氣能迅速燃燒，以產(chǎn)生較大的壓力，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出較大功率，必須在燃燒前將可燃混合氣壓縮，使密度增大，壓力增大，溫度升高，此時(shí)氣缸內(nèi)氣體壓力為0.6—1.2MPa。②【教師提問】回憶壓縮比概念？

引導(dǎo)學(xué)生回答：壓縮比=氣缸總?cè)莘e/燃燒室容積=壓縮前容積/壓縮后容積 壓縮比越大，混合氣壓力、溫度越高，燃燒速度增快→使發(fā)動(dòng)機(jī)功率增大，經(jīng)濟(jì)性也越好。

▲注意：壓縮比過(guò)大，會(huì)產(chǎn)生爆燃和表面點(diǎn)火等不正常燃燒現(xiàn)象（汽油機(jī)6-10，柴油機(jī)16-22）（3）作功行程

①活塞運(yùn)動(dòng)方向：由上向下運(yùn)動(dòng) ②氣門狀態(tài)：進(jìn)氣門關(guān)、排氣門關(guān) ③曲軸轉(zhuǎn)角：360°—540°

4氣缸內(nèi)氣體瞬時(shí)最高：溫度1927℃—2527℃，壓力3-6.5 MPa ○引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)觀察進(jìn)氣行程工作示意圖回答問題，把ppt上的工作特性表格填寫完整。

【教師提問】闡述作功行程如何工作？

引導(dǎo)學(xué)生回答：火花塞發(fā)出電火花，點(diǎn)燃被壓縮混合氣，釋放出大量的熱能，高

溫、高壓使活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)曲軸旋轉(zhuǎn)輸出機(jī)械能。此時(shí)氣缸內(nèi)氣體壓力為3—5MPa。

引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)觀察進(jìn)氣行程工作示意圖回答問題，把ppt上的工作特性表格填寫完整。（4）排氣行程

①活塞運(yùn)動(dòng)方向：由下向上運(yùn)動(dòng) ②氣門狀態(tài)：進(jìn)氣門關(guān)、排氣門開 ③曲軸轉(zhuǎn)角：540°—720°

4氣缸內(nèi)氣體溫度627℃-827℃，壓力0.105-0.120 MPa ○引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)觀察進(jìn)氣行程工作示意圖回答問題，把ppt上的工作特性表格填寫完整。

【教師提問】如何排氣？

引導(dǎo)學(xué)生回答：作功接近終了時(shí)，靠廢氣的壓力進(jìn)行“自由排氣”，活塞由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)（慣性），繼續(xù)強(qiáng)制將廢氣排到大氣中。

[教學(xué)總結(jié)]（師生共同小結(jié)）本節(jié)課我們一起學(xué)習(xí)了以下幾點(diǎn)內(nèi)容：

1、四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)包括四個(gè)行程：進(jìn)氣行程、壓縮行程、作功行程和排氣行程；

2、四沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程：將可燃混合氣引入氣缸，然后壓縮，壓縮接近終點(diǎn)時(shí)點(diǎn)燃?？扇蓟旌蠚庵鹑紵?，產(chǎn)生高溫高壓氣體，推動(dòng)活塞下行實(shí)現(xiàn)對(duì)外作功，最后排除廢氣。

3、四沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)二周，活塞在氣缸里往復(fù)行程2次，進(jìn)、排氣門各開閉1 次，將熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，輸出作功。

三、課堂練習(xí)（見ppt）

[課后思考] 簡(jiǎn)述四沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程

第五篇：發(fā)動(dòng)機(jī)分析原理

柴油機(jī)故障分析

內(nèi)燃機(jī)中級(jí)技術(shù)工人培訓(xùn)試用教材

第一節(jié)

柴油機(jī)故障的征象和分析故障的原則

一、柴油機(jī)故障的征象

柴油機(jī)在使用過(guò)程中，由于零件的自然磨損和變形，使用維護(hù)不當(dāng)、裝配和維修質(zhì)量不良等原因，使柴油機(jī)性能下降，出現(xiàn)不正常的現(xiàn)象，甚至不能繼續(xù)工作，這種現(xiàn)象稱為故障。

當(dāng)柴油機(jī)發(fā)生故障時(shí)，往往通過(guò)一個(gè)或幾個(gè)征象表現(xiàn)出來(lái)，一般這些征象都具有可觀、可聽、可嗅、可模、可測(cè)量的性質(zhì)?？偨Y(jié)起來(lái)有以下幾個(gè)方面：

1、工作不正常：如不易起動(dòng)，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)、不能帶負(fù)荷、自動(dòng)停車等；

2、聲音不正常：如發(fā)出不正常的敲擊聲、放炮聲、吹噓聲等；

3、溫度不正常：如排氣管過(guò)熱、機(jī)油過(guò)熱、冷卻水過(guò)熱、軸承過(guò)熱等；

4、外觀不正常：如排氣管冒白煙、黑煙、藍(lán)煙、漏水、漏氣等；

5、消耗不正常：如柴油、冷卻水、機(jī)油等消耗量增加，油面及水面升高或降低；

6、氣味不正常：如排氣管帶很濃的柴油和機(jī)油的氣味，以及不正常的嗅味和焦味等。

柴油機(jī)故障的發(fā)生大部分是由于使用時(shí)不遵守操作規(guī)程，不注意保養(yǎng)工作，裝配和調(diào)整不正確以及一些零件的磨損而引起的。因此，正確的使用和及時(shí)的保養(yǎng)是防止和減少故障的有效辦法。但有時(shí)發(fā)生了故障，也應(yīng)當(dāng)仔細(xì)的分析故障發(fā)生的原因，及時(shí)加以排除。

二、分析故障的原則

為了能迅速、有效地排除故障，要對(duì)故障產(chǎn)生的部位和原因進(jìn)行正確的判斷。因此要求在了解故障的基本征象后，根據(jù)該柴油機(jī)構(gòu)造和原理上的特點(diǎn)，全面地分析產(chǎn)生故障的可能原因，然后根據(jù)從簡(jiǎn)到繁、由表及里、按系統(tǒng)逐個(gè)分析，最后找出故障的實(shí)際原因，加以排除。根據(jù)實(shí)際中總結(jié)出來(lái)的判斷故障的經(jīng)驗(yàn)是：搞清征象、結(jié)合構(gòu)造，聯(lián)系原理，具體分析，從簡(jiǎn)到繁、由表及里、按系統(tǒng)分段，逐步檢查。絕不能在沒有弄清問題之前，隨便亂拆機(jī)器。這樣不但不能消除故障，還可能發(fā)生新的故障。

實(shí)際上，故障的征象是一定的故障原因在一定的工作條件下的表現(xiàn)，當(dāng)改變工作條件時(shí)，故障的征象也隨之改變，只在某一種條件下的表現(xiàn)，故障的征象表現(xiàn)得更為明顯。根據(jù)這個(gè)道理，廣大機(jī)務(wù)機(jī)務(wù)工作者在長(zhǎng)期的實(shí)踐中，創(chuàng)造了很多提高觀察和聽診效果的技術(shù)措施和方法，使故障征象表現(xiàn)得更為明顯和突出?，F(xiàn)將這些方法介紹如下：

1、停缸法：依次地停止某缸供油，觀察故障征象變化的情況，以判斷某缸是否有故障。如柴油機(jī)發(fā)生斷續(xù)冒煙，但在停止某缸的工作時(shí)此現(xiàn)象即消失，則證明此缸有故障，應(yīng)對(duì)此缸進(jìn)行分析。

2、比較法：分析故障時(shí)，若對(duì)某一機(jī)件有懷疑，可以用技術(shù)狀態(tài)正常的備件去替換，根據(jù)替換后工作情況的變化，來(lái)判明原件的技術(shù)狀態(tài)是否正常。一般

對(duì)噴油器的故障可以采用這種檢查方法，這時(shí)可以換上一個(gè)備用噴油器，以判斷原用噴油器是否產(chǎn)生了故障。

3、試探法：在分析故障原因時(shí)，往往由于經(jīng)驗(yàn)缺乏，不能肯定故障的原因，而要進(jìn)行某些試探性調(diào)整和拆卸。以觀察故障征象的變化，來(lái)尋找或反證故障產(chǎn)生的部位。如懷疑活塞組在氣缸內(nèi)磨損嚴(yán)重，可向缸內(nèi)灌點(diǎn)機(jī)油，若氣缸壓縮性變好了，說(shuō)明所懷疑的故障原因正確。但試探時(shí)必須遵守“少拆卸”的原則，并在確有把握恢復(fù)原有狀態(tài)的情況下才能進(jìn)行。

4、變速法：在升降柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的瞬時(shí)，注意觀察故障征象的變化情況，從中選擇出適宜的轉(zhuǎn)速，使故障的征象表現(xiàn)得更為突出。一般情況下多采用低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，因?yàn)檫@時(shí)柴油機(jī)轉(zhuǎn)得慢，故障征象持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，便于人們觀察和檢查。如檢查配氣機(jī)構(gòu)，由于氣門間隙過(guò)大引起的敲擊聲時(shí)，就采用這種方法。

在實(shí)際工作中，上述幾種方法常常是綜合采用相成的效果。

第二節(jié)

曲柄連桿機(jī)構(gòu)故障分析

一、氣缸漏氣

1、征象

（1）漏氣：由于氣缸內(nèi)壓縮力不足，故很易容搖轉(zhuǎn)曲軸，并在轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸時(shí)，有氣體漏入曲軸箱發(fā)生“咝咝”聲，打開加機(jī)油口蓋處，聽得較清楚，漏氣嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起曲軸箱爆炸。

（2）起動(dòng)困難：起動(dòng)后工作不平穩(wěn)，功率不足，曲軸箱的通氣管（加機(jī)油口蓋）冒煙或從油底殼接縫處向外滲機(jī)油。

（3）在起動(dòng)、低速、大負(fù)荷、轉(zhuǎn)速變化時(shí)沿氣缸全長(zhǎng)有敲擊聲（敲缸），一般隨柴油機(jī)走熱后響聲逐漸減輕。

（4）由于機(jī)油竄入燃燒室內(nèi)燃燒，除機(jī)油消耗量增加外，同時(shí)活塞頂及燃燒室大量積炭，活塞環(huán)膠結(jié)，排氣冒藍(lán)煙，嚴(yán)重時(shí)排氣竄機(jī)油。（5）燃油燃燒不完全，燃油消耗率高，排氣冒黑煙。

（6）水溫和機(jī)油溫度高，有的零部件過(guò)熱，如氣缸蓋、排氣管等。

2、原因

（1）氣缸套、活塞、活塞環(huán)過(guò)度磨損，勢(shì)必造成氣缸間隙、活塞環(huán)的開口間隙和側(cè)向間隙增大，因而密封性差，造成漏氣。

（2）由于使用及保養(yǎng)不當(dāng)和其它原因而造成活塞、汽缸的速磨損。例如：1）空氣濾清器油盤中缺油，或空氣濾清器與進(jìn)氣管接觸不嚴(yán)密。另外，在清洗空氣濾清器后，濾芯總成裝錯(cuò)或內(nèi)、外橡膠密封圈裝錯(cuò)等，均會(huì)在進(jìn)氣中夾塵土進(jìn)入氣缸，加劇氣缸等的磨損。2）機(jī)油不足或不清潔或變質(zhì)，使活塞與氣缸早期磨損。3）冷車起動(dòng)后，未經(jīng)預(yù)熱立即投入工作；或長(zhǎng)時(shí)間在水溫較低情況下怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，使燃燒氣體中的水蒸氣凝成水滴，并和其它燃燒生成物形成酸性物質(zhì)（流酸等）腐蝕氣缸壁，使磨損加劇。4）更換活塞環(huán)時(shí)，由于氣環(huán)的開口間隙和側(cè)間隙過(guò)大；扭曲環(huán)或錐形環(huán)裝反；油環(huán)磨損或油環(huán)回油孔被積炭堵塞。更換氣缸套時(shí)，缸套質(zhì)量不佳，粗糙度不夠；裝配時(shí)，清洗不干凈或氣缸間隙過(guò)大；油底殼中機(jī)油面過(guò)高等原因，都會(huì)使大量機(jī)油竄入氣缸內(nèi)燃燒，使活塞環(huán)（特別是第一道路環(huán)）膠結(jié)在環(huán)槽中失去彈力，從而密封性大為減弱。同時(shí)，由于積炭過(guò)多，也加速這些零件磨損。5）由于柴油機(jī)長(zhǎng)期在高溫或超負(fù)荷狀態(tài)下工作，活塞環(huán)彈力減弱；或由于安裝不正確或在工作中由于缸套橢圓過(guò)大，而使活塞環(huán)自動(dòng)轉(zhuǎn)位，使各環(huán)開口重合，都會(huì)造成漏氣，加速磨損。（3）連桿彎曲、扭曲變形；；連桿大小頭孔中心線互相歪斜不平行；或主軸頸與連桿軸頸不平行，造成氣缸單邊偏磨。

（4）活塞環(huán)拆斷、活塞銷卡環(huán)和活塞銷竄出，使缸壁嚴(yán)重刮傷，也會(huì)產(chǎn)生漏氣。（5）新機(jī)或大修后的柴油機(jī)（或新?lián)Q缸套及活塞組），未磨合好就投入作業(yè)，也會(huì)加速磨損。

3、檢查與判斷：由于柴油機(jī)其它系統(tǒng)的故障，也會(huì)出現(xiàn)上述征象中的一個(gè)或幾個(gè)征象，這就給判斷故障帶來(lái)了困難。

檢查壓縮壓力，目前多用氣缸壓力表來(lái)測(cè)定，檢查前應(yīng)使柴油機(jī)水溫在65℃以上，拆下被檢查缸的噴油器，裝上氣缸壓力表，使噴油泵停止供油；然后用起動(dòng)機(jī)帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)（或拆下全部噴油器，用手搖轉(zhuǎn)曲軸變亦可），此時(shí)壓力表的最高讀數(shù)，即為該缸壓縮終了的氣缸壓力。柴油機(jī)一般正常壓力為30—40公斤/平方厘米，磨損后的壓力應(yīng)不低于原廠標(biāo)準(zhǔn)的70—80％。

（1）在檢查中發(fā)現(xiàn)壓力過(guò)低，并在加機(jī)油口聽到漏氣聲，可向該缸注入少量機(jī)油后再檢查一次。若壓力顯著提高，漏氣聲消失，則表明該缸的缸套和活塞組零件嚴(yán)重磨損漏氣。

（2）檢查時(shí)若在排氣管口或進(jìn)氣管聽到“嗤嗤”漏氣聲，說(shuō)明該缸氣門與氣門座之間關(guān)閉不嚴(yán)而漏氣。

（3）如噴油器安裝孔漏氣，可在工作中從外部直接看到，輕者有泡沫冒出；重者會(huì)出現(xiàn)“嗤嗤”漏氣聲，并伴之有氣體沖出。

（4）氣缸墊漏氣，也會(huì)使壓縮力不足，判斷方法，可參考“燒氣缸墊”故障中各項(xiàng)。

4、排除方法：拆除活塞環(huán)間隙、活塞裙部和氣缸的配合間隙以及氣缸的失圓度。若活塞和氣缸磨損不嚴(yán)重時(shí)可重?fù)Q活塞環(huán)，并將缸套旋轉(zhuǎn)90°安裝。若磨損嚴(yán)重，應(yīng)鏜缸后采用相應(yīng)的加大活塞和活塞環(huán)，或全部換換標(biāo)準(zhǔn)的氣缸、活塞及活塞環(huán)。若因連桿彎扭造成的偏磨應(yīng)校正連桿。

空氣濾清器、機(jī)油濾清器失效應(yīng)及時(shí)更換，并按時(shí)更換機(jī)油。

在野外，由于氣缸漏氣，在緊急情況下往往多次起動(dòng)不了后感到更難起動(dòng)。如果沒有其它問題，主要是因壓縮力不足而造成。判斷方法是扳動(dòng)飛輪，如一松手飛輪能往回倒轉(zhuǎn)，說(shuō)明壓縮情況還好；如已不能倒轉(zhuǎn)，往往由于多次起動(dòng)后，過(guò)多的柴油沖走了機(jī)油，缸內(nèi)的密封情況更壞而更難起動(dòng)?？尚度ト繃娪推鳎谷肷倭繖C(jī)油，停車手柄板至停油位置，按起動(dòng)按鈕，使機(jī)油涂于缸壁表面后，再裝上噴油器，重新起動(dòng)。

二、氣缸墊燒損

氣缸墊燒損后，柴油機(jī)往往仍可發(fā)動(dòng)，但帶負(fù)荷后，功率不足，嚴(yán)重時(shí)柴油機(jī)不能工作，并可能造成某些有關(guān)零件的損傷，因此，要認(rèn)真預(yù)防和排除。

1、征象：氣缸燒損后就失去密封作用，發(fā)生竄氣、漏水或漏油現(xiàn)象。氣缸墊燒損的部位可以看到黑斑，而且用棉紗也不易擦凈。氣缸墊燒損的部位不同，所表現(xiàn)的外征也各不相同。如：

（1）當(dāng)燒壞部位在相鄰兩缸竄氣。不減壓搖轉(zhuǎn)曲軸時(shí)，兩缸的壓縮力都不足；工作時(shí)冒煙，柴油機(jī)沒勁，轉(zhuǎn)速明顯下降，達(dá)不到標(biāo)定轉(zhuǎn)速。

（2）當(dāng)燒壞部位使氣缸與冷卻水孔穿通時(shí)，由于氣體竄入冷卻水套，即使水溫不高，水箱中也有很大壓力的蒸氣外冒，隨著溫度升高，冒熱氣現(xiàn)象更加嚴(yán)重，在水箱中發(fā)出“鼓鼓”的冒泡聲；進(jìn)、排氣管中向外冒白色蒸氣，甚至向外

竄水；卸下噴油器時(shí)，從孔中向外竄水。

（3）當(dāng)燒壞部位使氣缸與缸蓋螺栓孔的缸墊邊緣相通時(shí)，漏氣處會(huì)有斷續(xù)的淡黃色泡沫產(chǎn)生，嚴(yán)重時(shí)除能聽到“吱吱”的聲音外，還可看到煙色，有時(shí)還有漏油、漏水現(xiàn)象，缸蓋螺栓及孔上有積炭。

（4）當(dāng)燒壞部位使氣缸與機(jī)體上平面的機(jī)油孔相通時(shí)，氣體竄入潤(rùn)滑系，機(jī)油溫度升高，機(jī)油變質(zhì)；通往氣缸蓋上部潤(rùn)滑氣門機(jī)構(gòu)的機(jī)油中有氣泡。

（5）當(dāng)燒壞部位使氣缸與冷卻水套、潤(rùn)滑油道相通時(shí)，在水箱的水面上有黃褐色的機(jī)油泡沫；油底殼機(jī)油中有水，從加機(jī)油口處向外冒熱氣；嚴(yán)重時(shí)，排氣管出機(jī)油和水。

原因

（1）氣缸墊的質(zhì)量不好，銅皮內(nèi)的石棉布置不均勻，特別是燃燒室周圍處沒有布置均勻時(shí)，最易沖壞氣缸墊。

（2）擰緊氣缸蓋的螺栓順序不正確，或末擰到規(guī)定的扭力，或各擰緊扭力不均勻，以致使氣缸蓋平面壓力不均勻，氣缸墊沒有完全貼合在氣缸體與氣缸蓋的接合面上。這樣氣缸墊最易漏氣沖壞，而且易使氣缸蓋變形。

（3）氣缸套高出機(jī)體平面，各缸套高度不平或高度不夠或凸出過(guò)多，使氣缸蓋壓不緊，燃燒氣體竄出，燒壞氣缸墊。

（4）缸蓋螺母緊的次數(shù)過(guò)多、過(guò)緊（超過(guò)規(guī)定扭矩）因而使螺栓周圍的缸體平面被螺栓拉凸得起不平，結(jié)果使缸蓋壓不嚴(yán)密，燃燒氣體沖出，燒壞氣缸墊。

（5）缸蓋或氣缸體的接觸平面不平，使氣缸墊不能平整壓實(shí)而沖壞氣缸墊。如氣缸墊經(jīng)常在同一部位損壞，則多系氣缸蓋或氣缸體不平所造成。

（6）柴油機(jī)工作溫度過(guò)高，如超負(fù)荷工作，噴油時(shí)間過(guò)遲、氣缸墊在高溫下工作，很容易失去原有的彈性，使氣缸墊變得非常脆弱而最后被燒毀。

（7）柴油機(jī)長(zhǎng)期處于噴油時(shí)間過(guò)早情況下工作，由于柴油被噴入壓力和溫度都不高的空氣中，物理化學(xué)準(zhǔn)備條件較差，著火落后期延長(zhǎng)，導(dǎo)致速燃期壓力升高率增大，往往超過(guò)允許范圍，產(chǎn)生沖擊性氣體壓力載荷，也容易沖壞氣缸墊。

(8)氣缸墊使用時(shí)間過(guò)久或拆裝次數(shù)多，汽缸墊便會(huì)失去彈性，不能很好地起到密封作用，若繼續(xù)使用便會(huì)燒毀。

（9）選用的汽缸墊厚度不夠，使柴油機(jī)壓縮比增高，從而燃燒壓力便增高，再加之汽缸墊太薄會(huì)封閉不嚴(yán)而易被沖壞。

（10）拆下汽缸墊后，隨意放置，沒有掛起來(lái)或放平，使汽缸墊變形或損壞，裝上使用時(shí)候會(huì)燒毀。

（11）汽缸蓋和汽缸墊安裝時(shí)不清潔，使汽缸蓋、汽缸體平面接觸不嚴(yán)。（12）由于柴油中混入水分，在高溫的作用下，產(chǎn)生有機(jī)酸，汽缸蓋被腐蝕成蜂窩狀的麻點(diǎn)，竄氣而沖壞。

3.排除方法

（1）發(fā)現(xiàn)汽缸墊稍有損壞應(yīng)立即更換，對(duì)于彈性減弱氣缸墊，經(jīng)過(guò)在機(jī)油中加溫后還能繼續(xù)使用。如果發(fā)現(xiàn)氣缸墊漏氣但沒有燒損，可在漏氣部位加銅皮（厚約0.2毫米）即可防漏。也可以將缸墊在火焰上均勻地烤一烤，由于石棉膨脹，使缸墊復(fù)原，防止漏氣。

（2）氣缸體與氣缸蓋平面不平時(shí)需鏟刮修平。

（3）氣缸套凸出高度不夠或不一致時(shí)，需加以調(diào)整和修理，使其達(dá)到規(guī)定值。同一臺(tái)柴油機(jī)各缸凸出高度相差不得大于0.05毫米。

（4）更換氣缸墊時(shí)應(yīng)測(cè)量余隙。余隙太大，壓縮比變小，影響柴油機(jī)功率；

余隙太小，壓縮比變大，不但易燒壞氣缸墊而且會(huì)造成氣門碰活塞頂。

三、氣缸體、氣缸蓋破裂 氣缸體、氣缸蓋破裂的主要是使用不當(dāng)。破裂部位一般在進(jìn)、排氣門座之間，燃燒室與氣門座之間，兩缸之間的鼻梁，水套、水道空以及氣缸蓋螺栓固定空等部位。

1.征象

（1）水箱內(nèi)冒氣泡，冷卻水迅速消耗，柴油機(jī)工作不穩(wěn)定，功率下降，聲音不正常，甚至不能繼續(xù)工作。

（2）當(dāng)外部破裂時(shí)，水向外滲漏；內(nèi)部破裂時(shí)，水漏到油底殼使油面增高；水漏到氣缸中會(huì)變成蒸汽隨同廢氣一起排出，使排氣冒白煙，柴油機(jī)不易起動(dòng)。

2.原因：氣缸蓋經(jīng)常處于高溫、高壓下工作，燃燒時(shí)最高瞬時(shí)壓力可達(dá)60-70公斤/厘米2；最高溫度可達(dá)1800-2000℃左右；假如柴油機(jī)2000轉(zhuǎn)/分運(yùn)行，則氣體的壓力和溫度將是每分鐘1000次的轉(zhuǎn)度變化著，熱沖擊十分強(qiáng)烈。根據(jù)實(shí)際測(cè)量，缸蓋底面的溫度分布是不均勻的，對(duì)應(yīng)活塞凹槽處得缸蓋溫度較高，而缸與缸之間的出砂孔和孔邊緣的溫度較低。由于存在溫差，相應(yīng)生產(chǎn)熱應(yīng)力及殘余應(yīng)力，最后導(dǎo)致出現(xiàn)裂紋和損壞。現(xiàn)從使用維護(hù)角度分析原因如下：

(1)嚴(yán)寒季節(jié)起動(dòng)時(shí)，向冷機(jī)內(nèi)驟加過(guò)熱的開水。

(2)在嚴(yán)寒季節(jié)冷卻水結(jié)冰而脹壞．故冬季使用時(shí)在停車后約半小時(shí)，應(yīng)將冷卻水放盡。最好用搖手柄轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸數(shù)圈。排除水泵內(nèi)的存水，水泵放水閥不必關(guān)上．以免積存冷卻水。注意水箱通氣孔應(yīng)暢通，以免影響放水。

（3）柴油機(jī)溫度過(guò)高時(shí)，突然加入冷卻水，這樣極易引起炸裂。如冬季使用柴油機(jī)時(shí)，有的機(jī)手為了便于起動(dòng)．先將柴油機(jī)起動(dòng)后．再加冷水．這樣做是不好的。因?yàn)槠饎?dòng)后機(jī)體內(nèi)部溫度迅速升高，加入冷水后便易炸裂。又如柴油機(jī)在缺水開鍋時(shí)突然加入大量冷水，這也是不允許的，應(yīng)當(dāng)逐步加入少量冷水使溫度降低。

（4）柴油機(jī)溫度還很高時(shí)就放水，使氣缸蓋機(jī)體外部驟冷．內(nèi)部很熱，使各機(jī)件溫度下降不一致，特別在冬季更趨嚴(yán)重，這樣便產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力而出現(xiàn)裂紋。因此放水應(yīng)等柴油機(jī)溫度降至40-50℃（停車后約半小時(shí)）后再進(jìn)行。

有的人用減壓機(jī)構(gòu)進(jìn)行停車操作，由于突然在高溫下吸入過(guò)多的冷空氣，缸蓋等也易炸裂。因此一般不應(yīng)用減壓機(jī)構(gòu)熄火。

(5)柴油機(jī)冷車起動(dòng)后，還沒有走熱，就突然迅速加大負(fù)荷，使氣缸蓋、機(jī)體內(nèi)由冷驟熱，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力而裂開。

(6)氣缸蓋局部溫度過(guò)高．如某缸噴油時(shí)間不對(duì)或噴油量過(guò)多，或噴嘴滴漏嚴(yán)重，冷卻水道局部堵塞，氣缸蓋螺栓松緊不均勻，以及氣缸蓋拆卸次數(shù)過(guò)多，引起氣缸蓋撓曲，均會(huì)造成局部高溫。這時(shí)由于冷卻速度快慢不一形成裂紋。

(7)柴油機(jī)長(zhǎng)期超負(fù)荷工作，噴油時(shí)間過(guò)早或過(guò)遲，都會(huì)引起柴油機(jī)過(guò)熱，使內(nèi)部機(jī)件內(nèi)外冷卻溫度不一致，也容易產(chǎn)生熱裂。因此在使用中不要長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷作業(yè)，正確調(diào)整噴油時(shí)間，要經(jīng)常保持柴油機(jī)正常水溫(80-95℃)．

(8)冷卻系水套中水垢過(guò)多，影響散熱效果，使缸蓋底面溫度升高，局部熱應(yīng)力集中，導(dǎo)致缸蓋產(chǎn)生裂紋；由于柴油機(jī)在工作中的震動(dòng)，使水垢成大塊的脫落，水垢脫落處的局部溫度下降，造成溫差過(guò)大，膨脹不一致，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，因而炸裂。

(9)氣缸墊在安裝時(shí)沒有對(duì)準(zhǔn)孔位（氣缸墊上的水孔未與氣缸體或氣缸蓋上的水孔對(duì)準(zhǔn)），使冷卻水流量減小，使柴油機(jī)溫度升高，氣缸蓋底面不均勻的溫度更加不均勻，導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋。

3-排除方法：氣缸體、氣缸蓋的裂紋根據(jù)不同情況焊補(bǔ)或更換，四、氣缸套破裂

氣缸套破裂的原因有下列一些方面：

1．為保證可靠地壓緊氣缸套，濕缸套上端與氣缸蓋襯墊壓緊部分，要突出機(jī)體頂面0.05-0.15毫米（見圖1-1）。這個(gè)突出量太大，在擰緊氣缸蓋對(duì)，會(huì)使氣缸套變形，并使凸緣根部產(chǎn)生裂紋。

有的氣缸套上端面再有一個(gè)臺(tái)階，目的是保護(hù)氣缸墊不致燒損（圖1-1）．安裝這種氣缸套的氣缸墊時(shí)．氣缸墊孔應(yīng)套入這個(gè)臺(tái)階上·不要擱在上面，否則會(huì)使氣缸套受的力偏離氣缸體承受面．使缸套臺(tái)肩產(chǎn)生剪切應(yīng)力而斷裂，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)在擰緊氣缸蓋螺栓時(shí)，缸套即行斷裂，多屬此類原因。

2．氣缸套與氣缸體配臺(tái)間隙過(guò)大；或由于安裝時(shí)密封膠圈的作用或缸套凸緣下平面不平，以及缸套凸緣與氣缸體接觸平面中間有雜物，把缸套墊起．使缸套裝斜，存活塞側(cè)壓力作用下．產(chǎn)生微量的橫向擺動(dòng)，促使在凸緣處產(chǎn)生疲勞裂紋而斷裂（圖1-2）。

3．在凸緣處不是圓滑過(guò)渡而成尖角．有明顯刀痕或裂紋，在交變載荷下，此處易產(chǎn)生應(yīng)力集中．產(chǎn)生微觀疲勞裂紋而逐漸擴(kuò)展，以致斷裂。如圖1-2，表示出凸緣過(guò)渡成尖角的斷裂情況。

圖1-1帶有臺(tái)階的氣缸套和產(chǎn)生斷裂的位置

圖1-2氣缸套凸緣的斷裂及斷口形狀

4．氣缸套外壁積存厚的水垢，影響散熱，附于氣缸套外壁的水垢可能部分掉落，這樣使氣缸套受熱不均勻．在熱應(yīng)力的影響下發(fā)生破裂。

5．使用方面的原因，如柴油機(jī)運(yùn)行中水量不足，甚至斷水，使柴油機(jī)過(guò)熱，此時(shí)苦突然加入冷水，缸套驟冷收縮．極易產(chǎn)生裂紋。柴油機(jī)長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)械負(fù)荷與熱負(fù)荷急劇增大．也會(huì)造成缸套裂紋。袈縫處嚴(yán)重漏水后，氣缸內(nèi)產(chǎn)生“水墊”，造成“頂缸，將連桿頂彎或破壞其它零件，水漏入曲軸箱后，破壞機(jī)油性能，易產(chǎn)生燒瓦事故。

6．在安裝缸套時(shí)，因密封膠圈過(guò)緊，用力打下缸套，由于用力不均，使缸套圓角處或其他強(qiáng)度薄弱處產(chǎn)生裂紋。

7．寒冷天氣水套內(nèi)的水沒放盡，缸套被凍裂：

8.活塞環(huán)折斷或活塞銷竄動(dòng)，往往因擠壓缸套而造成裂紋。

9．其它還可能是氣缸套材質(zhì)不合格或工藝上沒有很好退火等原因，引起缸套斷裂。還可 能因缸套銹蝕嚴(yán)重而使強(qiáng)度減弱，引起缸套斷裂的情況。

五、活塞燒損與斷裂

1．征象：活塞燒損一般產(chǎn)生在活塞頂部；斷裂一般產(chǎn)生在活塞頂、機(jī)械負(fù)荷最大的活塞銷座附近和安裝油環(huán)處?；钊麛嗔押螅畽C(jī)體通氣孔處會(huì)排出大量濃煙．活

塞破碎會(huì)引起搗缸事故。

2．原因：活塞頂燒損與斷裂主要是氣缸中壓力和溫度的急劇變化而引起?；钊敭a(chǎn)生斷裂的原因有：

（1）噴油器工作不正常．有未霧化的燃油滴在活塞頂上．燃燒時(shí)產(chǎn)生局部高溫．或因活塞頂積炭嚴(yán)重，造成局部高溫而引起活塞頂燒損。

（2）供油時(shí)間過(guò)早．產(chǎn)生敲缸。由于氣缸內(nèi)壓力急劇上升，使活塞受到過(guò)大的沖擊載荷．因而在活塞頂部易出現(xiàn)裂紋。

（3）長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)行，冷卻系統(tǒng)缺水，水溫過(guò)高等，造成柴油機(jī)過(guò)熱，易使活塞頂產(chǎn)生裂紋。

（4）氣缸套冷卻部位由于水中雜質(zhì)與水垢沉淀，致使活塞頂散熱差，活塞頂易產(chǎn)生裂紋。

（5）經(jīng)常在柴油機(jī)未達(dá)到正常溫度時(shí)迅速增加載荷。

(6)柴油機(jī)過(guò)熱的情況下，突然向冷卻系統(tǒng)內(nèi)加入大量的冷水。

(7)氣缸內(nèi)漏入冷卻水或落入零件、雜物或活塞與氣門相撞等，產(chǎn)生頂缸現(xiàn)象，造成活塞頂斷裂。

活塞在銷孔處及其余部位斷裂的原因有；

(1)活塞與氣缸配合間隙過(guò)小，柴油機(jī)溫度過(guò)高，使活塞卡缸而拉斷。

(2)氣缸與活塞裙部配合間隙過(guò)大，工作中活塞在缸套內(nèi)擺動(dòng)，又兼受到很大的爆發(fā)壓力，使活塞撞擊缸壁而打壞。

(3)活塞與活塞銷緊度過(guò)大，使活塞變形或產(chǎn)坐微觀裂紋。

(4)安裝活塞銷時(shí)，活塞加熱溫度不夠，活塞銷裝不進(jìn)去時(shí)，用手錘硬打，強(qiáng)行裝入，因而使銷座孔內(nèi)部受到暗傷（或安裝后，座孔處就有微小裂紋而未被發(fā)現(xiàn)），在柴油機(jī)工作中，受到氣體爆發(fā)壓力和活塞運(yùn)動(dòng)中的慣性力作用后，使活塞破碎。

(5)連桿彎曲、扭曲等變形，使活塞受較大的附加應(yīng)力作用而損壞．

(6)活塞環(huán)膠著．卡住而使活塞拉斷?；钊h(huán)潤(rùn)滑條件最差，特別是第一道環(huán)，同時(shí)工作中受到高溫高壓氣體的影響，并刮下爆發(fā)后附在缸壁上的炭灰，因此磨損嚴(yán)重，而易膠著卡住。有時(shí)起動(dòng)困難，大量未燃燒的柴油存積在活塞頂部，或在超負(fù)荷時(shí)供應(yīng)過(guò)多的柴油，未燃燒部分就形成積炭而將活塞環(huán)膠住。又如噴油器霧化不良，或竄機(jī)油等而形成的積炭，也多堆積在第一道環(huán)處，因而使活塞環(huán)膠著卡住。

(7)由于油環(huán)槽的周圍有很多回油孔，同時(shí)，該處的厚度較氣環(huán)槽薄些，因而減弱了該處的機(jī)械強(qiáng)度，故易斷裂。

(8)活塞環(huán)折斷后使活塞卡住，因而活搴被拉斷。

(9)活塞材料質(zhì)量不好，引起活塞損壞。

3．掃除：消除上述造成活塞破裂的原因。并在使用維修過(guò)程中，就特別仔細(xì)檢查活塞頂及銷座附近有無(wú)裂紋，如發(fā)現(xiàn)有裂紋應(yīng)及時(shí)更換。因?yàn)榛钊麛嗔殉跗谏a(chǎn)的裂紋往往都很小，