《发动机原理》

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1、Speaker: Lin Ying学院、系室：学院、系室：交通学院交通学院 交通工程系交通工程系专业、年级、班级：专业、年级、班级：交通运输交通运输0808级（级（1 1）（）（2 2）主讲教师：主讲教师：丁丁 艺艺 教授教授发动机原理发动机原理 福建农林大学福建农林大学 20102010年年0808月月1132内燃机的循环内燃机的循环发动机性能指标发动机性能指标 34发动机的换气过程发动机的换气过程发动机的燃烧过程发动机的燃烧过程5发动机的特性发动机的特性工程热力学基础知识工程热力学基础知识36 汽车是现代交通运输的主要工具之一。汽车运输汽车是现代交通运输的主要工具之一。汽车运输具有机动、灵

2、活、快速、换装少、货损少、效率高、具有机动、灵活、快速、换装少、货损少、效率高、效益高的特点。汽车与国民经济发展紧密相连、与人效益高的特点。汽车与国民经济发展紧密相连、与人民日常生活密切相关。民日常生活密切相关。 汽车工业是机械电子工业的一个重要组成部分，汽车工业是机械电子工业的一个重要组成部分，也是一个综合性的工业部门和技术密集行业。在一定也是一个综合性的工业部门和技术密集行业。在一定程度上，一个国家的汽车工业代表了这个国家的工业程度上，一个国家的汽车工业代表了这个国家的工业发达水平。发达水平。 发动机是汽车的心脏，发动机是汽车的心脏，汽车发动机原理汽车发动机原理是交是交通运输（汽车运用工程

3、）专业的必修课程。通运输（汽车运用工程）专业的必修课程。 绪 论 概概 述述 汽车发动机原理汽车发动机原理以发动机性能为主要研究对象，以发动机性能为主要研究对象，把合理组织工作过程，提高整机性能作为主要内容，通把合理组织工作过程，提高整机性能作为主要内容，通过分析各工作过程中影响性能指标的诸多因素，从中找过分析各工作过程中影响性能指标的诸多因素，从中找到提高汽车发动机性能指标的一般规律。到提高汽车发动机性能指标的一般规律。 本课程的任务是研究汽车发动机的工作过程及整机性本课程的任务是研究汽车发动机的工作过程及整机性能，使学生掌握发动机实际工作过程的分析方法及性能能，使学生掌握发动机实际工作过程

4、的分析方法及性能指标与各工作过程的内在联系；掌握性能实验的基本方指标与各工作过程的内在联系；掌握性能实验的基本方法以及数据处理与分析；了解影响整机性能的基本途径，法以及数据处理与分析；了解影响整机性能的基本途径，为从事汽车发动机的管理、使用、维护与修理提供理论为从事汽车发动机的管理、使用、维护与修理提供理论基础。基础。 绪 论 绪 论 发动机：将某种形式的能量转化为机械发动机：将某种形式的能量转化为机械（Engine） 能的一种机器。能的一种机器。组件式组件式GIS技术技术 空间数据挖掘技术空间数据挖掘技术GIS与数据挖掘集成技术与数据挖掘集成技术 绪 论 发动机（狭义）：发动机（狭义）：主要

5、制用于可移动的交通工具或主要制用于可移动的交通工具或 可移动的机械设备上的动力装置。如航空发动机、可移动的机械设备上的动力装置。如航空发动机、 船舶、汽车、拖拉机船舶、汽车、拖拉机 现代汽车发动机（现代汽车发动机（Automotive Engine）多为往复）多为往复 式的内燃机。式的内燃机。 绪 论 内燃机：内燃机：将燃料在气缸内燃烧，使其热能直接转化为将燃料在气缸内燃烧，使其热能直接转化为 机械能的机器。机械能的机器。 往复活塞式发动机往复活塞式发动机(Reciprocating Piston Engine) ：活活 塞在气缸中作往复运动的发动机。塞在气缸中作往复运动的发动机。 蒸汽机和目

6、前大多内燃机都是往复活塞式发动机。蒸汽机和目前大多内燃机都是往复活塞式发动机。 现代汽车发动机如果不加特别说明，一般都是往复现代汽车发动机如果不加特别说明，一般都是往复活塞式发动机。活塞式发动机。 现代汽车用发动机的燃料有汽油、柴油、酒精和液现代汽车用发动机的燃料有汽油、柴油、酒精和液化石油气等。但目前广泛使用的还是汽油和柴油。化石油气等。但目前广泛使用的还是汽油和柴油。 绪 论 该门课程主要内容及安排该门课程主要内容及安排 主要内容：主要内容：汽车发动机的实际工作过程与性能指标；汽车发动机的实际工作过程与性能指标；燃烧热化学与热计算；换气过程及燃烧过程的进行与使燃烧热化学与热计算；换气过程及

7、燃烧过程的进行与使用因素的影响；发动机噪声及排放污染的形成机理与防用因素的影响；发动机噪声及排放污染的形成机理与防止措施；主要特性（负荷特性、速度特性、万有特性）止措施；主要特性（负荷特性、速度特性、万有特性）与制取方法及分析；车用发动机的废弃涡轮增压等。与制取方法及分析；车用发动机的废弃涡轮增压等。 基本要求：基本要求： (1) 明确本课程的地位、性质、任务及主要研究对象；明确本课程的地位、性质、任务及主要研究对象；了解目前国内外研究水平及主要发展方向了解目前国内外研究水平及主要发展方向; (2) 重点掌握发动机实际循环及指示指标、有效指标、重点掌握发动机实际循环及指示指标、有效指标、机械效

8、率的定义、计算与分析；明确实际循环的各项损机械效率的定义、计算与分析；明确实际循环的各项损失及减少损失的的基本途径失及减少损失的的基本途径; 绪 论 (3) 明确换气过程的进行；重点掌握充气系数的概念及影响因素与明确换气过程的进行；重点掌握充气系数的概念及影响因素与 提高充气系数的措施；了解进排气管内的动力效应提高充气系数的措施；了解进排气管内的动力效应; (4) 熟悉汽油机及柴油机的混合气形成；掌握汽油机正常燃烧过程熟悉汽油机及柴油机的混合气形成；掌握汽油机正常燃烧过程 的特点与分期及不正常燃烧现象与形成机理；掌握柴油机燃烧的特点与分期及不正常燃烧现象与形成机理；掌握柴油机燃烧 过程的特点与

9、分期；了解柴油不正常喷射发生的原因及消除措过程的特点与分期；了解柴油不正常喷射发生的原因及消除措 施；明确使用因素对燃烧过程的影响施；明确使用因素对燃烧过程的影响;(5) 掌握发动机噪声及排放污染形成机理、测定方法与防治措施；掌握发动机噪声及排放污染形成机理、测定方法与防治措施； 明确使用因素对发动机噪声及排气中有害气体浓度的影响。明确使用因素对发动机噪声及排气中有害气体浓度的影响。 (6) 明确发动机特性的定义、基本分析式及研究意义；重点掌握负明确发动机特性的定义、基本分析式及研究意义；重点掌握负 荷特性、速度特性、调速特性、万有特性曲线的制取方法与分荷特性、速度特性、调速特性、万有特性曲线

10、的制取方法与分 析；掌握大气修正方法。了解车用发动机的废弃涡轮增压技术析；掌握大气修正方法。了解车用发动机的废弃涡轮增压技术; 绪 论 安排：安排：课堂教学课堂教学30学时，其中含作业讲评、测验学时，其中含作业讲评、测验1次。次。 课程成绩评定：课程成绩评定：平时成绩（作业、测验）平时成绩（作业、测验）30%，期末，期末 考试成绩考试成绩70%。 绪 论 主要参考书主要参考书 汽车发动机原理（徐兆坤主编）汽车发动机原理（徐兆坤主编） 清华大学出版社清华大学出版社 汽车发动机原理（张志沛主编）汽车发动机原理（张志沛主编） 人民交通出版社人民交通出版社 汽车发动机原理（陈培陵主编）汽车发动机原理（

11、陈培陵主编） 人民交通出版社人民交通出版社 汽车拖拉机发动机（武汉工学院董敬、庄志）汽车拖拉机发动机（武汉工学院董敬、庄志） 中国农业机械出版社中国农业机械出版社 工程热力学（庞麓鸣）工程热力学（庞麓鸣） 工程热力学（曾丹玲）工程热力学（曾丹玲） 工程热力学（沈维道）工程热力学（沈维道） 汽车构造（各种版本）汽车构造（各种版本） 发动机原理发动机原理 2009-20102009-2010学年学年 第一学期第一学期1-4 1-4 热力学第二定律热力学第二定律 1-3 1-3 气体的主要热力过程气体的主要热力过程 1-1 1-1 气体的热力性质气体的热力性质 第第一一章章工工程程热热力力学学基基础

12、础知知识识1-2 1-2 热力学第一定律热力学第一定律 工程热力学基础知识1-1 气体的热力性质 一、气体的热力状态及其基本状态参数一、气体的热力状态及其基本状态参数 内燃机：燃料在机器内部燃烧的发动机（热能内燃机：燃料在机器内部燃烧的发动机（热能机械能）。机械能）。 内燃机中，热能向机械能的转换是通过气体状态的变化来实现内燃机中，热能向机械能的转换是通过气体状态的变化来实现的。在气缸中，气体不断经历压缩、吸热、膨胀、放热等热力过的。在气缸中，气体不断经历压缩、吸热、膨胀、放热等热力过程，气体的热力状态在不断发生变化。程，气体的热力状态在不断发生变化。 气态工质：气态工质： 气体气体远离液态，

13、不易液化的气态远离液态，不易液化的气态 蒸气蒸气刚由液态过渡过来或比较容易液化的气态刚由液态过渡过来或比较容易液化的气态 内燃机的工质是气体（包括空气、燃气和烟气）。内燃机的工质是气体（包括空气、燃气和烟气）。( (一一) ) 气体的热力状态气体的热力状态 气体在任何一个瞬刻的状态就是它在该瞬刻所处的物气体在任何一个瞬刻的状态就是它在该瞬刻所处的物理条件。理条件。( (二二) ) 状态参数状态参数 标志气体热力状态的物理量。每一个状态参数都是从标志气体热力状态的物理量。每一个状态参数都是从某一方面来描写气体所处的状态。某一方面来描写气体所处的状态。 工程热力学中常用工程热力学中常用的状态参数有

14、的状态参数有6个：个：压力压力P 比容比容V 温度温度T 内能内能U 熵熵S 焓焓H 基本状态参数基本状态参数 （可直接测量、应用最多）（可直接测量、应用最多） 工程热力学基础知识工程热力学基础知识 温度温度T：Temperature 温度表示气体的冷热程度。也就是气体分子热运动的强弱程度。与温度表示气体的冷热程度。也就是气体分子热运动的强弱程度。与大量分子平均移动能的大小成正比。大量分子平均移动能的大小成正比。 其中：其中： 比例系数比例系数 m 分子的质量分子的质量 分子直线运动的均方根速度分子直线运动的均方根速度 是国际单位制是国际单位制SI中基本单位中基本单位温度是用以确定一个系统是否

15、与另一个系统处于热平衡的一个热力温度是用以确定一个系统是否与另一个系统处于热平衡的一个热力学状态参数。学状态参数。 工程热力学基础知识 温标：（测量温度的标尺）温标：（测量温度的标尺）（1）绝对温标）绝对温标TK，单位是，单位是“开尔文开尔文”，代号，代号K，（也称热力学温，（也称热力学温度）。热力学温度将水的三相点作为度）。热力学温度将水的三相点作为273.16K（冰、水、汽三相同（冰、水、汽三相同存的平衡状态称为水的三相点）。每一度的间隔为存的平衡状态称为水的三相点）。每一度的间隔为1/273.16，水的，水的冰点为冰点为273.15K。（按分子运动学推算到分子热运动停止的状态，。（按分子

16、运动学推算到分子热运动停止的状态，取为热力学温标取为热力学温标0 K，所以热力学温度不可能有负值）。，所以热力学温度不可能有负值）。 注：只有热力学温度才可作为状态参数注：只有热力学温度才可作为状态参数 （2）摄氏温标）摄氏温标 = -273 ( 273.15K，水的冰点温度，水的冰点温度) 一般工程计算中，一般工程计算中， 取取273K已足够精确已足够精确; 国际单位制国际单位制SI容许使用摄氏温度容许使用摄氏温度t，并定义为，并定义为 ， 与与t每一度间隔相等。每一度间隔相等。工程热力学基础知识（3）朗肯温标）朗肯温标 = 1.8K （4）华氏温标）华氏温标 = + 459.67 工程热力

17、学基础知识 压力压力P： 单位面积上所受的垂直作用力称为压力。单位面积上所受的垂直作用力称为压力。 根据分子运动论，气体的压力是大量分子向容器壁面撞击的平根据分子运动论，气体的压力是大量分子向容器壁面撞击的平均结果。（统计量）均结果。（统计量） 单位：在国际单位制（单位：在国际单位制（SI）中，压力单位是）中，压力单位是“帕斯卡帕斯卡”，代号，代号Pa（N/m2）成正比。）成正比。 1KPa=103Pa 1MPa=106Pa (千帕千帕) （兆帕）（兆帕） 在工程实际中，使用的压力单位有在工程实际中，使用的压力单位有“标准大气压标准大气压”，代号，代号atm；及及“巴巴”，代号，代号bar；“

18、工程大气压工程大气压”， 代号代号at(kgf/cm2)。 1atm=101325 Pa=101.325 KPa 1bar=105 Pa 1个工程大气压个工程大气压1at(kgf/cm2)=98.067kPa 压力的测量：气体的压力通常使用压力计或真空计测量。压力的测量：气体的压力通常使用压力计或真空计测量。因为压力计读数是气体的真实压力与大气压力的差值，称为因为压力计读数是气体的真实压力与大气压力的差值，称为“表表压力压力”，用，用P表表（Pg）表示。气体的真实压力称）表示。气体的真实压力称“绝对压力绝对压力”，用，用P绝绝（P）表示，大气压力用）表示，大气压力用P0表示。表示。 当当P绝绝

19、P0时时 P绝绝=P0+P表表（P=P0+Pg） 当当P绝绝 ， 与与 关系式可由第一关系式可由第一定律解析式导出。定律解析式导出。在一定温度下，同在一定温度下，同一种气体的一种气体的 与与 值彼此不等，值彼此不等，且且 ， 与与 关系式可由第一关系式可由第一定律解析式导出。定律解析式导出。工程热力学基础知识( (四四) ) 比热与加热时工质的状态关系比热与加热时工质的状态关系(与温度和压力关系与温度和压力关系) 实验证明：气体的比热是温度、压力的函数。实验证明：气体的比热是温度、压力的函数。 对于理想气体，比热仅是温度的函数。对于理想气体，比热仅是温度的函数。(因理因理想气体分子间没有相互作

20、用力，因而分子具有想气体分子间没有相互作用力，因而分子具有内动能而不存在内位能。因此，理想气体的比内动能而不存在内位能。因此，理想气体的比热仅是温度函数，与压力、比容无关。）热仅是温度函数，与压力、比容无关。）理想气体：理想气体： 理想气体理想气体 与与 的关系极为复杂，可的关系极为复杂，可近似表近似表示为示为： （ ）式中：式中： 、 、 等系数均由实验确定，与气体等系数均由实验确定，与气体种类有关。（常数）种类有关。（常数） 工程热力学基础知识 如果以比热为纵坐标，温度为横坐标，则得如果以比热为纵坐标，温度为横坐标，则得 的关系曲的关系曲线。线。可见不同的温度对应不同的比热。可见不同的温度

21、对应不同的比热。工质在每一温度下所对应的工质在每一温度下所对应的比热称为工质的比热称为工质的“真实比热真实比热”。 =面积面积1、2、 、因比热随因比热随T不同而变化，使计算复杂，为使计不同而变化，使计算复杂，为使计算方便，取平均比热算方便，取平均比热 。平均比热：平均比热：在一定温差范围内单位量物质所吸在一定温差范围内单位量物质所吸收或放出的热量和温度差之比值。收或放出的热量和温度差之比值。 =面积面积1、2、 、 =面积面积ABCD = AC 工程热力学基础知识 矩形高矩形高AC表示在表示在 至至 范围内的平均比热范围内的平均比热 =工程上将平均比热制成表，可直接查取。此表的温度是从工程上

22、将平均比热制成表，可直接查取。此表的温度是从0（因若（因若 、 温度都变化，使制表困难）温度都变化，使制表困难） 12 =面积OE2DO-面积C0E1C = = 又 工程热力学基础知识 在作要求不高的估算时，忽略温度对比热的影响，采用在作要求不高的估算时，忽略温度对比热的影响，采用定值比定值比热热。（只按理想气体的原子数确定比热）。（只按理想气体的原子数确定比热）注：注：定值比热仅用在定性计算，不可用在定量计算。定值比热仅用在定性计算，不可用在定量计算。 定值比热是在低温范围内的近似值，温度越高，误差越大。定值比热是在低温范围内的近似值，温度越高，误差越大。工程热力学基础知识( (五五) )理

23、想混合气体及其比热理想混合气体及其比热 内燃机的工质通常是由各种气体组成的混合气体，燃气由内燃机的工质通常是由各种气体组成的混合气体，燃气由CO2、O2、N2及少量及少量SO2、H2o、CO等组成。在高温时，燃气内部存在极等组成。在高温时，燃气内部存在极复杂的化学反应，高温分解，低温还原，研究十分困难，但高温时复杂的化学反应，高温分解，低温还原，研究十分困难，但高温时间极短，一般在间极短，一般在1400以下时，分解、分离现象相对次要。所以，以下时，分解、分离现象相对次要。所以，我们常将混合气体视为理想气体研究。（不存在化学反应）我们常将混合气体视为理想气体研究。（不存在化学反应） 有关理想气体

24、的公式和定律对理想混合气体也都适用。有关理想气体的公式和定律对理想混合气体也都适用。 ：理想混合气体的平均摩尔质量：理想混合气体的平均摩尔质量 ：理想混合气体的平均摩尔质量：理想混合气体的平均摩尔质量 工程热力学基础知识 式中：式中： 组成气体的质量组成气体的质量 组成气体的摩尔数组成气体的摩尔数 理想混合气体的比热：理想混合气体的比热：其比热取决于各组成气体的比热和其相对成分。其比热取决于各组成气体的比热和其相对成分。 第种组成气体的相对重量成分第种组成气体的相对重量成分 （ ） 工程热力学基础知识1-2 热力学第一定律一、几个基本概念一、几个基本概念1、功、功 work工程热力学基础知识

25、平常工程热力学说的简单系统只有一种形式的功平常工程热力学说的简单系统只有一种形式的功膨胀功（亦膨胀功（亦称容积功）。称容积功）。 容积功：容积功：作用在系统边界的力使系统边界发生位移，并使容积发作用在系统边界的力使系统边界发生位移，并使容积发生变化而作功。生变化而作功。 设一千克工质在气缸中进行膨胀，经历一个可逆过程设一千克工质在气缸中进行膨胀，经历一个可逆过程 是可逆过程是可逆过程 式中：式中： 活塞移动活塞移动 时工质作的微量功时工质作的微量功 膨胀过程中工质在某瞬间的压力膨胀过程中工质在某瞬间的压力 工程热力学基础知识整个过程整个过程1-2中所中所作作的功应为的功应为 m千克工质所作的功

26、，则为千克工质所作的功，则为 （ ） 以上两式为工质在可逆过程中以上两式为工质在可逆过程中对外界（包括活塞）所作膨胀功对外界（包括活塞）所作膨胀功的数学表达式，如已知在状态变的数学表达式，如已知在状态变化过程中化过程中 与与 的变化规律，的变化规律，即过程方程式即过程方程式 ，即可，即可求得功量。求得功量。 工质在可逆过程中所作得功可工质在可逆过程中所作得功可以用以用 图上过程曲线下的面图上过程曲线下的面积表示。所以，压容图亦称示功积表示。所以，压容图亦称示功图。图。 工程热力学基础知识 从示功图可知，膨胀功的数值不仅决定于工质初态和终态，而且从示功图可知，膨胀功的数值不仅决定于工质初态和终态

27、，而且 和过程经过的途径有关，即与过程的性质有关。和过程经过的途径有关，即与过程的性质有关。所以，膨胀功所以，膨胀功不不 是状态参数，而是过程的函数。是状态参数，而是过程的函数。 规定：膨胀功为正，压缩功为负规定：膨胀功为正，压缩功为负工程热力学基础知识2、热量、熵、热量、熵 热量（热量（hert） ：依靠温差而传递的能量称为传热量或称热量。：依靠温差而传递的能量称为传热量或称热量。 功与热的比较功与热的比较 规定：系统吸收热量为正，放热为负规定：系统吸收热量为正，放热为负 abc功与热都是与过程有关的过程量功与热都是与过程有关的过程量 功与热都是边界现象，只是在系统的边界才能看到功与热都是边

28、界现象，只是在系统的边界才能看到 功与热都是路径函数，不是状态参数功与热都是路径函数，不是状态参数 工程热力学基础知识 熵和温熵图（示热图）熵和温熵图（示热图）在可逆过程中，外界向系统的传热量与传热时的绝对温在可逆过程中，外界向系统的传热量与传热时的绝对温度之比称为系统的熵的增量。度之比称为系统的熵的增量。a m m千克工质千克工质 （ 可逆）可逆） 1 1千克工质千克工质 （如不可逆（如不可逆 ） 做功推动力做功推动力 传热推动力传热推动力 这用完全形式逻辑对比引出，但这不是很好的说明，只是为了加深记忆这用完全形式逻辑对比引出，但这不是很好的说明，只是为了加深记忆工程热力学基础知识温熵图温熵

29、图 图图b 00 系统吸热系统吸热可逆过程可逆过程 000 0工程热力学基础知识3、热力学循环、热力学循环 Thermodyhamic Cycle 在热力学系统中，工质的状态经过连续的变化过程又恢复到起在热力学系统中，工质的状态经过连续的变化过程又恢复到起始状态，在这一过程中，系统与外界间进行了功、热交换，称之为始状态，在这一过程中，系统与外界间进行了功、热交换，称之为热力学循环。热力学循环。 同一个循环过程，可以在同一个循环过程，可以在 图或图或 图上示出。图上示出。 3、热力学循环、热力学循环 Thermodyhamic Cycle 在热力学系统中，工质的状态经过连续的变化过程又恢复到起在

30、热力学系统中，工质的状态经过连续的变化过程又恢复到起始状态，在这一过程中，系统与外界间进行了功、热交换，称之为始状态，在这一过程中，系统与外界间进行了功、热交换，称之为热力学循环。热力学循环。 同一个循环过程，可以在同一个循环过程，可以在 图或图或 图上示出。图上示出。 工程热力学基础知识二、热力学第一定律二、热力学第一定律 热力学第一定律是能量转换和守恒定律在热力学上的应用。热力学第一定律是能量转换和守恒定律在热力学上的应用。能量转换定律（能量转换定律（The Lew of Conservation Energy）是）是1843年英国年英国业余物理学家业余物理学家Joule通过大量实验找出热

31、功当量，实际上是德国一通过大量实验找出热功当量，实际上是德国一个医生个医生Mayer在在1842年已发现，但他的论文未被采纳。年已发现，但他的论文未被采纳。 能量转换及守恒定律：能量转换及守恒定律：自然界一切物质都具有能量，能量有自然界一切物质都具有能量，能量有各种不同的形式，它能够从一种形式转换为另一种形式，在转换各种不同的形式，它能够从一种形式转换为另一种形式，在转换中能量保持不变。中能量保持不变。 热力学第一定律：热力学第一定律：“在任何发生能量转换的热力过程中，转在任何发生能量转换的热力过程中，转换前后的总能量维持恒定。换前后的总能量维持恒定。” 或：或：“第一类永动机是不可能造成。第

32、一类永动机是不可能造成。” 工程热力学基础知识 或：或：“热能可以转变为机械能，机械能也可以转变为热能，热能可以转变为机械能，机械能也可以转变为热能，一定量的热能可以转化为数量相当的机械能，一定量的机械能也一定量的热能可以转化为数量相当的机械能，一定量的机械能也可以转化为数量相当的热能。可以转化为数量相当的热能。” 国际单位制规定功国际单位制规定功 、热、热 的单位均使用的单位均使用“焦耳焦耳”（ ），），这时这时 如果单位不同：如果单位不同： 则：则： 或或 式中：式中： 功的热当量功的热当量 热的功当量热的功当量 工程热力学基础知识三、内能三、内能 任何工质同时可作各种不同形式的运动，因而

33、也就具有多种能任何工质同时可作各种不同形式的运动，因而也就具有多种能量，如工质的宏观动能量，如工质的宏观动能 （kinetic）、宏观重力位能）、宏观重力位能 （potential），除了），除了 、 外，工质内部还具有各种微观能量，外，工质内部还具有各种微观能量，这些微观能量称为这些微观能量称为内能内能。 内能（内能（Internal Energy） 除了整个系统的动能和位除了整个系统的动能和位能以外，系统所包含的各种能量。能以外，系统所包含的各种能量。 工程热力学中所讨论的不涉及化学反应和原子反应，所以内能工程热力学中所讨论的不涉及化学反应和原子反应，所以内能不包括这两项。不包括这两项。

34、工程热力学基础知识 由于工程热力学所讨论的工质内能只包括分子运动的动能和分子由于工程热力学所讨论的工质内能只包括分子运动的动能和分子间相处的位能。因此，工质的内能将取决于工质的温度和比容，即取间相处的位能。因此，工质的内能将取决于工质的温度和比容，即取决于工质所处状态。决于工质所处状态。因此，内能也是一个状态参数。因此，内能也是一个状态参数。 总内能，单位为焦耳（总内能，单位为焦耳（ ） （比）内能，是对（比）内能，是对1千克工质而言。千克工质而言。 ， 单位单位 焦耳焦耳/千克（千克（ ） 内能的变化量只与工质初、终态有关，而与工质从内能的变化量只与工质初、终态有关，而与工质从状态状态1到状

35、态到状态2所经历的过程性质无关。所经历的过程性质无关。 理想气体：理想气体：分子间没有引力，气体分子间的位置能为零。所以，分子间没有引力，气体分子间的位置能为零。所以，理想气体的内能仅是温度的单值函数。理想气体的内能仅是温度的单值函数。 符号规定：内能增加符号规定：内能增加 为正，反之为负。为正，反之为负。 工程热力学基础知识四、系统状态改变时的热力学第一定律四、系统状态改变时的热力学第一定律 能量平衡方程式用文字表达：能量平衡方程式用文字表达：加入热力系的热量加入热力系的热量-热力系对外所做的功热力系对外所做的功=热力系储存能量的增加。热力系储存能量的增加。 工程热力学基础知识五、闭口系统能

36、量平衡方程五、闭口系统能量平衡方程 以气缸中定量工质为例：工质与外界并无质量的交换，只有能以气缸中定量工质为例：工质与外界并无质量的交换，只有能量的传递（传热与作功），这就是前面介绍的封闭热力系或定质量量的传递（传热与作功），这就是前面介绍的封闭热力系或定质量热力系（闭口系统）。热力系（闭口系统）。 工质从外界吸收热量工质从外界吸收热量Q，从状态，从状态1变到状态变到状态2（膨胀），并对外界（膨胀），并对外界作膨胀功作膨胀功W，由于讨论是闭口系统，不存在工质流进流出的问题，由于讨论是闭口系统，不存在工质流进流出的问题，所以所以 和和 可不予考虑。则在此过程中工质储存能量的变化为：可不予考虑。则

37、在此过程中工质储存能量的变化为：热力学第一定律解析式：热力学第一定律解析式： 工程热力学基础知识 以上三式仅从热一律原则直接推导得，没有附加条件，因此可以上三式仅从热一律原则直接推导得，没有附加条件，因此可适用于任何工质、任何过程（可逆和不可逆的一切变化过程）适用于任何工质、任何过程（可逆和不可逆的一切变化过程） 若工质经历的是可逆过程，则上式可写成：若工质经历的是可逆过程，则上式可写成：工程热力学基础知识六、开口系统稳定流动能量平衡方程六、开口系统稳定流动能量平衡方程 稳定流动稳定流动工程上常遇到工质流过热力设备（如工程上常遇到工质流过热力设备（如图示划定图示划定-、-间为研究的热力系）间为

38、研究的热力系），工质不但与外界有能量的传递与转，工质不但与外界有能量的传递与转换，而且还有质量交换，即有工质流换，而且还有质量交换，即有工质流进、流出。并且整个设备中各空间点进、流出。并且整个设备中各空间点的状态都随时间而变。的状态都随时间而变。严格地讲，流动过程中每瞬时工质的状态和流量都有差别，特别严格地讲，流动过程中每瞬时工质的状态和流量都有差别，特别是启动、停机、改变负荷时变化更大。这种随时间而变的不稳定是启动、停机、改变负荷时变化更大。这种随时间而变的不稳定流动分析研究非常困难。流动分析研究非常困难。但若分析极短时间内的情况，则可近似但若分析极短时间内的情况，则可近似作为稳定流动或给以

39、适当修正，作为稳定流动处理，这样分析较作为稳定流动或给以适当修正，作为稳定流动处理，这样分析较简单，且有实用意义。简单，且有实用意义。 工程热力学基础知识稳定流动：稳定流动：热力系任何截面上工质的一切参数都不随时间而变。热力系任何截面上工质的一切参数都不随时间而变。 整个热力系各点的热力状态和流速不随时间而变化。整个热力系各点的热力状态和流速不随时间而变化。要使流动达到稳定，必须：要使流动达到稳定，必须： 单位时间进入热力系的工质质量与流出热力系的工质质量相单位时间进入热力系的工质质量与流出热力系的工质质量相 等，且等于常数，即：等，且等于常数，即： 式中：式中： 单位时间加入热力系的净热及热

40、力系作出的功都不随时间而变单位时间加入热力系的净热及热力系作出的功都不随时间而变工程热力学基础知识 稳定流动能量平衡方程稳定流动能量平衡方程 现分析现分析 千克工质流经开口系统时能量变化关系。千克工质流经开口系统时能量变化关系。 流入热力系时带入的能量为：流入热力系时带入的能量为： 式中：式中：工质流出热力系时带出的能量：工质流出热力系时带出的能量： 工程热力学基础知识热力系储存能量的变化为：热力系储存能量的变化为： 此外，系统在过程中从外界吸热此外，系统在过程中从外界吸热Q，并对外输出轴功（控制，并对外输出轴功（控制体积功，除了轴功外，还可能有容积变形、膨胀功、拉伸功、电体积功，除了轴功外，

41、还可能有容积变形、膨胀功、拉伸功、电磁功磁功等，在此假定除外，其余没有）。等，在此假定除外，其余没有）。 为使截面为使截面前的前的 千克工质流入热力系，外界必须用力千克工质流入热力系，外界必须用力 ，克服阻力把它推入热力系，此时外界对工质作功，克服阻力把它推入热力系，此时外界对工质作功 焦。同理，焦。同理， 千克工质由热力系截面千克工质由热力系截面流出流出时，也必须克服外界阻力时，也必须克服外界阻力 ，对外界作功，对外界作功 焦。上述焦。上述 乃是千乃是千 克工质在流动时所作的功，称为流动功（或推动功、克工质在流动时所作的功，称为流动功（或推动功、压缩功、压力势能）压缩功、压力势能） 工程热力

42、学基础知识 将将 、 、 代入能量平衡方程代入能量平衡方程 工程热力学基础知识焓：焓： 焦焦对一千克工质：对一千克工质： 焦焦/千克千克 可见：由状态参数可见：由状态参数 、 、 决定的焓也是状态参数，在状态决定的焓也是状态参数，在状态变化过程中，焓变量为：变化过程中，焓变量为： 对于开口流动体系来说，焓是对于开口流动体系来说，焓是 内能内能+推进功推进功对于闭口系统没有更多物理意义，只是一个状态参数，对于闭口系统没有更多物理意义，只是一个状态参数， 工程热力学基础知识 引用焓，在闭口系统有时很方便，如：一个闭口系统，定压膨引用焓，在闭口系统有时很方便，如：一个闭口系统，定压膨胀，可逆过程：胀

43、，可逆过程： 可见：在闭口系统定压过程，系统所吸收的热量等于系统焓可见：在闭口系统定压过程，系统所吸收的热量等于系统焓的增量。的增量。 工程热力学基础知识 稳定流动能量平衡方程的分析稳定流动能量平衡方程的分析 工质体积膨胀是使热变为功的根本途径，这对流动热力系或工质体积膨胀是使热变为功的根本途径，这对流动热力系或封闭热力系都是正确的，但流动热力系对外表现出来的功和封闭封闭热力系都是正确的，但流动热力系对外表现出来的功和封闭热力系不同，并不是膨胀功，而是轴功。热力系不同，并不是膨胀功，而是轴功。 流入热力系时带入的能量为：流入热力系时带入的能量为： 得得 （可逆过程）（可逆过程） 克服阻力维持工

44、质流进、流出克服阻力维持工质流进、流出 工程热力学基础知识技术功技术功 ： 若工质流进、流出热力系的动能和位能的变化量很小，可略去不计若工质流进、流出热力系的动能和位能的变化量很小，可略去不计工程热力学基础知识则则 ：工质流经热力设备时所作的技术功应等于膨胀功和推动功的代数工质流经热力设备时所作的技术功应等于膨胀功和推动功的代数和和 工程热力学基础知识 也可由第一解析式直接转化而得也可由第一解析式直接转化而得 = 或：或： （复合状态参数）（复合状态参数） 工程热力学基础知识七、热力学第一定律运用例（理想气体为前提）七、热力学第一定律运用例（理想气体为前提） 定容过程（内能推导）定容过程（内能

45、推导） 由于理想气体内能仅是温度的函数，而与压力或比容无关，所由于理想气体内能仅是温度的函数，而与压力或比容无关，所以，无论经历什么过程，只要初终态的温度变化范围相同，其工质以，无论经历什么过程，只要初终态的温度变化范围相同，其工质内能变化量也相同，即以上内能计算式从定容推得，但适用于理想内能变化量也相同，即以上内能计算式从定容推得，但适用于理想气体的任何过程。气体的任何过程。 同理同理 （理想气体）（理想气体） 也是温度单位函数，也是温度单位函数， 的变化量只与初终态温度有关，与变化的变化量只与初终态温度有关，与变化过程无关。过程无关。 工程热力学基础知识 定压过程（焓的推导）定压过程（焓的

46、推导） 所以：理想气体无论经历什么过程，其内能变化在数值上总等所以：理想气体无论经历什么过程，其内能变化在数值上总等于定容过程的加热量。于定容过程的加热量。 焓的变量在数值上总等于定压过程的加热量。焓的变量在数值上总等于定压过程的加热量。 工程热力学基础知识 定压比热与定容比热的关系定压比热与定容比热的关系 迈耶公式迈耶公式或用定压过程热力学第一定律推导：或用定压过程热力学第一定律推导： 、 、 即即令：令： 绝热指数绝热指数 工程热力学基础知识 熵的计算熵的计算 若若 为定值，则：为定值，则： 或：或： 工程热力学基础知识 若若 为定值，则：为定值，则：熵熵 从状态从状态1变化到状态变化到状

47、态2，只与初态，只与初态1和终态和终态2有关，有关，与过程无关，所以，与过程无关，所以， 也是状态参数。也是状态参数。工程热力学基础知识1-3 气体的主要热力过程一、等容过程一、等容过程 定容过程中工质的压力和温度成正比定容过程中工质的压力和温度成正比 膨胀功膨胀功 热量热量 0工程热力学基础知识 熵的变量熵的变量 （ 为定值）为定值） 在在 图上，定容过程曲线为一条对数曲线。图上，定容过程曲线为一条对数曲线。 工程热力学基础知识二、等压过程二、等压过程定压过程比容与温度成正比定压过程比容与温度成正比 膨胀功膨胀功 热量热量或或工程热力学基础知识 熵的变量熵的变量 工程热力学基础知识三、定温过

48、程三、定温过程定温过程气体绝热压力与比容成反比定温过程气体绝热压力与比容成反比 膨胀功膨胀功 热量热量 工程热力学基础知识 熵的变量熵的变量 工程热力学基础知识四、绝热过程四、绝热过程 （ 绝热指数）绝热指数） 对于可逆的绝热过程：对于可逆的绝热过程： 且且 （二元函数的全微分）（二元函数的全微分）上式为上式为 整理得：整理得： 工程热力学基础知识 整理整理 ：积分上式得：积分上式得： 或或 即即 可逆绝热方程式可逆绝热方程式 注：绝热指数注：绝热指数 ，当，当 、 视为常数时，它们的数值则取决于气体的原子视为常数时，它们的数值则取决于气体的原子数，由数，由 、 决定的决定的 这时也是定值，同

49、样取决于其他的原子数。这时也是定值，同样取决于其他的原子数。 工程热力学基础知识 单原子气体单原子气体 =1.67 双原子气体双原子气体 =1.4 三（多）原子气体三（多）原子气体 =1.3 从从 得得工程热力学基础知识 热量热量 熵的变量熵的变量 功功 闭口系统：膨胀功闭口系统：膨胀功 可见：绝热过程中工质对外作膨胀功时消耗工质的内能。可见：绝热过程中工质对外作膨胀功时消耗工质的内能。 工程热力学基础知识 开口系统：技术功开口系统：技术功 则则可见：工质在绝热流动过程中对外作技术功等于工质焓的减少。可见：工质在绝热流动过程中对外作技术功等于工质焓的减少。 以上讨论的四个具有特殊性的典型过程，

50、其实它们只是千百万个热力过程以上讨论的四个具有特殊性的典型过程，其实它们只是千百万个热力过程中的典型情况，我们可以寻求一个方程式来综合描述这些过程中的典型情况，我们可以寻求一个方程式来综合描述这些过程多变过程方多变过程方程式程式工程热力学基础知识四、多变过程四、多变过程 定义：压力、比容的关系符合定义：压力、比容的关系符合 的过程（的过程（ ） 多变指数多变指数这是一般化公式这是一般化公式多变过程方程式多变过程方程式 当当 则则 定压过程定压过程 则则 定温过程定温过程 则则 绝热过程绝热过程 则则 定容过程定容过程可见：当可见：当 为某一定值时，为某一定值时， 就代表一个特定过程，此式可将就

51、代表一个特定过程，此式可将许多有规律的热力过程包括在内，具有相当的普遍性，讨论多变许多有规律的热力过程包括在内，具有相当的普遍性，讨论多变过程得到的结论，对其他特殊过程具有原则性指导意义。过程得到的结论，对其他特殊过程具有原则性指导意义。 工程热力学基础知识 由于多变过程方程式的数学形式与绝热过程相同，因此多变由于多变过程方程式的数学形式与绝热过程相同，因此多变过程中的初、终态参数之间的关系，以及求膨胀功（技术功）的过程中的初、终态参数之间的关系，以及求膨胀功（技术功）的公式，在形式上均与绝热过程的公式完全相同，只是以代替各式公式，在形式上均与绝热过程的公式完全相同，只是以代替各式中的值。中的

52、值。 膨胀功膨胀功 技术功技术功多变过程中气体的技术功多变过程中气体的技术功 等于闭口系统中同量气体膨胀功的等于闭口系统中同量气体膨胀功的 倍倍工程热力学基础知识 热量热量 推导过程：推导过程： 设设 多变过程定比热多变过程定比热 此式说明：多变过程定比热此式说明：多变过程定比热 与理想气体的种类（与理想气体的种类（ 、 值）值） 及过程的性质（及过程的性质（ ）有关。）有关。 则则 工程热力学基础知识 熵的变量熵的变量 或或 工程热力学基础知识 在在 、 图上的表示图上的表示 工程热力学基础知识1-4 热力学第二定律一、热力学第二定律的几种表述一、热力学第二定律的几种表述 热力学第二定律是人

53、们根据无数经验总结出来的有关热现象的热力学第二定律是人们根据无数经验总结出来的有关热现象的第二个经验定律，并被大量经验和事实说明它的正确性。第二个经验定律，并被大量经验和事实说明它的正确性。热力学第热力学第二定律的实质就是指出一切过程的不可逆性。二定律的实质就是指出一切过程的不可逆性。 第一种说法第一种说法：克劳修斯说法（克劳修斯说法（1950年），年），“不可能把热从低温不可能把热从低温物物 体传至高温物体，而不引起其它变化。体传至高温物体，而不引起其它变化。”即即“热不可能自动热不可能自动（自发）地、不付代价地从低温物体传至高温物体。（自发）地、不付代价地从低温物体传至高温物体。” 第二种

54、说法第二种说法：开尔文说法（开尔文说法（1951年），年），“不可能从单一热源取不可能从单一热源取热使之完全变为有用功而不产生其它影响。热使之完全变为有用功而不产生其它影响。”即即“只冷却一个热源只冷却一个热源而连续不断作功的循环发动机是造不成功的。而连续不断作功的循环发动机是造不成功的。”工程热力学基础知识二、卡诺循环及卡诺定理二、卡诺循环及卡诺定理 循环循环 工质经过一系列状态变化后又回到初始状态，工质经过一系列状态变化后又回到初始状态，称工质经过一个称工质经过一个热力循环（封闭的热力过程称为热力循环）热力循环（封闭的热力过程称为热力循环）。重复这些循环就能连。重复这些循环就能连续不断地把

55、热能转变为机械能。续不断地把热能转变为机械能。 把热能转变为机械能的循环称为把热能转变为机械能的循环称为正循环（热机循环）正循环（热机循环）；依靠消；依靠消耗机械能而将热量从低温热源传向高温热源的循环叫耗机械能而将热量从低温热源传向高温热源的循环叫逆向循环（制逆向循环（制冷循环）。冷循环）。 在在 、 图上图上正循环为顺时针方向进行正循环为顺时针方向进行，逆循环为逆循环为反时针方向进行。反时针方向进行。 工程热力学基础知识 正循环及其热效率正循环及其热效率 1 2过程为工质膨胀过程，对外输出过程为工质膨胀过程，对外输出功功1 2 1， 2 1过程为外界对工质做功过程为外界对工质做功(压缩功压缩

56、功)，使工质回复到初始状态，外界作功使工质回复到初始状态，外界作功 1 2 1， 输出净功输出净功=过程线所围的面积过程线所围的面积 =膨胀功与压缩功之差膨胀功与压缩功之差同理：同理：工程热力学基础知识 据热力学第一定律据热力学第一定律 （内能是状态参数）（内能是状态参数） 可见：工质经过一个循环后，自高温热源吸收了热量可见：工质经过一个循环后，自高温热源吸收了热量 ，向低，向低温热源放出热量温热源放出热量 ，向外作功，向外作功 。热效率为：热效率为： （可逆、不可逆、一切工质）（可逆、不可逆、一切工质） 从热源得到的热能只有一部分转化为机械能而作功，随之，从热源得到的热能只有一部分转化为机械

57、能而作功，随之，必有另一部分热能从高温热源传给了另一低温热源，这符合热力必有另一部分热能从高温热源传给了另一低温热源，这符合热力学第二定律。学第二定律。 工程热力学基础知识 逆向循环逆向循环 1 2过程为工质膨胀，对外作功，过程为工质膨胀，对外作功， 2 1为外界对工质做功，使工质回复为外界对工质做功，使工质回复到初始状态，此时膨胀功小于压缩功，到初始状态，此时膨胀功小于压缩功，净功为负值。放热量大于吸热量，即循净功为负值。放热量大于吸热量，即循环中有一部分热量从低温热源传到高温环中有一部分热量从低温热源传到高温热源。热源。 循环消耗的净功循环消耗的净功 制冷系数制冷系数 0 对照热力学第二定

58、律，这一结论说明了，对照热力学第二定律，这一结论说明了，伴随着低温热源把一部分热量传到高温热源的伴随着低温热源把一部分热量传到高温热源的过程，必须把一部分机械能转变为热能，这是过程，必须把一部分机械能转变为热能，这是使热能从低温热源传到高温热源的必要条件。使热能从低温热源传到高温热源的必要条件。 工程热力学基础知识 卡诺循环及其热效率卡诺循环及其热效率 热力学第二定律指出，第二类永动机是不可能造成的，也就是热力学第二定律指出，第二类永动机是不可能造成的，也就是说，任何热机都不可能将吸取的热量循环不息地全部转变为功。那说，任何热机都不可能将吸取的热量循环不息地全部转变为功。那么在一定条件下（高温

59、恒温热源和低温恒温热源一定时），循环中么在一定条件下（高温恒温热源和低温恒温热源一定时），循环中吸取的热量最多能转变为多少功？即是说，提高循环中热变功的效吸取的热量最多能转变为多少功？即是说，提高循环中热变功的效率的基本途径是什么？卡诺循环和卡诺定理回答了这些问题。率的基本途径是什么？卡诺循环和卡诺定理回答了这些问题。 123什么样热机效率最高，最高达到多少？什么样热机效率最高，最高达到多少？ 工质不同对热效率有什么影响？工质不同对热效率有什么影响？ 热机应按什么方式工作最好？热机应按什么方式工作最好？ 问问 题题工程热力学基础知识卡诺循环由四个基本组成部分：卡诺循环由四个基本组成部分： 可逆

60、等温膨胀（吸热）过程可逆等温膨胀（吸热）过程 1-2 （1千克工质从高温恒温热源千克工质从高温恒温热源 吸热吸热 ） 1可逆绝热膨胀过程可逆绝热膨胀过程 2-3 （工质从温度（工质从温度 降至降至 ） 2可逆等温压缩（放热）过程可逆等温压缩（放热）过程 3-4 （工质向低温恒温热源（工质向低温恒温热源 放热放热 ） 3 可逆绝热压缩过程可逆绝热压缩过程 4-1 （工质从温度（工质从温度 升高至升高至 ）4由可逆过程组成的循环称为可逆循环。热机循环的经济性是以热由可逆过程组成的循环称为可逆循环。热机循环的经济性是以热效率来衡量的。效率来衡量的。 工程热力学基础知识据热力学第一定律：据热力学第一定

61、律： 卡诺循环热效率卡诺循环热效率由卡诺循环的热效率公式可以得出：由卡诺循环的热效率公式可以得出：1、卡诺循环的热效率决定于高温热源和、卡诺循环的热效率决定于高温热源和低温热源的温度，也就是工质在定温吸热低温热源的温度，也就是工质在定温吸热和定温放热时的温度。（和定温放热时的温度。（ 取决于取决于 、 ）。）。工程热力学基础知识2、提高、提高 、降低、降低 ，可提高卡诺循环的热效率。（，可提高卡诺循环的热效率。（ ）3、诺循环的热效率总是小于、诺循环的热效率总是小于100%，而且不可能等于，而且不可能等于100%。因为。因为 或或 0都是不可能的，即在热机循环中，向高温热源所吸都是不可能的，即

62、在热机循环中，向高温热源所吸取的热能不可能全部转变为机械能。（取的热能不可能全部转变为机械能。（ 汽油机）汽油机） 评定理论循环是用循环热效率评定理论循环是用循环热效率 和循环平均压力和循环平均压力 定容循环的理论热效率定容循环的理论热效率 内燃机的循环 由于由于12及及34为定熵过程，则为定熵过程，则 内燃机的循环 定容加热循环平均压力定容加热循环平均压力 循环功循环功 （令：（令： 压力升高比，在定容过程中代表压力升高比，在定容过程中代表了了 加热量大小）加热量大小）内燃机的循环 代入上式代入上式 据据 整理得：整理得： 影响因素分析（从中得出原则）影响因素分析（从中得出原则） 压缩比压缩

63、比 非常重要非常重要 随随 (到一定限度到一定限度) 通过热效率和压缩比关系，可以作出一条曲线。从图可见，在通过热效率和压缩比关系，可以作出一条曲线。从图可见，在 小于小于10的范围内，随的范围内，随 ， 较快；较快； 10后，后， 增加缓慢。增加缓慢。 内燃机的循环 初始，人们致力于初始，人们致力于 的提高来提高热效率的提高来提高热效率 ，从，从4.55开始，随开始，随 ，但，但 太大受到爆震限制。太大受到爆震限制。 在加热量相同情况下，在加热量相同情况下， 使使 的变化从的变化从 、 图分析：图分析： 内燃机的循环 代表进气量（因为进气量多，压缩始点（进气终点）的压代表进气量（因为进气量多

64、，压缩始点（进气终点）的压 力力 高）高） 代表加热量代表加热量 （因为（因为 ，加热量多，加热量多， ） 一定，一定， 一定，一定， 改变（油量变），根据改变（油量变），根据 ， 不变。（不变。（ 不变，不变， 改变，实际上改变，实际上 变，因为理论上变，因为理论上没没 有考虑混合气浓度改变使有考虑混合气浓度改变使 值变的问题）值变的问题） 注意注意 理论分析可以指导方向理论分析可以指导方向 应用理论分析结果时，需结合经验作判断（如当应用理论分析结果时，需结合经验作判断（如当 到一定到一定时，时， 就不再就不再 ）。另外还需记住大前提（如）。另外还需记住大前提（如 改变，实际上改变，实际上改

65、变了改变了 值）值） 内燃机的循环二、定压加热循环二、定压加热循环 1、定压加热循环热效率、定压加热循环热效率 由于由于 令令 预胀比（定压预胀比）预胀比（定压预胀比）内燃机的循环 即即 2、定压加热循环的平均压力、定压加热循环的平均压力 将将 代入上式得代入上式得内燃机的循环3、影响因素分析、影响因素分析 同前所述：同前所述： ， 代表加热量（代表加热量（ ，加热量多，加热量多， ， 与与 有顺变关有顺变关 系）系） 在在 一定时，增加一定时，增加 （即（即 ），）， 则随之减少，但则随之减少，但 。三、混合加热循环（萨巴德循环）三、混合加热循环（萨巴德循环） 1、混合循环热效率、混合循环热

66、效率 （ ） 内燃机的循环将以上各式代入将以上各式代入 公式得：公式得：内燃机的循环2、混合加热循环平均压力、混合加热循环平均压力 （ ）将将 、 、 代入式子得：代入式子得：内燃机的循环3、影响因素分析、影响因素分析 同前分析，结果相同同前分析，结果相同 和和 =1时，为等压循环时，为等压循环 =1时，为等容循环时，为等容循环 虽虽 一样，但加热时间不同，其热效率亦不同。如一个在上止点加热，一一样，但加热时间不同，其热效率亦不同。如一个在上止点加热，一个在上止点后加热，在上止点后加热的热效率个在上止点后加热，在上止点后加热的热效率 。说明热效率与膨胀比相关。说明热效率与膨胀比相关。 膨胀比：

67、膨胀终了的容积与加热时容积之比膨胀比：膨胀终了的容积与加热时容积之比 或或 所以：提高压缩比，只提供膨胀比可以大的条件，具体所以：提高压缩比，只提供膨胀比可以大的条件，具体 决定于膨胀比，决定于膨胀比，要看加热距上止点如何？如：等容加热，其每一点加热都在上止点，每一点的膨要看加热距上止点如何？如：等容加热，其每一点加热都在上止点，每一点的膨胀比都一样大，等于压缩比，所以胀比都一样大，等于压缩比，所以 最高。最高。 内燃机的循环等压加热：每一点加热都在不同的容积位置，每一点膨胀比都不同，越往后，膨等压加热：每一点加热都在不同的容积位置，每一点膨胀比都不同，越往后，膨胀比越小，平均膨胀比小于胀比越

68、小，平均膨胀比小于 ，所以其热效率，所以其热效率内燃机的循环由此可知：由此可知： 一定的机器，其一定的机器，其 不一定不一定实际机器最好是：燃烧放热宜占曲轴转角小，实际机器最好是：燃烧放热宜占曲轴转角小，平均接近上止点平均接近上止点注：有些书用注：有些书用“等容度等容度“来衡量在等容加热来衡量在等容加热的程度的程度“等容度等容度”：等容过程所占的程度。：等容过程所占的程度。 第第三三章章3-1 3-1 指示指标指示指标3-2 3-2 有效指标有效指标3-3 3-3 机械损失机械损失发发动动机机性性能能指指标标 发动机（主要指汽、柴机）性能指标有动力性和经济性。此外，发动机（主要指汽、柴机）性能

69、指标有动力性和经济性。此外，上世纪上世纪70年代以来，还考虑了噪音、排气烟度和排气成分等指标。年代以来，还考虑了噪音、排气烟度和排气成分等指标。 “发动机原理发动机原理“是以性能指标为研究对象，深入到工作过程的各是以性能指标为研究对象，深入到工作过程的各个阶段，分析影响性能指标的各种因素，从中找出提高性能指标的个阶段，分析影响性能指标的各种因素，从中找出提高性能指标的一般规律。一般规律。 但衡量发动机的质量，还要考虑它的可靠性、耐久性及结构工艺但衡量发动机的质量，还要考虑它的可靠性、耐久性及结构工艺性、操纵维修、成本核算等各个方面。所以，在研究提高性能指标性、操纵维修、成本核算等各个方面。所以

70、，在研究提高性能指标的同时，必须根据使用特点，生产条件等实际情况，把要求合理的的同时，必须根据使用特点，生产条件等实际情况，把要求合理的统一起来。统一起来。 发动机性能指标有两种：一种是以工质对活塞作功为基础的指标发动机性能指标有两种：一种是以工质对活塞作功为基础的指标指示指标。指示指标。它们用来评定工作循环进行的好坏。另一类是以曲它们用来评定工作循环进行的好坏。另一类是以曲轴输出功率为基础的性能指标轴输出功率为基础的性能指标有效指标。它们用来评定整个发有效指标。它们用来评定整个发动机性能的好坏。动机性能的好坏。 发动机性能指标发动机性能指标3-1 指示指标一、循环指示功一、循环指示功 和平均

71、指示压力和平均指示压力 (indicated) :每一循环气体对活塞所做的功。在每一循环气体对活塞所做的功。在 图上是：上环面积图上是：上环面积 下环面积。下环面积。 为测量方便，将下环面积（泵气损失）为测量方便，将下环面积（泵气损失）计入发动机的机械损失中。指示功就是计入发动机的机械损失中。指示功就是上环面积。用求积仪测得上环面积上环面积。用求积仪测得上环面积 （mm2），则指示功为：），则指示功为： 发动机性能指标 不能作为评价不同发动机循环进行好坏的参量，因为不不能作为评价不同发动机循环进行好坏的参量，因为不同发动机的工作容积不同。因此，应采用一个既包括指示功又包同发动机的工作容积不同。

72、因此，应采用一个既包括指示功又包括工作容积影响的参量，即平均指示压力括工作容积影响的参量，即平均指示压力 ，以便对不同发动，以便对不同发动机的循环进行评价。机的循环进行评价。 单位气缸工作容积的指示功（单位气缸单位气缸工作容积的指示功（单位气缸 工作容积气体对活塞所作的功）工作容积气体对活塞所作的功）其中：其中： 由上式可知：由上式可知： 可以假想为一个恒定的压力，作用在活塞顶可以假想为一个恒定的压力，作用在活塞顶上，推动活塞移动一个行程所作的功，等于循环的指示功。上，推动活塞移动一个行程所作的功，等于循环的指示功。 发动机性能指标 高，则同样大小的气缸工作容积发生的指示功愈多，气缸高，则同样

73、大小的气缸工作容积发生的指示功愈多，气缸工作容积的利用程度愈佳，它排除了工作容积影响。（上世纪工作容积的利用程度愈佳，它排除了工作容积影响。（上世纪70年代后，都在寻求高的平均指示压力）可以比较不同大小，不同年代后，都在寻求高的平均指示压力）可以比较不同大小，不同型式发动机的性能。型式发动机的性能。发动机性能指标二、指示功率二、指示功率 (indicated power) 工质单位时间所作的指示功工质单位时间所作的指示功 指示功率指示功率 设：平均指示压力设：平均指示压力 （ ） 单缸工作容积单缸工作容积 （米（米3） 单缸指示功单缸指示功 发动机转速发动机转速 （转（转/分）分） 缸缸数数

74、则则 四冲程机四冲程机 二冲程机二冲程机 代表行程数代表行程数 发动机性能指标三、指示燃油消耗率三、指示燃油消耗率 和指示热效率和指示热效率 工质每作工质每作1 的指示功所消耗的燃料量称为指示燃油消耗率的指示功所消耗的燃料量称为指示燃油消耗率（指示耗油率）。（指示耗油率）。 ：工质完成的指示功与所消耗的燃料热量之比。：工质完成的指示功与所消耗的燃料热量之比。 发动机性能指标 设工质完成的指示功设工质完成的指示功 ，他所相当的热量为，他所相当的热量为3600 完成完成 的指示功所消耗的燃料量为的指示功所消耗的燃料量为 克，每克燃料发出的克，每克燃料发出的热量为热量为 。（。（ 为低热值，汽油为低

75、热值，汽油 44000 ， 柴油柴油 42500 ） 和和 是评定发动机实际工作循环经济性能的重要指标是评定发动机实际工作循环经济性能的重要指标发动机性能指标3-2 有效指标一、有效功率一、有效功率 和机械损失功率和机械损失功率 (mechnical) 发动机曲轴输出的功率称为有效功率，其值为：发动机曲轴输出的功率称为有效功率，其值为： 可通过测功器和转速计进行测量计算得可通过测功器和转速计进行测量计算得 机械损失功率机械损失功率 发动机指示功率并不能完全对外输发动机指示功率并不能完全对外输出，功在发动机内部的传递过程中，不可避免地有损失（机械损失出，功在发动机内部的传递过程中，不可避免地有损

76、失（机械损失功率），其包括：功率），其包括： 1、发动机内部运动件的摩擦损失功率、发动机内部运动件的摩擦损失功率 占总机械损失的占总机械损失的6075% 2、驱动附属机构的损失功率、驱动附属机构的损失功率 占总机械损失的占总机械损失的1020% 3、泵气损失功率（进、排气过程中消耗的功率）、泵气损失功率（进、排气过程中消耗的功率） 占占1020% 发动机性能指标 是通过对实际发动机试验而测定，是通过对实际发动机试验而测定，常用的测试方法有；倒拖常用的测试方法有；倒拖法和灭缸法法和灭缸法 有效功率有效功率 与指示功率与指示功率 之比称为机械效率之比称为机械效率发动机性能指标二、有效扭矩二、有效扭

77、矩 功率轴出轴（内轴）输出的扭矩功率轴出轴（内轴）输出的扭矩 与与 、 三者关系是：三者关系是： 或或 式中：式中： 转速（转速（ ） 如用公制单位：如用公制单位： 发动机性能指标三、平均有效压力三、平均有效压力 单位气缸工作容积的有效功。引用指示功率单位气缸工作容积的有效功。引用指示功率 与平均指示压力与平均指示压力 的关系，可得：的关系，可得： 于是于是 发动机性能指标 对于总气缸容积（对于总气缸容积（ ）一定的发动机，）一定的发动机， 正比于正比于 。 也反映了发动机单位气缸工作容积输出扭矩的大小。也反映了发动机单位气缸工作容积输出扭矩的大小。 是从最终发动机实际输出功的角度来评定气缸容

78、积的利用是从最终发动机实际输出功的角度来评定气缸容积的利用率。是发动机重要的动力性指标，可通过发动机试验台测得有效功率。是发动机重要的动力性指标，可通过发动机试验台测得有效功率率 或有效扭矩或有效扭矩 ，代入上式求得。，代入上式求得。 发动机性能指标四、升功率四、升功率 和比重量和比重量 （属比较指数）（属比较指数） 装置于汽车、拖拉机上的发动机要求轻巧、紧凑、功率大，所装置于汽车、拖拉机上的发动机要求轻巧、紧凑、功率大，所以，常用升功率以，常用升功率 和比重量和比重量 作为动力性指标，来衡量它的容积作为动力性指标，来衡量它的容积及重要的利用程度。及重要的利用程度。1、升功率、升功率 ：在标定

79、工况下，发动机每升工作容积所发出的有效：在标定工况下，发动机每升工作容积所发出的有效 功率功率 （四行程机）（四行程机） 与与 、 成正比，提高成正比，提高 的主要措施是提高的主要措施是提高 和和 。 也表示相同也表示相同 的工作容积利用程度。的工作容积利用程度。 发动机性能指标2、比质量、比质量 ：发动机质量：发动机质量 与所发出标定功率与所发出标定功率 之比之比 发动机质量，指未加水、油，发动机质量，指未加水、油， 不包括散热器、排气管、空滤器、不包括散热器、排气管、空滤器、 消音器、仪表等附件时发动机质量消音器、仪表等附件时发动机质量 说明金属材料在发动机中利用程度。说明金属材料在发动机

80、中利用程度。 发动机性能指标五、有效燃烧效率五、有效燃烧效率 和有效热效率和有效热效率 1、有效燃烧消耗率、有效燃烧消耗率 （耗油率）（耗油率） 单位有效功率的耗油量单位有效功率的耗油量 （ ）2、有效热效率、有效热效率 有效功有效功 与所消耗燃料热量与所消耗燃料热量 之比之比 有效指标表示整个发动机性能的好坏，实际用途较大。有效指标表示整个发动机性能的好坏，实际用途较大。（一般（一般发动机的发动机的 、 值见表值见表114） 、 表示发动机的实际工作能力；表示发动机的实际工作能力； 表示发动机单缸气缸表示发动机单缸气缸工作容积的工作能力；工作容积的工作能力； 、 表示整机经济性情况，其表示整

81、机经济性情况，其 直接说直接说明发动机燃料消耗情况，更有实用意义。明发动机燃料消耗情况，更有实用意义。发动机性能指标3-3 机械损失 发动机的机械损失消耗了一部分指示功率，而使对外发动机的机械损失消耗了一部分指示功率，而使对外输出的有效功率减少。输出的有效功率减少。 一、机械效率一、机械效率 说明机械损失大小，用机械损失功率说明机械损失大小，用机械损失功率 及平均机械损失压力及平均机械损失压力 发动机单位气缸工作容积的机械损失功来表示。发动机单位气缸工作容积的机械损失功来表示。 它们和有效指标的关系是：它们和有效指标的关系是： （ ） 与与 和和 同理：同理： ( ) (四冲四冲程程) 同理：

82、同理： （ ） 发动机性能指标 为了比较不同发动机机械损失所占比例的大小，引入机械效为了比较不同发动机机械损失所占比例的大小，引入机械效率率 。机械效率。机械效率 是有效功率是有效功率 与指示功率与指示功率 之比。之比。 4-1 4-1 四行程内燃机的换气过程和换气损失四行程内燃机的换气过程和换气损失4-2 4-2 四行程发动机的充气四行程发动机的充气( (量量) )系数系数4-3 4-3 提高提高 的主的主要措施要措施发发动动机机的的换换气气过过程程第第四四章章 换气过程：发动机的排气过程和进气过程的总和称之。换气过程：发动机的排气过程和进气过程的总和称之。 发动机气缸内充气量的多少是决定发

83、动机动力性能的主要因素。发动机气缸内充气量的多少是决定发动机动力性能的主要因素。 因发动机是利用燃料在气缸内燃烧所放出的热能使工质压力提高因发动机是利用燃料在气缸内燃烧所放出的热能使工质压力提高而对活塞作功的。而对活塞作功的。 燃料燃烧热量的放出，依赖于燃料和空气中氧气，要使燃料燃烧热量的放出，依赖于燃料和空气中氧气，要使 、 、 ，就需要燃料在气缸内燃烧时放热多，这就依赖于气缸中所，就需要燃料在气缸内燃烧时放热多，这就依赖于气缸中所能充填能充填 进去的燃料量，也依赖于充填进去的空气量。进去的燃料量，也依赖于充填进去的空气量。 液体燃料发动机，其燃料占体积极小，所以从燃料量来看，可以液体燃料发

84、动机，其燃料占体积极小，所以从燃料量来看，可以使燃料多到保证将气缸内的氧气完全利用的程度，而并不会对气缸使燃料多到保证将气缸内的氧气完全利用的程度，而并不会对气缸内的充气量有明显的影响。内的充气量有明显的影响。可是由于空气占体积大，所以从而使得可是由于空气占体积大，所以从而使得发动机气缸中燃烧所能放出热量的多少，主要是限于能够充入气缸发动机气缸中燃烧所能放出热量的多少，主要是限于能够充入气缸的空气量的多少。的空气量的多少。 液体燃料与空气比例：液体燃料与空气比例： 重量比重量比 1 15 体积比体积比 1 10000发动机的换气过程 另外，燃料是强制进入，由化油器或喷油泵多供一些燃料容易作另外

85、，燃料是强制进入，由化油器或喷油泵多供一些燃料容易作到，而更多的充入（吸入）空气却较困难。因此，气缸中燃烧放出到，而更多的充入（吸入）空气却较困难。因此，气缸中燃烧放出热量的大小，就取决于充入气缸空气量的多少，如果每循环进入气热量的大小，就取决于充入气缸空气量的多少，如果每循环进入气缸的空气量多，就可以多供一些燃料，使燃烧放出的热量增加，从缸的空气量多，就可以多供一些燃料，使燃烧放出的热量增加，从而提高发动机的功率和扭矩。而提高发动机的功率和扭矩。 所以，发动机气缸内充气量的多少，是决定发动机动力性能的主所以，发动机气缸内充气量的多少，是决定发动机动力性能的主要因素，要因素，我们研究换气过程的

86、目的，就在于了解换气过程进行的情我们研究换气过程的目的，就在于了解换气过程进行的情况，分析影响充气量的因素，从而设法使对气缸大小一定的发动机况，分析影响充气量的因素，从而设法使对气缸大小一定的发动机充气量尽可能提高。充气量尽可能提高。 发动机的换气过程发动机的换气过程4-1 四行程内燃机的换气过程和换气损失 一、换气过程一、换气过程 根据气体流动的特点：可分为自由排气、强制排气和进气过程根据气体流动的特点：可分为自由排气、强制排气和进气过程三个阶段三个阶段 ：（一）自由排气阶段（一）自由排气阶段 从排气门打开到气缸内压力接近排气压力，利用燃气压力排气。从排气门打开到气缸内压力接近排气压力，利用

87、燃气压力排气。 在全负荷工作情况下，膨胀终了压力在全负荷工作情况下，膨胀终了压力 汽：汽：4 ，柴：，柴：3 （ ，故故 ） 在排气门刚开启时，一般在排气下止点前在排气门刚开启时，一般在排气下止点前40 80曲轴转角，曲轴转角，缸内压力在排气管压力两倍以上，排气流动为超临界流动，此时通缸内压力在排气管压力两倍以上，排气流动为超临界流动，此时通过气门的气体速度等于燃气的音速。过气门的气体速度等于燃气的音速。 当当 =600900时，音速可达时，音速可达500600 。 发动机的换气过程 超临界排气时期废气排出快慢与排气门前后的压力差无关，只超临界排气时期废气排出快慢与排气门前后的压力差无关，只决

88、定于气门开启面积和气体的状态。决定于气门开启面积和气体的状态。故高速发动机必须把排气提前故高速发动机必须把排气提前角加大。角加大。 随着活塞下行，缸内压力随着活塞下行，缸内压力 。当缸内压力与排气管压力之比。当缸内压力与排气管压力之比 ，因此，因此，影响影响 主要因素为主要因素为 和和 。1、 （进气终了压力）：（进气终了压力）：因因 前有前有 ，所以，所以 ， ，进气终了压力，进气终了压力 影影响比排气终了压力影响大得多。响比排气终了压力影响大得多。影响影响 的最主要因素是的最主要因素是 ，要使，要使 ，应尽量，应尽量提高提高 ，这也是采用增压发动机的主，这也是采用增压发动机的主要原因之一。

89、要原因之一。 发动机的换气过程2、 （进气终了压力）（进气终了压力）： ， ，降，降低进气终了温度，采用铝合金缸盖（低进气终了温度，采用铝合金缸盖（ 1025、铸铁、铸铁 2540）柴油机）柴油机要使进、排气歧管分两侧。要使进、排气歧管分两侧。 主要取决于主要取决于 进气系统阻力进气系统阻力 转速转速曲线可知；随曲线可知；随 ， (回头曲线是因为波动效应，进气惯性所回头曲线是因为波动效应，进气惯性所)。 主要是通过主要是通过 而影响而影响 。 。 发动机的换气过程3、 、 ：使用中，大气情况已定，无法改变，分析使用中，大气情况已定，无法改变，分析 时，时，考虑考虑 、 无意义。无意义。 4、

90、、 （废气压力和温度）（废气压力和温度） ： 排气终了压力，排气终了压力， ， ，但影响较小，实际发动机中往往为使但影响较小，实际发动机中往往为使 ，而导致，而导致 稍有提高。稍有提高。 理论上：理论上： ， ，因，因 、 ， （废气量），但实际上，（废气量），但实际上， ， ，排气门受高温易损。，排气门受高温易损。5、 ：理论上，理论上， ， 。因。因 ，气缸余隙容积，气缸余隙容积 ，残余废气，残余废气量相对量相对 ，故，故 。实际上，实际上， 从来不作为提高从来不作为提高 考虑，因汽油机考虑，因汽油机 受到爆震限制，受到爆震限制，柴油机柴油机 ，机械负荷，机械负荷 ，且笨重，故，且笨重，故

91、 不在不在 中考虑。中考虑。 发动机的换气过程 一般：汽油机一般：汽油机 =0.70.85 柴油机柴油机 = 0.750.9 的测量：的测量： 实际进气量实际进气量： 可通过流量计测可通过流量计测 理论进气量理论进气量： （L）发动机的换气过程4-3 提高 的主要措施 由于进气有损失，使由于进气有损失，使 ，要使，要使 ，应减小进气系统阻力。，应减小进气系统阻力。 一、减小系统阻力一、减小系统阻力 提高提高 ，进气系统各部分阻力压降，进气系统各部分阻力压降 发动机的换气过程 进气门：进气门直径进气门：进气门直径d大，可扩大气流通路，大，可扩大气流通路， 、 ，但受，但受到结构限制。由于到结构限

92、制。由于 影响大于影响大于 影响，常采用减小排气门直径影响，常采用减小排气门直径来加大进气门直径。故常见发动机上进气门直径大于排气门直径，来加大进气门直径。故常见发动机上进气门直径大于排气门直径，有的采用二个进气门（用于缸径大、转速高的发动机）。有的采用二个进气门（用于缸径大、转速高的发动机）。 进气管道：断面大、阻力进气管道：断面大、阻力 ， ，但：汽油机若断面太大，气，但：汽油机若断面太大，气流低，液态燃料颗粒易沉淀管壁，导致燃料分配不均匀，故汽油流低，液态燃料颗粒易沉淀管壁，导致燃料分配不均匀，故汽油机常用矩形断面管道，并置于排气管上方，使燃料不易沉积，柴机常用矩形断面管道，并置于排气管

93、上方，使燃料不易沉积，柴油机不存在此类问题，多采用圆形断面，其阻力小。油机不存在此类问题，多采用圆形断面，其阻力小。 管道弯道少，阻力小，应尽量减少弯道。管道弯道少，阻力小，应尽量减少弯道。 管道表面光洁度也影响进气阻力，从使用角度，在保修中应管道表面光洁度也影响进气阻力，从使用角度，在保修中应清洗干净。清洗干净。 空气滤清器：结构上要低阻高效，使用中要按时清洗，定期更空气滤清器：结构上要低阻高效，使用中要按时清洗，定期更换。换。 发动机的换气过程 化油器：喉管断面小，利于雾化，但气流阻力化油器：喉管断面小，利于雾化，但气流阻力 ，为解决此矛，为解决此矛盾，常用多喉管化油器，如（盾，常用多喉管

94、化油器，如（231系列）为双喉管，既有利于雾系列）为双喉管，既有利于雾化，又有利于减少流动阻力。还有用双腔式、四腔式化油器，以化，又有利于减少流动阻力。还有用双腔式、四腔式化油器，以提高提高 和改善混合气在各缸间的分配均匀性。和改善混合气在各缸间的分配均匀性。 二、降低二、降低 ： 、柴油机进、排气歧管分两侧，使柴油机进、排气歧管分两侧，使 。汽油机由于油膜在进气管中分配不易均汽油机由于油膜在进气管中分配不易均匀，为了分配均匀，故意加热进气管，匀，为了分配均匀，故意加热进气管，故会使故会使 、 。因此加热时应尽量。因此加热时应尽量想法加热汽油而不加热空气。想法加热汽油而不加热空气。 发动机的换

95、气过程 气门有早开迟闭，其目的是使进气充分、排气干净。气门有早开迟闭，其目的是使进气充分、排气干净。 对对 影响最大的是进气迟后角影响最大的是进气迟后角 ，目前配气相位角都是固，目前配气相位角都是固定不变的，最好是能随定不变的，最好是能随 变而变。随变而变。随 ；随；随 而而 。（现液压气门可改变配气角度）（现液压气门可改变配气角度） ：随：随 ，活塞，活塞 ，气流流速，气流流速 ，惯性大，故随，惯性大，故随 ，应，应加大加大 。但一般发动机的。但一般发动机的 是一定值，故其是一定值，故其 关系如图，关系如图，最高点左边，部分新气被推回；右边，部分新气关在进气管中。最高点左边，部分新气被推回；

96、右边，部分新气关在进气管中。 三、合理的配气相位三、合理的配气相位 气门重叠角气门重叠角合理的合理的 ，可使废气排除较干净，进气初期，可使废气排除较干净，进气初期阻力小，这样阻力小，这样 ，特别是增压发动机，可利用，特别是增压发动机，可利用进气系统扫除废气。一般机进气系统扫除废气。一般机 =2060左左右，增压柴油机可达右，增压柴油机可达100110左右。左右。发动机的换气过程利用进、排气管中发生的压力波动，可提高发动机利用进、排气管中发生的压力波动，可提高发动机 。 进气管压力波动进气管压力波动 每一次吸气，在进气管内就形成一次压力较低的疏波（膨胀每一次吸气，在进气管内就形成一次压力较低的疏

97、波（膨胀波波 500 剩余是难以挥发的渣油剩余是难以挥发的渣油和沥青和沥青直馏法得到汽油产量少，因此，用各种不同的裂化法直馏法得到汽油产量少，因此，用各种不同的裂化法 热裂化热裂化 催化裂化催化裂化将重成份裂化成轻成份（汽油、轻柴油）以提高汽油产量。将重成份裂化成轻成份（汽油、轻柴油）以提高汽油产量。 发动机的燃烧过程二、汽油的抗爆性二、汽油的抗爆性 汽油机产生爆汽油机产生爆 震燃烧与很多因素有关，但在一定结构和使震燃烧与很多因素有关，但在一定结构和使用工况下，主要取决于燃料的性能。用工况下，主要取决于燃料的性能。 汽油的抗爆性：汽油对发动机发生爆燃的抵抗称之，抗爆性汽油的抗爆性：汽油对发动机

98、发生爆燃的抵抗称之，抗爆性好，可以承受高的压缩比，从而改善发动机的性能。好，可以承受高的压缩比，从而改善发动机的性能。 燃料抗爆性与其化学组成有关，烷烃的抗爆性最差，烯烃次燃料抗爆性与其化学组成有关，烷烃的抗爆性最差，烯烃次之，环烷烃较好，芳香烃最好，在同一种烃内，轻馏分优于重馏之，环烷烃较好，芳香烃最好，在同一种烃内，轻馏分优于重馏分，异构体优于正构体。分，异构体优于正构体。 汽油的抗爆性指标和测定汽油的抗爆性指标和测定评定汽油抗爆性指标：辛烷值评定汽油抗爆性指标：辛烷值 汽油抗爆性取决于各种烃类的含量，而含抗爆性高的烃类多汽油抗爆性取决于各种烃类的含量，而含抗爆性高的烃类多的汽油其抗爆性高

99、，否则就低。的汽油其抗爆性高，否则就低。 发动机的燃烧过程 由于各种烃的抗爆性不同，所以汽油的抗爆性很难用同一个理由于各种烃的抗爆性不同，所以汽油的抗爆性很难用同一个理化指标表示，目前广泛采用与标准燃料在特定条件下实验的比较方化指标表示，目前广泛采用与标准燃料在特定条件下实验的比较方法，确定燃料的抗爆性。法，确定燃料的抗爆性。 两种标准液两种标准液 异辛烷：抗爆性很高，定为异辛烷：抗爆性很高，定为100 正庚烷：抗爆性很低，定为正庚烷：抗爆性很低，定为0 按不同容积比混合得到各种不同抗爆性的标准燃料，其中异辛按不同容积比混合得到各种不同抗爆性的标准燃料，其中异辛烷的百分数即为该标准液的辛烷值。

100、烷的百分数即为该标准液的辛烷值。测定方法测定方法 有有 研究法辛烷值（东欧及美、英）研究法辛烷值（东欧及美、英）RON 马达法辛烷值（我国马达法辛烷值（我国SYB2106-59）NON采用单缸可变压缩比汽油机（两种方法条件不同）采用单缸可变压缩比汽油机（两种方法条件不同） 研究法工况：研究法工况： 51.7 冷却水冷却水 100， ，点火，点火提提 前角前角13，到产生爆震。，到产生爆震。 马达工况：马达工况： 冷却水冷却水 100，混合气，混合气 149， 点火提前角点火提前角1426，到产生中等爆震。，到产生中等爆震。测定步骤测定步骤 在特定的单缸机（可变压缩比）上，用待测汽油在规定条件下

101、在特定的单缸机（可变压缩比）上，用待测汽油在规定条件下运转改变运转改变 ，使之发生爆燃，（在仪表上显示标准爆震强度），使之发生爆燃，（在仪表上显示标准爆震强度） 在机上用相同在机上用相同 条件下，依次换用各种标准燃料工作，当某一条件下，依次换用各种标准燃料工作，当某一标准燃料的爆震强度与所测汽油相同时，则标准燃料中异辛烷的百标准燃料的爆震强度与所测汽油相同时，则标准燃料中异辛烷的百分比含量即为所测汽油的辛烷值。分比含量即为所测汽油的辛烷值。 发动机的燃烧过程发动机的燃烧过程 提高汽油的抗爆性提高汽油的抗爆性 在燃料中加入少量的抗爆添加剂，可使燃料抗爆性能在燃料中加入少量的抗爆添加剂，可使燃料抗

102、爆性能 ，常，常用的抗爆添加剂是四乙基铅用的抗爆添加剂是四乙基铅 ，但四乙基铅有剧毒，且，但四乙基铅有剧毒，且无无色，故含有四乙铅的汽油都用加色标明（红、兰等色），以引起使色，故含有四乙铅的汽油都用加色标明（红、兰等色），以引起使用者注意。用者注意。 由于四乙铅有毒，污染严重，许多国家（含我国）要求使用无由于四乙铅有毒，污染严重，许多国家（含我国）要求使用无铅汽油。一般我国汽油有铅汽油。一般我国汽油有93、97号。号。 发动机的燃烧过程三、燃油的发火性（自燃性、抗粗爆性）三、燃油的发火性（自燃性、抗粗爆性） 柴油机是靠柴油自行发火而燃烧的。柴油机是靠柴油自行发火而燃烧的。 柴油发火性若好，喷入

103、气缸后即行自燃，这样发动机工作平柴油发火性若好，喷入气缸后即行自燃，这样发动机工作平稳。若发火性差，柴油机工作粗暴，因柴油喷入气缸后若不能及稳。若发火性差，柴油机工作粗暴，因柴油喷入气缸后若不能及时燃烧，随着柴油的喷入，积聚较多的燃料，一旦发火，这些柴时燃烧，随着柴油的喷入，积聚较多的燃料，一旦发火，这些柴油同时参加燃烧，造成较大的压力升高率，故工作粗暴。油同时参加燃烧，造成较大的压力升高率，故工作粗暴。所以，所以，希望柴油要有较好的发火性（自燃性）希望柴油要有较好的发火性（自燃性）柴油与汽油有所不同柴油与汽油有所不同 汽油汽油 易着火、不易发火、蒸发性好易着火、不易发火、蒸发性好 柴油柴油

104、易发火、不易着火、蒸发性差易发火、不易着火、蒸发性差 柴油发火性指标称为十六烷值，也是在特定的单缸机上通过柴油发火性指标称为十六烷值，也是在特定的单缸机上通过试验测定。试验测定。 发动机的燃烧过程 十六烷（十六烷（ ）：自燃性好，定为）：自燃性好，定为100 标准液标准液 甲基萘（甲基萘（ ）：自燃性差，定为）：自燃性差，定为0 不同容积比混合，标准液中含十六烷，百分数为其十六烷值不同容积比混合，标准液中含十六烷，百分数为其十六烷值测定：在特定的单缸，四行程可变柴油机上按规定条件测定，若测定：在特定的单缸，四行程可变柴油机上按规定条件测定，若被测柴油和某一标准液在同一条件下，同期发火，则它们是

105、十六被测柴油和某一标准液在同一条件下，同期发火，则它们是十六烷值相同。烷值相同。 十六烷值高，发火性好，工作柔和，一般十六烷值在十六烷值高，发火性好，工作柔和，一般十六烷值在4060之间。之间。 十六烷值过高，十六烷值过高，65，反而粗暴性无明显减小。十六烷值过，反而粗暴性无明显减小。十六烷值过高，柴油的馏分重，蒸发性差，易裂化，以致排气冒烟，同时高，柴油的馏分重，蒸发性差，易裂化，以致排气冒烟，同时使燃料消耗率增加。使燃料消耗率增加。发动机的燃烧过程四、燃料的规格四、燃料的规格1、汽油的规格：以辛烷值来表示。（目前有、汽油的规格：以辛烷值来表示。（目前有93#、97#、98#） 在在9以下，

106、用以下，用93#（ =9.010.0，用，用97#、98# ）2、柴油的规格、柴油的规格 高速柴油机（高速柴油机（ 1000 ）采用轻柴油，以柴油的凝点的）采用轻柴油，以柴油的凝点的温度作为标号，国产轻柴油主要有温度作为标号，国产轻柴油主要有10#、0#、-10#、-20#、-35#和和-50#。指凝固点不高于。指凝固点不高于10、0、-10、-20、-35、-50。 这几种标号轻柴油其十六烷值在这几种标号轻柴油其十六烷值在4350之间。之间。发动机的燃烧过程五、燃料的热值五、燃料的热值1kg燃料完全燃烧时，所产生的热量。单位（燃料完全燃烧时，所产生的热量。单位（ ）或（）或（ ） 1、高热值

107、：燃料的热值中包括水的汽化潜热在内的热值（包括燃、高热值：燃料的热值中包括水的汽化潜热在内的热值（包括燃料中料中H燃烧后生成水蒸汽冷凝放出的潜热）。燃烧后生成水蒸汽冷凝放出的潜热）。 2、低热值：高热值中减去水的汽化潜热的热值，在发动机工作中，、低热值：高热值中减去水的汽化潜热的热值，在发动机工作中，排气温度高，水的汽化潜热不能利用，故采用低热值作为燃料排气温度高，水的汽化潜热不能利用，故采用低热值作为燃料热值来计算。热值来计算。 汽油低热值约汽油低热值约10500 （44000 ） 柴油低热值约柴油低热值约10000 （42500 ）发动机的燃烧过程六、过量空气系数六、过量空气系数 评价混合

108、气的浓度评价混合气的浓度 =1 标准混合气标准混合气 1 稀混合气稀混合气 1 浓混合气浓混合气 =0.4 着火下限着火下限 =1.4 着火上限着火上限 理论空气量理论空气量 汽油机汽油机 14.9kg 柴油机柴油机 14.5kg发动机的燃烧过程5-2 汽油机的燃烧过程 特点：特点：1、 均匀，理论上可以完全燃烧。因为汽油机采用外部形均匀，理论上可以完全燃烧。因为汽油机采用外部形 成混合气，比柴油机混合时间长成混合气，比柴油机混合时间长 2、 （压缩比）低：汽（压缩比）低：汽 710 柴柴 1624 3、点火点固定、点火点固定一、正常燃烧（三个时期）一、正常燃烧（三个时期）燃烧过程进行情况可用

109、展开示功图燃烧过程进行情况可用展开示功图（ 图）进行分析。（即气缸中气图）进行分析。（即气缸中气体压力随曲轴转角变化而变化的曲线）体压力随曲轴转角变化而变化的曲线） 着火延迟期着火延迟期（着火落后期）（着火落后期）从电火花点火开始到火焰中心形成的从电火花点火开始到火焰中心形成的这段时期这段时期发动机的燃烧过程 在压缩过程中，混合气的在压缩过程中，混合气的 、 ，使这一部分燃料与空，使这一部分燃料与空气中的氧气接触，开始了氧化过程，但很缓慢。由于气中的氧气接触，开始了氧化过程，但很缓慢。由于 ，且汽，且汽油本身有较高的热稳定性，在压缩终了，气缸内油本身有较高的热稳定性，在压缩终了，气缸内 、 不

110、能使混不能使混合气自燃。合气自燃。 在火花塞点火后，由于电火花的高能量，使火花发生处的混在火花塞点火后，由于电火花的高能量，使火花发生处的混合气温度迅速升高，氧化加剧。随着化学反应的进展，放出热量合气温度迅速升高，氧化加剧。随着化学反应的进展，放出热量增加，这些热量一部分使反应气体本身增加，这些热量一部分使反应气体本身 ，另一部分传给附近，另一部分传给附近混合气，也发生化学反应，混合气，也发生化学反应，当反应的混合气温度升高到一定程度当反应的混合气温度升高到一定程度后，形成发火区后，形成发火区火焰中心。火焰中心。 从气缸内混合气总体来说，此时发热总量不多，气缸中压力从气缸内混合气总体来说，此时

111、发热总量不多，气缸中压力的变化规律基本上与压缩过程相同。的变化规律基本上与压缩过程相同。 着火落后期是混合气燃烧的准备时期，其延迟长短，与混合着火落后期是混合气燃烧的准备时期，其延迟长短，与混合气的性能（气的性能（ 、燃料品质）及压缩终了的压力、温度有关、燃料品质）及压缩终了的压力、温度有关主主要决定于压缩比大小。要决定于压缩比大小。 发动机的燃烧过程（二）火焰传播期（明显燃烧期、速燃期）（二）火焰传播期（明显燃烧期、速燃期） 从混合气中火焰中心形成到气缸内出现最高压力为止称之。从混合气中火焰中心形成到气缸内出现最高压力为止称之。 此期是汽油机燃烧过程的主要阶段，它决定了发动机的动力此期是汽油

112、机燃烧过程的主要阶段，它决定了发动机的动力性。性。 此期火焰中心以球面迅速（此期火焰中心以球面迅速（1030 m/s）向燃烧室内各点传）向燃烧室内各点传播，混合气的主要部分在此时期内燃烧完毕，燃料热能的绝大部播，混合气的主要部分在此时期内燃烧完毕，燃料热能的绝大部分在此时期放出，使分在此时期放出，使 、 。 （三）补燃期（后燃期）（三）补燃期（后燃期） 最高压力点后的燃烧称之。最高压力点后的燃烧称之。 因混合不可能绝对均匀，有不完全燃烧，燃烧产物在高温下因混合不可能绝对均匀，有不完全燃烧，燃烧产物在高温下可能有分解，在膨胀中又继续氧化等形成过后燃烧可能有分解，在膨胀中又继续氧化等形成过后燃烧称

113、为补燃期。称为补燃期。发动机的燃烧过程 补燃是膨胀行程中、后期进行，利用率低。因此，应尽可能补燃是膨胀行程中、后期进行，利用率低。因此，应尽可能减小补燃量，若补燃量大，有的甚至延续到整个排气行程中，以减小补燃量，若补燃量大，有的甚至延续到整个排气行程中，以致废气在下一循环的进气过程开始时窜入进气管及化油器，引燃致废气在下一循环的进气过程开始时窜入进气管及化油器，引燃新鲜混合气（化油器回火）。新鲜混合气（化油器回火）。 综述：上述燃烧过程的三个时期中，都具有放热效应，不过综述：上述燃烧过程的三个时期中，都具有放热效应，不过延迟期和补燃期放出的热量都很少，对循环效率影响极小，燃料延迟期和补燃期放出

114、的热量都很少，对循环效率影响极小，燃料的热量主要是在明显燃烧期内放出的，的热量主要是在明显燃烧期内放出的，因此，明显燃烧期的长短因此，明显燃烧期的长短及其所对应的活塞位置，对于发动机的热效率是有决定性的影响及其所对应的活塞位置，对于发动机的热效率是有决定性的影响的。的。 从提高热效率角度，希望燃烧时间越短越好，要缩短明显燃从提高热效率角度，希望燃烧时间越短越好，要缩短明显燃烧期，就要提高混合气的燃烧速率，使气体烧期，就要提高混合气的燃烧速率，使气体 、 出现在出现在接接近上止点位置，热量获较充分的利用，减少补燃，从而提高近上止点位置，热量获较充分的利用，减少补燃，从而提高 和和 ，若燃烧速率越

115、快，单位时间内放出热量就越多，气缸，若燃烧速率越快，单位时间内放出热量就越多，气缸内压力升高越快，显然发动机产生的动力就大。内压力升高越快，显然发动机产生的动力就大。发动机的燃烧过程 但另一方面，燃烧速率过快，将带来发动机工作粗暴和噪音，但另一方面，燃烧速率过快，将带来发动机工作粗暴和噪音，使运动件受冲击性负荷，加速磨损，发动机寿命缩短。使运动件受冲击性负荷，加速磨损，发动机寿命缩短。 这样，从提高发动机功率与防止噪音和工作粗暴两方面是矛盾这样，从提高发动机功率与防止噪音和工作粗暴两方面是矛盾的，的，应在工作柔和的条件下，尽可能提高燃烧速率。应在工作柔和的条件下，尽可能提高燃烧速率。 衡量发动

116、机工作粗暴性指标是明显燃烧期内的压力升高率（衡量发动机工作粗暴性指标是明显燃烧期内的压力升高率（ ），汽油机若在明显燃烧期内），汽油机若在明显燃烧期内 =1.752.5 （度：曲轴转角），而（度：曲轴转角），而 在上止点后在上止点后1015（曲轴转角）（曲轴转角）时，动力性好，且工作柔和。时，动力性好，且工作柔和。 点火提前角，它决定了点火提前角，它决定了 点。一般上止点前点。一般上止点前 =1530， 太大或太小均不利，有利的太大或太小均不利，有利的 也是不断变化，结构上也是不断变化，结构上用真空、离心点火调节装置调节。用真空、离心点火调节装置调节。发动机的燃烧过程二、汽油机的不正常燃烧（爆

117、燃与表面点火）二、汽油机的不正常燃烧（爆燃与表面点火）（一）爆震燃烧（是汽油机主要问题）（一）爆震燃烧（是汽油机主要问题） 在火花点火后，火焰开始传播，在传播过程中，火焰面前未燃在火花点火后，火焰开始传播，在传播过程中，火焰面前未燃混合气受已燃混合气的压缩和辐射作用而混合气受已燃混合气的压缩和辐射作用而 、 升高，加速了化学升高，加速了化学反应（焰前反应）。离火焰中心越远，焰前反应越深，如果火焰及反应（焰前反应）。离火焰中心越远，焰前反应越深，如果火焰及时传播到引燃，属正常燃烧。时传播到引燃，属正常燃烧。 若在正常火焰未传到之前，未燃混合气的化学准备已经完成，若在正常火焰未传到之前，未燃混合气

118、的化学准备已经完成，引起自燃，形成新的火焰中心，产生新的火焰传播引起自燃，形成新的火焰中心，产生新的火焰传播（称之为爆燃）（称之为爆燃） 爆燃的新的火焰传播速度高达爆燃的新的火焰传播速度高达15002000 。使未燃混合气。使未燃混合气以极高的速度燃烧，燃烧迅速。这部分气体容积来不及膨胀，以极高的速度燃烧，燃烧迅速。这部分气体容积来不及膨胀， 、急剧上升，形成冲击波，以超音速速度向前推进。急剧上升，形成冲击波，以超音速速度向前推进。 外部特征：外部特征： 尖锐金属敲击声（清脆）。这种冲击波撞击发动机燃烧室、缸尖锐金属敲击声（清脆）。这种冲击波撞击发动机燃烧室、缸 壁，使机体承受过度负荷。壁，使

119、机体承受过度负荷。 发动机的燃烧过程 发动机温度升高。（水温升高，开锅，润滑油温上升）燃烧室发动机温度升高。（水温升高，开锅，润滑油温上升）燃烧室壁面、气缸壁上层流层被冲击波破坏，传热量壁面、气缸壁上层流层被冲击波破坏，传热量 ，热损失，热损失 。 发动机正常工作被破坏，使发动机正常工作被破坏，使 ， 。 排气冒黑烟。燃烧产物在高温下热分解，有排气冒黑烟。燃烧产物在高温下热分解，有CO、H2、O2、NO及游离碳。及游离碳。 发动机磨损发动机磨损 ，寿命，寿命 。 因此，爆燃的发生，无论从动力性和经济性方面来看，均是不因此，爆燃的发生，无论从动力性和经济性方面来看，均是不利的。利的。 若：由火焰

120、中心形成起到正常火焰烧到最后部分混合气的时间若：由火焰中心形成起到正常火焰烧到最后部分混合气的时间为为 ，由火焰中心形成起到最后部分混合气自己发火的时间为，由火焰中心形成起到最后部分混合气自己发火的时间为 。 若若 ，发生爆燃现象。，发生爆燃现象。 因此，凡是使因此，凡是使 增加和增加和 减小的因素，都会使爆燃倾向增加。减小的因素，都会使爆燃倾向增加。 影响爆燃的因素很多，主要有辛烷值、影响爆燃的因素很多，主要有辛烷值、 、燃烧室结构、燃烧室结构、 、 、 、负荷等。负荷等。发动机的燃烧过程（二）表面点火（亦称炽热燃烧）（二）表面点火（亦称炽热燃烧） 这也是不正常燃烧，不是由火花塞点火，而是由

121、其它热源（火这也是不正常燃烧，不是由火花塞点火，而是由其它热源（火花塞积碳、排气门积碳、燃烧室积碳）或局部机件过热而将混合花塞积碳、排气门积碳、燃烧室积碳）或局部机件过热而将混合气点燃而引起的燃烧。气点燃而引起的燃烧。 早火（早燃）：在火花塞点火之前产生的表面点火（常见）早火（早燃）：在火花塞点火之前产生的表面点火（常见） 表面点火表面点火 后火：在火花塞点火之后产生的表面点火后火：在火花塞点火之后产生的表面点火 表面点火和正常燃烧是不一样的，由于有积碳等炽热点，混合表面点火和正常燃烧是不一样的，由于有积碳等炽热点，混合气在进气行程、压缩行程就受到炽热点加热作用，所以产生表面点气在进气行程、压

122、缩行程就受到炽热点加热作用，所以产生表面点火时，点燃区域大，一经着火火焰传播速度很高，压力升高率大，火时，点燃区域大，一经着火火焰传播速度很高，压力升高率大，伴有强烈的敲缸声（较沉闷），使机件负荷升高，伴有强烈的敲缸声（较沉闷），使机件负荷升高， 降低，工作不降低，工作不稳定及出现发动机过热现象。稳定及出现发动机过热现象。 发动机的燃烧过程 表面点火是在上世纪表面点火是在上世纪60年代，随辛烷年代，随辛烷值提高，值提高， 提高以后，出现的一种不正常提高以后，出现的一种不正常燃烧。因提高（燃烧。因提高（ 9）、气缸内）、气缸内 、 升升高，混合气化学准备充分，若局部有高温高，混合气化学准备充分，

123、若局部有高温易产生。另一方面，辛烷值高的汽油，如易产生。另一方面，辛烷值高的汽油，如“芳香烃芳香烃”RQ高，但易产生表面点火，采高，但易产生表面点火，采用用四乙铅作抗爆剂，其积碳中有铅盐，可四乙铅作抗爆剂，其积碳中有铅盐，可 促促进碳的氧化，导致表面点火的产生。进碳的氧化，导致表面点火的产生。 一般一般 在在 9以下时，表面点火发生较少。以下时，表面点火发生较少。 表面点火（早燃）：表面点火（早燃）：炽热点点燃，一般在点火前（炽热点点燃，一般在点火前（期期 前前 ）沉闷、无压力波）沉闷、无压力波 爆燃：爆燃：热辐射与压缩，自燃，在点火后（热辐射与压缩，自燃，在点火后（期后），声期后），声 音清

124、脆，有压力波音清脆，有压力波发动机的燃烧过程三、影响汽油机燃烧过程的主要因素三、影响汽油机燃烧过程的主要因素 为了使汽油机能稳定地工作，要求燃烧过程应有效地进行而不产为了使汽油机能稳定地工作，要求燃烧过程应有效地进行而不产生爆燃等不正常现象。必须从使用方面和结构设计方面采取措施生爆燃等不正常现象。必须从使用方面和结构设计方面采取措施以促进燃烧过程正常进行。以促进燃烧过程正常进行。 （一）使用因素对燃烧过程的影响（一）使用因素对燃烧过程的影响（ 、 、 、负荷）、负荷）1、提前点火角、提前点火角 过早：过早：燃料大部分在压缩行程中燃烧，使有用功减少，燃料大部分在压缩行程中燃烧，使有用功减少， 下

125、降，下降，另外，末端混合气在燃烧前的压力和温度较高，爆燃倾向大。另外，末端混合气在燃烧前的压力和温度较高，爆燃倾向大。 过迟：过迟：燃烧第燃烧第期长，使有用功减少期长，使有用功减少 ， 下降，但爆燃倾向。下降，但爆燃倾向。最佳的点火提前角：对应于功率最大和最佳的点火提前角：对应于功率最大和燃油消耗率最小处的燃油消耗率最小处的各发动机的各发动机的 不一样，可以经过试验而不一样，可以经过试验而得，大致在得，大致在1530左右（上止点前）左右（上止点前）发动机的燃烧过程发动机点火调整特性：在发动机点火调整特性：在 一定，负荷一定条件下，改变一定，负荷一定条件下，改变 ，发，发动机的动机的 、 变化关

126、系。变化关系。最佳最佳 随着随着 和负荷变化而变化。因此，发动机上有随和负荷变化而变化。因此，发动机上有随 和负和负荷变化而改变荷变化而改变 的装置（离心和真空点火提前调节装置）。的装置（离心和真空点火提前调节装置）。2、 值值 （过量空气系数）（过量空气系数） =0.850.95时，燃烧速度最时，燃烧速度最快，使得快，使得 达最高，但此时最达最高，但此时最容易爆燃（因为容易爆燃（因为 、 ），），称功率混合气。称功率混合气。发动机的燃烧过程 当当 值变浓或稀，有抑制爆燃作用，但浓一些混合气使发动值变浓或稀，有抑制爆燃作用，但浓一些混合气使发动机燃料消耗增加，用稀混合气则功率有所降低。机燃料消

127、耗增加，用稀混合气则功率有所降低。 =1.051.15 经济混合气，经济混合气， 低。低。 发动机的燃烧过程3、转速、转速 转速高，活塞速度快，气流流转速高，活塞速度快，气流流速快，气缸内气流运动加强，改善速快，气缸内气流运动加强，改善了空气与燃料的混合，同时了空气与燃料的混合，同时 高，高，压缩时间减少，散热少，压缩终了压缩时间减少，散热少，压缩终了混合气温度提高，火焰传播速度提混合气温度提高，火焰传播速度提高高 。另一方面，转速高，残余废气。另一方面，转速高，残余废气相对高，未燃混合气焰前反应减弱，相对高，未燃混合气焰前反应减弱，故转速高时不易爆燃。故转速高时不易爆燃。随随 ， ； ， 。

128、 发动机的燃烧过程 负荷减小，气缸内负荷减小，气缸内 、 下降，废下降，废气量相对提高，气量相对提高，爆燃倾向减小。爆燃倾向减小。 综合转速和负荷：在低速全负荷时综合转速和负荷：在低速全负荷时发动机易发生爆燃。发动机易发生爆燃。 设计时，若在易爆区域故意使点火设计时，若在易爆区域故意使点火比此时最佳比此时最佳 晚些，则晚些，则 可提高，这可提高，这样虽然在全负荷（全开节气门）时样虽然在全负荷（全开节气门）时 ， 但在油门部分开时，会使但在油门部分开时，会使 。(因因 ) 4、负荷、负荷 在某一转速下，发动机发出的功率与在这个转速下所能在某一转速下，发动机发出的功率与在这个转速下所能发出的最大功

129、率之比称之为负荷。发出的最大功率之比称之为负荷。 负荷减小（节气门开度减小），残余废气量占比例高，负荷减小（节气门开度减小），残余废气量占比例高，使得燃烧速度减慢，着火点后期增长。使得燃烧速度减慢，着火点后期增长。因此要加大因此要加大 （由真（由真空调节装置调整）。空调节装置调整）。 发动机的燃烧过程（二）构造因素对汽油机燃烧过程的影响（二）构造因素对汽油机燃烧过程的影响1、压缩比、压缩比 （使用中也稍有改变）（使用中也稍有改变） ， （前已证），但随（前已证），但随 ，压缩终了混合气，压缩终了混合气 、 ，使得爆燃倾向，使得爆燃倾向 ，故压缩比受到一定限制。，故压缩比受到一定限制。 汽油机汽

130、油机 提高，主要取决于燃料辛烷值和燃烧室结构（抗爆提高，主要取决于燃料辛烷值和燃烧室结构（抗爆性），现由于辛烷值的提高和燃烧室结构设计的改进，小客车汽性），现由于辛烷值的提高和燃烧室结构设计的改进，小客车汽油机油机 已达已达9以上，载重车一般在以上，载重车一般在89左右。左右。 但但 提高到提高到10以上，对提高以上，对提高 和经济性收益不大。和经济性收益不大。2、汽油机的燃烧室、汽油机的燃烧室 汽油机的燃烧室结构，影响到火焰传播距离、混合气涡流强汽油机的燃烧室结构，影响到火焰传播距离、混合气涡流强度、末端混合气的冷却效果等，对燃烧影响也很大。因此对汽油度、末端混合气的冷却效果等，对燃烧影响也

131、很大。因此对汽油机燃烧室的结构应满足以下要求：机燃烧室的结构应满足以下要求：发动机的燃烧过程 结构要紧凑结构要紧凑 可以缩短火焰传播距离可以缩短火焰传播距离 利于提高利于提高 、降低、降低 ， 减少散热损失减少散热损失 又利于提高抗爆性又利于提高抗爆性 适当强度的混合气涡流适当强度的混合气涡流 涡流对加快混合气燃烧速度有利，可提高功率和减少爆燃涡流对加快混合气燃烧速度有利，可提高功率和减少爆燃 强度适当，太强会引起热损失增大，甚至可能吹灭最初的火强度适当，太强会引起热损失增大，甚至可能吹灭最初的火 焰中心焰中心 火花塞位置要合理火花塞位置要合理 火花塞位置应使火焰传播距离尽量缩短，而且与燃烧室

132、各点火花塞位置应使火焰传播距离尽量缩短，而且与燃烧室各点 的距离尽量均匀一致的距离尽量均匀一致 火花塞应尽量靠近排气门，因此处温度高，易形成爆燃中心火花塞应尽量靠近排气门，因此处温度高，易形成爆燃中心 火花塞电极应能受到进气的冷却（否则易形成炽热点），电火花塞电极应能受到进气的冷却（否则易形成炽热点），电 极附近燃烧产物应得到清除（否则低速、低负荷时断火）极附近燃烧产物应得到清除（否则低速、低负荷时断火） 发动机的燃烧过程 要有合理的冷却要有合理的冷却 在易爆燃的末端混合气处和局部过热区，注在易爆燃的末端混合气处和局部过热区，注意适当的冷却意适当的冷却 延迟末端混合气自燃，抑制爆燃延迟末端混合

133、气自燃，抑制爆燃 过热区不易产生炽热点过热区不易产生炽热点 容积分布要合理容积分布要合理 合理分布燃烧室容积，可使燃烧放热规律适宜，热效率合理分布燃烧室容积，可使燃烧放热规律适宜，热效率 ，工，工作柔和运转平稳。作柔和运转平稳。 、 工作粗爆工作粗爆 、 工作柔和，但工作柔和，但 ， 较合理较合理发动机的燃烧过程3、气缸的尺寸、气缸的尺寸 缸径太大，易引起爆燃。缸径太大，易引起爆燃。 大，燃烧室尺寸也相应大，使火焰传播距离长。同时燃烧大，燃烧室尺寸也相应大，使火焰传播距离长。同时燃烧室面积比值下降，冷却效果差，使得爆燃倾向上升，所以没有缸室面积比值下降，冷却效果差，使得爆燃倾向上升，所以没有缸

134、径很大的汽油机。一般车用汽油机径很大的汽油机。一般车用汽油机 1情况下工作，则气缸工作容积利情况下工作，则气缸工作容积利用率低，并且在用率低，并且在 1情况下就已经出现燃烧不完全现象。因此，情况下就已经出现燃烧不完全现象。因此，这是提高柴油机动力性和经济性的重要问题之一。这是提高柴油机动力性和经济性的重要问题之一。发动机的燃烧过程3、柴油粘度大、柴油粘度大 由于粘度大，时间短，使得柴油蒸发性差，所以在结构上有特由于粘度大，时间短，使得柴油蒸发性差，所以在结构上有特殊的要求，殊的要求，要求喷出的油要细。要求喷出的油要细。燃烧室涡流强度要大（压缩终燃烧室涡流强度要大（压缩终了时）了时） 细：高压油

135、泵，喷油嘴结构要求高；涡流强：燃烧室形状细：高压油泵，喷油嘴结构要求高；涡流强：燃烧室形状4、 ，压燃式，压燃式， =1622 ，使动力性、经济性好，使动力性、经济性好 5、质调节（汽油机是量调节）、质调节（汽油机是量调节）6、 ， 粗暴粗暴 柴油机声音大柴油机声音大7、烟、烟 要提高柴油机的性能，必须在保证充气量尽可能大的情况下，要提高柴油机的性能，必须在保证充气量尽可能大的情况下，尽可能地提高空气利用率，即保证在尽可能小的尽可能地提高空气利用率，即保证在尽可能小的 下燃烧完全，并下燃烧完全，并在上止点附近燃烧完毕。在上止点附近燃烧完毕。 所以柴油机中的混合气形成与燃烧是决定柴油机动力性和经

136、济所以柴油机中的混合气形成与燃烧是决定柴油机动力性和经济性的关键。性的关键。 发动机的燃烧过程 物理准备过程：物理准备过程：分布、加热、分布、加热、 蒸发、扩散与空气混合蒸发、扩散与空气混合 化学准备过程：化学准备过程：分解（重分子分解（重分子 裂化）、氧化过程裂化）、氧化过程一、柴油机的燃烧过程一、柴油机的燃烧过程为研究方便，一般分为四个时期。为研究方便，一般分为四个时期。（一）发火延迟期（发火落后期）（一）发火延迟期（发火落后期）期期 从喷油开始到缸内发火为止（压力开始偏离压缩线时）。从喷油开始到缸内发火为止（压力开始偏离压缩线时）。 其主要是形成发火源，燃料喷入气缸，受到高温空气影响，需

137、其主要是形成发火源，燃料喷入气缸，受到高温空气影响，需进行发火延迟：进行发火延迟： 发动机的燃烧过程 在混合气浓度适合、温度适合，化学反应准备充分的一处或几在混合气浓度适合、温度适合，化学反应准备充分的一处或几处形成火焰中心而燃烧。在此期喷油量约处形成火焰中心而燃烧。在此期喷油量约30%。（二）速燃期（二）速燃期 从发火开始到出现最高压力点时为止的时期从发火开始到出现最高压力点时为止的时期 由于在发火延迟期内喷入气缸的燃料都已经过不同程度的物理由于在发火延迟期内喷入气缸的燃料都已经过不同程度的物理化学准备，所以一旦混合气发火后，在延迟期内喷入的燃料迅速燃化学准备，所以一旦混合气发火后，在延迟期

138、内喷入的燃料迅速燃烧，此时活塞在上止点附近，故气缸内压力迅速上升，温度也迅速烧，此时活塞在上止点附近，故气缸内压力迅速上升，温度也迅速上升。一般最高压力点在上止点后上升。一般最高压力点在上止点后510左右，左右， 可达可达6090。 此期压力升高率此期压力升高率 较高，如较高，如 ，迅速升高的压力会形成，迅速升高的压力会形成强烈的燃烧噪音，对机件造成冲击负荷，使强烈的燃烧噪音，对机件造成冲击负荷，使 ，则影响柴油机，则影响柴油机的寿命，一般认为，的寿命，一般认为， 46 时，压力升高率太大，柴时，压力升高率太大，柴发动机的燃烧过程油机工作粗暴，运动件受到很大的冲击负荷，寿命差，为使发动机油机工

139、作粗暴，运动件受到很大的冲击负荷，寿命差，为使发动机工作平稳，一般不宜工作平稳，一般不宜 46 度。度。 但目前为止，由于柴油机水平提高，各部间隔较小，采用隔音但目前为止，由于柴油机水平提高，各部间隔较小，采用隔音材料等，材料等， 可大于可大于46 度。度。 的大小主要与发火延迟期内形成的可燃混合气数量有关。的大小主要与发火延迟期内形成的可燃混合气数量有关。 发火延迟期发火延迟期 ，发火前积累的燃油量，发火前积累的燃油量 ，发火后一起燃烧，发火后一起燃烧， 和和 ，工作粗暴。，工作粗暴。 同时，十六烷值、喷油规律等也会影响到同时，十六烷值、喷油规律等也会影响到 。十六烷值。十六烷值 ，延迟期延

140、迟期 ，减少发火延迟期中喷入气缸的燃料量，抑制发火延迟期，减少发火延迟期中喷入气缸的燃料量，抑制发火延迟期中可燃混合气的形成，均可以减小燃烧时的中可燃混合气的形成，均可以减小燃烧时的 。 但，柴油机的工作粗暴与汽油机爆燃不一样，工作粗暴的柴油但，柴油机的工作粗暴与汽油机爆燃不一样，工作粗暴的柴油机动力性和燃料经济性并不一定下降。机动力性和燃料经济性并不一定下降。发动机的燃烧过程（三）缓燃期（三）缓燃期 从从 出现到出现到 的阶段，的阶段， 一般在上止点后一般在上止点后2025。 燃料仍在继续喷射，此期内仍有大量燃料燃烧，由于此时，气燃料仍在继续喷射，此期内仍有大量燃料燃烧，由于此时，气缸内容积

141、是在不断增大的情况下进行的，故压力略有下降，其温度缸内容积是在不断增大的情况下进行的，故压力略有下降，其温度升高到最高值，升高到最高值， =17002000左右。随着燃烧进行，废气增左右。随着燃烧进行，废气增多，氧和燃油浓度下降，燃烧变得不利，逐渐缓慢。多，氧和燃油浓度下降，燃烧变得不利，逐渐缓慢。 缓燃期一般喷油已结束，到缓燃期终了，放热量达循环放热量缓燃期一般喷油已结束，到缓燃期终了，放热量达循环放热量的的7080%。 （四）补燃期（四）补燃期 后后 结束点难确定，一般认为放热量达结束点难确定，一般认为放热量达9597%，即可认为补燃期，即可认为补燃期结束。结束。 柴油机中，由于燃烧时间短

142、，混合又不均匀，总有一些燃料不柴油机中，由于燃烧时间短，混合又不均匀，总有一些燃料不能及时燃烧，拖到膨胀过程进行。能及时燃烧，拖到膨胀过程进行。发动机的燃烧过程 此期：缸内压力下降此期：缸内压力下降 ，气流运动减慢，气流运动减慢 ，废气量增多（故燃烧，废气量增多（故燃烧条件极差，形成碳烟可能性大），且补燃期是在膨胀中进行，有效条件极差，形成碳烟可能性大），且补燃期是在膨胀中进行，有效功下降，相反使零件热负荷增大，排气温度提高，冷却损失增大功下降，相反使零件热负荷增大，排气温度提高，冷却损失增大（动力性和经济性下降）。（动力性和经济性下降）。因此，希望补燃期短（即加强气流运动，因此，希望补燃期短

143、（即加强气流运动，改善混合气形成，使之充分混合，减少缓燃期喷油量，使燃烧在上改善混合气形成，使之充分混合，减少缓燃期喷油量，使燃烧在上止点附近完成）。止点附近完成）。 根据上述对柴油机燃烧过程的分析，可以知道：根据上述对柴油机燃烧过程的分析，可以知道：1、为了保证柴油机工作可靠（尤其是冷起动的可靠性），应该保、为了保证柴油机工作可靠（尤其是冷起动的可靠性），应该保证燃料有很好的发火性。证燃料有很好的发火性。2、为使柴油机工作柔和，燃烧噪音小，寿命长，速燃期的压力升、为使柴油机工作柔和，燃烧噪音小，寿命长，速燃期的压力升高率和最高燃烧压力不超过一定限度，应尽可能缩短发火延迟期，高率和最高燃烧压力

144、不超过一定限度，应尽可能缩短发火延迟期，减少在发火延迟期内形成的作好燃烧准备的混合气量。减少在发火延迟期内形成的作好燃烧准备的混合气量。3、为使燃烧完全、及时，提高动力性和经济性，减少排气冒烟，、为使燃烧完全、及时，提高动力性和经济性，减少排气冒烟，应改善和加速缓燃期中燃料与空气的混合，提高后期的燃烧速率，应改善和加速缓燃期中燃料与空气的混合，提高后期的燃烧速率，减少补燃。减少补燃。 发动机的燃烧过程 2、压缩比、压缩比 高，压缩终了高，压缩终了 高、高、 高，加高，加速物理化学准备过程，发火期延期缩速物理化学准备过程，发火期延期缩短，工作柔和。短，工作柔和。 高，使工期缩短，可使发动机高，使

145、工期缩短，可使发动机冷起动容易。冷起动容易。二、影响柴油机燃烧过程的主要因素二、影响柴油机燃烧过程的主要因素 1、燃料性质、燃料性质 十六烷值大，发火延迟期短，并且在发火延迟期中形成的混合十六烷值大，发火延迟期短，并且在发火延迟期中形成的混合气量少，可使气量少，可使 小，工作柔和，一般高速柴油机，十六烷值小，工作柔和，一般高速柴油机，十六烷值60，中低速柴油机十六烷值中低速柴油机十六烷值4060。发动机的燃烧过程合理的喷油规律：合理的喷油规律： 开始喷油时，供油速度较慢，喷开始喷油时，供油速度较慢，喷油压力较低，油压力较低， 以减少初期的喷油量以减少初期的喷油量 中期和后期，供油速度和压力上中

146、期和后期，供油速度和压力上升，急剧地增大喷油量。升，急剧地增大喷油量。喷油规律主要决定于高压油泵的凸喷油规律主要决定于高压油泵的凸轮外形，此外还与柱塞直径、喷油轮外形，此外还与柱塞直径、喷油 但但 ，燃烧，燃烧 ，机械负荷，机械负荷 。 提高有所限制，一般提高有所限制，一般 只只要能保证满足冷起动即可。要能保证满足冷起动即可。 3、喷油规律、喷油规律 喷油量随曲轴转角变化的关系喷油量随曲轴转角变化的关系 ：前期喷油量少，后期多，工作柔和，但燃烧时间长，热效：前期喷油量少，后期多，工作柔和，但燃烧时间长，热效率率 。 ：前期喷油量多，工作粗暴，但燃烧时间短，功率和热效率：前期喷油量多，工作粗暴，

147、但燃烧时间短，功率和热效率 器构造和调整、油管尺寸有关。器构造和调整、油管尺寸有关。发动机的燃烧过程 最佳随发动机工况不同而不同最佳随发动机工况不同而不同（主要是（主要是 和负荷）和负荷） 高，高， 要大（因燃烧占曲轴转角大）要大（因燃烧占曲轴转角大），有的发动机，有的发动机 随随 变化装置。变化装置。负荷大（喷油量大），负荷大（喷油量大）， 要大（使燃要大（使燃烧不致拖后太多）烧不致拖后太多）最佳最佳 通过试验而定，一般在通过试验而定，一般在 和和负荷（喷油量）一定情况下试验。负荷（喷油量）一定情况下试验。 4、喷油提前角、喷油提前角 大：使大：使期（延迟期）期（延迟期） 大。（因为大。（因

148、为 大，此时气缸里大，此时气缸里 、较、较低，使柴油物理、化学准备时间长，以致低，使柴油物理、化学准备时间长，以致 大），而大），而 大，使燃大，使燃油量多，着火后使压力升高率大，所以，大，速燃期工作粗暴。油量多，着火后使压力升高率大，所以，大，速燃期工作粗暴。 小：燃烧会在膨胀过程中进行，工作较柔和，但热效率下降。小：燃烧会在膨胀过程中进行，工作较柔和，但热效率下降。最佳喷油提前角：在功率最大，燃油消耗率最低时的喷油提前角。最佳喷油提前角：在功率最大，燃油消耗率最低时的喷油提前角。发动机的燃烧过程5、 和负荷和负荷 ： 高，气流运动快，喷油压力也大，燃料与空气混合改善。高，气流运动快，喷油压

149、力也大，燃料与空气混合改善。故以时间计的发火延迟期缩短，（以曲轴转角计的发火延迟期可能故以时间计的发火延迟期缩短，（以曲轴转角计的发火延迟期可能增大）。故随增大）。故随 提高，应使提高，应使 加大，使燃烧仍在上止点附近完成。加大，使燃烧仍在上止点附近完成。 但但 提高会使提高会使 下降、下降、 下降，燃烧过程所占曲轴转角可能下降，燃烧过程所占曲轴转角可能加大，使之热效率下降。加大，使之热效率下降。 负荷：提高负荷，负荷：提高负荷， 增加增加(每循环供油量每循环供油量)，缸内，缸内 、 提高，提高，使发火延迟期缩短。但提高负荷，使发火延迟期缩短。但提高负荷， 增加，喷油延续角变大，会使增加，喷油

150、延续角变大，会使燃烧时间延长一些。且燃烧时间延长一些。且 降低，不完全燃烧增加，引起热效率降低。降低，不完全燃烧增加，引起热效率降低。 减小负荷，减小负荷， 减少，减少， 增大，使燃烧完全，热效率提高，但增大，使燃烧完全，热效率提高，但负荷很低时（如怠速）、温度低，延迟期延长，出现怠速敲缸（惰负荷很低时（如怠速）、温度低，延迟期延长，出现怠速敲缸（惰转敲缸）现象，随负荷的提高，此现象会减少、消失。转敲缸）现象，随负荷的提高，此现象会减少、消失。 发动机的燃烧过程6、喷油质量、喷油质量 燃料燃烧的完全与及时，很大程度上取决于燃料喷雾质量。喷燃料燃烧的完全与及时，很大程度上取决于燃料喷雾质量。喷雾

151、不良，混合气形成恶化，补燃增多，热效率降低，有时还会排气雾不良，混合气形成恶化，补燃增多，热效率降低，有时还会排气冒烟，积碳，不能正常工作。冒烟，积碳，不能正常工作。 燃料喷注的分散燃料喷注的分散 在高压油泵作用下，高压油从喷油器喷入压力为在高压油泵作用下，高压油从喷油器喷入压力为3050kg/cm2、温度为、温度为500700的压缩空气中。其喷射压力变化范围的压缩空气中。其喷射压力变化范围100500 kg/cm2，（甚至可达，（甚至可达1500 kg/cm2 PT泵），泵）， =1535，历时，历时1520（35），喷出速度），喷出速度100200（300）m/sec。 空气阻力（喷注在压

152、缩气流中高速运动，喷注空气阻力（喷注在压缩气流中高速运动，喷注 表面产生很大摩损力，使喷注分散成极细的油滴）表面产生很大摩损力，使喷注分散成极细的油滴）喷注的分散喷注的分散 喷孔表面粗糙度喷孔表面粗糙度 燃料中有空气泡燃料中有空气泡 柴油机震动等柴油机震动等发动机的燃烧过程 喷注的基本参数（喷油质量）喷注的基本参数（喷油质量） 喷注的射程（贯穿距离）喷注的射程（贯穿距离） （或称穿透能力）（或称穿透能力） 表示喷注前端在空气中贯穿的程度（与压力有关）。表示喷注前端在空气中贯穿的程度（与压力有关）。 根据混合气形成方法对喷注射程提出不同的要求，根据混合气形成方法对喷注射程提出不同的要求， 必须与

153、燃必须与燃烧室相配合。烧室相配合。 若燃烧室尺寸大，而若燃烧室尺寸大，而 小，喷注不能布满燃烧室全部容积，使小，喷注不能布满燃烧室全部容积，使距喷油器较远区域完全不能利用。距喷油器较远区域完全不能利用。 若燃烧室尺寸小，而若燃烧室尺寸小，而 大，较多燃大，较多燃料喷到燃烧室壁上，而燃烧不完全料喷到燃烧室壁上，而燃烧不完全（若气流运动不足的话）。（若气流运动不足的话）。 所以，所以， 太大或太小都会使太大或太小都会使 下降下降和和 增大。增大。 必须适中，根据燃烧室必须适中，根据燃烧室结构尺寸，气流运动情况，通过试验确定。结构尺寸，气流运动情况，通过试验确定。 发动机的燃烧过程 喷注的锥角（与喷

154、孔结构有关）喷注的锥角（与喷孔结构有关） 表示油束的紧密度（在一定射程下）表示油束的紧密度（在一定射程下） 大，说明油注松散，油粒细大，说明油注松散，油粒细 大，可以使喷注接触空气表面增大，利于混合气形成大，可以使喷注接触空气表面增大，利于混合气形成 雾化质量雾化质量 （微米表示）（微米表示） 表示燃油喷散雾化的程度表示燃油喷散雾化的程度 喷散的细度喷散的细度 喷散的均匀度喷散的均匀度 喷散细度：油粒的平均直径表示，平均直径越小，喷雾愈细喷散细度：油粒的平均直径表示，平均直径越小，喷雾愈细 喷散均匀度：油粒的最大直径与平均直径之差表示，差值喷散均匀度：油粒的最大直径与平均直径之差表示，差值 小

155、小 ，就均匀，就均匀 不同的燃烧室对雾化质量要求不一样不同的燃烧室对雾化质量要求不一样 统一式要求高统一式要求高 分隔式要求低分隔式要求低 发动机的燃烧过程 影响喷雾的主要原因影响喷雾的主要原因 喷油压力喷油压力 高，喷出速度快，分散好，雾化质量好，同时高，喷出速度快，分散好，雾化质量好，同时使使 大、大、 大。大。 喷油泵凸轮轴转速：喷油泵凸轮轴转速： 高，高， 就大，喷出速度快，分散好，就大，喷出速度快，分散好，雾化质量好，同时使雾化质量好，同时使 大、大、 大。大。 喷孔直径，喷孔直径， 不变时不变时 大，喷注密集，大，喷注密集， 大大 小，流速高，雾化质量高小，流速高，雾化质量高 要视

156、燃烧室结构选择不同要视燃烧室结构选择不同 。 燃料粘度：粘度大，油粒不易分散，雾化不良，高速机用粘燃料粘度：粘度大，油粒不易分散，雾化不良，高速机用粘度低的轻柴油度低的轻柴油 。发动机的燃烧过程发动机的燃烧过程7、燃烧室、燃烧室 以上讲了如何将燃料喷散雾化，这是混合气形成的首要步骤。以上讲了如何将燃料喷散雾化，这是混合气形成的首要步骤。其次是如何使喷散的燃料与空气混合。其次是如何使喷散的燃料与空气混合。 燃油去找空气混合（利用多孔喷油器），但两束间空气不能及燃油去找空气混合（利用多孔喷油器），但两束间空气不能及 时充分利用，特别是燃烧后期，产物将未燃油包围时充分利用，特别是燃烧后期，产物将未燃

157、油包围 起来，不易找到空气。起来，不易找到空气。 吸气涡流吸气涡流 组织空气运动组织空气运动 压缩涡流压缩涡流 让空气去找油让空气去找油 燃烧涡流燃烧涡流 有组织的空气运动对混合气形成作用有组织的空气运动对混合气形成作用 发动机的燃烧过程 可促使油束分散，增大混合范围（吹散作用）可促使油束分散，增大混合范围（吹散作用） 热混合作用：缸内气流运动一般呈涡流，气流的切向速度热混合作用：缸内气流运动一般呈涡流，气流的切向速度 随燃烧室半径增大而减小，气流压力与速度随燃烧室半径增大而减小，气流压力与速度 有关（燃烧室壁面气流速度小，压力高，燃有关（燃烧室壁面气流速度小，压力高，燃 烧室中心气流速度高、

158、压力低）烧室中心气流速度高、压力低） 燃烧室内运动的物体受到随气流的旋转运动（离心力），另一燃烧室内运动的物体受到随气流的旋转运动（离心力），另一方面受到压差作用而有向心力作用。运动轨迹与其本身密度及空气方面受到压差作用而有向心力作用。运动轨迹与其本身密度及空气介质密度有关。介质密度有关。 燃油粒或燃油蒸气，密度大于空气，离心力主要作燃油粒或燃油蒸气，密度大于空气，离心力主要作 热力混合热力混合 用，以螺旋线向外运动用，以螺旋线向外运动 燃烧产物包括已燃气体密度小于空气，压差的向心力主燃烧产物包括已燃气体密度小于空气，压差的向心力主 要作用，螺旋线向内运动，同时挤出燃烧室中心的新鲜要作用，螺旋

159、线向内运动，同时挤出燃烧室中心的新鲜 空气与未燃燃料混合，促进了混合气形成空气与未燃燃料混合，促进了混合气形成 发动机的燃烧过程另外另外空气涡流运动还可以加速火焰传播，促进燃烧及早结束。空气涡流运动还可以加速火焰传播，促进燃烧及早结束。 空间燃烧空间燃烧燃烧方式燃烧方式 油膜燃烧油膜燃烧 混合燃烧混合燃烧空间燃烧空间燃烧：125 95系列，系列， 大，工作粗暴，对喷油要求均匀，多大，工作粗暴，对喷油要求均匀，多 孔式，但喷油压力不一定很高。孔式，但喷油压力不一定很高。油膜燃烧油膜燃烧：要求喷油压力大，油注长，要求喷油压力大，油注长， 小，但不易起动，小，但不易起动，90系系 列属此列属此 混合

160、燃烧混合燃烧：一部分油到壁面，一部分到空间，油注与气流方向垂直一部分油到壁面，一部分到空间，油注与气流方向垂直 （U型燃烧室属此），混合质量与发动机转速有关，型燃烧室属此），混合质量与发动机转速有关， 高，涡流强，使到壁面的油多，反之，空间的油多。高，涡流强，使到壁面的油多，反之，空间的油多。 当起动时，空间油多，使起动容易，高转速时，可使当起动时，空间油多，使起动容易，高转速时，可使 下降，下降，105系列采用系列采用U型。型。 发动机的燃烧过程燃烧室的型式：燃烧室的型式： 直接喷射式燃烧室内的气流运动（进气涡流）直接喷射式燃烧室内的气流运动（进气涡流） 目前较广泛应用目前较广泛应用W型燃烧

161、室型燃烧室 气流运动气流运动 进气涡流：主要利用切向进气道、螺旋进气道形成进气涡流：主要利用切向进气道、螺旋进气道形成 （气门加屏，少用）（气门加屏，少用） 挤气涡流（反涡流）挤气涡流（反涡流） 挤气涡流：活塞近上止点时产挤气涡流：活塞近上止点时产 生（辅助作用）生（辅助作用） 反涡流：活塞离上止点时产生反涡流：活塞离上止点时产生 （作用大）（作用大） 涡流燃烧室中的气流运动（压缩涡流）涡流燃烧室中的气流运动（压缩涡流） 燃烧室燃烧室 涡流室涡流室 主燃烧室主燃烧室发动机的燃烧过程 气流运动气流运动 压缩涡流：压缩时，空气进入涡流室形成。压缩涡流：压缩时，空气进入涡流室形成。 二次涡流：未燃烧

162、室的混合气喷入主燃烧室，促进二次涡流：未燃烧室的混合气喷入主燃烧室，促进 主燃烧室空气充分利用，迅速混合燃烧。主燃烧室空气充分利用，迅速混合燃烧。 预燃室燃烧室内的气流运动（燃烧涡流）预燃室燃烧室内的气流运动（燃烧涡流） 燃烧室燃烧室 预燃室预燃室 主燃室主燃室 气流运动气流运动 强烈紊流，压缩时，空气进入预燃室形成强烈紊流，压缩时，空气进入预燃室形成 燃烧涡流，未燃完的混合气喷入主燃室形成，使主燃烧涡流，未燃完的混合气喷入主燃室形成，使主 燃室迅速混合燃烧燃室迅速混合燃烧 分开式（涡流式预燃室），有节流作用，可使压力升高率分开式（涡流式预燃室），有节流作用，可使压力升高率 ,工作柔和，但热损

163、失大，经济性工作柔和，但热损失大，经济性 ，起动性，起动性 。第第六六章章6-1 6-1 汽油机的特性汽油机的特性6-2 6-2 柴油机的特性柴油机的特性6-3 6-3 发动机的万有特发动机的万有特性性发发动动机机的的特特性性发动机的特性 发动机特性：发动机的性能指标（发动机特性：发动机的性能指标（ 、 、 、 、 ）随）随调整情况和工作状况（运转工况）而变化的关系。调整情况和工作状况（运转工况）而变化的关系。 其中：其中：随调整情况而变化的又属随调整情况而变化的又属调整特性调整特性。如点火提前角调整。如点火提前角调整特性，供油提前角调整特性等。特性，供油提前角调整特性等。 随运转工况而变化的

164、又称随运转工况而变化的又称性能特性性能特性。 如果用曲线表示特性称为如果用曲线表示特性称为特性曲线特性曲线（亦称性能曲线）（亦称性能曲线） 发动机的特性是评价发动机性能的一种简单、方便、必不可少发动机的特性是评价发动机性能的一种简单、方便、必不可少的形式。的形式。 根据特性曲线，可合理地选用发动机，并能更有效地利用它；根据特性曲线，可合理地选用发动机，并能更有效地利用它；了解形成特性曲线的原因及影响它变化的因素，可按需要的方向改了解形成特性曲线的原因及影响它变化的因素，可按需要的方向改造它，使之性能进一步提高，并设法满足使用要求。造它，使之性能进一步提高，并设法满足使用要求。 发动机特性种类很

165、多，主要有发动机特性种类很多，主要有速度特性、负荷特性、调整特性速度特性、负荷特性、调整特性 发动机的特性6-1 汽油机的特性一、汽油机的速度特性一、汽油机的速度特性 在一个具体的汽油机上在一个具体的汽油机上 化油器已经有一定的调整情况化油器已经有一定的调整情况 点火设备也有一定的自动调整装置点火设备也有一定的自动调整装置 因此在任何工作情况下，混合气浓度及点火时期已经确定。因此在任何工作情况下，混合气浓度及点火时期已经确定。汽油机的速度特性汽油机的速度特性 发动机工作在正常温度发动机工作在正常温度 点火提前角和化油器按使用工况调整定好点火提前角和化油器按使用工况调整定好 情况下，节气门开度一

166、定，其性能指标（情况下，节气门开度一定，其性能指标（ 、 、 、 、等）随转速变化的关系称之。表示这一变化规律的曲线等）随转速变化的关系称之。表示这一变化规律的曲线 、 、 称为速度特性曲线。称为速度特性曲线。 节气门全开时，得到的速度特性称为外特性（只有一个）节气门全开时，得到的速度特性称为外特性（只有一个） 节气门部分开时，得到的速度特性称为部分特性（有无限多）节气门部分开时，得到的速度特性称为部分特性（有无限多） 发动机的特性 我们分析一下外特性曲线的变化我们分析一下外特性曲线的变化规律规律 据据 外特性是在节气门全开时测得的，它表示发动机在不同外特性是在节气门全开时测得的，它表示发动机

167、在不同 下下所能发出的最大扭矩和最大功率，代表该发动机所能达到的最高性所能发出的最大扭矩和最大功率，代表该发动机所能达到的最高性能。一般发动机铭牌上标明的能。一般发动机铭牌上标明的 、 及其相应的及其相应的 都是以外特都是以外特性为依据的，因此在速度特性中，以外特性最重要。性为依据的，因此在速度特性中，以外特性最重要。 （一）汽油机的外特性：节气门全开时的速度特性（一）汽油机的外特性：节气门全开时的速度特性 发动机的特性 可知：可知： 和和 随变化规律相同，用曲线表示时，两者可合用随变化规律相同，用曲线表示时，两者可合用一条曲线，只是所用比例不同而已。一条曲线，只是所用比例不同而已。 因此，因

168、此， 随随 变化关系，也变化关系，也代表了代表了 随随 变化关系。变化关系。1、 曲线（曲线（ 曲线）曲线） 随随 变化关系决定于变化关系决定于 和和 随随 的变化。的变化。 形状（形状（ ）：主要取决于充气系数）：主要取决于充气系数 的曲线形的曲线形状，状， 在某一中间转速时最大；另外、在某一中间转速时最大；另外、 随随 变化可知：在低变化可知：在低 时，涡流较弱，火焰传播速度慢，燃气与缸壁接触时间长，热损失时，涡流较弱，火焰传播速度慢，燃气与缸壁接触时间长，热损失增加，漏气量增加，使增加，漏气量增加，使 低。在高低。在高 时，燃烧占转角大（可能到时，燃烧占转角大（可能到膨胀过程），同时泵气

169、损失增加，故膨胀过程），同时泵气损失增加，故 低。低。 发动机的特性在低速时，随在低速时，随 增加，增加， 和和 稍有增加稍有增加在某一转速在某一转速 时达最大值时达最大值随着随着 进一步提高，进一步提高， 增加与增加与 下降同时发生，下降同时发生， 下降较快，下降较快，故故 也下降较快。也下降较快。 因此，综合上述结果，使得在某一中间因此，综合上述结果，使得在某一中间 时，时， 最大，其他最大，其他转速时，转速时， 小。小。 形状：形状： 随随 提高而增加，试验知，提高而增加，试验知， 与与 成正比。成正比。 所以从所以从 和和 与与 的关系可知：的关系可知： 发动机的特性2、 曲线曲线 低

170、速时，低速时， 提高，提高， （ ）也提高，直至）也提高，直至 （ ）达到最大点。）达到最大点。 转速持续增加时，转速持续增加时， 虽有所下降，但虽有所下降，但 上升影响大于上升影响大于 下降影下降影响，响， 仍在增加，但缓慢。仍在增加，但缓慢。 当当 增大到某一数值时，增大到某一数值时， 达最大值，出现达最大值，出现 ，此后虽，此后虽 继续提高，但继续提高，但 下降影响大于下降影响大于 提高的影响，因提高的影响，因 下降较快，故下降较快，故 降低。降低。 3、 曲线曲线发动机的特性 随随 变化如前；变化如前； ： 提高，提高， 增加，而增加，而 下降，由于下降，由于 ，故，故 随随 的提高而

171、下降。的提高而下降。 在某一中间在某一中间 时，时， 乘积最大，即乘积最大，即 最大，其最大，其 达最达最小，其它转速时，小，其它转速时， 都有所上升。都有所上升。 发动机的特性2、扭（转）矩储备系数、扭（转）矩储备系数（二）外特性的意义（二）外特性的意义1、代表发动机在使用中的最高性能、代表发动机在使用中的最高性能 一般铭牌中表示的额定功率及其对一般铭牌中表示的额定功率及其对应转速，最大扭矩及其对应的转速都是应转速，最大扭矩及其对应的转速都是以外特性曲线上最高以外特性曲线上最高 和和 点表示点表示的的 如：如：DHW7180(CIVIC)车车 103KW/2800 31NM/11001200

172、 （后备功率）（后备功率）发动机的特性 汽车、拖拉机经常会遇到如爬坡等这样阻力突然增大的情况，汽车、拖拉机经常会遇到如爬坡等这样阻力突然增大的情况，为了克服短期超负荷，减少换档次数，要求发动机的扭矩随转速降为了克服短期超负荷，减少换档次数，要求发动机的扭矩随转速降低而增加。低而增加。 如汽车上坡时，节气门全开，所发出的扭矩仍感不足，车速就如汽车上坡时，节气门全开，所发出的扭矩仍感不足，车速就要下降，发动机转速降低，此时需要发动机随转速的降低而能发出要下降，发动机转速降低，此时需要发动机随转速的降低而能发出 更大扭矩，以克服爬坡阻力。更大扭矩，以克服爬坡阻力。 值愈大，表明值愈大，表明 值大，即

173、随转速值大，即随转速 的降低，的降低，扭矩扭矩 增加较快，从而在不换档情况下，克服短期超负荷能力就强，增加较快，从而在不换档情况下，克服短期超负荷能力就强，适应阻力波动能力就强。适应阻力波动能力就强。 一般汽油机一般汽油机 =10%30%范围，柴油机范围，柴油机 =5%10%范围。范围。发动机的特性3、速度（转速）适应系数、速度（转速）适应系数 值的大小也影响到克服阻力的潜力，或者说值的大小也影响到克服阻力的潜力，或者说 时的转速时的转速 愈低。汽车在不换档的情况下，发动机克服阻力增加的潜力就愈低。汽车在不换档的情况下，发动机克服阻力增加的潜力就愈强。愈强。 例如有例如有A、B两台发动机，它们

174、扭矩储备系数两台发动机，它们扭矩储备系数 相同和相同和 也也相同，但相同，但 对应的对应的 不同。当外部阻力矩由不同。当外部阻力矩由 增大到增大到 时，发动机的转速由于阻力矩增加而下降。时，发动机的转速由于阻力矩增加而下降。 发动机的特性 时，时，A机在机在 下稳定工作，下稳定工作，B机在下机在下 稳定工作稳定工作 当阻力矩由当阻力矩由 增大到增大到 时：时： B机可在机可在 下稳定工作，而下稳定工作，而A机不能适应而熄火（若不换档的话）。机不能适应而熄火（若不换档的话）。 因此，因此， 从从 下降到下降到 时，时，B机可更多地利用内部运动零机可更多地利用内部运动零件的动能来克服短期超负荷，件

175、的动能来克服短期超负荷，B机克服障碍的潜力比机克服障碍的潜力比A机大。机大。 不同用途的发动机对扭不同用途的发动机对扭矩特性的要求是不同的，因矩特性的要求是不同的，因此应根据发动机的使用特点此应根据发动机的使用特点选择适合的扭矩特性。选择适合的扭矩特性。 如：载重汽车，对最高如：载重汽车，对最高车速要求较低，经常使用功车速要求较低，经常使用功率较高，还需要考虑在不良率较高，还需要考虑在不良路面上的行驶情况，应选用路面上的行驶情况，应选用 较大和较大和 较低的扭矩特性较低的扭矩特性发动机的特性 小客车，对车速（最高）要求高，需增大高速时的扭矩以提高小客车，对车速（最高）要求高，需增大高速时的扭矩

176、以提高其超车能力，且它的后备功率较大，低速时已有良好的加速性能。其超车能力，且它的后备功率较大，低速时已有良好的加速性能。因此不强调扭矩储备，应选用最大扭矩出现在较高因此不强调扭矩储备，应选用最大扭矩出现在较高 下的扭矩特下的扭矩特性。性。 4、发动机的工作范围、发动机的工作范围 一般应在最大功率转速一般应在最大功率转速 与最大扭矩转速与最大扭矩转速 之间。之间。 当工作转速当工作转速 时，经济性、动力性、可靠性大大变坏，时，经济性、动力性、可靠性大大变坏，不能使用。当不能使用。当 时，发动机工作不稳定，也不能使用。时，发动机工作不稳定，也不能使用。 发动机的特性（三）部分速度特性（三）部分速

177、度特性 汽车大部分在部分负荷下工作（即节气门部分开），随节气汽车大部分在部分负荷下工作（即节气门部分开），随节气门关小，节流损失增大，进气终了压力门关小，节流损失增大，进气终了压力 下降，从而引起下降，从而引起 降低，且降低，且 随上升，随上升， 下降更快。下降更快。 所以节气门开度减小，所以节气门开度减小， 随随转速转速 提高而下降更快，而且最提高而下降更快，而且最大扭矩点以及最大功率点均向低大扭矩点以及最大功率点均向低速方向移动。速方向移动。 发动机的特性二、汽油机的负荷特性二、汽油机的负荷特性 在点火提前角和化油器调整完好，发动机转速在点火提前角和化油器调整完好，发动机转速 不变时，改变

178、不变时，改变节气门开度（改变负荷），节气门开度（改变负荷）， （每小时耗油量）和（每小时耗油量）和 （耗油率）（耗油率）随负荷变化的关系。随负荷变化的关系。 汽油机的负荷调节是改变节气门的开度，直接改变进入气缸的汽油机的负荷调节是改变节气门的开度，直接改变进入气缸的混合气量，故称之为混合气量，故称之为“量调节量调节”。 在在 一定时，随节气门开度增加（即负荷增加）其一定时，随节气门开度增加（即负荷增加）其 、 、均提高，故可用均提高，故可用 、 、 其中任一个来表示负荷的变化。其中任一个来表示负荷的变化。 发动机的特性2、 曲线曲线1、 曲线曲线 一定时，一定时， 主要决定于节气主要决定于节气

179、门开度和混合气成分。随节气门开门开度和混合气成分。随节气门开度增大，进入气缸的混合气量增加，度增大，进入气缸的混合气量增加， 增大。增大。 当开度大于当开度大于7080后，由于后，由于化油器中省油器开始起作用，化油器中省油器开始起作用，使混合气加浓，使混合气加浓， 增加更快。增加更快。 发动机的特性 变化主要取决于变化主要取决于 和和 随负荷变化的关系。随负荷变化的关系。 ：在汽油机中，大部分负荷下供给经济混合气，故指示热效率：在汽油机中，大部分负荷下供给经济混合气，故指示热效率 变化不大。变化不大。 低负荷时：雾化不良，废气相对高，燃烧速率低，相对低负荷时：雾化不良，废气相对高，燃烧速率低，

180、相对 热损失增加，热损失增加， 下降。下降。 满负荷时：混合气加浓，燃烧不完全，满负荷时：混合气加浓，燃烧不完全， 下降。下降。 ： 由于由于 一定，机械损失功率一定，机械损失功率 变化不大（负荷改变时），变化不大（负荷改变时），故故 随随 下降而下降。下降而下降。 发动机的特性综上综上 、 变化影响，可知：变化影响，可知： 怠速时，怠速时， =0 =0 = 随负荷增加：随负荷增加： 提高，特别是提高，特别是 提高，提高， 下降下降 在在 最最大大 时，时， 达达 大负荷、全负荷：大负荷、全负荷： 低、低、 下下 降、降、 提提高高因此：因此： 在中等负荷时，在中等负荷时， 变化起主要影响变化

181、起主要影响 高负荷时，高负荷时， 下降引起了下降引起了 的上升的上升发动机的特性 发动机负荷特性可以表示不同负荷下的经济性，由负荷特性可发动机负荷特性可以表示不同负荷下的经济性，由负荷特性可以看出：以看出： 的最低值的最低值 愈小，经济性愈好，同时在负荷减小时，愈小，经济性愈好，同时在负荷减小时， 曲线上升愈缓慢愈好，这样就表示在负荷变化较广的范围内能保持曲线上升愈缓慢愈好，这样就表示在负荷变化较广的范围内能保持较好的经济性，这对于负荷变化很大的汽车、拖拉机发动机尤为重较好的经济性，这对于负荷变化很大的汽车、拖拉机发动机尤为重要。要。 根据负荷特性，汽车在低负荷下工作是不经济的，而且负荷愈根据

182、负荷特性，汽车在低负荷下工作是不经济的，而且负荷愈小愈不经济，因此，合理选择发动机的功率大小，使它在工作时经小愈不经济，因此，合理选择发动机的功率大小，使它在工作时经常处于负荷较高的状况，对于节约燃料是有很大的实际意义的。常处于负荷较高的状况，对于节约燃料是有很大的实际意义的。 若希望汽车加速性能好，最高车速高，上坡能力强，则要求发若希望汽车加速性能好，最高车速高，上坡能力强，则要求发动机功率大，但一般使用情况，在平坦路上行驶，车速也并不是最动机功率大，但一般使用情况，在平坦路上行驶，车速也并不是最高，遇到的坡度也不大，若选用大功率的发动机，必然要在负荷较高，遇到的坡度也不大，若选用大功率的发

183、动机，必然要在负荷较低情况下工作，结果加大了燃料的消耗。低情况下工作，结果加大了燃料的消耗。 因此，选择发动机时，在保证动力性足够的情况下，尽量选用因此，选择发动机时，在保证动力性足够的情况下，尽量选用功率小的发动机，有利于提高汽车使用的燃料经济性。功率小的发动机，有利于提高汽车使用的燃料经济性。 发动机的特性 对使用中的汽车，发动机功率大小是一定的，但使用中，负荷对使用中的汽车，发动机功率大小是一定的，但使用中，负荷率高低也影响经济性高低。率高低也影响经济性高低。 重型载重车，运轻货物不经济（低负荷工作）（反之动力不足重型载重车，运轻货物不经济（低负荷工作）（反之动力不足也不行）。也不行）。

184、在轻载情况下可采用在轻载情况下可采用 合理的拖挂，增加发动机负荷，运输量提合理的拖挂，增加发动机负荷，运输量提 高，经济性也提高。高，经济性也提高。 加速加速滑行，变低负荷为加速高负荷工作滑行，变低负荷为加速高负荷工作, 提高功率利用率、节油。提高功率利用率、节油。 加速加速滑行：将加速过程中多消耗的功率变为汽车的动能，在滑行：将加速过程中多消耗的功率变为汽车的动能，在滑行中加以利用，以达到减少燃料消耗目的，如汽车以等速行驶，滑行中加以利用，以达到减少燃料消耗目的，如汽车以等速行驶，负荷较低，可加大节气门开度，使汽车加速（此时负荷率高），然负荷较低，可加大节气门开度，使汽车加速（此时负荷率高）

185、，然后利用惯性滑行。（发动机怠速、熄火）后利用惯性滑行。（发动机怠速、熄火）发动机的特性 采用加速采用加速滑行法，要充分考虑汽车的载荷、路况及发动机原滑行法，要充分考虑汽车的载荷、路况及发动机原来的负荷率来的负荷率，如空载（轻载）在良好路面上行驶，发动机负荷率低，如空载（轻载）在良好路面上行驶，发动机负荷率低，可采用并可节油；如载荷较大，且路况差，发动机本来负荷就较大，可采用并可节油；如载荷较大，且路况差，发动机本来负荷就较大，再采用加速滑行，则使汽车在加速时负荷过高，致使节气门全开，再采用加速滑行，则使汽车在加速时负荷过高，致使节气门全开，省油器参加工作，并不节油，甚至更费油，省油器参加工作

186、，并不节油，甚至更费油，另外，采用加速滑行，另外，采用加速滑行，会使发动机磨损加大，司机易疲劳。会使发动机磨损加大，司机易疲劳。 发动机的特性6-2 柴油机的特性一、柴油机的负荷特性一、柴油机的负荷特性 在转速在转速 一定下，逐步改一定下，逐步改变负荷（即改变喷油量），变负荷（即改变喷油量）， 和和 随负荷（随负荷（ 、 ）改变而）改变而改变的关系。即改变的关系。即 、 由于在一定由于在一定 下，进入气下，进入气缸空气量是一定的，改变喷油缸空气量是一定的，改变喷油量（负荷）也就是改变混合气量（负荷）也就是改变混合气的成分，即的成分，即 ，这种调节负荷这种调节负荷的方法，称之为的方法，称之为“质

187、调节质调节”。 发动机的特性1、 曲线曲线 一定，主要决定于每循环供油量一定，主要决定于每循环供油量 。 负荷加大（负荷加大（ 、 提高），提高）， 增加，故增加，故 提高。提高。2、 曲线曲线 可见可见 取决于取决于 、 负荷为负荷为0时：时： =0 =0 负荷提高：负荷提高： 增大，燃烧完善程度下降，增大，燃烧完善程度下降， 降低。但降低。但 增大，增大， 提高提高 ，而，而 不变，故不变，故 增加较快，即由于增加较快，即由于 增加，增加， 下下降，到降，到1点。点。 达达 发动机的特性 负荷继续加大：负荷继续加大： 继续加大，继续加大， 下降，燃烧恶化，不完全燃烧、补燃下降，燃烧恶化，不

188、完全燃烧、补燃增加，增加， 下降快，致使下降快，致使 提高，到提高，到2点时，不完全燃烧显著增加，排气冒点时，不完全燃烧显著增加，排气冒烟，烟，2点供油量称为点供油量称为“冒烟界限冒烟界限”。 继续增加负荷：至继续增加负荷：至3点时，功率达点时，功率达最大值，但最大值，但 提高很大，若再加大提高很大，若再加大 显著增加，显著增加， 反而下降。反而下降。 3、标定供油量的确定、标定供油量的确定 供油量超过冒烟界限供油量超过冒烟界限2点时，燃烧不完全，大量冒烟，而且产点时，燃烧不完全，大量冒烟，而且产生许多碳渣，不仅生许多碳渣，不仅 提高，而且影响发动机寿命，易产生故障提高，而且影响发动机寿命，易

189、产生故障（因活塞、燃烧室积碳，热负荷很高）（因活塞、燃烧室积碳，热负荷很高）（在（在 下允许最大下允许最大 的供油量）的供油量） 发动机的特性 因此，柴油机标定的循环供油量一般不希望超过因此，柴油机标定的循环供油量一般不希望超过“冒烟界限冒烟界限”。但是供油量如果限制在。但是供油量如果限制在 的的1点，也是不太合理的，因在点，也是不太合理的，因在1点点上稍加一些供油量，上稍加一些供油量， 增加很小，而增加很小，而 提高很多，这样可提高柴提高很多，这样可提高柴油机的工作能力。故实际上柴油机每循环的标定供油量都限定在冒油机的工作能力。故实际上柴油机每循环的标定供油量都限定在冒烟界限和最低耗油率之间

190、，即烟界限和最低耗油率之间，即1点和点和2点之间。点之间。 汽车用柴油机，常在部分负荷下工作，只有在如上坡、加速时汽车用柴油机，常在部分负荷下工作，只有在如上坡、加速时的短期内需要发出全部功率，标定供油量一般限在的短期内需要发出全部功率，标定供油量一般限在“冒烟界限处冒烟界限处”即即2点。点。 拖拉机用柴油机，常接近于满负荷工作，为使经济性好，供油拖拉机用柴油机，常接近于满负荷工作，为使经济性好，供油量常限定在量常限定在2点以下，视具体情况而有所不同。点以下，视具体情况而有所不同。 发动机的特性4、柴油机的、柴油机的 曲线与汽油机的曲线与汽油机的 曲线比较曲线比较 （1）（2）柴油机）柴油机

191、曲线变化平曲线变化平缓（平坦），汽油机缓（平坦），汽油机 曲线曲线变化陡。因：变化陡。因： 一定，柴油一定，柴油机随负荷下降，机随负荷下降， 降低，降低， 提高，燃烧改善，提高，燃烧改善，提高，虽提高，虽 下降，但下降，但 变变化较平缓。化较平缓。 发动机的特性而汽油机属量调节，在低负荷时，废气量的百分比大。且：而汽油机属量调节，在低负荷时，废气量的百分比大。且： 低负荷，低负荷， 浓，才能保证正常燃烧，这样使浓，才能保证正常燃烧，这样使 增大。增大。 火焰传播速度下降（火焰传播速度下降（废气量大），活塞作功离上止点远，作功废气量大），活塞作功离上止点远，作功减小，使减小，使 提高。提高。 低

192、负荷时，泵气损失大，也使低负荷时，泵气损失大，也使 提高。提高。 相对损失也大。相对损失也大。 所以，柴油机所以，柴油机 曲线变化平坦，在负荷较广的变化范围内，曲线变化平坦，在负荷较广的变化范围内，能保持较好的燃料经济性，这对于常在部分负荷下工作的运输型汽能保持较好的燃料经济性，这对于常在部分负荷下工作的运输型汽车、拖拉机的发动机工作是很有利的，因此，柴油车油耗比汽油车车、拖拉机的发动机工作是很有利的，因此，柴油车油耗比汽油车油耗少得多（可低油耗少得多（可低 左右）。左右）。 发动机的特性二、柴油机的速度特性二、柴油机的速度特性 柴油机的速度特性与汽油机相似。柴油机的速度特性与汽油机相似。 在

193、供油调节拉杆（或齿条）位置一定时，其性能指标（在供油调节拉杆（或齿条）位置一定时，其性能指标（ 、 、 、 ）随转速）随转速 改变而变化的关系，称为柴油机的速度改变而变化的关系，称为柴油机的速度特性。特性。当当 调节杆限定在标定功率循环供油量位置时的速度特性调节杆限定在标定功率循环供油量位置时的速度特性全全 负荷速度特性（亦称外特性）负荷速度特性（亦称外特性） 调节杆限定在调节杆限定在小于小于标定功率循环供油量位置时的速度特性标定功率循环供油量位置时的速度特性 部分负荷速度特性部分负荷速度特性 发动机的特性 因为柴油机进气系统阻力较因为柴油机进气系统阻力较小，在小，在 高时，高时， 降低较缓慢

194、。降低较缓慢。另外循环供油量却随另外循环供油量却随 提高而增提高而增加（喷油泵速度特性），结果，加（喷油泵速度特性），结果，随随 提高，提高， 曲线降低很少，曲线降低很少，也就是说也就是说 随随 提高而增加抵提高而增加抵消了消了 、 下降的影响，使下降的影响，使 较平缓。较平缓。 （一）曲线分析（一）曲线分析 （全负荷速度特性）（全负荷速度特性） 1、 曲线曲线 柴油机在负荷一定时，柴油机在负荷一定时， 曲线比汽油机平缓曲线比汽油机平缓 且且 发动机的特性2、 曲线曲线 由于由于 变变 化平坦，在一定转速范围内，化平坦，在一定转速范围内， 几乎与几乎与 成正比例增加成正比例增加3、 曲线曲线

195、综合综合 变化，在某一中间变化，在某一中间 时，时， 达到达到 ；当；当转速大于最低转速大于最低 的转速时，的转速时， 同时下降，使同时下降，使 上升；当转上升；当转速小于最低速小于最低 的转速时，的转速时， 上升弥补了上升弥补了 下降，而使下降，而使 稍稍有提高，但整条曲线（有提高，但整条曲线（ ）变化也是较平坦的。）变化也是较平坦的。 发动机的特性（三）油量校正（三）油量校正 柴油机扭矩曲线平坦，意味着柴油机扭矩曲线平坦，意味着它的扭矩储备系数较小，一般它的扭矩储备系数较小，一般=510范围内，这对于用在使用范围内，这对于用在使用工况变化范围很大的汽车、拖拉机工况变化范围很大的汽车、拖拉机

196、等运输式发动机是不利的。等运输式发动机是不利的。（二）部分负荷速度特性（二）部分负荷速度特性 部分负荷时，其供油量部分负荷时，其供油量 随随 的变化规律与全负荷时趋势的变化规律与全负荷时趋势基本相同，也是随基本相同，也是随 提高而上升。提高而上升。 故柴油机部分负荷速度特性曲线变化与全负荷速度特性曲线基故柴油机部分负荷速度特性曲线变化与全负荷速度特性曲线基本平行。本平行。 发动机的特性 我们希望发动机的扭矩能随我们希望发动机的扭矩能随 降低而降低而 提高，以适应汽车提高，以适应汽车行驶中，当外界阻力增加时（如上坡）转速下降的要求，故柴油机行驶中，当外界阻力增加时（如上坡）转速下降的要求，故柴油

197、机 曲线不能很好满足，这主要是由于喷油泵速度特性造成的。曲线不能很好满足，这主要是由于喷油泵速度特性造成的。 发动机的特性 由柴油机负荷特性可知，不同转速下都有冒烟界限，曲线由柴油机负荷特性可知，不同转速下都有冒烟界限，曲线为为各种不同各种不同 下的冒烟界限（即不同下的冒烟界限（即不同 下的负荷特性上冒烟界限的连下的负荷特性上冒烟界限的连线），其与线），其与 曲线近似（即曲线近似（即 大致相同）。大致相同）。 为防止柴油机的负荷超过冒烟界限，在喷油泵的调节机构上均为防止柴油机的负荷超过冒烟界限，在喷油泵的调节机构上均有一触止装置，限制每循环的最大供油量。有一触止装置，限制每循环的最大供油量。

198、最大供油量调整，必须在最大工作转速下调整，如最大供油量调整，必须在最大工作转速下调整，如A点，但点，但 ：1. 最大供油量按最大供油量按A点确定，由于喷油泵速度特性（曲线点确定，由于喷油泵速度特性（曲线，其，其调节拉杆位置不动），在调节拉杆位置不动），在 低时，空气得不到充分利用，按低时，空气得不到充分利用，按充气量计算，其扭矩没发挥出来，其变化趋势不适应汽车对扭充气量计算，其扭矩没发挥出来，其变化趋势不适应汽车对扭矩曲线要求。矩曲线要求。 2. 如不按最高工作转速调整供油量，而增大低速时供油量，也如不按最高工作转速调整供油量，而增大低速时供油量，也由于喷油泵速度特性，则在高速时，供油量又会超

199、过冒烟界限，由于喷油泵速度特性，则在高速时，供油量又会超过冒烟界限，使用中不允许，曲线使用中不允许，曲线。 发动机的特性 因此，必须设法改变喷油泵的速度特性因此，必须设法改变喷油泵的速度特性采用油量校正装置。采用油量校正装置。油量校正装置油量校正装置 改变出油阀结构改变出油阀结构 调速器中的弹簧校正器（调速特性中叙述）调速器中的弹簧校正器（调速特性中叙述） 油量校正装置作用：在转速因负荷增加而下降时，自动增加每油量校正装置作用：在转速因负荷增加而下降时，自动增加每循环供油量，增大低速的扭矩，提高扭矩储备系数。循环供油量，增大低速的扭矩，提高扭矩储备系数。 出油阀校正机构出油阀校正机构 发动机的

200、特性 没有校正作用：出油阀开直槽没有校正作用：出油阀开直槽 有校正作用：开锥形槽，出油断面改变有校正作用：开锥形槽，出油断面改变 当当 提高，出油阀下部油压提高，出油阀下部油压 上升，流速加快，出油阀升程上升，流速加快，出油阀升程增加，在油管中占体积也增加。增加，在油管中占体积也增加。 出油阀下降时，让出体积大，减压作用增大，使油管中压力下出油阀下降时，让出体积大，减压作用增大，使油管中压力下降较大，下一次供油时，必须以供油量中一部分来填满这一减压容降较大，下一次供油时，必须以供油量中一部分来填满这一减压容积后，才能提高高压油管中压力直到喷油，实际上就减少了喷油量，积后，才能提高高压油管中压力

201、直到喷油，实际上就减少了喷油量，这样使供油量随转速升高而减少。这样使供油量随转速升高而减少。 校正后扭矩储备系数校正后扭矩储备系数 可提高到可提高到1025%左右。左右。 发动机的特性 负荷突变时负荷突变时 （突然降低）（突然降低） 三、柴油机的调整特性三、柴油机的调整特性 （一）柴油机上装调速器的必要性（一）柴油机上装调速器的必要性 据速度特性，柴油机据速度特性，柴油机 曲线平坦，而汽油机较陡，所以，在曲线平坦，而汽油机较陡，所以，在油门位置不动时，油门位置不动时， 汽油机：工作稳定性好汽油机：工作稳定性好 柴油机：工作稳定性差柴油机：工作稳定性差 汽油机：汽油机： 提高，由于提高，由于 大

202、幅下降，大幅下降， 也降低，超也降低，超 速不致过高，且运动件轻巧，短时间超速不致过高，且运动件轻巧，短时间超 速危害不是很大。速危害不是很大。 柴油机：柴油机： 平坦，平坦， 大大提高，大大提高， 也提高，也提高， 降低，工作恶化，冒黑烟，零件过热，降低，工作恶化，冒黑烟，零件过热， 运动件较重，超速时，产生很大惯性力，运动件较重，超速时，产生很大惯性力， 引起零件损坏。引起零件损坏。 发动机的特性 因此，柴油机上必须有保证怠速稳定的装置。因此，柴油机上必须有保证怠速稳定的装置。 汽车上用柴油机，一般为了保汽车上用柴油机，一般为了保证怠速稳定和限制最高转速，用两证怠速稳定和限制最高转速，用两

203、速调速器，在中间转速时，由驾驶速调速器，在中间转速时，由驾驶员控制，拖拉机上一般都采用全速员控制，拖拉机上一般都采用全速调速器。调速器。 因此，柴油机上必须装防止超速的装置。因此，柴油机上必须装防止超速的装置。汽油机：节气门小，其汽油机：节气门小，其 随随 变化很陡，故能变化很陡，故能 使怠稳定。使怠稳定。 柴油机：柴油机： 在怠速也是平坦，阻力稍有变化（在怠速也是平坦，阻力稍有变化（ 增大），增大）， 下降很多，怠速不稳。下降很多，怠速不稳。 怠速工作时怠速工作时发动机的特性（二）机械式全速调速器的调速特性（由柴油机最低转速到最高转（二）机械式全速调速器的调速特性（由柴油机最低转速到最高转速

204、的范围内，调速器均能起作用。）速的范围内，调速器均能起作用。）调速特性：在调速器起作用时，柴油机调速特性：在调速器起作用时，柴油机 、 、 、 等性能等性能 指标，随转速指标，随转速 或负荷变化的关系。或负荷变化的关系。 1、调速原理、调速原理 油门大小实际上是控制柴油机转速，油量是由调速器调节（负油门大小实际上是控制柴油机转速，油量是由调速器调节（负荷由调速器自己响应）。荷由调速器自己响应）。（1）限速作用）限速作用 油门最大时，弹簧力在油门最大时，弹簧力在3/点，供油量在点，供油量在3点，点， 工作。当工作。当 小小于于 时，时， （离心力）小，此时调节拉杆位置不动，（离心力）小，此时调节

205、拉杆位置不动， 由于由于 下降按喷油泵速度特性沿下降按喷油泵速度特性沿31变化。变化。 当当 大于大于 时，时， 增大，压缩弹簧使增大，压缩弹簧使 提高，带动拉杆使提高，带动拉杆使油量下降到油量下降到34中的某点，当中的某点，当 上升到上升到4点，油量降在点，油量降在4点，点，4点油点油量维持发动机空转（高速空转），量维持发动机空转（高速空转），4点油量不为零，这就起限速作点油量不为零，这就起限速作用。用。 发动机的特性（2）稳定怠速）稳定怠速 油门最小时，油门最小时， 在在1/点，油量在点，油量在1点（最低转速）点（最低转速） 当当 1点，点， 提高，压缩弹簧，使油量下降在提高，压缩弹簧，使

206、油量下降在52间变化间变化 当当 上升上升2点时，油量下降到怠速最小油量（不为零），此时点时，油量下降到怠速最小油量（不为零），此时 再也不会上升，起到控制怠速作用。再也不会上升，起到控制怠速作用。 怠速时，油量（怠速时，油量（ ）一般在）一般在52间变化。间变化。（3）中间转速工作（中间任意油门位置）中间转速工作（中间任意油门位置） 中油门位置，油量总是在中油门位置，油量总是在76间变化（稳定转速作用），间变化（稳定转速作用），76之间之间 变化不大，而油量变化较大，这样使工况能在转速变化不大变化不大，而油量变化较大，这样使工况能在转速变化不大范围内工作。范围内工作。 当当 7点时，（原在点

207、时，（原在76间工作）说明已将拉板顶在凸肩上，间工作）说明已将拉板顶在凸肩上，最大油量位置（最大油量位置（7点），若点），若 降低，已不能再加油，此时油量按速降低，已不能再加油，此时油量按速度特性变化（此时为稳定度特性变化（此时为稳定 ，必须加大油门，增加，必须加大油门，增加 力）。力）。 发动机的特性（4）弹簧校正器）弹簧校正器 （改刚性凸肩为弹性凸肩）（改刚性凸肩为弹性凸肩） 当最大油门时，若当最大油门时，若 降低，降低， 3点，调速弹簧压缩校正弹簧，点，调速弹簧压缩校正弹簧，使调节拉杆加油，油量增加，沿使调节拉杆加油，油量增加，沿38变化，到变化，到8点，校正弹簧座顶点，校正弹簧座顶住固

208、定螺母后，校正结束。住固定螺母后，校正结束。8点以后，若点以后，若 下降，油量又按速度特下降，油量又按速度特性变化。性变化。 加校正器后，使在最大油门时，随加校正器后，使在最大油门时，随 下降，油量增大，使下降，油量增大，使 曲线变陡些，克服短期超负荷，曲线变陡些，克服短期超负荷， 增大。增大。 发动机的特性2、调速特性、调速特性 如图（全速调速器）如图（全速调速器） C点为调速器起作用点点为调速器起作用点 不同油门（调速手柄位不同油门（调速手柄位置）有不同的弹簧预紧力，置）有不同的弹簧预紧力，调速器起作用的转速不同，调速器起作用的转速不同，从怠速从怠速最大转速之间，最大转速之间，调速器都能起

209、作用。调速器都能起作用。 发动机的特性6-3 发动机的万有特性 前面所讲特性曲线都是两个参数间的关系。前面所讲特性曲线都是两个参数间的关系。 汽车、拖拉机发动机的工作转速及负荷变化范围很广，特别是汽车、拖拉机发动机的工作转速及负荷变化范围很广，特别是汽车发动机的转速和负荷经常变化，为了全面地表示出发动机的性汽车发动机的转速和负荷经常变化，为了全面地表示出发动机的性能，用能，用多参数特性（万有特性）全面地表示发动机特性多参数特性（万有特性）全面地表示发动机特性，它可以表，它可以表示示各种转速各种转速、各负荷下的燃料经济性各负荷下的燃料经济性。 一般万有特性是用转速一般万有特性是用转速 为横坐标，

210、为横坐标， （或（或 ）为纵坐标，）为纵坐标，在图上画出许多等耗油率曲线和等功率曲线，可以表示各种转速、在图上画出许多等耗油率曲线和等功率曲线，可以表示各种转速、各种负荷下的燃料经济性。各种负荷下的燃料经济性。 发动机的特性万万有有特特性性发动机的特性 等耗油率曲线等耗油率曲线:可据各种转速下负荷特性曲线得到（作图法）可据各种转速下负荷特性曲线得到（作图法） 6120柴油机万有特性曲线柴油机万有特性曲线 A点：最高转速点点：最高转速点 C点：最大扭矩点点：最大扭矩点 B点：最大功率点点：最大功率点 D点：最低稳定转速点（标定功率速度点：最低稳定转速点（标定功率速度 特性上）特性上） 等功率曲线

211、等功率曲线: 据据 作出一群双曲线作出一群双曲线 从万有特性曲线上可以看出发动机最经济负荷和转速，最内层从万有特性曲线上可以看出发动机最经济负荷和转速，最内层等等 线，经济性最好，愈向外，经济性愈差。线，经济性最好，愈向外，经济性愈差。 发动机的特性FARSGES等油耗曲线在横向上较长等油耗曲线在横向上较长 表示发动机在负荷变化不表示发动机在负荷变化不大，而转速变化较大情况大，而转速变化较大情况下工作时，耗油率变化较下工作时，耗油率变化较小。（采运机械小。（采运机械 变化大，变化大，应选此）应选此） FARSGES等油耗曲线在纵向上较长等油耗曲线在纵向上较长 表示发动机在负荷变化较表示发动机在

212、负荷变化较大，而转速变化不大的情大，而转速变化不大的情况下工作时，耗油率变化况下工作时，耗油率变化较小。较小。(工程机械应选此工程机械应选此) 等等耗耗油油率率曲曲线线形形状状及及分分布布情情况况影影响响发发动动机机使使用用经经济济性性发动机的特性 对经济区位置选择，应看发对经济区位置选择，应看发动机常在什么负荷情况下工作，动机常在什么负荷情况下工作，如发动机常在中等负荷工作，应如发动机常在中等负荷工作，应选经济区在中间位置，如常在大选经济区在中间位置，如常在大负荷工作，应选经济区位置在上负荷工作，应选经济区位置在上部位置。部位置。 所以：对汽车（运输式发动所以：对汽车（运输式发动机）机）要求最经济大致在万有要求最经济大致在万有特性的中间位置，使常用转速和特性的中间位置，使常用转速和负荷落在最经济区内，并希望负荷落在最经济区内，并希望横横向较长向较长。 对拖拉机、工程机械：最经济区应在负荷较大的上部，并希望对拖拉机、工程机械：最经济区应在负荷较大的上部，并希望纵向较长纵向较长。如果发动机万有特性不能满足使用要求，则。如果发动机万有特性不能满足使用要求，则应重新选应重新选择发动机，择发动机，或对发动机进行适当调整以改变万有特性。或对发动机进行适当调整以改变万有特性。 祝各位同学身体健康 学业有成！