汽車動力原理第一章緒論課程性質：專業核心課適應專業：車輛工程學時：32講課學時：24實驗學時：8課程目標：目標1：掌握發動機循環與性能指標、發動機換氣過程、汽油機和柴油機混合氣形成和燃燒、發動機特性及電機特性等基礎知識，并能將其運用到純燃油汽車、混合動力汽車、電動汽車的動力系統選型與匹配等復雜工程問題的表述之中，引導學生分析復雜的整車以及動力總成的產品開發、設計、檢測和鑒定等系統問題并提出解決途徑。課程目標：目標2：通過發動機特性試驗、電機工作特性試驗等實驗教學環節，將學生在課堂上學到的理論知識與實踐相結合，培養學生的實際調控汽車動力源工作特性的能力，對實驗結果進行分析和解釋，得到合理有效的結論。緒論電動機特性3.發動機原理2.汽車動力原理緒論1.緒論汽油機燃燒過程5.柴油機燃燒過程6.發動機的特性7.燃燒與燃燒熱化學4.發動機的換氣過程3.發動機的性能指標2.發動機原理工程熱力學基礎1.緒論電動機特性4.電動機工作原理3.電動機的結構2.電動機特性電動機分類1.緒論課程教學基本要求（1）認真完成作業和章節測驗（2）認真完成各項布置任務（3）課程采用學生參與式教學方法，要求課前預習、課后梳理（4）完成在線課程學習任務（5）完成實驗任務并提交實驗報告緒論主要試驗發動機速度和負荷特性試驗電機特性試驗

前導課

汽車構造、工程熱力學、化學、理論力學等方面的基礎知識。緒論教材閻春利，李長威.汽車發動機原理.機械工業出版社.2014緒論考核方式平時10分（章節測驗50%；在線學習討論等50%）實驗10分階段考試30分期末考試50分第一節理想氣體的熱力過程

熱力過程分析概述

工程中，完成熱功轉換的熱力循環都可以被抽象為由定容、定壓、定溫、絕熱和多變過程構成的。假設條件:①理想氣體；②準靜態過程

討論的內容：①狀態參數的變化關系（p、v、T、s）；

②過程曲線在p-v圖及T-

s圖上的表示。一、定容過程比體積保持不變時系統狀態發生變化所經歷的過程1、過程方程：v＝常量2、過程中狀態參數之間的關系：由：可得：

二、定壓過程:壓力保持不變時系統狀態發生變化所經歷的過程

過程方程：p=常量過程中狀態參數之間的關系：由：可得：定壓過程在狀態參數坐標圖上的表示：三、定溫過程溫度保持不變時系統狀態發生變化所經歷的過程過程方程及狀態參數之間的關系：定溫過程在狀態參數坐標圖上的表示：四、絕熱過程系統與外界不發生熱量交換時所經歷的過程因此有：對于理想氣體：過程方程五、多變過程各種熱力過程，其過程方程式通常都可以表示為下述形式：前述的四種典型過程均為多變過程的一個特例：多變過程在狀態參數坐標圖上的表示。①n順時針方向增大。兩圖的過程線和區間一一對應。②dv>0,功量為正。③ds>0,熱量為正。④dT>0→du>0，dh>0。n=0→pv0=p=常量—定壓過程；n=1→pv=常量—定溫過程；n=κ→pvκ=常量—絕熱過程；n=∞→

p1/nv=p0v=v=常量—定容過程.第四節熱力學第二定律熱力學第一定律確定了熱功轉換之間的數量關系。熱力學第二定律指明了實現熱功轉換的條件、限度，以及自發過程進行的方向性。

一、熱力循環和熱效率熱力循環：工質從初態出發，經過一系列變化又回到初態的封閉過程，稱為熱力循環。（簡稱循環）根據效果不同，將熱力循環分為正向循環和逆向循環。把熱能轉變為機械能的循環稱為正向循環（或熱機循環）；依靠消耗機械功而將熱量從低溫熱源傳向高溫熱源的循環叫逆向循環（或熱泵循環），如制冷機。總有一部分熱量不能轉換為機械能，而以廢熱的形式放給溫度較低的環境。實踐證明：企圖不向溫度較低的環境放熱而把高溫物體的熱能連續地完全轉換為機械能是不可能的。熱效率采用熱力循環的凈功W0與工質從高溫熱源接受的熱量q1的比值作為指標，稱為循環熱效率。熱機吸熱熱機放熱循環凈功熱機循環熱效率它說明工質從高溫熱源吸收的熱量有多少轉換為功。Q2↑但因為Q2≠0，所以總小于1。二、熱力學第二定律表達方式：不可能創造出只從熱源吸熱做功而不向冷熱源放熱的熱機。熱量不可能自發的從冷物體轉移到熱物體上。制冷機吸熱制冷機放熱制冷機耗功制冷機性能系數熱泵性能系數三、卡諾循環與卡諾定理

以一理想氣體為工作物質，計算卡諾循環的熱機效率。卡諾循環由兩個等溫過程和兩個絕熱過程組成。A

1—2等溫膨脹

2—3絕熱膨脹

3—4等溫壓縮

4—1絕熱壓縮4123A14234與1在同一絕熱線2與3在同一絕熱線稱為閉合條件

A14234與1在同一絕熱線2與3在同一絕熱線稱為閉合條件

－卡諾熱機效率

熱機至少要在兩個熱源間進行循環。從高溫熱源吸熱然后釋放一部分熱量到低溫熱源去，因而兩個熱源的溫度差才是熱動力的真正源泉.1)

卡諾熱機的效率只與T1、T2有關，與工作物無關,與氣體的質量無關，與P、V的變化無關。2)

兩個熱源的溫差越大，熱機的效率越高。實際方法是提高高溫熱源的溫度T1

。

3）卡諾循環熱效率不可能為1。4）不可能由單一熱源循環做功。5）不可能制造出熱效率超過的熱機。（二）卡諾定理⑴在相同的高溫熱源和相同的低溫熱源之間工作的一切可逆熱機，其效率都相等，與工作物質無關，與可逆循環的種類也無關。⑵在相同的高溫熱源和相同的低溫熱源之間工作的一切不可逆熱機，其效率都小于可逆熱機的效率。四、孤立系統的熵增原理（教考分離）增第二章發動機的循環

與性能指標主要內容：發動機的理論循環

發動機實際循環的簡化與評價；對理想循環的修正；發動機實際循環影響因素；發動機熱平衡；發動機性能指標；機械損失機械效率；熱平衡。一、發動機實際工作循環的簡化與評價（一）發動機的理論循環簡化條件：1）假設工質為理想氣體，其物理常數與標準狀態下的空氣物理常數相同2）假設工質在閉口系統中作封閉循環3）假設工質的壓縮及膨脹是絕熱等熵過程4）假設工質燃燒為定容或定壓加熱，工質放熱為定容放熱(熱源加熱)

5）假設循環過程為可逆循環第一節發動機的理論循環1.混合加熱循環（薩巴德循環）循環特點：將燃燒過程假想為由定容加熱和定壓加熱過程兩部分組成：a-c絕熱壓縮過程c-z’定容加熱，加熱量為z’-z定壓加熱，加熱量為z-b絕熱膨脹過程b-a定容放熱，放熱量為

2.定容加熱循環循環特點：將燃燒過程假想為定容加熱過程a-c絕熱壓縮過程c-z定容加熱，加熱量為z-b絕熱膨脹過程b-a定容放熱，放熱量為3.定壓加熱循環（狄塞爾循環）循環特點：將燃燒過程假想為定壓加熱過程a-c絕熱壓縮過程c-z定壓加熱，加熱量為z-b絕熱膨脹過程b-a定容放熱，放熱量為二、循環評定指標第一節發動機的理論循環由一定量的燃料能夠得到盡可能多的功發動機的性能由一定的氣缸工作容積能夠得到盡可能多的功1、循環熱效率定義：工質所作循環功與循環熱量之比。式中W--作循環功

Q1--循環加熱量

Q2--循環放熱量根據工程熱力學公式，混合加熱循環熱效率為：發動機壓縮比預膨脹比壓力升高比1、循環熱效率2、循環平均壓力循環平均壓力是單位工作容積的循環功，用以評定發動機的做功能力。根據工程熱力學公式，混合加熱循環平均壓力為式中---壓縮始點的壓力定容定壓當時為定容加熱當時為定壓加熱其他循環熱效率和平均壓力

影響循環熱效率的因素（1）壓縮比

隨著壓縮比的增大，三種循環的

t

在壓縮比

很小時，隨著壓縮比

的提高，

t增長很快；在

較大時，再增加

效果很小。當

=20左右時，

t

不大柴油機

=12～22影響循環熱效率的因素（2）絕熱指數K

當

相同時，K增大，

t

影響循環熱效率的因素（3）壓力升高比

在定容/定壓加熱循環中，由公式可知，t

與無關。在混合加熱循環中，當循環總加熱量和壓縮比不變時，

Q2

t

；影響循環熱效率的因素（4）預膨脹比

定壓循環中，Q1

若壓縮比不變

Q2

t

；混合加熱循環中，Q1和壓縮比不變，等壓加熱

t

影響循環熱效率的因素1、壓縮比相同比較三種理論循環的熱效率ηt三種理論循環的熱效率之間有如下關系：ηtV>ηtm>ηtp

三種循環熱效率比較即：在壓縮比相同時，定容加熱循環的熱效率最高，混合加熱循環的熱效率次之，定壓加熱循環的熱效率最低。對于柴油機，其壓縮比主要決定于保證燃料能可靠地壓燃和正常燃燒，當使用條件一定時，其壓縮比也就基本上確定了。雖然柴油機不可能按定容加熱循環工作，但為了得到較高的熱效率，柴油機應按混合加熱循環工作，有些柴油機甚至接近于按定容加熱循環工作，以得到更高的熱效率。

三種循環熱效率比較

三種循環熱效率比較循環12451為定容加熱循環，而循環12’451為定壓加熱循環，而循環12”3451為混合加熱循環。由圖可知，三種循環的放熱過程51相同，其放熱量Q2也相同。但各循環的吸熱量不相同：

Q1V<Q1m<Q1p。定容加熱循環的吸熱量Q1V用面積24672表示，混合加熱循環的吸熱量Q1m用面積2”34672”表示，定壓加熱循環的吸熱量Q1p用面積2’4672’表示。即：在最高壓力和最高溫度相同時，定壓加熱循環的熱效率最高，混合加熱循環的熱效率次之，定容加熱循環的熱效率最小。對于高增壓柴油機，因受零部件強度的限制，必須限制其最高循環壓力。因而按照上述結論，為了得到較高的熱效率，宜按定壓加熱循環工作。又如有些汽車用高速柴油機，為了改善工作平順性，減小噪聲，把最高循環壓力限制在較低的數值，在此情況下，為了得到較高的熱效率，按定壓加熱循環工作也是適宜的。

三種循環熱效率比較四沖程發動機的實際循環包括進氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣

第二節四沖程發動機的實際循環與熱損失新充量進入氣缸的過程由于殘余廢氣pr高于po，隨著活塞下行，殘余廢氣膨脹，壓力由pr

下降到低于大氣壓力的pr’

。在壓力差的作用下，新鮮氣體被吸入氣缸，直到活塞達下止點后，進氣門關閉為止。一、進氣過程由于進氣系統阻力，進氣終了的壓力pca，仍低于大氣壓力po

。進氣終了氣體因受到高溫零件和殘余廢氣的加熱，其溫度Tca總是高于大氣溫度To。

壓縮過程中，進、排氣門均關閉，活塞從下止點向上止點移動，缸內工質受壓后溫度和壓力不斷上升。

目的：提高工作過程的溫度，使工質獲得最大限度的膨脹比，提高循環熱效率，為點火燃燒創造有利條件。

二、壓縮過程（圖2—1a中ac‘c線）壓縮開始：工質溫度較低，受缸壁加熱，多變指數n大于定熵指數k隨著工質溫度升高，到某一瞬時與缸壁溫度相等，多變指數n等于定熵指數k(熱交換為零)隨著工質溫度升高，向缸壁散熱，多變指數n小于定熵指數k二、壓縮過程復雜的多變過程汽油機

(圖2-2b)，由電火花點燃混合氣，火焰迅速傳遍整個燃燒室，使工質的壓力及溫度急劇上升，在極短的時間內達到最高值——接近定容加熱。柴油機(圖2-2a)，上止點前開始噴油、燃燒。初始時，燃燒速度很快，氣缸容積變化很小，工質溫度、壓力劇增，接近定容加熱中。隨后是邊噴油邊燃燒，燃燒速度慢，且隨著活塞下移，氣缸內容積增大，氣壓力升高不大，溫度繼續升高，接近等壓加熱。三、燃燒過程上止點前點火或自燃。混合氣著火燃燒(圖2-2中c—‘z線)。燃燒放熱量越多，越靠近上止點，則熱效率越高。

實際燃燒過程中，有散熱損失，燃燒需要時間，因此存在非瞬時燃燒損失。

三、燃燒過程

膨脹過程是燃燒后的高溫、高壓氣體在氣缸內膨脹，推動活塞由上止點向下止點移動而作功的過程。圖2-1中zb線為膨脹曲線。隨著氣缸容積增大，氣體的壓力、溫度迅速下降。四、膨脹過程膨脹過程中，與壓縮過程中情況相似，并非絕熱過程，不僅有散熱損失、漏氣損失，還有補燃和高溫熱分解。實際膨脹過程也是多變指數變化的多變過程：在膨脹開始時，由于存在繼續燃燒現象，工質被加熱，多變指數n小于k；到某一瞬時，工質的加熱量與工質向缸壁的放熱量相等，多變指數n等于k；隨后工質向缸壁散熱，則多變指數n大于k。四、膨脹過程為簡便起見，通常在計算中，用一個不變的平均多變指數來代替變化的多變指數：壓縮過程的平均多變指數為n1；膨脹過程的平均多變指數為n2。四、膨脹過程

在膨脹過程末期，活塞接近下止點(圖2-1a的b＇)時排氣門開啟，廢氣高速排出。當活塞由下止點向上止點移動時，缸內廢氣繼續排出，直到排氣門關閉，排氣過程結束。圖2-1a中b＇br線示出排氣過程。五、排氣過程

排氣終了的溫度常作為檢查發動機工作狀態的技術指標。如發動機工作過程不良，熱功轉換效率低，則排氣終了溫度偏高。

六、理論循環與實際循環的比較

（對理想循環的修正）

研究實際循環與理論循環的差異，就可找出實際循環的熱量損失所在。分析差異的原因，可探求提高熱量的有效利用途徑。比較示功圖。（1）工質性質理論上:理想氣體，雙原子氣體。實際上:燃燒前:燃料+空氣；燃燒后:燃燒產物。（2）比熱容理論上:定比熱容實際上:溫度T

比熱容C

（3）高溫分解例C+OCO+

熱量+OCO2

+熱量

其中CO為中間產物，CO2為最終產物。若遇高溫，則會發生復分解反應，即高溫分解:

CO2+熱量CO+OH2O+熱量H2+O2

這部分熱量雖然在膨脹過程中還可能會釋放出來，但由于活塞已接近下止點，做功效果變差，熱效率下降。（一）工質改變損失（1）傳熱損失理論上:壓縮、膨脹過程為絕熱過程。實際上:大量熱量通過汽缸壁傳給冷卻水或空氣。傳熱損失是發動機中的最大損失，占總損失量的30%以上。因此，許多研究者致力于開發絕熱發動機。（2）流動損失理論上:閉口系統，沒有氣體流動損失。實際上:進、排氣節流沿程損失，缸內進氣、擠壓、燃燒渦流損失。（二）傳熱、流動損失

理論上:忽略進、排氣過程。

實際上:進、排氣門提前開啟，遲后關閉。而且有流動阻力。換氣損失中逆向循環所包圍的面積為泵氣損失。泵氣損失包含在換氣損失之中。（三）換氣損失理論上:

定容加熱瞬間完成，定壓加熱速度與活塞運行速度密切配合。實際上:

燃燒需要時間。（四）時間損失（五）補燃損失（后燃損失）理論上:加熱瞬間停止，膨脹過程無加熱。實際上:雖然大部分（80%以上）燃料在燃燒過程中燃燒掉，但仍有小部分燃料會拖到膨脹線上才燃燒，做功效果變差，熱效率下降。理論上:閉口系統，無泄漏。

實際上:活塞氣環不會100%嚴密密封，總會有些氣體竄到曲軸箱中，造成損失。（六）泄漏損失減少各項損失，提高實際循環熱效率汽油機理論循環熱效率低于柴油機的主要原因是汽油機壓縮比小造成的。（提高壓縮比）實際工質比熱容變化引起的損失占有較大的比例。汽油機混合氣濃，缸內燃燒溫度高，此項損失大。（稀混合氣）對于柴油機，不完全燃燒主要是混合氣形成及燃燒不完善引起。（完善混合氣形成及燃燒組織）

第三節發動機的性能指標一、發動機的指示指標指示指標是以工質在氣缸內對活塞做功為基礎。指示指標動力性指示功平均指示壓力指示功率經濟性指示熱效率應該：非增壓：

增壓：因為:不容易測量,實際將歸到機械損失中考慮。

其中所以:——橫、縱座標比例定義：一個循環工質對活塞所做的有用功。（一）指示功

為突出后者，比較不同大小發動機的熱功轉換有效程度，引入平均指示壓力的概念。（一）指示功

汽缸工作容積大指示功大熱功轉換有效程度大（二）平均指示壓力定義：發動機單位氣缸工作容積所做的指示功。其中－每缸工作容積。

（三）指示功率

式中i——缸數；

Vs——每缸工作容積；

——沖程數；

Pmi——平均指示壓力；

n——轉速。定義：發動機單位時間所做的指示功。（四）指示燃油消耗率

定義：單位指示功的耗油量。

[g/kw·h]B－每小時耗油量[kg/h]（五）指示熱效率－做指示功所消耗的熱量。－燃料的低熱值。0.40～0.50=170～205[g/kw·h]0.25～0.40=205～320[g/kw·h]定義：實際循環指示功與所消耗的燃料熱量的比值。第三節發動機的性能指標二、發動機的有效指標有效指標是以曲軸對外輸出的功率為基礎，代表發動機的整體性能。有效功率機械效率有效轉矩平均有效壓力有效熱效率有效燃油消耗率有效指標1.有效功率定義：發動機在單位時間對外輸出的有效功稱為有效功率，記作pe

單位為KW。它等于有效轉矩與曲軸角速度的乘積。發動機的有效功率可以用臺架試驗方法測定，也可用測功器測定有效轉矩和曲軸角速度，然后用公式計算出發動機的有效功率pe：

式中：Ttq—有效轉矩，N·m；

n—曲軸轉速，r/min。2.機械效率定義：有效功率與指示功率之比。式中——機械損失功率。3.有效轉矩定義：發動機對外輸出的轉矩稱為有效轉矩，記作Ttq，單位為N·m。有效轉矩與曲軸角位移的乘積即為發動機對外輸出的有效功。

4.平均有效壓力定義：單位氣缸工作容積發出的有效功稱為平均有效壓力，記作pme，單位為MPa。顯然，平均有效壓力越大，發動機的作功能力越強。

式中i——缸數；

Vs——每缸工作容積；

——沖程數；

Pmi——平均指示壓力；

n——轉速。5.有效燃油消耗率

定義：發動機每輸出1kW的有效功所消耗的燃油量稱為有效燃油消耗率，記作be，單位為

g/（kW·h）。式中：B—發動機在單位時間內的耗油量，kg/h；

Pe—發動機的有效功率，kW。

顯然，有效燃油消耗率越低，經濟性越好。6.有效熱效率定義：發動機的有效功WE與所消耗燃料熱量Q1之比稱為有效熱效率，記作

ηe。燃料燃燒所產生的熱量轉化為有效功的百分數。

式中顯然，為獲得一定數量的有效功所消耗的熱量越少，有效熱效率越高，發動機的經濟性越好。－燃料的低熱值。第三節發動機的性能指標三、發動機的強化指標發動機的強化指標用以評定發動機的強化程度。發動機的強化指標是指發動機承受熱負荷和機械負荷能力的評價指標。強化指標升功率比質量1.升功率發動機在標定工況下，單位發動機排量輸出的有效功率稱為升功率。升功率大，表明每升氣缸工作容積發出的有效功率大，發動機的熱負荷和機械負荷都高。

用以衡量發動機排量利用的程度。2.比質量定義：發動機的干質量與所給出的標定功率之比。表征質量利用程度和結構緊湊性。3.強化系數平均有效壓力與活塞平均速度的乘積稱為強化系數。活塞平均速度是指發動機在標定轉速下工作時，活塞往復運動速度的平均值。表征發動機的強化程度，使發動機技術進步的一個標志。第三節發動機的性能指標四、發動機的其他指標關系到人類健康的與發動機性能有關的其他指標排氣品質噪音1.排氣品質排出有害氣體氮氧化合物碳氫化合物一氧化碳排氣顆粒出水以外的任何液態、固態顆粒四、發動機的其他指標2.噪聲——不得大于84dB3.結構空間——外形小、體積功率大、升體積小4.總質量——總質量、升質量、比質量均小5.生產成本——生產耗能小，材料費用低、結構設計適于批量生產6.使用成本——可靠性好、耐久性好、油耗低、保養費用少、提高車輛的有效利用程度第四節機械損失與機械效率

一、機械損失的組成及機械效率

機械損失：發動機實際循環所做的指示功不可能完全對外輸出，功在發動機內部轉化過程中必然會有所損失，所消耗在發動機內部的這部分功稱為機械損失。用Pm表示。2.機械效率定義：有效功率與指示功率之比。式中——機械損失功率。ηm值高機械損失小發動機性能好為了提高內燃機性能，應盡量減少機械損失，提高機械效率空調（可選）電器設備機械損失功率組成機械損失功率泵氣損失

活塞及活塞環連桿、曲軸軸承配氣機構

水泵

風扇

機油泵摩擦損失驅動附件損失

62~75%10~20%10~20%第四節機械損失與機械效率

一、機械損失的測定

機械損失功率是通過對實際發動機試驗來測定。

常用的測試方法：單缸熄火法電力測功機拖動法油耗線延長線法二、影響機械效率的主要因素1．轉速n（或活塞平均速度Cm）發動機轉速上升（Cm隨之加大），致使：

1）各摩擦副間相對速度增加，摩擦損失增加；

2）曲柄連桿機構的慣性力加大，活塞側壓力和軸承負荷均增高，摩擦損失增加；

3）泵氣損失加大；

4）驅動附件消耗的功多。二、影響機械效率的主要因素轉速提高后，機械損失功率增加，使機械效率下降。機械損失功率與轉速平方近似成正比。因此隨轉速升高，機械效率下降較快。ηm與n的關系如圖所示。二、影響機械效率的主要因素2．發動機負荷當發動機轉速一定，負荷減小時，必須根據發動機阻力矩的變化，相應減小汽油機的油門開度和柴油機噴油泵齒條位置。因此，氣缸內指示功率將減小，但機械損失功率變化不大，故使機械效率下降。

摩擦損失取決于機件的相對運動速度與比壓發動機的機械損失主要來自摩擦損失二、影響機械效率的主要因素怠速時，負荷為零，有效功率Pe=0，指示功率全部用來克服機械損失功率，即Pi=Pm，故ηm=0。負荷由小變大時，指示功率迅速上升，而機械損失功率上升緩慢，所以機械效率提高，但在大負荷時機械效率上升緩慢，如圖2—13所示。

二、影響機械效率的主要因素3．潤滑油品質和冷卻介質溫度滑油品質潤滑油的品質影響到運動副的摩擦損失。潤滑油的粘度對摩擦損失大小有重要影響。粘度大承載能力強，易于保持潤滑狀態。但潤滑油的流動性差，摩擦損失增加。粘度小潤滑油的流動性好，摩擦損失減少。承載能力弱，油膜易破，產生干摩擦，摩擦損失增加。二、影響機械效率的主要因素選用潤滑油的原則：在可靠的潤滑前提下，盡量選用粘度小的潤滑油，以減少摩擦損失，改善起動性能。當發動機強化程度高,軸承負荷大時,要選用粘度較大的用油;

當轉速高,配合間隙小時,需要用油流動性好,宜選用粘度較小的用油；舊機器,軸承間隙較大,應選用粘度較大的用油。二、影響機械效率的主要因素（2）冷卻介質溫度冷卻介質的溫度影響潤滑油的溫度，繼而影響粘度和機械損失。冷卻介質溫度低時，潤滑油粘度大，摩擦損失增加，機械效率下降。如果冷卻介質溫度過高，會使潤滑油的粘度變小，油膜不能支持表面上的壓力而破裂，失去潤滑作用，引起摩擦損失增加，機械效率降低。通常應保持冷卻介質溫度為80～90℃。

二、影響機械效率的主要因素4．發動機技術狀況

發動機使用技術狀況好壞，對機械效率影響較大。

例如：活塞環與氣缸壁磨損后，間隙變大，漏氣增多，指示功率下降；漏氣還會稀釋潤滑油，使潤滑條件變差，摩擦損失增加，機械效率下降。

第五節熱平衡定義：按照熱能表現為有效和各種損失的數量分配來研究燃料中總熱量的利用情況稱為發動機的熱平衡。意義：表示燃料燃燒發出的總熱量在有效功和各種損失之間的分配情況。

供給發動機的燃料完全燃燒后，其熱能只有20％～45％轉變為有效功，而其余的熱量將隨著廢氣、冷卻介質等從發動機中排出。一、發動機燃料燃燒發出的熱量發動機燃料燃燒發出的熱量QT定義：若發動機每小時耗油量為B(kg／h)，則燃料完全燃燒，每小時所放出的熱量QT(kJ／h)為式中

B—發動機每小時的耗油量（kg/h）;—燃料的低熱值。二、轉化為有效功的熱量Qe

顯然，Qe值越大，轉變為有效功的熱量越多，發動機的熱效率越高。

三、傳給冷卻介質的熱量Qs傳給冷卻介質的熱量主要有:工質向氣缸壁及燃燒室散出的熱量；廢氣在排氣管道內散失的熱量；摩擦發熱所散失的熱量；從潤滑油散失的熱量等。四、廢氣帶走的熱量QR廢氣排出時，溫度仍然很高，會帶走相當大一部分未曾被利用的熱量。

五、其他熱量損失QL從QT中除去上述三項熱量損失外，都屬其他熱量損失。如燃料的不完全燃燒和未計入的熱量損失等。本章大綱要求1.教學目的和要求掌握發動機理論循環、四沖程發動機的實際循環及評定指標、機械損失的途徑及評定指標，以及機械損失的測定方法和提高機械效率的途徑；了解熱平衡的概念，分析熱量損失所在。本章大綱要求2.教學內容和要點教學內容：發動機理論循環、發動機的實際循環、實際循環的評定指標、機械損失及熱平衡。教學要點：發動機的實際循環、實際循環的評定指標及機械損失。第三章發動機的換氣過程第三章發動機的換氣過程發動機的排氣過程和進氣過程的總和，統稱為換氣過程。換氣過程的任務:是將缸內的廢氣排凈，吸入盡可能多的新鮮工質。

目錄第一節四沖程發動機的換氣過程第二節充氣與充氣系數第三節影響充氣系數的因素第四節提高充氣系數的措施一、換氣過程發動機運行時，在如此短的換氣時間內，要使排氣干凈，進氣充足是比較困難的。為了增加氣門開啟時間，充分利用氣流的流動慣性以及減少換氣損失，改善換氣過程，提高發動機性能。進、排氣門一般都提前開啟，遲后關閉，不受活塞行程的限制。整個換氣過程超過兩個行程，約占曲軸轉角410°～480°。一、換氣過程

根據氣體流動特點和進排氣門運動規律，換氣過程分為：

自由排氣階段；強制排氣階段；進氣過程階段。

強制排氣進氣過程自由排氣一、換氣過程1．自由排氣階段從排氣門在下止點前開始開啟，到氣缸內壓力接近于排氣管壓力這個時期，稱為自由排氣階段。如圖3—1所示，氣門開啟時，氣缸內壓力較高(大于排氣管壓力2倍以上)，可利用廢氣自身的壓力自行排出。此時，排氣流處于超臨界狀態，流過排氣門處的氣體流速，等于在該處氣體狀態下的音速。其流量只決定于氣門開啟面積，并和氣體狀態有關，與排氣門前后的壓差無關。1．自由排氣階段隨著活塞的推移，缸內壓力不斷下降，當缸內壓力與排氣管壓力之比為1．9以下時，排氣流進入亞臨界狀態，排氣量由氣缸壓力和排氣管內的壓力差來決定，壓力差越大，排出的廢氣量越大。當到某一時刻，氣缸內壓力與排氣管內壓力相等時，自由排氣階段結束，一般在下止點后10。～30。曲軸轉角。此階段雖然歷程較短，但廢氣流速很高，排出的廢氣量可達60％以上。一、換氣過程1、自由排氣定義：從排氣門打開到氣缸壓力接近排氣管壓力所對應的階段。

分段及詳解前期（超臨界排氣）：Pb/Pr>1.9，廢氣以聲速流經排氣門口，與壓差無干。C=（KRT）1/2，420-827°C時，500m/s-700m/s。中期（亞臨界排氣）：1.9>Pb/Pr>1，流速低于音速且取決于壓差。結束階段：Pb與Pr趨于一致，廢氣不能自由排出，需活塞上行推出廢氣。一、換氣過程1.自由排氣特點排出廢氣量與工況（尤其是轉速）無關僅取決于缸內狀態及排氣管阻力（結束標志為壓力平衡）。時間極短但有近60％的廢氣在此階段排出。2.強制排氣定義：克服排氣系統阻力活塞強制推出廢氣。2．強制排氣階段這個階段是由上行的活塞強制將廢氣推出。此時流速取決于氣缸內外的壓力差。壓差越大，氣流速度越大，但耗功也越多。排氣門一般在上止點后10～35°曲軸轉角才關閉，這主要是因為在上止點附近，廢氣尚有一定流動能量，可利用氣流慣性進一步排氣，減少缸內殘余廢氣量，同時還可以減少排氣阻力。3．進氣過程為了使新鮮空氣充量更順利地進入氣缸，盡可能保證在活塞下行時有足夠大的進氣截面積，減小進氣阻力，進氣門一般在上止點前0～40°曲軸轉角打開。為了利用高速氣流的慣性，進氣門通常在下止點后40～70°曲軸轉角才關閉，以增加進氣量。一、換氣過程3.進氣過程定義：活塞下行、缸內容積增加、缸內壓力下降、環境壓力－缸內壓力>進氣系統阻力，吸入新鮮工質。特點：初期缸內容積增加、壓差不足不進氣，進氣系統壓力急劇下降。壓力下降到壓差>＝進氣阻力后壓力幾乎不變。4．氣門疊開排氣門的遲后關閉和進氣門的提前開啟，使得在上止點附近一定的曲軸轉角范圍內，存在著進、排氣門同時開啟的現象，稱為氣門疊開。氣門疊開角一般為20～60度曲軸轉角；增加新鮮空氣充量；利用新氣幫助清除廢氣，減少氣缸中廢氣量；疊開角過大可能發生廢氣倒流入進氣管中。

二、換氣損失換氣過程的損失包括：排氣損失進氣損失圖3.3四行程內燃機換氣損失W—膨脹功損失Y—強制排氣損失X—進氣損失Y+X–u—泵氣損失1．排氣損失排氣損失是從排氣門提前打開，直到進氣行程開始，氣缸內壓力到達大氣壓力之前，循環功的損失。它可分為：

1)自由排氣損失，是由于排氣門提前打開而引起的膨脹功的減少。

2)強制排氣損失，是活塞上行強制推出廢氣所消耗的功。1．排氣損失隨著排氣提前角增大，自由排氣損失增加，強制排氣損失減小；如排氣提前角減少，則強制排氣損失增加。

最有利的排氣提前角應使自由排氣損失與強制排氣損失之和為最小。減少排氣損失的主要措施：減小排氣系統阻力排氣門處的流動損失

（a）鑄造式排氣歧管（b）焊接式排氣歧管常規型催化器緊耦合式催化器歧管式催化器管板復合式結構歧管式催化器2．進氣損失定義：進氣損失主要是指進氣過程中，因進氣系統的阻力而引起的功的損失。與排氣損失相比相對較小排氣損失與進氣損失之和，稱為換氣損失。泵氣損失定義：在實際換氣過程中，由于工質流動時節流、摩擦等原因的存在，產生的能量損失，泵氣損失又稱為泵氣過程功。這部分損失放在機械損失中加以考慮。第二節充量（氣）和充量（氣）系數充量即充氣量，是指在進氣過程中，充入氣缸的新鮮空氣或可燃混合氣。每循環充量：每循環充量是指發動機在每一個循環的進氣過程中，實際進入氣缸的新鮮氣體(空氣或可燃混合氣)的質量，即循環實際充量，用△m表示。單位時間充量：單位時間充量是指每小時進入氣缸的新鮮氣體的質量，用△mh表示，

每循環充量前已分析，由于排氣系統存在阻力，當排氣門關閉時，氣缸內尚有一部分殘余廢氣存在，所占氣缸為vr壓力為pr溫度為Tr則其質量為

進氣終了時，氣缸內既有新鮮充量，又有殘余廢氣，所占比體積為va、壓力為pca溫度為tca，則氣缸內氣體的總質量為每循環充量充入氣缸的新鮮充量為殘余廢氣系數是指每循環殘留在氣缸內的廢氣質量△mr與新鮮充量△m之比。

殘余廢氣量有多少？

每循環充量氣缸內氣體的總質量又可以表示為氣缸內的新鮮充量可表示為

單位時間充量單位時間充量是指每小時進入氣缸的新鮮氣體的質量，用△mh表示。式中：n—發動機轉速

i—

氣缸數單位時間充量如果每循環充量△m保持不變，轉速增加；單位時間充量△mh會直線增加，發動機功率也會不斷增加。當轉速增加時，每循環充量不可避免地要降低，以至于單位時間充量的增加逐漸緩慢。當轉速增到某一數值后，△mh達到最大值(此時進氣流速達到音速)，充量基本保持不變。充氣效率一、充氣效率（一）定義

由于有進氣阻力等因素的影響,實際進入氣缸中的新鮮充量必然小于理論上進氣狀態下充滿工作容積的新鮮充量。二者之比稱為充氣效率,即的新鮮充量

其中：－實際充量的重量，質量和體積；

進氣狀態：非增壓：空氣濾清器后進氣管內的氣體狀態,通常取為當地的大氣狀態。增壓：增壓器出口狀態。－理論充量的重量，質量和體積；嚴格地說，充氣效率應為

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氣量的比值就等于其充氣效率之比（二）實際測量其中：－實際測量[/h]

充氣效率是衡量換氣過程進行的完善程度的重要指標。二、充氣效率的分析式充入氣缸的新鮮充量=缸內氣體的總質量－缸內殘余廢氣質量（一）進氣門關閉時缸內氣體的總質量其中－余隙容積；－進氣門關閉時缸內工作容積；－進氣終了缸內氣體密度。（二）排氣門關閉時缸內殘余廢氣的質量其中－排氣門關閉時缸內容積；－排氣門關閉時缸內殘余廢氣密度。（三）充入氣缸的新鮮充量其中－進氣狀態下氣體密度。（四）充氣效率的分析式其中－壓縮比；－有效壓縮比；考慮到進排氣門遲閉角的影響，令則充氣效率表達為：將代入，得：殘余廢氣系數γ：指進氣過程結束時氣缸內殘余廢氣量與氣缸中新鮮充量的比值。

影響充氣效率的各種因素一、進氣終了壓力Pa進氣阻力：由于進氣系統的阻力而引起氣體流動時的壓降。（空氣濾清器、進氣管道、進氣門處阻力）

λ——管道阻力系數；ρ——進氣狀態下氣體的密度（kg/m3）；v——管道內氣體流速（m/s）。2.進氣終了的溫度

的原因：①高溫零件加熱；②殘余廢氣加熱；③進氣預熱。影響因素：負荷↑（接觸時間短）

3、轉速與配氣相位的影響（一）轉速

n

（二）配氣相位

進氣門遲閉角增加（）

新鮮充量的容積減小，但進氣終了壓力值卻可能因有氣流慣性而增大合適的配氣定時應考慮具有最大值。

4、負荷汽油機：負荷

節氣門開度（量調節）

柴油機：負荷

循環供油量

（質調節）（與熱負荷

（不大）無關）

5.壓縮比壓縮比增大氣缸余隙減小殘余廢氣系數減小提高充量系數殘余廢氣系數

殘余廢氣系數增大，充量系數降低，而且使燃燒惡化。特別是汽油機低負荷運轉時，稀釋可燃混合氣，使燃燒過程緩慢，經濟性和排放性能變差。殘余廢氣系數范圍

四行程非增壓柴油機0.03～0.06

四行程增壓柴油機0～0.03

四行程汽油機0.05～0.166.排氣終了壓力

增大由于新氣和缸壁溫差小提高充量系數

排氣終了壓力高于大氣壓力，充氣效率下降。（排氣阻力）進氣（大氣）狀態PsPa

，且Ps/

Pa基本不變，對充氣效率影響不大。實際上：Ts升高，Ps下降，均使ρs減少，即進氣量。這與充氣效率增大的結論并不矛盾，因為充氣效率的定義是相對于進氣狀態而言的。影響充氣效率的因素進氣終了壓力Pa進氣終了的溫度轉速和配氣相位負荷壓縮比排氣終了壓力第四節提高充量系數的措施一、減少進氣系統的阻力增大進氣門開啟的時面值氣門開啟斷面與對應的開啟時間的乘積稱為開啟時面值。氣門開啟時間長，開啟斷面大，則開啟時面值大，氣流通暢，阻力小。增大進氣門開啟的時面值

增大進氣門開啟的時面值增大進氣門頭部直徑，減小氣門頭部錐角，增大氣門升程，延長氣門開啟時間，均可擴大氣門開啟時面值。從而擴大氣流通過能力，減少阻力提高充氣效率。但增大氣門直徑受到燃燒室結構的限制，因此常用減小排氣門頭部直徑的方法，相應增大進氣門頭部直徑。增大進氣門開啟的時面值現代發動機單進氣門結構中，進氣門直徑可達活塞直徑的45％-50％，氣門和活塞面積比為0.2～0.25。減小氣門錐角也受到強度剛度的限制，不宜太小。增大氣門升程和延長開啟時間，又受慣性力和配氣相位改變的限制，涉及問題較多，影響也較復雜。2.合理控制進氣門處氣流的平均速度進氣馬赫數Ma定義：進氣門處氣體的平均速度與該處聲速c的比值。它反映流動對充氣效率的影響，成為分析充氣效率的一個特征數。3.增大進氣門直徑，選擇合適的排氣門直徑在雙氣門（一進一排）式中：d——進氣門直徑

D——氣缸缸徑4.增加氣門的數目多氣門結構缸徑大于80mm時，采用二進二排結構；缸徑小于80mm時，采用三進二排結構。優點四氣門機與兩氣門機相比，功率可提高70%，扭矩可提高30%。缺點結構復雜，造價高；低速時扭矩小。5.采取較小的S/D值（短行程）轉速不變的情況下S/D值減小活塞平均速度減小馬赫數降低缸徑增大，還可以采用大的氣門直徑一、減少進氣系統的流動損失（二）減小整個進氣管道的流動阻力進氣道進氣管空氣濾清器化油器1.進氣道主要措施改善進氣道形狀，減小阻力改善進氣道形狀，使新鮮工質形成渦流一般應具有足夠的流通面積表面光滑拐彎小多段通道連接對中2.進氣管進氣管道結構、尺寸及表面質量對充量系數有較大影響。進氣管道應保證足夠的氣體流通面積和結構上的要求。汽油機還必須考慮燃料的蒸發、氣化和分配；柴油機還應利于進氣渦流的形成，以改善混合氣的品質和燃燒等。2.進氣管三種進氣管截面形狀圓形圓形斷面流動阻力最小矩形矩形最大D形D形居中為了改善發動機低速時動力性和保證高速時進氣充分，現代發動機還采用可變長度的進氣管。由進氣歧管轉換電磁閥控制轉換輥，在發動機高轉速范圍，電磁閥工作，使進氣通道變短。在相同截面情況下3.空氣濾清器空氣濾清器阻力隨結構而不同。阻力大小隨使用時間的延長而增大。它必須在保證濾清效果的前提下，盡可能減小阻力，如加大通過斷面，改進濾清器性能。在使用中，應經常清洗濾清器，及時更換濾芯。

二、減小對新鮮工質的加熱新鮮充量被吸入氣缸的過程中，受到進氣管道、氣門、氣缸壁、活塞等一系列受熱零件的加熱，造成進氣溫度升高，氣體密度下降，使循環充量減少。特別是汽油機，經常把排氣管與進氣管布置在發動機的同一側。有些發動機采用調節預熱裝置，根據季節溫度不同可調節預熱程度，在柴油機上采用進排氣管分置于發動機兩側。三、減小排氣系統的阻力排氣系統包括：排氣門、排氣管、排氣道和消聲器等。排氣系統阻力降低，排出的廢氣量增加，排氣終了壓力pr下降，不僅可以使殘余廢氣系數減小，充量系數提高，而且還能夠減少排氣損失。排氣管道也應與進氣管道同樣注意其結構要求，使用中應注意消除殘留積炭等。

四、合理的選擇配氣相位（一）進氣門遲閉角

進氣門遲閉角利用氣流的過后充氣現象來增加每循環氣缸充量的。轉速較低（Ma較小）轉速較高（Ma較大）（二）進、排氣門重疊角高速非增壓發動機（重疊角在20~60度）重疊角在40度以下，基本無燃燒室掃氣。使充量系數提高，原因是重疊角使進氣初期和排氣后期的節流損失減小。增壓發動機（重疊角在110~140度）強烈的燃燒室掃氣。（三）排氣提前角在保證排氣損失最小的前提下，盡量晚開排氣門。加大膨脹比提高熱效率（四）配氣相位的選擇根據發動機的高速性來決定：充量系數高，保證動力性必要的燃燒室掃氣合適的排氣溫度良好的充量系數特性，適應轉矩特性較小的換氣損失，保證經濟性第五節進、排氣管的動態效應由于間歇進、排氣，進、排氣管存在壓力波，在用特定的進氣管條件下，可以利用此壓力波來提高進氣門關閉前的進氣壓力，增大充氣效率，這就是動態效應。一．進氣管的慣性效應定義：進氣管內的壓力波對本循環的進氣過程有直接增壓影響。這種影響稱慣性效應。邊界條件：①當波傳到固壁端，反射回來的是同類波。②當波傳到開口端，且管外壓力不變，反射回來的是異類波。二、進氣管的波動效應

定義：當進氣門關閉后，進氣管的氣柱還在繼續波動，對各氣缸的進氣量有影響，這稱為波動效應。1．本循環波動效應從進氣門打開到關閉，隨著新鮮充量流入氣缸，整個進氣系統內產生進氣壓力波動。若當B點壓力波處于波峰位置時，關閉氣閥，對實現增壓有利。但若B點是波谷，就會降低缸內壓力。有效利用慣性進氣，最重要的是決定進氣門的關閉時間，使進氣終了時波峰恰好達到進氣門端口。階段：進氣門閉

下一循環進氣門開進氣開始，活塞下行使缸內和進氣門進口處產生一定的真空度，形成負壓波，它以膨脹波的形式沿進氣管以（a-μ）的傳播速度，當到達開口端時，又從開口端向氣缸方向反射回壓縮波，其傳播速度為（a+μ）。為了便于分析問題，將進氣管內壓力波動分為本循環波動效應和上一循環波動效應兩類。結論1波動效應（本循環），振幅大，衰減小。（上一循環），振幅小，衰減大。2高速發動機，進氣管短；低速發動機，進氣管長。3進氣管直徑

流動阻力

壓力波強度

進氣管直徑

壓力波振幅

壓力波強度

4多缸機上，進氣管應分支，且等長。5避免急轉彎，則壓力波振幅不會衰減太大。6排氣管需要膨脹波，則pr

掃氣作用

第六節可變技術可變進氣管可變氣門定時

凸輪相位可變

進氣持續期可變

大綱對本章要求1.教學目的和要求分析四沖程發動機的換氣過程；確定換氣過程好壞的評定指標；提高充氣效率的措施；2.教學內容和要點教學內容：四行程發動機的換氣過程、充氣效率、影響充氣效率的因素、提高充氣效率的措施及進氣管的動態效應和可變技術。教學要點：充氣效率、提高充氣效率的措施及進氣管的動態效應。第四章內燃機的燃料與燃燒§4-1發動機的燃料§4-2燃料的使用性能§4-3燃燒熱化學§4-4燃燒的基本知識燃料是內燃機產生動力的來源，直接影響內燃機的發展、結構特點以及對環境的污染。§4-1內燃機燃料及其提煉一、石油中烴的分類及性質傳統燃料：汽油、柴油

石油中提煉；石油：碳氫化合物主要成分：C，H；少量的S，O2，N2分子式：CnHm——烴類代用燃料：CNG、LPG、DME、H2、醇類等由烴分子C原子數的不同，其分子量、沸點不同；

構成不同性質的燃料。燃料根據不同沸點分餾依次得到：石油氣

汽油

煤油

柴油

渣油（重油）C1~C4：氣態——石油氣，相對分子質量16~58；C5~C23：液態，其中：C5~C11：50~200℃，汽油，分子質量95~120；C11~C19：180~300℃，煤油，100~180；C16~C23:250~360，輕、重柴油，180~200C23以上：360℃以上，渣油，220~2801.碳原子數的影響表4-1烴分子中碳原子數對烴性質的影響輕質易揮發粘度增大化學穩定性變好易自燃易點燃2、分子的化學結構對性能的影響燃料中H的質量分數大，燃燒污染低；H的質量分數小，燃燒污染高。不同的燃料分子組合，確定了燃料的不同特性。發動機所用的燃料中，主要含有：烷烴；烯烴；炔烴等。

二、燃料的提煉方法及對燃料性能的影響從石油原油中煉制燃料的典型工藝流程：直餾法：將原油在煉油塔中進行加熱蒸餾；

不同分餾溫度得到不同成分的燃油這一部分燃料油約占原油的25%~40%裂解法：通過加溫加壓方法進行裂解；催化重整：使用催化劑進行裂解；加氫精制：將蒸餾后的重油等一些高分子成分用不同手段裂解為分子量較輕的成分。

三、代用燃料及其特性1、氣體燃料NG：自由態或與石油共存的天然氣，主要成分是甲烷,CH4;成為第三大支柱能源。汽車上的應用：壓縮天然氣(CNG)，20MPa存于高壓氣瓶中；液化天然氣(LNG)，-162℃低溫液化儲存；其密度為常態下氣體密度的600倍；行駛距離長；但成本高。LPG:天然石油氣或石油煉制中產生的液化石油氣主要成分：丙烷/丙烯/丁烷/丁烯及其異構物。天然氣燃料的優點：主要成分是甲烷，CO、HC排放少，燃料中不含硫的成分，SO2排放量低于電動汽車。辛烷值高達130，可提高壓縮比

熱效率

。燃燒下限寬，稀燃優越，運轉范圍內可降低NOx。氣體燃料，低溫起動及低溫運轉性能良好。天然氣燃料的缺點：氣體燃料，常溫常壓下儲運性能差，能流密度低，一次充氣可行駛距離短。儲氣壓達20MP，燃料容器加重。因氣態吸入氣缸，充氣效率降低；單位體積的混合氣熱值低，功率降低近10%用于汽車的三種形式：CNG—以20MPa壓縮儲存；液化天然氣LNG—-162℃以下儲存；吸附天然氣ANG—吸附材料2.醇類燃料：主要指甲醇和乙醇甲醇：從天然氣、煤、生物質等原料中提取。乙醇：從含淀粉和糖的農作物中制取。特點：相對汽油熱值低，但醇中含氧量大，所需理論空氣量比汽油少，所以兩者混合氣熱值相近，保證發動機動力性能不降低醇的汽化潛熱為汽油的三倍；燃料蒸發汽化可促使進氣溫度降低，增加充氣量，但冷起動困難需要預熱。辛烷值高，抗爆性能好，可提高壓縮比。沸點低，產生氣阻的傾向大。甲醇對視神經有損傷作用，有毒性，儲運及使用中注意安全；甲醇對金屬有一定腐蝕作用，需防腐蝕措施。原料來源廣泛，可再生，有較好的燃料特性§4-2傳統燃料的使用特性

(1)柴油的使用性能

1)低溫流動性

柴油的低溫流動性，是指柴油在低溫條件下具有一定流動狀態的性能。通常在柴油中含有一部分石蠟，當溫度降低時，石蠟結晶析出，使流體流動阻力增加，甚至失去流動性。評定柴油低溫流動性的指標是凝點、濁點和冷濾點等。我國只采用凝點和冷濾點。凝點是指油品在規定的試驗條件下冷卻，將試管傾斜45°，保持液面不能移動時的最高溫度。我國輕柴油的牌號是按凝點劃分的。

(1)柴油的使用性能

2)霧化和蒸發性柴油的霧化性和蒸發性，決定了混合氣形成的質量和速度。柴油的霧化性和蒸發性過強，不僅貯存和運輸中蒸發損失大，而且安全性差。評定柴油霧化和蒸發性的主要指標是運動粘度、餾程、閃點和密度。2.燃料的使用性能燃燒性燃燒性是指柴油的自燃能力。燃燒性好的柴油，其自燃點低，在滯燃期內，燃燒室的局部易形成高密度的過氧化物而形成火焰中心，滯燃期短，氣缸壓力升高平緩，工作柔和。評定柴油機燃燒性的指標是十六烷值。十六烷值高的柴油，其自燃性好，柴油機工作柔和。反之，十六烷值低的柴油，易使柴油機工作粗暴。十六烷值對柴油機的起動性也有一定影響。2.柴油性能的評價指標：1）十六烷值：評價柴油的自燃性。與發動機的粗暴性、起動性密切相關十六烷值高：著火延遲期短，工作柔和，起動性好測定方法：單缸試驗機，壓縮比可調；標準燃料：十六烷與-甲基萘不同比例制成的混合液；規定自燃性：十六烷：100%；-甲基萘：0%§4-2傳統燃料的使用特性定義：被測柴油的自燃性與標準燃料相同時，標準燃料中十六烷的體積百分數為該柴油的十六烷值。

十六烷值：與燃料的分子結構有關；可通過原油種類、煉制方法、添加劑來控制;直鏈烷烴類、分子量、C數增加時十六烷值增加;所以，十六烷值高，便于起動，著火落后期縮短;但，分子量增加，蒸發性變差，粘度增加，冒黑煙，經濟性惡化。一般，十六烷值：45~65，不要過大過大：冒煙過小：不易著火燃料中不同成分對化學安全性的影響2）餾程：評價柴油的蒸發性。用餾出某一百分比的溫度范圍表示。如：柴油餾程采用50％蒸發溫度、90％蒸發溫度和95％蒸發溫度。50％蒸發溫度越低，說明柴油輕質餾分多，蒸發速度越快，柴油機就越易起動。90％蒸發溫度和95％蒸發溫度越低，說明柴油中重質餾分少，混合氣燃燒完全，不僅能提高柴油機動力性，減少機械磨損，還能避免過熱，降低油耗。。3）粘度：表示燃料分子間的內聚力

抵抗分子間相對運動的能力；評定柴油的稀稠度，影響燃料的流動性和噴霧質量;溫度高，粘度小，流動性強；反之相反。4）熱值：1kg燃料完全燃燒所釋放的熱量。柴油hu=42700kJ/kg5）凝點：表示柴油失去流動性，開始凝固的溫度，評定柴油的低溫流動性。柴油牌號用凝點表示。如：RC10，RC0，RC-10，RC-20，RC-30等。

二、汽油的使用性能（1）汽油的使用性能

1)揮發性汽油是由多種碳氫化合物組合而成，不能象單一化合物那樣有一個沸點，而是一個范圍。常用餾程來評價汽油的揮發性，即10％、50％、90％蒸發溫度。餾程：指汽油餾出的溫度范圍，評價蒸發性。試驗方法：加熱器，量筒，冷凝器，溫度計初餾點：第一滴凝結的燃料流入量筒時的溫度。航空汽油車用汽油煤油輕柴油燃料蒸餾曲線10%餾出溫度T10：評價低溫蒸發性，影響起動性T10低，低溫蒸發性好，易于起動；過低，易產生“氣阻”現象50%餾出溫度T50：評價平均蒸發性，影響暖車、加速性，工作穩定性。90%餾出溫度T90：評價難以揮發的重質成分數量影響燃燒完全程度、積碳等。（1）汽油的使用性能

2)抗爆性汽油機爆燃燃燒是一種不正常燃燒現象。評定汽油抗爆性的指標是辛烷值，汽油的牌號是按研究法辛烷值劃分的。汽油的辛烷值，是按不同的體積分數，將正庚烷(辛烷值為0)和異辛烷(辛烷值為100)混合，組成標準燃料，其中異辛烷的含量便是“標準”燃料的辛烷值。二、汽油1.汽油性能的評價指標：1）辛烷值：評價汽油的抗爆性爆震現象：點火后，末端氣體的自燃現象。測定方法：專用試驗臺，壓縮比可變標準燃料：正庚烷—易爆震，辛烷值為0%；異辛烷—抗爆性好，辛烷值為100%按不同比列混合而成。試驗方法不同：研究法和馬達法——n和溫度Tb不同定義：被測汽油的抗爆程度與標準燃料相同時，標準燃料中異辛烷含量的體積百分數為被測汽油的辛烷值。實驗n及混合氣Tb馬達法>研究法國產汽油的牌號是用研究法辛烷值來命名的。汽油辛烷值：取決于汽油組成、煉制方法、添加劑；辛烷值的高低：烷烴<烯烴<環烷烴<芳烴三、汽油、柴油性能差異對發動機性能的影響1.混合氣形成和負荷調整上的差異汽油揮發性強：低溫度下，充分蒸發；在缸外形成混合氣，時間充足均勻混合氣；用混合氣充量，控制發動機功率——量調。柴油蒸發性差：200℃開始餾出，350℃結束粘性大，不能低溫下形成混合氣；故用噴嘴強制霧化，在缸內形成混合氣；進氣量不變，噴油量調節功率——質調40℃餾出，200℃蒸發完純空氣2.著火和燃燒上的差異：自燃、點燃溫度不同汽油自燃點高，點燃溫度低：

采用外部能源點燃的方式——點火系；

點火后，混合氣均勻，火焰傳播方式燃燒；

為防自燃，壓縮比不宜高柴油自燃點低，點燃溫度高：

采用壓縮自燃方式；

為促進自燃，壓縮比不宜過低；

混合氣不均勻，預混合燃燒和擴散燃燒。燃燒時間延長§4-3燃燒熱化學了解燃燒過程，燃料、空氣及產物及其數量關系一、1kg燃料完全燃燒所需的理論空氣量設燃料主要成分：C、H、O；各元素的質量成分空氣成份：O2（21%）、N2（79%）；則完全燃燒時的化學反應方程方式：引入kmol：以kg為單位的某元素數量等于其分子量1kg燃料（wC+wH+wO）完全燃燒時所需氧的kmol數：所需要的理論空氣量：二、過量空氣系數：評價混合氣的性質定義：另：空然比=A/F；當量比=(A/F)0/(A/F)=1/

a

a=1或A/F=14.7——理論混合氣

a<1或A/F<14.7——濃混合氣

a>1或A/F>14.7——稀混合氣

a與發動機類型、混合氣形成方法、工況及功率調節方法等有關。汽油機：

a=0.8~1.2電控+三效催化裝置后：

控制在

a=1附近柴油機：

am=1.2~1.6增壓柴油機：

am=1.8~2.2柴油汽油電控+三效三、

a>1時完全燃燒的產物1）燃燒前混合氣量汽油機：柴油機：2）燃燒后的產物:因

a>1;產物為CO2和H2O，以及未燃的N2、剩余O2所以，噴入缸內的燃料體積<空氣的1/100003）燃燒后工質摩爾數的增量：由燃燒前后產物4）理論分子變更系數

0：C/H化合物構成的液體燃料燃燒后

0>1四、燃料的熱值、混合氣熱值1）燃料的熱值：定義：1kg燃料完全燃燒所放出的熱量。低熱值：產物中H2O以水蒸氣狀態存在；高熱值：產物中H2O以液體狀態存在。2）混合氣熱值：單位混合氣完全燃燒所放出的熱量設1kg燃料形成的混合氣量為M1，燃料低熱值h

;則，氣化潛熱§4-4燃燒的基本知識燃燒過程：著火階段

燃燒準備過程

燃燒階段放熱過程

一、著火理論著火過程：指混合氣自動加速反應，產生升溫，最終某一時刻某一位置出現火焰的過程。特點：有明顯的光和火焰效應著火理論(方式)：

著火熱理論

鏈鎖反應理論

點燃自燃理論1、著火的熱理論加熱一充滿空氣和燃料混合氣的容器受熱燃料分子和氧分子動能而相撞活化分子相撞能量>反應活化能E時，打破化學鍵而引起化學反應結論：TC與混合氣的物理化學性質、環境溫度、壓力、容器形狀及散熱情況有關；同一種燃料，因條件不同，著火溫度不同。臨界Tc與壓力pc明顯影響著火域；pc低時需要

Tc。存在混合氣濃度的著火界限；隨溫度和壓力

，著火界限加寬，但有限。當溫度和壓力低于臨界值時，無論在什么濃度下，均不能著火。上限下限在低溫、低壓區著火規律與高溫區完全不同

存在著火半島。藍焰期：甲醛的支鏈反應而產生CO；輝光較強，p、T

；持續期短熱焰期:CO+氧生成CO2

爆炸性熱火焰，釋放大量熱冷焰:過氧化物分解成甲醛,并積累低溫多階段著火冷焰誘導期1:T低反應緩慢，形成過氧化物烴燃料低溫下著火過程(光譜分析)：冷焰

2－藍焰

3－熱焰

4三個階段。烴燃料低溫低壓時的著火規律：退化支鏈反應的結果低溫多階段著火。烴燃料高溫時：甲醛退化支鏈反應不經過冷焰期，而直接進入藍焰-熱焰期，因藍焰-熱焰期很難區分高溫單階段著火。高溫單階段著火高溫時：甲醛退化支鏈反應不經冷焰，直接進入藍焰-熱焰期。2、鏈鎖反應自燃著火理論烴的氧化反應：始末最終燃燒產物，經一些列中間產物反應的結果；中間產物形成過程活性中心、反應物再生鏈鎖反應自由原子或自由基H、O、OH等鏈鎖反應機理：鏈引發：反應物受某種因素的激發，而產生的自由原子或自由基——具有很強的反應能力；鏈傳播：自由原子與反應物作用，推進反應，產生新的自由原子的過程；

直鏈反應：一個自由原子生成新的一個自由原子，反應恒速;

支鏈反應：一個活性中心同時生成兩個以上的活性中心，反應加速引爆鏈中斷：活性中心與缸壁、惰性氣體相碰撞—無效碰撞，不再引起反應。鏈鎖反應特點：1）誘導期

i：積累活性中心過程，量變；2）鏈爆炸的原因，是能激發活性中心，不一定高溫;3）反應自動加速；隨溫度急劇增高（A~B）;隨反應物濃度的減少而降低（B~C）4）加入惰性氣體時，反應速度迅速下降；而加入添加劑時：使反應速度加速。與反應物物性參數、