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1第二章三种循环:发动机有三种基本理论循环，即定容加热循环、定压加热循环和混合加热循环。发动机的循环常用示功图来说明理论循环是用循环热效率和循环平均压力来衡量和评定的。循环热效率是工质所做循环功W（J）与循环加热量Q1（J）之比，用以评定循环的经济性。循环平均压力pt(kPa)是单位气缸工作容积所做的循环功，用以评定发动机的循环做功能力。四冲程发动机的实际循环是由进气压缩做功排气四个行程所组成.理论循环与实际循环比较:1实际工质的影响（实际工质影响引起的损失：理论循环中假设工质比热容是定值,而实际比热容是随温度的升高而上升,且燃烧后生成CO2,和H2O等多原子气体,这些气体的比热容又大于空气,使循环的最高温度降低.由于实际循环还存在泄漏,合工质数量减少,这意味着同样的加热量,在实际循环中所引起的起压力和温度的升高要比理论循环要低得多,其结果是循环热效率底,循环所做的功减少.）2换气损失（换气损失：燃烧废气的排出和新鲜空气的吸入是使循环重复进行所必不可少的，由此而消耗的功为换气损失。）3燃烧损失（非瞬时燃烧损失和补燃损失：实际循环中燃烧非瞬时完成，所以喷油或点火在上止点之前，并且燃烧还会延续到膨胀行程，由此形成非瞬时燃烧损失和补燃损失。提前排气损失，实际循环中会有部分燃料由于缺氧产生不完全燃烧损失，在高温度下部分燃烧产物分解而吸热，使循环的最高温度下降，由此产生燃烧损失。）4传热损失（传热、流动损失：实际循环中，气缸壁和工质间自始至终存在热交换。综上，实际循环热效率低于理论循环。）发动机的指示指标评定，概念：发动机的指示性能指标是指以工质对活塞做功为计算基础的指标，简称指示指标。表示循环动力性、经济性。发动机的有效指标以曲轴输出功为计算基础的性能指标，称有效指标。有效指标被用来直接评定发动机实际工作性能的优劣。代表发动机的整机性能。第三章换气过程阶段、特点、特征2四冲程发动机的换气过程包括从排气门开启到进气门关闭的整个时期。约占410º~480º曲轴转角。换气过程可分作自由排气、强制排气、进气和燃烧室扫气四个阶段。（1自由排气阶段，从排气门开启到气缸压力接近于排气管内压力的时期超临界状态流动：从排气门开启到活塞行至下止点所对应的曲轴转角称为，一般为30º~80º曲轴转角。此时气缸内废气压力较高，约为0.2-0.5MPa，气缸压力p与排气管压力pr之比大于临界值1.9。排气流动处于超临界状态，流速为当地声速c（m/s）。此阶段，废气流量与排气管内压力无关，只取决于气缸内的气体状态和气门最小开启截面。亚临界状态流动随着气体大量流出，缸内压力迅速下降，气体流速小于声速，转入亚音速流动状态。此时废气流量决定于气缸内和排气管内的压力差。到某一时刻缸内压力与排气管内压力相近时，自由排气阶段结束。自由排气约在下止点后10°—30°（CA）结束。自由排气阶段虽然时间不长，因速度高，此阶段排出的废气量达60%以上。2强制排气阶段此阶段废气被上行活塞推出。因为要克服排气系统阻力，缸内压力略高于排气管内压力约10kPa左右。流速越高，压差越大，消耗功亦越多。排气过程一直进行到上止点之后10°—35°（CA），排气门才完全关闭。3进气过程为保证活塞下行时进气门有足够的开启面积，新鲜工质可以顺利进入气缸，一般进气门在上止点前0°—40°（CA）开始打开，到下止点后40°—70°（CA）关闭，延续时间为200°—290°（CA）。由于活塞下行及进气门座处节流，使气缸内呈负压，因此新鲜充量才能顺利流入气缸。随气门升程渐大，气流通道面积加大，进入气缸的充量增加，使得缸内压力上升，到进气终了时，气流动能部分转为压力能，使气缸压力又有所提高，接近或略高于进气管内压力。一般情况下，进气过程中气缸压力低于进气管内压力，这是由于进气系统存在阻力的缘故。气体速度越高，阻力越大。）4进排气门早开晚关，气门重叠和燃烧室扫气配气相位（定义）进、排气门的实际开、闭时刻和持续时间，称为配气相位，通常用曲轴转角（CA）表示。为了实现最大限度的吸进新鲜空气和排净废气，尽可能地减小换气损失，必须设法延长进、排气时间。因此，进、排气门都是提前开启，滞后关闭。进、排气过程比一个活塞行程长得多。进、排气门早开、晚关的原因：进气门早开晚关是为了增大进入汽缸的混合气量和减少进气过程所消耗的功；排气门早开晚关是为了减少残余废气量和排气过程消耗的功。同时减少残余废气量会相应地增大进气量。气门重叠和燃烧室扫气（定义）由于排气门晚关和进气门提前打开，因而存在进、排气门同时开启的现象，称为气门重叠。在气门重叠开启期内，可利用气流压差和惯性清除残余废气，增加新鲜充量。特别是增压发动机，由于进气压力高和较长的气门重叠时间，可以更好地利用新鲜充量来帮助清除废气和降低燃烧室热区零件的温度，称为燃烧室3扫气。。换气损失，是由排气损失和进气损失两部分组成。1.排气损失（从排气门提前打开到进气过程开始，缸内压力达到大气压力前，循环功的损失称为排气损失，它包括以下两部分。1）自由排气损失w，因排气门早开，排气压力线从b’点开始离开理想循环的膨胀线引起膨胀功的损失。2）强制排气损失y，它是活塞将废气推出所消耗的功。）为了减少排气损失可以选择适当的排气提前角，使（w+y）最小。减小排气系统阻力及排气门处流动损失，是降低排气损失的主要方法。2.进气损失x进气损失主要是指进气过程中，因进气系统的阻力面引起的功的损失，与排气损失相比进气损失较小。（进气损失不仅体现在进气过程所消耗的功上，还体现在进气过程中所吸入的新鲜充量的多少上。因为前者对发动机的热效率、功率影响不大，后者对发动机的性能有显著的影响。）换气损失等于排气损失与进气损失之和，即w+x+y所示面积所代表的功。充气效率是评价发动机换气过程完善程度的指标。充气效率的定义：是实际进入气缸的新鲜充量m与进气状态下充满气缸工作容积的理论新鲜充量ms之比。影响充气效率的因素有进气状态和进气终了状态的气缸压力Pa、温度Ta、残余废气系数、压缩比及配气相位。提高发动机充气效率的措施：减少进气系统的流动损失，减小对新鲜充量的加热，减小排气系统的阻力，合理选择配气相位。第四章增压系统的分类根据驱动增压器所用能量的来源的不同，增压方法基本上可以分为四类。1.机械增压系统(增压器由发动机的曲轴通过机械传动系统直接驱动的称为机械增压器。增压器可用离心式压气机或罗茨式压气机等。进气压力为160—170kPa。因为进气压力越高，机械效率越低，产生的噪声越大，燃油消耗率增加，所以)机械增压器仅适用于小功率柴油机。2.废气涡轮增压系统增压器与发动机无任何机械联系，压气机由内燃机废气驱动的涡轮来带动。在增压压力较高时，为了降低增压空气进入发动机气缸的温度，需要增设空气中间冷却器。该系统应用广泛，一般增压压力可达180—200kPa，最高甚至达到300kPa。)43.复合增压系统(在某些发动机上废气涡轮增压与机械增压并用，这种增压系统称为复合式增压系统。这两种增压系统并用是为了保证二冲程柴油机在起动和低速、低负荷时仍有必要的扫气压力，大功率柴油机上应用较多。另一种复合增压系统，多用于增压度较高的发动机，这种增压系统排气能量除驱动涡轮增压器外，尚有多余能量用于驱动低压动力涡轮，通过变速箱，将多余能量回送给曲轴。安装有复合式增压系统的发动机输出功率大，燃油消耗率低，噪声小，但结构复杂。)4.气波增压系统(发动机曲轴驱动一个特殊的转子，在转子中高压废气直接与空气接触，利用高压废气的脉冲气波迫使空气压缩，提高进气压力。它比涡轮增压低速性能好，结构简单，加工方便，对材料与工艺要求不高，加速性好，工况范围大，但尺寸大，比较笨重，噪声大。)废气涡轮增压器按废气在涡轮机中的不同流动方向分为径流式和轴流式两大类。车辆用发动机多用径流式涡轮增压器离心式压气机，一般由进气装置、工作轮、扩压器、出气涡壳组成。当空气流量减小到某一值后，气流发生强烈脉动，压气机工作不稳，这种现象称为喘振。喘振现象的产生是由于压气机工作轮叶片及扩压叶片局部区域气流发生周期性的严重分离现象所引起的。喘振现象对增压器和柴油机有很大的破坏作用，应设法避免。涡轮机作变工况运行时，燃气在涡轮机中流动，随膨胀比增大，流量随着增大，当膨胀比增加到某一临界值时，流量达到最大值，不再增加了，此种现象称为阻塞现象。涡轮机主要由进气涡壳、喷嘴环、工作轮及出气道等组成恒压与脉冲两种增压系统的比较：1）由于脉冲系统部分利用了废气脉冲能量E1，所以系统的可用能量比恒压系统大。特别是在低增压时，采用脉冲系统增压效果比较明显。2）脉冲增压系统扫气效果好，(因为脉冲系统在扫气时废气压力PT正处于低谷.)3）脉冲系统的加速性能好，(因为其排气系统容积小，当柴油机负荷改变时，排气压力波动立刻发生变化，并迅速传到涡轮机，引起涡轮机转速变化。另外，柴油机转速降低时，脉冲系统可用能比恒压系统大，所以有利于柴油机转矩特性的改善。)4）脉冲系统的绝热效率较低，(这是因为该系统有较大的流动损失、撞击损失和部分进气损失。)5）脉冲系统的涡轮尺寸大，(这是因为脉冲系统流量是脉动的，最大瞬时流量比恒压系统大。排气歧管结构复杂，受每根排气管连接气缸数的限制，在一台柴油机上可能用几个废气涡轮增压器。)汽油机增压的困难：１.爆燃5汽油机增压后，由于混合气压缩始点的压力、温度增高，以及燃烧室受热零件热负荷提高等原因，将促使爆燃的发生，限制汽油机增压。采用降低压缩比、推迟点火时刻、中冷技术解决。２.混合气的调节汽油机采用变量调节，化油器式发动机进行增压时气体流经化油器喉口的压力是变化的，不仅难于精确供应一定浓度的混合气，还增加了一些如增压方案的选择、化油器的密封、加速响应性能等新问题。３.热负荷高汽油机的过量空气系数小，燃烧温度高，膨胀比小，废气温度也比柴油机高200℃～300℃。增压后，汽油机的整体温度水平提高，热负荷问题加重。４.对增压器的特殊要求汽油机要求增压器体积要小、耐高温性能要好、转动惯量要小，同时效率还要保证在一定的范围内，还要求有增压调节装置，这就造成它的成本比柴油机用增压器要高。第六章燃料喷射过程（具体过程，内部变化）（1）喷油延迟阶段：(从喷油泵压出燃油（供油始点）到喷油器针阀开始抬起（喷油始点）为止，这一阶段称为喷油延迟阶段。当柱塞关闭进油孔后，泵油室内燃油被压缩，油压开始升高，直到油压超过高压油管中的剩余压力和出油阀的弹簧压力时，出油阀抬起，至减压环带完全脱离导向孔后，燃油才能进入高压油管，使泵端油管压力升高，并以压力波形式向喷油器端传播。当传播到喷油器针阀处的压力超过针阀的开启压力p0时，针阀才打开，将燃油喷入气缸。从供油始点到喷油始点的时间间隔称为喷油延迟时间，其相应的曲轴转角称喷油延迟角，即喷油延迟角等于供油提前角减去喷油提前角。一般转速升高，喷油延迟角加大；高压油管加长，压力波由泵端到喷油器端的传播时间增加，喷油延迟角亦加大。)（2）主喷射阶段：(从喷油始点到喷油器端压力开始急剧下降时为止，这一阶段称为主喷射阶段。针阀刚开启时，燃油开始喷入气缸，喷油器压力有瞬时下降，随着柱塞继续运动，压力又上升。当柱塞控油斜边打开回油孔时，最初开度很小，因节流作用，泵端压力并不立刻下降。随着柱塞运动，回流孔逐渐开大，泵端压力急剧下降，出油阀落座。因出油阀落座过程减压环带的减压作用，使高压油管压力迅速下降，并影响到喷油器端的压力，因此，喷油器端压力下降较迟。绝大部分燃油是在这一阶段喷入气缸的，其时间长短主要与柱塞有效行程（即柴油机负荷）有关，其次，也受到高压系统容积、出油阀减压作用等因素的影响。)（3）滴漏阶段：(从喷油器端压力开始急剧下降到针阀完全落座（喷油终点）为止，这一阶段称为滴漏阶段。当喷油器端压力下降到针阀关闭压力后，针阀落座，停止喷油。这期间还有少量燃油从喷孔喷出，由于喷油压力降低，燃油雾化不良，故应缩短这一阶段。)油束本身特性：1）喷雾锥角：喷雾锥角与喷油器结构有很大的关系。对相同的喷油器结构，一般用喷雾锥角来标志油束的紧密程度。喷雾锥角大说明油束松散（粒细），小说明油束紧