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发动机的其它代用燃料第二节发动机的总体结构及术语一台由许多机构和系统组成的复杂机器，实现热能到机械能转换（1）机体组（2）曲柄连杆机构（3）配气机构（4）冷却系（5）润滑系（6）启动系（7）燃料供给系（8）点火系（汽油机）第三节发动机的基本术语•气缸•活塞•连杆•气缸盖•气门•凸轮轴•曲轴返回•上止点•下止点•活塞冲程•曲柄半径•燃烧室容积•汽缸工作容积•汽缸的总容积•发动机排量•压缩比返回上止点􀂄下止点活塞冲程S曲柄半径R第二章发动机工作原理•几个重要的基本概念•四冲程发动机的工作过程和原理几个重要的基本概念1.工质：发动机是一种能量转换的工具(机器)，它将某一种形式的能量转变为机械能。燃料在其气缸内部进行燃烧（内燃机），将产生的热能转变成机械能（热机）。发动机气缸内部实现能量转变的媒介物质，称为工作介质，简称工质。现代汽车大多使用活塞式发动机，2.描述工质工作状态的三个基本参数⑴压力：气体作用在单位面积上的垂直力，单位是大气压：外界环境空气的压力标准大气压：在海平面上的大气压真空度：当容器（气缸）内压力低于大气压时，其压力与标准大气压的差值⑵比容：单位质量的工质所占有的容积⑶温度：摄氏温度(单位℃)和开氏温度（单位）aP2/11mNPaakPP1010mVvkgm/315.273tTKK3.发动机的工作循环在发动机工作时，其每个汽缸内部重复进行着进气、压缩、膨胀、做功和排气等五个工作过程，称之为一个工作循环。周而复始地进行着这些循环，发动机才能持续地运转。如果在四个活塞冲程内完成一个工作循环，称之为四冲程发动机。如果在两个活塞冲程内完成一个工作循环，称之为二冲程发动机4.工作循环的示功图：左汽油机，右为柴油机5.发动机的指示性能指标以汽缸内工质对活塞做功为基础建立的指标体系。（1）循环的指示功：一个工作循环内，汽缸内部工质对活塞所做的功。（2）实际循环的热效率：在整个工作循环中，工质燃烧所放出的热量Q不可能全部转换为指示功，其热能转换的百分率，称之为发动机实际循环的热效率iWiQWii6.发动机的有效性能指标以曲轴上对外输出的净功率为基础建立的指标体系（1）有效功率:发动机从曲轴输出的净功率。=–式中为指示功率，为机械损失功率（2）有效转矩:从发动机曲轴输出端测得的转矩。（3）平均有效压力:发动机在单位汽缸工作容积中所做的有效功。（4）有效燃料消耗率:单位有效功的燃油消耗率9550nTPeeeTPGge1000)(hkWg31030niVPpheeePePiPmPiPmPeTepegkWakP7.标定功率并不是该内燃机所能发出的最大功率，而是内燃机厂家根据不同的使用目的而标定的，同一台内燃机的标定功率可以不同。·十五分钟功率：内燃机允许连续运转15分钟的最大有效功率·一小时功率：内燃机允许连续运转1小时的最大有效功率·十二小时功率：内燃机允许连续运转12小时的最大有效功率·持续功率：内燃机允许长期连续工作的最大有效功率8.换气过程9.配气相位•定义：以曲轴转角表示的进、排气门实际开闭时刻及其开启的持续时间•进气提前角α：从进气门开启时刻到活塞上止点为止对应曲轴所转过的角度•进气迟后角β：从进气行程下止点到进气门关闭时刻对应曲轴转过的角度•排气提前角γ：从排气门开启时刻到活塞下止点为止，对曲轴转过的角度。气门的开启需要一定的时间；利用压力差尽量多的排出废气。•排气迟后角δ：从活塞上止点开始到排气门关闭时刻为止对应曲轴转过的角度。利用气流的惯性尽量多的排出废气。配气相位图•进气时：进气门提前α角打开，滞后β角关闭。进气时间为：α+180+β排气时：排气门提前γ角开启，滞后δ角关闭。排气时间为：γ+180+δ气门重叠：活塞在排气行程的上止点附近出现进、排气门同时开启的现象气门重叠角：气门重叠期间的曲轴转角称为气门重叠角，它等于进气提前角与排气迟后角之和α+δ配气相位图（a）配气相位（b）配气相位图上、下止点曲拐位置时的曲轴转角环形图10.充气系数（1）定义:每个工作循环实际进入气缸内的新鲜工质质量与在进气系统进口状态下充满气缸工作容积的新鲜工质质量之比.:在进气行程中实际进入气缸内新鲜工质质量:在进气系统进口状态下，充满气缸工作容积的新鲜工质质量（2）对充气效率的分析1汽油机:0.7—0.85柴油机:0.75—0.90v0GGG0G11.可燃混合气浓度的两种表达法：（1）空燃比（符号R，多为欧美国家采用）·概念：混合气中所含空气与燃料的质量比，亦即燃烧1kg燃料实际供给的空气质量·理论上，1kg汽油完全燃烧需要15kg空气，对汽油机而言：·R=15：称为理想混合气·R15：称为稀混合气·R15：称为浓混合气（2）过量空气系数（符号α，中国及前苏联等采用）·燃烧1kg燃料实际供给的空气质量与理论上1kg燃料完全燃烧所需的空气质量之比。·α=1：称为理想混合气·α1：称为稀混合气·α1：称为浓混合气12.汽油机的两种不正常燃烧现象：（1）爆震燃烧：是汽油机的一种不正常燃烧现象，汽缸中的可燃混合气没有按规定时间由火花塞点燃，而是在远离火花塞处提前自行着火，此时产生爆炸力反推还在进行压缩的活塞，会使发动机产生沉闷的敲缸声。（2）表面点火：在汽油机工作时，由燃烧室内炽热表面（如排气门头部，火花塞绝缘体或零件表面炽热的沉积物等）点燃混合气的现象。13.柴油机燃烧室的结构形式1）直喷式燃烧室又称统一式燃烧室，燃烧室容积集中于活塞顶上的燃烧室凹坑内①ω型燃烧室·结构简单，燃烧室位于活塞顶，喷油器采用孔式喷油器，混合气的形成以空间雾化为主。②球形燃烧室·燃烧室位于活塞顶部的深坑内，采用单孔或双孔喷油器，混合气的形成以油膜蒸发为主。采用螺旋进气道形成强烈的进气涡流。柴油机燃烧室的结构形式2）分隔式燃烧室·分为两个部分，主燃烧室位于活塞顶，而副燃烧室位于缸盖上，主副燃烧室通过通道相同，喷油嘴位于副燃烧室内。①涡流燃烧室:主副燃烧室之间通过狭窄的切向通道相通，空气被挤入涡流室形成强烈有规则涡流运动，大部分柴油在涡流室内燃烧，形成二次涡流混合燃烧②预燃燃烧室:空气被挤入预燃室产生无规则紊流，小部分柴油在预燃室内燃烧，产生二次紊流混合完全燃烧。三、四冲程发动机工作过程及示功图•进气冲程•压缩冲程•做功冲程•排气冲程•工作过程返回四冲程发动机工作过程---进气冲程•排气门关闭，进气门打开。•活塞在曲轴的带动下由上止点向下止点移动(ra段)，活塞顶部气缸容积逐渐增大形成一定的真空度，吸入新鲜气体。•进气冲程结束时，气缸内压力低于大气压。返回•进气提前角：进气门打开时刻与活塞位于上止点之间的曲轴转角（为了获得较多的充气量，活塞到达上止点前就开始开启）•进气迟关角：活塞到达下止点时刻与进气门关闭时刻之间的曲轴转角。（利用空气流动的惯性及气体的动量，使更多的空气充入气缸。）•进气终了时刻：气缸压缩压力p=0.07~0.09MPa大气压；气缸温度T=370~400K。四冲程发动机工作过程---压缩冲程•进、排气门都关闭，气缸内成为封闭容积。•活塞在曲轴的带动下从下止点向上止点运动(ac段)，可燃混合气受到压缩，缸内压力温度都升高：p=0.8~11.4MPa；T=600~700K返回四冲程发动机工作过程---做功冲程•进气门和排气门均保持关闭。•包括燃烧过程和膨胀过程，在压缩上止点前10~15º火花塞跳火，形成火焰中心。•在这一冲程中，可燃混合气燃烧后放出大量的热使气缸内气体温度和压力急剧升高：（p=3~5MPa；T=2200~2700K），推动活塞从上止点运行到下止点。•czb为燃烧和膨胀做功过程。返回四冲程发动机工作过程---排气冲程•排气门打开，进气门关闭。•曲轴通过连杆带动活塞从下止点向上止点移动，废气在活塞的推动下经排气门排出。当活塞到达上止点时，排气冲程结束。•br段:分自由排气阶段和强制排气阶段•排气提前角：•排气晚关角：第三章发动机特性发动机特性的概念•内燃机的主要性能指标随工况而变化的关系称为内燃机特性。若这种关系以曲线的形式表示，称为内燃机特性曲线。发动机速度特性·定义：指发动机的主要性能指标有效转矩Te、有效功率Pe、燃油消耗率ge随其转速变化而变化的关系。包括发动机外特性和发动机部分特性（1）发动机外特性·指节气门全开时的速度特性。发动机的外特性表示了发动机所具有最高动力性能（2）发动机部分特性·指在节气门不全开的任意位置所得到的速度特性发动机负荷的概念•发动机在某一转速发出的有效功率与相同转速下所能发出的最大有效功率的比值，以百分数表示•负荷与功率是两个不同的概念（负荷：发动机在某一转速下实际发出的功率与可能的最大功率之比一、汽油机速度特性汽油机节气门（油门）开度固定不动，其有效功率Pe、转矩Te、耗油率ge、每小时耗油量GT等随转速变化的关系称为汽油机速度特性；此时是通过调整测功器，如逐渐改变水力测功器水量，来改变汽油机的转速；测取前，应将点火提前角、化油器调整完好；测取时，应按规定保持冷却水温度、润滑油温度在最佳状态；节气门保持全开，所测得的速度特性称为外特性；节气门部分开启时所测得的速度特性称部分速度特性。汽油机外特性曲线Ttq的变化取决于ηm、ηi和ηv/Φa随n的变化；be的变化取决于ηm和ηi的变化；Pe的的变化受Ttq和n的共同影响；随着转速增加，ηm、ηi和ηv的变化如右图；汽油机速度外特性实例如右图；汽油机速度外特性是在节气门全开时测得，曲线上每一点表示它在此转速下的最大功率及转矩，代表发动机最高动力性能。汽油机部分速度特性曲线汽车大部分时间是在部分负荷下工作；随着节气门关小，节流损失增大，进气终了的压力pa下降，从而引起ηv下降；随着转速提高，ηv下降的速度更快；节气门开度愈小，转矩Ttq随转速增加而下降得愈快，最大转矩点及最大功率点均向低转速方向移动。二、柴油机速度特性柴油机速度特性:喷油泵的油量调节机构（油门拉杆或齿条）位置固定不动，柴油机性能指标（主要是有效功率Pe、转矩Ttq、耗油率be、每小时耗油量B等）随转速变化的关系；测取时，应将供油提前角、冷却水温、润滑油温度等调整在最佳状态；当油量调节机构固定在标定（或称额定）功率循环供油量位置时，测得的速度特性为标定功率速度特性，习惯上亦称外特性；当油量调节机构固定在小于标定功率循环供油量各个位置时，所测得的速度特性称为部分速度特性。柴油机部分速度特性曲线随着油量调节机构固定位置的减小，循环供油量减小，但Δb随n的变化趋势基本相似；柴油机部分特性Ttq的变化基本与外特性上Ttq平行，即Ttq随转速变化不大；对于经常在部分负荷下工作的汽车发动机，还应作负荷为90％、75％、50％、25％的部分负荷速度特性或作万有特性。1.气缸压力表的压力指示值越高表示气缸压力越高，进气歧管的真空度高是否表示进气的压力高？答：不是。2.什么是发动机实际循环的热效率?为什么它总是小于100％？答：在发动机气缸每个工作循环中，工质燃烧所放出的热量Q不可能全部转换为指示功，其热能转换的百分比称之为发动机实际循环的热效率。⑴由于在做功行程终了，气缸内工质的压力和温度还远高于大气压力和温度，有相当数量的热量通过排气行程排放到大气中去浪费掉；⑵另一方面，在发动机做功膨胀行程中，还有一部分热量通过气缸壁传给冷却系统。所以发动机实际循环的热效率总是小于100％。汽油机：0.25---0.40柴油机：0.40---0.503.柴油机的热效率高于汽油机的主要原因是什么？•答：是因为柴油机的压缩比ε远大于汽油机压缩比。通常柴油机的压缩比ε=12～22，汽油机的压缩比ε=6～9。压缩比ε表示工质（或燃料混合物）在气缸中被压缩的程度。压缩比ε越大，气缸内工质压缩后的压力越大，温度越高，热效率越高。当汽油机压缩比过大时，压缩终了时的气体温度太高，密度太大，易产生爆震。柴油机的压缩比过大时，传力零件受力易产生变形。4.什么是发动机的有效性能指标？各项有效性能指标的表达式是什么？答：发动机的有效性能指标是