汽車發(fā)動機(jī)構(gòu)造與維修第1章 發(fā)動機(jī)基本知識

第1章發(fā)動機(jī)根本知識1.1發(fā)動機(jī)的根本工作原理1.2發(fā)動機(jī)的總體構(gòu)造與型號編制規(guī)那么1.3發(fā)動機(jī)的性能指標(biāo)與熱平衡1.4四沖程發(fā)動機(jī)的換氣1.5汽油機(jī)可燃混合氣的形成與燃燒1.6柴油機(jī)可燃混合氣的形成與燃燒1.7發(fā)動機(jī)特性1.1發(fā)動機(jī)的根本工作原理圖1-1單缸四沖程汽油機(jī)構(gòu)造示意圖

(2)活塞行程：指上、下止點(diǎn)間的距離S。曲軸的回轉(zhuǎn)半徑R稱為曲柄半徑，顯然S＝2R。曲軸每轉(zhuǎn)一周，活塞移動兩個行程。(3)氣缸工作容積:指上、下止點(diǎn)間所包容的氣缸容積，用Vh表示,其單位是升〔L〕。多缸發(fā)動機(jī)各缸工作容積的總和稱為發(fā)動機(jī)工作容積〔俗稱發(fā)動機(jī)排量〕，用VL表示。假設(shè)發(fā)動機(jī)的氣缸數(shù)為i，那么VL＝iVh(4)燃燒室容積:指活塞在上止點(diǎn)時，活塞頂部上方的容積，用Vε表示。(5)氣缸總?cè)莘e：指活塞在下止點(diǎn)時，活塞頂部上方的整個空間，用Va表示。氣缸總?cè)莘e等于氣缸工作容積與燃燒室容積之和，即

Va＝Vh+Vε

(6)壓縮比：指氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比，用ε表示。它表示活塞由下止點(diǎn)運(yùn)動到上止點(diǎn)時，氣缸內(nèi)氣體被壓縮的程度。壓縮比越大，那么壓縮終了時氣缸內(nèi)氣體的壓力和溫度就越高。汽油機(jī)的壓縮比一般為8～10，柴油機(jī)的壓縮比一般為16～22。3.工作原理四沖程汽油機(jī)的工作循環(huán)是由進(jìn)氣、壓縮、作功和排氣四個行程組成的。圖1-3為單缸四沖程汽油機(jī)的工作循環(huán)示意圖。1)進(jìn)氣行程活塞在曲軸帶動下從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動,此時，進(jìn)氣門開啟，排氣門關(guān)閉，如圖1-3(a)所示。在活塞移動的過程中，氣缸內(nèi)容積逐漸增大，形成一定真空度，將可燃混合氣吸入氣缸。由于進(jìn)氣系統(tǒng)有阻力，進(jìn)氣終了時氣缸內(nèi)氣體的壓力約為0.08～0.09MPa?？扇蓟旌蠚獗粴飧妆?、活塞等高溫零件及前一個循環(huán)留下的高溫剩余廢氣加熱，其溫度可升高到370～400K。圖1-3單缸四沖程汽油機(jī)的工作循環(huán)示意圖2)壓縮行程進(jìn)氣行程結(jié)束后，活塞在曲軸的帶動下，從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動。此時，進(jìn)、排氣門均關(guān)閉，如圖1-3(b)所示。隨著活塞的移動，氣缸容積不斷減小，氣缸內(nèi)的可燃混合氣不斷被壓縮，其溫度、壓力同時升高。壓縮終了時，氣缸內(nèi)的壓力約為0.6～1.2MPa，溫度可達(dá)600～700K。

4)排氣行程作功行程終了時，排氣門翻開，進(jìn)氣門仍然關(guān)閉，曲軸通過連桿推動活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(見圖1-3(d))，廢氣在自身剩余壓力和活塞的推動下，被排出氣缸。當(dāng)活塞到達(dá)上止點(diǎn)時，排氣過程結(jié)束，排氣門關(guān)閉。排氣行程結(jié)束時，在燃燒室內(nèi)殘留少量廢氣，稱為剩余廢氣。因?yàn)榕艢庀到y(tǒng)有阻力，所以此時剩余廢氣的壓力比大氣壓力略高，約為0.105～0.12MPa，溫度約為900～1200K。排氣行程終了表示一個工作循環(huán)的結(jié)束，即下一個工作循環(huán)的開始。圖1-4單缸四沖程柴油機(jī)工作的原理(a)進(jìn)氣行程；(b)壓縮行程；(c)作功行程；(d)排氣行程1—噴油器；2—排氣門；3—進(jìn)氣門；4—?dú)飧祝?—噴油泵；6—活塞；7—連桿；8—曲軸

1)進(jìn)氣行程在柴油機(jī)進(jìn)氣行程中，進(jìn)入氣缸的是純空氣。由于柴油機(jī)進(jìn)氣阻力較小，剩余廢氣的溫度較低，因此進(jìn)氣行程結(jié)束時氣缸內(nèi)氣體的壓力較高，約為0.085～0.095MPa，溫度約為310～340K。2)壓縮行程柴油機(jī)壓縮的是純空氣，且由于柴油機(jī)壓縮比高，壓縮終了的溫度和壓力都比汽油機(jī)高，壓力可達(dá)3～5MPa，溫度可達(dá)800～1000K。4)排氣行程柴油機(jī)的排氣行程與汽油機(jī)的根本相同。排氣終了時，氣缸的內(nèi)壓力約為0.105～0.12MPa，溫度約為800～1000K。從上述兩種發(fā)動機(jī)的工作循環(huán)可知：在四個行程中，只有作功行程產(chǎn)生動力，其它三個行程是為作功行程做準(zhǔn)備工作的輔助行程。在發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的第一個循環(huán)時，必須有外力使曲軸旋轉(zhuǎn)完成進(jìn)氣、壓縮行程。發(fā)動機(jī)完成作功行程后，可依靠曲軸和飛輪儲存的能量自行完成三個輔助行程，使發(fā)動機(jī)工作循環(huán)不斷地持續(xù)下去。1.2發(fā)動機(jī)的總體構(gòu)造與型號編制規(guī)那么1.2.1發(fā)動機(jī)的總體構(gòu)造1.曲柄連桿機(jī)構(gòu)曲柄連桿機(jī)構(gòu)主要由氣缸體、曲軸箱、氣缸蓋、活塞、連桿、曲軸和飛輪等組成。其功用是將燃料燃燒時產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)變?yōu)榛钊耐鶑?fù)運(yùn)動的機(jī)械能,再通過連桿將活塞的往復(fù)運(yùn)動的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動而對外輸出動力。

2.配氣機(jī)構(gòu)

配氣機(jī)構(gòu)主要由進(jìn)氣門、排氣門、搖臂、推桿、凸輪軸和凸輪軸正時齒輪等組成。其功用是使可燃混合氣或空氣適時充入氣缸并及時從氣缸排出廢氣。

3.燃料供給系化油器式汽油供給系主要由汽油箱、汽油泵、汽油濾清器、化油器、空氣濾清器、進(jìn)排氣歧管、排氣消聲器等組成。電子控制汽油噴射系統(tǒng)主要由汽油箱、電動汽油泵、汽油濾清器、壓力調(diào)節(jié)器、噴油器、空氣濾清器、空氣流量計或進(jìn)氣壓力傳感器、水溫傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器、曲軸位置傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、氧傳感器、電子控制單元(ECU)、怠速控制閥、進(jìn)排氣歧管、排氣消聲器等組成。高壓油泵-噴油器的柴油機(jī)燃料供給系主要由柴油箱、柴油濾清器、輸油泵、噴油泵、噴油器、空氣濾清器、進(jìn)排氣歧管、排氣消聲器等組成。柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)分為位置控制式〔第一代〕、時間控制式〔第二代〕和共軌控制式〔第三代〕三種類型。共軌控制式主要由加速踏板位置傳感器、油泵壓力傳感器、電子控制單元(ECU)、燃油壓力傳感器、共軌管、三通閥、高壓油泵、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器等組成。燃料供給系的功用是根據(jù)發(fā)動機(jī)的工作要求，定時、定量、定壓提供最正確濃度的可燃混合氣。4.潤滑系潤滑系主要由機(jī)油泵、集濾器、限壓閥、潤滑油道、機(jī)油濾清器、油底殼等組成。其功用是減小摩擦力，減緩機(jī)件磨損，并局部地冷卻摩擦零件，清洗摩擦外表。5.冷卻系冷卻系主要由散熱器、風(fēng)扇、水泵、水套等組成。其功用是將機(jī)件多余的熱量散發(fā)到大氣中，以保持發(fā)動機(jī)正常的工作溫度。圖1-5上海別克君威轎車2.5L發(fā)動機(jī)前剖面圖

圖1-6上海別克君威轎車2.5L發(fā)動機(jī)側(cè)剖面圖

圖1-7WD615增壓中冷柴油機(jī)縱、橫剖視面圖(a)縱剖面圖；(b)橫部面圖

1.2.2發(fā)動機(jī)的型號編制規(guī)那么GB/T725—1991規(guī)定，發(fā)動機(jī)的型號由阿拉伯?dāng)?shù)字〔以下簡稱數(shù)字〕、漢語拼音字母〔以下簡稱字母〕和GB1883中規(guī)定關(guān)于氣缸布置所規(guī)定的象形字符號組成。發(fā)動機(jī)的型號依次包括以下四局部：1.首部首部由產(chǎn)品系列符號、換代標(biāo)志符號和地方及企業(yè)代號組成，它由制造廠根據(jù)需要自選相應(yīng)的字母來表示，但需主管部門或由主管標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)核準(zhǔn)。2.中部中部由缸數(shù)符號、沖程符號、氣缸排列形式符號和缸徑符號組成。3.后部后部由結(jié)構(gòu)特征符號和用途特征符號組成，它用字母表示。4.尾部尾部由區(qū)分符號組成。同一系列產(chǎn)品因改進(jìn)等原因需要區(qū)分時，由制造廠選用適當(dāng)?shù)姆杹肀硎尽０l(fā)動機(jī)的型號編制規(guī)那么如圖1-8所示。圖1-8發(fā)動機(jī)的型號編制規(guī)那么【例1-1】汽油機(jī)的型號492Q——四缸、直列、四沖程、缸徑92mm、水冷、汽車用。EQ6100Q—1——東風(fēng)汽車制造公司生產(chǎn)、直列、四沖程、六缸、缸徑100mm、水冷、汽車用、第一種變型產(chǎn)品?！纠?-2】柴油機(jī)的型號6135Q——6缸、直列、四沖程、缸徑135mm、水冷、車用。12V135ZG——12缸、氣缸V型排列、四沖程、缸徑135mm、水冷、增壓、工程機(jī)械用。12VE230ZCZ——12缸、氣缸V型排列、二行程、缸徑230mm、水冷、增壓、船用主機(jī)左機(jī)根本型。1.2.3國外發(fā)動機(jī)型號的含義國外發(fā)動機(jī)型號無統(tǒng)一編制規(guī)那么，由生產(chǎn)廠家自定。1.日本豐田汽車公司發(fā)動機(jī)型號○□—□①②③①表示區(qū)分符號，用阿拉伯?dāng)?shù)字表示。②表示系列，用一個或多個英文字母表示。③表示結(jié)構(gòu)特征，用一個或多個英文字母表示。其中：E表示電子控制燃油噴射；T表示渦輪增壓；Z表示機(jī)械增壓；F表示頂置雙凸輪軸，由一根皮帶同時驅(qū)動；G表示頂置雙凸輪軸，一根凸輪軸由一根皮帶驅(qū)動，另一根凸輪軸由主動凸輪軸驅(qū)動。

【例1-3】1UZ—FE表示區(qū)分符號是1、UZ系列〔V型8缸、進(jìn)排氣門采用可變配氣相位VVT—I的機(jī)構(gòu)〕、頂置雙凸輪軸，由一根皮帶同時驅(qū)動的電子控制燃油噴射的發(fā)動機(jī)。【例1-4】3UZ—FE除了區(qū)分符號是3外，其它字母的含義與1UZ—FE相同，但3UZ—FE發(fā)動機(jī)的排量是4.3L,而1UZ—FE發(fā)動機(jī)的排量是4.0L。2.瑞典沃爾沃汽車公司發(fā)動機(jī)型號□□○□□①②③④⑤①表示所使用的燃料，用英文字母表示，F(xiàn)為汽油機(jī)，D為柴油機(jī)。②表示發(fā)動機(jī)氣缸布置的型式，用英文字母表示，H表示直列臥式，V表示氣缸V布置。③表示發(fā)動機(jī)的排量，用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，單位是升〔L〕。④表示發(fā)動機(jī)的改進(jìn)型，用英文字母表示。⑤表示發(fā)動機(jī)輸出功率，用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，單位是馬力〔匹〕?！纠?-5】DH12D420表示柴油機(jī)、氣缸直列臥式、排量12L、經(jīng)改進(jìn)為D型、功率是420匹的發(fā)動機(jī)。4．美國康明斯發(fā)動機(jī)公司發(fā)動機(jī)型號 ○□□□○ ①②③④⑤①表示發(fā)動機(jī)的缸數(shù)，用阿拉伯?dāng)?shù)字表示。②表示發(fā)動機(jī)的系列代號，用英文字母表示。③表示廢氣渦輪增壓器，用英文字母T表示。④表示進(jìn)氣中間冷卻，用英文字母A表示。⑤表示發(fā)動機(jī)的排量，用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，單位是升〔L〕?！纠?-6】東風(fēng)汽車公司生產(chǎn)的汽車EQ1108、EQ1118、EQ1141和EQ2100等車型使用美國康明斯柴油機(jī)6B5.9、6BT5.9、6BTA5.9，這三種柴油機(jī)表示的含義如下：6B5.9表示B系列、6缸、自然吸氣、排量是5.9L的柴油機(jī)。6BT5.9表示B系列、6缸、廢氣渦輪增壓、排量是5.9L的柴油機(jī)。6BTA5.9表示B系列、6缸、廢氣渦輪增壓、進(jìn)氣中間冷卻、排量是5.9L的柴油機(jī)。

1.3發(fā)動機(jī)的性能指標(biāo)與熱平衡

發(fā)動機(jī)的性能指標(biāo)1.動力性指標(biāo)動力性指標(biāo)是表征發(fā)動機(jī)作功能力大小的指標(biāo)。一般用發(fā)動機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩、有效功率、轉(zhuǎn)速和平均有效壓力等作為評價發(fā)動機(jī)動力性好壞的指標(biāo)。(1)有效功率：發(fā)動機(jī)對外輸出的功率，記作Pe，單位為kW。Pe可用臺架試驗(yàn)方法測定，也可用測功器測定有效轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，

然后用如下公式計算出：

〔1-1〕(2)有效轉(zhuǎn)矩：發(fā)動機(jī)對外輸出的轉(zhuǎn)矩，記作Me，單位為N·m。它可通過發(fā)動機(jī)臺架試驗(yàn)來測定，也可用下式進(jìn)行計算:〔1-2〕(3〕平均有效壓力：發(fā)動機(jī)單位氣缸工作容積發(fā)出的有效功，記作Ｐe。它從發(fā)動機(jī)實(shí)際輸出功的角度評定氣缸工作容積的利用率。對于氣缸工作總?cè)莘e和一定的發(fā)動機(jī)，Ｐe值大，那么其對外輸出的功多，扭矩大。所以，Ｐe是發(fā)動機(jī)重要的動力性能指標(biāo)。柴油機(jī)Ｐe值的一般范圍為588～980kPa；汽油機(jī)Ｐe值的一般范圍為588～1170kPa。(4)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速：發(fā)動機(jī)曲軸每分鐘的回轉(zhuǎn)數(shù)，用n表示，單位為r／min。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的上下，關(guān)系到單位時間內(nèi)作功次數(shù)的多少或發(fā)動機(jī)有效功率的大小，即發(fā)動機(jī)的有效功率隨轉(zhuǎn)速的不同而改變。因此，在說明發(fā)動機(jī)有效功率的大小時，必須同時指明其相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。在發(fā)動機(jī)產(chǎn)品標(biāo)牌上規(guī)定的有效功率及其相應(yīng)的轉(zhuǎn)速分別稱作標(biāo)定功率和標(biāo)定轉(zhuǎn)速。發(fā)動機(jī)在標(biāo)定功率和標(biāo)定轉(zhuǎn)速下的工作狀況稱作標(biāo)定工況。標(biāo)定功率不是發(fā)動機(jī)所能發(fā)出的最大功率，它是根據(jù)發(fā)動機(jī)用途而制定的有效功率的最大使用限度。同一種型號的發(fā)動機(jī)，當(dāng)其用途不同時，其標(biāo)定功率值并不相同。2.經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)

發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)包括有效熱效率和有效燃油消耗率等。(1)有效熱效率：燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)化為有效功的百分?jǐn)?shù)，記作ηe。這說明，為獲得一定數(shù)量的有效功所消耗的熱量越少，有效熱效率越高，發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性越好。(2〕有效燃油消耗率:發(fā)動機(jī)每輸出1kW·h的有效功所消耗的燃油量，記作ge，單位為g/(kW·h)。有效燃油消耗率越低，經(jīng)濟(jì)性越好。ge可用測功器與油耗儀來測定。3．強(qiáng)化指標(biāo)強(qiáng)化指標(biāo)是指發(fā)動機(jī)承受熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷能力的評價指標(biāo)。評價指標(biāo)主要是升功率，記作PL。升功率是指發(fā)動機(jī)在標(biāo)定工況下，單位發(fā)動機(jī)排量輸出的有效功率。升功率大，說明每升氣缸工作容積發(fā)出的有效功率大，發(fā)動機(jī)的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷都高。PL是從發(fā)動機(jī)有效功率出發(fā)，對其氣缸工作容積的利用率作總的評價。PL值愈大，那么發(fā)動機(jī)強(qiáng)化程度愈高。提高PL的主要措施是提高Pe和n。柴油機(jī)PL值的一般范圍為11～25.8kW/L；汽油機(jī)PL值的一般范圍為22～55kW/L。

4.緊湊性指標(biāo)緊湊性指標(biāo)是用來表征發(fā)動機(jī)總體結(jié)構(gòu)緊湊程度的指標(biāo)，通常用比容積和比質(zhì)量衡量。(1)比容積：發(fā)動機(jī)的外廓體積與其標(biāo)定功率的比值。(2)比質(zhì)量：發(fā)動機(jī)的干質(zhì)量與其標(biāo)定功率的比值。干質(zhì)量是指未加注燃油、機(jī)油和冷卻液的發(fā)動機(jī)質(zhì)量。

比容積和比質(zhì)量越小，發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)越緊湊。

5.環(huán)境保護(hù)指標(biāo)

環(huán)境保護(hù)指標(biāo)主要指發(fā)動機(jī)污染物的排放量和噪聲分貝量。由于它關(guān)系到人類的健康及其賴以生存的環(huán)境，因此各國政府都制定出了嚴(yán)格的控制法規(guī)，這是控制機(jī)動車排氣污染的有效措施。當(dāng)前，發(fā)動機(jī)污染物的排放量和噪聲分貝量已成為發(fā)動機(jī)的重要性能指標(biāo)。

在發(fā)動機(jī)污染物的排放量方面，主要限制一氧化碳(CO)、碳?xì)浠衔?HC)、氮氧化合物(NOx)及除水以外的任何液體或固體微粒的排放量。目前，除了北京、上海和廣州新增車輛實(shí)施國Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)(見表1-1)，其他省市執(zhí)行國Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)施國Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)，能大幅降低新車的一氧化碳、碳?xì)浠衔?、氮氧化合物以及顆粒物等污染物的排放總量。據(jù)專家研究，7輛執(zhí)行國Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)的汽車，相當(dāng)于1輛化油器車的污染物排放量，14輛執(zhí)行國Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)的汽車，才相當(dāng)于1輛化油器車的污染物排放量。

表1-1機(jī)動車國Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)

機(jī)動車國Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)與國Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)的主要區(qū)別有以下幾方面：(1)加嚴(yán)了污染物排放限值，平均污染物排放量削減50%以上。(2)改變了局部試驗(yàn)規(guī)程。(3)增加了-7℃低溫冷起動試驗(yàn)要求和雙怠速試驗(yàn)內(nèi)容。(4)增加了OBD系統(tǒng)及其功能的要求。OBD系統(tǒng)是OnBoardDiagnostics的縮寫，中文翻譯為“車載自動診斷系統(tǒng)〞。這個系統(tǒng)將從發(fā)動機(jī)的運(yùn)行狀況隨時監(jiān)控汽車的尾氣是否超標(biāo)，假設(shè)超標(biāo)，那么會馬上發(fā)出警示。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，故障燈或檢查發(fā)動機(jī)敏告燈亮，同時動力總成控制模塊〔PCM〕將故障信息存入存儲器。根據(jù)故障碼的提示，維修人員能迅速、準(zhǔn)確地確定故障的性質(zhì)和部位。(5)增加了在用車符合性檢查及其判定規(guī)程。(6)對試驗(yàn)用燃料提出了更嚴(yán)格的要求。噪聲是指對人的健康造成不良影響及對學(xué)習(xí)、工作和休息等正常活動發(fā)生干擾的聲音。由于汽車是城市中的主要噪聲源之一，而發(fā)動機(jī)又是汽車的主要噪聲源，因此控制發(fā)動機(jī)的噪聲就顯得十分重要。我國機(jī)動車噪聲控制的范圍在90～115dB之間。

6.可靠性指標(biāo)可靠性指標(biāo)是表征發(fā)動機(jī)在規(guī)定的使用條件下，正常持續(xù)工作能力的指標(biāo)。可靠性有多種評價方法，如首發(fā)故障行駛里程、平均故障間隔里程、主要零件的損壞率等。7.耐久性指標(biāo)

耐久性指標(biāo)是指發(fā)動機(jī)的主要零件磨損到不能繼續(xù)正常工作的極限時間，通常用發(fā)動機(jī)的大修里程，即發(fā)動機(jī)從出廠到第一次大修之間汽車行駛的里程數(shù)來衡量。大修里程的長短與發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、強(qiáng)化程度、零件的材料及加工精度和使用條件等諸多因素有密切關(guān)系。

1.3.2發(fā)動機(jī)的熱平衡在發(fā)動機(jī)的氣缸中，燃料燃燒后所放出的總熱量，只有25%～40%轉(zhuǎn)化為有效功。其他局部均以不同方式散失于外界。燃料燃燒發(fā)出的總熱量在有效功和各種損失之間的分配利用情況，稱為發(fā)動機(jī)的熱平衡。它通常由實(shí)驗(yàn)測定。研究熱平衡對改善發(fā)動機(jī)的熱力過程與設(shè)計、使用都有重要的意義。燃料燃燒發(fā)出的總熱量QI大體分配如下：(1)化為有效功的熱量Qe。Qe愈大，即轉(zhuǎn)化為有效功的熱量愈多，發(fā)動機(jī)熱效率愈高。對于汽油機(jī)，Qe與QI的比值為20%～30%；對于柴油機(jī)，Qe與QI的比值為30%～40%。(2)傳遞給冷卻介質(zhì)的熱量Qs。冷卻介質(zhì)指冷卻水或冷卻空氣以及潤滑油等。在這局部損失的熱量中，包括工作循環(huán)中的工質(zhì)向氣缸壁及燃燒室壁的傳熱損失，廢氣通過排氣道時傳給冷卻介質(zhì)的熱量，由機(jī)械摩擦產(chǎn)生而傳給冷卻介質(zhì)的熱量。(3)廢氣帶走的熱量Qr。廢氣排出時，溫度很高，所以廢氣帶走的熱量占大多數(shù)。對于汽油機(jī)，Qr與QI的比值為40%～45%；對于柴油機(jī)，Qr與QI的比值為是35%～40%。柴油機(jī)的燃?xì)馀蛎洺浞?，排氣溫度低。所以，柴油機(jī)廢氣帶走的熱量比汽油機(jī)的少。(4)其它熱損失QL。這局部包括所有未計及的熱損失，如輻射熱損失、不完全燃燒損失等。QL與QI的比值約為5%。3)泵氣損失進(jìn)、排氣過程所消耗的功在測定機(jī)械損失時很難別離出去，所以把它包括在機(jī)械損失中。它約占全部機(jī)械損失的10%～20%。機(jī)械損失功率可通過發(fā)動機(jī)臺架試驗(yàn)測定。常用的試驗(yàn)方法有倒拖法和滅缸法。2.機(jī)械效率有效功率Pe和指示功率Pi(在單位時間內(nèi)，發(fā)動機(jī)完成一個工作循環(huán)工質(zhì)對活塞所作的功)的比值，稱為機(jī)械效率，記作ηm。ηm用于比較各種不同發(fā)動機(jī)的機(jī)械損失大小。ηm值愈高，說明機(jī)械損失愈小，發(fā)動機(jī)性能愈好。3.影響機(jī)械損失的主要因素1)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速當(dāng)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速n升高時，機(jī)械損失的各組成局部均有顯著的增加。n升高，各摩擦面間的相對速度加大，而且運(yùn)動件的慣性力加大，使活塞的側(cè)壓力和軸承負(fù)荷增加，因此，機(jī)械損失增加。2)發(fā)動機(jī)的負(fù)荷發(fā)動機(jī)的負(fù)荷通常是指發(fā)動機(jī)的阻力矩大小。由于平均有效壓力正比于扭矩，故常用它來表示負(fù)荷。有時也用功率或其百分?jǐn)?shù)來表示負(fù)荷。由于機(jī)械損失的主要成分是摩擦損失，而摩擦損失主要取決于機(jī)件的相對運(yùn)用速度，故轉(zhuǎn)速一定由負(fù)荷減少〔發(fā)動機(jī)的阻力矩減少，相應(yīng)地減少油門開度〕時，機(jī)械損失的有效功率根本不變，而指示功率減少很多，使發(fā)動機(jī)的機(jī)械效率下降。當(dāng)有效功率為零時，指示功率全部用來克服機(jī)械損失的功率，機(jī)械效率為零。3)潤滑油的品質(zhì)和冷卻液的溫度潤滑油的粘度直接影響摩擦損失的大小。粘度大，摩擦損失大，但其承載能力強(qiáng)，易于保持液體潤滑狀態(tài)。潤滑油的粘度不僅與其品種牌號有關(guān)，還受溫度的影響，溫度升高，粘度減小。選用潤滑油的粘度應(yīng)根據(jù)發(fā)動機(jī)的性能和使用條件，在保證潤滑可靠的前提下，盡量選用粘度較小粘度隨溫度的變化小的潤滑劑。

冷卻液的溫度直接影響著潤滑油的溫度，也就影響摩擦損失的大小。當(dāng)油溫偏低時，因其粘度增大，所以機(jī)械損失功率增加，正如發(fā)動機(jī)在冷起動和暖車過程中，機(jī)械損失功率特別大；當(dāng)油溫偏高時，因其粘度降低，摩擦外表的油膜被破壞，出現(xiàn)半干摩擦狀態(tài)，所以摩擦損失增加。在使用中，應(yīng)嚴(yán)格保持發(fā)動機(jī)的潤滑油和冷卻液的溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)。如水溫一般為85～95℃。為減小摩擦損失，還應(yīng)特別注意機(jī)油濾清器的保養(yǎng)，按規(guī)定更換潤滑油。1.4四沖程發(fā)動機(jī)的換氣

1.4.1四沖程發(fā)動機(jī)換氣過程分析1．換氣過程發(fā)動機(jī)上一個循環(huán)的排氣門開啟直到下一個循環(huán)的進(jìn)氣門關(guān)閉的整個時期，稱為四沖程發(fā)動機(jī)的換氣過程，它約占410°～480°曲軸轉(zhuǎn)角。根據(jù)氣體的流動特點(diǎn)，換氣過程可分為自由排氣、

強(qiáng)制排氣和進(jìn)氣三個階段，如圖1-9所示。

圖1-9換氣過程中氣缸和排氣管內(nèi)壓力變化及進(jìn)排氣門的開啟面積

(1〕自由排氣階段。排氣門開始開啟到氣缸內(nèi)壓力接近于排氣管內(nèi)壓力的時期，稱為自由排氣階段。此階段一般在下止點(diǎn)前開始，為了減小排氣所消耗的功及在排氣行程開始時，排氣門有較大的開度，排氣門應(yīng)提前開啟，一般提前40°～80°的曲軸轉(zhuǎn)角開啟，即排氣門提前角，用φp1表示。(2〕強(qiáng)制排氣階段。上行的活塞將廢氣強(qiáng)制排出的階段，稱為強(qiáng)制排氣階段。如果排氣門在活塞到達(dá)上止點(diǎn)時關(guān)閉，那么在活塞接近上止點(diǎn)時，排氣門的開度已經(jīng)很小，這會增大排氣阻力，使氣缸內(nèi)剩余廢氣量增加，且增加排氣所消耗的功，因此，排氣門一般遲關(guān)10°～30°的曲軸轉(zhuǎn)角，即排氣遲后角，用φp2表示。整個過程的持續(xù)時間相當(dāng)于轉(zhuǎn)角230°～290°。(3〕進(jìn)氣過程。在強(qiáng)制排氣的后期，當(dāng)活塞處于上止點(diǎn)前某一曲軸轉(zhuǎn)角時，進(jìn)氣門就開始翻開；當(dāng)活塞到達(dá)上止點(diǎn)，進(jìn)氣行程開始時，進(jìn)氣門已有較大的開啟面積，可使新鮮氣體順利充入氣缸。從進(jìn)氣門翻開到上止點(diǎn)這段曲軸轉(zhuǎn)角，稱為進(jìn)氣提前角φj1，一般為10°～30°。當(dāng)進(jìn)氣行程結(jié)束，活塞到下止點(diǎn)后某一曲軸轉(zhuǎn)角時，進(jìn)氣門關(guān)閉。其目的是利用氣流的慣性與壓力差(p0～p)繼續(xù)向氣缸內(nèi)充氣，增加充氣量。進(jìn)氣遲后角φj2為40°～80°。整個進(jìn)氣過程持續(xù)時間相當(dāng)于曲軸轉(zhuǎn)角230°～290°。由于排氣門遲后關(guān)閉，進(jìn)氣門提前開啟而存在著進(jìn)、排氣門同時開啟的現(xiàn)象，稱為氣門疊開。氣門疊開期間進(jìn)氣管、氣缸、排氣管連通起來，可以利用氣流壓力差和慣性去除缸內(nèi)廢氣，增加進(jìn)氣量。非增壓發(fā)動機(jī)的氣門疊開角為20°～60°曲軸轉(zhuǎn)角。假設(shè)氣門疊開角過大，可能會引起廢氣倒流入進(jìn)氣管的現(xiàn)象。將進(jìn)氣門、排氣門的實(shí)際開閉時刻用相對于上、下止點(diǎn)位置的曲軸轉(zhuǎn)角的環(huán)形圖表示，稱為配氣相位圖，如圖1-10所示。圖1-10非增壓發(fā)動機(jī)的配氣相位圖

2．換氣損失與泵氣損失1〕換氣損失換氣損失分排氣損失和進(jìn)氣損失兩局部，如圖1-11所示。圖1-11四沖程發(fā)動機(jī)的換氣損失

〔1〕排氣損失。從排氣門提前翻開到進(jìn)氣行程開始，缸內(nèi)壓力到達(dá)進(jìn)氣管內(nèi)壓力前循環(huán)功的損失，稱為排氣損失。它可以分為自由排氣損失和強(qiáng)制排氣損失。自由排氣損失：由于排氣門提前翻開，排氣壓力線從b′點(diǎn)開始偏離理論循環(huán)膨脹線而引起膨脹功的減少，圖中用面積W表示。強(qiáng)制排氣損失：活塞將廢氣推出所消耗的功，圖中用面積Y表示。假設(shè)排氣提前角φp1增大，那么面積W增大，而面積Y相應(yīng)減??；反之，假設(shè)φp1減小，那么W減小，Y增大。最有利的φp1應(yīng)使面積(W+Y)為最小，即排氣損失最小。(2)進(jìn)氣損失。進(jìn)氣過程中克服進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力所消耗的功，稱為進(jìn)氣損失，圖中用面積X表示。它比排氣損失小。

進(jìn)氣損失與排氣損失之和，

即為換氣損失，用面積(W+X+Y)表示。

2〕泵氣損失

泵氣損失是換氣損失的一局部，用面積(X+Y-d)表示。1.4.2充氣系數(shù)在發(fā)動機(jī)進(jìn)氣過程中，實(shí)際進(jìn)入氣缸的新鮮充量與在進(jìn)氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的新鮮充量的比值，稱為充氣系數(shù)，用符號ηv表示，即式中：ΔG、Δm——實(shí)際進(jìn)氣氣缸的新鮮充量的重量、質(zhì)量；ΔＧ0、Δm0——進(jìn)氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的新鮮充量的重量、質(zhì)量。所謂進(jìn)氣狀態(tài)，是指空氣濾清器后進(jìn)氣管內(nèi)的氣體狀態(tài)。為測量上的方便，在非增壓發(fā)動機(jī)上一般都采用當(dāng)時的大氣狀態(tài)。在增壓發(fā)動機(jī)上采用增壓器出口狀態(tài)。由式(1-3)可見，充氣系數(shù)與氣缸容積無關(guān)，因而，可用來評定不同排量的發(fā)動機(jī)換氣過程的良好程度。ηv的值越大，說明每循環(huán)實(shí)際充氣量越多，每循環(huán)可燃燒的燃料隨之增加，因而單位氣缸工作容積的有效功及發(fā)動機(jī)的扭矩和功率也越大,發(fā)動機(jī)的動力性好。因此，總是希望ηv值高。但對于非增壓的發(fā)動機(jī)來說，ηv總是小于1的。因?yàn)檫M(jìn)氣終了的壓力總是低于大氣壓力，進(jìn)氣終了的溫度總是高于大氣的溫度。實(shí)際發(fā)動機(jī)的充氣系數(shù)多用實(shí)驗(yàn)方法測定。一般非增壓的發(fā)動機(jī)在全負(fù)荷工況工作時汽油機(jī)的ηv數(shù)值的大致范圍為0.75～0.85；柴油機(jī)的ηv數(shù)值的大致范圍為0.75～0.90。實(shí)踐證明：提高充氣系數(shù)可增加發(fā)動機(jī)的功率和扭矩。在使用中保持充氣系數(shù)ηv正常的措施如下：(1〕加強(qiáng)日常維護(hù)，保持空氣濾清器的清潔，按規(guī)定更換濾芯。(2〕在低溫使用發(fā)動機(jī)時，要對進(jìn)氣管進(jìn)行加熱。(3〕要定期檢查與調(diào)整配氣相位，使之符合要求。(4〕進(jìn)氣管接頭連接完好，防止進(jìn)氣管凹癟、破損、堵塞和老化。1.4.3可變進(jìn)氣管控制系統(tǒng)1．控制原理發(fā)動機(jī)工作時，由于進(jìn)氣過程具有間歇性和周期性，空氣在進(jìn)氣管內(nèi)流動時會產(chǎn)生一種壓力波，這種壓力波對發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣量會產(chǎn)生一定的影響。如，在進(jìn)氣門關(guān)閉前夕，傳到進(jìn)氣門處的正壓波可以以較高壓力將空氣送入氣缸內(nèi)，起到了增壓作用，從而到達(dá)了提高進(jìn)氣量的效果。進(jìn)氣管長度、直徑等進(jìn)氣系統(tǒng)參數(shù)都會改變進(jìn)氣壓力波，因而適當(dāng)?shù)卣{(diào)整和控制這些參數(shù)，可以有效地利用進(jìn)氣壓力波提高充氣效率。

2．控制方法

對于由一定長度和直徑的進(jìn)氣歧管、進(jìn)氣總管和氣室組成的進(jìn)氣系統(tǒng)，在一定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，可以增加進(jìn)氣量和發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩，但不能同時兼顧高、低轉(zhuǎn)速時的進(jìn)氣量和轉(zhuǎn)矩。為了充分利用進(jìn)氣波動效應(yīng)，電控燃油噴射的發(fā)動機(jī)采用了諧波進(jìn)氣控制系統(tǒng)(ACIS)，即可變進(jìn)氣管系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)證明，在中低轉(zhuǎn)速時，較細(xì)長的進(jìn)氣管充氣效果較好；而在高轉(zhuǎn)速時，粗短的進(jìn)氣管充氣效果較好。因此，對于采用多點(diǎn)燃油噴射系統(tǒng)的汽油機(jī)來說，可以按照氣體壓力波傳播的特點(diǎn)設(shè)計進(jìn)氣道，使進(jìn)氣道的長度、形狀都可以改變。可利用進(jìn)氣動態(tài)效應(yīng)來提高充氣效率。

1)進(jìn)氣管長度可變結(jié)構(gòu)圖1-12為一種能根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變化而自動改變進(jìn)氣管有效長度的進(jìn)氣控制系統(tǒng)示意圖。當(dāng)發(fā)動機(jī)中低速運(yùn)轉(zhuǎn)時，電腦5指令轉(zhuǎn)換閥3關(guān)閉，空氣沿彎曲而細(xì)長的進(jìn)氣管進(jìn)入氣缸，細(xì)長的進(jìn)氣管增強(qiáng)了氣流的慣性，提高了進(jìn)氣速度，進(jìn)氣量增多；當(dāng)發(fā)動機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)換閥3開啟，空氣直接進(jìn)入短粗的進(jìn)氣管，

短粗的進(jìn)氣管阻力小，使進(jìn)氣量增多。

圖1-12進(jìn)氣管長度可變結(jié)構(gòu)1—空氣濾清器；2—節(jié)氣門；3—轉(zhuǎn)換閥；4—轉(zhuǎn)換閥控制機(jī)構(gòu)；5—電腦

2〕進(jìn)氣管截面可變結(jié)構(gòu)圖1-13為一種能根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變化而自動改變進(jìn)氣管有效截面的進(jìn)氣控制系統(tǒng)示意圖。圖中顯示每個氣缸：有4個氣門(兩個進(jìn)氣門和兩個排氣門)，2個進(jìn)氣門各配有一個進(jìn)氣管道，其中一個進(jìn)氣管道中裝有進(jìn)氣轉(zhuǎn)換閥。當(dāng)發(fā)動機(jī)低轉(zhuǎn)速中、小負(fù)荷工作時，轉(zhuǎn)換閥關(guān)閉，發(fā)動機(jī)進(jìn)氣管道的有效截面變小，此時進(jìn)氣流速提高，進(jìn)氣慣性增大，可提高發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩；當(dāng)發(fā)動機(jī)高轉(zhuǎn)速大負(fù)荷工作時，電腦指令轉(zhuǎn)換閥開啟，兩條進(jìn)氣管道同時工作，此時進(jìn)氣截面增加，進(jìn)氣阻力減小，充氣量增加，可提高發(fā)動機(jī)高轉(zhuǎn)速時的動力性。圖1-13進(jìn)氣管截面可變結(jié)構(gòu)

1．增壓的種類增壓有機(jī)械增壓、渦輪增壓和氣波增壓等三種根本類型。實(shí)現(xiàn)空氣增壓的裝置稱為增壓器。各種增壓類型所用的增壓器分別稱為機(jī)械增壓器、渦輪增壓器和氣波增壓器。機(jī)械增壓器由發(fā)動機(jī)曲軸經(jīng)齒輪增速器驅(qū)動，或由曲軸齒形傳動帶輪經(jīng)齒形傳動帶及電磁離合器驅(qū)動。渦輪增壓器是將發(fā)動機(jī)排出的廢氣引入渦輪機(jī)，利用廢氣所包含的能量推動渦輪機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)，并帶動與其同軸安裝的壓氣機(jī)葉輪工作，新鮮空氣在壓氣機(jī)內(nèi)增壓后進(jìn)入氣缸。渦輪增壓也稱廢氣渦輪增壓，渦輪增壓器與發(fā)動機(jī)沒有機(jī)械的聯(lián)系。氣波增壓器中有一個特殊形狀的轉(zhuǎn)子，由發(fā)動機(jī)曲軸帶輪經(jīng)傳動帶驅(qū)動。在轉(zhuǎn)子中發(fā)動機(jī)排出的廢氣直接與空氣接觸，

利用排氣壓力波使空氣受到壓縮，

以提高進(jìn)氣壓力。

2．渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理車用渦輪增壓器由離心式壓氣機(jī)和徑流式渦輪機(jī)及中間體三局部組成(見圖1-14)。增壓器軸5通過兩個浮動軸承9支承在中間體14內(nèi)。中間體內(nèi)有潤滑和冷卻軸承的油道，還有防止?jié)櫥吐┤雺簹鈾C(jī)或渦輪機(jī)中的密封裝置等。圖1-14渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)

1〕離心式壓氣機(jī)如圖1-14所示，離心式壓氣機(jī)由進(jìn)氣道6、壓氣機(jī)葉輪3、無葉式擴(kuò)壓管2及壓氣機(jī)蝸殼1等組成。葉輪包括葉片和輪轂，并由增壓器軸5帶動旋轉(zhuǎn)。當(dāng)壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)時，空氣經(jīng)進(jìn)氣道進(jìn)入壓氣機(jī)葉輪，并在離心力的作用下沿著壓氣機(jī)葉片之間形成的流道，從葉輪中心流向葉輪的周邊。空氣從旋轉(zhuǎn)的葉輪獲得能量，使其流速、壓力和溫度均有較大的增高，然后進(jìn)入無葉式擴(kuò)壓管。擴(kuò)壓管為漸擴(kuò)形流道，空氣流過擴(kuò)壓管時減速增壓，溫度也有所升高。即在擴(kuò)壓管中，空氣所具有的大局部動能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?。壓氣機(jī)葉輪由鋁合金精密鑄造，蝸殼也用鋁合金鑄造。2〕徑流式渦輪機(jī)渦輪機(jī)是將發(fā)動機(jī)排氣的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功的裝置。徑流式渦輪機(jī)由蝸殼、噴管、葉輪和出氣道等組成。如圖1-14所示，渦輪機(jī)殼13的進(jìn)口與發(fā)動機(jī)排氣管相連，發(fā)動機(jī)排氣經(jīng)渦輪機(jī)殼引導(dǎo)進(jìn)入葉片式噴管。噴管是由相鄰葉片構(gòu)成的漸縮形流道。排氣流過噴管時降壓、降溫、增速、膨脹，使排氣的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽堋Ｓ蓢姽芰鞒龅母咚贇饬鳑_擊葉輪10，并在葉片所形成的流道中繼續(xù)膨脹作功，推動葉輪旋轉(zhuǎn)。渦輪機(jī)葉輪經(jīng)常在900℃高溫的排氣沖擊下工作，并承受巨大的離心力作用，所以采用鎳基耐熱合金鋼或陶瓷材料制造。用質(zhì)量輕并且耐熱的陶瓷材料可使渦輪機(jī)葉輪的重量大約減輕2/3，渦輪增壓加速滯后的問題也在很大程度上得到改善。

1.5汽油機(jī)可燃混合氣的形成與燃燒

1.5.1車用汽油1.使用性能1〕汽油的蒸發(fā)性汽油的蒸發(fā)性可通過燃料的蒸餾試驗(yàn)來測定。將100mL的汽油按規(guī)定的方法進(jìn)行加熱使其沸騰，然后將汽油蒸氣通過冷凝裝置冷卻為液體，從冷凝管中流出的第一滴汽油時的溫度，到蒸餾結(jié)束時的最高溫度，就是汽油的“沸點(diǎn)范圍〞。餾出10mL、50mL、90mL時的溫度分別稱為10%、50%、90%蒸發(fā)溫度。10%蒸發(fā)溫度表示汽油中含輕質(zhì)餾分的多少，它在冷起動時就有可能使較多的汽油蒸氣與空氣混合形成可燃混合氣，從而使發(fā)動機(jī)容易起動。50%蒸發(fā)溫度說明汽油中中間餾分的多少,它表示汽油的平均蒸發(fā)性,影響汽油機(jī)的預(yù)熱時間、加速性能和工作穩(wěn)定性。90%蒸發(fā)溫度和終餾點(diǎn)表示汽油中重質(zhì)餾分含量的多少。此溫度越低，說明汽油中重餾分含量越少，越有利于可燃混合氣均勻分配到各氣缸，同時也可使汽油的燃燒更為完全。2〕燃料的熱值燃料的熱值是指1kg燃料完全燃燒后所產(chǎn)生的熱量。汽油的熱值約為44000kJ/kg。3〕抗爆性抗爆性是指汽油在汽油機(jī)內(nèi)燃燒時不產(chǎn)生爆燃的性能，它是汽油的一項(xiàng)主要性能指標(biāo)。汽油抗爆性的評價指標(biāo)通常用辛烷值表示。汽油的辛烷值愈高，其抗爆性愈好，使發(fā)動機(jī)有可能采用較高的壓縮比，有利于提高發(fā)動機(jī)的熱效率。4〕氧化安定性汽油的氧化安定性是指熱穩(wěn)定性，即防止生成高溫沉積物的能力。2.車用汽油標(biāo)準(zhǔn)1〕我國車用無鉛汽油標(biāo)準(zhǔn)按照GB17930—1999?車用無鉛汽油?標(biāo)準(zhǔn),我國車用無鉛汽油按研究法辛烷值〔RON〕劃分為90號、93號和95號三個牌號,其對應(yīng)的抗爆指數(shù)不小于85、88和90。為了與國際接軌，隨后又增加了97號汽油。符合GB17930—1999?車用無鉛汽油?標(biāo)準(zhǔn)的汽油稱為高標(biāo)準(zhǔn)清潔汽油。2〕我國車用乙醇汽油標(biāo)準(zhǔn)乙醇汽油是指在不添加含氧化合物的液體烴中參加一定量變性燃料乙醇后形成的點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的燃料。車用乙醇汽油按研究法辛烷值〔RON〕劃分為90號、93號、95號和97號。1.5.2可燃混合氣的形成過程1.化油器式汽油機(jī)可燃混合氣的形成過程空氣經(jīng)空氣濾清器進(jìn)入化油器，流經(jīng)喉管時，流速增加，壓力降低，在喉管中形成一定的真空度，將汽油從浮子室經(jīng)主噴管吸出，被吸出來的汽油正好噴入流過喉管的空氣中，在高速空氣流的沖擊下被霧化成細(xì)小顆粒，并不斷蒸發(fā)、擴(kuò)散，與空氣混合成可燃混合氣。

2.電子控制汽油噴射式可燃混合氣的形成過程現(xiàn)代汽油機(jī)大多數(shù)為進(jìn)氣道間歇式多點(diǎn)噴射系統(tǒng)〔MPI〕。在排氣行程末和進(jìn)氣行程初，在發(fā)動機(jī)電子控制單元〔ECU〕的控制下，噴油器噴射出來的霧狀汽油在進(jìn)氣門前方的進(jìn)氣道中或直接噴入氣缸(缸內(nèi)噴射)，與空氣進(jìn)行初步混合后，經(jīng)進(jìn)氣門進(jìn)入氣缸，在氣缸內(nèi)汽油又不停地進(jìn)行著吸熱、蒸發(fā)、汽化與空氣進(jìn)一步混合，直至壓縮行程接近終了，才形成良好的可燃混合氣。1.5.3可燃混合氣的濃度表示方法1.空燃比空燃比就是混合氣中所含空氣質(zhì)量(kg)與燃料質(zhì)量(kg)的比值，即

理論上，1kg汽油完全燃燒需要空氣14.7kg，即空燃比為14.7。這種空燃比的混合氣稱為理論混合氣。假設(shè)可燃混合氣的空燃比小于14.7，那么稱為濃混合氣，假設(shè)空燃比大于14.7，那么稱為稀混合氣。應(yīng)當(dāng)指出，對于不同燃料，其理論空燃比數(shù)值是不同的。2.過量空氣系數(shù)過量空氣系數(shù)是在燃燒過程中，實(shí)際供給的空氣質(zhì)量與理論上燃料完全燃燒時所需的空氣質(zhì)量之比，也等于實(shí)際空燃比與理論空燃比之比，即由上面的定義式可知：無論使用何種燃料，α＝1的可燃混合氣即為理論混合氣(又稱為標(biāo)準(zhǔn)混合氣)；α＜1的為濃混合氣；α＞1的那么為稀混合氣。可燃混合氣的濃度對發(fā)動機(jī)的動力性和經(jīng)濟(jì)性有很大影響。理論混合氣(α=1)——理論上推算的完全燃燒的混合氣濃度。實(shí)際上，由于時間和空間條件的限制，汽油不可能及時與空氣絕對均勻混合，實(shí)現(xiàn)完全燃燒。稀混合氣(α>1)——可以保證所有的汽油分子獲得足夠的空氣而實(shí)現(xiàn)完全燃燒，因而經(jīng)濟(jì)性最好，故稱為經(jīng)濟(jì)混合氣。常用經(jīng)濟(jì)混合氣的α值多在1.05～1.15范圍內(nèi)。假設(shè)混合氣過稀(α>1.15)，那么會因空氣量過多，燃燒速度減慢，熱量損失加大，從而導(dǎo)致發(fā)動機(jī)過熱，動力性和經(jīng)濟(jì)性變差。濃混合氣(α<1)——由于汽油分子相對較多，混合氣燃燒速度快、壓力大、熱損失小，發(fā)動機(jī)輸出功率大，因此稱其為功率混合氣，其α值多在0.85～0.95范圍內(nèi)。功率混合氣中空氣相對較少，不能完全燃燒，因此經(jīng)濟(jì)性較差。假設(shè)混合氣過濃(α<0.88)，那么燃燒很不完全，產(chǎn)生大量的CO，并在高溫高壓的作用下析出游離的碳，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)排氣冒黑煙，放炮，燃燒室積炭，動力性和經(jīng)濟(jì)性變差，排放污染加劇。1.5.4發(fā)動機(jī)工況對可燃混合氣濃度的要求發(fā)動機(jī)工況是發(fā)動機(jī)在某一時刻運(yùn)行狀況的簡稱，它可用該時刻發(fā)動機(jī)輸出的有效功率和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速表示。但通常用負(fù)荷和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速來表示發(fā)動機(jī)工況。負(fù)荷是指發(fā)動機(jī)在某一轉(zhuǎn)速下發(fā)出的有效功率與相同轉(zhuǎn)速下所能發(fā)出的最大有效功率的比值，用百分?jǐn)?shù)表示。發(fā)動機(jī)的負(fù)荷也可用節(jié)氣門的開度來表示。如節(jié)氣門全關(guān)，負(fù)荷為零；節(jié)氣門全開，負(fù)荷為100%。在汽車行駛的大局部時間內(nèi)，發(fā)動機(jī)是在中等負(fù)荷下工作的。如轎車發(fā)動機(jī)的負(fù)荷經(jīng)常為40%～80%，貨車發(fā)動機(jī)的負(fù)荷那么為70%～80%。2.中等負(fù)荷工況發(fā)動機(jī)的負(fù)荷在25%～85%之間的稱為中等負(fù)荷。由于節(jié)氣門開度較大，故進(jìn)入氣缸的混合氣數(shù)量增多，燃燒條件較好。此外，由于發(fā)動機(jī)大局部的時間處在中等負(fù)荷下工作，為提高發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)供給較稀的可燃混合氣(α=0.9～1.1)。3.大負(fù)荷和全負(fù)荷工況發(fā)動機(jī)的負(fù)荷在85%以上和100%的分別稱為大負(fù)荷和全負(fù)荷。此時，為了克服較大的外部阻力，或加速行駛，要求發(fā)動機(jī)發(fā)出盡可能大的功率。因此，必須將節(jié)氣門開大到接近全開或全開，供給濃的可燃混合氣(α=0.85～0.95)。1.5.5正常燃燒過程高速汽油機(jī)的燃燒過程持續(xù)時間很短。通常借助展開示功圖分析汽油機(jī)的燃燒過程。展開示功圖的橫坐標(biāo)為曲軸轉(zhuǎn)角￠，縱坐標(biāo)為氣缸內(nèi)氣體壓力p，故展開示功圖也稱為p-￠圖。為研究方便，可根據(jù)展開示功圖上壓力變化的特征，

將汽油機(jī)的燃燒過程劃分為三個階段，如圖1-15所示。

3.補(bǔ)燃期補(bǔ)燃期是指從最高壓力出現(xiàn)到燃油根本上完全燃燒的階段。如圖1-15中的Ⅲ淺段所示，它從3點(diǎn)開始，終點(diǎn)很難判斷。在此階段，主要是少量未燃燒的燃油、不完全燃燒的中間產(chǎn)物，以及貼附在氣缸壁面的混合氣層繼續(xù)燃燒放熱。由于汽油機(jī)的燃燒溫度很高，壓力又較低，因此某些燃燒產(chǎn)物(如CO2、H2O)在第Ⅱ階段因高溫作用而離解產(chǎn)生H2、O2、CO，在膨脹行程溫度下降以后又局部復(fù)合放出熱量。由于補(bǔ)燃期混合氣的燃燒速率下降和活塞向下止點(diǎn)加速移動，故氣缸內(nèi)壓力從3點(diǎn)開始下降。補(bǔ)燃期是處在膨脹行程中，燃燒放熱量得不到充分利用，因此為了提高發(fā)動機(jī)的熱效率，補(bǔ)燃量應(yīng)盡可能減少。因而，汽油機(jī)的爆燃現(xiàn)象就是燃燒室內(nèi)末端混合氣的自燃現(xiàn)象。雖然爆燃時的最高壓力很高，但它是以沖擊波的形式出現(xiàn)的(是以均勻壓力推動活塞)，像用榔頭不斷敲擊活塞似的，不能使燃?xì)鈱钊鞴Ω唷Ｆ囋诘退偕掀聲r，允許有很輕微的短時間的爆燃。因?yàn)檩p微的爆燃可以使燃燒過程縮短，有利于提高有效功率。但是不允許嚴(yán)重的爆燃，嚴(yán)重的爆燃會有以下危害：(1)機(jī)件過載。強(qiáng)烈爆燃時的沖擊波使缸壁、缸蓋、活塞、連桿、曲軸等機(jī)件過載，使機(jī)件變形，甚至使機(jī)件損壞。(2)機(jī)件燒損。爆燃時，汽油機(jī)燃燒終了的溫度可達(dá)2000～2500℃，而活塞頂、燃燒室壁及氣缸壁的溫度僅為200～300℃。除了冷卻水的作用外，能夠維持這樣低溫度的原因是在這些壁面上形成了氣體的附面層，它起了隔熱的作用。強(qiáng)烈爆燃的沖擊波會破壞這一附面層，使機(jī)件直接與高溫燃?xì)饨佑|，而嚴(yán)重爆燃時局部燃?xì)鉁囟瓤傻竭_(dá)4000℃以上，從而使活塞頭部和氣門等機(jī)件燒損。(3)性能指標(biāo)下降。嚴(yán)重爆燃時的局部高溫，產(chǎn)生嚴(yán)重的熱分解現(xiàn)象，燃燒產(chǎn)物分解為CO、H2、O2、NO及游離碳的現(xiàn)象增多。游離碳已不能再燃燒，形成排氣冒煙。CO、H2、O2等在膨脹過程中重新燃燒，使補(bǔ)燃增加，排氣溫度增高，附面層被破壞，向缸壁散出的熱量增加，發(fā)動機(jī)過熱，有效功率降低，有效耗油率增加。嚴(yán)重爆燃時，即使機(jī)件沒有損壞，其壽命也會降低。試驗(yàn)說明，嚴(yán)重爆燃時，氣缸的磨損量比正常燃燒時的大27倍左右。1.6柴油機(jī)可燃混合氣的形成與燃燒

3〕柴油的粘度柴油的粘度是表示其稀稠程度和流動難易程度的。假設(shè)粘度過高，柴油濾清沉淀困難，流動阻力大，噴進(jìn)燃燒室內(nèi)的油粒直徑較大，使噴霧射程遠(yuǎn)、錐角小，影響霧化和混合氣的均勻性，燃料難以充分燃燒，從而使排氣冒黑煙，油耗增加。假設(shè)柴油粘度過小，會增加噴油泵和噴油器內(nèi)精密配合件的磨損。柴油的粘度與溫度有很大關(guān)系，溫度越低，粘度越大。冬季柴油的粘度會增大，在使用中應(yīng)根據(jù)具體情況適當(dāng)加以預(yù)熱。4〕柴油的凝點(diǎn)與牌號柴油的凝點(diǎn)〔凝固點(diǎn)〕是指柴油冷卻到開始失去流動性的溫度。好的柴油應(yīng)具有較低的凝點(diǎn)，凝點(diǎn)過高，對柴油機(jī)燃料系工作有不利的影響，特別是在低溫下可能會造成中斷供油，使柴油機(jī)無法工作。根據(jù)車用柴油標(biāo)準(zhǔn)GB/T19147—2003的規(guī)定，車用柴油按凝點(diǎn)分為七個牌號：10號車用柴油——適用于有預(yù)熱設(shè)備的柴油機(jī)；5號車用柴油——適合于風(fēng)險率為10%的最低氣溫在8℃以上的地區(qū)使用；0號車用柴油——適合于風(fēng)險率為10%的最低氣溫在4℃以上的地區(qū)使用；-10號車用柴油——適合于風(fēng)險率為10%的最低氣溫在-5℃以上的地區(qū)使用；-20號車用柴油——適合于風(fēng)險率為10%的最低氣溫在-14℃以上的地區(qū)使用；-35號車用柴油——適合于風(fēng)險率為10%的最低氣溫在-29℃以上的地區(qū)使用；

-50號車用柴油——適合于風(fēng)險率為10%的最低氣溫在-44℃以上的地區(qū)使用。

2.車用柴油使用時的本卷須知使用柴油時，須防止錯用汽油或混入汽油，以致引起柴油機(jī)起動困難。在嚴(yán)寒條件下，假設(shè)用普通柴油不能起動，那么可用起動燃料幫助發(fā)動。柴油機(jī)混合氣的形成與汽油機(jī)相比有兩個顯著的特點(diǎn)：混合氣形成在氣缸內(nèi)部；混合氣形成時間較短。從噴油開始到噴油結(jié)束，約占15°～30°曲軸轉(zhuǎn)角。當(dāng)柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速為2000r／min時，15°的曲軸轉(zhuǎn)角相當(dāng)于(1／8000s)，在如此短的時間內(nèi)，混合氣的形成是極不充分的，也極不均勻。為了使噴入氣缸中的柴油盡可能燃燒完全，在柴油機(jī)中常