第五章內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)與裝置5.1內(nèi)燃機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理

5.2內(nèi)燃機(jī)的組成及工作系統(tǒng)

5.3內(nèi)燃機(jī)的熱力循環(huán)及性能指標(biāo)

5.4可燃混合氣的形成與燃燒

5.6內(nèi)燃機(jī)的代用燃料

5.5內(nèi)燃機(jī)的排放與凈化

本章闡述的主要內(nèi)容包括內(nèi)燃機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理；內(nèi)燃機(jī)的組成及工作系統(tǒng)；內(nèi)燃機(jī)的熱力循環(huán)及性能指標(biāo)；可燃混合氣的形成與燃燒；內(nèi)燃機(jī)的排放與凈化；代用燃料。5.1內(nèi)燃機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理

5.1.1內(nèi)燃機(jī)的分類

內(nèi)燃機(jī)：汽油機(jī)、柴油機(jī)、煤氣機(jī)外燃機(jī)：蒸汽機(jī)和氣輪機(jī)常用的往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)分類方法如下：1、按燃料分類柴油機(jī)、汽油機(jī)、煤氣（包括各種代用燃料）機(jī)等。2、按一個(gè)工作循環(huán)的行程數(shù)分類四沖程內(nèi)燃機(jī)、二沖程內(nèi)燃機(jī)。3、按燃料著火方式分類壓燃式內(nèi)燃機(jī)、點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)。4、按冷卻方式分類水冷式內(nèi)燃機(jī)、風(fēng)冷式內(nèi)燃機(jī)。5、按進(jìn)氣方式分類自然吸氣式內(nèi)燃機(jī)、增壓式內(nèi)燃機(jī)。6、按氣缸數(shù)目分類單缸內(nèi)燃機(jī)、多缸內(nèi)燃機(jī)。7、按氣缸排列分類

直列式內(nèi)燃機(jī)、V型內(nèi)燃機(jī)、臥式內(nèi)燃機(jī)、

對(duì)置氣缸內(nèi)燃機(jī)等。圖5-1氣缸排列形式

8、

按轉(zhuǎn)速或活塞平均速度分類

高速內(nèi)燃機(jī)（標(biāo)定轉(zhuǎn)速高于1000r/min或活塞平均速度高于9m/s）；中速內(nèi)燃機(jī)（標(biāo)定轉(zhuǎn)速600-1000r/min或活塞平均速度6~9m/s）；低速內(nèi)燃機(jī)（標(biāo)定轉(zhuǎn)速低于600r/min或活塞平均速度低于6m/s）。9、按用途分類

農(nóng)用、汽車用、工程機(jī)械用、拖拉機(jī)用、

鐵路機(jī)車用、船用及發(fā)電用等內(nèi)燃機(jī)。

5.1.2內(nèi)燃機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及術(shù)語（二）基本術(shù)語圖5-2往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)

1－排氣門；2－進(jìn)氣門；3－氣缸蓋；4－氣缸；5－活塞；6－活塞銷；7－連桿；8－曲軸

1、上止點(diǎn)、下止點(diǎn)及活塞行程

活塞頂端離曲軸旋轉(zhuǎn)中心最遠(yuǎn)處，稱為上止點(diǎn)。活塞頂端離曲軸中心最近處，稱為下止點(diǎn)。上、下止點(diǎn)間的距離S稱為活塞行程。連桿軸頸中心到曲軸軸頸中心的距離R為曲柄半徑。對(duì)氣缸中心線通過曲軸中心線的內(nèi)燃機(jī)，其活塞行程等于曲柄半徑的兩倍，即S=2R。2、氣缸工作容積上、下止點(diǎn)所包容的氣缸容積稱為氣缸工作容積，

用表示。式中D——?dú)飧字睆剑╩m）；

S——活塞行程（mm）。3、內(nèi)燃機(jī)排量內(nèi)燃機(jī)所有氣缸工作容積的總和稱為內(nèi)燃

機(jī)排量，用表示。式中i——?dú)飧讛?shù)；

——?dú)飧坠ぷ魅莘e（l）。內(nèi)燃機(jī)排量表示內(nèi)燃機(jī)的作功能力，在內(nèi)燃機(jī)其他參數(shù)相同的前提下，內(nèi)燃機(jī)排量越大內(nèi)燃機(jī)所發(fā)出的功率就越大。4、燃燒室容積活塞位于上止點(diǎn)時(shí)的氣缸容積稱為燃燒室容

積，也稱壓縮容積。用Vc表示。5、氣缸總?cè)莘e氣缸工作容積與燃燒室容積之和稱為氣缸總

容積，用Va表示。

Va=Vs+Vc

6、壓縮比氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比稱為壓縮比，

用ε表示。壓縮比表示氣缸中氣體被壓縮的程度。7、工況內(nèi)燃機(jī)在某一時(shí)刻的運(yùn)行狀況簡稱為工況。以該時(shí)刻內(nèi)燃機(jī)輸出的有效功率或轉(zhuǎn)矩及其相應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)速表示。5.1.3內(nèi)燃機(jī)的工作原理

(一)四沖程汽油機(jī)工作原理

四沖程往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)在四個(gè)活塞行程內(nèi)完成進(jìn)氣、壓縮、作功和排氣等四個(gè)過程，即在一個(gè)活塞行程內(nèi)只進(jìn)行一個(gè)過程。1－排氣門；2－氣缸蓋；3－火花塞；4－進(jìn)氣門；5－氣缸；6－活塞；7－連桿；8－曲軸圖5-3四沖程汽油機(jī)工作原理示意圖

a）進(jìn)氣行程；b）壓縮行程；c）作功行程；d）排氣行程

圖5-4四沖程汽油機(jī)的示功圖

（1）進(jìn)氣行程因?yàn)檫M(jìn)氣系統(tǒng)有阻力，所以進(jìn)氣終了時(shí)氣缸內(nèi)的氣體壓力低于大氣壓力，約為0.08-0.09Mpa。由于進(jìn)氣門、氣缸壁、活塞等高溫零件以及前一個(gè)循環(huán)殘留在氣缸內(nèi)的高溫廢氣對(duì)混合氣的加熱，致使進(jìn)氣終了時(shí)氣缸內(nèi)的氣體溫度高于大氣溫度，約為320-380K。（2）壓縮行程這時(shí)，進(jìn)、排氣門均關(guān)閉。隨著活塞移動(dòng)，氣缸容積不斷減小，氣缸內(nèi)的混合氣被壓縮。其壓力和溫度同時(shí)升高。壓縮終了時(shí)，氣缸內(nèi)氣體的壓力約為0.8-1.5Mpa,溫度約為600-750K。（3）作功行程在作功行程中，燃燒氣體的最大壓力可達(dá)3.0-6.5Mpa，最高溫度可達(dá)2200-2800K。隨著活塞向下止點(diǎn)移動(dòng)，氣缸容積不斷增大，氣體壓力和溫度逐漸降低。在作功行程結(jié)束時(shí)，壓力約為0.35-0.5Mpa，溫度約為1200-1500K。（4）排氣行程排氣行程終了時(shí)，在燃燒室內(nèi)尚殘留少量廢氣，稱其為殘余廢氣。因?yàn)榕艢庀到y(tǒng)有阻力，所以殘余廢氣的壓力比大氣壓力略高，約為0.105-0.12Mpa，溫度約為900-1100K。（二）四沖程柴油機(jī)工作原理四沖程柴油機(jī)和汽油機(jī)一樣，每個(gè)工作循環(huán)同樣包括進(jìn)氣、壓縮、作功和排氣四個(gè)過程。但由于柴油機(jī)的燃料是柴油，其粘度比汽油大，不易蒸發(fā)，而其自燃溫度卻較汽油低，故可燃混合氣的形成及點(diǎn)火方式與汽油機(jī)不同。在柴油機(jī)進(jìn)氣行程中，被吸入氣缸的只是純凈的空氣。1－噴油器；2－高壓油管；3－噴油泵；4－燃燒室

圖5-5四沖程柴油機(jī)工作原理示意圖（1）進(jìn)氣行程

由于柴油機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)阻力較小，殘余廢氣的溫度較低，因此進(jìn)氣行程結(jié)束時(shí)氣缸內(nèi)氣體的壓力較高，約為0.085-0.095Mpa，溫度較低，約為310-340K。（2）壓縮行程

因?yàn)椴裼蜋C(jī)的壓縮比大，所以壓縮行程終了時(shí)氣體壓力可高達(dá)3-5Mpa，溫度可達(dá)750－1000K。（3）作功行程燃燒氣體的壓力、溫度迅速升高，體積急劇膨脹。在氣體壓力的作用下，活塞推動(dòng)連桿，連桿推動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)作功。在作功行程中，燃燒氣體的最大壓力可達(dá)6-9Mpa，最高溫度可達(dá)1800-2200K。作功行程結(jié)束時(shí)，壓力約為0.2-0.5Mpa，溫度約為1000-1200K。（4）排氣行程排氣終了時(shí)氣缸殘余廢氣的壓力約為0.105-0.12Mpa，溫度約為700-900K。

a）壓縮；b）進(jìn)氣（可燃混合氣）；c）燃燒；d）排氣1－進(jìn)氣孔；2－排氣孔；3－氣缸；4－火花塞；5－掃氣孔；6－活塞；7－連桿；8－曲軸箱；9－曲軸

圖5-6二沖程汽油機(jī)工作原理示意圖

（三）二沖程汽油機(jī)的工作原理圖5-7二沖程內(nèi)燃機(jī)的示功圖

（四）二沖程柴油機(jī)工作原理圖5-8所示為帶掃氣泵的氣門一氣孔式直流掃氣二沖程柴油機(jī)工作原理示意圖。1、第一行程第一行程為換氣—壓縮行程。在這一行程中，活塞在曲軸帶動(dòng)下由下止點(diǎn)移至上止點(diǎn)。當(dāng)活塞還處于下止點(diǎn)位置時(shí)，進(jìn)氣孔和排氣門均已開啟。掃氣泵將純凈的空氣增壓到0.12-0.14Mpa后，經(jīng)空氣室和進(jìn)氣孔送入氣缸，掃除其中的廢氣。廢氣經(jīng)氣缸頂部的排氣門排出（圖5-8a）。當(dāng)活塞上移將進(jìn)氣孔關(guān)閉的同時(shí)，排氣門也關(guān)閉，進(jìn)入氣缸內(nèi)的空氣開始被壓縮（圖5-8b）。活塞運(yùn)動(dòng)至上止點(diǎn)，壓縮過程結(jié)束。a）換氣；b）壓縮；c）燃燒；d）排氣

1－掃氣泵；2－空氣室；3－進(jìn)氣孔；4－噴油器；5－排氣門

圖5－8二沖程柴油機(jī)工作原理示意圖

（五）汽油機(jī)與柴油機(jī)、四沖程與二沖程

內(nèi)燃機(jī)的比較四沖程汽油機(jī)與四沖程柴油機(jī)的共同點(diǎn)是：1）每個(gè)工作循環(huán)都包含進(jìn)氣、壓縮、作功和排氣等四個(gè)活塞行程，每個(gè)行程各占180°曲軸轉(zhuǎn)角，即曲軸每旋轉(zhuǎn)兩周完成一個(gè)工作循環(huán)。2）四個(gè)活塞行程中，只有一個(gè)作功行程，其余三個(gè)是耗功行程。顯然，在作功行程曲軸旋轉(zhuǎn)的角速度要比其它三個(gè)行程時(shí)大得多，即在一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)曲軸的角速度是不均勻的。為了改善曲軸旋轉(zhuǎn)的不均勻性，可在曲軸上安裝轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大的飛輪或采用多缸內(nèi)燃機(jī)并使其按一定的工作順利依次進(jìn)行工作。兩者不同之處是：1）汽油機(jī)的可燃混合氣在缸外部開始形成并延續(xù)到進(jìn)氣和壓縮行程終了，時(shí)間較長。柴油機(jī)的可燃混合氣在氣缸內(nèi)部形成，從壓縮行程接近終了時(shí)開始，并占小部分作功行程，時(shí)間很短。2）汽油機(jī)的可燃混合氣用電火花點(diǎn)燃，柴油機(jī)則是自燃。所以又稱汽油機(jī)為點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)，稱柴油機(jī)為壓燃式內(nèi)燃機(jī)。

二沖程內(nèi)燃機(jī)與四沖程內(nèi)燃機(jī)相比具有下列一些特點(diǎn)：1）曲軸每轉(zhuǎn)一周完成一個(gè)工作循環(huán)，作功一次。當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)速相同時(shí)，二沖程內(nèi)燃機(jī)單位時(shí)間的作功次數(shù)是四沖程內(nèi)燃機(jī)的兩倍。由于曲軸每轉(zhuǎn)一周作功一次，因此曲軸旋轉(zhuǎn)的角速度比較均勻。2）二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣過程時(shí)間短，僅為四沖程內(nèi)燃機(jī)的1/3左右。另外，進(jìn)、排氣過程幾乎同時(shí)進(jìn)行，利用新氣掃除廢氣，新氣可能流失，廢氣也不易清除干凈。因此，二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣質(zhì)量較差。3）曲軸箱換氣式二沖程內(nèi)燃機(jī)因?yàn)闆]有進(jìn)、排氣門，而使結(jié)構(gòu)大為簡化。5.2內(nèi)燃機(jī)的組成及工作系統(tǒng)

內(nèi)燃機(jī)的構(gòu)造和組成，是由機(jī)體組、曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、進(jìn)排氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、起動(dòng)系統(tǒng)和有害排放物控制裝置組成。如果是汽油機(jī)，還包括點(diǎn)火系統(tǒng)。若為增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，還應(yīng)有增壓系統(tǒng)。圖5-9與圖5-10分別為汽油機(jī)和柴油機(jī)的典型結(jié)構(gòu)圖。

圖5-9豐田E-FE型汽油機(jī)圖5-10WD615柴油機(jī)

5.2.1機(jī)體組

機(jī)體組主要由機(jī)體、氣缸蓋、氣缸蓋罩、氣缸襯墊、主軸承蓋以及油底殼等組成（圖5-11）。鑲氣缸套的內(nèi)燃機(jī)，機(jī)體組還包括干式或濕式氣缸套。機(jī)體組是內(nèi)燃機(jī)的支架，是曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)和內(nèi)燃機(jī)各系統(tǒng)主要零部件的裝配基體。氣缸蓋用來封閉氣缸頂部，并與活塞頂和氣缸壁一起形成燃燒室。另外，氣缸蓋和機(jī)體內(nèi)的水套和油道以及油底殼又分別是冷卻系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)的組成部分。1.曲軸箱通風(fēng)管蓋；2.螺母；3.墊片；4.螺柱；5.氣缸蓋罩；6.密封墊；7.氣缸蓋；8(23).水堵（碗形塞）；9.氣缸襯墊；10.干式氣缸套；11.機(jī)體；12(14).密封條；13.后主軸承蓋；15.主軸承螺栓；16中間主軸承蓋；17.前主軸承蓋；18.定時(shí)齒輪室蓋；19曲軸前油封；20(22).襯墊；21.墊板

圖5-11機(jī)體組的組成5.2.2曲柄連桿機(jī)構(gòu)

曲柄連桿機(jī)構(gòu)是內(nèi)燃機(jī)的主要運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。其功用是將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)將作用于活塞上的力轉(zhuǎn)變?yōu)榍S對(duì)外輸出的轉(zhuǎn)矩，并將動(dòng)力輸出。曲柄連桿機(jī)構(gòu)由活塞組、連桿組和曲軸飛輪組的零件組成（圖5-12）。

Ⅰ－活塞組；Ⅱ－連桿組；Ⅲ－曲軸飛輪組

1－曲軸定時(shí)齒輪；2－下止推片；3－平衡重；4－曲軸；5－定位銷；6－飛輪；7－飛輪螺栓；8－變速器第一軸承；9、16－擋圈；10－上止推片；11－上氣環(huán)；12－下氣環(huán)；13－油環(huán)；14－活塞；15－活塞銷；17－連桿螺栓；18－連桿體；19－連桿蓋；20－連桿軸承；21－連桿螺母

圖5-12曲柄連桿機(jī)構(gòu)組成

（一）活塞組活塞組由活塞、活塞環(huán)和活塞銷組成。

活塞的主要功用是承受燃燒氣體壓力，并將此力通過活塞銷傳給連桿以推動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)。此外活塞頂部與氣缸蓋、氣缸壁共同組成燃燒室?；钊母鞑棵Q如圖5-13所示。1－活塞頂；2－活塞頭部；3－活塞裙部；4－活塞銷孔；5－燃燒室凹坑；6－氣門凹坑；7－活塞頂岸；8－活塞環(huán)岸；9－擋圈槽；10－活塞銷座；11－回油孔；12－油環(huán)槽；13－氣環(huán)槽；14－加強(qiáng)肋

圖5-13活塞各部名稱

活塞環(huán)有氣環(huán)和油環(huán)兩種（如圖5-14），它們具有不同的功能，分別裝在活塞的氣環(huán)槽和油環(huán)槽內(nèi)。氣環(huán)承擔(dān)了活塞與缸壁之間的密封任務(wù)，既保證壓縮壓力的建立，也保證工作行程中高溫燃?xì)獠粫?huì)漏入曲軸箱?；钊^部吸收的熱量的大部分經(jīng)環(huán)槽到氣環(huán)傳給缸壁，然后再由冷卻水或空氣帶走。因此氣環(huán)具有密封和導(dǎo)熱兩大基本功能。

油環(huán)的主要功用是刮除飛濺到氣缸壁上的多余的機(jī)油，并在氣缸壁上涂布一層均勻的油膜。既能防止機(jī)油竄入燃燒室被燒掉，又能實(shí)現(xiàn)對(duì)活塞、活塞環(huán)和氣缸壁的潤滑。此外，氣環(huán)和油環(huán)還分別起到刮油和密封的輔助作用。a）氣環(huán)；b）槽孔式油環(huán)；c）鋼帶組合式油環(huán)

圖5-14活塞環(huán)各部名稱

（二）連桿組連桿組通常由連桿體、連桿大頭蓋、連桿螺栓、連桿小頭襯套、連桿大頭軸瓦等零件組成。

連桿組的功用是將活塞承受的力傳給曲軸，并將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

1－連桿體；2－連桿小頭襯套；3－連桿軸承上軸瓦；4－連桿軸承下軸瓦；5－連桿蓋；6－螺母；7－連桿螺母；A－集油孔；B-噴油孔圖5-15連桿組件（三）曲軸飛輪組

曲軸的功用是把活塞、連桿傳來的氣體力轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)矩，用以驅(qū)動(dòng)汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)以及其它輔助裝置。1－曲軸前端；2－主軸徑；3－曲柄臂；4－曲柄銷；5－平衡重；6－曲軸后端；7－單元曲拐?qǐng)D5－16曲軸各部名稱

飛輪是一個(gè)具有相當(dāng)大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的鑄鐵或鋼制圓盤，用螺塞固定在曲軸后端的凸緣上。在發(fā)動(dòng)機(jī)作功行程期間可將曲軸加速的能量貯存起來，而在作功行程以外的幾個(gè)行程里，即在曲軸減速時(shí)，把貯存的能量釋放出來，從而使曲軸轉(zhuǎn)速能保持均勻。同時(shí)，在發(fā)動(dòng)機(jī)突然超載而引起轉(zhuǎn)速下降時(shí)，飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)的慣性可以減慢降速，從而可以避免發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。

飛輪結(jié)構(gòu)形狀的特征是其大部分質(zhì)量集中在輪緣上，所以輪緣做得又寬又厚，以便在較小的飛輪質(zhì)量下獲得較大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。5.2.3配氣機(jī)構(gòu)

1.功用

配氣機(jī)構(gòu)的功用是根據(jù)內(nèi)燃機(jī)每一氣缸內(nèi)進(jìn)行的工作循環(huán)和發(fā)火次序的要求，定時(shí)地開啟和關(guān)閉各氣缸的進(jìn)、排氣門，以保證新鮮可燃混合氣（汽油機(jī)）或空氣（柴油機(jī)）得以及時(shí)進(jìn)入氣缸并把燃燒生成的廢氣及時(shí)排出氣缸。

2.充氣效率

充氣效率（也稱充量系數(shù)）就是指在進(jìn)氣過程中，實(shí)際進(jìn)入氣缸的新鮮空氣或可燃混合氣的質(zhì)量M與在進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)口狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的新鮮空氣或可燃混合氣的質(zhì)量M0之比。其公式如下：

充氣效率越高，表明進(jìn)入氣缸內(nèi)的新鮮空氣或可燃混合氣的質(zhì)量越多，可燃混合氣燃燒時(shí)放出的熱量越大，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率也就越大。對(duì)于一定工作容積的發(fā)動(dòng)機(jī)而言，充氣效率與進(jìn)氣終了時(shí)氣缸內(nèi)的壓力和溫度有關(guān)。此時(shí)壓力越高，溫度越低，則一定容積的氣體質(zhì)量就越大，因而充氣效率越高。

由于四行程發(fā)動(dòng)機(jī)每完成一個(gè)工作循環(huán)，曲軸旋轉(zhuǎn)兩周，而各缸進(jìn)、排氣門各開啟一次，完成一次進(jìn)、排氣，此時(shí)凸輪軸只旋轉(zhuǎn)一周，因此曲軸與凸輪軸的轉(zhuǎn)速比為2:1。

1.氣缸蓋；2.氣門導(dǎo)管；3.氣門；4.氣門主彈簧；5.氣門副彈簧；6.氣門彈簧座；7.鎖片；8.氣門室罩；9.搖臂軸；10搖臂；11.鎖緊螺母；12.調(diào)整螺母；13.推桿；14.挺柱；15.凸輪軸；16.正時(shí)齒輪

圖5-17氣門頂置式配氣機(jī)構(gòu)3氣門間隙為保證氣門關(guān)閉嚴(yán)密，通常發(fā)動(dòng)機(jī)在冷態(tài)裝配時(shí)，在氣門桿尾端與氣門驅(qū)動(dòng)零件（搖臂、挺柱和凸輪）之間留有適當(dāng)?shù)拈g隙，這一間隙稱為氣門間隙。為了能對(duì)氣門間隙進(jìn)行調(diào)整，在搖臂（或挺柱）上裝有調(diào)整螺釘及其鎖緊螺母。一些中、高級(jí)轎車由于采用液力挺柱，故不預(yù)留氣門間隙。4.配氣相位用曲軸轉(zhuǎn)角表示的進(jìn)、排氣門實(shí)際開閉時(shí)刻和開啟持續(xù)時(shí)間，稱為配氣相位。通常用相對(duì)于上、下止點(diǎn)曲拐位置的曲軸轉(zhuǎn)角的環(huán)形圖來表示，這種圖形稱為配氣相位圖。如圖5-18所示。

圖5－18配氣相位理論上，四行程發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣門當(dāng)曲拐處在上止點(diǎn)時(shí)開啟，下止點(diǎn)時(shí)關(guān)閉，排氣門則當(dāng)曲拐在下止點(diǎn)時(shí)開啟，上止點(diǎn)時(shí)關(guān)閉。進(jìn)氣時(shí)間和排氣時(shí)間各占180°曲軸轉(zhuǎn)角。但實(shí)際上由于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速很高，活塞每一行程歷時(shí)相當(dāng)短。如上海桑塔納轎車發(fā)動(dòng)機(jī)活塞行程歷時(shí)僅0.0054s。在這樣短時(shí)間內(nèi)換氣，勢(shì)必會(huì)造成進(jìn)氣不足和排氣不凈，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降，故發(fā)動(dòng)機(jī)氣門實(shí)際開閉時(shí)刻不是恰好在上、下止點(diǎn)，而是提前開、遲后關(guān)一定的曲軸轉(zhuǎn)角。因此，現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)都采取延長進(jìn)、排氣時(shí)間的方法，以改善進(jìn)、排氣狀況，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能。(1)進(jìn)氣提前角在排氣行程接近終了、活塞到達(dá)上止點(diǎn)之前，進(jìn)氣門便開始開啟，從進(jìn)氣門開始開啟到活塞移到上止點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角ɑ稱為進(jìn)氣提前角。進(jìn)氣門提前開啟的目的，是為了保證進(jìn)氣行程開始時(shí)進(jìn)氣門已開大，減小進(jìn)氣阻力，使新鮮氣體能順利地充入氣缸。(2)進(jìn)氣遲后角在進(jìn)氣行程下止點(diǎn)過后，活塞重又上行一段，進(jìn)氣門才關(guān)閉。從下止點(diǎn)到進(jìn)氣門關(guān)閉所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱為進(jìn)氣遲后角。進(jìn)氣門遲后關(guān)閉的目的，是由于活塞到達(dá)下止點(diǎn)時(shí)，氣缸內(nèi)壓力仍低于大氣壓力，且氣流還有相當(dāng)大的慣性，這時(shí)氣流不但沒有終止向氣缸流動(dòng)，而且流速還相當(dāng)高，仍可利用氣流慣性和壓力差繼續(xù)進(jìn)氣。由此可見，進(jìn)氣門開啟持續(xù)時(shí)間內(nèi)的曲軸轉(zhuǎn)角，即進(jìn)氣持續(xù)角為ɑ+180+，ɑ角一般為10°—

30°，角一般為40°—80°。(3)排氣提前角在做功行程接近終了，活塞到達(dá)下止點(diǎn)之前，排氣門便開始開啟。從排氣門開始開啟到下止點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱為排氣提前角。排氣門提前開啟的目的是，當(dāng)做功行程活塞接近下止點(diǎn)時(shí)，氣缸內(nèi)的氣體大約還有0.30-0.50Mpa的壓力，此壓力對(duì)做功的作用已經(jīng)不大，但仍比大氣壓力高，可利用此壓力使氣缸內(nèi)的廢氣迅速的自由排出，待活塞到達(dá)下止點(diǎn)時(shí)，氣缸內(nèi)只剩約0.15-0.12Mpa的壓力，使排氣行程所消耗的功率大為減小，此外，高溫廢氣迅速的排出，還可以防止發(fā)動(dòng)機(jī)過熱。(4)排氣遲后角活塞越過上止點(diǎn)后，排氣門才關(guān)閉。從上止點(diǎn)到排氣門關(guān)閉所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱為排氣遲后角。排氣門遲后關(guān)閉的目的是，由于活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)，氣缸內(nèi)的殘余廢氣壓力繼續(xù)高于大氣壓力，加之排氣時(shí)氣流有一定的慣性，仍可以利用氣流慣性和壓力差把廢氣排放得更干凈。由此可見，排氣門開啟持續(xù)時(shí)間內(nèi)的曲軸轉(zhuǎn)角，即排氣持續(xù)角為+180°+

。角一般為40°—

80°，

角一般為10°—30°。

由于進(jìn)氣門在上止點(diǎn)前即開啟，而排氣門在上止點(diǎn)后才關(guān)閉，這就出現(xiàn)了在一段時(shí)間內(nèi)進(jìn)、排氣門同時(shí)開啟的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為氣門重疊。同時(shí)開啟的曲軸轉(zhuǎn)角ɑ+稱為氣門重疊角。由于新鮮氣流和廢氣流的流動(dòng)慣性比較大，在短時(shí)間內(nèi)是不會(huì)改變流動(dòng)，因此只要?dú)忾T重疊角選擇適當(dāng)，就不會(huì)有廢氣倒流入進(jìn)氣管和新鮮氣體隨同廢氣排出的可能性。相反，由于廢氣氣流周圍有一定的真空度，對(duì)排氣速度有一定影響，從進(jìn)氣門進(jìn)入的少量新鮮氣體可對(duì)此真空度加以填補(bǔ)，還有助于廢氣的排出。不同發(fā)動(dòng)機(jī)，由于其結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)速各不相同，因而配氣相位也不相同。同一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不同也應(yīng)有不同的配氣相位，轉(zhuǎn)速愈高，提前角和遲后角也應(yīng)愈大，但這在結(jié)構(gòu)上很難滿足，通常按發(fā)動(dòng)機(jī)性能要求，通過試驗(yàn)確定某一常用轉(zhuǎn)速下較為合適的配氣相位。

5.2.4進(jìn)排氣系統(tǒng)及排氣凈化裝置

進(jìn)、排氣系統(tǒng)是在發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)時(shí)，不斷地將新鮮空氣或可燃混合氣送入燃燒室，又將燃燒后的廢氣排到大氣中，保證發(fā)動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

進(jìn)、排氣系統(tǒng)的基本裝置是由空氣濾清器、進(jìn)氣管、排氣管和排氣消聲器等組成（圖5-19）。由于排放與噪聲法規(guī)的要求，現(xiàn)代車用發(fā)動(dòng)機(jī)，除了采取完善的燃燒等機(jī)內(nèi)凈化措施外，在傳統(tǒng)的進(jìn)、排氣系統(tǒng)中又增加了不少機(jī)外凈化的附件與裝置。1空氣濾清器外殼；2－空氣濾清器蓋；3－濾芯；4－后進(jìn)氣導(dǎo)流管；5－前進(jìn)氣導(dǎo)流管；6－諧振室

圖5-19空氣濾清器進(jìn)氣導(dǎo)流管

1.進(jìn)氣歧管結(jié)構(gòu)對(duì)于化油器式或節(jié)氣門體汽油噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)氣歧管指的是化油器或節(jié)氣門體之后到氣缸蓋進(jìn)氣道之前的進(jìn)氣管路。它的功用是將空氣燃油混合氣由化油器或節(jié)氣門體分配到各缸進(jìn)氣道。對(duì)于氣道燃油噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)或柴油機(jī)，進(jìn)氣歧管只是將潔凈的空氣分配到各缸進(jìn)氣道。進(jìn)氣歧管必須將空氣-燃油混合氣或潔凈空氣盡可能均勻地分配到各個(gè)氣缸，為此進(jìn)氣歧管內(nèi)氣體流道的長度應(yīng)盡可能相等。為了減小氣體流動(dòng)阻力，提高進(jìn)氣能力，進(jìn)氣歧管的內(nèi)壁應(yīng)該光滑?？勺冞M(jìn)氣管：為了充分利用進(jìn)氣波動(dòng)效應(yīng)和盡量縮小發(fā)動(dòng)機(jī)在高、低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)氣速度的差別，從而達(dá)到改善發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性及動(dòng)力性的目的，要求發(fā)動(dòng)機(jī)在高轉(zhuǎn)速、大負(fù)荷時(shí)裝備粗短的進(jìn)氣歧管；而在中、低轉(zhuǎn)速和中、小負(fù)荷時(shí)配用細(xì)長的進(jìn)氣歧管。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－發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制裝置

圖5-20可變長度進(jìn)氣歧管

圖5-20就是一種能根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的變化而自動(dòng)改變有效長度的進(jìn)氣歧管。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制裝置5指令轉(zhuǎn)換閥控制機(jī)構(gòu)4關(guān)閉轉(zhuǎn)換閥3，這時(shí)空氣經(jīng)空氣濾清器1和節(jié)氣門2沿著彎曲而細(xì)長的進(jìn)氣歧管流進(jìn)氣缸。細(xì)長的進(jìn)氣歧管提高了進(jìn)氣速度，增強(qiáng)了氣流的慣性，使進(jìn)氣量增多。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)換閥開啟，空氣經(jīng)空氣濾清器和節(jié)氣門直接進(jìn)入粗短的進(jìn)氣歧管。粗短的進(jìn)氣歧管進(jìn)氣阻力小，也使進(jìn)氣量增多。

可變長度進(jìn)氣歧管不僅可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性，還由于它提高了發(fā)動(dòng)機(jī)在中、低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的進(jìn)氣速度而增強(qiáng)了氣缸內(nèi)的氣流強(qiáng)度，從而改善了燃燒過程，使發(fā)動(dòng)機(jī)中低速的燃油經(jīng)濟(jì)性有所提高。

2排氣系統(tǒng)

現(xiàn)代車用發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)由排氣歧管、排氣總管和排氣消聲器組成。在采用三元催化器降有害低排放的轎車發(fā)動(dòng)機(jī)上，排氣系統(tǒng)還包括三元催化器等裝置（圖5-21）。所以排氣系統(tǒng)的作用是在盡可能低的排氣流動(dòng)阻力下，排出盡量少的有害物質(zhì)，具有盡可能低的排氣噪聲。1－前消聲器；2－催化轉(zhuǎn)化器；3－中消聲器；4－后消聲器；5－排氣歧管；6－排氣總管圖5-21排氣系統(tǒng)的組成V型發(fā)動(dòng)機(jī)有兩個(gè)排氣歧管，在大多數(shù)裝配V型發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車上仍采用單排氣系統(tǒng)，即通過一個(gè)叉形管將兩個(gè)排氣歧管連接到一個(gè)排氣管上。來自兩個(gè)排氣歧管的廢氣經(jīng)同一個(gè)排氣管、同一個(gè)消聲器和同一個(gè)排氣尾管排出（圖5-22a）。但有些V型發(fā)動(dòng)機(jī)采用雙排氣系統(tǒng)，即每個(gè)排氣歧管各自都連接一個(gè)排氣管、催化轉(zhuǎn)換器、消聲器和排氣尾管（圖5-22b）。雙排氣系統(tǒng)降低了排氣系統(tǒng)內(nèi)的壓力，使發(fā)動(dòng)機(jī)排氣更為順暢，氣缸中殘余的廢氣較少，因而可以充入更多的空氣-燃油混合氣或潔凈的空氣，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩都相應(yīng)地有所提高。a）單排氣系統(tǒng)；b）雙排氣系統(tǒng)1－發(fā)動(dòng)機(jī)；2－排氣歧管；3－叉形管；4－催化轉(zhuǎn)化器；5－排氣管；6－消聲器；7－排氣尾管；8－連通管

圖5-22V型發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)示意圖5.2.5燃油供給與燃燒系統(tǒng)

1.化油器式汽油機(jī)燃油供給系統(tǒng)汽油機(jī)的燃油系統(tǒng)分為兩種，一種是傳統(tǒng)化油器式燃油系統(tǒng)，一種是電子控制汽油噴射系統(tǒng)。圖5-23為傳統(tǒng)化油器式燃油系統(tǒng)的組成，主要包括油箱、汽油濾清器、汽油泵和化油器等。汽油在汽油泵的作用下從油箱1流經(jīng)濾清器3和汽油泵4進(jìn)入化油器5，在化油器中與經(jīng)空氣濾清器7過濾的空氣混合，再經(jīng)進(jìn)氣管進(jìn)入氣缸。1－油箱；2－油管；3－汽油濾清器；4－汽油泵；5－化油器；6－汽油表；7－空氣濾清器；8－消聲器圖5-23傳統(tǒng)化油器式燃油系統(tǒng)的組成

2.電子控制汽油噴射式汽油機(jī)燃油供給系統(tǒng)電子控制汽油噴射系統(tǒng)是以控制單元為控制中心，利用各種傳感器所采集到的各種信號(hào)，并根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)反饋的實(shí)際工況和電腦中預(yù)存的控制程序來精確地控制噴油器的噴油量，以使發(fā)動(dòng)機(jī)在各種工況下均能獲得最佳空燃比的混合氣。電子控制汽油噴射系統(tǒng)的形式多種多樣，但從組成上來看均可視為由燃油供給系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三部分組成。不同的只是電控單元的控制方式、控制范圍、控制程序以及所用傳感器和執(zhí)行器的構(gòu)造。圖5－24是M型電控汽油噴射系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用間歇式的噴油方式。1－燃油箱；2－燃油泵；3－燃油濾清器；4－燃油壓力脈沖阻尼器；5－控制器；6－點(diǎn)火線圈；7－高壓分電器；8－火花塞；9－主噴油器；10－燃油分配總管；11－燃油壓力調(diào)節(jié)器；12－冷啟動(dòng)噴油器；13－怠速轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)螺釘；14－節(jié)氣門；15－節(jié)氣門位置開關(guān)；16－空氣流量傳感器；17－進(jìn)氣溫度傳感器；18－氧傳感器；19－熱限時(shí)開關(guān)；20－冷卻液溫度傳感器；21－輔助空氣閥；22－怠速混合氣濃度調(diào)節(jié)螺釘；23－曲軸位置傳感器；24－轉(zhuǎn)速傳感器；25－蓄電池；26－點(diǎn)火開關(guān)；27－主繼電器；28－油泵繼電器

圖5－24電子控制式汽油噴射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖電控燃油噴射式燃油供給系統(tǒng)主要由電動(dòng)燃油泵、燃油濾清器、燃油壓力脈動(dòng)阻尼器、燃油壓力調(diào)節(jié)器、噴油器和燃油管路等組成，以框圖表示則如圖5-25所示。電動(dòng)燃油泵2把汽油從燃油箱1中泵出，經(jīng)過燃油濾清器3濾去雜質(zhì)，再通過燃油總管4分配到各個(gè)噴油器6。燃油壓力脈動(dòng)阻尼器可以減小燃油管路中油壓的波動(dòng)（由于燃油泵輸出壓力周期性變化，使噴油器噴油時(shí)引起油壓變化）。燃油壓力調(diào)節(jié)器5保證噴油器兩端壓差恒定，使噴油量只受噴油時(shí)間長短的影響，提高噴油量控制精度。1－燃油箱；2－電動(dòng)燃油泵；3－燃油濾清器；4－燃油總管；5－燃油壓力調(diào)節(jié)器；6－噴油器

圖5-25燃油供給系統(tǒng)框圖

3.柴油機(jī)燃料供給系統(tǒng)

柴油機(jī)燃燒供給系由低壓油路和高壓油路兩部分組成。低壓油路包括油箱、油水分離器、柴油濾清器和輸油泵等部件，高壓油路包括噴油泵、高壓油管和噴油器等組成。噴油泵是定時(shí)、定量產(chǎn)生高壓油的裝置，分柱塞式噴油泵和分配式噴油泵兩大類。圖5-26所示為安裝有柱塞式噴油泵的柴油供給系統(tǒng)，在輸油泵3的作用下，柴油從油箱1被吸出，經(jīng)過油水分離器2分離出柴油中的水分，再壓向柴油濾清器6過濾，干凈的柴油進(jìn)入柱塞式噴油泵5，提高壓力，再經(jīng)高壓油管8，送到噴油器9，以一定的速率、射程和噴霧錐角噴入燃燒室。多余的柴油從回油管7流回柴油濾清器。1－柴油機(jī)；2－油水分離器；3－輸油泵；4－供油提前角；5－柱塞式噴油泵；6－柴油濾清器；7－回油管；8－高壓油管；9－噴油器圖5-26柱塞式噴油泵柴油供給系統(tǒng)

另一種先進(jìn)的供給系統(tǒng)是高壓共軌柴油供給系統(tǒng)。它是采用電子控制的柴油機(jī)燃油供給系統(tǒng)，由高壓油泵、壓力傳感器、共軌管、噴油器和ECU（電子控制單元）組成，如圖5-27所示。這種供油系統(tǒng)可以將噴射壓力的產(chǎn)生和噴射過程彼此完全分開，由高壓油泵把高壓燃油輸送到公共供油管（共軌管），通過對(duì)共軌管內(nèi)的油壓實(shí)現(xiàn)精確控制，使高壓油管壓力大小與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速無關(guān)，可以大幅度減小柴油機(jī)供油壓力隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化。ECU控制噴油器的噴油量、噴油時(shí)刻與噴油規(guī)律。圖5-27高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)

與傳統(tǒng)的柴油機(jī)燃油供給系統(tǒng)比較，高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)具有如下主要優(yōu)點(diǎn)：（1）供油壓力高，通常的壓力為135-200MPa；（2）噴油壓力與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速無關(guān)，避免了傳統(tǒng)機(jī)械泵供油壓力受轉(zhuǎn)速的影響，即低轉(zhuǎn)速下供油壓力低的缺陷；（3）噴油時(shí)刻控制精確；（4）噴油規(guī)律柔性可調(diào)。通過噴油器上的電磁閥控制噴射定時(shí)、噴射油量以及噴射速率，還可以靈活調(diào)節(jié)不同工況下預(yù)噴射和后噴射的噴射油量以及與主噴射的間隔。4.汽油機(jī)燃燒室汽油機(jī)的燃燒室結(jié)構(gòu)形狀對(duì)燃燒過程的火焰?zhèn)鞑?、燃燒速度、爆燃傾向、散熱損失、充氣效率以及排氣中的有害成分等都有較大影響。在一定程度上決定了汽油機(jī)工作的好壞。汽油機(jī)燃燒的是均勻混合氣，無需用燃燒室的結(jié)構(gòu)來保證混合氣的形成，所以與柴油機(jī)相比，汽油機(jī)的燃燒室較為簡單。理想的燃燒室應(yīng)使汽油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性好、功率大、工作柔和、燃燒噪音小、不出現(xiàn)爆燃及早燃等不正常燃燒、對(duì)大氣污染小，并應(yīng)使汽油機(jī)構(gòu)造簡單、制造方便、便于維護(hù)?，F(xiàn)階段因公害問題及節(jié)能問題，而更著眼于提高經(jīng)濟(jì)性和減小排氣對(duì)大氣的污染。對(duì)汽油機(jī)燃燒室一般有以下要求：

①結(jié)構(gòu)緊湊。主要以面容比（F/V）來表征。面容比小，燃燒室緊湊，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x短，不易爆燃，可提高壓縮比。②具有良好的充氣性能。應(yīng)允許有較大的進(jìn)氣門直徑或進(jìn)氣流通面積，適用于多氣門布置，使混合氣盡可能平直、順暢地流入燃燒室。③火花塞位置安排適當(dāng)。如火花塞應(yīng)盡可能布置在燃燒室溫度較高的區(qū)域，如排氣門附近，使受熾熱表面加熱的混合氣及早燃燒不致發(fā)展為爆燃。④組織適當(dāng)?shù)臍饬鬟\(yùn)動(dòng)。以加速火焰?zhèn)鞑?、提高燃燒速度、縮短燃燒時(shí)間，從而提高功率、經(jīng)濟(jì)性和減小爆燃傾向。⑤防止爆燃和早燃。如對(duì)末端混合氣進(jìn)行適當(dāng)冷卻，使燃燒室內(nèi)避免局部熱點(diǎn)和突出物。常見典型燃燒室有：（1）楔形燃燒室燃燒室呈楔形，如圖5－28a所示?；鸹ㄈ谶M(jìn)、排氣門之間，位于楔形高處。氣門稍傾斜以使進(jìn)、排氣流動(dòng)通暢，從而提高充氣效率。經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性較好，工作較為粗暴。楔形燃燒室多用于高速汽油機(jī)。（2）浴盆形燃燒室燃燒室呈浴盆形，如圖5－28b所示。火花塞位于進(jìn)、排氣門之間。燃燒室寬度略超出氣缸范圍，以加大氣門直徑。與楔形燃燒室相比，燃燒速度較低，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x也較長，工作比較柔和。這種燃燒室在載重汽車上應(yīng)用較為廣泛。

(a)楔形燃燒室(b)浴盆形燃燒室(c)半球形燃燒室

圖5－28汽油機(jī)的燃燒室

（3）多球形燃燒室多球形燃燒室又稱為屋脊形燃燒室，此類燃燒室形狀如帳篷狀，火花塞多布置在中央，具有雙行傾斜排列的氣門，如圖5－28c所示。在雙氣門（一進(jìn)一排）發(fā)動(dòng)機(jī)上，此種燃燒室稱為半球形燃燒室，它結(jié)構(gòu)緊湊，充量系數(shù)高，動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性好，HC排量小。在多氣門（每缸三、四或五個(gè)氣門）發(fā)動(dòng)機(jī)上均采用多球形燃燒，以能充分利用燃燒室表面布置氣門。如夏利汽車的TJ376Q型汽油機(jī)采用的就是多球形燃燒室。5.柴油機(jī)燃燒室（1）直噴式燃燒室直噴式燃燒室的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是只有一個(gè)燃燒室，位于活塞頂面和氣缸蓋底平面之間，燃料直接噴入該燃燒室中與空氣進(jìn)行混合燃燒。直噴式燃燒室的活塞頂設(shè)計(jì)極具獨(dú)創(chuàng)性（圖5-29），不同的渦流凹坑，產(chǎn)生不同的氣體運(yùn)動(dòng)，混合氣形成也不同，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)性能的差異。a）淺盆形燃燒室；b）淺ω形燃燒室；c）球形燃燒室；d）U形燃燒室；

e）四角形燃燒室；f）八角形燃燒室；g）花瓣形燃燒室圖5-29直噴式燃燒室

如圖5-28a的淺盆形燃燒室，凹坑較淺，底部較平，空氣壓縮渦流小，主要靠噴高壓油到燃燒室空間與空氣混合，屬于空間霧化混合方式。圖5-28c的球形燃燒室，凹坑呈球狀，較深，空氣渦流較強(qiáng)，噴油嘴順氣流噴射燃油，在強(qiáng)渦流氣流的帶動(dòng)下，燃油被涂布到球形燃燒室壁面上，形成一層油膜。只有一小部分從油束分散出來的燃油以油霧分散在燃燒室空間，在熾熱的空氣中，首先完成著火準(zhǔn)備，形成火源。這種混合氣形成方式屬于油膜蒸發(fā)混合方式。（2）分隔式燃燒室分隔式燃燒室的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是燃燒室被分隔為主、副兩個(gè)燃燒室，二者用一個(gè)或數(shù)個(gè)通道相通。副燃燒室在氣缸蓋內(nèi)，主燃燒室在缸蓋底平面與活塞頂面之間。燃燒先噴入缸蓋中的副燃燒室進(jìn)行預(yù)燃燒，再經(jīng)過通道噴到活塞頂上的主燃燒室進(jìn)一步燃燒。

分隔式燃燒室根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同分為渦流室式和預(yù)燃室式兩種。

渦流室式燃燒室的輔助燃燒室是渦流室，位于氣缸蓋內(nèi)。如圖5-30a所示，渦流室容積占全部燃燒室容積的50％－80％，它與主燃燒室之間有一個(gè)較大的切向通道相連，通道截面積約為活塞頂面積的1.2％－3.5％。在壓縮過程，氣缸中的空氣被活塞擠壓，經(jīng)過通道流入渦流室形成有組織的強(qiáng)烈渦流。接近壓縮上止點(diǎn)時(shí)，噴油嘴開始順氣流噴油，在強(qiáng)渦流帶動(dòng)下，燃油被涂布到燃燒室壁面上，形成油膜。預(yù)燃室式燃燒室渦流室式燃燒室圖5-30

預(yù)燃室式燃燒室的輔助燃燒室即為預(yù)燃室，預(yù)燃室通常用耐熱鋼制成的單獨(dú)零件裝在氣缸蓋中（圖5-30b），容積占整個(gè)燃燒室總?cè)莘e的25％－45％，與主燃燒室用一個(gè)或幾個(gè)小直徑的通道相連。在壓縮行程中，空氣在副燃燒室內(nèi)形成強(qiáng)烈的無組織的紊流。燃油迎著氣流方向噴射，并在副燃燒室頂部預(yù)先發(fā)火燃燒，故稱副燃燒室為預(yù)燃室。預(yù)燃室式燃燒室（圖5-30b）的副燃燒室與燃燒室的通道截面較小，而且方向與噴油方向相對(duì)。壓縮時(shí)，空氣經(jīng)通道被壓向副燃燒室，形成強(qiáng)烈的紊流，燃料逆氣流方向噴射，與空氣相撞混合，并著火預(yù)燃燒，所以副燃燒室也稱預(yù)燃室。隨后，不完全燃燒的混合氣經(jīng)通道到主燃燒室，與主燃燒室內(nèi)的空氣進(jìn)一步混合燃燒。這種燃燒室工作比渦流式燃燒室更柔和，而且可以燃用多種燃料，但它的節(jié)流損失比渦流室式更大，所以經(jīng)濟(jì)性能較差。5.2.6內(nèi)燃機(jī)的冷卻系

冷卻系的功用是使內(nèi)燃機(jī)在所有的工況都保持在適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)。冷卻系即要防止發(fā)動(dòng)機(jī)過熱，也要防止冬季發(fā)動(dòng)機(jī)過冷。在冷發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)以后，冷卻系還要保證發(fā)動(dòng)機(jī)迅速升溫，盡快達(dá)到正常的工作溫度。

內(nèi)燃機(jī)在工作時(shí)，最高燃燒溫度可達(dá)2500

。燃燒所產(chǎn)生的熱量有一部分（約占燃燒熱量的三分之一）經(jīng)各種傳熱方式傳給內(nèi)燃機(jī)組件。若不冷卻，缸內(nèi)溫度過高，會(huì)使各零部件之間的正常配合間隙改變，機(jī)油黏度大大下降，潤滑狀況惡化，造成變形和早期磨損。但若冷卻過度，氣缸內(nèi)的溫度過低，熱量散失較多，轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ臒崃烤蜏p少，還將使燃料的霧化和蒸發(fā)性能變差，混合氣的形成和燃燒不好；機(jī)油黏度過大，機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)阻力增加。這些都造成內(nèi)燃機(jī)的油耗增加，功率下降。

根據(jù)冷卻介質(zhì)的不同，內(nèi)燃機(jī)的冷卻系有水冷和風(fēng)冷兩種形式。工程機(jī)械和車用內(nèi)燃機(jī)普遍使用水冷系。只有少數(shù)使用風(fēng)冷系。風(fēng)冷內(nèi)燃機(jī)主要有氣缸蓋和氣缸套上的散熱片、機(jī)油散熱器、冷卻空氣的導(dǎo)流裝置和風(fēng)扇等組成。如圖5－31所示。1－風(fēng)壓室；2－液力變矩器機(jī)油散熱器；3－空－空中冷器；4－機(jī)油散熱器；5－氣缸蓋；6－氣缸套；7－彈性連軸器；8－噴油泵；9－軸流風(fēng)扇；10－風(fēng)扇靜葉輪

圖5－31BF8L413F風(fēng)冷柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)

內(nèi)燃機(jī)的水冷系是由水泵、散熱器、冷卻風(fēng)扇、節(jié)溫器、補(bǔ)償水桶、內(nèi)燃機(jī)機(jī)體和氣缸蓋中的水套以及其它附屬裝置等組成。車用內(nèi)燃機(jī)的水冷系通常都是強(qiáng)制循環(huán)水冷系，即用水泵提高冷卻液的壓力，強(qiáng)制冷卻液在內(nèi)燃機(jī)中循環(huán)流動(dòng)。冷卻液在內(nèi)燃機(jī)中的循環(huán)路徑如圖5－32所示。冷卻液在水泵5增壓后，經(jīng)分水管10進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)的機(jī)體水套9。冷卻液從水套壁周圍流過并從水套壁吸熱而升溫，然后向上流入氣缸蓋水套7，從氣缸蓋水套壁吸熱后經(jīng)節(jié)溫器6及散熱器進(jìn)水軟管流入散熱器2。在散熱器中，冷卻液向流過散熱器周圍的空氣散熱而降溫。最后冷卻液經(jīng)散熱器出水管返回水泵，如此循環(huán)不停。在汽車行駛時(shí)或冷卻風(fēng)扇工作時(shí)，空氣從散熱器周圍流過，以增強(qiáng)對(duì)冷卻液的冷卻。無論是銅制還是不銹鋼制的分水管或直接鑄在機(jī)體上的分水管，都沿縱向開有出水孔，并與機(jī)體水道相通，離水泵越遠(yuǎn)出水孔越大，其數(shù)目與氣缸數(shù)相同。分水管和分水道的作用是使發(fā)動(dòng)機(jī)各氣缸的冷卻強(qiáng)度均勻一致。1－百葉窗；2－散熱器；3－散熱器蓋；4－風(fēng)扇；5－水泵；6－節(jié)溫器；7－氣缸蓋水套；8－水溫表；9－機(jī)體水套；10－分水管；11－放水閥

圖5－32冷卻液在強(qiáng)制循環(huán)水冷系中的流動(dòng)

5.2.7內(nèi)燃機(jī)潤滑系統(tǒng)

（一）潤滑系的功用

內(nèi)燃機(jī)潤滑系將適當(dāng)粘度的機(jī)油引入運(yùn)動(dòng)零件的表面，使摩擦副處于液體摩擦狀態(tài)，以減少摩擦副的摩擦和摩損，同時(shí)還有冷卻、提高密封性和防蝕防銹等功能。（二）潤滑方式由于發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)件的工作條件不同有以下幾種潤滑方式。（1）壓力潤滑：是以一定的壓力把潤滑油供入摩擦表面的潤滑方式。主要用于主軸承、連桿軸承和凸輪軸承等負(fù)荷較大的摩擦表面的潤滑。（2）飛濺潤滑：利用發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)運(yùn)動(dòng)件濺起來的油滴或油霧潤滑摩擦表面的潤滑方式，稱飛濺潤滑。該方式主要用來潤滑負(fù)荷較輕的氣缸壁面和配氣機(jī)構(gòu)的凸輪、挺柱、氣門桿以及搖臂等零件的工作表面。（3）潤滑脂潤滑：通過潤滑脂嘴定期加注潤滑脂來潤滑零件的工作表面，如水泵及發(fā)電軸承等。（三）潤滑油路圖5－33為上海桑塔納1.8L轎車發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑系統(tǒng)示意圖，它可以作為現(xiàn)代轎車發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑系統(tǒng)的典型例子。機(jī)油泵2通過機(jī)油集濾器3，從油底殼4中吸上機(jī)油，如果油壓太高或流量過大，則機(jī)油從安全閥6旁流回油底殼，而壓力和流量正常的機(jī)油則進(jìn)入機(jī)油濾清器7進(jìn)行濾清，然后進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的主油道。機(jī)油濾清器蓋上有有一旁通閥1，若機(jī)油濾清器堵塞，油壓升高，則旁通閥打開，機(jī)油直接短路進(jìn)入主油道。主油道通過五條分油道將機(jī)油送到五個(gè)主軸承。主油道中有一路對(duì)中間軸（用來驅(qū)動(dòng)機(jī)油泵和分電器）的前軸承。同時(shí)主油道中有一路給凸輪軸總油道供油，然后由五條分油道分別對(duì)五個(gè)凸輪軸承供油，缸蓋上凸輪軸總油道末端也是整個(gè)壓力油路的終端。此處有一個(gè)用來作最低壓力報(bào)警的壓力開關(guān)，其動(dòng)作壓力為0.03MPa。

1－旁通閥；2－機(jī)油泵；3－集濾器；4－油底殼；5－放油塞；6－安全閥；7－機(jī)油濾清器；8－主油道；9－分油道；10－曲軸；11－中間軸；12－機(jī)油壓力開關(guān)；13－凸輪軸圖5－33桑塔納1.8L轎車發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油路

（四）曲軸箱通風(fēng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，有一部分可燃混合氣和廢氣經(jīng)活塞環(huán)漏到曲軸箱內(nèi)。漏到曲軸箱內(nèi)的汽油蒸氣凝結(jié)后將使機(jī)油變稀，性能變壞。為了延長機(jī)油的使用壽命，減少摩擦零件的摩損和腐蝕，防止發(fā)動(dòng)機(jī)漏油，必須使發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱保持通風(fēng)，將混合氣和廢氣從曲軸箱內(nèi)排出。曲軸箱內(nèi)排出的氣體可以直接流入大氣中去，這種通風(fēng)方式稱為自然通風(fēng)。也可導(dǎo)入發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣管，這種通風(fēng)方式稱為強(qiáng)制通風(fēng)。目前，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱一般都是采用強(qiáng)制通風(fēng)。這樣，可以將竄入曲軸箱內(nèi)的混合氣回收使用，有利于提高發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。

圖5－34所示為車用汽油機(jī)曲軸箱通風(fēng)示意圖。當(dāng)汽油機(jī)工作時(shí)，曲軸箱內(nèi)的氣體，經(jīng)PCV通風(fēng)閥和軟管進(jìn)入進(jìn)氣管，然后吸入氣缸中。新鮮空氣經(jīng)空氣濾清器和通氣軟管由氣門室罩進(jìn)入曲軸箱內(nèi)。為了防止混合氣經(jīng)軟管流入曲軸箱，在軟管上裝設(shè)有單向PCV閥。圖5-34曲軸箱通風(fēng)示意圖5.2.8汽油機(jī)點(diǎn)火系

點(diǎn)火系的任務(wù)是按氣缸工作順序，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻點(diǎn)火，保證在各種特殊條件下產(chǎn)生足夠的點(diǎn)燃混合氣的電火花能量。為了使發(fā)動(dòng)機(jī)在各種工況下均能可靠點(diǎn)火，作用在火花塞間隙的電壓應(yīng)能達(dá)到12-20KV。能夠按時(shí)在火花塞兩電極之間產(chǎn)生電火花的全部裝置，稱為發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系。按照點(diǎn)火系的組成和產(chǎn)生高壓電的方法不同，分為傳統(tǒng)點(diǎn)火系和電子點(diǎn)火系。

（一）傳統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)的組成和工作原理傳統(tǒng)點(diǎn)火系的組成如圖5-35所示。它由點(diǎn)火線圈、分電器、火花塞、電源、點(diǎn)火開關(guān)和高壓導(dǎo)線等組成。1－點(diǎn)火開關(guān)；2－電流表；3－蓄電池；4－起動(dòng)機(jī)；5－高壓導(dǎo)線；6－高壓阻尼電阻；7－火花塞；8－電容器；9－斷電器；10－配電器；11－點(diǎn)火線圈；12－附加電阻

圖5－35傳統(tǒng)點(diǎn)火系的組成

A點(diǎn)火導(dǎo)線B分電器外殼C分電器轉(zhuǎn)子D高壓線E分電器體F分電器凸輪G點(diǎn)火信號(hào)接觸元件H點(diǎn)火裝置I高壓包J火花塞（二）電子點(diǎn)火系統(tǒng)

電子點(diǎn)火系分為有分電器電子點(diǎn)火系（有觸點(diǎn)、無觸點(diǎn)）和無分電器電子點(diǎn)火系。有分電器的電子點(diǎn)火系又稱“半導(dǎo)體晶體管點(diǎn)火系”。根據(jù)發(fā)展歷程，可分為有觸點(diǎn)式和無觸點(diǎn)式二種。

有分電器有觸點(diǎn)電子點(diǎn)火系保留了傳統(tǒng)點(diǎn)火系的斷電器，利用晶體三極管的開關(guān)作用，代替斷電器的觸點(diǎn)控制點(diǎn)火線圈一次電路的通、斷，減小了觸點(diǎn)電流，可以減小觸點(diǎn)火花，延長觸點(diǎn)壽命；配用高匝數(shù)比的點(diǎn)火線圈，還可以增大一次電流，提高二次電壓，改善點(diǎn)火性能。

有分電器無觸點(diǎn)式電子點(diǎn)火系用電子控制點(diǎn)火模塊代替斷電器觸點(diǎn)，點(diǎn)火信號(hào)由曲軸位置傳感器提供。它利用各種類型的傳感器代替斷電器的觸點(diǎn)，產(chǎn)生點(diǎn)火信號(hào)，控制點(diǎn)火系工作。因此，在點(diǎn)火系工作時(shí)，與觸點(diǎn)有關(guān)的故障都不可能發(fā)生。

無分電器的電子點(diǎn)火系也稱微機(jī)控制點(diǎn)火系，它一般由傳感器、微機(jī)控制器和點(diǎn)火控制器與點(diǎn)火線圈等組成（參看圖5-36），它取消了傳統(tǒng)點(diǎn)火系的配電器與斷電器，使點(diǎn)火系大大簡化，且提高了工作可靠性，消除了由配電器蓋和分火頭之間的火花造成的無線電干擾和能耗。因此，在現(xiàn)代汽車上廣泛應(yīng)用。圖5－36無分電器電子點(diǎn)火系5.2.9發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)系統(tǒng)

起動(dòng)系是利用發(fā)動(dòng)機(jī)以外的動(dòng)力使發(fā)動(dòng)機(jī)從靜止到獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)并發(fā)出動(dòng)力。要使發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)成功，必須要有：①起動(dòng)轉(zhuǎn)速；②起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。即要有一定的起動(dòng)功率。起動(dòng)轉(zhuǎn)速是保證發(fā)動(dòng)機(jī)工作必要的壓縮壓力和著火燃燒的重要條件。汽油機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)速約為60―100r/min,直噴式燃燒室柴油機(jī)約為100―150r/min，分隔式燃燒室柴油機(jī)約為200―300r/min。否則柴油霧化不好，混合氣質(zhì)量不高，起動(dòng)困難。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩則必須克服機(jī)械運(yùn)動(dòng)件和輔助運(yùn)動(dòng)件的摩擦阻力和機(jī)油的粘性力，克服機(jī)件加速的慣性力，氣體或工質(zhì)的初始?jí)嚎s阻力等。車用汽油機(jī)一般所需的起動(dòng)功率為1.5KW，車用柴油機(jī)可達(dá)5KW或更大。發(fā)動(dòng)機(jī)的常用起動(dòng)方式有：人力起動(dòng)、電力起動(dòng)、壓縮機(jī)起動(dòng)、輔助汽油機(jī)起動(dòng)等方式。特種車輛常裝有兩套起動(dòng)裝置。目前汽車絕大部分使用電力起動(dòng)機(jī)起動(dòng)。這種起動(dòng)系統(tǒng)以蓄電池為電源，以電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，當(dāng)電動(dòng)機(jī)軸上的驅(qū)動(dòng)齒輪與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪周緣上的環(huán)齒嚙合時(shí)，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的動(dòng)力，就通過飛輪傳遞給發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸，使曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。5.3內(nèi)燃機(jī)的熱力循環(huán)及性能指標(biāo)

5.3.1內(nèi)燃機(jī)的理論循環(huán)與評(píng)價(jià)指標(biāo)

（一）內(nèi)燃機(jī)的三種基本循環(huán)最簡單的理論循環(huán)是空氣標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)，它是由幾個(gè)最基本的熱力學(xué)過程所組成，其簡化條件是：1)假設(shè)工質(zhì)是在閉口系統(tǒng)中做封閉循環(huán)，并在絕熱條件下被壓縮和膨脹。2)假設(shè)燃燒是外界無數(shù)個(gè)高溫?zé)嵩丛诘热莼虻葔合孪蚬べ|(zhì)加熱。工質(zhì)放熱為等容放熱。3)假設(shè)工質(zhì)——空氣為理想氣體，其比熱容為定值。4)假設(shè)循環(huán)中各過程為可逆過程。

內(nèi)燃機(jī)有三種基本空氣標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)，即等容加熱循環(huán)、等壓加熱循環(huán)和混合加熱循環(huán)。圖5-37為這三種循環(huán)的p-V圖。通常認(rèn)為：汽油機(jī)混合氣燃燒迅速，簡化為等容加熱循環(huán)；高增壓和低速大型柴油機(jī)由于受到燃燒最高壓力的限制，大部分燃料在上止點(diǎn)以后燃燒，燃燒時(shí)氣缸壓力變化不顯著，可以簡化為等壓加熱循環(huán)；高速柴油機(jī)介于兩者之間，其燃燒過程可視為等容、等壓加熱的組合，故簡化為混合加熱循環(huán)。理論循環(huán)的優(yōu)劣常用循環(huán)熱效率和循環(huán)平均壓力來評(píng)價(jià)。a）混合理論循環(huán)b）等容加熱循環(huán)c）等壓加熱循環(huán)

圖5-37內(nèi)燃機(jī)理論循環(huán)

（二）循環(huán)熱效率

循環(huán)熱效率用以評(píng)定理論循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性，它是工質(zhì)所作循環(huán)功與循環(huán)加熱量之比，即式中，為工質(zhì)在循環(huán)中放出的熱量。按上述定義，由熱力學(xué)可得混合加熱循環(huán)熱效率為式中，為壓縮比；為等熵指數(shù)；為壓力升高比；

為預(yù)膨脹比。

并可推出等容加熱循環(huán)（=1）熱效率為等壓加熱循環(huán)（=1）熱效率為由上述公式可以看出，影響的因素如下所述。壓縮比式中，為氣缸總?cè)莘e；為氣缸工作容積；為氣缸壓縮容積。隨著的提高，三種循環(huán)的都提高。因?yàn)樘岣?，可以提高循環(huán)平均吸熱溫度，降低循環(huán)平均放熱溫度，擴(kuò)大循環(huán)溫差，增大膨脹比，從而提高循環(huán)熱效率。2.等熵指數(shù)等熵指數(shù)增大，將提高。值取決于工質(zhì)的性質(zhì)，雙原子氣體（如空氣）=1.44，多原子氣體（如燃料）=1.33。3.壓力升高比式中，為循環(huán)最高壓力；為壓縮終點(diǎn)壓力。

在等容加熱循環(huán)中，隨著循環(huán)加熱量的增加，值成正比增大。若保持不變，則工質(zhì)的膨脹比也不會(huì)變化，這樣循環(huán)放熱量亦相應(yīng)增大。而不變，即不變。在混合加熱循環(huán)中，當(dāng)循環(huán)加熱量和不變時(shí)，

增大，則減小，相應(yīng)的亦減小，則提高。但、增大都會(huì)造成最高溫度和最高壓力的急劇上升，因而受到材料的耐熱性和強(qiáng)度的限制。4.預(yù)膨脹比式中，為壓縮終點(diǎn)容積，=；為燃燒終了時(shí)氣缸的容積。在等壓加熱循環(huán)中，隨著加熱量增加，值增加，若保持不變，則平均膨脹比減小，放出的熱量增加，下降。在混合加熱循環(huán)中，當(dāng)循環(huán)總加熱量和保持不變時(shí)，值增加意味著等壓加熱部分增大，同樣下降。

(三)循環(huán)平均壓力循環(huán)平均壓力的定義是單位氣缸容積所作的循環(huán)功，用來評(píng)價(jià)循環(huán)對(duì)外的作功能力。雖然由此定義而得到該物理量的量綱是壓力單位，但其物理含義是表明內(nèi)燃機(jī)氣缸工作容積的理論作功能力式中，為循環(huán)所做的功（J）；為氣缸工作容積（）；為循環(huán)平均壓力（kPa）。根據(jù)熱力學(xué)可得混合加熱循環(huán)平均壓力為式中，為壓縮始點(diǎn)壓力（kPa）。則等容加熱循環(huán)平均壓力為等壓加熱循環(huán)平均壓力為

可見，是隨、、、、和的增加而增加。在混合加熱循環(huán)中，如果循環(huán)加熱量不變，也保持不變，則增加即減少，等壓加熱部分增加，而等容加熱部分減少。由上述式子可見，

也下降。(四)三種理論循環(huán)的比較圖5-38給出加熱量相同時(shí)三種理論循環(huán)的比較。從圖5-38a中可以看出，當(dāng)各循環(huán)的和分別相同時(shí)，三種循環(huán)中各自的放熱量為則故欲提高混合加熱循環(huán)熱效率，應(yīng)增加等容部分的加熱量。

a)壓縮比相同b）最高壓力相同

—等容加熱循環(huán)—等壓加熱循環(huán)—混合加熱循環(huán)圖5-38三種循環(huán)的比較從圖5-38b中可以看出，當(dāng)各循環(huán)的和分別相同時(shí)

故對(duì)高增壓內(nèi)燃機(jī)，由于受機(jī)件強(qiáng)度限制，其循環(huán)最高壓力不得過大，這種情況下提高，同時(shí)增大等壓加熱部分加熱量對(duì)提高熱效率是有利的。

5.3.2內(nèi)燃機(jī)的實(shí)際循環(huán)與評(píng)價(jià)指標(biāo)

內(nèi)燃機(jī)的實(shí)際循環(huán)是由進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣等5個(gè)過程組成。(—)內(nèi)燃機(jī)的工作過程圖5-39為四沖程內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)示功圖。圖5-39a為非增壓內(nèi)燃機(jī)，圖5—39b為增壓內(nèi)燃機(jī)。實(shí)際循環(huán)由下面5個(gè)過程組成。—壓縮終點(diǎn)氣缸容積

—?dú)飧坠ぷ魅莘e

—?dú)飧卓側(cè)莘e

—增壓壓力

—排氣壓力

—大氣壓力圖5－39四沖程內(nèi)燃機(jī)示功圖1.進(jìn)氣過程(圖5-39中r-a線)

為了使內(nèi)燃機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須不斷吸入新鮮工質(zhì)。進(jìn)氣時(shí)進(jìn)氣門開啟，排氣門關(guān)閉，活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。由于進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力，進(jìn)氣終點(diǎn)壓力一般小于大氣壓力或增壓壓力，同時(shí)氣流受到內(nèi)燃機(jī)高溫機(jī)件及殘余廢氣的加熱，進(jìn)氣終點(diǎn)溫度也總是高于大氣溫度或增壓器出口溫度。一般進(jìn)氣終點(diǎn)壓力和溫度的范圍是：汽油機(jī)＝(0.8~0.9)=340~380K柴油機(jī)＝(0.85~0.95)=300~340K增壓柴油機(jī)＝(0.9~1.0)=320~380K2．壓縮過程(圖5-39中a—c線)此時(shí)進(jìn)、排氣門均關(guān)閉。活塞由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，缸內(nèi)工質(zhì)受到壓縮，溫度、壓力不斷上升。工質(zhì)受到壓縮的程度用壓縮比表示。內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)的壓縮過程是一個(gè)復(fù)雜的多變過程。壓縮開始時(shí)，工質(zhì)溫度低于燃燒室壁面溫度，多變指數(shù)＞。工質(zhì)溫度不斷升高，在某一瞬間與缸壁溫度相等，＝。此后，由于工質(zhì)溫度高于缸壁溫度，工質(zhì)向缸壁傳熱，<。在實(shí)際近似計(jì)算中，常用一個(gè)不變的、平均的多變指數(shù)來取代之。只要以這個(gè)指數(shù)計(jì)算而得的多變過程，其始點(diǎn)和終點(diǎn)工質(zhì)狀態(tài)與實(shí)際壓縮過程的初、終狀態(tài)相符即可。稱為平均壓縮多變指數(shù)。壓縮終點(diǎn)的壓力和溫度用下式計(jì)算

、、和的大致范圍是：

汽油機(jī)6~101.32~1.38800~2000600~750柴油機(jī)14~221.38~1.403000~5000750~1000增壓柴油機(jī)12~151.35~1.375000~8000900~11003．燃燒過程(圖5-39中c—z線)此時(shí)進(jìn)、排氣門全關(guān)閉，活塞處在上止點(diǎn)前后。燃燒過程的作用是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使工質(zhì)的壓力、溫度升高。燃燒過程放出的熱量越多，放熱時(shí)越靠近上止點(diǎn)，熱效率越高。實(shí)際燃料燃燒不能在瞬間完成。因此，在汽油機(jī)中，汽油與空氣形成的可燃混合氣是在上止點(diǎn)前由電火花點(diǎn)燃的(圖5—40b中的點(diǎn))，火焰迅速傳播到整個(gè)燃燒室，工質(zhì)的壓力、溫度急劇上升，燃燒過程接近等容加熱，如圖5-40b中的c—z段。

a）柴油機(jī)b）汽油機(jī)圖5－40內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)燃燒過程同理，柴油機(jī)在上止點(diǎn)前就開始噴油(圖5—39a中的點(diǎn))，柴油霧滴迅速蒸發(fā)與空氣混合，并借助于空氣的熱量自燃。開始燃燒速度很快，而氣缸容積變化很小，所以工質(zhì)的壓力、溫度急劇上升，接近于等容加熱(圖5—40a中的c—

段)。由于噴油過程需要持續(xù)一段時(shí)間，燃燒過程處于邊噴油邊燃燒的狀態(tài)，燃燒速度下降。并且隨著活塞向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，氣缸容積增大，氣缸壓力升高不大，而溫度持續(xù)上升，接近于等壓加熱(圖5—40a中的—z段)。燃燒最高爆發(fā)壓力及最高溫度的大致范圍是：

可見，柴油機(jī)由于壓縮比高，其最高爆發(fā)壓力很高，但因空氣比例較大，其最高燃燒溫度反而比汽油機(jī)低。

汽油機(jī)3000~50002200~2800柴油機(jī)4500~90001800~2200增壓柴油機(jī)9000~130004．膨脹過程(圖5—39中的z—b線)

此時(shí)進(jìn)、排氣門均關(guān)閉，高溫、高壓的工質(zhì)推動(dòng)活塞向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，對(duì)外作功，氣缸內(nèi)氣體的溫度、壓力迅速下降。膨脹過程也是一個(gè)多變過程，除有熱交換和漏氣外，還有一部分燃料在此期間燃燒(后燃)。膨脹初期，由于后燃燃料的加熱，使工質(zhì)溫度升高，多變指數(shù)＜。到某一瞬間，對(duì)工質(zhì)的加熱量等于工質(zhì)壁面的傳熱量，=。此后，工質(zhì)向壁面散熱，

>。

與壓縮過程相同，計(jì)算中用一個(gè)不變的平均膨脹多變指數(shù)來取代之，只要用指數(shù)計(jì)算多變過程的始點(diǎn)與終點(diǎn)的狀態(tài)和實(shí)際膨脹過程始、終點(diǎn)狀態(tài)相同即可。膨脹終點(diǎn)b的壓力和溫度可用下式計(jì)算

汽油機(jī)

柴油機(jī)式中，為后膨脹比，（參看圖5-37a）

、、的大致范圍是：

汽油機(jī)300~6001200~15001.23~1.28柴油機(jī)200~5001000~12001.15~1.285．排氣過程(圖5—39中的b一r線)

膨脹過程結(jié)束時(shí)，排氣門打開，活塞由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，將燃燒后的廢氣排出氣缸。由于排氣系統(tǒng)有阻力，排氣終點(diǎn)壓力大于大氣壓力。阻力越大，排氣終點(diǎn)壓力越大，殘留在氣缸內(nèi)的廢氣就越多。排氣溫度是衡量內(nèi)燃機(jī)工作狀態(tài)優(yōu)劣的一個(gè)重要參數(shù)。排氣溫度低，說明燃料燃燒后轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ臒崃慷?，工作過程進(jìn)行得好，熱效率高。排氣終點(diǎn)壓力、溫度范圍是：汽油機(jī)

=（1.05~1.2）

=900~1100K

柴油機(jī)

=（1.05~1.2）

=700~900K

(二)實(shí)際循環(huán)的評(píng)定——指示指標(biāo)指示指標(biāo)用來評(píng)定實(shí)際循環(huán)質(zhì)量的好壞，它以工質(zhì)在氣缸內(nèi)對(duì)活塞作功為基礎(chǔ)。1．指示功和平均指示壓力一個(gè)實(shí)際循環(huán)中工質(zhì)對(duì)活塞所作的有用功稱為指示功，用表示。在圖5—39所示p-V圖中，閉合曲線所包圍的面積代表工質(zhì)對(duì)活塞所作的功，是正功。閉合曲線所包圍的面積稱為泵氣損失，對(duì)非增壓內(nèi)燃機(jī)是負(fù)功。對(duì)于增壓內(nèi)燃機(jī)，由于進(jìn)氣壓力高于排氣壓力，故是正功。

因此，面積為實(shí)際循環(huán)有用功，其面積可從實(shí)測示功圖計(jì)算得到，并用下式計(jì)算指示功的真實(shí)值式中，為示功圖面積；為示功圖縱坐標(biāo)的比例尺；為示功圖橫坐標(biāo)的比例尺。為了使不同容積的內(nèi)燃機(jī)具有可比性，引入平均指示壓力的概念。平均指示壓力是內(nèi)燃機(jī)單位氣缸工作容積的指示功，即平均指示壓力的一般范圍是：汽油機(jī)700~1300kPa柴油機(jī)650~1100kPa增壓柴油機(jī)900~2500kPa2．指示功率內(nèi)燃機(jī)單位時(shí)間所作的指示功，稱為指示功率。若一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)的氣缸數(shù)為i，每缸工作容積為,轉(zhuǎn)速為n(r／min)，平均指示壓力為(kPa)，則內(nèi)燃機(jī)的指示功率(kW)為

式中，為沖程數(shù)，四沖程；

二沖程。

3．指示熱效率和指示燃油消耗率

指示熱效率是實(shí)際循環(huán)指示功與所消耗的燃料熱量之比值，即式中，為得到指示功(J)所消耗的熱量(J)。當(dāng)測得內(nèi)燃機(jī)的指示功率為(kW)和燃油消耗量B

(kg／h)時(shí)，根據(jù)的定義則有

式中，為與

kJ的換算系數(shù)；B為發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗量（kg/h）；為燃料的低熱值(kJ/kg)。指示燃油消耗率是指單位指示功的油耗量，它通常以g／()為單位因此，表示實(shí)際循環(huán)經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)和之間存在著以下關(guān)系、是評(píng)價(jià)內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)，它們的大致范圍是：

汽油機(jī)0.25~0.4210~340柴油機(jī)0.41~0.48175~2105.3.3內(nèi)燃機(jī)的性能指標(biāo)

（一）動(dòng)力性指標(biāo)動(dòng)力性指標(biāo)是表征發(fā)動(dòng)機(jī)作功能力大小的指標(biāo)，一般用發(fā)動(dòng)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(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性好壞的指標(biāo)。

1、有效轉(zhuǎn)矩發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)外輸出的轉(zhuǎn)矩稱為有效轉(zhuǎn)矩，記作Te

，單位為N·m，有效轉(zhuǎn)矩與曲軸角位移的乘積即為發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)外輸出的有效功。2、有效功率發(fā)動(dòng)機(jī)在單位時(shí)間對(duì)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(zhuǎn)矩與曲軸角速度的乘積。發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率可以用臺(tái)架試驗(yàn)方法測定，也可用測功器測定有效轉(zhuǎn)矩和曲軸角速度，然后用如下公式計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率Pe

。式中：Te

——有效轉(zhuǎn)矩，N·m；

n——曲軸轉(zhuǎn)速，r/min。

3、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速

發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸每分鐘的回轉(zhuǎn)數(shù)稱為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，用n表示，單位為r/min。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的高低，關(guān)系到單位時(shí)間內(nèi)作功次數(shù)的多少或發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率的大小，即發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)有效功率的大小時(shí)，必須同時(shí)指明其相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。在發(fā)動(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)所能發(fā)出的最大功率，它是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)用途而制定的有效功率最大使用限度。同一種型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)其用途不同時(shí)，其標(biāo)定功率值并不相同。

4、平均有效壓力單位氣缸工作容積發(fā)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(fā)動(dòng)機(jī)的作功能力越強(qiáng)。由內(nèi)燃機(jī)的有效功率公式可知，提高內(nèi)燃機(jī)的功率的方法有以下幾種：采用二沖程內(nèi)燃機(jī)；增加內(nèi)燃機(jī)的排量（即）改變內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸；提高內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速；提高內(nèi)燃機(jī)的平均有效壓力Pme

。

但是，二沖程內(nèi)燃機(jī)的經(jīng)濟(jì)性較差、熱負(fù)荷較高等主要技術(shù)問題一直未能得到良好的解決，其在工程機(jī)械和車用內(nèi)燃機(jī)上一直未被廣泛的采用；加大內(nèi)燃機(jī)的排量，受到內(nèi)燃機(jī)總體尺寸的限制；而提高轉(zhuǎn)速又會(huì)使內(nèi)燃機(jī)工作過程惡化、機(jī)械負(fù)荷增大和加快零部件磨損；因此，提高內(nèi)燃機(jī)的平均有效壓力Pme成為當(dāng)前提高內(nèi)燃機(jī)功率的主要方法。Pme可用下式表示：

即由此可見，平均有效壓力Pme與燃料的低熱值Hu

、完全燃燒1千克燃料理論所需的空氣量L0

、進(jìn)氣密度

、充量系數(shù)φc

、指示熱效率、機(jī)械效率

、過量空氣系數(shù)φa等因數(shù)有關(guān)。實(shí)際上提高φc

、

及

對(duì)Pme的影響較小，提高Pme的主要途徑是用增壓器增加進(jìn)入氣缸的空氣密度

，提高進(jìn)氣充量密度，從而增加進(jìn)入氣缸內(nèi)的空氣量，這樣就可以在氣缸內(nèi)噴入更多的燃油來達(dá)到提高Pme的目的。采用增壓器不僅可以提高內(nèi)燃機(jī)的功率，同時(shí)還可以改善熱效率，提高經(jīng)濟(jì)性，減少排氣中的有害成分，降低噪聲。因此，采用增壓技術(shù)來提高進(jìn)氣充量密度是提高內(nèi)燃機(jī)功率最有效的方法。（二）經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)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)稱為有效熱效率，記作。顯然，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(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性越好。

2、有效燃油消耗率（也稱比油耗）發(fā)動(dòng)機(jī)每輸出1kW·h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)

。be可按下式計(jì)算：式中：B

——發(fā)動(dòng)機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)的耗油量，kg/h

，可由試驗(yàn)測定；Pe

——發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率，kW

。顯然，有效燃油消耗率越低，經(jīng)濟(jì)性越好。

（三）強(qiáng)