【文章內容簡介】 火 174。 燃燒完全程度173。 174。 炭粒175。B 改善霧化質量 174。 混合氣混合、燃燒完全 174。 炭粒175。C 加強燃燒室內氣流運動 174。 混合氣混合、燃燒完全 174。 炭粒175。D 改進發(fā)動機的結構和使用，加速混合氣形成，提高燃燒速率。E 采用乳化油 174。 缸內溫度175。 174。 中間產物的熱裂反應明顯減少。F 加入消煙添加劑 — 鋇鹽，但有毒。G 后期處理小顆粒的炭粒經過靜電、過飽和水蒸汽、超聲波而聚合成較大顆粒的炭粒，再通過除塵過濾器予以凈化。（一）a 163。 1－汽油機 假設燃料中的C 燃燒全部生成了CO和CO2。其中CO是中間產物，即不完全燃燒產物。CO2是最終產物，即完全燃燒產物。gC2 化學反應方程式=gCO+gCO2 C+O2174。COC+O2 H23 需要總的O2量174。CO2+1O2174。H2O 21O2174。CO C+O2174。CO2C+2gCO2gCO2gCOgCO kmol kmol gCO kg kmol gCO kg224121212gCgCO2gCO kmol kmol gCO kg1224 H2 kmol +1O22174。H2Okmol gH kmol 24 燃料中所含的O2量 gHgH kg 4gO gO [ kg ] = [ kmol ]325 空氣中的O2量 = 總的O2量－燃料中所含的O2量gCO2gHgO1 =(gCgCO2)++2412432gCgHgOgCgCO2 =(+)+124322424gCgCO21gCgHgO =+[L0=(+)] gCO=24180。(1a)gCO=gC24180。(1a)gC=gCO+gCO 分析（1）當L=L0時，a = 1，A/F=L0gCO2=gCgCO=0,gCO2gC（2）a175。 174。 gCO0,（3）a175。 174。 使gC=gCO時gCO=0，C全部生成CO。此時的過量空氣系數(shù)稱為臨界a值。記為acr。gC 所以 acr=124180。（4）a175。175。 174。 aacr此時理論上gCgCO，析出炭粒。一般柴油機的acr=～。（二）a 1－柴油機混合氣混合不均勻，局部過濃或過稀，造成燃燒不完全。缸內情況十分復雜。三 燃料和可燃混合氣的熱值（一）燃料的熱值kg 燃料完全燃燒所產生的熱量 [ kJ ]。加入水的汽化潛熱的熱值－高熱值不加入水的汽化潛熱的熱值－低熱值 hu發(fā)動機缸內高溫，水只能以氣態(tài)存在，故應取不加入水的汽化潛熱的熱值，即低熱值。汽油: hu=44100 [ kJ/kg ]；柴油: hu=42500 [ kJ/kg ]（二）可燃混合氣的熱值hu Hu= [ kJ/kmol ]M1167。18 發(fā)動機混合氣的著火和燃燒方式 P 一 混合氣的著火（一）柴油機－低溫多級自燃 1 t1階段－混合階段在壓縮過程終了時，燃料噴入汽缸內形成 可燃混合氣。燃料遇到溫度較高的空氣，開始 氧化，但速度緩慢，示功圖上的壓縮線沒有明 顯的變化?；旌想A段，為著火做準備。2 t2階段－第一級反應燃燒的實質是燃料的氧化反應，當反應速 度很快時，火焰就會出現(xiàn)。經過t1時間后，反應加劇，出現(xiàn)冷火焰，缸內壓力超過壓縮壓力。在這一階段，反應生成醛類、過氧化物和一氧化碳等中間產物。要求混合氣較濃，a = ～。3 t3階段－第二級反應溫度、壓力升高較大，產生許多化學反應的活性中心，出現(xiàn)藍火焰?；旌蠚庀〉枚?，a略小于1。t1+t2+t3時間后－第三級反應活性中心劇增，化學反應加速，熱積累劇烈，發(fā)生爆炸，出現(xiàn)熱火焰。混合氣更稀，a 187。 1。t1+t2+t3－著火延遲期（二）汽油機－高溫單級點燃 壓縮的是燃料與空氣的混合氣體, 在此過程中, 已經進行了一些化學反應?；鸹c火, 局部溫度高達20000℃以上, 該處燃料分子直接分裂成大量的自由原子與自由基, 迅速反應出現(xiàn)熱火焰, 瞬間擴大到整個燃燒室內。所以, 汽油機著火過程：壓縮混合氣 174。 點火（經短暫著火延遲期）174。 熱火焰三 燃燒方式（一）同時爆炸燃燒取某一部分為系統(tǒng), 著火前后整個系統(tǒng)各個部分的相完全均勻一致。即相只隨 t（時間）座標變化, 而不隨 x（位移）座標變化, 為單相系, 均勻系。柴油機上, 由于混合氣分配不是十分均勻, 總有某一部分混合氣最先著火（一般在噴油嘴附近）, 取這一部分為系統(tǒng), 則系統(tǒng)內實現(xiàn)的就是同時爆炸燃燒。汽油機上, 由于火焰有傳播速度（雖然很快, 但相對同時爆炸燃燒卻很?。? 傳播逐次進行, 故顯然不是同時爆炸燃燒。但火花塞間隙處的少量混合氣在電火花作用下, 可實現(xiàn)同時爆炸燃燒，從而形成火焰中心。（二）逐漸爆炸燃燒 汽油機－火焰?zhèn)鞑ァ上嘞担旌蠚庀啵ㄎ慈紖^(qū)），燃燒產物相（已燃區(qū)）。加熱從火花塞開始，緊靠火花塞的那一部分混合氣首先被加熱, 使氧化或活性中心增多, 發(fā)生燃燒。燃燒又加熱下一層??, 一層一層傳播。燃燒主要在火焰前鋒面內進行。火焰前鋒面前方的未燃區(qū)中是混合氣，火焰前鋒面后方的已燃區(qū)中為燃燒產物和一小部分在火焰前鋒面中沒有燃燒掉的燃料繼續(xù)燃燒。（三）擴散燃燒柴油機的燃燒方式, 三相－燃料相, 空氣相, 燃燒產物相。柴油燃點比汽油低, 但在日常生活中汽油卻比柴油易燃, 原因就在于汽油的揮發(fā)性好, 油與空氣形成混合氣較快, 物理準備過程已經就緒, 一點即燃。柴油機中燃燒的快慢卻主要取決于物理準備過程進行的快慢。油滴遇熱蒸發(fā)形成燃料蒸汽, 然后才能燃燒, 并非油滴與空氣接觸就可燃燒。為防止燃燒產物將油滴與空氣隔開, 將組織空氣相對于油滴的氣流運動, 將燃燒產物拋在后面。發(fā)動機的換氣過程燃燒是做功之本。燃燒需要空氣與燃料。重量比 容積比燃料 1 1 液態(tài)空氣 15 1000 氣態(tài)燃料受機械控制，容易加入。而汽缸容積就那么大，要想多加空氣就要困難得多。因此，對發(fā)動機換氣過程的研究就顯得尤為重要了。167。21 四沖程發(fā)動機的換氣過程 一 配氣定時與工程熱力學中介紹的不同, 進排 氣門的開啟、關閉也需要時間, 故在下止點前排氣－排氣提前角40176。～80176。 在上止點后關閉－排氣遲閉角10176?！?5176。 在上止點前吸氣－進氣提前角 0176?！?0176。 在下止點后關閉－進氣遲閉角40176?！?0176。 進氣提前角+排氣遲閉角－氣門疊開角二 換氣過程（一）排氣過程 1 自由排氣階段 A 排開 p p’ 174。 p = p’ 靠缸內壓力將氣體擠出氣缸，其中 p－缸內壓力, p’－排氣管內壓力。2 強制排氣階段 B p = p’ 174。 p 163。 p’靠活塞上行將廢氣擠出氣缸。3 超臨界排氣 C 排開 174。 p = p’在氣閥最小截面處, 氣體流速等于該地音速a=kRT m/s。其流量與壓差（pp’）。（二）進氣過程和氣門疊開角由于節(jié)流作用, 缸內產生負壓；（p0p）使新鮮介質進入缸內。氣閥疊開角：非增壓：20176?！?0176。 CA。太大（引起）174。 廢氣回流進氣道。太小 174。 掃氣作用不明顯。增壓：110176?！?40176。 CA。進氣管p173。, 掃氣明顯, 氣閥疊開角可以增大很多。如6135 型高柴：非增壓：40176。, 增壓：124176。掃氣的作用： 清除廢氣, 增加氣缸內的新鮮充量。2 降低排氣溫度。3 降低熱負荷最嚴重處（如氣閥、活塞等）的溫度。三 換氣損失理論循環(huán)換氣功與實際循環(huán)換氣功之差。如圖：換氣損失功－X+（Y+W）, 其中（W+Y）為排氣損失功，X為進氣損失功。（一）排氣損失功YW是因排氣門提前開啟而損失的膨脹功, 稱為自由排氣損失。Y是活塞作用在廢氣上的推出功, 稱為強制排氣損失功。排氣提前角173。 174。 W173。，Y175。綜合效果, 要求（Y+W）175。, 故（W+Y）有一個最佳值（W+Y）min。對應排氣提前角亦有一個最佳值, n173。 174。（W+Y）min173。（二）進氣損失功X進氣損失功小于排氣損失功，即X Y（三）泵氣損失功（X+YD）在實際示功圖中, 把（W+d）歸到指示功中考慮。而把泵氣損失功（X+Yd）歸到機械損失中考慮。167。22 四沖程發(fā)動機的充氣效率一 充氣效率（一）定義為比較不同大小、不同類型發(fā)動機的充氣品質和換氣過程的完善程度, 不受氣缸工作容積Vh 的影響, 引入充氣效率hv的概念。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(tài)下充滿工作容積的新鮮充量。二者之比稱為充氣效率hv, 即實際進入汽缸的新鮮充量 hv=進氣狀態(tài)下充滿汽缸工作容積的新鮮充量DGDmV1 hv==187。DG0Dm0Vh 其中：DG,Dm,V1－實際充量的重量，質量和體積；DG0,Dm0,V1－理論充量的重量，質量和體積；進氣狀態(tài)：非增壓：空氣濾清器后進氣管內的氣體狀態(tài), 通常取為當?shù)氐拇髿鉅顟B(tài)。增 壓：增壓器出口狀態(tài)。嚴格地說，充氣效率應為實際進入汽缸的新鮮充量 hv=以標準大氣狀態(tài)充滿汽缸工作容積的新鮮充量更合理。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。否則，按照前頭的定義式，大氣溫度越高，充氣效率反而會越高，講起來似乎無法接受。而且也不具備可比性。（二）實際測量 hv=V139。Vh39。=39。實際流量理論流量3 其中：V1－實際測量 [ m/h ] 39。 VhVh[L]n=i60=[m3/h]10002 充氣效率是衡量換氣過程進行得完善程度的重要指標。柴油機 ～ 汽油機 ～二 充氣效率的分析式充入汽缸的新鮮充量 = 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ma=(Vc+Vh39。)ra39。 其中Vc－余隙容積；Vh－進氣門關閉時缸內工作容積；ra－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mr=Vrrr（三）充入汽缸的新鮮充量hvVhr0（四）充氣效率的分析式 其中r0－大氣狀態(tài)下氣體密度。其中Vr－排氣門關閉時缸內容積；rr－排氣門關閉時缸內殘余廢氣密度。=(Vc+Vh39。)raVrrrDm(Vc+Vh39。)raVrrr= hv=Vhr0Dm0Vc+Vh39。VrrarrVcVc =Vhr0VcVh39。Vh=eee－有效壓縮比；Vr187。Vc。其中1+=e－壓縮比；1+VcVc 一般ee=(08.)e。若假設ee=e，有.～09erarr hv=(e1)r0 帶入理想氣體狀態(tài)方程式，得1T0230。papr246。247。hv=231。ee1p0232。TaTr248。 其中p0,T0－大氣壓力和溫度；pa,Ta－進氣終了時缸內的壓力和溫度；pr,Tr－排氣終了時殘余廢氣的壓力和溫度。pa173。,Ta hv的分析式為定性分析hv的影響因素提供了依據(jù)。167。23 影響充氣效率的各種因素 一 進氣終了壓力pa（一）進氣阻力Dpapa175。174。hv173。；pr175。,Tr173。174。hv173。Dpa173。 174。 pa175。 174。 hv175。=p0DpaDpa對pa的影響最大。進氣系統(tǒng)的沿程阻力和局部阻力均會使Dpa增大。（二）轉速n 173。 174。 Dpa173。173。 174。 pa175。 174。 hv175。（三）負荷汽油機：負荷 173。 174。 節(jié)氣們開度 173。（質調節(jié)）174。 Dpa175。 174。 pa173。 174。 hv173。柴油機：負荷 173。 174。 循環(huán)供油量 173。（量調節(jié)）（與Dpa無關）174。 熱負荷 173。 174。Ta173。 174。 hv175。（不大）二 進氣終了溫度TaTa173。174。（一）轉速負荷一定：n173。 174。Ta175。174。hvra175。174。hv175。173。綜合pa、Ta的影響，n 173。 174。 hv175。（二）負荷轉速一定：負荷 173。 174。 熱負荷 173。 174。Ta173。 174。 hv175。柴油機：進、排氣管分置。避免排氣管對進氣管加熱，使Ta175。 174。 hv173。汽油機：進、排氣管同置。雖然Ta173。 174。 hv175。，但燃油受熱增發(fā)快，可以改善混合氣形成。三 排氣終了壓力prpr173。 174。 殘余廢氣量173。 174。hv175。pr 181。 排氣門處的阻力 181。 n，所以 n173。 174。 pr173。 174。 hv175。（影響較?。┧?排氣終了溫度TrTr173。 174。 hv173。 五 壓縮比ee173。 174。 hv173。hv公式僅為定性分析用的，是粗略的。還有許多因素未予考慮。如：壓力升高比l，絕熱指數(shù)k，進氣馬赫數(shù)Ma，熱傳輸和過量空氣系數(shù)a等。167。24 提高充氣效率的措施減小進氣系統(tǒng)阻力。沿程阻力，局部阻力（節(jié)流阻力）。汽油機：空氣濾清器 174。 化油器 174。 進氣管 174。 進氣道 174。 進氣門柴油機：空氣濾清器 174。 進氣管 174。 進氣道 174。 進氣門一 減小流動阻力（一）進氣門 1 進氣門直徑d進進氣門流通面積=～ 活塞頂面積 d進173。 174。 pa173。 174。 hv173。（影響大）d排173。 174。 pr175。 174。 hv173。（影響?。┮话悖篸進 d排 一般: 2 四氣門流通面積f1173。 40%左右。但結構復雜，造價較高。f1173。173。 174。 hv173。173。 174。 Ne173。173。（可達30%），ge175。175。 3 氣門升程h h173。，時面值173。 174。 hv173。 4 閥頂過渡圓角R R173。173。 174。 f1175。 174。 hv175。R175。175。 174。 流動阻力173。 174。 hv175。R應適中。（二）進氣管 表面光潔度和流通面積表面光潔度173。，流通面積173。 174。 沿程阻力175。 174。 hv173。 2 轉彎和節(jié)流阻力轉彎半徑R173。，截面突變175。 174。 hv173。 3 截面形狀考慮汽油機的霧化，蒸發(fā)，則管壁面積173。 174。 沉積173。 174。 蒸發(fā)175。 174。 混合氣分配不均勻截面形狀 圓形 矩形 D形流動阻力 小 大 中底部蒸發(fā) 小 中 大柴油機不存在底部蒸發(fā)問題，故多采用流動阻力小的圓形進氣管。（三）進氣道轉彎半徑R173。，表面光潔度173。，各管口與墊片孔口對中 174。 流動阻力175。 174。 hv1