1、汽车维护及维修第汽车维护及维修第1章章第一节第一节汽车发动机换气过程汽车发动机换气过程 四行程发动机的换气过程包括从四行程发动机的换气过程包括从排气门开启到排气门开启到进气门关闭进气门关闭的整个时期，约占的整个时期，约占410480曲轴转曲轴转角。角。换气过程包括换气过程包括排气过程和进气过程排气过程和进气过程，换气过程，换气过程的任务排除废气、充入尽可能多的新鲜工质的任务排除废气、充入尽可能多的新鲜工质（新鲜混合气或空气）（新鲜混合气或空气）排得净，进得多排得净，进得多 固定的配气相位只对一种转速有利。为此，目固定的配气相位只对一种转速有利。为此，目前轿车上，安装有可变进气系统、可变配气机前
2、轿车上，安装有可变进气系统、可变配气机构（改变相位角、气门升程）或者进气增压系构（改变相位角、气门升程）或者进气增压系统。统。一、四行程发动机的换气过程一、四行程发动机的换气过程（1）自由排气阶段）自由排气阶段从排气门在下止点前开启到气缸内压力接近排气管内压力从排气门在下止点前开启到气缸内压力接近排气管内压力的这一时期，称为自由排气阶段。的这一时期，称为自由排气阶段。从排气门开启到活塞行至下止点所对应的曲轴转角称为排从排气门开启到活塞行至下止点所对应的曲轴转角称为排气提前角，一般为气提前角，一般为4080曲轴转角。曲轴转角。由于配气机构惯性力的限制，气门开启与关闭不能太快，由于配气机构惯性力的
3、限制，气门开启与关闭不能太快，需要一定时间，如果活塞到下止点时排气门才开始开启，需要一定时间，如果活塞到下止点时排气门才开始开启，在开启初期开度极小，废气不能通畅流出，气缸内压力下在开启初期开度极小，废气不能通畅流出，气缸内压力下降缓慢，不能实现充分排气，而且在活塞向上止点回行时降缓慢，不能实现充分排气，而且在活塞向上止点回行时会形成较大的反压力，增加排气行程所消耗的功。为此，会形成较大的反压力，增加排气行程所消耗的功。为此，排气门必须在下止点前开启（图排气门必须在下止点前开启（图1-1中中b点）。点）。自由排气阶段气体的流动分为超临界状态和亚临界状态。自由排气阶段气体的流动分为超临界状态和亚
4、临界状态。（2）强制排气阶段）强制排气阶段在这一阶段，气缸内的废气是由活塞上行强制推出。因为在这一阶段，气缸内的废气是由活塞上行强制推出。因为要克服排气门、排气道处的阻力，气缸内平均压力比排气要克服排气门、排气道处的阻力，气缸内平均压力比排气管平均压力一般高出管平均压力一般高出10kPa左右。气体的流速越高，此压差左右。气体的流速越高，此压差越大，消耗的功越多。越大，消耗的功越多。为了减少排气节流和利用高速气流的惯性排除废气，排气为了减少排气节流和利用高速气流的惯性排除废气，排气门应在活塞过了上止点后才关闭。从上止点到排气门关闭门应在活塞过了上止点后才关闭。从上止点到排气门关闭这段曲轴转角，称
5、为排气迟闭角，一般为这段曲轴转角，称为排气迟闭角，一般为1030曲轴转角。曲轴转角。（3）进气阶段）进气阶段为保证活塞下行时进气门有足够大的开启面积、新鲜工为保证活塞下行时进气门有足够大的开启面积、新鲜工质顺利流入气缸，进气门也要提前开启，一般为进气提质顺利流入气缸，进气门也要提前开启，一般为进气提前角为前角为040曲轴转角。曲轴转角。进气门也需在活塞到达下止点后关闭，这样便可利用高进气门也需在活塞到达下止点后关闭，这样便可利用高速气流的惯性，在上止点后继续进气。而且发动机转速速气流的惯性，在上止点后继续进气。而且发动机转速愈高，进气流速愈大，进气门应愈迟关闭。进气迟闭角，愈高，进气流速愈大，
6、进气门应愈迟关闭。进气迟闭角，一般为一般为4080曲轴转角。曲轴转角。将进排气门开闭角将进排气门开闭角度以及相对上下止度以及相对上下止点的位置画出，称点的位置画出，称为配气定时图为配气定时图 二、四行程发动机的换气损失二、四行程发动机的换气损失(1)排气损失排气损失排气损失是从排气门提前打开，直到进气行程开始，气缸内压力到达大气压排气损失是从排气门提前打开，直到进气行程开始，气缸内压力到达大气压力之前，循环功的损失。它可分为：力之前，循环功的损失。它可分为：自由排气损失（图自由排气损失（图1-3中面积中面积W），是由于排气门提前打开而引起的膨胀功），是由于排气门提前打开而引起的膨胀功的减少。的
7、减少。强制排气损失（图强制排气损失（图1-3中面积中面积Y），是由于活塞上行强制推出废气所消耗的功。），是由于活塞上行强制推出废气所消耗的功。(2)进气损失进气损失进气损失主要是进气过程中，因进气系统的阻力而引起的功的损失。如图进气损失主要是进气过程中，因进气系统的阻力而引起的功的损失。如图1-3中中面积面积X所示。它与排气损失相比相对较小。所示。它与排气损失相比相对较小。排气损失与进气损失之和称为换气损失，即图中面积排气损失与进气损失之和称为换气损失，即图中面积(W+Y+X)。在实际循环。在实际循环示功图中把面积示功图中把面积(X+Y-d)相当的负功，称为泵气损失。由于测量上的原因，泵相当的
8、负功，称为泵气损失。由于测量上的原因，泵气损失放在机械损失中考虑，而将（气损失放在机械损失中考虑，而将（W+d）放入热效率中考虑。）放入热效率中考虑。三、发动机的充气系数三、发动机的充气系数 充气系数（充气效率）充气系数（充气效率）概念概念 充气系数（充气效率）是充气系数（充气效率）是实际进入实际进入气缸的新鲜工质的气缸的新鲜工质的量与量与进气状态下充满进气状态下充满气缸工作容积的新鲜工质的量的气缸工作容积的新鲜工质的量的比值比值。式中式中 m1、V1实际进入气缸的新鲜工质的质量、实际进入气缸的新鲜工质的质量、体积（进气状态）；体积（进气状态）；ms、Vs 进气状态下充满工作进气状态下充满工作
9、容积的新鲜工质的质量、气缸工作容积。容积的新鲜工质的质量、气缸工作容积。ssvVVmm11 式中：式中：Ta、Pa进气终了时的气体温度和压力；进气终了时的气体温度和压力；Ts、Ps进气状态的温度和压力；进气状态的温度和压力；残余废气系数，即进气过程结束时气缸内残余废气残余废气系数，即进气过程结束时气缸内残余废气量与气缸内新鲜充量的比值；量与气缸内新鲜充量的比值；压缩比。压缩比。scscvvvvssvrvm111aassvTppT 充气系数总是小于充气系数总是小于1，可以用来评价不同，可以用来评价不同排量发动机的换气过程的好坏。数值越排量发动机的换气过程的好坏。数值越大，换气过程越完善。大，换气
10、过程越完善。影响充气系数的主要因素影响充气系数的主要因素：111aassvTppT 1进气终了时的压力进气终了时的压力Pa Pa对对 有重要影响，有重要影响，Pa愈高，愈高，值愈大值愈大 Pa=Ps-Pa 式中，式中，pa为气体流动时，克服进气系统阻力而引起为气体流动时，克服进气系统阻力而引起的压降的压降(kPa)。一般可写成。一般可写成 式中式中 管道阻力系数；管道阻力系数；进气状态下气体的密度；进气状态下气体的密度；v管道内气体的流速（管道内气体的流速（m/s）。）。可见，可见，pa主要取决于各段管道的阻力系数和气体流速。主要取决于各段管道的阻力系数和气体流速。若若 大、大、v高时，高时，
11、pa增加，使增加，使Pa下降。下降。vv22vpa 2进气终了的温度进气终了的温度 进气终了的温度进气终了的温度Ta高于进气状态温度。引起高于进气状态温度。引起Ta升高的原因升高的原因是是:1）新鲜工质进入发动机与高温零件接触而被加热。）新鲜工质进入发动机与高温零件接触而被加热。2）新鲜工质与高温残余废气混合而被加热。）新鲜工质与高温残余废气混合而被加热。3）在化油器式汽油机上，为了使液体燃料在进气管中蒸）在化油器式汽油机上，为了使液体燃料在进气管中蒸发，以便均匀地与空气混合而进入气缸，一般都采用废气或冷发，以便均匀地与空气混合而进入气缸，一般都采用废气或冷却水热量对进气管加热，故空气经过进气
12、管时受热而温度升高。却水热量对进气管加热，故空气经过进气管时受热而温度升高。措施：将高温排气管与进气管分置于气缸两侧，控制进气措施：将高温排气管与进气管分置于气缸两侧，控制进气预热，适当加大气门叠开角等，均有利于降低预热，适当加大气门叠开角等，均有利于降低Ta。转速和负荷对转速和负荷对Ta的影响的影响 1）转速：）转速：当负荷不变而转速增加时，由于新鲜工质与缸当负荷不变而转速增加时，由于新鲜工质与缸壁等接触时间短，传热量少，所以壁等接触时间短，传热量少，所以Ta稍有下降。稍有下降。2）负荷：当转速不变而增加发动机负荷时，缸壁等零件）负荷：当转速不变而增加发动机负荷时，缸壁等零件温度升高，温度升
13、高，Ta有所上升。有所上升。3.残余废气系数残余废气系数 1）增加，增加，降低，燃烧恶化，油耗、排放增加，降低，燃烧恶化，油耗、排放增加，2）压缩比提高，残余废气系数减小。）压缩比提高，残余废气系数减小。3）排气压力高，废气多，充气效率降低。）排气压力高，废气多，充气效率降低。4）排气系统阻力大，排气压力高，废气多。）排气系统阻力大，排气压力高，废气多。v4.配气定时配气定时 由由 的计算公式可见，由于进气门迟闭而的计算公式可见，由于进气门迟闭而 1,新鲜新鲜充量的容积减小充量的容积减小,但但Pa值却可能因有气流惯性而使进气有所值却可能因有气流惯性而使进气有所增加增加,合适的配气定时应考虑合适
14、的配气定时应考虑Pa具有最大值。具有最大值。5.压缩比压缩比 压缩比增加压缩比增加,压缩容积减小压缩容积减小,残余废气量随之减小残余废气量随之减小,因而有所增因而有所增加。加。v四、改善充气效率的措施四、改善充气效率的措施进气系统：空气滤清器或加进气消声器、化油器或进气系统：空气滤清器或加进气消声器、化油器或喷油器、节气门、进气管、进气道和进气门等组成。喷油器、节气门、进气管、进气道和进气门等组成。减少各段通道的阻力，增大其流通能力，是提高充气减少各段通道的阻力，增大其流通能力，是提高充气效率，改善发动机性能的主要途径。效率，改善发动机性能的主要途径。一、进气门一、进气门 1.时面值时面值 气
15、门开启断面与对应开启时间的乘积称为气门开气门开启断面与对应开启时间的乘积称为气门开启的时面值。它表示气体流过气门的通过能力。气门启的时面值。它表示气体流过气门的通过能力。气门开启时间长，开启断面大，则气门开启时面值大，气开启时间长，开启断面大，则气门开启时面值大，气流通过能力越强，阻力越小。流通过能力越强，阻力越小。增大进气门头部直径，减小气门头部锥角，增增大进气门头部直径，减小气门头部锥角，增大气门升程，延长气门开启时间，均可扩大气门开启大气门升程，延长气门开启时间，均可扩大气门开启时面值。时面值。2.进气马赫数进气马赫数M 进气马赫数进气马赫数M是进气门气流平均速度是进气门气流平均速度Vm
16、与该处音速与该处音速C之比，即之比，即M=Vm/C。M是决定气流流动性质的重要参数。是决定气流流动性质的重要参数。M值值反映气体流动和气门结构尺寸的关系，反映气体流动和气门结构尺寸的关系，对充气效率有重要的影响。对充气效率有重要的影响。根据一系列试验可根据一系列试验可知，在正常的配气定时条件下，当超过一定数知，在正常的配气定时条件下，当超过一定数值时，大约在值时，大约在0.5左右，充气效率急剧下降。因左右，充气效率急剧下降。因此在可能条件下应控制在最高转速时不超过一此在可能条件下应控制在最高转速时不超过一定数值，以达到提高充气效率的目的。定数值，以达到提高充气效率的目的。3.气门直径和气门数气
17、门直径和气门数 进气门直径增大进气门直径增大,扩大气流通路截面积增扩大气流通路截面积增加，加，v提高。提高。双气门（一进一排）：进气门直径可达双气门（一进一排）：进气门直径可达活塞直径的活塞直径的45%50%，气门与活塞面积之比，气门与活塞面积之比为为0.20.25，进气门比排气门大，进气门比排气门大15%20%。受结构限制，进一步增大比例已很困难。受结构限制，进一步增大比例已很困难。多气门结构多气门结构：缸径大于缸径大于80mm时，采用二进二排结构；时，采用二进二排结构；缸径小于缸径小于80mm时，采用三进二排结构。时，采用三进二排结构。四气 门 机四气 门 机与二气门机相与二气门机相比，功
18、率可提比，功率可提高高70%，扭矩，扭矩可提高可提高30%，且响应性比增且响应性比增压机好，故是压机好，故是汽车发动机高汽车发动机高功率化的有力功率化的有力措施。措施。4.4.气门升程气门升程 气门升程增加、改进凸轮型线、气门升程增加、改进凸轮型线、减小运动件质量、增加零件刚度，减小运动件质量、增加零件刚度，在惯性力允许条件下使气门开闭尽在惯性力允许条件下使气门开闭尽可能快，以增大时面值，提高充气可能快，以增大时面值，提高充气效率。效率。最大气门升程与阀盘直径之比最大气门升程与阀盘直径之比L/d取取0.260.28。5.5.减少气门处的流动损失减少气门处的流动损失 二、进气道和进气管二、进气道
19、和进气管 保证足够的流通面积，避免转弯及截保证足够的流通面积，避免转弯及截面突变，改善表面的光洁程度。面突变，改善表面的光洁程度。汽油机：燃料的雾化、蒸发、分配、压力汽油机：燃料的雾化、蒸发、分配、压力波的利用。波的利用。柴油机：形成进气涡流。柴油机：形成进气涡流。高转速、大功率时，进气管宜短粗；高转速、大功率时，进气管宜短粗；中、低速，进气管宜细长。中、低速，进气管宜细长。三、空气滤清器合理选择配气定时 在配气定时各参数中，进气门迟闭角的改变，在配气定时各参数中，进气门迟闭角的改变，对充气效率对充气效率v v影响最大。影响最大。v在某一转速在某一转速下达到最高值，此下达到最高值，此转速下能最
20、好地利转速下能最好地利用气流的惯性充气。用气流的惯性充气。进气迟闭角增进气迟闭角增大，大，v 最大值对应最大值对应的转速增加的转速增加排气提前角：保证排气损失最小的前提下，尽量排气提前角：保证排气损失最小的前提下，尽量 晚开晚开 排气门。排气门。转速增加，排气提前角增大。转速增加，排气提前角增大。气门叠开角：可以增加循环充量，提高充气效率，气门叠开角：可以增加循环充量，提高充气效率，降低高温零件的热负荷，减少降低高温零件的热负荷，减少NOxNOx。第二节第二节 汽油发动机燃烧过程汽油发动机燃烧过程一、混合气浓度表示方法一、混合气浓度表示方法空燃比空燃比=空气量空气量/燃油量燃油量 混合气分：稀
21、混合气混合气分：稀混合气 理想混合气理想混合气（汽油（汽油14.714.7，柴油，柴油14.514.5）浓混合气浓混合气混合气浓度表示方法：混合气浓度表示方法：过量空气系数、空燃比过量空气系数、空燃比二、汽油机的燃烧过程二、汽油机的燃烧过程 汽油机的理想循环为汽油机的理想循环为定容加热循环定容加热循环。汽油机燃料的燃烧是汽油机燃料的燃烧是点燃式燃烧点燃式燃烧。正常燃烧正常燃烧过程进行情况，通常测取燃烧过程的展过程进行情况，通常测取燃烧过程的展开示功图研究燃烧过程。在燃烧压力线上，开示功图研究燃烧过程。在燃烧压力线上，1点为火花点为火花塞跳火点，塞跳火点，2点为出现火焰中心，点为出现火焰中心，3
22、为最高压力点。将为最高压力点。将燃烧过程分为三个阶段：着火落后期、明显燃烧期和燃烧过程分为三个阶段：着火落后期、明显燃烧期和补燃期。补燃期。着火落后期着火落后期（滞燃期、诱导期）（滞燃期、诱导期）从火花塞跳火到形成火焰中心时的时间从火花塞跳火到形成火焰中心时的时间或曲轴转角。特点：或曲轴转角。特点：1）火花放电时两极电压）火花放电时两极电压达达1015kV，局部温度可达，局部温度可达3000K，加快了混，加快了混合气的氧化反应速度。合气的氧化反应速度。2）此阶段缸内压力无）此阶段缸内压力无明显升高。明显升高。着火落后期的长短与以下因素有关：着火落后期的长短与以下因素有关：1）混合气成分）混合气
23、成分 混合气过量空气混合气过量空气at=0.80.9时，时，着火落后期最短。着火落后期最短。2）开始点火时的缸内气体温度和压力）开始点火时的缸内气体温度和压力 开始点开始点火时缸内气体温度和压力越高，着火落后期越短。火时缸内气体温度和压力越高，着火落后期越短。3）缸内气体流动）缸内气体流动 加强紊流运动，会加快混合加强紊流运动，会加快混合气的氧化反应速度，着火落后期缩短。气的氧化反应速度，着火落后期缩短。4）火花能量）火花能量 加大火花能量，着火落后期缩加大火花能量，着火落后期缩短。短。5）残余废气量）残余废气量 残余废气对燃烧反应起阻碍作残余废气对燃烧反应起阻碍作用，使着火落后期变长，所以应
24、尽量减少残余废气用，使着火落后期变长，所以应尽量减少残余废气。点火提前角：是指从火花塞跳火到上点火提前角：是指从火花塞跳火到上止点间的曲轴转角。可用其表示点火时刻。止点间的曲轴转角。可用其表示点火时刻。明显燃烧期明显燃烧期（急燃期）（急燃期）从形成火焰中心到最高压力出现。从形成火焰中心到最高压力出现。在均值混合气中，当火焰中心形成之后，火焰在均值混合气中，当火焰中心形成之后，火焰向四周传播，形成一个近似球面的火焰层，即火焰向四周传播，形成一个近似球面的火焰层，即火焰前锋，从火焰中心开始层层向四周未燃混合气传播前锋，从火焰中心开始层层向四周未燃混合气传播，直到连续不断的火焰前锋扫过整个燃烧室。，
25、直到连续不断的火焰前锋扫过整个燃烧室。火焰传播速度：火焰前锋相对于未燃火焰传播速度：火焰前锋相对于未燃混合气向前推进的速度。车用汽油机，燃混合气向前推进的速度。车用汽油机，燃烧室的火焰传播速度可达烧室的火焰传播速度可达50-80m/s。常用平均压力升高率常用平均压力升高率pkPa()表征压力变化的急剧程度。表征压力变化的急剧程度。式中：式中：p明显燃烧期始点和终点的明显燃烧期始点和终点的 气体压力差（气体压力差（kPa）;明显燃烧期始点明显燃烧期始点和终点相对于上止点的曲轴转角差（和终点相对于上止点的曲轴转角差（CA）。）。汽油机的汽油机的p在在200400 kPa/()范围内范围内。pp 明
26、显燃烧期是汽油机燃烧的主要时明显燃烧期是汽油机燃烧的主要时期。明显燃烧期愈短，愈靠近上止点，期。明显燃烧期愈短，愈靠近上止点，汽油机经济性、动力性愈好，但可能导汽油机经济性、动力性愈好，但可能导致压力升高率值过高，工作粗暴，对排致压力升高率值过高，工作粗暴，对排污亦不利。污亦不利。一般明显燃烧期约占一般明显燃烧期约占2040 曲轴转曲轴转角，燃烧最高压力出现在上止点后角，燃烧最高压力出现在上止点后1215 曲轴转角，曲轴转角，p=175250kpa/()为为宜。宜。补燃期（补燃期（后燃期）后燃期）从最高压力点开始到燃料基本燃烧为从最高压力点开始到燃料基本燃烧为止称为补燃期。止称为补燃期。在此阶
27、段参加燃烧的燃料主要有在此阶段参加燃烧的燃料主要有 1）火焰前锋后未及时燃烧燃料再燃烧。）火焰前锋后未及时燃烧燃料再燃烧。2）贴附在缸壁未燃混合气层的部分燃烧）贴附在缸壁未燃混合气层的部分燃烧。壁面温度低，对火焰具有熄火作用，这样在。壁面温度低，对火焰具有熄火作用，这样在熄火存在大量未燃烃，在随后的膨胀中部分未熄火存在大量未燃烃，在随后的膨胀中部分未燃烃继续燃烧。燃烃继续燃烧。3）高温分解的燃烧产物（）高温分解的燃烧产物（H2、O2、CO等）重新氧化。燃烧产物等）重新氧化。燃烧产物CO2、H2O中，有少中，有少部分在高温的作用下，分解成部分在高温的作用下，分解成H2、O2、CO等等产物，在膨胀
28、过程中，因工质温度下降，热分产物，在膨胀过程中，因工质温度下降，热分解产物又继续燃烧、放热。解产物又继续燃烧、放热。这种燃烧已远离上止点，应尽量减少。这种燃烧已远离上止点，应尽量减少。三、汽油发动机的不正常燃烧三、汽油发动机的不正常燃烧 汽油发动机的正常燃烧是指由火花塞汽油发动机的正常燃烧是指由火花塞跳火点燃可燃混合气，形成火焰中心，火跳火点燃可燃混合气，形成火焰中心，火焰按一定的速率连续地传播到整个燃烧室焰按一定的速率连续地传播到整个燃烧室空间。若汽油发动机可燃混合气燃烧不是空间。若汽油发动机可燃混合气燃烧不是由火花塞点燃或火焰传播速率不正常的即由火花塞点燃或火焰传播速率不正常的即为不正常燃
29、烧，汽油发动机的不正常燃烧为不正常燃烧，汽油发动机的不正常燃烧主要有爆燃和表面点火。主要有爆燃和表面点火。1.爆燃爆燃（1）爆燃产生的原因）爆燃产生的原因末端混合气自燃末端混合气自燃（2）爆燃的危害）爆燃的危害汽油发动机允许有轻微的、短时间爆燃。因为汽油发动机允许有轻微的、短时间爆燃。因为轻微的爆燃可以提高火焰传播速度，缩短燃烧轻微的爆燃可以提高火焰传播速度，缩短燃烧过程所占用的时间，有利于提高有效热效率。过程所占用的时间，有利于提高有效热效率。但不允许严重的爆燃，严重的爆燃会有下列危但不允许严重的爆燃，严重的爆燃会有下列危害。害。机件过载机件过载机件烧损机件烧损动力性、经济性下降动力性、经济
30、性下降发动机磨损加剧发动机磨损加剧排气冒黑烟，补燃增加，排气温度增加排气冒黑烟，补燃增加，排气温度增加噪声大噪声大（3）影响爆燃的因素）影响爆燃的因素燃料的性质燃料的性质辛烷值高的燃料抗爆燃能力强。使用抗爆剂可有效地提高燃料的抗爆燃能力，辛烷值高的燃料抗爆燃能力强。使用抗爆剂可有效地提高燃料的抗爆燃能力，但有些抗爆剂要受环保和发动机排放污染净化装置的制约，因此近年来各国都但有些抗爆剂要受环保和发动机排放污染净化装置的制约，因此近年来各国都对含铅汽油的使用有一定控制。西方发达国家早已大量使用无铅汽油，我国已对含铅汽油的使用有一定控制。西方发达国家早已大量使用无铅汽油，我国已于于2000年年7月月
31、1日起禁止销售使用含铅汽油。日起禁止销售使用含铅汽油。末端混合气的压力和温度末端混合气的压力和温度末端混合气的压力和温度增高，则爆燃倾向增大。提高压缩比，则气缸内压力、末端混合气的压力和温度增高，则爆燃倾向增大。提高压缩比，则气缸内压力、温度升高，爆燃易发生；气缸盖、活塞的材料使用轻金属，由于其导热性好，温度升高，爆燃易发生；气缸盖、活塞的材料使用轻金属，由于其导热性好，末端混合气压力、温度低，爆燃倾向小，可提高压缩比末端混合气压力、温度低，爆燃倾向小，可提高压缩比0.40.7单位。单位。火焰前锋传播到末端混合气的时间火焰前锋传播到末端混合气的时间提高火焰传播速度、缩短火焰传播距离，都会减少火
32、焰前锋传播到末端混合气提高火焰传播速度、缩短火焰传播距离，都会减少火焰前锋传播到末端混合气的时间，有利于避免爆燃。气缸直径大时，火焰传播距离增加，爆燃倾向增大，的时间，有利于避免爆燃。气缸直径大时，火焰传播距离增加，爆燃倾向增大，所以没有很大缸径的汽油发动机。所以没有很大缸径的汽油发动机。发动机的负荷与转速发动机的负荷与转速混合气中所含废气的百分比越多则越不易自行发火，因为废气会阻碍混合气自混合气中所含废气的百分比越多则越不易自行发火，因为废气会阻碍混合气自行发火的化学反应过程。因而，降低负荷则不易发生爆燃。行发火的化学反应过程。因而，降低负荷则不易发生爆燃。汽油发动机转速提高时，混和气的扰流
33、增强，火焰传播速度加快。因而，转速汽油发动机转速提高时，混和气的扰流增强，火焰传播速度加快。因而，转速高时也不易发生爆燃。高时也不易发生爆燃。2.表面点火表面点火表面点火是指不靠电火花点火而由燃烧室内炽热表面（如排气门头部、过热的表面点火是指不靠电火花点火而由燃烧室内炽热表面（如排气门头部、过热的火花塞绝缘体和电极、炽热积碳等）点燃混合气的现象。表面点火的点火时刻火花塞绝缘体和电极、炽热积碳等）点燃混合气的现象。表面点火的点火时刻是不可控制的，多发生在是不可控制的，多发生在=9以上的强化汽油发动机上。以上的强化汽油发动机上。（1）后火）后火表面点火出现在火花塞跳火后，并且形成的火焰前锋仍以正常
34、的火焰传播速度表面点火出现在火花塞跳火后，并且形成的火焰前锋仍以正常的火焰传播速度向未燃气体推进，称为后火。出现这种现象时，可在发动机断火后发现，发动向未燃气体推进，称为后火。出现这种现象时，可在发动机断火后发现，发动机仍像有电火花一样，继续运转，直到炽热点温度下降到不能点燃混合气为止，机仍像有电火花一样，继续运转，直到炽热点温度下降到不能点燃混合气为止，发动机才停转。发动机才停转。（2）早燃）早燃早燃是指火花塞跳火之前，混合气被炽热表面点燃的现象。早燃是指火花塞跳火之前，混合气被炽热表面点燃的现象。由于早燃提前点火而且热点表面比火花大，使燃烧速率快，气缸压力、温度增由于早燃提前点火而且热点表
35、面比火花大，使燃烧速率快，气缸压力、温度增高，发动机工作粗暴，并且由于压缩功增大，向缸壁传热增加，使发动机功率高，发动机工作粗暴，并且由于压缩功增大，向缸壁传热增加，使发动机功率下降，火花塞、活塞等零件过热。下降，火花塞、活塞等零件过热。（3）影响热面点火的因素）影响热面点火的因素凡是能降低燃烧室温度和压力、减少积炭等炽热点形成的因素都有助于防止凡是能降低燃烧室温度和压力、减少积炭等炽热点形成的因素都有助于防止表面点火。表面点火。a.燃料与润滑油燃料与润滑油低沸点的汽油（高沸点馏分尤其是重芳香烃含量要少）和成焦性小的润滑油低沸点的汽油（高沸点馏分尤其是重芳香烃含量要少）和成焦性小的润滑油（高分
36、子量、低挥发性的成分要少），可以降低燃烧室内沉积物的生成，有（高分子量、低挥发性的成分要少），可以降低燃烧室内沉积物的生成，有助于防止表面点火。助于防止表面点火。燃料中添加抑制表面点火的添加剂，如添加磷化物可改变沉积物的物理化学燃料中添加抑制表面点火的添加剂，如添加磷化物可改变沉积物的物理化学性质，降低其着火能力。性质，降低其着火能力。b.压缩比压缩比降低压缩比，可降低燃烧室温度和压力，有助于防止表面点火。降低压缩比，可降低燃烧室温度和压力，有助于防止表面点火。c.工况工况避免汽车长时间低负荷运行和汽车频繁加减速行驶，可以降低燃烧室内沉积避免汽车长时间低负荷运行和汽车频繁加减速行驶，可以降低燃
37、烧室内沉积物的生成，有助于防止表面点火。物的生成，有助于防止表面点火。（4）爆燃与表面点火关系）爆燃与表面点火关系表面点火与爆燃的不同点：表面点火与爆燃的不同点：爆燃是火花塞跳火后末端混合气的自燃现象；表面点火是火花塞跳火之前爆燃是火花塞跳火后末端混合气的自燃现象；表面点火是火花塞跳火之前或之后由炽热表面或沉积物点燃混合气所致。或之后由炽热表面或沉积物点燃混合气所致。爆燃时有强烈的压力冲击波，有尖锐的金属敲击声；表面点火没有压力冲爆燃时有强烈的压力冲击波，有尖锐的金属敲击声；表面点火没有压力冲击波，敲缸声比较沉闷，主要是由活塞、连杆、曲轴等运动件受到冲击负荷击波，敲缸声比较沉闷，主要是由活塞、
38、连杆、曲轴等运动件受到冲击负荷产生振动而造成。产生振动而造成。表面点火会诱发爆燃，爆燃又会让更多的炽热表面温度升高，促使更剧烈的表面点火会诱发爆燃，爆燃又会让更多的炽热表面温度升高，促使更剧烈的表面点火，两者相互促进，危害可能更大。表面点火，两者相互促进，危害可能更大。四、四、影响燃烧过程的因素影响燃烧过程的因素汽油的品质汽油的品质 汽油的蒸发性与抗爆性是影响汽油机燃烧过程的主汽油的蒸发性与抗爆性是影响汽油机燃烧过程的主要使用性能。要使用性能。汽油的蒸发性汽油的蒸发性 汽油的蒸发性用馏程和蒸气压评定。汽油的蒸发性汽油的蒸发性用馏程和蒸气压评定。汽油的蒸发性愈强，愈容易汽化，与空气混合愈均匀，易
39、于完全燃烧愈强，愈容易汽化，与空气混合愈均匀，易于完全燃烧。因而汽油要有良好的蒸发性，但蒸发性过强，在炎热。因而汽油要有良好的蒸发性，但蒸发性过强，在炎热的夏季、高原山区使用时，易形成供油系的夏季、高原山区使用时，易形成供油系“气阻气阻”，甚，甚至发生供油中断现象。至发生供油中断现象。汽油的抗爆性汽油的抗爆性 汽油的抗爆性是指汽油在发动机气缸内燃烧时抵抗汽油的抗爆性是指汽油在发动机气缸内燃烧时抵抗爆燃的能力，用辛烷值评定。爆燃的能力，用辛烷值评定。汽油的辛烷值愈高，其抗爆性愈好。汽油的牌号以汽油的辛烷值愈高，其抗爆性愈好。汽油的牌号以辛烷值划分。辛烷值划分。混合气成分混合气成分 在在atat=
40、0.80.9时，由于燃烧时，由于燃烧温度最高，火焰传播速度最大，因温度最高，火焰传播速度最大，因此此pz、Tz、p/、PePe均达最高均达最高值，且爆燃倾向最大。值，且爆燃倾向最大。在在atat=1.031.1时，由于燃烧时，由于燃烧完全，完全，be最低，但此时缸内温度最最低，但此时缸内温度最高且空气富裕，高且空气富裕，NOx排放量大。排放量大。使用使用atat1 1的浓混合气工作，的浓混合气工作，由于必然产生不完全燃烧，所以由于必然产生不完全燃烧，所以COCO排放量明显上升。排放量明显上升。当当atat0.80.8及及atat1.21.2时，时，火焰传播速度缓慢，部分燃料可能火焰传播速度缓慢
41、，部分燃料可能来不及完全燃烧，因而经济性差，来不及完全燃烧，因而经济性差，HC HC 排放量增多且工作不稳定。排放量增多且工作不稳定。点火提前角点火提前角 点火提前角是从火花塞跳火开始点火提前角是从火花塞跳火开始到活塞到达上止点间的曲轴转角。到活塞到达上止点间的曲轴转角。其数值应视燃料性质、转速、负荷其数值应视燃料性质、转速、负荷、过量空气系数等很多因素而定。、过量空气系数等很多因素而定。点火提前角过小，则燃烧延长到膨胀过程，燃烧最点火提前角过小，则燃烧延长到膨胀过程，燃烧最高压力和温度下降，传热损失增多，排气温度升高，高压力和温度下降，传热损失增多，排气温度升高，功率下降，耗油量增多。功率下
42、降，耗油量增多。点火提前角为最佳值时，压力升高率不是过点火提前角为最佳值时，压力升高率不是过高，最高压力出现在上止点后合适的角度内高，最高压力出现在上止点后合适的角度内（10101515），示功图面积最大，完成的循环），示功图面积最大，完成的循环功最多发动机的动力性、经济性最好。功最多发动机的动力性、经济性最好。点火提前角过大，则大部分混合气在压缩过程中燃点火提前角过大，则大部分混合气在压缩过程中燃烧，活塞上行所消耗的压缩功增加，发动机容易过热，烧，活塞上行所消耗的压缩功增加，发动机容易过热，有效功率下降，工作粗爆程度增加。同时由于混合气的有效功率下降，工作粗爆程度增加。同时由于混合气的压力过
43、高，末端混合气燃烧前的温度较高，爆燃倾向加压力过高，末端混合气燃烧前的温度较高，爆燃倾向加大。大。发动机转速发动机转速 转速增加时，气缸紊流增强转速增加时，气缸紊流增强，火焰传播速度加快，因而以秒计，火焰传播速度加快，因而以秒计的燃烧过程缩短，由于循环时间也的燃烧过程缩短，由于循环时间也缩短，一般燃烧过程相当的曲轴转缩短，一般燃烧过程相当的曲轴转角增加，应当相应加大点火提前角角增加，应当相应加大点火提前角。为此化油器汽油机装有离心提前。为此化油器汽油机装有离心提前调节装置，使得在转速增加时，自调节装置，使得在转速增加时，自动增大点火提前角，以保证燃烧过动增大点火提前角，以保证燃烧过程在上止点附
44、近完成。程在上止点附近完成。转速增加时，火焰传播速度加快，爆燃倾向减转速增加时，火焰传播速度加快，爆燃倾向减小。小。发动机负荷发动机负荷 转速一定，负荷减小时，转速一定，负荷减小时，进入气缸的新鲜混合气量减小进入气缸的新鲜混合气量减小，而残余废气量基本不变，故，而残余废气量基本不变，故残余废气所占比例相对增加。残余废气所占比例相对增加。因为残余废气对燃烧反应起阻因为残余废气对燃烧反应起阻碍作用，使燃烧速度减慢。为碍作用，使燃烧速度减慢。为保证燃烧过程在上止点附近完保证燃烧过程在上止点附近完成，需增大点火提前角，靠化成，需增大点火提前角，靠化油器真空提前点火装置来调节油器真空提前点火装置来调节。
45、低负荷时，爆燃倾向较小。主要是负荷低时，低负荷时，爆燃倾向较小。主要是负荷低时，进气量少，进气量少，残余废气相对较多，使燃烧最高压力残余废气相对较多，使燃烧最高压力和温度下降，阻止自燃产生。和温度下降，阻止自燃产生。冷却水温度冷却水温度 冷却水温度应控制在冷却水温度应控制在80809090（进口车（进口车9595105105）范围内。水温过高、过低均影响混合气的燃烧和发动机范围内。水温过高、过低均影响混合气的燃烧和发动机的正常使用，的正常使用，冷却水温过高时，会使燃烧室壁及缸壁过热爆燃冷却水温过高时，会使燃烧室壁及缸壁过热爆燃及表面点火倾向增加。同时进入气缸的混合气温度升及表面点火倾向增加。同
46、时进入气缸的混合气温度升高，密度下降，充量减小，使发动机动力性、经济性高，密度下降，充量减小，使发动机动力性、经济性下降。下降。冷却水温过低时，传给冷却水热量增多，发动机冷却水温过低时，传给冷却水热量增多，发动机热效率降低，功率下降，耗油率增加；润滑油粘度增热效率降低，功率下降，耗油率增加；润滑油粘度增大，流动性差，润滑效果变差，摩擦损失及机件磨损大，流动性差，润滑效果变差，摩擦损失及机件磨损加剧；容易使燃气中的酸根和水蒸气结合成酸类物质加剧；容易使燃气中的酸根和水蒸气结合成酸类物质，使气缸腐蚀磨损增加；燃烧不良易形成积炭；不完，使气缸腐蚀磨损增加；燃烧不良易形成积炭；不完全燃烧现象严重，使排
47、污增多全燃烧现象严重，使排污增多。燃烧室积炭燃烧室积炭 积炭不易传热，温度较高，在进气、压缩过程积炭不易传热，温度较高，在进气、压缩过程中不断加热混合气，使温度升高很快；积炭本身占中不断加热混合气，使温度升高很快；积炭本身占有体积，减小了燃烧室体积，因而提高了压缩比，有体积，减小了燃烧室体积，因而提高了压缩比，这些都促使爆燃倾向增加。积炭表面温度很高，形这些都促使爆燃倾向增加。积炭表面温度很高，形成炽热表面或炽热点，易引起表面点火。成炽热表面或炽热点，易引起表面点火。压缩比压缩比 提高压缩比，可提高压缩行程终了混合气的温提高压缩比，可提高压缩行程终了混合气的温度和压力，加快火焰传播速度，选择合
48、适的点火提度和压力，加快火焰传播速度，选择合适的点火提前角，可使燃烧在更小的容积下进行，使燃烧终了前角，可使燃烧在更小的容积下进行，使燃烧终了温度、压力高。且燃气膨胀充分，热效率提高，发温度、压力高。且燃气膨胀充分，热效率提高，发动机功率、扭矩大，有效油率降低。提高压缩比，动机功率、扭矩大，有效油率降低。提高压缩比，会增加未燃混合气自燃的倾向，容易产生爆燃。会增加未燃混合气自燃的倾向，容易产生爆燃。气缸直径气缸直径 气缸直径增大，火焰传播距离增加气缸直径增大，火焰传播距离增加，爆燃倾向增大，所以没有很大缸径的，爆燃倾向增大，所以没有很大缸径的汽油机。汽油机。气缸盖和活塞材料气缸盖和活塞材料 铝
49、合金比铸铁导热性好，气缸盖和活铝合金比铸铁导热性好，气缸盖和活塞采用铝合金材料，可使燃烧室表面温塞采用铝合金材料，可使燃烧室表面温度降低，热负荷明显减小，减小了爆燃度降低，热负荷明显减小，减小了爆燃倾向。倾向。燃烧室结构燃烧室结构第三节第三节 柴油发动机燃烧过程柴油发动机燃烧过程 高速柴油机的理想循环为高速柴油机的理想循环为 混合加热循环混合加热循环。柴油机的燃烧方式为柴油机的燃烧方式为压燃式压燃式。柴油机混合气的形成方式有柴油机混合气的形成方式有空间雾化混合空间雾化混合、油膜蒸油膜蒸发混合发混合等等柴油机可燃混合气形成的特点：柴油机可燃混合气形成的特点：1.空间小、时间短空间小、时间短在压缩
50、终了时喷油，可燃混合气在狭小在压缩终了时喷油，可燃混合气在狭小的燃烧室内形成，其过程是：喷油的燃烧室内形成，其过程是：喷油-气化气化-混合混合-燃烧燃烧-边喷边喷-边燃。边燃。喷油的持续时间为汽油机的喷油的持续时间为汽油机的1/201/10，只占曲轴转角的，只占曲轴转角的1530。而汽油机混合气形成是从进气持续到压缩终了，占曲轴转角而汽油机混合气形成是从进气持续到压缩终了，占曲轴转角360左右。左右。2.混合气不均匀、空燃比变化范围极大混合气不均匀、空燃比变化范围极大由于以上原因的影由于以上原因的影响，混合气成分在燃烧室内分布很不均匀，在油雾喷射区的油粒响，混合气成分在燃烧室内分布很不均匀，在
