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1、发动机原理绪论发动机的能量转换:燃料的化学能一热能一机械能机械能、电能等一高级能源;热能一低级能源发动机原理课研究:热能一机械能(转换效率:理论上小于100%)。机械能一热能(转换效率：理论上可达100%)。发动机:内燃机和外燃机车用发动机：间歇工作式发动机四个冲程中只有一个冲程做功,做功不连续。燃气轮机:连续工作式发动机分类(-)种类1往复活塞式(普遍)2转子式汪克尔式(The Wankel Engine)早在19世纪,就有人设想过,但泄漏问题是这种发动机发展的致命弱点。 它结构紧凑,运转平稳,是高速车用发动机的发展方向之一。1956年德国工程 师汪克尔制造出样机。目前日本已用于小轿车上,时
2、速200 km/h左右。但光泄 漏损失就要占30%以上。目前我国苏杭等地已经生产出了样机。与往复式比较 应特别注意的一点是,往复式活塞在上下止点都稍有短暂的停留,与一般认为 的观点相反,运动方向的这些改变并不影响它的效率:也就是说,在这个过程 中,并没有什么固有的损失。旋转式比往复式的优越之处主要是几何形状上的 紧凑性及由此而引起的些优越之处,并非直接在气体动力学和热力学方面有 何优越之处。3 摆动活塞式(Roeking Piston Engine)1979年日内瓦发动机展览会上,展出了瑞士索罗图恩的萨尔茨曼(W. Salemann )设计部门的摆动活塞式发动机。4 斯特林(The Stirl
3、ing Engine)1816年由罗伯特斯特林设想在气缸外部燃烧的种热发动机(外燃机)， 是现代发动机引人注目的一种。5 自由活塞式(Free Piston Engine)只相当于涡轮发动机的燃气发生器。(-)往复活塞式发动机的分类我们这门课主要研究目前汽车上广泛应用的往复式活塞发动机。1按用途分类（1）灌溉（抽水）用:点况。（2）电站用: =const.,线况,固定式柴油机或机组。（3）船舶用:Ne =（螺旋桨曲线）,线况,大型、低速柴油机。（4）汽车、拖拉机用:变况一面况,中小型、高速柴油机。（5）内燃机车:大型高速柴油机组。（6）工程机械（矿山机械、建筑、石油钻探）:多变型。（7）坦克:
4、V型、多缸机。（8）飞机:星型（径向式）,已基本不用。n = const2按燃油种类分类汽油机、柴油机。3按点火方式分类自行着火（压燃式）、外源点火（点燃式）。4按工作循环分类四冲程、二冲程。5按冷却方式分类水冷、风冷。6按气缸排列分类直列式、卧式、V型、星型（径向式）。7按气缸数目分类单缸机、多缸机（2、3、4、5、6、8、10、12、14、16 缸）。8按转速分类（1）低速:n 500 r/mino（2）中速：500 r/min n 1500 r/min但没有明确的界限。9按增压分类增压、非增压10按能源分类（代用燃料）压缩天然气、液化天然气、液化石油气、甲醇、乙醇、二甲醛、氢气、植物油、
5、电瓶、太阳能。二优缺点（）优点1有效热效率咼蒸汽机1116%,蒸汽轮机30%,汽油机30%,柴油机40%,增压柴油 机46%以上。2功率范围广Ne = 0.635000 kWo3比重量小,升功率大（体积小、重量轻）比重量:柴油机3.7kg/kW,车用汽油机1.37kg/kW。4起动性好可很快达到全负荷。（-）缺点!对燃料要求高:石油紧张,汽油、柴油价格高,要求一定的标号。2噪声、排污。3结构较复杂。三现代发动机的发展60年代以前:动力性,可靠性,耐久性。780年代:经济性,动性。90年代口号：清洁,经济,安全。1相关学科日益增多,学科之间相互渗透。2标准化,系列化,通用化（三化）。3新材料,新
6、艺,新产品。4使用计算机设计、计算零部件及其配合,精密、准确、优化。5设计、零部件生产商：分散集中一分散。由分散的小公司到集中的大型脱拉斯,如今又分散到小公司,其主要原因 是优化产品,节省开支,降低成本。甚至象丰田、宝马这样的超级企业有时也6电控应用日益增,混合气制备更加完善。7检测设备与手段先进。8低排放的代用燃料发动机正在普及,零排放的正在开发并进入实用。四本课程的研究对象和任务（一）对象本课程以性能指标作为研究对象。深入到工作过程的各个阶段,分析影响 性能指标的各种因素,找出规律,研究提高性能指标的措施与途径。（二）性能指标1动性指标：功率、扭矩、转速。2经济性指标：燃料和润滑油的消耗量
7、及消耗率。3运转性指标：冷起动性、噪声和排气品质。衡量发动机的质量,还要考虑可靠性,耐久性,加工容易,操纵维修方便, 成本核算等,全面综合评定。（三）工作过程发动机冲程（四个）:吸气压缩f做功一排气。热过程（五个）:吸气-压缩燃烧一膨胀排气。燃烧膨胀:能量转换过程。（四）任务研究热过程,热循环,整机性能。明确基本概念,基本技能。培养综合分析问题的能力。（五）单位制我国的法定计量单位。第一章发动机工作循环及性能指标 1-1发动机理想循环概述实际循环向理想循环的简化（-）实际循环（以车用柴油机为例）如图所示为车用柴油机的实际工作循环,它由5个过程组成。其中：为 环境大气压。1 进气过程 0-1:
8、p Po T p Po。（二）实际循环的简化1忽略进、排气过程。2压缩、膨胀过程（复杂的多变过程）简化为可逆绝热（定病）过程。3燃烧过程简化为定容加热过程（2-3）和定压加热过程（3-4）。4排气放热简化为定容放热过程。5假定工质为定比热容的理想气体。二理想循环及其分析比较（-）混合加热循环一车用柴油机的理想循环1循环特征参数（1）压缩比叱（2）压升高比也Pi（3）预胀比2热效率n - W。= 1 夕2 = 1q2Vq、 % iv+%p计算得:,1 317? = “ k-X （ 1） +攵/1（ 1）3分析（1）为定值君一 必;pf -仏1。p= 1 一t = c0sr.（汽油机,定容加热循环
9、）。（2）箇1;当=20左右时, 1不大。柴油机= 1222。提高压缩比&可以提高循环平均吸热温度,降低循环平均放热温度,扩大 循环温差,增大膨胀比,所以可以提高发动机的热效率。tTfNeT, g。巾!热效率因为:预胀比=1, 巧所以:热效率=1 。2分析p= f 1 = const.eTf/T;当=io左右时,eTf/T不大。且汽油机容易爆燃,因此,汽油机=612。（三）定压加热循环（笛塞尔Diesel循环）一船舶用柴油机的理想循环!热效率因为:压升高比丸 =3=1,P2! 一 1 所以:热效率=11片1;。女( 1)2分析(1) 为定值 p Jr (2) 0为定值/T。(四)三种理想循环热
10、效率的比较1V2!初态1相同,压缩比相同,加热量相同3 1Km 7,p2初态1相同,最高压Pmax、最高温度nax相同，放热量/相同3 7,m 7,p 1-2发动机实际循环发动机理想循环加上各项损失后,即可分析发动机的实际循环。V质改变损失()质性质理论上:理想气体,双原子气体。实际上:燃烧前:燃料+空气;燃烧后:燃烧产物。(二)比热容理论上：定比热容。实际上:温度一 比热容!。(三)高温分解例:C + 0 7 CO + 热量+ 0 - CO2 + 热量式中：CO为中间产物,C02为最终产物。若遇高温,则会发生复分解反应,即高温分解:CO2 CO + 0 -热量这部分热量虽然在膨胀过程中还可能
11、会释放出来,但由于活塞已接近下止 点,做功效果变差,热效率下降。二传热、流动损失(-)传热损失理论上：压缩、膨胀过程为绝热过程。实际上:大量热量通过气缸壁传给冷却水或空气。传热损失是发动机中的最大损失,占总损失量的30%以上。因此,许多研究者致于开发绝热发动机。(-)流动损失理论上:闭口系统,没有气体流动损失。实际上:进、排气节流沿程损失,缸内进气、挤压、燃烧涡流损失。三换气损失理论上:忽略进、排气过程。实际上:进、排气门提前开启,迟后关闭。而且有流动阻。换气损失中逆向循环所包围的面积为泵气损失。泵气损失包含在换气损失 之中。四时间损失理论上:定容加热瞬间完成,定压加热速度与活塞运行速度密切配
12、合。实际上:燃烧需要时间。五补燃损失理论上:加热瞬间停止,膨胀过程无加热。实际上：虽然大部分(80%以上)燃料在燃烧过程中燃烧掉,但仍有小部分燃 料会拖到膨胀线上燃烧,做功效果变差,热效率下降。六泄漏损失理论上:闭口系统,无泄漏。实际上:活塞气环不会100%严密密封,总会有些气体窜到曲轴箱中,造成损失。 1-3热平衡总热量：Qt = Gt hu分别转化为一有效功的热量QeQe =3.6x1 03 卬(1 kW/h = 3.6xlO3 kJ)只有这部分热量做了功,是有用的,所以希望越大越好。一般,柴油机:340% ;汽油机:230%。令二传递给冷却介质的热量2sQ.s=GsCs()qs = 式中
13、：Gs为发动机冷却介质的每小时流量kg/h , Cs为冷却介质比热容 kJ/kg ,小为冷却介质的进、出口温度三废气带走的热量QrQr = (Gr + Gk)(Cp/2 - Cph) 分二至Qe式中：G为燃料量kg/h, Gk为空气量kg/h,典为废气比热容kJ/kg , Cp为空气比热容kJ/kg ,小为进、排气温度 四燃料不完全燃烧的热损失。b= 4（1 办）=釜式中:为燃料效率。五其它热量损失QlQl = Qt （Qe + Qs + Qr + Qb） / = % 一（4e + 4s + % + q） 发动机热平衡方程式:e +s +r +b +/ =1 1-4指示指标发动机性能指标:指不
14、指标,有效指标。指示指标:以工质在气缸内对活塞做功为基础,评价工作循环的质量。有效指标:以曲轴上得到的净功率为基础,评价整机性能。示功图:发动机缸内压随气缸容积V（P-图）或曲轴转角。（P-0图）变化 的图示。一指示功和平均指示压（-）指示功叱个循环质对活塞所做的有用功。四冲程非増压四冲程增压应该:非增压:耳二一名;增压:耳=片+。因为:尸2不容易测量,实际将Z归到机械损失中考虑。所以:月二写。唄二E。 式中:a,。为横、纵座标比例尺。指示功大,说明:气缸工作容积大;热功转换有效程度大。为突出后 者,比较不同大小发动机的热功转换有效程度,引入平均有效压的概念。（-）平均指示压单位气缸工作容积所
15、做的指示功。它是个假想的动性参数:阴P；=式中：匕为每缸工作容积。指小功率Nj单位时间所做的指示功。若:n r/min缸数，,每缸工作容积 m冲程数7,平均指示压Pa, （rpm） 则:转速小 =曙=PiVflin X io_3 kW若:30每缸工作容积匕L,平均指示压Pi bar则:N：= kWz 300 r三指示比油耗和指示热效率（-）指示比油耗gj单位指示功率的耗油量。=-xl03 g/kWh*式中:G为每小时耗油量kg/h。（-）指示热效率勿“g式中：0为做W；指示功所消耗的热量。3.6 xlO677,=Si hu式中:为燃料的低热值。%柴=0.430.5,柴=17200 g/kW h
16、o,.汽=0.250.4, gj汽二23340 g/kw , ho1-5有效指标一有效功率和机械损失功率（一）有效功率Np 单位时间所做的有效功。N = Pe x IO-3 kWe 30r式中:Pe为平均有效压。（）机械损失功率N,1发动机内部损耗的功率。机械损失包括:发动机内部摩擦损失;驱动附件损耗,如:机油泵、燃油 泵、扫气泵、冷却水泵、风扇、配气机构;和泵气损失等。N = .空 x 103 kWn 30rNe = Ni-Nm式中:P机为平均机械损失压。二有效扭矩“e2 %7?.W60277?功率输出轴输出的扭矩。=Me=Mp? kWe60xl03Nna 一J kW9550三平均有效压。单
17、位气缸工作容积所做的有效功。 由于：N =x 10-3 kWe 30rN Pi .， io-3 kW，30r所以:二”Pi NiPe =Pi-PmPe = 3.1 4-t- kPaVPe 0c Mep柴二588 883 kPa, p,汽=588 981 kPa 四升功率和比重量（一）升功率N/单位气缸工作容积所发出的功率。N上= SxlO_3 kw/L 30r（）比重量Gp发动机净重量G与所发出有效功率Ne的比值。Ge=- kg/kWN,T, GN-发动机强化程度高。车柴=11 26 kW/L, Ge 车柴=4 9 kg/kW 2,拖柴=9-15 kW/L, Ge施柴=5.5-16 kg/kW
18、NI汽= 22 - 55 kW/L, G 汽=1.35 - 4 kg/kw 可见,汽油机的强化程度要比柴油机的高。五有效比油耗和有效热效率（）有效比油耗ge单位有效功率的耗油量。=-xlO3 g/kW-hNe式中:G为每小时耗油量kg/h。（-）有效热效率叱”式中:。,为做叱,有效功所消耗的热量。3.6 x 106 geh 柴=0.30-0.40, g柴二218-285 g/kW ho ,汽=0.20 0.30, ge 汽=285 380 g/kW , ho 由此可见,柴油机的热效率比汽油机的高,经济性比汽油机好。 1-6机械损失机械效率,“对于不同类型的发动机,绝对损失大的,其相对损失却不一
19、定也大。必须 有一个衡量标准,故引进机械效率的概念。有效功率与指示功率的比值。必二* Pt_厶Pi .7n性能好,所以应尽量提高”。%,柴=0085,汽=0.709。二机械损失的测定(一)倒拖法一只能在电测功机上试验在压缩比不很高的汽油机上得到广泛应用。发动机与电测功机相连。起动发动机,冷却水温度、机油温度达正常值。 然后使发动机在给定工况下稳定运转。切断发动机的供油(/=O,Pj = 0)。 将电测功机转换为电动机使用,在给定转速下倒拖发动机,并维持冷却水温 度和机油温度不变。由于此时N,=-Ne,因此从电测功机上所测得的倒拖 功率Ne即为发动机在该况下的机械损失功率N,。(-)灭缸法一仅适
20、用于多缸机当发动机调整到以给定工况稳定运转后,先测出整个发动机的有效功率 Ne。之后,在柴油机油门拉杆或齿条位置、或汽油机节气门开度固定不动的情 况下,停止向某气缸供油或点火。调整测功机,使发动机恢复到原来的转速, 重新测定有效功率Ne,1 (其余五个气缸的有效功率)，N,必然小于Ne (缸 熄火),两者之强即为灭掉缸的指示功率NiA =Ne- N惯性T活塞对缸壁的侧压轴承负荷T；各摩擦副相对速度摩擦损失T；泵气损失T,驱动附件损耗T。若要提高转速来强化发动机,则”将成为主要障碍之一。（-）负荷发动机的负荷一柴油机:油门拉杆或齿条位置;汽油机:节气门开度。转速一定,负荷（时,发动机燃烧剧烈程度
21、，平均指示压01;而由于转速不变,平均机械损失压m基本保持不变。则m=1 ，机械效pN率下降。当发动机怠速运转时,有效功率Ne = 0,指示功率Nj全部用来克服机械 损失功率N,“。即Nj = N团,因此,团=0。由于车用柴油机普遍在高转速、较低负荷下工作,机械效率下降严重。因 此,机械效率对于车用柴油机尤为重要。（三）润滑油品质和冷却水温度润滑油粘度影响润滑效果,润滑油温度影响润滑油粘度,冷却水温度影响 润滑油温度,即冷却水、润滑油温度通过润滑油粘度间接影响润滑效果。水冷发动机的冷却水温应保持在80-950!润滑油粘度（牌号）冷却水温度T润滑油温度Tf润滑油粘度润滑效 果 Tf 摩擦 If
22、N m，/。2润滑油粘度（牌号）JL冷却水温度TT润滑油温度TT润滑油粘度11一油 膜破裂趋势摩擦廿- 团,m。3润滑油中杂质T.摩擦T.N,/-。要求:定期保养、清洗机油滤清器,500010000公里换机油。 1-7燃烧热化学-燃料的完全燃烧（-）理论空气量厶。1目的:1kg燃料完全燃烧所需要的空气量。2已知条件:1 kg燃料中所含gc kg碳,gH kg氢气,g0 kg氧气。汽油:gc = 0.855 kg/kg, gH = 0.145 kg/kg, g。= 0 kg/kgo柴油:gc = 0.87 kg/kg, gH = 0.126 kgkg, go = 0.004 kg/kgo 3化学
23、反应方程式C+O2 t co2H2 +;。2 T H2O4需要总的？量C+2 f。2”2+万。2 T。1 kmol1 kmol1 kmol1 kmolkmol1 kmol211111 kgkmolkmol1 kgkmolkmol121242gc kgSc kmolkmolgH kgg H1 kmolgH km1212425燃料中所含的。2量go kg=芻kmol6所需空气中的。2量=总的。2量一燃料中所含的。2量 ?所需空气量（目的）1） kmol空气中氧气成分约占21%,所以:出:;十上&。13（2） kg空气的折合分子量为28.95,即1 kmol空气=28.95 kg空气,所以:28.9
24、5 N。0.21 12gH4kg/kg 3続噌+豐啜）面/kg（-）过量空气系数和空燃比L a = 。燃烧! kg燃料实际供给的空气量完全燃烧1 kg燃料理论上所需要的空气量 表示混合气的浓稀程度。a大-混合气稀;a小-混合气浓。 一般,柴油机:a 1 ;汽油机:a 1 2空燃比A/FA/ F = a Lo空气量燃料量表示混合气的浓稀程度。A/F大一混合气稀,4/F小混合气浓。（三）分子变更系数1理论分子变更系数燃烧后工质的摩尔数燃烧前工质的摩尔数oT一容积变化大一膨胀做功好f。（1）完全燃烧g，丄 go1Ao = 1 + 32a Lo（2）不完全燃烧Ao =I 0.21(1 a)厶 o+a
25、Lq2实际分子变更系数一 % + % _ +广+ Mr 1 + r式中：为1kg燃料燃烧后残余废气的摩尔数,r=。为残余废气系 数。二燃料的不完全燃烧（一）a 0,gCO1 gc(3) 使gc = geo时geo, = 0，。全部生成。此时的过量空气系数称为临界a值。记为”。 所以:“24xO.21Lo(4) acr此时理论上gc 1 柴油机混合气混合不均匀,局部过浓或过稀,造成燃烧不完全。缸内情况十分复杂。三 燃料和可燃混合气的热值(-)燃料的热值1 kg燃料完全燃烧所产生的热量kJ。高热值:加入水的汽化潜热的热值。低热值九,:不加入水的汽化潜热的热值。发动机缸内高温,水只能以气态存在,故应
26、取不加入水的汽化潜热的热值, 即低热值。汽油:hu =44100 kJ/kg,柴油：hu = 42500 kJ/kg。(-)可燃混合气的热值= -y- kJ/kmolMx 1-8发动机混合气的着火和燃烧方式一混合气的着火(-)柴油机低温多级自燃1阶段混合阶段在压缩过程终了时,燃料喷入气缸内形成可燃混合气。燃料遇到温度较高 的空气,开始氧化,但速度缓慢,示功图上的压缩线没有明显的变化。混合阶 段,为着火做准备。2阶段一第一级反应燃烧的实质是燃料的氧化反应,当反应速度很快时,火焰就会出现。经过 时间后,反应加剧,出现冷火焰,缸内压超过压缩压。在这阶段,反应 生成醛类、过氧化物和一氧化碳等中间产物。
27、要求混合气较浓,a = 0.40.5。 3阶段第二级反应温度、压升高较大,产生许多化学反应的活性中心,出现蓝火焰。混合 气稀得多,a略小于1。4+时间后第三级反应活性中心剧增,化学反应加速,热积累剧烈,发生爆炸,出现热火焰。混 合气更稀,a乏1。+13 一着火延迟期。（二）汽油机一高温单级点燃!压缩的是燃料与空气的混合气体,在此过程中,已经进行了一些化学反应。2火花点火,局部温度高达20000C以上,该处燃料分子直接分裂成大量的自由 原子与自由基,迅速反应出现热火焰,瞬间扩大到整个燃烧室内。所以,汽油 机着火过程:压缩混合气一点火（经短暂着火延迟期）f热火焰。三燃烧方式（-）同时爆炸燃烧取某一
28、部分为系统,着火前后整个系统各个部分的相完全均匀一致。即相 只随（时间）座标变化,而不随 （位移）座标变化,为单相系,均匀系。柴油机上,由于混合气分配不均匀,总有某一部分混合气最先着火（一般 在喷油嘴附近）,取这一部分为系统,则系统内实现的就是同时爆炸燃烧。汽油机上,由于火焰有传播速度（虽然很快,但相对同时爆炸燃烧却很小）， 传播逐次进行,故显然不是同时爆炸燃烧。但火花塞间隙处的少量混合气在电 火花作用下,可实现同时爆炸燃烧,从而形成火焰中心。（-）逐渐爆炸燃烧汽油机:火焰传播。两相系:混合气相（未燃区）、燃烧产物相（已燃区）。火花塞已燃区、 火焰前锋面 .）j ? i /未燃区加热从火花塞开
29、始,紧靠火花塞的那一部分混合气首先被加热,使氧化或 活性中心增多,发生燃烧。燃烧又加热下层,层层传播。燃烧主要在 火焰前锋面内进行。火焰前锋面前方的未燃区中是混合气,火焰前锋面后方的 已燃区中为燃烧产物和一小部分在火焰前锋面中没有燃烧掉的燃料继续燃烧。（三）扩散燃烧柴油机的燃烧方式,三相一燃料相、空气相、燃烧产物相。柴油燃点比汽油低,但在日常生活中汽油却比柴油易燃,原因就在于汽油 的挥发性好,油与空气形成混合气较快,物理准备过程已经就绪,一点即燃。 柴油机中燃烧的快慢却主要取决于物理准备过程进行的快慢。油滴遇热蒸发形 成燃料蒸汽,然后才能燃烧,并非油滴与空气接触就可燃烧。为防止燃烧产物 将油滴
30、与空气隔开,将组织空气相对于油滴的气流运动,将燃烧产物抛在后面。油滴运动方向第二章发动机的换气过程燃烧是做功之本,燃烧需要空气与燃料。重量比体积比燃料:11 液态空气:151000气态燃料受机械控制,容易加入。而气缸容积就那么大,要想多加空气就要困 难得多。因此,对发动机换气过程的研究就显得尤为重要了。2-I四冲程发动机的换气过程上止点与工程热力学中介绍的不同,进排气门的开启、关闭也需要时间,故:在下止点前排气排气提前角40。80。;在上止点后关闭一排气迟闭角10。35。:在上止点前吸气进气提前角。40。;在下止点后关闭进气迟闭角40。80。；进气提前角+排气迟闭角一气门叠开角。二换气过程（一
31、）排气过程!自由排气阶段A靠缸内压将气体挤出气缸。排开:p p f p = p。式中:p为缸内压,p为排气管内压。2强制排气阶段B靠活塞上行将废气挤出气缸。p = p-排闭3超临界排气C排开:p p-p = X.9p在气阀最小截面处,气体流速等于该地音速a = ykRT m/s0其流量与 压差（p-p）无关,只决定于排气阀开启面积和气体状态。4亚临界排气Dp = 1.9p- 拝闭其流量取决于压差（p-p）。（-）进气过程和气门叠开角由于节流作用,缸内产生负压;（Po -）使新鲜介质进入缸内。1气阀叠开角（1）非增压:2。60。CA。太大（引起）废气回流进气道;太小- 扫气作用不明显。（2）增压
32、:11。140。CA。进气管压色 扫气明显,气阀叠开角可以增大很多。如6135型柴油机: 非增压:40,增压:1242扫气的作用（1）清除废气,增加气缸内的新鲜充量。（2）降低排气温度。（3）降低热负荷最严重处（如气阀、活塞等）的温度。三换气损失理论循环换气功与实际循环换气功之差。如图:换气损失功一 X+ （Y+W）,其中（W+Y）。为排气损失功,X为进气损失功。（-）排气损失功丫W是因排气门提前开启而损失的膨胀功,称为自由排气损失。Y是活塞作 用在废气上的推出功,称为强制排气损失功。排气提前角T fwT, 丫综合效果,要求（Y+W） 1,故（W+Y）有一个最佳值（W+Y） min 对应 排气
33、提前角亦有一个最佳值, Tf （W+Y） m,nt （二）进气损失功X进气损失功小于排气损失功,即XY。（三）泵气损失功（X+Y.D）在实际示功图中,把（W+d）归到指示功中考虑,而把泵气损失功（X+Y-d） 归到机械损失中考虑。2-2四冲程发动机的充气效率一充气效率（-）定义为比较不同大小、不同类型发动机的充气品质和换气过程的完善程度,不 受气缸工作容积片的影响,引入充气效率的概念。由于有进气阻等因素的影响,实际进入气缸中的新鲜充量必然小于理论 上进气状态下充满工作容积的新鲜充量。二者之比称为充气效率即:二实际进入气缸的新鲜充量进气状态下充满气缸工作容积的新鲜充量AG匕AG。恤式中:AG,m
34、,为实际充量的重量、质量和体积: Go, A,匕为理论充 量的重量、质量和体积。进气状态非增压:空气滤清器后进气管内的气体状态,通常取为当地的大气状态。增压:增压器出口状态。严格地说,充气效率应为:实际进入气缸的新鲜充量以标准大气状态充满气缸工作容积的新鲜充量更合理。这样,在后面将要讲到的大气修正中,不同的压和温度下进气量的 比值就等于其充气效率之比。否则,按照前头的定义式,大气温度越高,充气 效率反而会越高,讲起来似乎无法接受。而且也不具备可比性。（-）实际测量匕实际流量理论流量式中:匕为实际测量流量m3/hoV/=囚./.-.60 = 0.03V,in m3 /h1 10002厶 L 充气
35、效率是衡量换气过程进行得完善程度的重要指标。柴油机:0.75.90,汽油机:0.70.850二充气效率的分析式充入气缸的新鲜充量=缸内气体的总质量一缸内残余废气质量（-）进气门关闭时缸内气体的总质量=（匕+匕:式中:为余隙容积,匕为进气门关闭时缸内工作容积,2为进气终了缸内 气体密度（-）排气门关闭时缸内残余废气的质量m. = V. p.式中：为排气门关闭时缸内容积,夕,.为排气门关闭时缸内残余废气密度。（三）充入气缸的新鲜充量匕=（匕+匕）V.式中:为大气状态下气体密度。（四）充气效率的分析式_ Am 化+一匕,/VhPoVc +V；vr亠/ Pu-Pr式中:为压缩比,f = 1 + ; 2
36、为有效压缩比,=1 + , 一般 Ve Vcc e久二（0.80.9）;Vr Vc若假设久=,有:带入理想气体状态方程式,得:，=1 T0 LPa Pr-式中:Po,为大气压和温度,p 为进气终了时缸内的压力和温度, Pr, 7;为排气终了时残余废气的压和温度。p,7V T; PrJ,7；Tf%T。的分析式为定性分析,的影响因素提供了依据。2-3影响充气效率的各种因素进气终了压P。（一）进气阻 paPa = P0-PaA2/-Pa -（。Pa对P”的影响最大。进气系统的沿程阻和局部阻力均会使P增大。（二）转速A Pa TfPa1 l。（三）负荷汽油机:负荷节气们开度T （质调节）f ApqJf
37、 PqT1；柴油机:负荷Tt循环供油量T （量调节）（与APa无关）-，I，J （不大）。二进气终了温度7；厶 T f Pa J f % J。（-）转速负荷定:（一 小T ；综合。、的影响, Tf1。（-）负荷转速一定:负荷T-热负荷。柴油机:进、排气管分置。避免排气管对进气管加热,使。汽油机:进、排气管同置。虽然7；T， 但燃油受热增发快,可以改善混合气形成。三排气终了压以T-残余废气量T f7,1。产排气门处的阻力X,所以:龍TPrTf 77Vl （影响较小）。四排气终了温度?；% T。五压缩比,公式仅为定性分析用的,是粗略的。还有许多因素未予考虑。如：压 升高比4,绝热指数进气马赫数Ma
38、,热传输和过量空气系数a等。2-4提高充气效率的措施减小进气系统阻。沿程阻力,局部阻（节流阻）。汽油机：空气滤清器-化油器一进气管一进气道一进气门。柴油机:空气滤清器进气管一进气道一进气门。减小流动阻 （-）进气门1进气门直径d进一般:进气门流通面积”. = u.zu U.zj活塞顶面积d进T- （影晌大），d排T（影晌小）。一般:进排。四气门流通面积比二气门增大40%左右。廿（可达 30%） , ge。气门升程,时面值TfT。阀顶过渡圆角R/?TTfj4-1； r-流动阻f- 1,10R应适中。（二）进气管表面光洁度和流通面积表面光洁度T,流通面积T沿程阻）-九转弯和节流阻转弯半径rT,截面
39、突变）一。截面形状考虑汽油机的雾化,蒸发,贝:管壁面积T沉积蒸发1一混合气分配不均匀。截面形状圆形矩形D形流动阻小大中底部蒸发小中大柴油瓦不存在底部蒸发问题,故多采用流动阻小的圆形进气管。（三）进气道转弯半径Rf,表面光洁度T,各管口与垫片孔口对中一流动阻。设计时还要考虑组织进气涡流。（四）空气滤清器通道面积T,除尘效果T-流动阻（一%T。 经常清洗,更换纸芯。（五）化油器喉口截面积一流动阻%,但雾化效果T。解决这对矛盾,采用双喉口。小喉口:雾化;大喉口:进气。二合理选择配气定时（-）配气定时的综合评定1良好的充气效率以保证发动机的动力性能。2合适的充气效率以适应发动机的扭矩特性。3较小的换气损失以适应发动机的经济性能。4