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第二章发动机的换气过程一、四冲程发动机的换气过程一、四冲程发动机的换气过程 1. 1. 换气过程换气过程 分为自由排气、强制排气、进气和气门叠开四个阶段分为自由排气、强制排气、进气和气门叠开四个阶段 1 1）） 自由排气阶段自由排气阶段 从排气门打开到气缸压力接近了排气管压力的这个时期，从排气门打开到气缸压力接近了排气管压力的这个时期，称为自由排气阶段到某一时刻，气缸内和排气管内的压力称为自由排气阶段到某一时刻，气缸内和排气管内的压力接近，则自由排气阶段结束当排气门开启，废气涌向排气接近，则自由排气阶段结束当排气门开启，废气涌向排气管时，排气管压力急剧上升，产生正压力波并在管内往复传管时，排气管压力急剧上升，产生正压力波并在管内往复传播和反射播和反射 1.换气过程换气过程四冲程发动机的换气过程四冲程发动机的换气过程 从排气门开始打开到下止点这段曲轴转角，称为排气提从排气门开始打开到下止点这段曲轴转角，称为排气提前角，一般为前角，一般为3030~8080°°曲轴转角自由排气约在下止点后曲轴转角自由排气约在下止点后1010~3030°°曲轴转角结束，由于此阶段废气流速很高，故排出废曲轴转角结束，由于此阶段废气流速很高，故排出废气量达气量达60%60%以上。

以上2) 2) 强制排气阶段强制排气阶段 此阶段废气是由上行活塞强制推出由于要克服排气门、排此阶段废气是由上行活塞强制推出由于要克服排气门、排气道处的阻力，缸内平均压力比排气管平均压力略高一些，一般气道处的阻力，缸内平均压力比排气管平均压力略高一些，一般高出高出10kPa10kPa左右气流的速度愈高，此压差愈大，耗功愈多气流的速度愈高，此压差愈大，耗功愈多 为了利用高速气流的惯性排除废气，排气门是在活塞过了上为了利用高速气流的惯性排除废气，排气门是在活塞过了上止点后才关闭从上止点到排气门完全关闭这段曲轴转角，称为止点后才关闭从上止点到排气门完全关闭这段曲轴转角，称为排气迟闭角，一般为排气迟闭角，一般为10°10°~35°35°曲轴转角曲轴转角3) 3) 进气过程进气过程 进气门是在上止点前开始打开，以保证活塞下行时有足够大进气门是在上止点前开始打开，以保证活塞下行时有足够大的开启面积，新鲜工质可以顺利流入气缸一般进气门提前开启的开启面积，新鲜工质可以顺利流入气缸一般进气门提前开启角为上止点前角为上止点前0°0°~40°40°曲轴转角曲轴转角 进气门也必须在下止点后才关闭，因为需要利用高速气流的进气门也必须在下止点后才关闭，因为需要利用高速气流的惯性，在下止点后继续充气，以增加进气量。

一般进气门迟闭角惯性，在下止点后继续充气，以增加进气量一般进气门迟闭角为下止点后为下止点后40°40°~70°70°曲轴转角曲轴转角1.换气过程换气过程四冲程发动机的换气过程四冲程发动机的换气过程4) 4) 气门叠开气门叠开1.换气过程换气过程四冲程发动机的换气过程四冲程发动机的换气过程 由于排气门的迟后关闭和进气门的提前开启，存在进、由于排气门的迟后关闭和进气门的提前开启，存在进、排气门同时开着的现象，称为气门叠开，此时，进气管、气排气门同时开着的现象，称为气门叠开，此时，进气管、气缸、排气管互相连通，可以利用气流的压差、惯性或进、排缸、排气管互相连通，可以利用气流的压差、惯性或进、排气管压力波的帮助，清除残余废气，增加进气量，降低高温气管压力波的帮助，清除残余废气，增加进气量，降低高温零件的温度，但注意不应产生废气倒流现象在增压发动机零件的温度，但注意不应产生废气倒流现象在增压发动机中，因其进气压力高，可以有较大的气门叠开角在非增压中，因其进气压力高，可以有较大的气门叠开角在非增压发动机中，叠开角一般为发动机中，叠开角一般为0 0°°~8080°°曲轴转角，增压柴油机可达曲轴转角，增压柴油机可达8080°°~160160°°曲轴转角。

曲轴转角 发动机类型不同，所占的曲轴转角也个不相同，一般发动机类型不同，所占的曲轴转角也个不相同，一般是由以往的产品及试验决定的是由以往的产品及试验决定的 (1) (1) 自由排气阶段自由排气阶段 A A 排开排开 p >>p’ p >>p’  p = p’ p = p’ 靠缸内压力将气体挤出气缸，其中靠缸内压力将气体挤出气缸，其中p p－缸内压力－缸内压力, p’, p’－排气管内压力－排气管内压力2) (2) 强制排气阶段强制排气阶段 B B p = p’ p = p’  p p   p’ p’靠活塞上行将废气挤出气缸靠活塞上行将废气挤出气缸3) (3) 超临界排气超临界排气 C C 排开排开  p = 1.9 p’ p = 1.9 p’在气阀最小截面处在气阀最小截面处, , 气体流速等于该气体流速等于该地音速地音速 m/s m/s其流量与压差其流量与压差 （（p - p’p - p’）无关）无关, , 只决定于排气阀只决定于排气阀开启面积和气体状态开启面积和气体状态。

4) (4) 亚临界排气亚临界排气 D D p = 1.9 p’ p = 1.9 p’  排闭 其流量取决于压差其流量取决于压差 （（p - p’p - p’） 1.换气过程换气过程四冲程发动机的换气过程四冲程发动机的换气过程2.换气损失换气损失 换气损失是由排气损失和进气损失两部分组成换气损失是由排气损失和进气损失两部分组成 1 1）排气损失）排气损失 从排气门提前打开直到进气行程开始，缸内压力到达从排气门提前打开直到进气行程开始，缸内压力到达大气压力前循环功的损失，称为排气损失它可分为：大气压力前循环功的损失，称为排气损失它可分为： 自由排气损失，它是因排气门提前打开，排气压力线自由排气损失，它是因排气门提前打开，排气压力线偏离理想循环膨胀线，引起膨胀功的减少偏离理想循环膨胀线，引起膨胀功的减少 强制排气损失，它是活塞将废气推出所消耗的功强制排气损失，它是活塞将废气推出所消耗的功 减小排气系统阻力及排气门处的流动损失，是降低排减小排气系统阻力及排气门处的流动损失，是降低排气损失的主要方法。

气损失的主要方法四冲程发动机的换气过程四冲程发动机的换气过程 随随着着排排气气提提前前角角增增大大，，自自由由排排气气损损失失面面积积增增加加，，强强制制排排气气损损失失面面积积减减小小，，如如图图中中 b b曲曲线线，，如如排排气气提提前前角角减减少少则则强强制制排排气气损损失失面面积积增增加加，，如如图图中中 c c曲曲 线线 所所以以最最有有利利的的排排气气提提前前角角应应使使面面 积积 （（ W W + +Y Y ）） 之之 和和 最最 小小 2.换气损失换气损失四冲程发动机的换气过程四冲程发动机的换气过程 减减少少排排气气损损失失的的主主要要措措施施是是：：减减小小排排气气系系统统阻阻力力和和排排气气门处的流动损失门处的流动损失 2.换气损失换气损失四冲程发动机的换气过程四冲程发动机的换气过程2 2 进气损失进气损失 由于进气系统的阻力，进由于进气系统的阻力，进气过程的气缸压力低于进气管气过程的气缸压力低于进气管压力而产生的损失与排气损压力而产生的损失与排气损失相比，它相对较小失相比，它相对较小 如图所示，排气损失与进如图所示，排气损失与进气损失之和称为换气损失，由气损失之和称为换气损失，由面积面积(Y+X+W)(Y+X+W)所示。

在实际示所示在实际示功图中，将面积功图中，将面积(Y+X-d)(Y+X-d)所表所表示的负功为泵气损失示的负功为泵气损失二、四行程发动机的充气效率二、四行程发动机的充气效率 充气效率ηv是实际进入气缸的新鲜工质量与进气状态下充满气缸工作容积的新鲜工质量的比值 充气效率越大，表明发动机换气质量越好，残留于气充气效率越大，表明发动机换气质量越好，残留于气缸内的废气越少每循环进入一定气缸容积的新鲜工质量多，缸内的废气越少每循环进入一定气缸容积的新鲜工质量多，则发动机功率和扭矩可增加，动力性能好则发动机功率和扭矩可增加，动力性能好式中 m1、V1—实际进入气缸的新鲜工质的质量、体积(进气状态)； ms、Vs —进气状态下充满工作容积的新鲜工质的质量、气缸工作容积1.1.充气效率的概念充气效率的概念 实际发动机充气效率可直接测定，用流量计测出发动机实际发动机充气效率可直接测定，用流量计测出发动机每小时实际充气量每小时实际充气量(m(m3 3/h)/h)，理论充气量，理论充气量V(mV(m3 3/h)/h)由下面的公式由下面的公式算出算出式中 vs —气缸工作容积(L)；i—气缸数；n—发动机转速(r/min)。

四行程发动机的充气效率四行程发动机的充气效率1. 充气效率的概念充气效率的概念2. 影响充气效率的因素影响充气效率的因素 影响充气效率的因素有：进气影响充气效率的因素有：进气( (或大气或大气) )的状态、进气的状态、进气终了的气缸压力和温度、残余废气系数、压缩比及气门正终了的气缸压力和温度、残余废气系数、压缩比及气门正时等 1 1）进气终了的压力）进气终了的压力PaPa 进气终了的压力越高，充气效率越大 四行程发动机的充气效率四行程发动机的充气效率2. 影响充气效率的因素影响充气效率的因素 四行程发动机的充气效率四行程发动机的充气效率 对汽油机来讲：节气门开度直接影响对汽油机来讲：节气门开度直接影响PaPa值，当节气门开值，当节气门开度变小，度变小， Pa Pa不仅下降，且随转速的增加而下降的越快当节不仅下降，且随转速的增加而下降的越快当节气门开度一定时，转速增加气门开度一定时，转速增加PaPa下降，充气效率下降下降，充气效率下降PaPa主要取决于进气管的阻力系数和气体流速主要取决于进气管的阻力系数和气体流速2 2）进气终了温度）进气终了温度TaTa 进气终了温度高于进气状态温度。

引起进气终了温度高于进气状态温度引起TaTa升高的原因是：升高的原因是： 1) 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) 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 解决方法是，对于增压发动机采用进气中冷；将高温排解决方法是，对于增压发动机采用进气中冷；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门叠开角等2. 影响充气效率的因素影响充气效率的因素3 3）残余废气系数）残余废气系数γγ四行程发动机的充气效率四行程发动机的充气效率 气气缸缸中中残残余余废废气气增增多多，，不不仅仅使使 ηηv v下下降降，，而而且且使使燃燃烧烧恶恶化化特特别别是是在在汽汽油油机机低低负负荷荷运运转转时时，，因因节节气气门门关关小小，，新新鲜鲜充充量量减减少少，， γγ会会大大大大增增加加，，稀稀释释可可燃燃混混合合气气，，使使燃燃烧烧过过程程缓缓慢慢，，从从而而造造成成汽汽油油机机低低负负荷荷工工作作不不稳稳定定，，经经济济性性和和排排放放性能变差。

性能变差 排排气气终终了了时时，，排排气气管管内内废废气气的的压压力力高高，，说说明明残残余余废废气气密密度度大大，， γγ上上升升与与进进气气过过程程同同理理，， P Pr r主主要要决决定定于于排排气气系系统统各各段段管管路路的的阻阻力力和和气气体体流流速速，，转转速速增增高高则则 P P r r增增 加加 2. 影响充气效率的因素影响充气效率的因素 四行程发动机的充气效率四行程发动机的充气效率4 4）配气正时）配气正时 合理的配气定时可增加合理的配气定时可增加ηv ηv 由于进气门迟闭而使由于进气门迟闭而使ξξ＜＜1 1，新鲜充量的容积减小，但，新鲜充量的容积减小，但PaPa值却可能因有气流惯性而值却可能因有气流惯性而使进气有所增加，合适的配气定时应考虑使进气有所增加，合适的配气定时应考虑ξξPaPa具有最大值具有最大值5 5）压缩比）压缩比 压缩比压缩比εε增加，压缩面积减小，残余废气量随之减少，增加，压缩面积减小，残余废气量随之减少，因而因而ηvηv有所增加有所增加6 6）进气）进气( (或大气或大气) )状态状态 进气或大气压力高，进气或大气压力高，PaPa也随之增加，新鲜工质密度增也随之增加，新鲜工质密度增大，虽然变化大，虽然变化ηvηv不大，但实际进气量增多。

同理，进气或不大，但实际进气量增多同理，进气或大气温度降低，大气温度降低，TaTa也随之有所下降，工质密度增大，实际也随之有所下降，工质密度增大，实际进气量亦增多进气量亦增多三、减少进气系统的阻力三、减少进气系统的阻力 1.1.进气门进气门 在整个进气系统中，进气门处的流通截面最小且截面在整个进气系统中，进气门处的流通截面最小且截面变化最大，因此，增大此处的流通能力并减少流动损失，变化最大，因此，增大此处的流通能力并减少流动损失，一直是人们关注的重点一直是人们关注的重点 非增压四行程发动机的进气系统，是由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、进气道和进气门组成；减少各段通路的阻力，增大其流通能力，可以提高充气效率气门开启的三个阶段简图气门开启的三个阶段简图三、减少进气系统的阻力三、减少进气系统的阻力 1 1）时面值）时面值 表示气门的通过能表示气门的通过能力；与气门的形状和气力；与气门的形状和气门升程有关；随转速的门升程有关；随转速的增加，时面值变小增加，时面值变小为气门的时面值dt时间内气门的开启截面积曲轴转角 右图给出的是角面右图给出的是角面值，不随转速变化，而值，不随转速变化，而时面值随速度增加而减时面值随速度增加而减小。

小 进进气气马马赫赫数数 M Ma a是是进进气气门门处处气气体体的的平平均均速速度度 V Vm m与与该该处处声声速速c c的的比比值值 ( ( M Ma a＝＝V Vm m/ /c c) )它它能能反反映映流流动动对对充充气气效效率率的的影影响响，，成成为为分分析析充充气气效效率率的的一一个个特特征征数数平平均均流流速速 V Vm m定定义义为为：：实实际际进进入入气气缸缸的的新新鲜鲜充充量量与与进进气气门门有有效效时时面面值值 F F ( (t t) )之之 比比 根根据据一一系系列列试试验验可可知知，，在在正正常常的的配配气气条条件件下下，，当当 M Ma a超超过过一一定定数数值值 ( (0 0. .5 5左左 右右 ) )时时，，便便 ηηv v急急剧剧下下降降，，如如下下图图所所示示当当ηηv v急急剧剧下下降降后后，，即即使使提提高高转转速速，，因因单单位位时时间间充充气气量量无无法法增增加加，，功功率率也也不不能能增增加加因因此此，，必必须须注注意意控控制制 M Ma a值值 解解决决办办法法：：增增大大气气门门的的相相对对通通过过面面积积；；改改善善气气门门处处的的气气体体流流动动，，提提高高流流量量系系数数；；合合理理的的配配气气相相位位，，是是限限制制 M Ma a值值、、提提高高 ηηv v的的有有效效方方法法，，这这对对于于高高速速发发动动机机尤尤为为重重要要。

2）进气马赫数）进气马赫数减少进气系统的阻力减少进气系统的阻力充气效率与平均进气马赫数的关系图充气效率与平均进气马赫数的关系图2）进气马赫数）进气马赫数减少进气系统的阻力减少进气系统的阻力3）） 气门直径和气门数气门直径和气门数 增大进气门直径可以扩大气流通路截面积，提高效率增大进气门直径可以扩大气流通路截面积，提高效率在双气门在双气门( (一进一进——排排) )结构中，进气阀盘直径可达活塞直径的结构中，进气阀盘直径可达活塞直径的45%-50%45%-50%，气门与活塞面积之比为，气门与活塞面积之比为0.2-0.250.2-0.25，进气门比排气，进气门比排气门一般大门一般大15%-20%15%-20%，但由于受到结构限制，进一步增大比例，但由于受到结构限制，进一步增大比例已很困难已很困难 为了进一步增大进气门流通截面，采用了多气门结构，为了进一步增大进气门流通截面，采用了多气门结构，如下图所示根据优化气门数和进气门开启面积的关系可知，如下图所示根据优化气门数和进气门开启面积的关系可知，缸径大于缸径大于80mm80mm时，采用二进二排结构；缸径小于时，采用二进二排结构；缸径小于80mm80mm时，采时，采用三进二排结构，可获得最大开启面积，进气体积流量可大用三进二排结构，可获得最大开启面积，进气体积流量可大幅度增加。

由此可知，四气门机与二气门机相比，功率可提幅度增加由此可知，四气门机与二气门机相比，功率可提高高70%70%，扭矩可提高，扭矩可提高30%30%，且响应性比增压机好，故是汽车发，且响应性比增压机好，故是汽车发动机高功率化的有力措施动机高功率化的有力措施减少进气系统的阻力减少进气系统的阻力气门数与进气门开启面积的关系气门数与进气门开启面积的关系 另外，另外，多气门机构还具有易实现可变技术，改善低速、低负荷性能；布置多气门机构还具有易实现可变技术，改善低速、低负荷性能；布置紧凑燃烧室，火花塞紧凑燃烧室，火花塞( (或喷油嘴或喷油嘴) )放置在燃烧室中央，从而改善燃烧，减小运动放置在燃烧室中央，从而改善燃烧，减小运动件质量，利于高速化等优点因此，国外轿车件质量，利于高速化等优点因此，国外轿车3/43/4以上均采用多气门机构以上均采用多气门机构3）） 气门直径和气门数气门直径和气门数减少进气系统的阻力减少进气系统的阻力 四四气气门门机机与与二二气气门门机机相相比比，，功功率率可可提提高高70%70%，，扭扭矩矩可可提提高高30%30%，，且且响响应应性性比比增增压压机机好好，，故故是是汽汽车车发发动动机机高高功功率率化化的的有有力力措施。

措施3）） 气门直径和气门数气门直径和气门数减少进气系统的阻力减少进气系统的阻力 适当增加气门升程，改进凸轮型线，减小运动件质量，适当增加气门升程，改进凸轮型线，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得尽可能快，增加零件刚度，在惯性力允许条件下使气门开闭得尽可能快，从而增大时面值，提高通过能力最大气门升程与阀盘直径从而增大时面值，提高通过能力最大气门升程与阀盘直径之比之比L/dL/d取取0.26-0.280.26-0.284）） 气门升程气门升程减少进气系统的阻力减少进气系统的阻力 应注意改善气门处流体动力性能，如气门头部到杆身的过应注意改善气门处流体动力性能，如气门头部到杆身的过渡形状，气门和气门座的锐边等，都会影响气流的剥离，从渡形状，气门和气门座的锐边等，都会影响气流的剥离，从而影响流量系数下图给出综合提高气门处流通能力的措施而影响流量系数下图给出综合提高气门处流通能力的措施5）减少气门处的流动损失）减少气门处的流动损失减少进气系统的阻力减少进气系统的阻力2. 进气管和进气道进气管和进气道减少进气系统的阻力减少进气系统的阻力 进气道和进气管必须保证足够的流通面积，避免转弯及截面突变，改善管道表面的光洁程度等，以减小阻力，提高效率。

为此，在高性能的汽油机上采用了直线型进气系统在直线化的同时，还应合理设计气道节流和进气管长度，布置适当的稳压腔容积等，以期达到高转速、高功率的目的 发动机除要求动力性外，还必须有好的经济性和排放性能在汽油机上，进气管还必须考虑燃料的雾化、蒸发、分配以及压力波的利用等问题在柴油机上，还要求气流通过进气道在气缸中形成进气涡流，以改善混合气形成和燃烧 空气滤清器阻力随结构而不同它必须在保证滤清效果的空气滤清器阻力随结构而不同它必须在保证滤清效果的前提下，尽可能减小阻力．如加大通过断面，改进滤清器性能，前提下，尽可能减小阻力．如加大通过断面，改进滤清器性能，创制低阻、高效的新型滤清器等在使用中，应经常清洗滤清创制低阻、高效的新型滤清器等在使用中，应经常清洗滤清器，及时更换滤芯器，及时更换滤芯3.空气滤清器空气滤清器减少进气系统的阻力减少进气系统的阻力四、四、 合理选择配气定时合理选择配气定时 合理选择配气定时，可以保证最好的充气效果，改善发动机性能在进、排气门开闭的四个时期中，进气门迟闭角的改变，对充气效率影响最大 合理的排气提前角应当在保证排气损失最小的前提下，尽量晚开排气门．以加大膨胀比，提高热效率。

当转速增加时，相应的自由排气时间减小，为降低排气损失，应增加排气提前角 确定配气定时，一般要在实机上经过反复比较试验，最后找出合适的方案 ηv在某一转速下达到最高值，此转速下能最好地利用气流的惯性充气  由于间歇进、排气，进、排气管存在压力波，在用特定的进气管条件下，可以利用此压力波来提高进气门关闭前的进气压力，增大充气效率，这就称之为动态效应动态效应一般分为惯性效应与波动效应两类1.1.进气管的惯性效应进气管的惯性效应 在发动机进气过程中，活塞的下行运动导致在进气管传出负压波当负压波在进气管的开口端反射，形成正压波，向气缸传递在一定的条件下（如一定的转速、进气管长度等），这种正压波可以使发动机进气过程即将结束进气门关闭前夕，进气门处的压力高于正常的进气压力，从而增加发动机的进气量，提高充气效率 五、五、 进气管的动态效应进气管的动态效应1. 进气管的惯性效应进气管的惯性效应 进气管的动态效应进气管的动态效应 由图可见，随进气管长度的增加以及管径的减小，充气由图可见，随进气管长度的增加以及管径的减小，充气效率的峰值向低速一侧移动。

效率的峰值向低速一侧移动低速时，进气管需要长而细；高速时需要短而粗低速时，进气管需要长而细；高速时需要短而粗2. 进气管的波动效应进气管的波动效应 进气管的动态效应进气管的动态效应 进气门关闭时，进气管进气门关闭时，进气管内流动的空气由于急速停止内流动的空气由于急速停止而受到压缩，在进气门处产而受到压缩，在进气门处产生正压波，正压波在进气管生正压波，正压波在进气管内反复传递，由正压波与负内反复传递，由正压波与负压波相互转换，当进气门再压波相互转换，当进气门再次开启时，如果正压波正好次开启时，如果正压波正好传到进气门，可以提高充气传到进气门，可以提高充气效率3. 进气管长度与转速进气管长度与转速 进气管的动态效应进气管的动态效应压力波的固有频率为：其中C为进气管内气体的声速（m/s） 为进气管当量长度 发动机转速为n时，进气频率： 对惯性效应：发动机进气周期与压力波半周期相配对波动效应，=1.5，2.5时，下一次气门开启期间，正好与正的压力波重合小，则需要进气管长；一定，管长与转速成反比，即高转速所需进气管短，低转速需要进气管长多缸机各缸进气歧管长度应相同，避免各缸气波干扰。

六、可变技术六、可变技术 可变技术就是随使用工况(转速、负荷)变化，使发动机某系统结构参数可变的技术可满足高功率比的要求，中、小负荷的经济性和稳定性，避免出现扭矩低谷，提高乘坐舒适性主要有可变进气管、可变气门定时、可变气门升程、可变进气涡流等1.1.可变进气管可变进气管 当发动机处于低转速时使用长进气管，因为进气管越当发动机处于低转速时使用长进气管，因为进气管越长，空气在管内的振动频率越低，只要长度与转速相匹配长，空气在管内的振动频率越低，只要长度与转速相匹配就能得到最大的进气能量；反过来说，当发动机处于高转就能得到最大的进气能量；反过来说，当发动机处于高转速时，由于吸气频率高，所以就要换上较短的进气管来提速时，由于吸气频率高，所以就要换上较短的进气管来提高空气在进气管内的固有频率，得到最大的进气能量所高空气在进气管内的固有频率，得到最大的进气能量所以就需要设计一套可以让进气管长度变化的系统来达到这以就需要设计一套可以让进气管长度变化的系统来达到这一目的 四行程发动机是曲轴每旋转两圈为一个周期，而这个周期的四行程发动机是曲轴每旋转两圈为一个周期，而这个周期的1/4的时间的时间是用来进气的，也就是说在一个周期内约是用来进气的，也就是说在一个周期内约1/4的时间进气门打开，剩下的的时间进气门打开，剩下的3/4的时间进气门是关闭的。

这就造成进气管内的空气存在一定的进气频率不的时间进气门是关闭的这就造成进气管内的空气存在一定的进气频率不妨把它假设成振动来进行分析根据振动学的原理，当振动物体的振动周期妨把它假设成振动来进行分析根据振动学的原理，当振动物体的振动周期和频率与他的固有周期和固有频率频率相同时，振动能量最大，振动波叠加，和频率与他的固有周期和固有频率频率相同时，振动能量最大，振动波叠加，这就是人们常说的共振对于振动的物体而言共振的能量是最大的那么如这就是人们常说的共振对于振动的物体而言共振的能量是最大的那么如果把进气看成是振动，那么当发动机的吸气频率与进气管中空气的固有频率果把进气看成是振动，那么当发动机的吸气频率与进气管中空气的固有频率相同时，进气能量最大但发动机的吸气频率是随发动机转速的变化而变化相同时，进气能量最大但发动机的吸气频率是随发动机转速的变化而变化的当发动机转速高时，吸气频率也高；当发动机转速降低时，吸气频率就的当发动机转速高时，吸气频率也高；当发动机转速降低时，吸气频率就随之降低了那怎么样才能让进气管内的空气的固有频率能与发动机的吸气随之降低了那怎么样才能让进气管内的空气的固有频率能与发动机的吸气频率保持一致呢？最可行的办法就是改变进气管的长度。

当发动机处于低转频率保持一致呢？最可行的办法就是改变进气管的长度当发动机处于低转速时使用长进气管，因为进气管越长，空气在管内的振动频率越低，只要长速时使用长进气管，因为进气管越长，空气在管内的振动频率越低，只要长度与转速相匹配就能得到最大的进气能量；反过来说，当发动机处于高转速度与转速相匹配就能得到最大的进气能量；反过来说，当发动机处于高转速时，由于吸气频率高，所以就要换上较短的进气管来提高空气在进气管内的时，由于吸气频率高，所以就要换上较短的进气管来提高空气在进气管内的固有频率，得到最大的进气能量所以就需要设计一套可以让进气管长度变固有频率，得到最大的进气能量所以就需要设计一套可以让进气管长度变化的系统来达到这一目的，那么可变进气管长度技术就诞生了化的系统来达到这一目的，那么可变进气管长度技术就诞生了1.可变进气管可变进气管可变技术可变技术长进气道长进气道发动机在低转速时，空气经过长的进气道，使气缸充气最佳，且扭矩增大短进气道短进气道发动机在高转速时，空气流经短进气道，可提高效率真空单元进气道1.可变进气管可变进气管可变技术可变技术 当发动机在当发动机在20002000转左右时电脑控制进气管长度控制阀关转左右时电脑控制进气管长度控制阀关闭，让空气先流经螺旋形状的长进气管后再进入汽缸，此时闭，让空气先流经螺旋形状的长进气管后再进入汽缸，此时为长进气管状态。

为长进气管状态  当发动机转速上升到当发动机转速上升到50005000转时，进气管长度控制阀打开，转时，进气管长度控制阀打开，让空气不经螺旋管道而直接进入到汽缸，此时为短进气管状让空气不经螺旋管道而直接进入到汽缸，此时为短进气管状态 1.可变进气管可变进气管可变技术可变技术 图为宝马新图为宝马新7 7系的发动机进气管设计，从图中可以看出，他不是采用控系的发动机进气管设计，从图中可以看出，他不是采用控制阀来切换进气管的长度，而是在进气管中间设计了一个可以旋转的转子，制阀来切换进气管的长度，而是在进气管中间设计了一个可以旋转的转子，当这个转子旋转一定角度后进气管的长度就发生了改变，同样达到了优化当这个转子旋转一定角度后进气管的长度就发生了改变，同样达到了优化进气的目的有了这套系统，发动机就能在高低转速时都能保持良好的进进气的目的有了这套系统，发动机就能在高低转速时都能保持良好的进气效率，进气效率提高了发动机的整个工作效率也就提高了随之而来的气效率，进气效率提高了发动机的整个工作效率也就提高了随之而来的就是节能，环保以及动力输出线性，扭力分布均匀等优点了就是节能，环保以及动力输出线性，扭力分布均匀等优点了。

可变技术可变技术可变气门正时（可变气门正时（VVTVVT））进气持续期可变进气持续期可变（（VVA）） 结构相对简单，技术成熟，结构相对简单，技术成熟，可分为分级可变与连续可变，最可分为分级可变与连续可变，最大范围可达大范围可达60°(CA)60°(CA)；可使发动；可使发动机低速转矩得到大幅提升机低速转矩得到大幅提升 结构复杂，在改变气门正时结构复杂，在改变气门正时的同时，还可以改变气门升程；的同时，还可以改变气门升程；发动机的低速转矩和高速性能都发动机的低速转矩和高速性能都得到显著改善得到显著改善2.可变气门正时可变气门正时本田的本田的VTEC，丰田的，丰田的VVTi，还有保时捷的，还有保时捷的Variocam、宝马的、宝马的Valvetronic等等等等进气门开、关时刻：进气门开、关时刻：发动机转速低时，进气发动机转速低时，进气管内混合气随活塞运动，管内混合气随活塞运动，活塞运动慢活塞运动慢 进气门应提前关闭，以进气门应提前关闭，以避免混合气回流进气管避免混合气回流进气管发动机低速时，进气凸发动机低速时，进气凸轮轴相位应提前调整轮轴相位应提前调整。

2.可变气门正时可变气门正时工作原理工作原理进气门开、关时刻：进气门开、关时刻：发动机转速高时，进气管发动机转速高时，进气管内气流快，活塞在向上运内气流快，活塞在向上运动过程中，混合气应可继动过程中，混合气应可继续涌入气缸，为增加混合续涌入气缸，为增加混合气量，进气门延迟关闭气量，进气门延迟关闭2.可变气门正时可变气门正时工作原理工作原理 如果气门行程设置得较大，那么在发动机高转速时混合气的进气效率肯定是很高的，因为发动机在高转速时空气流速很快，这就需要较大的气门开口才能让混合气尽可能的充满汽缸，但在低转速范围，效果却截然相反，因为发动机在低转速范围时，进气管内的空气流速很慢，这就需要活塞向下行程时能产生足够的负压才能尽可能的把混合气体吸入到汽缸发动机的吸气原理也是一样的，所以在低转速时如果气门的开度较大，就会因为进气管内的真空度不够而吸气效率下降2.可变气门正时可变气门正时工作原理工作原理 在选择气门开度时既不能太大，也不能太小如果开度大那么虽然高转速时功率能提高，但低转速时由于进气量太小，会让发动机的扭力下降，工作不稳定，严重时甚至熄火反之如果选择较小的气门开度，那么低转速时的扭力虽然提高了，但高转速时的功率却发挥不出来。

这就产生了一对矛盾所以设计师只能选择一个折中的气门行程来尽可能的兼顾到高低转速的动力发挥在这种情况，如果能设计一种机构可以随转速的高低来自动调节气门的行程不就可以让发动机既能在低转速时扭力充沛，又能在高转速时发挥出更大的功率了所以可变气门行程机构就诞生了其功能就是随发动机转速而改变气门的行程当发动机低转速时使用短行程，高转速时使用长行程，这样就能很好的解决上面所说的配气矛盾了功能都是这样，但不同的厂家在设计时由于控制方式的不同那么在性能的发挥上也就有高低之分了2.可变气门正时可变气门正时工作原理工作原理图中每个进气门分别有两组凸轮控制，一组是高速凸轮，一组是低速凸轮红色圆框内就是可变气门行程的控制机构当发动机在低转速范围时，红色的控制活塞是落在气门座内的这样高速凸轮只能驱动气门座向下行程而不能带动整个气门动作，整个气门由低速凸轮驱动气门顶向下行程，这样获得的气门开度就较小当发动机在高转速范围时，红色的控制活塞在液压的驱动下从气门座推入到气门顶中， 等于是把气门座和气门刚性的连接在一起，当高速凸轮驱动气门座时就能带动气门向下行程获得较大的气门开度但这种设计只能在一定程度上获得更好的进气，当驾驶车辆加速时，发动机由高转速向低转速过度到改变气门行程的临界值时，驾驶者会感觉到动力瞬间提升，会影响乘坐的舒适感。

2.可变气门正时可变气门正时具体结构具体结构 红色圆圈内的就是用来改变配气正时的控制机构了实际上它是在凸轮轴的末端装上了一个带有液压控制机构的壳体，而正时链条是直接驱动该壳体的，壳体与凸轮轴之间充满了液压油，壳体就是通过液压油驱动凸轮轴运动的 2.可变气门正时可变气门正时具体结构具体结构宝马的控制机构是由电机驱动的，电机通过蜗杆传动齿轮，然后由齿轮上的凸轮带动摇臂运动来改变摇臂的控制角，然后在凸轮轴的驱动下由摇臂带动气门运动所以通过改变摇臂的角度就可以改变气门的行程了由于是通过电机控制的，所以可以在一定区域内做无段级调节气门开度，这样驾驶起来舒适性更强，配气机构在各转速下的适应性也更强，能最大限度的提高发动机充气效率目前宝马已经把这套系统装备到了宝马745i，530i，330i为代表的直列6缸发动机和V型8缸发动机都装备了该系统 具体结构具体结构2.可变气门正时可变气门正时2.可变气门正时可变气门正时可变技术可变技术1 1）凸轮相位可变）凸轮相位可变可变气门正时机构结构图可变气门正时机构结构图可变气门正时机构结构图可变气门正时机构结构图 可变气门正时机构结构图可变气门正时机构结构图可变气门正时机构结构图可变气门正时机构结构图 2.可变气门正时可变气门正时正时提前正时提前正时提前正时提前2.可变气门正时可变气门正时正时延迟正时延迟正时延迟正时延迟LOCK2.可变气门正时可变气门正时1 凸轮轴链轮凸轮轴链轮2 外壳外壳3 转子转子4 止动销止动销5 尖端封口尖端封口6 外罩外罩7 开槽封圈开槽封圈1 移动阀移动阀2 线圈线圈3 柱塞柱塞4 回动弹簧回动弹簧2.可变气门正时可变气门正时凸轮轴凸轮轴凸轮轴凸轮轴 2.可变气门正时可变气门正时机油压力流程图机油压力流程图机油压力流程图机油压力流程图2.可变气门正时可变气门正时缺点：由于这种缺点：由于这种机构的凸轮型线机构的凸轮型线及进气持续角均及进气持续角均不变，虽然高速不变，虽然高速时可以加大进气时可以加大进气迟闭角，但气门迟闭角，但气门叠开角较小。

叠开角较小排气凸轮轴进气凸轮轴凸轮轴调节阀N205液压缸排气凸轮轴进气凸轮轴 凸轮轴调整器（与链条张紧器一体）可变技术可变技术2.可变气门正时可变气门正时2 2）奥迪的可变气门正时）奥迪的可变气门正时功率调整功率调整调整功率时，链条下部短，调整功率时，链条下部短，上部长，进气门延迟关闭上部长，进气门延迟关闭进气管内气流速高，气缸充进气管内气流速高，气缸充气量足因此高转速时，功率大因此高转速时，功率大排气凸轮轴进气凸轮轴凸轮轴调整器可变技术可变技术2.可变气门正时可变气门正时扭扭 矩调整矩调整凸轮轴调整器向下拉长，于是凸轮轴调整器向下拉长，于是链条上部变短，下部变长链条上部变短，下部变长因为排气凸轮轴被齿形带固定因为排气凸轮轴被齿形带固定了，此时排气凸轮轴不能被转了，此时排气凸轮轴不能被转动，进气凸轮轴被转一个角度，动，进气凸轮轴被转一个角度，进气门提前关闭进气门提前关闭在这个位置时，在中、低转速，在这个位置时，在中、低转速，可获得大扭矩输出可获得大扭矩输出.可变技术可变技术2.可变气门正时可变气门正时怠速怠速怠速时，进气门延迟关闭.扭矩调整扭矩调整转速在1000rpm以上时，进气门提 前关闭。

左侧凸轮轴调整器向下，右侧调整器向上运动功率调整功率调整 转速在3700rpm以上时，左侧凸轮轴调整器向上，右侧调整器向下运动，进气门延迟关闭可变技术可变技术2.可变气门正时可变气门正时可变技术可变技术3 3）进气持续期可变）进气持续期可变 如果气门升程设置得较大，那么在发动机高转速时混合气的进气效率肯定是很高的，因为发动机在高转速时空气流速很快，这就需要较大的气门开口才能让混合气尽可能的充满汽缸，但在低转速范围，效果却截然相反，因为发动机在低转速范围时，进气管内的空气流速很慢，这就需要活塞向下行程时能产生足够的负压才能尽可能的把混合气体吸入到汽缸发动机的吸气原理也是一样的，所以在低转速时如果气门的开度较大，就会因为进气管内的真空度不够而吸气效率下降 因此凸轮轴上装置两组凸轮，为中、低速，大转矩使用的低升程、短持续期进气凸轮和为高功率使用的高升程、长持续期进气凸轮2.可变气门正时可变气门正时3.可变进气管截面积可变进气管截面积可变技术可变技术  根据流体力学的原理，在其他参数不变的情况下，管道的截面积越大流体压力越小；管道截面积越小流体压力越大这就象高压水枪的管口一样。

高压水枪的出水口直径要比高压水管的直径小很多倍，所以水流的压力也上升了很多倍，这样才能把水推到很远的距离根据这一原理，再分析发动机各个工况的工作特性，就需要设计一套机构能在发动机高转速时使用较大的进气歧管截面积提高进气流量；在发动机低转速时使用较小的进气歧管截面积，提高汽缸的进气负压，也能在汽缸内充分形成涡流，让空气跟汽油更好的混合  主流的主流的4 4气门为例由于有两个气门为例由于有两个进气门，那就意味着可以有两根进进气门，那就意味着可以有两根进气歧管所以要改变进气歧管的截气歧管所以要改变进气歧管的截面积实现起来就比较容易了我们面积实现起来就比较容易了我们只需要在其中一个进气歧管中装入只需要在其中一个进气歧管中装入一个可随电脑控制开闭的气阀，就一个可随电脑控制开闭的气阀，就能控制该歧管的使用状况了当发能控制该歧管的使用状况了当发动机处于高转速时，改气阀打开，动机处于高转速时，改气阀打开，这时两根进气歧管同时进气，获得这时两根进气歧管同时进气，获得大流量的混合气体；当发动机处于大流量的混合气体；当发动机处于低转速时，该气阀关闭，理论上可低转速时，该气阀关闭，理论上可以看成是使用一根进气歧管进气。

以看成是使用一根进气歧管进气这样进气歧管的截面积就减小了一这样进气歧管的截面积就减小了一倍能获得更好的进气负压和混合倍能获得更好的进气负压和混合气涡流，发动机的工作效率在高转气涡流，发动机的工作效率在高转速和低转速时都得到了提高如下速和低转速时都得到了提高如下图就是进气歧管截面积的控制方法：图就是进气歧管截面积的控制方法：3.可变进气管截面积可变进气管截面积可变技术可变技术七、二行程发动机的换气过程七、二行程发动机的换气过程 二行程发动机是曲轴回转一圈，活塞上下两个行程，二行程发动机是曲轴回转一圈，活塞上下两个行程，就完成就完成—个工作循环，它与四行程发动机的不同之处主要个工作循环，它与四行程发动机的不同之处主要在于换气过程在于换气过程摩托车二行程发动机摩托车二行程发动机 以以曲曲轴轴箱箱扫扫气气二二行行程程发发动动机机为为例例说说明明，，将将曲曲轴轴箱箱封封闭闭起起来来在在工工作作缸缸下下部部开开有有排排气气口口、、扫扫气气口口和和进进气气口口活活塞塞由由下下止止点点向向上上运运动动，，当当活活塞塞上上行行关关闭闭排排气气口口后后即即开开始始压压缩缩过过程程，，上上行行至至上上止止点点前前约约 1 1 0 0 °° ～～3 3 0 0 °° 曲曲轴轴转转角角，，喷喷油油 ( (或或 点点 火火 ) )燃燃 烧烧 ，，缸缸内内气气体体温温度度、、压压力力迅迅速速上上升升；；继继而而高高温温、、高高压压气气体体推推动动活活塞塞下下行行，，即即作作功功的的膨膨胀胀行行程程，，开开启启 排排 气气 口口 膨膨 胀胀 行行 程程 结结束，排气行程开始。

束，排气行程开始1. 二行程发动机的换气过程二行程发动机的换气过程二行程发动机的换气过程二行程发动机的换气过程 排气口开始打开时，缸内压力一般为排气口开始打开时，缸内压力一般为0.30.3～～0.6MPa0.6MPa，排，排气处于超临界状态，废气以声速流出气缸，缸内压力迅速下降，气处于超临界状态，废气以声速流出气缸，缸内压力迅速下降，进入亚临界状态从排气口开始打开到缸内压力接近扫气压力，进入亚临界状态从排气口开始打开到缸内压力接近扫气压力，新气开始流入气缸这段徘气，称为自由排气此时是靠缸内与新气开始流入气缸这段徘气，称为自由排气此时是靠缸内与排气管之间的压差排除废气，其中从排气口打开到扫气口打开排气管之间的压差排除废气，其中从排气口打开到扫气口打开这一段，又称先期排气，必须保证先期排气时面值，以避免废这一段，又称先期排气，必须保证先期排气时面值，以避免废气倒流 1. 二行程发动机的换气过程二行程发动机的换气过程二行程发动机的换气过程二行程发动机的换气过程 已被提高压力的新鲜工质得以进入气缸，并驱赶废气已被提高压力的新鲜工质得以进入气缸，并驱赶废气继续排出，此过程一直进行到下止点后扫气口关闭为止。

由继续排出，此过程一直进行到下止点后扫气口关闭为止由于此阶段是利用新气扫除废气，故称为扫气过程扫气口关于此阶段是利用新气扫除废气，故称为扫气过程扫气口关闭后，排气口还开着，这时由于活塞上行的排挤及排气气流闭后，排气口还开着，这时由于活塞上行的排挤及排气气流的惯性，会继续排出新鲜工质和废气的混合气，直至排气口的惯性，会继续排出新鲜工质和废气的混合气，直至排气口完全关闭从扫气口关闭到排气口关闭这段是额外排气阶段，完全关闭从扫气口关闭到排气口关闭这段是额外排气阶段，其中有大量新鲜工质排出，是要尽量避免的阶段其中有大量新鲜工质排出，是要尽量避免的阶段 活塞继续上行，重复压缩过程，进行新的循环从排活塞继续上行，重复压缩过程，进行新的循环从排气口开始打开到排气口完全关闭，为二行程发动机的换气过气口开始打开到排气口完全关闭，为二行程发动机的换气过程，大约占程，大约占130130°°～～150150°°曲轴转角曲轴转角1. 二行程发动机的换气过程二行程发动机的换气过程二行程发动机的换气过程二行程发动机的换气过程 在排气口开启期间，废气及新鲜工质不断从排气口流出，这部分在排气口开启期间，废气及新鲜工质不断从排气口流出，这部分气缸容积不能容纳新鲜工质。

称为损失容积二行程发动机的有效压缩气缸容积不能容纳新鲜工质称为损失容积二行程发动机的有效压缩是从排气口关闭后开始，故其有效工作容积为：是从排气口关闭后开始，故其有效工作容积为：1. 二行程发动机的换气过程二行程发动机的换气过程二行程发动机的换气过程二行程发动机的换气过程 由于二行程发动机的进、排气过程是重叠进行的，它利用由于二行程发动机的进、排气过程是重叠进行的，它利用新气扫除废气，则必须提高进入气缸新气的压力，而设置扫新气扫除废气，则必须提高进入气缸新气的压力，而设置扫气泵扫气泵大致有如下三种类型：气泵扫气泵大致有如下三种类型：2. 扫气泵扫气泵二行程发动机的换气过程二行程发动机的换气过程1 1）曲轴箱扫气）曲轴箱扫气 压缩的最高压力与曲轴箱压缩比有关，即曲轴箱最大压缩的最高压力与曲轴箱压缩比有关，即曲轴箱最大容积容积V Vs s( (活塞位于上止点活塞位于上止点) )与最小容积与最小容积V Vk k( (活塞位于下止点活塞位于下止点) )之之比由于曲轴箱容积大，其压缩比较低，一般范围为比由于曲轴箱容积大，其压缩比较低，一般范围为1.3-1.3-1.551.55，充气效率低，大致为，充气效率低，大致为0.6-0.70.6-0.7，扫气压力仅为，扫气压力仅为1.08kPa1.08kPa左右。

因此，要求尽可能增大进入曲轴箱的新气量因此，要求尽可能增大进入曲轴箱的新气量因其结构简单、紧凑，所以仅用于小型汽油机及单缸柴油因其结构简单、紧凑，所以仅用于小型汽油机及单缸柴油机上2 2）采用单独的扫气泵）采用单独的扫气泵二行程发动机的换气过程二行程发动机的换气过程 如图，扫气泵大多用转如图，扫气泵大多用转子泵或离心泵，直接由发动子泵或离心泵，直接由发动机曲轴增速驱动一般扫气机曲轴增速驱动一般扫气压力压力PkPk为为109109～～150kPa150kPa2. 扫气泵扫气泵3 3）废气涡轮增压）废气涡轮增压 效率最高，其扫气压力效率最高，其扫气压力PkPk为为140140～～200kPa200kPa甚至更高甚至更高a）横流扫气 b）回流扫气 c）直流扫气3.扫气系统的基本形式扫气系统的基本形式 根据新鲜充根据新鲜充量在气缸中流动量在气缸中流动的性质，扫气形的性质，扫气形式可分为式可分为横流扫横流扫气、回流扫气和气、回流扫气和直流扫气直流扫气三种二行程发动机的换气过程二行程发动机的换气过程二行程发动机的换气过程二行程发动机的换气过程1)1)横流扫气横流扫气特点：特点：• 扫气口与排气口位于气缸两侧并且相对；扫气口与排气口位于气缸两侧并且相对；• 扫气口在纵横方向有一定的倾斜角；活塞头部有一定的形状要求，扫气口在纵横方向有一定的倾斜角；活塞头部有一定的形状要求，以控制气流进入气缸的方向以控制气流进入气缸的方向。

优点：优点：• 结构简单，制造方便，成本低结构简单，制造方便，成本低缺点：缺点：• 易在气缸顶部区域残留废气，换气效果差；易在气缸顶部区域残留废气，换气效果差；• 扫气口与排气口之间易产生新鲜充量的短路现象；扫气口与排气口之间易产生新鲜充量的短路现象；• 进排气口两侧缸壁热负荷不同，活塞与气缸受热不均匀进排气口两侧缸壁热负荷不同，活塞与气缸受热不均匀二行程发动机的换气过程二行程发动机的换气过程2)2)回流扫气回流扫气特点：特点：• 扫气口与排气口位于气缸同侧；扫气口与排气口位于气缸同侧；• 扫气口与排气口的设置和纵横方向倾角有要求；扫气气流在活塞顶扫气口与排气口的设置和纵横方向倾角有要求；扫气气流在活塞顶部和气缸壁引向气缸上部形成回流，将废气由排气口挤出部和气缸壁引向气缸上部形成回流，将废气由排气口挤出优点：优点：• 结构简单，成本低可以部分克服横流扫气的缺点；结构简单，成本低可以部分克服横流扫气的缺点；缺点：缺点：• 易在气缸顶部区域残留废气；易在气缸顶部区域残留废气；• 扫气口与排气口之间易产生新鲜充量的短路现象扫气口与排气口之间易产生新鲜充量的短路现象特点：特点：• 扫气口扫气口+ +排气门；排气门；• 扫气口沿切线方向排列，扫气气流旋转形成气垫沿气缸轴线运动，扫气口沿切线方向排列，扫气气流旋转形成气垫沿气缸轴线运动，避免扫气气流与废气相混，扫气效果好。

避免扫气气流与废气相混，扫气效果好优点：优点：• 排气门由凸轮机构驱动，可不对称换气，排气门早闭实现过后充气；排气门由凸轮机构驱动，可不对称换气，排气门早闭实现过后充气；• 活塞工作条件改善，冷却好；活塞工作条件改善，冷却好；• 扫气口沿整个气缸圆周分布，气孔高度低，行程损失少扫气口沿整个气缸圆周分布，气孔高度低，行程损失少缺点：缺点：• 需要布置气门机构，结构相对复杂需要布置气门机构，结构相对复杂3)3)直流扫气直流扫气二行程发动机的换气过程二行程发动机的换气过程 4.4.换气质量的估计换气质量的估计 最理想的换气过程应是废气和新鲜充量毫不相混，扫气最理想的换气过程应是废气和新鲜充量毫不相混，扫气气流将废气全部挤出气流将废气全部挤出事实上．废气与新鲜充量相混是不可事实上．废气与新鲜充量相混是不可避免的，一部分废气留在气缸里，一部分新鲜空气出排气口避免的，一部分废气留在气缸里，一部分新鲜空气出排气口跑掉对柴油机来说，多供一些空气，使废气清除得干净些，跑掉对柴油机来说，多供一些空气，使废气清除得干净些，仅是损失一点空气，多消耗些功；而在汽油机中是用油气混仅是损失一点空气，多消耗些功；而在汽油机中是用油气混合气扫气，任何混合气的外逸都意味着损失燃油。

因此，二合气扫气，任何混合气的外逸都意味着损失燃油因此，二行程汽油机仅用于比功率要求高或功率小的范围行程汽油机仅用于比功率要求高或功率小的范围 衡量二行程发动机换气效果常用如下三个指标衡量二行程发动机换气效果常用如下三个指标 1 1）扫气效率）扫气效率 2 2）过量扫气系数）过量扫气系数 3 3）给气效率）给气效率二行程发动机的换气过程二行程发动机的换气过程1 1）） 扫气效率扫气效率二行程发动机的换气过程二行程发动机的换气过程1 1）） 扫气效率扫气效率二行程发动机的换气过程二行程发动机的换气过程2 2）） 过量扫气系数过量扫气系数二行程发动机的换气过程二行程发动机的换气过程3) 3) 给气效率给气效率 它从数量上说明新气流失量的多少它从数量上说明新气流失量的多少 改善换气效果最有效的办法是进行换气试验，从中找出最佳改善换气效果最有效的办法是进行换气试验，从中找出最佳的结构方案的结构方案 目前汽车拖拉机二行程发动机参数的大致范围是：目前汽车拖拉机二行程发动机参数的大致范围是： 扫气压力扫气压力125-196kPa125-196kPa；； 过量扫气系数过量扫气系数1.2-1.5(1.2-1.5(曲轴箱换气，为曲轴箱换气，为0.5-0.9)0.5-0.9)；； 扫气效率：直流扫气效率：直流0.8-0.950.8-0.95，回流，回流0.8-0.90.8-0.9，曲轴箱换气，曲轴箱换气0.72-0.72-0.80.8。

二行程发动机的换气过程二行程发动机的换气过程第三章 燃料与燃烧一、发动机的燃料一、发动机的燃料 燃料是发动机产生动力的来源可以说，发动机的生存与发展，汽油燃料是发动机产生动力的来源可以说，发动机的生存与发展，汽油机与柴油机在结构与性能上的差异，对环境的污染等等，无不与燃料的种机与柴油机在结构与性能上的差异，对环境的污染等等，无不与燃料的种类和品质有着密切的关系类和品质有着密切的关系 发动机传统的燃料是汽油与柴油，它们是石油的炼制品石油的主要发动机传统的燃料是汽油与柴油，它们是石油的炼制品石油的主要成分是碳、氢两种元素，含量约占成分是碳、氢两种元素，含量约占97%-98%97%-98%，其它还有少量的硫、氧、氮，其它还有少量的硫、氧、氮等等石油产品是以多种碳氢化合物的混合物的形式出现的，分子式为等等石油产品是以多种碳氢化合物的混合物的形式出现的，分子式为CnHmCnHm，通常称为烃根据烃分子中碳原子数的不同，可构成不同相对分子，通常称为烃根据烃分子中碳原子数的不同，可构成不同相对分子质量、不同沸点的物质炼制汽油与柴油最简便的方法是利用沸点不同直质量、不同沸点的物质。

炼制汽油与柴油最简便的方法是利用沸点不同直接进行分馏，依次得到石油气接进行分馏，依次得到石油气——汽油汽油——煤油煤油——轻、重柴油轻、重柴油——渣油渣油C原子数原子数沸点沸点品种品种相对分子质量相对分子质量理化性质的变化趋势理化性质的变化趋势C1～～C4常温常温石油气石油气16～～58 C5～～C1150～～200℃℃汽油汽油95～～120C11～～C19180～～300℃℃煤油煤油100～～180C16～～C23250～～360℃℃轻、重柴油轻、重柴油180～～200C23以上以上360℃℃以上以上渣油渣油220～～280易自燃化学安定性好易点燃分类分类分子通式分子通式性质性质烷烃烷烃呈饱和的开链式结构，含碳原子越高，结构越不紧凑，常温呈饱和的开链式结构，含碳原子越高，结构越不紧凑，常温下化学性质比较稳定，但热稳定性比较低，在高温下易分解，下化学性质比较稳定，但热稳定性比较低，在高温下易分解，自发火的滞燃期较短，是柴油燃料的良好成分支链式结构自发火的滞燃期较短，是柴油燃料的良好成分支链式结构在高温下较稳定，是汽油中抗爆性好的燃料在高温下较稳定，是汽油中抗爆性好的燃料烯烃烯烃非饱和开链式结构，比烷烃难于自行发火，是汽油中抗爆性非饱和开链式结构，比烷烃难于自行发火，是汽油中抗爆性好的成分，但常温下化学安定性差，在长期存储中易于氧化好的成分，但常温下化学安定性差，在长期存储中易于氧化生成胶质生成胶质炔烃炔烃非饱和开链结构，是热裂解的产物，很不稳定。

在常温下易非饱和开链结构，是热裂解的产物，很不稳定在常温下易分解，存储中因氧化而结胶，含炔烃多不易做发动机燃料分解，存储中因氧化而结胶，含炔烃多不易做发动机燃料环烷环烷烃烃饱和的环状分子结构，不易分裂，热稳定性和自发火的温度饱和的环状分子结构，不易分裂，热稳定性和自发火的温度均比直链烷烃为高环烷烃多的燃油适宜作为汽油机燃料，均比直链烷烃为高环烷烃多的燃油适宜作为汽油机燃料，不适宜做柴油机燃料不适宜做柴油机燃料 芳香芳香烃烃所有芳香烃都含有苯基的成分，在石油中含量较少，分子结所有芳香烃都含有苯基的成分，在石油中含量较少，分子结构坚固，热稳定性比脂肪烃及环烷烃均高，在高温下分子不构坚固，热稳定性比脂肪烃及环烷烃均高，在高温下分子不易破裂，化学安定性较前者高，是汽油中良好的防爆剂，石易破裂，化学安定性较前者高，是汽油中良好的防爆剂，石油炼制时常提高芳香烃的含量油炼制时常提高芳香烃的含量一、发动机的燃料一、发动机的燃料一、发动机的燃料一、发动机的燃料燃料中的不同成分对化学安定性的影响燃料中的不同成分对化学安定性的影响二、燃料的使用特性二、燃料的使用特性 主要用于各类柴油机中，其中，轻柴油用于高速柴油机，重柴油用主要用于各类柴油机中，其中，轻柴油用于高速柴油机，重柴油用于中、低速柴油机。

于中、低速柴油机 我我国国生生产产的的轻轻柴柴油油，，其其规规格格由由 G GB B2 25 52 2——2 20 00 00 0规规定定轻轻柴柴油油的的牌牌号号按按凝凝点点不不同同分分为为 1 10 0号号 、、 0 0号号 、、 - -1 10 0号号 、、 - -2 20 0号号 、、 - -3 35 5号号 、、 - -5 50 0号号六六级级，，其其凝凝点点分分别别不不高高于于 1 10 0℃℃、、0 0℃℃、、- -1 10 0℃℃ 、、- -2 20 0℃℃、、- -3 35 5℃℃和和- -5 50 0℃℃ 凝凝点点是是指指柴柴油油失失去去流流动动性性开开始始凝凝结结的的温温度度选选用用柴柴油油时时，，应应按按最最低低环环境境温温度度高高出出凝凝 点点 5 5℃℃以以 上上 ，， 即即 - -2 20 0号号柴柴油油适适用用于于最最低低环环境境温温度度为为 - -1 15 5℃℃的的 场场 合合 在轻柴油性能的各个项目中，可以分为：在轻柴油性能的各个项目中，可以分为： 1)1)评价柴油自燃性的指标评价柴油自燃性的指标——十六烷值十六烷值。

2)2)与燃烧完善程度及起动性能有密切关系的性质与燃烧完善程度及起动性能有密切关系的性质——馏程馏程 3)3)与燃油喷射有密切关系的性质与燃油喷射有密切关系的性质——粘度粘度 4)4)与柴油储存、运送、使用有关的性质与柴油储存、运送、使用有关的性质——闪点闪点、、凝点凝点 5)5)与柴油机磨损腐蚀有关的性质与柴油机磨损腐蚀有关的性质——机械杂质、水分、灰分、含硫量、机械杂质、水分、灰分、含硫量、酸度、水溶性酸和碱、残炭等等酸度、水溶性酸和碱、残炭等等1.1.柴油柴油1）十六烷值）十六烷值燃料的使用特性燃料的使用特性 十十六六烷烷值值是是评评定定柴柴油油自自燃燃性性好好坏坏的的指指标标它它与与发发动动机机的的粗粗暴暴性性及及起起动动性性均均有有密密切切关关系系 自自燃燃性性好好的的燃燃料料，，冷冷起起动动性性能亦随之改善能亦随之改善 测测定定柴柴油油的的十十六六烷烷值值，，是是在在特特殊殊的的单单缸缸试试验验机机上上按按规规定定的的条条件件进进行行 试试验验时时采采用用由由十十六六烷烷和和 αα- -甲甲基基萘萘混混合合制制成成的的混混合合液液，，十十六六烷烷容容易易自自燃燃，，规规定定它它的的十十六六烷烷值值为为 1 10 00 0，，αα- -甲甲 基基萘萘最最不不容容易易自自燃燃，，其其十十六六烷烷值值定定为为 0 0。

当当被被测测定定柴柴油油的的自自燃燃性性与与所所配配制制的的混混合合液液的的自自燃燃性性相相同同时时，，则则混混合合液液中中十十六六烷烷的的体体积百分数就定为该种柴油的十六烷值积百分数就定为该种柴油的十六烷值 一一般般直直链链烷烷烃烃比比环环烷烷烃烃的的十十六六烷烷值值高高；；在在直直链链烷烷烃烃中中分分子子量量愈愈大大，，十十六六烷烷值值愈愈高高 因因此此，，尽尽管管燃燃料料的的十十六六烷烷值值高高对对于于缩缩短短滞滞燃燃期期及及改改善善冷冷起起动动有有利利，，但但增增大大十十六六烷烷值值，，将将带带来来燃燃料料分分子子量量加加大大，，使使油油的的蒸蒸发发性性变变差差及及粘粘度度增增加加，，导导致致排排气气冒冒烟烟加加剧剧及及燃燃油油经经济济性性下下降降 国国产产柴柴油油的的十十六六烷烷值值规规定定在在4040～～5050之间2）馏程）馏程燃料的使用特性燃料的使用特性 馏馏程程表表示示柴柴油油的的蒸蒸发发性性，，用用燃燃油油馏馏出出某某一一百百分分比比的的温温度度范范围围来来表表示示 燃燃料料馏馏出出 5 5 0 0 % % 的的温温度度低低，，说说明明这这种种燃燃料料轻轻馏馏分分多多、、蒸蒸发发快快，，有有利利于于混混合合气气形形成成。

9 9 0 0 % % 和和9 9 5 5 % % 馏馏出出温温度度标标志志柴柴油油中中所所含含难难于于蒸蒸发发的的重重馏馏分分的的数数量量如如果果重重馏馏分分过过多多、、在在高高速速柴柴油油机机中中来来不不及及蒸蒸发发和和形形成成均均匀匀混混合合气气，，燃燃烧烧不不容容易易及及时和完全时和完全 车车用用高高速速柴柴油油机机使使用用轻轻馏馏分分柴柴油油，，但但馏馏分分太太轻轻也也不不好好，，因因为为轻轻质质燃燃料料容容易易蒸蒸发发，，在在着着火火前前形形成成大大量量油油气气混混合合气气，，一一旦旦 着着 火火 压压 力力 猛猛 增增 ，， 将将 使使 柴柴 油油 机机 工工 作作 粗粗 暴暴 3）粘度）粘度燃料的使用特性燃料的使用特性 粘粘度度是是燃燃料料流流动动性性的的尺尺度度，，是是表表示示燃燃料料内内部部摩摩擦擦力力的的物物理理特特性性影影响响柴柴油油的的喷喷雾雾质质量量当当其其他他条条件件相相同同时时，，粘粘度度越越大大，，雾雾化化后后油油滴滴的的平平均均直直径径也也越越大大，，使使燃燃油油和和空空气气混混合合不不均均匀匀，，燃燃烧烧不不及及时时或或不不完完全全，，燃燃油油消消耗耗率率增增加加，，排排气气 带烟。

带烟 喷喷油油泵泵柱柱塞塞、、喷喷油油器器的的喷喷针针都都是是靠靠燃燃油油润润滑滑，，所所以以柴柴油油应应具具有有一一定定的的粘粘度度，，一一般般轻轻柴柴油油的的运运动动粘粘度度在在 2 20 0℃℃时时 为为 (2.5(2.5～～8)×108)×10-6-6m/sm/s2.汽油汽油燃料的使用特性燃料的使用特性影响汽油机性能的关键性指标主要是影响汽油机性能的关键性指标主要是辛烷值辛烷值和和馏程馏程等1 1）辛烷值）辛烷值 辛辛烷烷值值是是表表示示汽汽油油抗抗爆爆性性的的指指标标汽汽油油的的辛辛烷烷值值高高，，则则抗抗爆爆震震的的能能力力强强国国产产汽汽油油是是以以辛辛烷烷值值来来标标号号的的 , ,分分 为为9090、、9393、、9797等标号 测测定定燃燃料料的的辛辛烷烷值值是是在在专专门门的的试试验验发发动动机机上上进进行行的的测测定定时时，，用用容容易易爆爆震震的的正正庚庚烷烷 ( (辛辛烷烷值值定定为为 0 0 ) )和和抗抗爆爆性性好好的的异异辛辛烷烷 ( (2 2. .2 2. .4 4三三甲甲基基戊戊烷烷 ) )( (其其辛辛烷烷值值定定为为 1 10 00 0) )的的混混合合液液与与被被测测定定的的汽汽油油作作比比较较。

当当混混合合液液与与被被测测汽汽油油在在专专用用的的发发动动机机上上的的抗抗爆爆程程度度相相同同时时，，则则混混合合液液中中异异辛辛烷烷含含量量的的体体积积百分数就是被测定汽油的辛烷值百分数就是被测定汽油的辛烷值1）辛烷值）辛烷值燃料的使用特性燃料的使用特性 评评定定车车用用汽汽油油的的抗抗爆爆性性，，可可采采用用两两种种试试验验工工况况，，分分别别称称为为马马达达法法 与与研研究究法法 异异辛辛烷烷（（ C C8 8H H1 18 8））辛辛烷烷值值为为 1 10 00 0，，正正庚庚烷烷（（C C7 7H H1 16 6））辛辛烷烷值值为为 0 0，，在在专专用用的的试试验验机机上上，，将将燃燃油油的的爆爆燃燃强强度度同同异异辛辛烷烷与与正正庚庚烷烷的的混混合合液液的的爆爆燃燃强强度度比比较较，，当当两两者者相相同同时时，，标标准准混混合合液液中中所所含含异异辛辛烷烷的的体体积积百百分分比比，，即即为为试试验验燃燃油油的辛烷值的辛烷值 马达法规定的试验转速及进气温度比研究法高，所以用马达法规定的试验转速及进气温度比研究法高，所以用马达法测定的辛烷值马达法测定的辛烷值( (MONMON) )比研究法辛烷值比研究法辛烷值( (ROMROM) )低。

两者的低两者的差值反映出燃料对发动机强化程度的敏感性差值反映出燃料对发动机强化程度的敏感性 汽油辛烷值的大小主要决定于汽油的组成情况、炼制方汽油辛烷值的大小主要决定于汽油的组成情况、炼制方法及添加剂等，辛烷值高低顺序为烷烃法及添加剂等，辛烷值高低顺序为烷烃< <烯烃烯烃< <环烷烃环烷烃< <芳烃我国我国7070号汽油含芳烃大约号汽油含芳烃大约5%-10%5%-10%，而国外高辛烷值汽油的芳，而国外高辛烷值汽油的芳烃含量高达烃含量高达40%40%2）馏程与蒸汽压）馏程与蒸汽压燃料的使用特性燃料的使用特性 馏馏程程和和蒸蒸气气压压是是评评价价汽汽油油蒸蒸发发性性的的指指标标汽汽油油及及其其它它石石油油产产品品是是多多种种烃烃类类的的混混合合物物，，没没有有一一定定的的沸沸点点，，它它随随着着温温度度的的上上升升，，按按照照馏馏分分由由轻轻到到重重逐逐次次沸沸腾腾汽汽油油馏馏出出温温度度的的范范围围称称为为馏馏程程汽汽油油馏馏程程用用蒸蒸馏馏仪仪测测定定将将 1 10 00 0m m L L试试验验燃燃料料放放在在烧烧瓶瓶中中，，加加热热产产生生蒸蒸气气，，经经冷冷凝凝器器燃燃料料蒸蒸气气凝凝结结，，滴滴入入量量筒筒内内。

将将第第一一滴滴凝凝结结的的燃燃料料流流入入量量筒筒时时的的温温度度称称为为 初初馏馏点点 随随着着温温度度升升高高，，依依次次测测出出对对应应油油量量的的馏馏出出温温度度，，将将蒸蒸馏馏所所得得的的数数据据画画在在以以温温度度和和馏馏出出百百分分数数为坐标的图上，就成为蒸馏曲线为坐标的图上，就成为蒸馏曲线 为了评价燃料的挥发性以为了评价燃料的挥发性以10%10%、、50%50%和和90%90%的馏出温度作为的馏出温度作为几个有代表意义的点几个有代表意义的点 （（1 1）馏出）馏出10%10%的温度的温度 关系到发动机的冷起动性关系到发动机的冷起动性 如果如果10%10%馏出温度较低，发动机使用的这种燃料容易冷车起动馏出温度较低，发动机使用的这种燃料容易冷车起动但是此温度过低，在管路中输送时受发动机温度较高部位加热而但是此温度过低，在管路中输送时受发动机温度较高部位加热而变成蒸气，在管路中形成变成蒸气，在管路中形成““气阻气阻””，使发动机断火，影响它的正，使发动机断火，影响它的正常运转  （（2 2）馏出）馏出50%50%的温度的温度 关系到发动机暖车时间、加速性以及工作稳定性。

关系到发动机暖车时间、加速性以及工作稳定性 馏出馏出5050％的温度标志着汽油的平均蒸发性若此温度较低，％的温度标志着汽油的平均蒸发性若此温度较低，说明这种汽油的挥发性较好，在较低温度下可以有大量的燃料挥说明这种汽油的挥发性较好，在较低温度下可以有大量的燃料挥发而与空气混合，这样可以缩短暖车时间而且从较低负荷向较发而与空气混合，这样可以缩短暖车时间而且从较低负荷向较高负荷过渡时，能够及时供应所需的混合气高负荷过渡时，能够及时供应所需的混合气 （（3 3）馏出）馏出90%90%的温度的温度 燃料含有难于挥发重质成分的数量燃料含有难于挥发重质成分的数量 当此温度低时，燃料中所含的重质成分少进入气缸中能够当此温度低时，燃料中所含的重质成分少进入气缸中能够完全挥发，有利于燃料过程的进行此温度过高，燃料中含有较完全挥发，有利于燃料过程的进行此温度过高，燃料中含有较多的重质成分，在气缸中不易挥发而附着在气缸壁上，燃烧容易多的重质成分，在气缸中不易挥发而附着在气缸壁上，燃烧容易形成积炭，或者沿着气缸壁流入油底壳，稀释机油，破坏轴承部形成积炭，或者沿着气缸壁流入油底壳，稀释机油，破坏轴承部位的润滑。

位的润滑2）馏程与蒸汽压）馏程与蒸汽压燃料的使用特性燃料的使用特性 发动机发展演变的过程与燃料工业的发展密切相关发发动机发展演变的过程与燃料工业的发展密切相关发动机发展初期是以煤气为燃料，因为在动机发展初期是以煤气为燃料，因为在1919世纪中叶，欧洲各世纪中叶，欧洲各大城市已使用煤气照明，煤气是当时比较容易得到的能源大城市已使用煤气照明，煤气是当时比较容易得到的能源随着石油工业的发展，出现了热值比煤气高许多，而且蒸发随着石油工业的发展，出现了热值比煤气高许多，而且蒸发性也很强的轻油燃料性也很强的轻油燃料( (汽油汽油) )这时，汽油机的混合气形成及这时，汽油机的混合气形成及点火方式部受到煤气机的强烈影响不过，提高汽油机性能点火方式部受到煤气机的强烈影响不过，提高汽油机性能受到不正常燃烧的限制，汽油机的压缩比不高为了扩大使受到不正常燃烧的限制，汽油机的压缩比不高为了扩大使用燃料的来源，有人曾利用废气热量对重馏分油用燃料的来源，有人曾利用废气热量对重馏分油( (柴油柴油) )进行进行加热，促使其蒸发并与空气混合后，再送入气缸在低压缩加热，促使其蒸发并与空气混合后，再送入气缸。

在低压缩比下用电火花点火，但这是不成功的比下用电火花点火，但这是不成功的18931893年，年，DieselDiesel提出提出利用高温的压缩空气促使燃料着火；继而，为克服柴油蒸发利用高温的压缩空气促使燃料着火；继而，为克服柴油蒸发性差的缺点，采用气力或机力向缸内喷射的方式以形成混合性差的缺点，采用气力或机力向缸内喷射的方式以形成混合气，这便是气，这便是2020世纪韧叶，柴油机出现的雏形因此，从发动世纪韧叶，柴油机出现的雏形因此，从发动机发展的历史看出，燃料品质不同，是引起汽油机与柴油机机发展的历史看出，燃料品质不同，是引起汽油机与柴油机在混合气形成与燃烧方面差异的基本原因在混合气形成与燃烧方面差异的基本原因三、汽柴油性能差异的影响三、汽柴油性能差异的影响三、汽柴油性能差异的影响三、汽柴油性能差异的影响 1.1.引起在混合气形成上的差异引起在混合气形成上的差异 汽汽油油挥挥发发性性强强 ( (从从5 50 0℃℃开开始始馏馏出出，，至至 2 20 00 0℃℃左左右右蒸蒸发发完完毕毕 ) )，， 因因而而可可能能在在较较低低温温度度下下以以较较充充裕裕的的时时间间在在气气缸缸外外部部进进气气管管中中形形成成均均匀匀的的混混合合气气，，因因而而控控制制混混合合气气的的数数量量，，便便能能调调节节汽汽油油机机的的功功率率。

而而柴柴油油蒸蒸发发性性差差 ( (2 20 00 0℃℃开开始始馏馏出出，，至至 3 35 50 0℃℃结结束束 ) )，，但但粘粘性性比比较较好好，，不不可可能能在在低低温温下下形形成成油油气气混混合合气气，，但但适适宜宜用用油油泵泵油油嘴嘴向向气气缸缸 内部喷油，靠调节供油量来调节负荷内部喷油，靠调节供油量来调节负荷 2.2.引起着火与燃烧上的差异引起着火与燃烧上的差异 汽汽油油自自燃燃温温度度较较高高，，但但汽汽油油蒸蒸气气在在外外部部引引火火条条件件下下的的温温度度极极低低，，因因而而不不宜宜压压燃燃但但适适宜宜外外源源点点火火；；为为促促使使有有规规律律的的燃燃烧烧，，应应防防止止其其自自燃燃 ( (压压缩缩比比不不能能高高 ) )；；而而且且由由于于混混合合气气均均匀匀，，着着火火后后，，以以火火焰焰传传播播的的方方式式向向均均匀匀的的混混合合气气展展开开对对于于柴柴油油，，则则利利用用其其化化学学安安定定性性差差，，易易自自燃燃的的优优点点，，采采用用压压缩缩自自燃燃的的方方式式；；为为促促进进自自燃燃，，压压缩缩比比不不宜宜过过低低，，柴柴油油的的喷喷射射及及与与空空气气的的混混合合，，既既短短暂暂又又不不均均匀匀，， 常有随喷随烧的现象，因而使燃烧时间延长。

常有随喷随烧的现象，因而使燃烧时间延长三、汽柴油性能差异的影响三、汽柴油性能差异的影响 四、发动机的替代燃料四、发动机的替代燃料 传统燃料储运方便，成本较低，但随着石油储量的不断传统燃料储运方便，成本较低，但随着石油储量的不断减少，对新的替代燃料的研究成为热点减少，对新的替代燃料的研究成为热点 新的替代燃料的新的替代燃料的使用清洁性成为关键使用清洁性成为关键之一；之一； 可供使用的总量可供使用的总量及成本；及成本； 储运的方便、使储运的方便、使用安全也是关键之一用安全也是关键之一1、醇类燃料、醇类燃料 随着世界石油储量日益减少，在发动机上使用代用燃料的随着世界石油储量日益减少，在发动机上使用代用燃料的趋势正在加速日前，发动机燃料多样化的特点，为发动机的趋势正在加速日前，发动机燃料多样化的特点，为发动机的发展与改造带来了新的推动力发动机的代用燃料有醇类燃料、发展与改造带来了新的推动力发动机的代用燃料有醇类燃料、人造汽油、氢燃料、煤浆燃料、植物油等等用煤的液化生产人造汽油、氢燃料、煤浆燃料、植物油等等用煤的液化生产人造汽油，在技术上是可行的，但成本较高；氢是今后很有前人造汽油，在技术上是可行的，但成本较高；氢是今后很有前途的燃料，但氢的制取与储运仍有持进一步解决；将煤粉与柴途的燃料，但氢的制取与储运仍有持进一步解决；将煤粉与柴油掺台形成固液两相的煤浆，在发动机上试验已有成功的范例，油掺台形成固液两相的煤浆，在发动机上试验已有成功的范例，但固体燃料在高速燃烧的发动机上应用，仍有燃烧不完全和积但固体燃料在高速燃烧的发动机上应用，仍有燃烧不完全和积炭磨损的问题。

这些都属于探索性的代用燃料当今比较成熟炭磨损的问题这些都属于探索性的代用燃料当今比较成熟而且已经实用的代用燃料，还是醇类与汽油掺合，称为乙醇汽而且已经实用的代用燃料，还是醇类与汽油掺合，称为乙醇汽油，这在一些国家已有广泛应用油，这在一些国家已有广泛应用1、醇类燃料、醇类燃料 醇类燃料醇类燃料( (例如甲醇和乙醇例如甲醇和乙醇) )来源广泛，有较好的燃料特性，能满足来源广泛，有较好的燃料特性，能满足汽车燃料的基本要求与汽油比较，它的特点是：汽车燃料的基本要求与汽油比较，它的特点是： (1)(1)醇类燃料的热值低，但醇中的含氧量大，所需的理论空气量不到醇类燃料的热值低，但醇中的含氧量大，所需的理论空气量不到汽油的一半，所以两者的混合气热值都差不多，从而保证发动机动力性汽油的一半，所以两者的混合气热值都差不多，从而保证发动机动力性能不致降低由于热值低，乙醇汽油的燃油消耗率比普通汽油高，不过能不致降低由于热值低，乙醇汽油的燃油消耗率比普通汽油高，不过热效率并不比普通汽油低，而且其混合气比汽油混合气还稀热效率并不比普通汽油低，而且其混合气比汽油混合气还稀 (2)(2)醇的汽化潜热是汽油的三倍左右，混合燃料蒸发汽化，可以促使醇的汽化潜热是汽油的三倍左右，混合燃料蒸发汽化，可以促使进气温度进一步降低，增加了充气量，提高了功率。

但困难的是，在使进气温度进一步降低，增加了充气量，提高了功率但困难的是，在使用中需予以强预热用中需予以强预热 (3)(3)醇具有高的抗爆性能，加醇的混合汽油可提高燃料的辛烷值，这醇具有高的抗爆性能，加醇的混合汽油可提高燃料的辛烷值，这对提高汽油机的压缩比极为有利对提高汽油机的压缩比极为有利 (4)(4)醇的沸点低，产生气阻的倾向比汽油大，要采取相应的措施醇的沸点低，产生气阻的倾向比汽油大，要采取相应的措施 (5)(5)在常温下醇难溶于汽油，混合不匀的燃料使发动机运转不稳定在常温下醇难溶于汽油，混合不匀的燃料使发动机运转不稳定为此，需要加入适量的助溶剂，以利于醇与汽油相互溶解为此，需要加入适量的助溶剂，以利于醇与汽油相互溶解 (6)(6)甲醇对视神经有损伤作用，其混合燃料有一定的毒性，在储运及甲醇对视神经有损伤作用，其混合燃料有一定的毒性，在储运及使用中要注意安全使用中要注意安全 另外，甲醇对金属有一定的腐蚀作用，应采取防蚀措施另外，甲醇对金属有一定的腐蚀作用，应采取防蚀措施2、气体燃料、气体燃料 气气体体燃燃料料可可分分天天然然气气 ( ( N NG G ) )、、液液化化石石油油气气 ( ( L LP PG G ) )及及工工业业生生产产中中的的气气体体燃燃料料。

天天然然气气是是以以自自由由状状态态或或与与石石油油共共生生于于自自然然界界中中的的可可燃燃气气体体，，它它的的主主要要成成分分是是甲甲烷烷液液化化石石油油气气是是在在石石油油炼炼制制过过程程个个产产生生的的石石油油气气，，主主要要成成分分是是丙丙烷烷、、丙丙烯烯等等在在车车辆辆上上应应用用最最多多的的气气体体燃燃料料是是天天然然气气世世界界上上近近年年来来天天然然气气燃燃料料发发展展最最快快，，已已成成为为第第三三大大支支柱柱性性能能源源它它用用于于汽汽车车一一般般有有两两种种形形式式：：一一种种是是压压缩缩天天然然气气 ( ( C CN NG G) )，，通通常常以以 2 20 0M M P Pa a压压缩缩储储存存于于高高压压气气瓶瓶中中；；另另一一种种是是液液化化天天然然气气 ( ( L LN NG G) )，，将将天天然然气气以以 - -1 16 63 3℃℃低低温温液液化化储储存存于于隔隔热热的的液液化化气气罐罐中中与与压压缩缩天天然然气气相相比比，，液液化化天天然然气气具具有有能能量量密密度度高高、、储储运运性性好好 ( (它它的的液液态态密密度度仅仅为为常常态态下下气气体体密密度度的的 1 1/ /6 60 00 0) )、、行行驶驶距距离离长长等等优优点点，，但但需需要要有有极极低低温温技技术术，，储储运运困困难难而而且且成成本本高高等等，，将将液液化化天天然然气气作作为为汽汽车车燃燃料料尚尚处处于于研研究究之之中中，，当当今今广广泛泛应应用用的的仍仍是是压压缩缩天天然气。

然气天然气燃料具有以下优点：天然气燃料具有以下优点： (1)(1)天然气的主要成分是甲烷，天然气的主要成分是甲烷，COCO排放量少，未燃排放量少，未燃HCHC成分引起的光化学成分引起的光化学反应低，燃料中几乎不含硫的成分反应低，燃料中几乎不含硫的成分 (2)(2)辛烷值高达辛烷值高达130130，可采用高压缩比，获得高的热效率可采用高压缩比，获得高的热效率 (3)(3)燃烧下限宽，稀燃特性优越，在广泛的运转范围内，可降低燃烧下限宽，稀燃特性优越，在广泛的运转范围内，可降低NOxNOx生生成，进而也可提高热效率成，进而也可提高热效率 (4)(4)由于是气体燃料，低温起动性及低温运转性能良好，进而在暖机过由于是气体燃料，低温起动性及低温运转性能良好，进而在暖机过程中，不需要在使用液体燃料时所必要的额外供油，不完全燃烧成分少程中，不需要在使用液体燃料时所必要的额外供油，不完全燃烧成分少 (5)(5)天然气燃料适应性好，可采用油气双燃料供应方式，也可采用电控天然气燃料适应性好，可采用油气双燃料供应方式，也可采用电控混合气或电控天然气喷射方式工作。

它适用于轻型车，也适用于柴油车混合气或电控天然气喷射方式工作它适用于轻型车，也适用于柴油车 (6)(6)将天然气应用于柴油车，固体微粒的排放率几乎为将天然气应用于柴油车，固体微粒的排放率几乎为0 0，，( (微粒排放是微粒排放是当今柴油车排放治理中突出的困难当今柴油车排放治理中突出的困难) )，从而达到低公害车的标准从而达到低公害车的标准天然气燃料的缺点：天然气燃料的缺点： (1) (1) 在常温常压下是气体，储运性能比液体燃料差，一次充气行驶距在常温常压下是气体，储运性能比液体燃料差，一次充气行驶距离短 (2)(2)由于储气压一般达由于储气压一般达20MPa20MPa高压，使燃料容器加重高压，使燃料容器加重 (3)(3)由于呈气体状态吸入，使发动机体积效率降低，与液体燃料相比由于呈气体状态吸入，使发动机体积效率降低，与液体燃料相比( (如汽油如汽油) )，单位体积的混合气热值小，功率下降近，单位体积的混合气热值小，功率下降近10%10% 2、气体燃料、气体燃料五、气体燃料五、气体燃料 燃料种燃料种类性性 质液化石油气液化石油气天然气天然气（甲（甲烷））汽油（汽油（90＃＃））丙丙烷丁丁烷H/C原子比原子比2.672.504.02～～2.30分子量分子量M44.09758.12416.04396密度（液相）密度（液相）/（（kg·m-3））528602424700～～780密度（气相）密度（气相）/（（kg·m-3））2.022.5980.715沸点沸点/℃℃-42.1-0.5-161.530～～90临界温度界温度/℃℃96.7152.0-82.6临界界压力力/MPa4.253.84.62汽化汽化热/(kJ·kg-1)426385510理理论空燃比空燃比质量比量比15.6515.4317.2514.8体体积比比23.8130.959.528586低低热值/(kJ·kg-1)45.7746.3950.0543.90混和气混和气热值/(kJ·kg-1)3.493.523.393.73辛辛烷值RON111.59513092着火极限着火极限/%2.2～～9.51.9～～8.55～～151.3～～7.6着火温度着火温度/℃℃466430537390～～420火焰火焰传播速度播速度/(m·s-1)383733.839～～47火焰温度火焰温度/℃℃1970197519182197CNG、LPGLPG在汽车上使用主要有三种形式。

在汽车上使用主要有三种形式1 1）） 两用燃料两用燃料 即在汽油机的基础上改装使用气体燃料，在保留汽油机即在汽油机的基础上改装使用气体燃料，在保留汽油机原有机构不变，增加一套气体燃料供给及控制系统，可分别原有机构不变，增加一套气体燃料供给及控制系统，可分别使用汽油、气体燃料单独工作，由于气体燃料汽化需要吸收使用汽油、气体燃料单独工作，由于气体燃料汽化需要吸收热量，故一般两用燃料发动机设计成使用汽油起动，在达到热量，故一般两用燃料发动机设计成使用汽油起动，在达到一定条件后转换为使用气体燃料这种形式的汽车可以是新一定条件后转换为使用气体燃料这种形式的汽车可以是新车在出厂前改装，也可以由在用车来改装车在出厂前改装，也可以由在用车来改装 2 2）双燃料）双燃料 即柴油机改装使用气体燃料，由于柴油机没有点火系统，即柴油机改装使用气体燃料，由于柴油机没有点火系统，气体燃料十六烷值低，不能通过压缩燃烧，故需要向缸内喷气体燃料十六烷值低，不能通过压缩燃烧，故需要向缸内喷入一部分柴油引燃，同时向缸内供给气体燃料，需要有柴油、入一部分柴油引燃，同时向缸内供给气体燃料，需要有柴油、气体燃料两套独立的燃料供给系统同时工作。

气体燃料两套独立的燃料供给系统同时工作3 3）单燃料）单燃料 重新设计发动机，来使用气体燃料重新设计发动机，来使用气体燃料 2、气体燃料、气体燃料电控双燃料发动机的结构简图电控双燃料发动机的结构简图两用燃料发动机的控制策略两用燃料发动机的控制策略五、燃烧热化学五、燃烧热化学 在燃烧分析中需要提供有关燃料、空气及其产物的一些基本数在燃烧分析中需要提供有关燃料、空气及其产物的一些基本数量关系对于已知的燃料，各元素的含量是可以测得的，而空气中量关系对于已知的燃料，各元素的含量是可以测得的，而空气中氧化氮的比例又是一定的，按照完全燃烧的化学当量关系，很容易氧化氮的比例又是一定的，按照完全燃烧的化学当量关系，很容易求出一些基本量，为发动机经验设计及调试提供依据求出一些基本量，为发动机经验设计及调试提供依据 1. 空燃比空燃比A/F (A：：air-空气，空气，F：：fuel-燃料燃料)表示空气和燃料的表示空气和燃料的混合比空燃比是发动机运转时的一个重要参数，它对尾气排放、混合比空燃比是发动机运转时的一个重要参数，它对尾气排放、发动机的动力性和经济性都有很大的影响。

发动机的动力性和经济性都有很大的影响 2.理论空燃比理论空燃比：即将燃料完全燃烧所需要的最少空气量和燃料：即将燃料完全燃烧所需要的最少空气量和燃料量之比汽油的理论空燃比大体约为量之比汽油的理论空燃比大体约为14.7，也就是说，燃烧，也就是说，燃烧1g汽油汽油需要需要14.7g的空气，柴油的约为的空气，柴油的约为14.5 一般常说的汽油机混合气过一般常说的汽油机混合气过浓过稀，其标准就是理论空燃比空燃比小于理论空燃比时，混合浓过稀，其标准就是理论空燃比空燃比小于理论空燃比时，混合气中的汽油含量高，称作过浓；空燃比大于理论空燃比时，混合气气中的汽油含量高，称作过浓；空燃比大于理论空燃比时，混合气中的空气含量高，称为过稀中的空气含量高，称为过稀 混合气略微过浓时，即空燃比为混合气略微过浓时，即空燃比为13.5~14时汽油的燃烧最时汽油的燃烧最好，火焰温度也最高因为燃料多一些可使空气中的氧气全好，火焰温度也最高因为燃料多一些可使空气中的氧气全部燃烧 而从经济性的角度来讲，混合气稀一些时，即空燃比为而从经济性的角度来讲，混合气稀一些时，即空燃比为1616时油耗最小。

因为这时空气较多，燃料可以充分燃烧时油耗最小因为这时空气较多，燃料可以充分燃烧 从发动机功率上讲，混合气较浓时，火焰温度高，燃烧从发动机功率上讲，混合气较浓时，火焰温度高，燃烧速度快，当空燃比界于速度快，当空燃比界于12-1312-13之间时，发动机功率最大之间时，发动机功率最大 燃料燃料项目项目汽油汽油轻柴油轻柴油理理论论空空气气量量kg/kg14.714.5m3/kg11.5211.22kmol/kg0.5140.502.理论空燃比理论空燃比燃烧热化学燃烧热化学3.过量空气系数过量空气系数 燃烧燃烧1Kg1Kg燃料实际提供的空气量与理论上所需空气量之燃料实际提供的空气量与理论上所需空气量之比称为过量空气系数比称为过量空气系数 过量空气系数与发动机类型、混合气形成的方法、燃过量空气系数与发动机类型、混合气形成的方法、燃料的种类、工况料的种类、工况( (负荷与转速负荷与转速) )、功率调节的方法等因素有关功率调节的方法等因素有关汽油机燃烧时用的是预先混合好的均匀混合气，混合比只在汽油机燃烧时用的是预先混合好的均匀混合气，混合比只在狭小的范围内变化狭小的范围内变化( (α=α=0.8-1.2)0.8-1.2)。

柴油机负荷是靠质调节的柴油机负荷是靠质调节的( (即混合气浓度调节即混合气浓度调节) )，，αα的变化范围很大由于混合气形成的变化范围很大由于混合气形成不均匀，所以不均匀，所以αα总是大于总是大于1 1的一般车用高速柴油机，的一般车用高速柴油机，α=α=1.2-1.61.2-1.6；增压柴油机，；增压柴油机，α=α=1.8-2.21.8-2.2燃烧热化学燃烧热化学4.燃料热值与混合气热值燃料热值与混合气热值1 1）燃料热值）燃料热值 1kg1kg燃料完全燃烧所放出的热量，称为燃料的热值在高温的燃料完全燃烧所放出的热量，称为燃料的热值在高温的燃烧产物中，水以蒸气状态存在，水的汽化潜热不能利用因此，燃烧产物中，水以蒸气状态存在，水的汽化潜热不能利用因此，水凝结以后计入水的汽化潜热的热值，称为高热值；在高温下的，水凝结以后计入水的汽化潜热的热值，称为高热值；在高温下的，则为低热值内燃机排气温度较高，水的汽化潜热不能利用，因此则为低热值内燃机排气温度较高，水的汽化潜热不能利用，因此应用低热值应用低热值2 2）混合气热值）混合气热值 当气缸工作容积和进气条件一定时，每循环加给工质的热量取当气缸工作容积和进气条件一定时，每循环加给工质的热量取决于单位体积可燃混合气的热值。

可燃混合气的热值以决于单位体积可燃混合气的热值可燃混合气的热值以kJ/kJ/kmolkmol或或kJ/mkJ/m3 3( (标准标准) )计1kg1kg燃料形成可燃混合气的数量为燃料形成可燃混合气的数量为M1，它所产生，它所产生的热量是燃料的低热值的热量是燃料的低热值h hµ µ因此，单位数量可燃混合气的热值因此，单位数量可燃混合气的热值(kJ/(kJ/kmolkmol) )是是 M1 1随过量空气系数而变，当随过量空气系数而变，当αα=1=1时，燃料与空气所形成的可时，燃料与空气所形成的可燃混合气热值称为理论混合气热值燃混合气热值称为理论混合气热值燃烧热化学燃烧热化学六、燃烧的基本知识六、燃烧的基本知识 1.1.着火过程着火过程 燃燃烧烧一一种种放放热热的的氧氧化化反反应应可可燃燃混混合合物物 ( (燃燃料料与与空空气气的的混混合合物物) )在在发发生生明明显显的的光光和和火火焰焰效效应应的的燃燃烧烧之之前前，，都都有有一一个个准准备备阶阶段段，，即即着着火火阶阶段段所所谓谓着着火火，，是是指指混混合合气气自自动动地地反反应应加加速速，，并并产产生生温温升升，，以以致致引引起起空空间间某某一一位位置置或或最最终终在在某某个个时时刻刻有有火火焰焰出出现现的的过过程程。

使使可可燃燃 混混 合合 物物 着着 火火 的的 方方 法法 有有 两两 种种 ：： 自自 燃燃 与与 点点 燃燃 ，， 前前 者者 是是 自自 发的，后者是强制的发的，后者是强制的 由于汽柴油都是由烃组成的，烃的氧化反应，可以写成由于汽柴油都是由烃组成的，烃的氧化反应，可以写成 烃的这种氧化反应需要经历烃的这种氧化反应需要经历链引发链引发、、链传播及链中断链传播及链中断等过程 链引发链引发，是反应物分子受到某种因素激发，是反应物分子受到某种因素激发( (譬如，受热裂解、受譬如，受热裂解、受光辐射作用等光辐射作用等) )，分解成为自由原子或自由基，这种自由原子或自由，分解成为自由原子或自由基，这种自由原子或自由基基( (如如H H、、O O、、OHOH等等等等) )具有很强的反应能力，成为反应中的活性中心，具有很强的反应能力，成为反应中的活性中心，使新的化学反应得以进行使新的化学反应得以进行 链的传播链的传播，是指已生成的自由原子或自由基与反应物作用，一，是指已生成的自由原子或自由基与反应物作用，一方面将反应推进一步，另一方面同时生成新的自由原子或自由基的方面将反应推进一步，另一方面同时生成新的自由原子或自由基的过程。

如果在每一步中间反应中，都是由一个活性中心与反应物作过程如果在每一步中间反应中，都是由一个活性中心与反应物作用产生用产生——个新的活性中心，整个反应则是以恒定速度进行，这样的个新的活性中心，整个反应则是以恒定速度进行，这样的反应称为反应称为直链反应直链反应如果由一个活性中心引起的反应，同时生成两个以上的活性中心，如果由一个活性中心引起的反应，同时生成两个以上的活性中心，这时，链就发生了分支，反应速度将急剧地增长，可达到极快的程这时，链就发生了分支，反应速度将急剧地增长，可达到极快的程度度( (链锁爆炸链锁爆炸) )，这种反应称为，这种反应称为支链反应支链反应 在链锁反应中，可能出于具有很大反应能力的自由原子或自由在链锁反应中，可能出于具有很大反应能力的自由原子或自由基与容器壁面或惰性气体分子碰撞，使反应能力减小，不再引致反基与容器壁面或惰性气体分子碰撞，使反应能力减小，不再引致反应，这就是应，这就是链的中断链的中断每一次链的中断都会引起总体反应速度减慢，每一次链的中断都会引起总体反应速度减慢，以及减少反应继续发展的可能性，在某些不利的场合下还可以使反以及减少反应继续发展的可能性，在某些不利的场合下还可以使反应完全停止。

柴油机为退化的支链反应应完全停止柴油机为退化的支链反应1.着火过程着火过程燃烧的基本知识燃烧的基本知识1.着火过程着火过程燃烧的基本知识燃烧的基本知识 烃的反应过程有如下特点：烃的反应过程有如下特点： 1 1) )在在反反应应开开始始，，有有一一段段形形成成与与积积累累活活性性中中心心的的过过程程，，这这一一段段时时间间称称为为诱诱导导期期当当活活性性中中心心积积累累到到一一定定程程度度，，反反应应速速度度便便急急剧剧增增加加这这个个诱诱导导期期不不仅仅是是反反应应物物的的物物性性参参数数，，还还与与反反应应开开始始的的反反应应物物浓浓度度、、温温度度、、 容器的形状与材料等有关容器的形状与材料等有关 2 2) )即即使使反反应应物物是是处处在在低低温温下下，，只只要要有有某某种种原原因因能能激激发发出出活活性性中中心心，，便便能能引引起起链链锁锁反反应应也也就就是是说说，，引引起起燃燃烧烧爆爆炸炸的的原原因因并并不不一一定定是是高高温温 3 3) )反反应应速速度度是是自自动动加加速速的的在在迅迅速速反反应应的的前前阶阶段段 ( (A A - -B B ) )，，反反应应速速度度随随温温度度而而急急剧剧增增高高；；随随着着反反应应物物浓浓度度减减少少，，B B - -C C 段段 反反 应应 速速 度度 便便 迅迅 速速 下下 降降 。

4 4) )在在反反应应气气体体中中加加入入惰惰性性气气体体，，将将促促使使反反映映速速度度降降低低在在加加入入某某种种添添加加剂剂 以以 后后 ，， 也也 可可 能能 使使 反反 应应 加加 速速 1）自燃）自燃燃烧的基本知识燃烧的基本知识 所谓自燃，是指具有适当温度、压力的可燃混合气，在没有外所谓自燃，是指具有适当温度、压力的可燃混合气，在没有外部能量引入的情况下，依靠混合气自身的反应自动加速，并自发地部能量引入的情况下，依靠混合气自身的反应自动加速，并自发地引起火焰的过程引起火焰的过程用热着火理论来分析着火条件，可知：用热着火理论来分析着火条件，可知： (1)(1)着火温度着火温度TcTc不仅与可燃混合气的物理化学性质有关，而且不仅与可燃混合气的物理化学性质有关，而且与环境温度、压力、容器形状及散热情况等有关即使同一种燃科，与环境温度、压力、容器形状及散热情况等有关即使同一种燃科，因条件不同，着火温度也可能不同因条件不同，着火温度也可能不同 (2)(2)临界的温度与压力明显地影响到着火区域在低压时，要临界的温度与压力明显地影响到着火区域。

在低压时，要求很高的着火温度，反之也是一样求很高的着火温度，反之也是一样 (3)(3)存在着一个可燃混合物着火的浓度上限存在着一个可燃混合物着火的浓度上限( (富油极限富油极限) )与下限与下限( (贫油极限贫油极限) )如图所示，随着温度、压力升高，着火的浓度界限有如图所示，随着温度、压力升高，着火的浓度界限有所加宽；但温度、压力上升得再高，着火界限的加宽也是很有限的所加宽；但温度、压力上升得再高，着火界限的加宽也是很有限的另一方面，当温度、压力过低另一方面，当温度、压力过低( (低于临界值低于临界值) )，则无论在什么浓度下，则无论在什么浓度下均不能着火均不能着火自燃温度及临界压力与混合气着火界限的关系自燃温度及临界压力与混合气着火界限的关系2）点燃）点燃燃烧的基本知识燃烧的基本知识 点点燃燃是是指指利利用用电电火火花花在在可可燃燃混混合合气气中中产产生生火火焰焰核核心心并并因因而而引引起起火火焰焰传传播播的的过过程程 在在火火花花点点火火之之前前，，由由于于可可燃燃混混合合气气受受到到压压缩缩温温度度升升高高，，有有可可以以察察觉觉得得出出的的缓缓慢慢氧氧化化的的先先期期反反应应现现象象。

在在火火花花点点火火以以后后，，不不仅仅使使局局部部混混合合气气温温度度进进一一步步升升高高，，而而且且引引起起了了火火花花附附近近的的混混合合气气电电离离，，形形成成活活性性中中心心，，出出现现明明显显发发热热、、发发光光的的小小区区域域，，这这就就是是火火焰焰核核为为了了使使火火花花所所产产生生的的火火焰焰成成长长起起来来并并确确实实开开始始传传播播，，必必须须对对靠靠着着火火焰焰核核的的未未燃燃部部分分供供给给充充分分的的能能量量，，这这种种能能量量来来源源，，包包括括火火花花点点火火的的能能量量以以及及反反应应开开始始后后由由化化学学反反应应本本身身所释放出的能量所释放出的能量 为为了了使使点点燃燃成成功功，，必必须须使使火火花花塞塞提提供供的的放放电电能能量量大大于于某某一一个个点点火火的的 最最小小能能量量 ，，而而这这个个最最小小能能量量受受很很多多因因素素影影响响，，如如 燃燃料料的的种种类类与与浓浓度度，，氧氧的的浓浓度度，，压压力力及及温温度度，，点点火火处处气气流流的的运运动动状状况况，，电电火火花花的的性性质质，，电电极极的的几几何何形形状状和和距距离离 等等等等。

点点火火还还直直接接受受到到混混合合气气浓浓度度的的限限制制 ，，当当混混合合气气过过稀稀或或过过浓浓，，无无论论点点火火能能量量有有多多大大也也不不能能着着火火，，即即有有一一个个点点燃燃的的浓浓度度界界限限在在某某一一适宜的浓度，需要的点火能量最小适宜的浓度，需要的点火能量最小 火焰核形成影响因素很多，火焰核形成影响因素很多，使火焰核形成所用的时间不同造成在实使火焰核形成所用的时间不同造成在实际汽油机的同一气缸中，连续诸循环的情况不可能完全一致，因而产生了际汽油机的同一气缸中，连续诸循环的情况不可能完全一致，因而产生了燃烧的循环变动这种燃烧不稳定的情况，在汽油机低负荷及在稀薄混合燃烧的循环变动这种燃烧不稳定的情况，在汽油机低负荷及在稀薄混合气中尤为突出气中尤为突出2.在预混气体中的火焰的传播在预混气体中的火焰的传播燃烧的基本知识燃烧的基本知识 所谓预混气体，是指在着火前将燃料蒸气和空气以一定所谓预混气体，是指在着火前将燃料蒸气和空气以一定比例预先混合好的气体在局部形成火焰核心之后，其余部比例预先混合好的气体在局部形成火焰核心之后，其余部分的燃烧过程实质上就是火焰的预混气体中传播的过程。

火分的燃烧过程实质上就是火焰的预混气体中传播的过程火焰传播速度的大小取决于预混合气体的物理化学性质、热力焰传播速度的大小取决于预混合气体的物理化学性质、热力状态以及气体的流动状况根据气体流动的状况，可分为层状态以及气体的流动状况根据气体流动的状况，可分为层流火焰传播与紊流火焰传播流火焰传播与紊流火焰传播1）） 层流火焰传播层流火焰传播 在静止或流速很低的预混气体中，用电火花点燃混合气而局在静止或流速很低的预混气体中，用电火花点燃混合气而局部着火以后，火焰就会向四周传播开来，形成球状的火焰面部着火以后，火焰就会向四周传播开来，形成球状的火焰面(或称或称为火焰前锋为火焰前锋)在火焰面的前面是未燃的预混气体，后面是温度很在火焰面的前面是未燃的预混气体，后面是温度很高的已燃气体，在这薄薄的一层火焰面上进行着强烈的燃烧化学反高的已燃气体，在这薄薄的一层火焰面上进行着强烈的燃烧化学反应这种层流火焰面的厚度只有十分之几甚至百分之几毫米这种层流火焰面的厚度只有十分之几甚至百分之几毫米2.在预混气体中的火焰的传播在预混气体中的火焰的传播燃烧的基本知识燃烧的基本知识 层流火焰传播速度层流火焰传播速度VLVL很低，以汽油与空气的预混气体为例，很低，以汽油与空气的预混气体为例， VL =0.4-0.5m/sVL =0.4-0.5m/s。

因为层流火焰传播速度主要取决于预混气体的因为层流火焰传播速度主要取决于预混气体的理化性质，所以混合气成分对理化性质，所以混合气成分对VLVL影响很大试验表明影响很大试验表明( (如下图所示如下图所示) )，在过量空气系数，在过量空气系数αα=0.8-0.9=0.8-0.9时，反应温度最高，时，反应温度最高， VLVL最大；如最大；如果果αα=1=1，， VLVL下降下降10%10%；；αα=1.1=1.1，， VLVL下降下降15%15%；当混合气成分过稀；当混合气成分过稀或过浓，则反应温度均过低，不能维持火焰传播或过浓，则反应温度均过低，不能维持火焰传播 试验还表明，火焰在管道试验还表明，火焰在管道中或在缝隙中传播时，当管径中或在缝隙中传播时，当管径或缝隙尺寸减少至某一临界尺或缝隙尺寸减少至某一临界尺寸，则火焰不能继续传播，该寸，则火焰不能继续传播，该尺寸被称为淬熄直径尺寸被称为淬熄直径( (或淬熄距或淬熄距离离) )在火焰传播到靠近低温壁在火焰传播到靠近低温壁面的混合气时，该层预混气体面的混合气时，该层预混气体也不能燃烧，这是燃烧室中生也不能燃烧，这是燃烧室中生成未燃成未燃HCHC的重要原因之一。

的重要原因之一2）紊流火焰传播）紊流火焰传播燃烧的基本知识燃烧的基本知识 在实际汽油机中，由于气流的紊流运动可以大大加速火焰传播速度，在实际汽油机中，由于气流的紊流运动可以大大加速火焰传播速度，此时此时VTVT＝＝20-70m/s20-70m/s 在具有粘性的气流运动中，当流速增加至一定的数值后，由于壁面在具有粘性的气流运动中，当流速增加至一定的数值后，由于壁面边界上的阻碍作用，或者由于外部扰动，在气流内部将形成许多涡旋边界上的阻碍作用，或者由于外部扰动，在气流内部将形成许多涡旋这些涡旋尺寸有大有小，往往大涡旋中包含着小涡旋，小涡旋中又包含这些涡旋尺寸有大有小，往往大涡旋中包含着小涡旋，小涡旋中又包含着更小的涡旋各种不同尺寸的涡旋组成了连续的涡旋谱气流中不同着更小的涡旋各种不同尺寸的涡旋组成了连续的涡旋谱气流中不同尺寸的涡旋呈不断形成、发展、分解与消失的不稳定的过程，这就是紊尺寸的涡旋呈不断形成、发展、分解与消失的不稳定的过程，这就是紊流紊流在空间上与时间上做紊乱无秩序的变化，评定紊流运动常用以流紊流在空间上与时间上做紊乱无秩序的变化，评定紊流运动常用以下两项参数。

下两项参数 (1)(1)紊流尺度紊流尺度 可将其看成涡旋翻接一个周期所作用的范围它可分可将其看成涡旋翻接一个周期所作用的范围它可分为宏观紊流与微观紊流看来，宏观紊流决定着紊流主要的力学性质，为宏观紊流与微观紊流看来，宏观紊流决定着紊流主要的力学性质，而微观紊流则在粘性的影响下将紊流能量转化为热而消失而微观紊流则在粘性的影响下将紊流能量转化为热而消失 (2)(2)紊流强度紊流强度 它用脉动速度的均方根来表示，是与紊流的能量有关它用脉动速度的均方根来表示，是与紊流的能量有关的值它对紊流火焰传播速度有强烈的影响它对紊流火焰传播速度有强烈的影响 紊流火焰传播速度与层流火焰传播速度不同，它不能看成是预混气紊流火焰传播速度与层流火焰传播速度不同，它不能看成是预混气体的理化性质；事实上，体的理化性质；事实上，紊流的强弱及层流火焰传播速度这两项对紊流紊流的强弱及层流火焰传播速度这两项对紊流火焰的影响都是基本的火焰的影响都是基本的，只是在强紊流的火焰中，紊流才会起到更主要，只是在强紊流的火焰中，紊流才会起到更主要的作用3.油滴与喷雾燃烧油滴与喷雾燃烧燃烧的基本知识燃烧的基本知识油滴与喷雾燃烧是一种非预混的、不均匀的扩散型燃烧，实质上是燃油油滴与喷雾燃烧是一种非预混的、不均匀的扩散型燃烧，实质上是燃油蒸气和空气的燃烧，是一种气相性质的燃烧过程，所以燃料的蒸发过程蒸气和空气的燃烧，是一种气相性质的燃烧过程，所以燃料的蒸发过程对液体燃烧起着决定性的作用。

对液体燃烧起着决定性的作用 1 1 油滴的蒸发与燃烧油滴的蒸发与燃烧 油滴扩散燃烧的速度，完全取决于燃油蒸气从油滴表面向火焰回油滴扩散燃烧的速度，完全取决于燃油蒸气从油滴表面向火焰回扩散的速度扩散的速度 为了加快油滴蒸发，应尽量将油滴喷得均匀细小图所示为了加快油滴蒸发，应尽量将油滴喷得均匀细小图所示是理论计算的结果，油滴直径愈小，蒸发的时间愈短从图上还看出，是理论计算的结果，油滴直径愈小，蒸发的时间愈短从图上还看出，在油滴蒸发过程中，初期蒸发快，当接近完全蒸发时，蒸发过程将变慢在油滴蒸发过程中，初期蒸发快，当接近完全蒸发时，蒸发过程将变慢序号序号空气温度空气温度（（℃℃））空气压力空气压力（（kPa））油滴直径油滴直径（（ųm））1600300010250030001036003000204500300020 油油滴滴在在燃燃烧烧室室中中与与气气流流是是有有相相对对运运动动的的如如果果油油滴滴与与周周围围空空气气间间没没有有相相对对运运动动，，那那么么在在油油滴滴周周围围形形成成一一同同心心的的球球状状扩扩散散火火焰焰，，称称为为全全周周焰焰 ( (a a) )。

当当有有相相对对运运动动时时，，则则火火焰焰形形状状将将由由球球形形逐逐渐渐成成卵卵形形，，而而且且随随着着气气流流方方向向被被拉拉长长 ( (b b ) )当当气气流流速速度度继继续续增增大大，，火火焰焰首首先先在在油油滴滴的的迎迎风风面面上上熄熄灭灭，，而而向向油油滴滴后后方方移移动动，，直直到到油油滴滴尾尾部部某某个个位位置置上上为为止止，，形形成成所所谓谓尾尾流流火火焰焰 ( (c c、、d d) )如如果果气气流流速速度度再再进进一一步步加加大大，，火火焰焰则则会会脱脱离离油油滴滴尾尾部部而而在在远远离离油油滴滴某某一一距距离离形形成成伞伞状状火火焰焰 ( ( e e ) ) 若若 再再 继继 续续 增增 大大 流流 速速 ，， 则则 火火 焰焰 全全 部部 熄熄 灭灭 燃烧的基本知识燃烧的基本知识3.油滴与喷雾燃烧油滴与喷雾燃烧 实际的喷雾燃烧要比理想的单个油滴在无限氧空间中的蒸实际的喷雾燃烧要比理想的单个油滴在无限氧空间中的蒸发与燃烧过程复杂得多，因为喷雾中的各个油滴相互间存在着发与燃烧过程复杂得多，因为喷雾中的各个油滴相互间存在着干扰，并且最初喷入的油滴将发生汽化，而汽化了的燃料又同干扰，并且最初喷入的油滴将发生汽化，而汽化了的燃料又同周围的空气进行扩散与混合，形成预混合气。

周围的空气进行扩散与混合，形成预混合气 试验表明，小滴径的液滴群，可以看成是完全类似于预混试验表明，小滴径的液滴群，可以看成是完全类似于预混合气的燃烧，并且没有必要认为存在油滴状态；而大滴径的油合气的燃烧，并且没有必要认为存在油滴状态；而大滴径的油滴群，又基本上是以单油滴的扩散燃烧为基础的实际的喷雾滴群，又基本上是以单油滴的扩散燃烧为基础的实际的喷雾过程，是由若干大大小小的油滴组成，所以实际的喷雾燃烧，过程，是由若干大大小小的油滴组成，所以实际的喷雾燃烧，必然是上述燃烧形式同时存在并且相互影响的必然是上述燃烧形式同时存在并且相互影响的 因为油滴群在空间分布，形成了许许多多具有着火与燃因为油滴群在空间分布，形成了许许多多具有着火与燃烧条件的单个油滴，只要在油滴周围存在着适合燃烧的油气比烧条件的单个油滴，只要在油滴周围存在着适合燃烧的油气比例与着火环境，就能在一点或多点同时着火它与在整个燃烧例与着火环境，就能在一点或多点同时着火它与在整个燃烧室中油气的宏观比例无关，不像均匀的预混合气那样，必须具室中油气的宏观比例无关，不像均匀的预混合气那样，必须具有严格油气比例的着火范围，因而它比预混合气具有更广泛的有严格油气比例的着火范围，因而它比预混合气具有更广泛的稳定燃烧范围。

稳定燃烧范围 2）喷雾燃烧）喷雾燃烧燃烧的基本知识燃烧的基本知识2)喷雾燃烧喷雾燃烧燃烧的基本知识燃烧的基本知识 在喷雾燃烧中，一个突出的问题是容易生成碳烟，它是限制自然吸在喷雾燃烧中，一个突出的问题是容易生成碳烟，它是限制自然吸气柴油机功率的主要原因一般认为，烃燃料生成碳烟的过程，首先是气柴油机功率的主要原因一般认为，烃燃料生成碳烟的过程，首先是由裂解生成碳核，再经过脱氢和聚和过程而形成较大颗粒的碳烟碳烟由裂解生成碳核，再经过脱氢和聚和过程而形成较大颗粒的碳烟碳烟生成取决于裂解与氧化两个相反的过程以典型燃料十二烷生成取决于裂解与氧化两个相反的过程以典型燃料十二烷(C(C1212H H2626) )的氧的氧化及裂解速度与过量空气系数的关系为例，如下图所示化及裂解速度与过量空气系数的关系为例，如下图所示 在宽广的过量空气系数在宽广的过量空气系数α下，下，氧化速度几乎保持常数，只是在极氧化速度几乎保持常数，只是在极低的低的α下，氧化速度才急剧下降；下，氧化速度才急剧下降；面裂解速度随减小而迅速上升，这面裂解速度随减小而迅速上升，这说明说明缺氧的富燃料区是生成碳烟的缺氧的富燃料区是生成碳烟的主要地区主要地区。

油滴的扩散燃烧与均匀油滴的扩散燃烧与均匀的预混合气不同，正好存在着局部的预混合气不同，正好存在着局部浓度极不均匀的富燃料区与贫燃料浓度极不均匀的富燃料区与贫燃料区，所以容易生成碳烟区，所以容易生成碳烟。