1、1，機械損失的組成與測定及測定方法的試用范圍一、機械損失的組成部分1. 活塞與活塞環的摩擦損失 2. 軸承與氣門機構的摩擦損失3. 驅動附屬機構的功率消耗4. 風阻損失5. 驅動掃氣泵及增壓器的損失二、機械損失的測定1、示功圖法一般用于當上止點位置能得到精確校正時才能取得較滿意的結果。2、倒拖法這種方法在具有電力測功器的試驗條件下方可進行3、滅缸法此法僅適用于多缸發動機。4、油耗線法這種方法不適用于用節氣門調節功率的汽油機。倒拖法只能用于配有電力測功器的情況，因而不適用于大功率發動機，而較適用于測定壓縮比不高的汽油機的機械損失。對于排氣渦輪增壓柴油機(pb0.15M Pa），由于倒拖法和滅缸法

2、破壞了增壓系統的正常工作，因而只能用示功圖法、油耗線法來測定機械損失。對于排氣渦輪中增壓、高增壓的柴油機(pb0.15MPa)，除示功圖外，尚無其他適用的方法可取代。2：提高內燃機動力性能與經濟性能的途徑提高內燃機動力性能與經濟性能的途徑1. 采用增壓技術 從式(237)可以看到，在保持過量空氣系數a等參數不變的情況下，增加吸進空氣的密度s可以使發動機功率按比例增長2. 合理組織燃燒過程，提高循環指示效率it3. 改善換氣過程，提高氣缸的充量系數c 4. 提高發動機的轉速增加轉速可以增加單位時間內每個氣缸做功的次數，因而可提高發功機的功率輸出；與此同時，發動機的比質量也隨之降低。 轉速的增長不

3、同程度上受燃燒惡化、充量系數c和機械效率m急劇降低，零件使用壽命和可靠性降低以及發動機振動、噪聲加劇等限制。5. 提高內燃機的機械效率提高機械效率可以提高內燃機的動力性能和經濟性能，這方面主要靠合理選定各種熱力和結構參數，靠結構、工藝上采取措施減少其摩擦損失及驅動水泵、油泵等附屬機構所消耗的功率以及改善發動機的潤滑、冷卻來實現6. 采用二沖程提高升功率 3.理論循環的結論與限制結論1. 提高壓縮比c可以提高工質的最高溫度，擴大了循環的溫度階梯，增加了內燃機的膨脹比，從而提高了熱效率t，但提高率隨著壓縮比c的不斷增大而逐漸降低。2. 增大壓力升高比p可以增加混合加熱循環中等容部分的加熱量，提高了

4、熱量利用率，因而可使熱效率t提高。3. 增大初始膨脹比0，可以提高循環平均壓力，但由于等壓部分加熱量的增加，導致循環熱效率t隨之降低，因為這部分熱量是在膨脹比不斷降低的情況下加入的，做功能力下降。4. 所有提高熱效率的措施，以及增加循環始點的進氣壓力pa，降低進氣溫度Ta，增加循環供油量等措施，均有利于循環平均壓力pt的提高。5.內燃機實際工作條件下的約束和限制1) 結構強度的限制2) 機械效率的限制 3) 燃燒方面的限制4) 排放方面的限制4汽油機的燃燒過程及分析第I階段稱為著火階段，是指電火花跳火到形成火焰中心的階段。電火花在上止點前角跳火以后，混合氣中并不立即產生火焰。高速攝影表明，在1

5、點亮后，到2點再亮，這段時間約占整個燃燒時間的15左右，但一般是按氣缸壓力開始與壓縮壓力相分離的2點計算的，2點與2點相差甚微，它與底片的感光性能及測壓儀器的靈敏度有關。第II階段23稱為急燃期，是指火焰由火焰中心燒遍整個燃燒室的階段，因此也可稱為火焰傳播階段。在這一階段內，壓力升高很快，壓力升高率為dp/d=0.20.4MPa/(°)（CA） 一般用壓力升高率代表發動機工作粗暴的程度。振動和噪聲水平、火焰傳播速率與壓力升高率密切相關，因此火焰傳播速率高的可燃混合氣均促使壓力升高率增加，同樣火花塞位置、燃燒室型式對壓力升高率也有影響。 急燃期終點一般為最高壓力點3或最高溫度點3(有時

6、3和3點重合)；當然，若取放熱率驟然下降的時刻作為急燃期終點則更為合理。 最高燃燒壓力點3到達的時刻，對發動機的功率、經濟性有重大影響。如3點到達過早，則混合氣必然過早點燃，從而引起壓縮過程負功的增加，壓力升高率增加，最高燃燒壓力過高。相反，如3點到達過遲，則膨脹比將減小，同時，燃燒高溫時期的傳熱表面積增加，也是不利的。3點的位置可以用點火提前角來調整 第III階段34稱為后燃期，它相當于急燃期終點3至燃料基本上完全燃燒點4為止。 圖上的點3表示燃燒室主要容積已被火焰充滿，混合氣燃燒速度開始降低，加上活塞向下止點加速移動，使氣缸中壓力從點3開始下降。在后燃期中主要是湍流火焰前鋒后面沒有完全燃燒

7、掉的燃料，以及附在氣缸壁面上的混合氣層繼續燃燒。此外，汽油機燃燒產物中CO2和H2O 的離解現象比柴油機嚴重，在膨脹過程中溫度下降后又部分復合而放出熱量，一般也作后燃看待。(七)汽油機不同工況下燃燒過程的特點（填空題）1、點火提前角不同時的燃燒過程 在汽油機上，保持節氣門開度、轉速以及混合氣濃度一定，記錄功率、燃油消耗率、排氣溫度隨點火提前角的變化，稱為汽油機點火提前特性(圖512)。轉速越大，點火提前角越大2、混合氣濃度不同時的燃燒過程在汽油機的轉速、節氣門開度保持一定，點火提前角為最佳值時調節供油量，記錄功率、燃油消耗率、排氣溫度隨過量空氣系數的變化曲線，稱為汽油機在某一轉速和節氣門開度下

8、的調整特性在a=0.80.9時，滯燃期最短，火焰傳播的平均速率最高。此外，由于a1的混合氣燃燒以后的實際分子變更系數增大以及燃料蒸發量增多，使進氣溫度下降，充量系數有所增大，因此這時最高爆發壓力、最高燃燒溫度、壓力升高率和功率均達到最大值，但同時由于不完全燃燒，燃油消耗率較高。在 a=1.031.1時，燃油消耗率達較佳值，這主要是因為氣缸內燃料、空氣和殘余廢氣不能絕對均勻混合，因而不可能剛好在 a=1時獲得完全燃燒。3、負荷不同時的燃燒過程當節氣門關小時，充量系數急劇下降，但留在氣缸內的殘余廢氣量不變，使殘余廢氣系數增加，滯燃期增加，火焰傳播速率下降，最高爆發壓力、最高燃燒溫度、壓力升高比均下

9、降，冷卻水散熱損失相對增加，因而燃油消耗率增加。因此，隨著負荷的減小，最佳點火提前角要提早(圖514)。在傳統汽油機中，采用點火提前真空調節器來自動調整。4、轉速不同時的燃燒過程當轉速增加時，氣缸中湍流增加，火焰傳播速率大體與轉速成正例增加，因而最高爆發壓力、壓力升高比隨轉速的變化不大。此外，在轉速升高時，由于散熱損失減少，進氣被加熱，使氣缸內混合得更均勻，有利于縮短滯燃期。但另一方面，由于殘余廢氣系數增加，氣流吹走電火花的傾向增大，又使滯燃期增加。以上兩種因素使以秒計的滯燃期與轉速的關系不大，但是按曲軸轉角計的滯燃期卻隨轉速的增加而增大。因此，在汽油機上均設有點火提前角的離心自動調節裝置，使

10、在轉速增加時，增大點火提前角。5降低爆燃的措施 防止發動機瀑燃的方法很多，如使用抗爆性高的燃料，降低終燃混合氣溫度，提高火焰傳播速度或縮短火焰傳播距離，縮短終燃混合氣暴露在高溫中的時間等。具體措施如下： 1) 推遲點火； 2) 縮短火焰傳播距離最小； 3) 終燃混合氣的冷卻，使離火花塞最遠處的可燃混合氣冷卻得較好，如減小終燃混合氣部分的余隙高度； 4) 增加流動，使火焰傳播速度增加，且終燃混合氣的散熱也好； 5) 燃燒室掃氣(如加大進、排氣重疊期)的冷卻作用可減輕爆燃。6柴油機的燃燒過程極其分析 柴油機的燃燒過程，可以從不同的角度用各種方法進行研究，如高速攝影、光譜分析、采樣分析等，但最簡便、

11、應用最多的方法是從展開的示功圖上分析燃燒過程。因為燃料燃燒后，氣缸中壓力和溫度不斷升高，它們是反映燃燒進行情況的重要參數。第I階段為著火延遲階段(AB段)。在壓縮過程中，氣缸中空氣壓力和溫度不斷升高，燃料的著火溫度因壓力升高而不斷下降。在上止點前A點噴油嘴針閥開啟，向氣缸噴入燃料，這時氣缸中空氣溫度高達600，遠遠高于燃料在當時壓力下的自燃溫度，但燃料并不是馬上著火，而是稍有落后，即到B點才開始著火燃燒，壓力才開始急劇升高，B點相當于氣體壓力曲線與純壓縮曲線分離的地方。從噴油開始(A點)到壓力開始急劇升高時(B點)為止，這一段時間稱為滯燃期。在滯燃期內，噴入氣缸的燃料經歷一系列物理化學的變化過

12、程，包括燃料的霧化、加熱、蒸發、擴散與空氣混合等物理準備階段以及著火前的化學準備階段。滯燃期以i 或i 表示，可以從示功圖上直接測定。第II階段為急燃期(BC段)。在這一階段中，由于在滯燃期內噴入氣缸的燃料幾乎一起燃燒，而且是在活塞靠近上止點、氣缸容積較小的情況下燃燒，因此氣缸中壓力升高特別快。一般用平均壓力升高率來表示壓力升高的急劇程度。即P/=(PC-PB)/(C-B)。壓力升高速度決定了柴油機運轉的平穩性，如果壓力升高速度太大，則柴油機工作粗暴，運動零件受到很大的沖擊負荷，發動機壽命就要減少。為了保證柴油機運轉的平穩性，平均壓力升高綠不宜超過0.4MPa(°(CA)。 第III

13、階段從壓力急劇升高的終點(C點)到壓力開始急劇下降的D點為止，稱為緩燃期。這一階段的燃燒是在氣缸容積不斷增加的情況下進行的，所以燃燒必須很快才能使氣缸壓力稍有上升或幾乎保持不變。第IV階段從緩燃期的終點(D點)到燃料基本上完全燃燒時(E點)為止，稱為后燃期。在柴油機中，由于燃燒瞬間短促，燃料和空氣的混合又不均勻，總有一些燃料不能及時燒完，拖到膨脹線上繼續燃燒，特別是在高速、高負荷時，由于過量空氣少，后燃現象比較嚴重，有時甚至一直繼續到排氣過程之中。在后燃期，因活塞正處在下行運動，燃料在較低的膨脹比下放熱，所放出的熱量不能有效利用，并增加了散往冷卻水的熱損失，使柴油機經濟性下降。此外，后燃增加活

14、塞組的熱負荷以及使排氣溫度增高，所以應盡量減少過后燃燒。7柴油機燃燒室的比較 直接噴射式分隔式淺盆形深坑形球形油膜渦流室預燃室燃燒室形狀簡單一般一般復雜復雜混合氣形成方式空間霧化空間霧化為主油膜蒸發空間霧化為主空間霧化空氣運動無渦流或弱進氣渦流進氣渦流較強進氣渦流最強壓縮渦流燃燒渦流燃料霧化高較高一般較低低噴油嘴多孔612多孔46單孔或雙孔軸針式軸針式針閥開啟壓力/MPa2040182518191015813熱損失與流動損失小較小較小大最大起動性易較易難難最難壓縮比12151618171916201822a(全負荷)1.62.21.41.71.31.51.31.61.21.6Pme/

15、MPa120.60.80.70.90.60.80.60.8be190218245218245231272245292燃燒噪聲高高較低較低最低怠速高適應轉速（r.min-1）15004000250050003500適應缸徑（mm）200150901301001602008降低柴油機排放的設計要點1. 增壓增壓技術普遍在車用發動機上采用，“增壓+中冷”應用也越來越多；增壓是發展低排放柴油機的入門技術。因進氣量大，平均過量空氣系數大，DS和PM的排放排放下降，但NOx的排放增加，可以采用推遲噴油予以減小。采用“增壓+中冷”以降低柴油機的今期溫度，不僅可以降低熱負荷，又進一步提高空氣密度，而且可以強化

16、功率密度，同時降低Tmax，減小NOx的生成。應用空-空中冷器把增壓空氣溫度降到50左右。滿足歐I排放標準的柴油機渦輪增壓（TC），為改善低速性能，排氣旁通；滿足歐II增壓中冷型（TCA），滿足歐III，可變噴嘴渦輪增壓器（Variable Nozzle TurochatgerVVT）2. 低排放燃油噴射系統低排放燃油系統是降低排放的關鍵，應滿足以下要求：1. 優化全工況的噴油正時，實現性能與排放之間的最佳折衷；2. 每循環噴油量適應不同工況低排放的運行要求，給出各種調速特性以適應不同工作機械的匹配；3. 優化噴油規律，包括每循環實現多次噴油的可能性；4. 噴霧形狀與燃燒室匹配，保證燃燒室內空

17、氣的充分利用；5. 燃油噴霧粒度足夠且盡可能均勻，保證燃油及時蒸發，并于空氣均勻混合。近些年來的進步噴油正時的控制；循環噴油量的控制；優化噴油規律；低排放噴油器；提高噴油壓力。3. 氣流組織和多氣門技術柴油機技術的發展趨勢是提高噴油壓力，降低進氣渦流強度，以減小進氣（壓力）損失，配合多孔數、小孔徑噴油器來獲得良好的混合氣。每缸4氣門的結構過去常用于缸徑130一150mm以上的柴油機，現在連缸徑80mm左右的4氣門直噴柴油機也已研制成功。它的主要優點是擴大進、排氣門的總流通截面積，且噴油器可垂直布置在氣缸軸線上，不僅改善了噴油器的冷卻情況和活塞熱應力(2氣門機燃燒室在活塞頭上偏置使熱應力不均勻)

18、，而且解決了由于2氣門機噴油器斜置造成的各噴油孔流動條件不同的后果，有利于燃油在燃燒室空間中均勻分布。4. 低排放燃燒室重型車用柴油機和其他大型柴油機大多采取直接噴射燃燒方式，而轎車和輕型車要求轉速高以及小型農業機械為使用方便多用非直噴式燃燒方式。由于直噴技術的進步(噴油系統的小型化、高壓化和高速化)以及降低油耗和CO2排放的要求，高速的轎車柴油機也開始使用直噴式，并有逐步增長的趨勢。5. 排氣再循環與汽油機類似，柴油機也可以通過排氣再循環(EGR)來降低NOx排放。由于柴油機排氣中氧含量比汽油機高，所以柴油機允許并需要較大的EGR率來降低NOx的排放。直噴式柴油機的EGR率可以超過40，非直噴式可達到25。為了防止產生較多的微粒，一般在中、抵負荷時用較大的EGR率，在全負荷時不用