影响汽油机换⽓和燃烧过程的因素
发动机压缩比关键词：压缩⽐
（Cohpression ratio)，配⽓相位：（Vale —timing diagram)，最⾼燃烧压⼒（Max. effective combustion pressure ），点⽕提前⾓（Ignitiong advance angle ）
摘要：对于现代的汽车，⼈们对它的要求不仅仅只局限于其动⼒性的好坏，⽽是兼顾其经济性和排放性。⼀辆汽车的发动机性能如何让就直接关系到整车的性能好坏。在影响汽车性能的诸多因素中，发动机的换⽓及燃烧过程的地位尤为突出。本⽂将从汽油机的使⽤以及结构⽅⾯分析影响汽油机换⽓和燃烧过程。⼀影响汽油机换⽓过程的因素
对充⽓效率的影响=η1/)1(-ε×(εp a /t a -p r /t r )
1.发动机在实际⼯作中的进⽓压⼒p a 主要受进⽓道的影响。设进⽓系统的阻⼒为p f 近期过程中的⽓体密度为ρ，进⽓管道内的⽓体流速为v 三者满⾜这样的关
系pf=vv λρ/2.所以发动机的进⽓阻⼒与⽓体的密度，⽓体速度，和进⽓管道内壁的摩擦系数关系密切。
①进⽓管道的阻⼒主要取决于进⽓管道的长度，横截⾯积以及其内表⾯的粗糙度。进⽓管道的长度越长
⽓体的动能损失越多，到达到达⽓缸内的⽓体压⼒就会越⼩。进⽓管的横截⾯积越⼩⽓体流速越快，但是在管壁粗糙度⼀定的情况下⽓体与管壁之间的压⼒就越⼤，⽓体在管内的能量损失就越⼤（⽓体因摩擦⽽能量微乎其微可以忽略）从⽽导致进⽓压⼒下降。另外，进⽓管的形状也会对进⽓压⼒产⽣⼀定的影响。管路的弯路越少⽓体能量损失越少。
②⼤⽓中的⽓体进⼊进⽓道时要经过空⽓滤清器，这就使得进⽓阻⼒增加，使⽓体在进⼊进⽓道之前就先损失了部分动能。
③其次，汽车在海拔较⾼的地区⾏驶时。由于海拔的影响，⽓体本⾝的密度⼩，⼤⽓压较低。这就从⽓体的源头殇降低了进⽓压⼒。
④在使⽤化油器的汽车中，燃油是利⽤进⽓道空⽓流速⾼压⼒低的原理从化油器嘴中被吸出的。⽽现在⼤多数汽车的发动机是电喷式燃油供给，燃油以⼀定的压⼒喷到进⽓道中。从这⼀点来看化油器式发动机的进⽓压⼒相对较⼩。
2.从公式中可以看出，进⽓终了的混合⽓温度也会影响发动机的充⽓效率。进⽓终了的混合⽓温度越⾼，发动机的充⽓效率越低。因为当⽓缸的容积和废⽓残余量⼀定时进⼊⽓缸的混合⽓温度越⾼进⼊⽓缸的⽓体密度越⼩，这就意味着实际充其量越少。这就要求发动机的冷却系统要有⾜够的冷却强度来防⽌发动机过热。另外发动机采⽤进.排⽓管分置可以避免排⽓管对混合⽓的加热。
3.压缩⽐ε=V 燃/V 缸由压缩⽐的定义式可知，⽓缸容积⼀定时压缩⽐越⾼燃
烧室容积越⼩。因此残余废⽓量就会减少这就使得进⽓终了的温度相对较⼩。⼜由充⽓效率的公式=η1/)1(-ε×(εp a /t a -p r /t r )可知，ε增⼤，1/)1(-ε减⼩。但这个
影响是很⼩的，⽽且随着发动机压缩⽐的增加这个影响会越⼩。但压缩⽐也不可以过⼤，压缩⽐过⼤不仅会使⽓缸内终燃⽓体的压⼒和温度升⾼，发⽣爆震燃烧的⼏率就会增加。⽽且也会是曲轴连杆机构的压⼒过⼤，发动机的机械效率和曲轴连杆机构的寿命下降。
4.在发动机实际⼯作中，进⽓量和排⽓量的多少对发动机的充⽓效率有着⾄关重要的作⽤。⽽进排⽓⼜与发动机的配⽓相位密切相关。发动机的换⽓过程是指从排⽓门开始打开到排⽓门完全关闭的全过程。也就是说进⽓提前，迟后⾓和排⽓提前，迟后⾓对发动机近期是否充分，排⽓是否彻底有着重要影响。其中对充⽓效率影响最⼤的就是进⽓门的迟后关闭⾓河排⽓门的迟后关闭⾓。进⽓门迟后⾓过⼩，发动机不能充分利⽤⽓流惯性充分进⽓，这就导致发动机进⽓不⾜使充⽓效率下降。但进⽓门的迟后⾓过⼤会使进⼊⽓缸的混合器被压到缸外，使充⽓效率下降。排⽓门迟后⾓过⼩会使废⽓不能利⽤⽓流惯性充分被排到缸外，迟后⾓过⼤则会使已经排到缸外的废⽓被吸回缸内。⽽最佳进，排⽓迟后关闭⾓进排⽓流的惯性来确定，⽽⽓流惯性则是由发动机的转速来决定的。由此可见，合
适的配⽓相位对发动机充⽓效率的影响是很⼤的。
影响残余废⽓的因素
1.进⽓终了的压⼒和温度
随进⽓终了压⼒提⾼，和温度降低实际充⽓量增多，残余废⽓量相对减少，使充⽓效率提⾼。
2.排⽓终了的压⼒和温度
随排⽓终了的压⼒提⾼河温度降低，残余废⽓量增多，残余废⽓系数增⼤，使充⽓效率下降。
3.压缩⽐
随压缩⽐的增⼤，当⽓缸总容积⼀定时，燃烧室容积相对减⼩，残余废⽓量相对减少，残余废⽓系数减⼩，发动机充⽓效率提⾼。
4.配⽓相位
合适的配⽓相位有利于减⼩废⽓参与量使残余废⽓系数减⼩，提⾼发动机充⽓效率。
发动机的换⽓过程对发动机的动⼒性，经济性以及排放性有着⾄关重要的影响。在影响发动机换⽓过程的诸多因素中，配⽓相位河压缩⽐的地位尤为突出。⼀台发动机的配⽓相位是否合理直接关系到这
台发动机进⽓是否充分，排⽓是否彻底以及进⽓涡流和排⽓紊流的形成。进⽽影响到这台发动机的充⽓效率。发动机的压缩⽐影响着进⼊⽓缸内混合⽓在着⽕延迟器的温度，压⼒等以及各种燃烧前的化学准备，影响最⾼燃油压⼒最⾼点出现的时间和⼤⼩在点⽕提前⾓不变的情况下这就直接影响到发动机对外输出功率的⼤⼩。此外，当某台发动机的⽓缸容积⼀定时，压缩⽐的⼤⼩直接反映了燃烧室容积的⼤⼩。压缩⽐⼤，燃烧室的容积就⼩，进⽽和发动机的配⽓相位⼀起影响着⽓缸内残余废⽓量，影响到发动机的充⽓效率。
⼆．影响汽油机燃烧过程的因素
1.燃油性质的影响
在燃油的各种性质中，汽油的抗爆性对燃烧过程的影响最⼤。汽油的抗爆性好，发动机就可以采⽤较⾼的压缩⽐，有利于提⾼发动机的热效率和输出功率。此外，抗爆性好的汽油还可以降低爆燃的⼏率。
汽油的蒸发性越好就越容易⽓化，这样就使得混合⽓形成的更容易⽽且质量也好，是燃烧速度加快⽽且容易燃烧，从⽽提⾼发动机的经济性。但在炎热或⾼原地区使⽤蒸发性好的汽油时容易在油泵之后的油路中形成⽓阻，使汽车启动困难。特别是长时间停车后启动困难。
2.点⽕提前⾓的影响。
对⼀般发动机来讲，在压缩⾏程上⽌点点⽕是不合理的。因为燃烧不是瞬时完成的。⽕花塞跳⽕以后，混合⽓要经过着⽕延迟期，急燃期，⽕焰前锋呈球状以每秒30—80m/s的速率向前推进。如果在⽕花塞到达上⽌点时点⽕，混合⽓在⽕花塞迅速下⾏的过程中燃烧膨胀，整个过程接近等压变化，燃烧热效率低。混合⽓最⾼燃烧压⼒点出现在上⽌点后⼤于15度的曲轴转⾓⽽且最⾼燃烧压⼒低。混合⽓燃烧膨胀放出的热量⼤部分以热能的形式传递给缸体，这就会造成发动机缸体过热，油耗增加，对活塞做的功将⼤⼤减少。如果点⽕提前⾓过⼤，会使压缩⾏程后期燃烧掉的油量增加，压⼒升⾼率增加，压缩⾏程所消耗的负功（压缩⾏程中混合⽓燃烧释放的能量对活塞做负功，活塞是利⽤飞轮的惯性向上⽌点移动，⽽飞轮的惯性能量来⾃⽓体燃烧膨胀形成混合⽓对活塞做的功）增加，同
时也会使终燃⽓体的压⼒和温度增加，增加爆燃的⼏率。此外，点⽕太早会使最⾼燃烧压⼒点出现过早⽽且压⼒很⾼，加重了活塞环以及曲柄连杆机构的机械负荷，加剧了零部件的磨损。
因此，对某台运⾏状况⼀定的发动机，总可以选择⼀个到⼀个最佳点⽕提前⾓，使最⾼燃烧压⼒出现在上⽌点之后12—15度的曲轴转⾓之间。此时，混合⽓燃烧膨胀对活塞所做的功最⼤，以热量散失的最少，发动机的输出功率最⼤⽽且运⾏稳定。最佳点⽕提前⾓并⾮固定不变，发动机在不同的转速，不同的节⽓门开度下，最佳点或提前⾓也不相同。因此，必须根据发动机不同的⼯况来选择不同的点⽕提前⾓，使其接近最佳值。
3.混合⽓浓度的影响。
混合⽓的浓度常⽤过量空⽓系数或空燃⽐来表⽰，混合⽓的浓度对⽕焰传播能否进⾏以及⽕焰传播速率的⼤⼩还有爆燃倾向，排⽓成分都有很⼤影响。
试验表明，当过量空⽓系数在0.85—0.95（功率混合⽓）时⽕焰传播速率最⾼，因⽽燃烧速率最⼤燃烧最⾼温度和压⼒均提⾼。此时，循环指⽰功率最⼤使⽤过量空⽓系数⼩于1的混合⽓还有另外两⽅⾯的影响。⼀⽅⾯是由于燃油蒸发量增多使进⽓温度下降，因⽽充⽓系数增⼤。另⼀⽅⾯是燃烧后⽓体的分⼦变化系数增⼤，分⼦数增多，有利于提⾼进⽓压⼒。这些都有利于燃烧最⾼压⼒与温度及指⽰功率的提⾼。过量空⽓系数⼩于1的不利影响，由于实际供给的空⽓质量⼩于燃油燃烧所需要的空⽓质量会使燃烧不完全，燃油消耗率增加。使⽤功率混合⽓时，发⽣爆震燃烧的倾向增加，此种混合⽓的⽕焰传播速率最⾼，⽕焰传播时间短。但是此种混合⽓的着⽕延迟期短，⽽且由于汽缸内的压⼒升⾼率，燃烧产物的压⼒温度都有较⾼的数值，使终燃⽓体的⾃然准备时间短。过浓过稀的混合⽓均有助于消除爆燃。
可燃混合⽓的浓度只有在⼀定范围内才能保证⽕焰进⾏传播，这就是⽕焰传播界限。为保证混合⽓正常燃烧，混合⽓浓度必须在⽕焰传播界限之内。汽油机的⽕焰传播界限是0.5—1.4.混合⽓浓度在这⼀范围内，可以保证发动机正常运转。但是⽕焰传播速率并不是⼀成不变的常数。它随引起燃烧的条件变化⽽略有增减。
4.转速的影响
①对着⽕延迟期的影响
转速增⾼时，按秒记的着⽕延迟期基本不变，按曲轴转⾓计的着⽕延迟期随之增⼤。因为当转速增⾼时，⼀⽅⾯由于紊流加强使混合⽓的形成更加均匀，加之压缩中了时⽓体温度升⾼，使着⽕延迟期缩短。但另⼀⽅⾯，残余废⽓系数增加，⽓流吹⾛电
⽕花的趋势增加，⼜使着⽕延迟期增长。两者综合⽐较，按秒计的着⽕延迟期基本不变（发动机的转速很快，⼀般⼤于
500r/min），按曲轴转⾓计的着⽕延迟期增⼤。因此，汽油机中设有离⼼点⽕提前⾓装置，在转速增加时，⾃动增⼤点⽕提前⾓。
②对⽕焰传播速率和爆燃的影响
当转速增⾼时，进⽓与挤⽓紊流均增强，⽕焰传播速率⼤体上与转速成正⽐例增加，因⽽最⾼燃烧压⼒及压⼒升⾼率的值随转速变化不⼤。由于转速提⾼，⽕焰传播速率提⾼⽕焰传播时间缩短，爆燃倾向减⼩。
5.负荷的影响
汽油机的负荷变化时，是靠节⽓门的开度调节进⼊⽓缸的混合⽓数量来达到不同的负荷要求。这种调节⽅法被称作叫做量调节。
①对着⽕延迟期的影响
负荷减⼩时，节⽓门开度减⼩，进⼊⽓缸的混合⽓数量减少，⽽⽓缸内残余废⽓量基本不变，残余废⽓系数增⼤，对混合⽓的稀释作⽤增⼤。同时因每个循环燃烧的燃油量减少，缸内⽓体温度下降。因此，必须相应的加⼤点⽕提前⾓。⽤真空点⽕提前装置来⾃动调节。
②对⽕焰传播速率的影响
负荷减⼩时，由于残余废⽓的稀释作⽤，燃烧温度下降，⽕焰传播速率下降，同时散热损失增加，油耗加⼤。
③对爆燃的影响
负荷减⼩时，由于废弃的稀释作⽤，⽓缸内的温度压⼒下降，使终燃⽓体的⾃燃准备时间增长，故爆燃倾向减⼩。
6.压缩⽐的影响
压缩⽐增⼤时，压缩⾏程终了时缸内⽓体温度和压⼒都会提⾼，从⽽加快⽕焰传播速率，使燃烧终了的温度压⼒较⾼，有利于提⾼发动机热效率。在压缩⽐较低的区间（汽油机压缩⽐为8—12），效果尤为明显，但压缩⽐提⾼到⼀定程度（10以上），热效率提⾼的幅度将明显减慢（前⽂已提及）。
提⾼汽油机压缩⽐的最⼤障碍就是爆震燃烧。此外，随压缩⽐的提⾼，机件的机械负荷（尤其是曲轴连杆机构）会随之增加，机械损失就会增⼤。⽽且随着压缩⽐的提⾼，混合⽓燃烧过程所受的压⼒就会增加，废⽓中氮氧化合物含量也会增加。因此，汽油机不能追求过⾼的压缩⽐。⼀般原则是：在保证不发⽣爆燃的前提下，尽量提⾼压缩⽐。
⼩结：⼀辆汽车的换⽓以及燃烧过程会直接影响到发动机的热效率，指⽰效率以及充⽓效率。汽油机的使⽤以及⾃⾝的结构因素会直接影响到汽车的效率。因此，了解影响汽油机换⽓和燃烧过程的因素对于提⾼发动机效率和更好地满⾜⼈们的使⽤是⾮常重要的。在满⾜对发动机各⽅⾯要求的同时利⽤最低的成本来提⾼发动机的动⼒性，经济性以及排放性。
参考⽂献
1.陈燕。汽车发动机原理与汽车理论。⼈民交通出版社。
2.陈家瑞。汽车构造。⼈民交通出版社。
3.刘⽟梅。汽车节能技术与原理。机械⼯业出版设。
4.王锦愈，闵思鹏。英汉汽车技术词典。机械⼯业出版社。