内燃机总结.doc

西安交通大学:一、名词解释1. 指示功：气缸内活塞完成一个工作循环所获得有用功2. 化学计量空燃比：当燃料在空气中燃烧时，一定质量空气中的氧刚好使一定质量的燃料完全燃烧，则此时的空气与燃料的质量比称为燃料燃烧的化学计量空燃比3. 燃料辛烷值：反映燃料的抗爆能力，由异辛烷和正庚烷标准混合燃料标定。将油料的爆燃强度同异辛烷与正庚烷的混合液的爆燃强度相比较，当两者相同时，标准混合液中所含异辛烷的体积百分比，即为所试油料的辛烷值。4. 有效燃油消耗率：单位有效功的耗油量5. 泵气损失：与理论循环相比，活塞在泵气过程所造成的功的损失，由推出损失和吸气损失组成6. 滚流：在进气过程形成的缸内绕垂直于气缸中心线的有组织的进气流动7. 滞燃期：燃油喷入气缸到燃烧开始的这段时间8. 循环变动：点燃时发动机不同循环及同一循环不同气缸之间缸压等燃烧过程参数的变动9. 负荷特性：在内燃机速度一定的条件下，发动机的各项性能指标随负荷变化的特性10. 三效催化：对点燃式发动机尾气中的HC、CO和NOx三种有害排放物同时实现催化转化二简答题1.内燃机的机械损失由哪些部分组成？内燃机机械损失的测定方法有哪几种？答：内燃机的机械损失由以下5部分组成：1）缸套与活塞及环组的摩擦损失；2）轴承与气门机构的摩擦损失；3）驱动附属机构的功率消；4）流体摩擦损失（风阻损失）；5）驱动扫气泵及增压器的损失内燃机机械效率测定方法有：示功图法，倒拖法，灭缸法和油耗线法。2.内燃机的实际循环与理论循环相比存在哪些损失？试述各种损失形成原因。答：从工质不同，换气损失，传热损失，燃烧损失四个方面分析。3.内燃机充量系数的定义是什么？提高内燃机充量系数的主要方法有哪些？答：内燃机充量系数的定义：每循环吸入气缸的空气量换算成进气管状态（ps，Ts）的体积V1与活塞排量Vs的比值提高内燃机充量系数的主要方法有：降低进气系统的流动阻力；采用可变配气系统技术；合理利用进气谐振；降低排气系统的流动阻力；减少对进气充量的加热4.增压对柴油机的经济性和动力性有何影响？与定压涡轮增压系统相比，脉冲涡轮增压系统有何优点？答：增压对柴油机的经济性和动力性的影响（思路）：增压提高发动机充量系数，提高发动机功率，提高热效率，降低燃油消耗率，降低HC, CO, NOx, PM排放浓度。脉冲涡轮增压系统在排气能量利用率、扫气作用、发动机加速性能等方面较优。5. 点燃式发动机HC排放的机理。狭缝；油膜；积碳；壁面激冷；熄火6汽油机缸内燃烧过程划分及特点。 火焰发展期；速燃期；后燃期。10%；10%90%；10%。7柴油机缸内自燃着火的条件。 混合气空燃比；温度临界温度8汽油机的爆震燃烧与柴油机的工作粗暴的异同同：混合气的自燃异：发生时刻；柴油机滞燃期内混合气多，dp/dphi0.6MPa;汽油机末端混合气自燃。三问答论述题1. 论述提高内燃机动力性能与经济性能的主要方法和途径。答：从以下几个方面进行论述：1）采用增压，2）合理组织燃烧过程，提高指示效率，3）改善换气过程，提高充量系数，4）提高转速，5）采用二冲程，6）提高机械效率2. 画图说明柴油机双阶段燃烧放热规律，并说明对NOx和PM排放的影响及控制方法预混燃烧和扩散燃烧 双峰模式预混NOx; 扩散碳烟。减少预混燃烧量，缩短扩散燃烧时间。双弹簧喷油器；缸压共轨多次喷射。一、名词解释1. 平均有效压力：发动机单位气缸工作容积一个循环能发出的有效功2. 过量空气系数：燃烧1kg燃料的实际空气量与理论空气量之比3. 燃料十六烷值：反映燃料的自燃能力，同正十六烷与七甲基壬烷混合燃料的自燃性进行比较，当两者相同时，可由混合燃料中的正十六烷和七甲基壬烷的体积百分比计算得到4. 有效热效率：实际循环的有效功与为得到此有效功所消耗的热量的比值5. 泵气损失：与理论循环相比，活塞在泵气过程所造成的功的损失，由推出损失和吸气损失组成6.进气涡流：进气过程形成的绕气缸中心线旋转的气流运动。7.柴油机滞燃期：从喷油开始到压力曲线偏离倒拖压力曲线之间的时刻（曲轴转角）。8.不稳定（不规则）喷射：在某些工况下，当结构参数不匹配时，循环供油量不断变动，各循环喷油规律也有差异，这种现象称为不稳定（不规则）喷射。9.喷油泵的速度特性：喷油泵在油量调节齿杆位置不变时，每循环喷油量随油泵转速变化的特性称为喷油泵的速度特性。10.内燃机的外特性：内燃机在供油量调节机构（对柴油机为油量调节杆，下面简称油门，对汽油机为节气门）保持不变的情况下，性能指标随转速而变化的关系称为内燃机的速度特性。其中，当柴油机的油门固定在标定位置，或汽油机的节气门全开时得出的速度特性，称为内燃机的外特性。油量低于标定位置时的速度特性称为部分速度特性。二简答题1. 内燃机机械效率测量有哪几种方法，每种方法的适用场合是什么？答：内燃机机械效率测定方法有：示功图法，倒拖法，灭缸法和油耗线法。其中，示功图法适合于所有类型发动机，倒拖法适合于压缩比不高的汽油机，灭缸法适合于非增压多缸柴油机，油耗线法适合于非增压或增压压力不高的柴油机。2. 简述内燃机实际循环与理论循环之间的差异。答：从工质不同，换气损失，传热损失，燃烧损失四个方面分析。3. 提高内燃机充量系数的主要方法有哪些？答：降低进气系统的流动阻力；采用可变配气系统技术；合理利用进气谐振；降低排气系统的流动阻力；减少对进气充量的加热4. 试比较内燃机定压涡轮增压系统和脉冲涡轮增压系统的优缺点。答：脉冲涡轮增压系统在排气能量利用率、扫气作用、发动机加速性能等方面较优。而定压涡轮增压系统在涡轮效率、增压系统结构方面较优。5. 基于p压力示功图上点燃式内燃机燃烧过程各个阶段的特点。答：汽油机燃烧过程分成三个阶段。第1阶段为着火阶段，指火花跳火到形成火焰中心的阶段。这一阶段反映火核形成过程，着火滞燃期与燃料特性、缸内温度、混合气浓度、残余废气系数、点火能量有关。着火阶段影响到火焰形成、失火和后续的燃烧过程。第2阶段为急燃期，指火焰由火焰中心烧遍整个燃烧室的阶段，又称火焰传播阶段。压力升高快，燃烧压力和温度达到最大值。NO排放物主要在此阶段形成。此阶段决定了发动机的动力性。第3阶段为后燃期，指从急燃期终点到完全燃烧点的阶段。后燃期不应过长，否则传热损失增加，排温增加，热效率降低。6. 什么是火花点火发动机的爆燃？产生爆震的原因以及影响爆燃的因素？答：在某种条件下(如压缩比过高)，汽油机的燃烧会变得不正常，在测录的p-t示功图上，出现压力曲线出现高频大幅波动，上止点附近的dp/dt值急剧波动，此时火焰传播速度和火焰前锋形状发生急剧的改变，称为爆燃。发生爆燃的原因可归结为终燃混合气的快速自燃。运转因素的影响: 点火提前角; 转速; 负荷; 混合气浓度; 燃烧室沉积物.结构因素：气缸直径；火花塞位置；气缸盖与活塞的材料；燃烧室结构.7. 什么是排气再循环？排气再循环能够降低NOx排放的原因？答：排气再循环是指将排气的一部分气体引入进气系统，用于降低NOx排放的措施。其能降低NOx排放原因在于EGR使工作混合气的总热容大大增加，最高燃烧温度下降。小负荷运转用少量EGR能改善燃烧，但EGR率过大会使燃烧不稳定，表现在缸内压力变动率增大，甚至导致缺火，使HC排放剧增。中等负荷用过大的EGR率使油耗上升，HC排放增大。发动机全负荷运转时追求最大最大动力性，即使NOX排放很高，也不能用EGR加以控制，以免动力性受害。三问答论述题1. 论述提高内燃机动力性能与经济性能的主要方法和途径。答：从以下几个方面进行论述：1）采用增压，2）合理组织燃烧过程，提高指示效率，3）改善换气过程，提高充量系数，4）提高转速，5）采用二冲程，6）提高机械效率2. 柴油机的有害排放物主要有哪些？试分别叙述其生成机理和控制措施答：柴油机有害排放物有：HC, CO, NOx, PM（碳烟）。HC和CO由过浓和过稀混合气产生，NOx依赖于氧浓度，高温和高温下的滞留时间。PM由过浓混合气高温缺氧和燃烧氧化物形成。根据各排放物生成机理分析控制措施。*气门重叠有什么好处，气门重叠会发生什么问题？1、利用气流惯性扫除缸内残余废气，增加缸内的新鲜空气；利用新鲜空气降低燃烧室内的各处温度，减小部分零件的热负荷，提高发动机可靠性。2、易造成气门，气门与活塞运动的干涉。低速时可能会发生缸内气体倒流入进气管的现象；也会影响有效压缩比，从而影响压缩终了温度，使发动机冷启动困难。*内燃机的机械损失都有哪些？1、活塞与活塞环的摩擦损失2、轴承与气门机构的摩擦损失3、驱动附属机构的功率消耗4、风阻损失5、驱动扫气泵及增压器的损失*试说明测定机械损失的“示功图法”、“倒拖法”和“灭缸法”测量方法。1、 运用燃烧分析仪侧录气缸的示功图，从中算出只是功率，并读出有效功率，从而算出机械损失2、 将发动机与有倒拖功能的电力测功机相连，当发动机以给定工况运行，冷却水、机油温度正常时，切断发动机供油，将测功机转换为电动机拖动发动机，并维持冷却水和机油温度不变，此时测得的倒拖功率即为发动机在该工况下的机械损失功率3、用于多缸发动机，当内燃机调整到给定工况稳定工作后，先测出其有效功率，然后停止向某一气缸供油或点火，并将转速恢复到原来的数值，重新测定有效功率，就可以算出被灭缸的指示功率，依次算出各缸指示功率，然后可求出机械损失功率和机械效率*试说明提高内燃机动力性与经济性的途径。1、采用增压技术、2、合理组织燃烧过程，提高循环指示效率3、改善换气过程，提高气缸充量系数4、提高发动机的转速5、提高内燃机的机械效率6、采用二冲程提高升功率*提高发动机功率的措施都有哪些？1、增加缸数2、提高转速3、增加单缸工作容积4、提高平均有效压力5、减小冲程数*说说发动机采用二冲程设计的利弊。1、换气时间短，没有气门机构，结构大为简化2、进排气同时进行，缸内残余废弃系数大，换气质量较差3、扫气消耗功大4、HC排放高*说说为什么转速高的发动机宜采用较大的气门叠开角。、转速高的发动机宜采用较大的气门叠开角和气门开启持续期，以最大程度的减小流动阻力，并充分利用过后充气，提高充量系数，满足发动机高速时的动力性要求*说说为什么一般情况下柴油机（自由吸气柴油机）的气门叠开角比汽油机的大。1、对于点燃式的汽油机，其进气管压力总是低于大气压，若进气提前角过大，高温废气可能倒流进入进气管，引起进气管回火所以这类发动机的气门叠开角都比较小；2、对于自然吸气柴油机，进气管压力始终都、接近大气压，因此可以采用较大的气门叠开角，以提高充量系数。*说说增压柴油机增大气门叠开角的好处（减少残余废气增加进气量，降低燃烧室内气缸盖、排气门、活塞顶、缸套的温度以及排气温度）*一般情况下，发动机的进气损失远远小于排气损失，但我们对进气损失的关注程度并不亚于对排气损失的关注，这是为什么？（进气损失影响充量系数，进而影响发动机动力、经济及排放等性能）*提高理论循环热效率的措施。P.361、提高压缩比 2、增大压力增高比*提高理论循环平均有效压力的措施。P.36提高理论循环热效率的措施，增加进气压力，降低进气温度，增加循环供油量*分析多气门内燃机在充气、混合气形成和结构方面的优缺点。1、增加进气排气流通面积，减小了流动损失，提高了充量系数，泵气损失小，有利于提高动力性能；改善混合气形成质量，提高燃油经济性和低排放；减轻气门系统的运动零部件质量适应高速运转要求。2、气门零部件增加，是制造和维修成本增加；顶置凸轮轴需要安装在气缸盖上，增加了发动机的高度，需要更大的安装空间*限制提高循环热效率和循环平均有效压力提高的因素都有哪些？1、结构强度的限制2、机械效率的限制3、燃烧反面的限制4、排放方面的限制*试说明排气门迟关对内燃机工作带来的益处。1、可以避免因排气流动截面积过早减小而造成的排气阻力的增加，降低残余废气量2、利用排气管内气体流动的惯性从气缸内抽吸一部分一部分废气*试说明进气门迟关对内燃机工作带来的益处（过大时的带来的问题）。1、利用进气形成的气流惯性，增加进气量，提高进气压力2、迟闭角过大，会使得在低速时可能会发生缸内气体倒流入进气管的现象，也会影响有效压缩比，从而影响压缩终了温度，使发动机冷启动困难*说明提高内燃机充量系数c的主要措施，并简要说明为什么降低进气系统阻力提高pa和降低排气系统阻力减小pr对提高充量系数c的影响不同。降低进气过程的流动阻力损失、提高进气终了压力2、降低进气阻力可以增加新鲜空气的量，而降低排气阻力则是降低残余废气量，来提高充量系数3、*说明采用四气门，对发动机工作可以带来哪些好处。增加了进排气流动面积，减少了流动阻力损失；对于汽油机，可以使火花塞中央布置，以缩短火焰传播距离，提高发动机的抗爆性，因此可以采用更高的压缩比，提高燃油经济性；对于柴油机，可以实现喷油器的垂直中置，对混合气形成和空气利用也极为有利。增压带来的好处。提高输出功率、升功率、比质量功率和比体积功率，提高材料的利用率；排气噪声降低；有利于高原条件下恢复功率；缩短滞燃期，有利于降低压力升高率和燃烧噪声；HC、CO和碳烟排放降低。增压引起的问题。机械负荷及热负荷加大，可靠性和耐久性受到考验；影响低速转矩，对工程机械和车用造成不利影响；内燃机的加速相应性能较自然吸气机型差；增压发动机的性能优化受到增压器和中冷器的限制。*试分析柴油机油膜蒸发的特点及对柴油机工作性能的影响。特点：燃烧室壁温在200-350度，使喷到壁面上的燃料在比较低的温度下蒸发，以控制燃料的裂解反应。蒸发的油气与空气混合形成均匀混合气，从油束中分散出来的一小部分燃料是极细的油雾，在炽热的空气中首先完成着火准备，形成火核，然后靠此火核点燃从壁面已蒸发形成的可燃混合气。随着燃烧进行，产生大量热量，辐射在油膜上，使油膜加速蒸发，不断提供新鲜混合气，保证迅速地燃烧。使发动机工作柔和，燃烧噪声小，排烟少，性能指标好*分析定压增压脉冲增压在能量利用、扫气作用、发动机加速性能、增压器效率以及增压系统结构方面的优劣。1排气能量的利用：脉冲增压对排气能量的利用比定压增压好，且两种系统对排气能量的利用效果将随增压比的提高而逐渐接近；2扫气作用：在部分负荷功况下，仍能保持足够的扫气压力差，以保证汽缸有良好的扫气，达到提高充量系数、减少燃烧室中受热零件热负荷的目的。3内燃机的加速性能：内燃机加速性能好，转矩特性也好；4增压器的效率：从排气涡轮的效率来看，脉冲系统的平均等熵效率比定压系统略低；脉动的压力有时还造成涡轮机的部分进气现象，因此脉冲系统的热效率低。5增压系统的结构：与定压系统相比，脉冲系统的尺寸较大，排气管的结构也比较复杂*发动机增压后，压缩比应如何调整？为什么？为了降低最高燃烧压力，增压内燃机应适当降低压缩比。增压比越高，压缩比降低幅度越大，但过高的降幅会恶化内燃机的经济性能，且会造成冷启动困难。对于汽油机而言，增压容易诱发爆燃*柴油机增压后，过量空气系数应如何调整？为什么。增压柴油机可适当加大过量空气系数，为了降低内燃机的热负荷和改善经济性*柴油机增压后，循环供油量应如何调整？为什么。为了适应增压后功率增大的要求，需要增加每循环的供油量*柴油机增压后，喷油提前角应如何调整？为什么。适当减小喷油提前角，以限制最高燃烧压力的增长*对增压器出口空气进行冷却可得到哪些好处？一方面可以进一步提高内燃机进气管内的空气密度，从而提高内燃机的功率输出，另一方面可以降低内燃机压缩始点的温度和整个循环的平均温度，从而降低内燃机的排气温度、热负荷和NOx排放。*汽油机增压的主要障碍都有哪些？爆燃、热负荷和对增压器的特殊要求等*试说明点燃式发动机产生爆燃的根本原因，以及强烈爆燃对发动机工作产生的影响。原因：终燃混合气的快速自燃。影响：1输出功率、热效率降低；2发动机过热；3零件的应力增加；4促使积炭形成，容易破坏活塞环、气门和火花塞的正常工作；压力波冲击缸壁表面，使之不易形成油膜，导致机件加速磨损*分析混合气浓度对爆燃的影响，说明a=0.80.9时爆燃倾向最大的原因。a值得改变将引起火焰传播速度、火焰与气缸壁的温度及终燃混合气滞燃期的改变。a=0.80.9时，火焰传播速度最高，t1最小，但此时终燃混合气的滞燃期t2也最小。*试说明为什么燃烧室内壁存在沉淀物会增大汽油机爆燃的倾向。在发动机工作过程中，燃烧室内壁产生一层沉积物，通常称之为积炭。沉积物温度较高，在进气、压缩过程中不断加热混合气，加之沉积物是热的不良导体，从而提高了终燃混合气的温度。沉积物本身占有一定的体积，因而提高了压缩比。其综合结果。*试说明火花塞布置在排气门附近的利弊。火花塞靠近排气门处，使受炽热表面加热的混合气能及早燃烧，不致发展为爆燃。火花塞间隙处的残余废气应能充分清扫，使混合气容易着火，提高发动机在暖机和低负荷时工作稳定性性能。弊：若有过强的气流在点火瞬间直接吹向火花塞间隙，吹散火核，增加燃烧的循环变动率，甚至导致失火*说明结构因素对汽油机爆燃的影响。1汽缸直径达，火焰传播距离长，使t1大，同时由于燃烧室冷却面容比减小，使t2小，爆燃倾向增大；2火花塞位置影响火焰传播距离，也影响终燃混合气在汽缸内所处位置，从而影响终燃混合气的温度；3由于铝合金导热好，因而用铝合金活塞、缸盖可抑制爆燃，提高压缩比；4燃烧室形状影响到火焰传播距离、湍流强度、向冷却水的散热量以及终燃混合气的数量和温度。凡是使火焰传播距离缩短、湍流强度和火焰传播速率提高的燃烧室结构均有助于减小爆燃倾向。*说明汽油机防止爆燃的具体措施都有哪些。1推迟点火；2缩短火焰传播距离；3终燃混合气的冷却，使离火花塞最远处的可燃混合气冷却得较好；4增加流动，使火焰传播速度增加，改善终燃混合气的散热；5燃烧室扫气的冷却作用可减轻爆燃*试说明滞燃期过长对柴油机工作的影响。滞燃期长，则在滞燃期内喷入燃烧室中的燃料就多，在着火前形成的可燃混合气也多，燃烧时使压力升高率和最高燃烧压力很高，运动零件受到强烈的冲击负荷，发动机运转粗暴，影响使用寿命；如果滞燃期过长，在滞燃期内已喷入全部燃料，则随后的燃烧就难以控制，柴油机在高转速时有可能产生这种情况。*说说爆燃和表面点火是如何相互促进的。强烈的爆燃必然增加向气缸壁的传热，从而促成炽热点的形成，导致表面点火；早火又使汽缸内压力升高率和最高燃烧压力增加，使未燃混合气受到较大的压缩和传热，从而促使爆燃发生。*激爆和表面点火的本质差异是什么？爆燃是在电火花点火以后终燃混合气得自燃现象，而表面点火则是炽热物点燃混合气所致。*促使表面点火发生的因素都有哪些？压缩比增加；进气终点压力增大；进气温度增加；转速增加；在功率混合比下运行；大气湿度下降。*何为内燃机的分层燃烧？内燃机采用分层燃烧有什么好处？为合理组织燃烧室内的混合气分布,即在火花间隙周围局部形成具有良好着火条件的较浓混合气,空燃比在1213.4左右,而在燃烧室的大部分区域是较稀的混合气,两者之间,为了有利于火焰的传播,混合气浓度从火花塞开始由浓到稀逐步过渡,这就是所谓的分层燃烧.优点:提高燃油经济性;提高低负荷时的经济性;减低爆燃的几率;提高热效率;改善排气的污染水平.*说明转速变化对柴油机滞燃期的影响。通过压缩压力、温度、喷油压力以及空气扰动等因素起作用。转速升高时，通过活塞环的漏气损失及散热损失减小，使压缩温度、压力增高；转速升高会使喷油压力有所提高，使燃油雾化得到改善，促使着火准备过程加快；转速升高时燃烧室中空气扰动加强，促进燃料蒸发。*试说明柴油机球形燃烧室可燃混合气形成的特点，及球形燃烧室柴油机的主要优点。将燃油顺气流方向沿燃烧室壁面喷射，在强烈的进气涡流作用下，将燃油摊布在燃烧室上，形成一层很薄的油膜。*汽油机中，引起未燃HC排放的因素都有哪些？壁面淬熄;狭隙效应;润滑油膜的吸附和解吸;燃烧室中沉积物的影响. 大容积淬熄;发动机缺火判断说法正确与否*二冲程发动机，降低进气压力和进气体量可节省发动机的动力消耗，但会降低换气质量。*在缸径D、冲程S和转速n相同二冲程发动机的升功率远远高于四冲程的升功率。*活塞顶喷镀陶瓷，可减少热量损失和活塞热负荷，并同时提高发动机热效率。*活塞的侧压力、燃烧气体压力及热变形均使得活塞裙部发生沿销座方向增大。*常温非工作状态下，活塞沿纵向方向的形状应该是上小下大。*活塞顶部第一环槽上面加工出隔热槽，目的是减少发动机的散热损失。*活塞顶部第一环槽上面加工出隔热槽，目的是减少热量流失和活塞热负荷。*燃料的辛烷值越高，燃料的自燃温度点就越低，就越适用点燃式内燃机。*燃料的十六烷值越高，燃料的自燃温度点就越高，就越适用压燃式内燃机。*柴油机供油时间过长，会造成燃烧恶化，增加油耗和有害排放。*转速提高，易导致燃烧恶化、充量系数降低和机械效率下降。*过高的压缩比将导致最高燃烧压力和压力升高率增大，使发动机负荷、振动和噪声增加。*压缩比过高，汽油机易产生爆燃。*压缩比过高，柴油机燃烧室空间小，不利于混合气的形成与和燃烧。*对于柴油机，燃料的十六烷值越高越好。（不对，过高的十六烷值，柴油易裂解，使得柴油机排放变坏）*十六烷值高的柴油自燃温度低，滞燃期短，利于发动机的冷启动。*挥发性好的汽油，利于汽油机的冷启动，但高温时易发生气阻，且由燃油蒸发引起的HC排放增加。*工质的比热容越大，发动机的循环热效率越小。*转速不变时，排气提前角越大，膨胀损失就越大。*转速不变时，排气提前角越大，推出功损失就越小。*排气提前角不变时，转速越高，发动机的排气损失就越大。*进气门处气流马赫数越大，发动机的充量系数就越低。*四气门汽油机，火花塞居中布置，火焰传播距离缩短，发动机抗爆性提高，可采用更高压缩比，经济性提高。*在保证足够击穿电压的条件下，增大火花塞间隙，汽油机工作稳定性改善。*火花塞位置靠近排气门，汽油机的爆燃减小。*爆燃最容易在燃烧室中离正常点火最远的地方以及具有