发动机原理.docx

11.1简述传统汽油机与柴油机工作模式的差异。第一，混合气形成方式的差异；汽油易气化，在常温或稍加热的条件下易于在缸外与空气形成预制均匀混合气；柴油难气化，缸内高压燃油喷射雾化与高温空气混合；第二，着火燃烧模式的差异；汽油机预制均匀混合气，只能适用外源强制点火，在混合气中进行火焰传播燃烧；柴油机高压喷雾混合，利用压缩高温空气使柴油自行着火，紧接着进行边喷油、边汽化混合的扩散燃烧；第三，负荷调节方式的差异；汽油机均匀混合气能点燃的混合气浓度范围小，只能靠变化节气门开度，控制混合气进气量来调节负荷。这种方式称为负荷量调节；柴油机在较大的混合气浓度范围都可以压燃着火，所以靠改变循环供油量来调节负荷，由于进气量基本不变，也就是说靠改变混和气浓度来调节负荷，这种方式称为负荷质调节。11.22二2、过量空气系数是指发动机工作过程中，燃烧1kg燃油实际供给的空气量与理论空气量之比。3、测定机械损失的方法有 示功图法 、倒拖法 、灭缸法 和 油耗线法 。4、柴油机的异常喷射有1二次喷射 、2滴油现象 、3断续喷射4不规则喷射 和 5隔次喷射 。5、十六烷值是用来评定 柴油 自燃 性能的好坏。6、柴油机的正常燃烧包括 1着火落后期 、 2速燃期和3 缓燃期 4补燃期 。8、 谐振进气 和 可变进气歧管 都是利用进气管的动态效应来提高充量系数。9、发动机实际循环与理论循环相比存在 实际工质的影响 、换气损失 和 燃烧 损失。10、空燃比是指燃烧时 空气质量 与 燃油质量 的比例。11、辛烷值是用来评价汽油 抗爆 性能的指标。12、柴油机理想的喷油规律是先 缓 后 急 。13、汽油机的燃烧过程包括 着火延迟期 、 明显燃烧期 和 后燃期 三个时期。14、汽油机的排放污染物主要有 CO 、 HC 和 NOx ，柴油机的排放污染物主要有 微粒 和 NOx 。15、车用发动机的工况属于 面工况 。16、柴油机有害排放物的机外净化技术有 微粒捕集器 、 氧化催化转换器 、NOx还原催化转换器 和 四元催化转换器 。17、醇类燃料的使用方式有 掺醇燃料 和 纯醇燃料 两种。18、发动机理论循环的三种类型是 1等容加热循环 、 2等压加热循环 3 和 混合加热循环 。19、评定发动机经济性的指标有 有效热效率 和 有效燃油消耗率 。21、影响汽油机有害排放物生成的主要因素有 混合气成分 、点火正时 、 负荷 、 转速 、 工况 和 废弃再循环 。22、柴油的牌号是根据柴油的 凝点 确定的。24、柴油机混合气的形成有 空间雾化混合 和 壁面油膜蒸发混合 两种方式。25、发动机的工况一般以其发出的 有效功率Pe 和 转速n 来表示26、四冲程内燃机进气门提前开启和推迟关闭的主要目的是：利用余留的压差和惯性消除残余废气，增加进气量。27、评定发动机动力性的指标有 有效功和有效功率 、 有效转矩 、 平均有效压力 、 转速n 和 活塞平均速度Cm 。28、二冲程发动机扫气的基本形式有 1横流扫气 、2回流扫气 和3 直流换气方案 。29、汽油的牌号是根据汽油的 1辛烷值 确定的。30、汽油机的不规则燃烧是指在稳定正常运转的情况下，各循环之间的1燃烧变动 和各气缸之间的2燃烧差异 。31、柴油机燃烧放热规律的三要素是指 1燃烧放热始点（相位） 和2放热持续期， 3放热率曲线的形状 。32、汽油机的负荷调节是改变 1节气门开度 ，柴油机的负荷调节是改变 2循环供油量 。33、从柴油机的万有特性曲线可看出柴油机相对汽车变速工况的适应性 好 。11.试分析汽油机爆燃产生的原因。爆燃有何危害？原因：最后燃烧位置上的那部分未燃混合气，进一步受到压缩和辐射热的作用，加速了先期反应。如果在火焰前锋尚未到达之前，末端混合气已经自燃，则这部分混合气烯烧速度极快，火焰速度可达每秒百米甚至数百米以上，使局部压力、温度很高，并伴随有冲击波。压力冲击波反复撞击缸壁，发出尖锐的敲击声，严重时破坏缸壁表面的附面气膜和油膜，使传热增加，气缸盖和活塞顶温度升高，冷却系统过热，汽油机功率减少，耗油率增加，甚至造成活塞、气门烧坏，轴瓦破裂，火花塞绝缘体破坏，润滑油氧化成胶质，活塞环粘在槽内等故障。1.11喷油延迟角：供油提前角和喷油提前角两者差值，也就是喷射延迟阶段所对应的曲轴转角。1.12喷油提前角：喷油器开始喷油时，活塞距离压缩达上止点的曲轴转角1.13强化系数：平均有效压力与活塞平均速度的乘积1.14压缩比：气缸总容积与燃烧室容积之比1.23燃料特性引起的发动机工作模式上的差异：1混合气形成方式的差异 汽油沸点低，蒸发性好，在常温或稍加热的条件下易于在缸外与空气形成预制均匀混合气；柴油机采用了缸内高压燃油喷射，与空气雾化的混合气形成方式 2着火，燃烧模式的差异：汽油机实行预混燃烧 柴油机实行扩散燃烧。3负荷调节方式的差异：汽油机靠变化节气门的开度控制混合气进气量 柴油机靠循环喷油量的多少来调节负荷1.13FSI：分层充量燃烧系统：实现喷雾混合和负荷质调节，避免预制均匀混合所带来的爆震等局限性，又采用点燃方式以减低对燃料着火品质过高的要求7.6发动机污染物：一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物和微粒DSG没有液力扭矩，又没有MT的半联动，有时会出现低速扭矩不足的现象，表现为起步时轻微的抖动。其次，由于DSG是电脑控制的智能变速箱，多一个环节就多一个可能故障点，由于智能电子设备的使用增加了故障的机率新普锐斯共为使用者提供了三种工作模式，纯电动模式、节能模式和运动模式PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物。PM：指从温度低于52的稀释排气中采集的沉淀在用聚四氟乙烯处理过的玻璃纤维滤纸上的所有物质1.8热力学第一定律：自然界的一切物体都具备能量，能量不可能被创造和消灭，但可以转换和转移。当能量发生形式转换和在物体间转移时，能量的总量保持不变。.13热力学第二定律开尔文表述方式：不可能制造出从单一热源吸热，使之全部转化为功而不留下其他任何变化的热力发动机 2.1平均指示压力：指一个循环内单位气缸工作容积所做的指示功，是热功转换的量的指标2.2四行程发动机理论循环的原则：1暂时不考虑换气过程2排气简化为定容放热过程 3压缩和膨胀过程为绝热过程 4工作为理想气体3.1发动机实际循环是由进气，压缩，燃烧，膨胀，排气五部分组成3.10发动机机械损失：摩擦损失+驱动附件损失+泵气损失3.11提高发动机性能指标的途径：1混合气形成并导入汽缸过程2燃烧放热过程3能量转换过程 1工质热力特性2理论空气量3排量缸数4行程数5 混合气形成于燃烧过程的完全性7 工作过程热力循环与工质特性 8与机械损失有关的机械学特性 9进排气过程的完善程度10混合气浓度 11进气状态时大气还是增压中冷 转速或做功的频率 柴油机喷油系统供油特性3.111气门叠开角：气门叠开时，曲轴相应转过的角度4.1由于配气机构是一组具有一定质量的机械元件，受其运动规律的限制及惯性影响，进排气门不可能瞬时完全打开，流通截面从关闭状态逐渐增大到最大开度，因此开启初期，气门升程小，开启流通截面积小，节流损失大，进排气不畅。同时，由于进排气系统中存在流动损失，存在燃烧室容积即压缩容积，废气不可能排净，充入汽缸的新鲜气体也不可能充满汽缸工作容积。 为了充分利用气流的惯性，尽可能多排出废气和流入更多的新鲜充量，进排气门一般都是提前开启，迟后关闭，故换气过程超过两个行程，约占410-490曲轴转角。 4.2充量系数：衡量不同发动机换气过程完善程度和动力性能的重要指标4.6换气过程的完善程度由两方面评价：即汽缸内前一个循环的废气被这一循环的新鲜充量替换的程度和 本次循环进入汽缸新鲜充量的程度5.1汽油使用性能：抗爆性 蒸发性 抗氧化性 抗腐蚀性 清净性5.9蒸发性越强，越容易汽化，形成均匀的可燃混合气，蒸发性太强，汽油在夏季以及大气压力低的高原使用时，容易使发动机的供油系统产生“气阻”，甚至发生供油中断，蒸发性太弱，不能形成良好的混合气，不仅会造成起动困难，加速迟缓，而且未汽化的悬浮油粒还会使发动机工作不稳定，油耗上升5.10 汽油蒸发性：10% 50% 90% 100%6.1缸内直喷解决问题：使得发动机的燃烧效率大幅提升下，除了发动机得以产生更大动力，对于环保和节能也都有正面的帮助。指将喷油嘴设置在进排气门之间，高压燃油直接注入燃烧室平顺高效地燃烧，缸内直喷所宣扬的是通过均匀燃烧和分层燃烧实现了高负荷、尤其是低负荷下的燃油消耗降低，动力还有很大提升的一种技术。6.9缸内直喷解决的问题：1在接近压缩上止点喷油，混合气形成时间短，要形成高质量的燃油混合气，需要像柴油机那样对“油气燃烧室”三者的匹配进行大量工作 2此系统虽然NOx排放量明显降低，但HC排放量增加，有时燃烧组织不好甚至冒黑烟 3不能采用已十分成熟的三元催化剂，而稀燃催化剂开发难度大，成本高 4由于汽油比柴油的润滑性差，汽油机的缸内直接喷射系统对喷油系统要求很高，喷油器的设计制造业十分复杂。7.2发热规律3要素：燃烧放热始点、放热持续期、燃烧放热率曲线的形状7.3供油规律和喷油规律分别是指供油速率和喷油速率随凸轮轴转角的变化关系8.1发动机污染物：一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物和微粒9.1混合动力定义：由牵引电机、载荷均衡装置、辅助动力单元以及传动系统所组成混合动力驱动方式：串联 并联 混联11.1发动机增压形式：机械式增压（结构简单 加速反应快，增压比较高时，消耗的驱动功率很大） 废气涡轮增压（在低转速 小负荷是供气不足 气波增压 组合式涡轮增压 复合式增压11.2废气能量利用：25% 60%12.1 旋转惯性力 旋转惯性矩 一阶往复惯性力 一阶往复惯性力矩 二阶往复惯性力 二阶往复惯性力矩1.1热能转换为机械能须借助专用设备和做功物质，设备称为热机，实现热功转换的物质称为工质，工质一般是气态物质。1.2气体压力：气体的压力就是气体在单位表面积上的垂直作用力p=F/A1.3比体积：单位质量的物质所占有的体积称为比体积v=V/m1.4开尔文温标，绝对温标，热力学温标：T（K）=t+273.151.5热运动：工质宏观上有时静止，但内部的分子、原子等微观粒子仍在不停地运动。物体因热运动而具有的能量称为热力学能。1.6机械能，工质总能：=热力学能+宏观动能+位能E=U+Ek+Ep1.7热力循环：当工质从某一状态开始，经过一系列中间状态后，又回复到原来状态时，则是封闭的热力过程。1.8热力学第一定律：自然界的一切物体都具备能量，能量不可能被创造和消灭，但可以转换和转移。当能量发生形式转换和在物体间转移时，能量的总量保持不变。1.9加入热力系统Q-离开热力系统W=U2-U1增量1.10理想气体：分子本身不具备有体积，分子间也没有作用力。1.11理想气体的状态方程：f(p,V,T)1.12完成一个正向循环后全部效果为：1、高温热源放出了热量q1 2、低温热源获得了热量q2 3热机将q1-q2=q0的热量转化为功 4工质与机器设备回复到原来状态，没有变化1.13热力学第二定律开尔文表述方式：不可能制造出从单一热源吸热，使之全部转化为功而不留下其他任何变化的热力发动机1.14热机循环实现：热机向低温热源排出了一部分从高温热源吸入的热量，因而留下了变化2.1平均指示压力：指一个循环内单位气缸工作容积所做的指示功，是热功转换的量的指标2.2Pm越大，表明循环净功越多，动力性越好。2.3绝热指数K2.4提高压缩比均使各循环的热效率和平均指示压力增加2.5当初始态P,T,压缩比E相同时，定容加热循环的热效率最高2.6汽油机受最高压力及爆震的影响，所允许的压缩比比柴油机低，热效率比柴油机低3.1发动机实际循环是由进气，压缩，燃烧，膨胀，排气五部分组成3.2柴油机压缩比大，最高爆发压力大，过量空气系数大，最高燃烧温度小3.3柴油机膨胀比大，转化为有用功的热量多，热效率高，所以膨胀终了的温度和压力均比汽油机低3.4在增压发动机中，排气压力差用于驱动涡轮机，排气系数阻力越大，排气终了的压力大，残留在气缸的废气就越多排气温度还表征发动机工作状况的一个参数，排气温度低，说明燃料燃烧后转变为有用功的热量越多3.5换气损失：实际循环中，为了使循环重复进行，必须更换工质，因此而消耗和损失的功3.6排气损失：排气门提前开启而使膨胀功减少3.7泵气损失：因工质流动时需要克服进排气系统阻力所消耗的功3.8平均有效压力：是发动机单位汽缸工作容积输出的有效功p=pvni/30t3.9强化系数PC：平均有效压力P与活塞平均速度C的乘积3.10发动机机械损失：摩擦损失+驱动附件损失+泵气损失3.11机械效率：有效功率与指示功率的比值3.12机械损失的测定方法：1，示功图法2倒拖法3灭缸法4油耗线法3.13润滑条件：原则是在保证各种环境和工况均能可靠润滑的前提下， 尽量选用低粘度的机油以减小摩擦损失，并改善起动性能3.14冷却水温度：80-95 正常机油温度85-1003.15发动机热平衡：热能在有效功和各种损失方面的数量分配来研究燃料中总热量的利用情况3.16发动机损失能量的再利用：废气涡轮增压：目的是加大进气充量，提高输出功率3.17燃料的低热值：单位质量的燃料在指定状态下，定压或定容完全燃烧所能放出的热量，即反应热。 完成燃烧是指燃料中的C全变为CO2，H变为H2O3.18过量空气系数：设单位质量的燃料完成燃烧所需的理论空气量为L0，而实际供给的空气量是L，L/L03.19充量系数：为每缸每循环实际吸入汽缸的新鲜充量质量与进气状态下理论计算充满汽缸工作容积的质量比值4.1由于配气机构是一组具有一定质量的机械元件，受其运动规律的限制及惯性影响，进排气门不可能瞬时完全打开，流通截面从关闭状态逐渐增大到最大开度，因此开启初期，气门升程小，开启流通截面积小，节流损失大，进排气不畅。同时，由于进排气系统中存在流动损失，存在燃烧室容积即压缩容积，废气不可能排净，充入汽缸的新鲜气体也不可能充满汽缸工作容积。 为了充分利用气流的惯性，尽可能多排出废气和流入更多的新鲜充量，进排气门一般都是提前开启，迟后关闭，故换气过程超过两个行程，约占410-490曲轴转角。4.2临界状态：高于声速，取决于缸内气体的状态和排气门有效流通截面积 亚临界状态：低于声速，取决于排气门的有效流通截面积和汽缸压力与排气背压之差4.3气门重叠：进排气门同时打开现象。气门叠开角：气门叠开时，曲轴相应转过的角度4.4燃烧室扫气：气门叠开可以利用气流的压差和惯性清楚残余废气、4.5配气相位：进排气门提前开启和迟闭以及气门叠开都换算成曲轴角度4.6换气过程的完善程度由两方面评价：即汽缸内前一个循环的废气被这一循环的新鲜充量替换的程度和 本次循环进入汽缸新鲜充量的程度4.7马赫数：进气门处气流平均速度与该处声速之比，它决定气流性质的重要参数，反映了气体流动对充量系数的影响，是分析充量系数的特征数4.8动态效应：指利用发动机在间歇进行进排气过程中产生的进排气管内的压力波，来提高充量系数的方法，进气管的动态效应分为惯性效应和波动效应5.1石油的主要成分是C,H，含量为97%-98%其他还有少量的硫，氧，氮等等5.2蒸馏法对石油进行分馏（不同碳原子，不同沸点）：石油气、汽油、煤油、轻柴油、重柴油，渣油5.3烷烃（正构物）柴油，直链型5.4抗爆性：指汽油在汽缸内燃烧时不发生爆燃的能力，用辛烷值表示5.5马达法辛烷值：是以较高的混合气温度和较高的发动机转速的苛刻条件为特征的实验室标准发动机测得的辛烷值。高速运转的抗爆能力5.6研究法辛烷值：是以较低的混合气温度和较低的发动机的转速的中等苛刻条件为其特征的实验室标准发动机测得的辛烷值。重负荷条件下高速运转的抗暴能力5.7马达法规定的实验转速及近期温度比研究法高，所以马达法辛烷值低于研究法辛烷值5.8四乙基铅和溴化乙烷：抗爆剂，2000年禁止使用5.9蒸发性越强，越容易汽化，形成均匀的可燃混合气，蒸发性太强，汽油在夏季以及大气压力低的高原使用时，容易使发动机的供油系统产生“气阻”，甚至发生供油中断，蒸发性太弱，不能形成良好的混合气，不仅会造成起动困难，加速迟缓，而且未汽化的悬浮油粒还会使发动机工作不稳定，油耗上升5.10 汽油蒸发性：10% 50% 90% 100%5.11混合气形成方式的差异：汽油沸点低，蒸发性好，在常温或者稍加热的条件下易于在缸外与空气形成预制均匀混合气；而柴油沸点高，不适于缸外预混合，即使加热后能在缸外汽化混合，也因空气密度下降而减少了充量，同时也消耗额外预热的能量，这些都是不合理的。再加上着火方式的差别，传统上，柴油机采用了缸内高压燃油喷射、与空气雾化混合的混合气形成方式。5.12汽油机实行预混燃烧，柴油机实行扩散燃烧。柴油机在初期着火燃烧后，紧接着进行边喷油、边汽化混合的扩散燃烧。5.13负荷的量调节：变化节气门的开度控制混合气进气量来调节负荷5.14负荷的质调节：改变喷油量，即改变混合气浓度调节负荷的方式5.15天然气以甲烷为主要成分5.16液化石油气：油田液化气和炼油厂液化气，燃烧后结胶严重5.17天然气，液化石油气与汽油比较：天然气的体积低热值和质量低热值略高于汽油。都有较高的辛烷值。较高的着火温度。两者燃烧温度低，比汽油柴油清洁 。柴油中存在的产生胶质的成分，硫的含量和机械杂质也远低于汽油。液化石油气容易携带，天然气难液化 。5.18生产1L乙醇要消耗水10-12L，增加水污染5.19醇对橡胶和塑料有腐蚀作用，这类零部件在醇中汇溶胀、变粘或皲裂。容易使发动机磨损。5.20二甲醚：可再生燃料，可以从石油及天然气中提取合成，而且可从煤，植物，生活垃圾中提取合成5.21生物柴油：1，优良的燃料性能2 良好的燃烧性能3 较好的安全性4可再生和废物利用5能与石化柴油以任何比例相容5.22燃烧：着火和燃烧5.23烃的氧化：链引发、链传播、链中断5.24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，并自发地引起火焰的过程5.24点燃：是指利用电火花在可燃混合气产生火焰核心并因而引起火焰传播的过程。5.25紊流：指由流体流体质点组成的微元气体所进行的无规则的脉动运动6.1燃烧：着火落后期、明显燃烧期（层流火焰传播和紊流火焰传播）、后燃期6.2为了保证汽油机工作柔和，动力性能良好，一般应使点2在上止点前曲轴转角12-15，最高燃烧压力点3在上止点后12-15到达=0.175-0。25 整个燃烧持续期在40-60，基本方法是控制点火提前角达到最佳6.3汽油机电控系统：传感器、控制器、执行器6.4三效催化转化器-氧传感器-（增压压力、机油压力、汽车车速和蓄电池的电压）6.5汽油机对燃烧室的要求：结构紧凑、充气性能好、火花塞位置得当、形状合理分布、要产生适当的气体流动、能适应冷却末端混合气6.6汽油机燃烧室内的气流特性：涡流、滚流、挤流6.7为了提高稀燃界限，可采用分层充气燃烧，即在火花塞附近形成具有良好着火条件的较浓的可燃混合气，而在周边区域是较稀混合气或空气。分层燃烧的汽油机可稳定工作在空燃比20-25范围内6.8缸内直接喷射GDI6.9缸内直喷解决的问题：1在接近压缩上止点喷油，混合气形成时间短，要形成高质量的燃油混合气，需要像柴油机那样对“油气燃烧室”三者的匹配进行大量工作 2此系统虽然NOx排放量明显降低，但HC排放量增加，有时燃烧组织不好甚至冒黑烟 3不能采用已十分成熟的三元催化剂，而稀燃催化剂开发难度大，成本高 4由于汽油比柴油的润滑性差，汽油机的缸内直接喷射系统对喷油系统要求很高，喷油器的设计制造业十分复杂。7.1柴油机燃烧4个阶段：着火延迟期，速燃期，缓燃期，补燃期7.2发热规律3要素：燃烧放热始点、放热持续期、燃烧放热率曲线的形状7.3供油规律和喷油规律分别是指供油速率和喷油速率随凸轮轴转角的变化关系7.3压力波动：高压系统中压力波的往复反射和叠加会造成喷油规律与供油规律在形状上的显著差异7.4油束的雾化质量是指油束液滴的细度和均匀度7.5共轨的作用是存储高压油，限压阀的作用是限制共轨管中的压力，流量限制器的作用是防止喷油器出现持续喷油共轨喷油系统具有以下优点：1喷油压力与柴油机转速无关，只取决于共轨中按要求调整的压力 2解决了传统喷油泵脉动供油时峰值转矩过大，凸轮轴瞬间转速变化过快，不能稳定控制小喷油量的矛盾。3共轨压力可任意调节，可灵活控制电磁阀升程，能实现喷油压力和喷油率的柔性控制。7.6发动机污染物：一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物和微粒8.1机内净化：指改善可燃混合气的品质和燃烧状况，抑制有害气体的产生 1废气再循环 2改进发动机设计8.2机外净化：指利用设置在发动机外部的附加装置将排出的废气净化后再排入大气8.3排放测试技术：气体的检测：1不分光红外线分析仪2氢火焰离子分析仪3化学发光分析仪 9.1工况：指发动机实际运行的工作状况9.2第一类工况：发动机的功率变化时，转速保持不变，所以称为固定式发动机工况第二类工况：发动机的功率与转速接近幂函数关系，又称为螺旋桨工况第三类工况：发动机的功率与转速都在很大范围内变化，称为面工况9.3功率和油耗的测量：测功器 油耗仪容积法：通过测定消耗一定容积的燃油所需的时间9.4负荷特性：指当转速不变时，发动机的性能指标随负荷而变化的关系柴油机负荷特性：当柴油机保持某一转速不变，改变喷油泵齿杆位置，则改变了每循环供油量，燃油消耗量，燃油消耗量等随负荷而变化的关系称为柴油机负荷特性汽油机负荷特性：汽油机的转速保持不变，改变节气门开度，同时调节测功器负荷，燃油消耗量，燃油消耗率随负荷变化的关系称为汽油机负荷特性9.5柴油机和汽油机的负荷特性对比：1汽油机燃油经济型差2汽油机排温高3汽油机的燃油消耗率曲线弯曲度较大10.1发动机电子控制：1控制精确和柔性2多种功能3实现性能的全面优化和折中4具有良好的动态性能促进发动机本身的理论研究和发展10.2控制器：是发动机电子控制系统的“计算机控制与管理中心”，包括硬件和软件10.3ECU是电控系统中的“智能化”部分，要完成下列工作：1处理输入信息2存储输入信息3存储各种程序，该机型的参数、各种数据表格4计算、处理各种信息。生产控制命令的数值以及故障诊断5存储输入指令6处理输入指令7产生各种参数电压10.4CPU：电控系统的大脑 1传感器信息2系统的控