兰州交通大学 内燃机.doc

1. 内燃机：是将液体或气体燃料与空气混合后，直接输入汽缸内部的高压燃烧室燃烧爆发产生动力。组成：曲柄连杆机构，配气机构，燃料供给系，润滑系，冷却系，启动系，点火系。2. 按活塞运动方式：往复活塞式和旋转活塞式 ；根据所用燃料种类：汽油机、柴油机和气体燃料发动机；按冷却方式：水冷和风冷；按行程数：四冲程和二冲程；按进气状态：增压和非增压。3. 由五系统，两机构组成。五系统指：供给系、点火系、冷却系、润滑系、起动系；两机构是指：曲柄连杆机构、配气机构4. 型号:12V135ZG柴油机-12缸，V形，四冲程，缸径135mm，水冷，增压，工程机械用。16V240ZJB柴油机-16缸，V形，四冲程，缸径240mm，水冷，增压，铁路机车用，变形结构B形。缸数+布置形式（无：多缸直列或单缸；V：V形；P：平卧形）+冲程数（无：四冲程；E：二冲程）+缸径（mm）+结构特征（无：水冷；F：风冷；Z:增压）+用途（T拖拉机M摩托车G工程机械Q汽车J铁路机车C船用主机Y农用运输车L林业机械）5. 压缩比：压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积之比。压缩比等于总容积（活塞在下止点时，其顶部以上的容积）与燃烧室（活塞在上止点时，其顶部以上的容积）之比。6. 进气行程：行程180度 ；压缩行程：行程180度 ；作功行程：行程180度；排气行程：行程180度。7. 工况：运行状况，主要由功率和转速。8. 负荷率：某一转速下发动机有效功率与相同转速下所能发出的最大功率的比值。9. 气缸结构形式：无气缸套式、干气缸套式，湿气缸套式 。10.11. 四冲程汽油机工作原理：活塞在一个工作循环中从上止点到下止点，又从下止点到上止点往复运动两次，同时完成进气、压缩、作功和排气四个工作过程。 进气行程：进气行程时曲轴转动使活塞从上止点运动到下止点。 进气行程汽油机吸入汽油和空气的混合气，进气行程结束，气缸内混合气压力为0.080.09MPa，混合气温度370400K。 压缩行程：压缩行程时曲轴转动使活塞从下止点运动到上止点。 压缩行程结束时，气缸内混合气压力可达0.81.5MPa，温度上升到600750K，但并未达到汽油空气混合气自燃的温度。因此，在活塞接近上止点之前1015CA，通过火花塞点火。 作功行程：作功行程时高温高压气体膨胀，推动活塞从上止点运动到下止点。 迅速燃烧的混合气在上止点略后，压力上升到3.06.5MPa，温度上升到22002800K，因此推动活塞，通过连杆摇动曲轴对外输出转矩。活塞到达下止点时，缸内压力降到0.350.5MPa，温度下降到12001500K。 排气行程：排气行程时曲轴带动活塞从下止点运动到上止点。 活塞到达上止点时，废气压力仍有0.1050.12MPa，温度为9001100K。 排气行程结束时，气缸内仍然残留的废气为残余废气。残余废气系数:残余废气量与进气过程中吸入气体量的比值。14.四冲程柴油机工作原理除进气、着火方式等以外，四冲程柴油机工作原理和汽油机基本相同。 进气行程：进气行程时曲轴转动使活塞从上止点运动到下止点。 柴油机吸入的是纯空气，进气行程结束时气缸内气体压力为0.0850.095MPa，温度为310340K。压缩行程：压缩行程时曲轴转动使活塞从下止点运动到上止点。 压缩行程结束时，气缸内气体压力达3.05.0MPa，温度上升到7501000K。 在活塞接近上止点之前1035CA，柴油以12100MPa的压力喷入气缸。 作功行程：作功行程时高温高压气体膨胀，推动活塞从上止点运动到下止点。迅速燃烧的混合气在上止点略后，压力上升到6.09.0MPa，温度上升到18002200K。 活塞到达下止点时，缸内压力降到0.20.5MPa，温度下降到10001200K。 排气行程：排气行程时曲轴带动活塞从下止点运动到上止点。活塞到达上止点时，未排净的废气压力仍有 0.1050.12MPa，温度有700900K。进气行程中，进气门的节流产生节流损失，使吸气压力线位 于大气压力线之下。然后吸入气体在低于大气压力的状态下开始压缩。压缩接近上止点，汽油机通 过火花塞点火，混合气燃烧。柴油机喷油雾化，混合气自燃。汽油机混合气迅速燃烧期在上止点之 后很短时间就结束，因此基本上是在定容积状态下燃烧。柴油机迅速燃烧期略长一点，因此基本上 是在先定容后定压状态下燃烧。发动机气缸内的最大压力和最高温度都在上止点之后出现，而前者 比后者略微超前。随后的膨胀作功过程持续到下止点，此时气缸内的废气压力（图上的压力点d） 和温度都比外界高。因此排气压力线处于大气压力线之上。15. 有效功率：发动机通过飞轮对外输出的转矩称为有效转矩。（有效功率：发动机通过飞轮对外输出的功率称为发动机的有效功率）。16. 有效效率：热量转换为有效功率的百分数，e越高越好。17. 燃油消耗率：发动机每发出1KW有效功率，在1h内所消耗的燃油质量（以g为单位），称为燃油消耗率。18. 升功率：发动机在确定工况下，单位发动机排量输出的有效功率。PL大，热负荷、机械负荷高。19. 强化系数： 有效压力与活塞平均速度的乘积。20. 充气系数： 若把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。其值一般比活塞排量Vs小，两者的比值定义为充量系数c。21. 过量空气系数：发动机工作过程中，燃烧1Kg燃料的实际供给空气量与完全燃烧1kg燃料理论空气量之比。22. 充气系数（充量系数）：内燃机每循环实际进入气缸的新鲜充量与进气管状态下充满气缸工作容积的理论充量之比。23. 指示功：气缸内完成一个工作循环所得到的有用功。24. 指示功率：内燃机在单位时间内所做的指示功。25. 指示热效率：发动机实际循环指示功与所消耗的燃料热量的比值。26. 配气相位：进、排气门开启和关闭的时刻，及其开启的延续时间以曲轴转角来表示。27.28. 汽车发动机机体一般采用三种结构形式，即平底式、龙门式，隧道式。29. 机体组组成：活塞组，连杆组，曲柄飞轮组的零件组成。30. 机体组的功用：将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动，同时将作用于活塞上的力转变为曲轴对外输出的转矩，以驱动汽车车轮转动。31. 平底式机体：平底式机体的结构特点是曲轴中心线与曲轴箱底面平齐。平底式机体结构简单紧凑，高度较小，但刚度相对较差，能满足小轿车和轻型汽车对发动机刚度的要求。 龙门式机体：龙门式机体结构特点是曲轴箱底面低于曲轴中心线（约低0.61.0倍气缸直径）。龙门式机体的刚度较大。 隧道式机体：主轴承孔不分割的机体，称为隧道式机体。隧道式机体是最典型的箱体结构，因此具有最大的刚度，其质量也最 大。 机体采用较多的是直列（L型）、V型和对置排列方式。32. 曲柄连杆机构功用：将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动，同时将作用于活塞上的力转变为曲轴对外输出的转矩，以驱动汽车车轮转动。33. 曲柄连杆机构组成：活塞组，连杆组，曲柄飞轮组。34. 活塞组：由活塞顶部，活塞头部（环槽部），裙部三部分组成。活塞组在气缸内承受和传递燃烧气 活塞、活塞环（气环和油环）、活塞销及活塞销卡环等零件。 活塞组：活塞，活塞环（气环，油环），活塞销，活塞销卡环。35. 活塞环作用：密封，传热。由灰铸铁，合金铸铁制成。36. 活塞销作用：连接活塞和连杆，将活塞承受的力传给连杆。要求足够的强度好、刚度，耐磨。一般用低碳钢，20Mn、15Cr等。 37. 连杆组：连杆体，连杆盖，连杆螺栓，连杆轴承。有足够强度、刚度，质量小。 38. 曲轴飞轮组功能：把活塞连杆往来的气体力转变为转矩，用以驱动汽车的传动系统和发动机的配气构以及其他辅助装置。 足够的强度，刚度，疲劳极限。质量小，润滑充分。：45，35Mn，淬火，氮化处理。39. 曲轴组可分成前端、曲柄，后端三部，每个曲柄由主轴颈、曲柄销，曲柄臂三部分构成。40. 曲轴有整体式，组合式组合，半组合式。41. 配气机构功用：按照发动机的工作顺序和工作循环的要求，定时开启和关闭各缸的进排气门，废气排出。42. 配气机构组成：气门组，气门传动组。 43. 配气机构:由气门座，气门组件，气门导管，摇臂，摇臂轴支座，挺杆，挺柱，挺柱导管，凸轮轴分，凸轮轴正时齿轮。 44. 气门由头部，杆身两部分构成。气门头部：圆锥盘形，顶部有平顶，凹顶，凸顶三种形状。45. 过量空气系数：燃烧1kg燃料所实际供给的空气质量与完全燃烧1kg燃料所需要的理论空气质量的比值。46. 表面点火：在汽油机中，凡是不靠电火花点火而由燃烧室炙热表面（如过热的火花塞绝缘体和电极、排气门、炙热的积碳等）点燃混合气而引起的不正常燃烧现象。47. 过量空气系数a=1的可燃混合气即为理论混合气；a1的则为稀混合气。当a=1.051.15为经济混合气；a=0.850.95为功率混合气；a=0.40.5太浓；a=1.31.4太稀。48. 空燃比：空气质量与燃油质量的比值。 =14.8，理论混合气；14.8，稀混合气。49. 燃空比：燃烧时燃料流量与空气流量的比值。50. 化油器特性及发动机各种工况对混合气成分的要求：稳定工况对混合气成分的要求： 发动机的稳定工况指发动机已经完全预热，转入正常运转，且在一定时间没有转速或负荷的突然变化。小负荷：节气门25%左右，a=0.70.9 3中等负荷：节气门开度为25%85%，a=1.051.15 全负荷:节气门全开。a=0.850.95。 稳定工况又可按负荷大小划分为怠速，小负荷，中等负荷，大负荷，全负荷三个范围。 怠速：指发动机在对外无功率输出的情况下以最低转速运转，此时混合气燃烧后所做的功，只是用以克服发动机内部的阻力，使发动机保持最低转速稳定运转。12. 上止点：活塞顶部离曲轴中心最远处，即活塞最高位。13. 下止点：活塞顶部离曲轴中心最近处，即活塞最低位。 14. 曲柄半径：曲柄与连杆下端的连接中心至曲轴中心的距离。15. 活塞行程：上、下止点之间的距离。 16. 气缸容量：活塞从上止点到下止点所经过的容积，又称气缸工作容积或气缸排量。17. 燃烧室容积：活塞位于上止点时，活塞顶部与缸盖间的容积，又称燃烧室容积。 18. 气缸工作容积：活塞上、下止点之间的容积称为一个汽缸的工作容积。19. 气缸的最大容积：活塞在下止点时，气缸的容积，即气缸工作容积与压缩容积的之和。20. 燃油消耗率：内燃机在单位时间内发出单位功率所消耗的燃料量。1. 什么叫内燃机，如何分类？内燃机是将燃料引入汽缸内，利用燃料和空气在汽缸里燃烧，产生高温高压气体急剧膨胀对外做功，推动活塞运动的机器叫内燃机。1.内燃机按照所使用燃料的不同可以分为汽油机，柴油机，气体燃料发动机；2.按照点火方式的不同分：点燃式、压燃式。3.内燃机按照冷却方式不同可以分为水冷发动机和风冷发动机 ；4.内燃机按照气缸数目不同可以分为单缸发动机和多缸发动机。仅有一个气缸的发动机称为单缸发动机；有两个以上气缸的发动机称为多缸发动机。如双缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸发动机。现代车用发动机多采用四缸、六缸、八缸发动机；5.内燃机按照气缸排列方式不同可以分为单列式和双列式。单列式发动机的各个气缸排成一列，一般是垂直布置的，但为了降低高度，有时也把气缸布置成倾斜的甚至水平的；双列式发动机把气缸排成两列，两列之间的夹角 180 度( 一般为 90 度) 称为 V 型发动机，若两列之间的夹角 =180 度称为对置式发动机。6.内燃机按照进气系统是否采用增压方式可以分为自然吸气式发动机和强制进气(增压式) 发动。7.按转数分类:可分为低速机（低于300r/min）、中速机（300-1000r/min）高速机（1000以上）8.按燃烧室形式分：开式燃烧室、分隔式燃烧室。二.画出内燃机的结构简图，简述内燃机的总体组成。组成：曲柄连杆机构，配气机构，燃料供给系，润滑系，冷却系，启动系，点火系。3. 何为内燃机的理想循环，研究理想循环有什么意义，主要做了哪些简化？理想循环:通常理想循环的意义有：1.用简单的公式来阐明内燃机工作过程中各基本热力参数间的关系，以明确提高从理想循环热效率为代表的经济性和以平均压力为代表的动力性的基本途径2.确定循环热效率的理想极限以判断实际内燃机经济性和工作过程进行的完善程度及改进潜力3.有利于分析内燃机不同热力循环方式的经济性和动力性。内燃机的主要简化:1.以空气作为工作循环的工质并视其为理想气体，在整个循环中的物体及化学性质保持不变，工质比热容为常数。2.不考虑实际存在的工质更换以及泄露损失，工质的总量保持不变，循环是在定量工质下进行的忽略，排气流动损失及影响3.把气缸中的压缩和膨胀过程看成是理想的绝热等熵过程，工质与外界不进行热量交换。4.用理想的加热与放热过程来代替实际的燃烧过程与排气过程，并将排气过程视为等容放热过程。4 说明提高压缩比可以提高内燃机热效率和功率的原因。1. 提高压缩比可提高工质的最高温度，扩大了循环的温度梯度，增加了内燃机的膨胀比，但提高随压缩比的不断增大而逐渐降低2.压缩比和压力升高比的增加，导致最高循环压力的急剧上升。5 四冲程发动机换气过程包括哪几个阶段，这几个阶段是如何界定的?1. 自由排气阶段，从排气门开启到气缸压力达到排气背压的时期2.强制排气阶段，自由排气阶段结束后，气缸内的废气被上行活塞强制推出，直到排气门关闭，这一阶段就是强制排气阶段3、进气过程，从进气门开启到关闭的全过程都是进气阶段4、气门跌开过程，进气门的提前开启与排气门的延迟关闭，都位于排气上止点前后，这样就会在排气行程上止点附近出现进排气门同时开启的现象，称气门叠开5、燃烧扫气过程，在气门叠开期间，进气管、气缸、排气管三者直接相通，此时如果进气管压力大于排气管压力，新鲜充量在正向压力差的作用下流入气缸，与缸内残余废气进行混合后，部分可以直接排入排气管中。6 什么是进气管动态效应，怎样利用它来提高充量系数?在特定的情况进气管条件下，可利用此压力波来提高进气门关闭前的进气压力，提高充量系数，称为动态效应。进气管的长度适当，使膨胀波发出到压缩波反射回到气缸处所经过的时间正好进行进气门关闭，将较高压力的空气关在气缸里，得到增压效果，提高充量系数。7 试述转速和负载是如何影响充气效率的，汽油机和柴油机有何不同?转速和负载是通过进气终了压力和进气终了温度的影响而改变充气效率的，转速增加，pa降低，负荷不变，转速下降，Ta下降，当转速不变，负荷增加时，Ta上升。汽油机1.负荷的调节靠节气门开度的大小，2.转速不变时，负荷越小，节气门开度越小，流动阻力越大，3.随着节气门开度的减小，进气终了压力随着转速的增加而下降的很慢。柴油机负荷的调节靠供油量的多少，流动阻力基本不变。8 干式汽缸套和湿式汽缸套有何区别，并比较它们的优缺点？1. 干式汽缸套的表面不与冷却水直接接触，缸套一般做成1-3mm壁厚的的圆筒，装入预先镗好的汽缸体座孔内，湿式汽缸套其外表面直接与冷水接触，其壁厚较厚，约为5-9mm，幢在缸体座孔中时依靠外侧上下两个环形凸缘保证定位的准确。2.干式汽缸套具有良好的水密封性，并有较大的机体刚度，其缺点是加工要求高，否则不能保证散热，湿式汽缸套安装时为了防止漏水其上凸缘的下表面与汽缸体支持平面之间装有密封刚垫片。9 试分析活塞群部在工作中产生变形的原因，在结构设计上如何解决？活塞裙部产生变形的原因：1.金属受热膨胀不均匀2.活塞顶部燃气作用力的作用，使裙部设计座轴线方向向外扩张变形3.裙部承受侧作用力的挤压变形解决：1.在裙部开形或T形弹性槽2.在销座上安装恒范钢片3在裙部嵌入圆筒式钢片4.将裙部做成反椭圆。9 试分析曲柄连杆机构的受力，说明作用在活塞上的气体力是如何传递的？1. 作用在曲柄连杆机构上的力有气体力，往复运动惯性力，旋转离心力和侧作用力，对于多缸内燃机还有这些力所形成的力矩2.气体力Fg在物体内部平衡而不会传递到机体外。10 何为内燃机的平衡，一级往复惯性力如何平衡?1. 内燃机的平衡是指内燃机在稳定工况运转时，传给支撑的作用力的大小和方向均不随时间变化，惯性力系的平衡和力矩是均匀的。2.平衡一级往复惯性力的两种方法：双轴平衡法，在内燃机上装一对平行于曲轴的轴A，使这対轴经过图示的齿轮转动以后，也以曲轴的角速度旋转，并且两A轴的旋转方向相反，在这对轴两端各安装一对平衡重。部分平衡法，在平衡旋转惯性力的一对平衡重上在加一部分质量以平衡掉一部分一级往复惯性力。11 什么是气门间隙，其过大、过小有何害处？1.气门间隙，配气机构在常温下的装配时，必须在气门与传动件之间留有一定的间隙，以保证配气机构各零件在受热后有膨胀的余地，此间隙称为气门间隙。2.间隙过大，则将减小配气相位而使气门迟开早关，造成气缸进气、排气恶化，内燃机的动力性和经济性下降，过大的气门间隙还会加重零件之间的撞击，间隙过小，气门密封不严的问题不能彻底解决，使内燃机的功率下降，油耗增加，甚至烧坏气门工作面。十二喷油泵油量如何调节？1.严格按照规定的供油时刻开始供油，并有一定的供油延续时间2.根据柴油机负载的大小供给相应的油量3.向喷油器供给相应压力的油量，供给时刻供给压力相同4.供油开始和结束要求迅速干脆，防止供油结束后，喷油器出现喷油或不正常喷射。十三直喷式燃烧室和分开式燃烧室结构区别？直喷式燃烧室没有分隔，大都以凹坑形式出现在活塞或缸盖上，通过喷射油束到达燃烧室空间，形成混合气，在进气过程通过切向气道、螺旋气道和导气屏产生的涡流运动促进混合气的形成。分开式燃烧室一般至少分成两个部分，各室之间的气流运动形成可燃混合气，包括涡流室和预燃室两类，前者主要是利用特殊形状的燃烧室，使进入气缸内的空气在行程中形成强烈的压缩涡流，而后者是利用一部分燃油在预燃室中预先燃烧所产生的燃烧涡流的能量。14 点火提前角为什么要调节？点火提前角过大时，使压缩行程后期活塞上行的阻力增加，使汽油机的有效输出功减少，燃油经济性变坏，点火提前角过小时，活塞一面下移，混合气一面燃烧，导致燃烧压力降低，内燃机功率和效率也降低，使混合气后然增加，内燃机的热负荷增加。当转速增加时，最佳点火提前角应增加。而当进气管真空度减小，最佳提前角应减小。因为当节气门开度一定时，发动机转速增高，燃烧过程所占曲轴转角增加，这时应加大点火提前角，否则燃烧会延续到膨胀过程中，造成功率和经济性下降。当转速一定时，随着负荷的加大，进入气缸的可燃混合气增多，压缩行程终了时的压力和温度增高，同时残余废气再缸内混合气中所占的比例减少，因而燃烧速度增加，点火提前角应适当减小，反而当负荷减小时，点火提前角应增加。15 不同工况对混合气浓度的要求是什么？1. 启动供给过浓混合气，过量空气系数（0.2-0.6）2.怠速汽油机空转的速度（0.6-0.8）3.中负荷，供经济性燃油4.大负荷，过量空气系数（0.8-0.9）5.加速16 混合气的分类是什么?1.标准混合气，过量空气系数为1的混合气2.稀混合气，过量空气系数大于1的混合气 3.过稀混合气，过量空气系数大于1.154.着火下限浓度混合气，过量空气系数大于(1.4)5.浓混合气(小于1)。十七理想化油器特性是什么？随负荷增加混合气逐渐变稀，小负荷范围内曲线变化较陡，中等负荷范围内曲线变化较平缓，当接近满负荷时，混合气变浓。画出汽油机燃烧过程的p-图，并简述各个时期的划分正常燃烧：火花塞跳火点燃可燃混合气，形成火焰中心，火焰按一定速度连续地传播到整个燃烧室的空间。在此期间，火焰传播速度以及火焰前锋的形状均没有急剧变化，这种状况称为正常燃烧。通常根据高速摄影摄取的燃烧图或激光吸收光谱仪来分析燃烧过程。但最简便的方法是测取燃烧过程的展开示功图。展开示功图以发动机曲轴转角为横坐标，气缸内气体压力为纵坐标。（1） 着火落后期：从火花塞跳火开始到形成火焰中心为止这段时间，称为着火落后期。如图5-1中阶段1所 示。从火花塞跳火开始到上止点的曲轴转角称为点火提前角，用 ig 表示。 火花塞跳火后，并不能立刻形成火焰中心，因为混合气氧化反应需要一定时间，当火花能 量使局部混合气温度迅速升高，以及火花放电时两极电压在15000伏以上时，混合气局部温度 可达2000C，加快了混合气的氧化反映速度。这冲反应达到一定的程度（所需要时间约占整个 燃烧时间的15%左右时）出现发光区，形成火焰中心。此阶段压力无明显升高。 着火落后期的长短与燃料本身的分子结构和物理化学性质、过量空气系数（ at =0.80.9时最短）、开始点火时气缸内温度和压力（取决于压缩比）、残余废气量、气缸内混合气的运 动、火花能量大小等因素有关。汽油机燃烧过程中，着火落后期的影响不如柴油机大。（2） 明显燃烧期：从火焰中心形成到气缸内出现最高压力为止这段时间称为明显燃烧