内燃机.doc

1 内燃机的发明与我国火药的发明有何联系？答：最初的发动机是惠更斯设计的真空活塞式的火力发动机，它的动力来源就是火药爆炸时的巨大能量，一直到1986年火药才被煤气和空气取代不再作为内燃机动力来源。、2 内燃机知识问答。答：A 汽油机是1876年奥托（德国）发明的B 柴油机是1897年狄赛尔（德国）发明的C 转子发动机（汪克尔发动机）是1954年汪克尔（德国）发明的D 第一辆现代汽车是1886年戴姆勒和本茨（德国）发明的3. 降低内燃机排放的主要措施答： 1 用清洁燃料代替传统燃料，加紧对于混合燃料内燃机的研究。 2 安装尾气处理装置，改善尾气排放 3 改善燃烧过程，稀薄燃烧技术等。4. 简述内燃机的工作原理答：内燃机是通过燃料在气缸内的燃烧推动活塞在气缸内做往复式运动，并带动曲轴飞轮的旋转产生动力的装置；二冲程包含压缩冲程和做功冲程；四冲程包含了吸气，压缩，做功，排气四个冲程，其中在压缩上止点前供油提前角给油，燃烧做功。1 举例说明内燃机都有哪些清洁燃料？答：天然气 液化石油气 液化天然气（LNG）2 柴油机与汽油机在结构上主要存在哪些差异？答：首先，汽油机是点燃式发动机，有点火系统。而柴油机是压燃，依靠压缩达到产生高温达到燃点着火。另外，柴油机的压缩比一般比汽油机要大。还有，柴油机的缸径可以很大，但是汽油机由于着火点单一而缸径较小。3 国外汽车船舶动力系统（内燃机）先进体现在哪里？答：不断研究，不断尝试新技术，不断投入，不断应用新技术，不断吸收各行各业的新技术，将小问题做精细，做深，企业注重创新，1. 古代劳动人民对内燃机发明的贡献。答：1近代内燃机的首次尝试是火药机。2古代劳动人民最先使用往复式活塞的风箱是最早的往复式机械。3水排中就有了曲柄连杆机构的雏形。4龙骨水车采用了曲柄连杆机构。5轧棉机中采用了惯性飞轮的原理。2 卡诺对内燃机发展有什么指导作用。答：1提出卡诺循环，工作在高低温热源间的热机所能达到的最高热效率。2提出压缩比与效率的结论。提出箱提高效率必须要提高压缩比。3提出了发动机的评价体系。4对蒸汽机未来发展提出预言。3 内燃机按照转速应该分为几种。答： 小于300转为低速 300到1000转为中速，大于1000转为高速1 p-v图和p- 图有什么联系，应该如何转化答：示功图通过显示缸内不同位置是的压力变化，并通过pv得出所做的功，但是由于缸内体积并不能直接得出，所以通过测量曲轴转角来得出活塞位置，并进一步得出缸内容积。2 从热工转换分析能量传递过程。答：燃料的化学能转换成热能，使得气体膨胀推动活塞带动曲轴，连杆。转换成机械能。3 如果从吸入空气量计算平均有效压力答： 平均有效压力可以通过有效功率计算得来公式为Pme=30inVSPe 。1 机械损失都有哪些部分组成答：1缸套与活塞的摩擦损失 2轴承与气门机构的摩擦损失 3驱动附属机构的功率损失 4 泵气损失 5 风阻损失2 如何使用油耗线法确定机械损失，机械效率？答：首先绘制出柴油机在转速不变的情况下进行符合特性实验的燃油消耗量与平均有效压力的关系曲线。然后将燃油消耗曲线延长求出与横坐标交点得出平均机械损失压力。机械效率近似用公式计算3 实际二冲程内燃机功率为什么不是四冲程的两倍？答 输出功率等于输入功率加损失功率，因为二冲程内燃机与四冲程内燃机损失功率并不存在线性关系，所以并不是功率的两倍关系。1 进气门为什么要提前开启，延后关闭。答：进气门提前开启，延后关闭的原因是为了提高新鲜充量系数。2 增压内燃机的气门重叠角是否一定比非增压的大？答：不一定，机械增压的柴油机 为了降低机械负荷采用较小的气门叠开角。3 描述泵气过程，解释泵气损失。答：泵气过程主要包括强制排气和吸气两个过程 ，强制排气过程在排气下止点到上止点，吸气过程在吸气上止点到下止点。泵气损失是与理论循环相比泵气过程中的损失。1 为什么内燃机每循环实际进入气缸的新鲜充量要小于以进气管状态充满气缸的工作容积的理论充量？答：因为，气缸内部的温度较高，气体进入后产生膨胀，还有因为有一定的残余废气没排出挤占体积。2 为什么说二冲程内燃机的换气效果不如四冲程？答：1 二冲程内燃机换气时间较短，是的废气不能完全排出 。2 二冲程内燃机的扫气效果由内部结构决定，较差 3 二冲程内燃机一般同时进行进气和排气，气体混合导致换气效果差3有排气阀的二冲程柴油机是哪一种扫气形式？答：排气阀一般位于上部，所以是下面进气上面排气排气的直流扫气。1 为什么说增压是内燃机发展的第二个里程碑？答：在不改变增内燃机的体积和排量的情况下，增压会使得内燃机的效率大大提高。2 简述涡轮增压器产生喘震和堵塞的原因和预防措施。答：转速一定时，压气机流量小到一定程度，导致边界层分离，气体回流，气体扩展到压气机其它部分，产生的强烈震动叫做喘震。预防措施可以是减小截面积。相反的，气体流量 增大到一定数值后，压气机的增压比和效率下降，流量不会增加的现象叫做堵塞。预防措施为扩大流通面积。3 内燃机采用增压后需要相应进行那些改造？答：1 适当降低压缩比 2增加供油量 3增大气门重叠角 4 改善润滑和冷却系统1 四冲程内燃机的排气过程可以细分为自由排气，强制排气，扫气。2 进气门提前开启的目的是：利用废气的压力实现自由排气、增大排气流通面积，减小排气阻力、减小活塞推挤废气的能量损耗。3 排气门延迟关闭的目的是：利用进气惯性实现过后充气。4 配气相位的四个角度中，对充量系数影响最大的是进气晚关角。5 发动机转速越高，一般 进气门滞后关闭角应该越大。6 当排气门截面小、发动机转速高时，排气门提前开启角应变大 。7 四冲程内燃机的换气过程分为自由排气、强制排气、扫气、吸气等四个阶段。8 充量系数是内燃机每循环实际进气量与以 进气管 状态充满气缸的工作容积的理论进气量之比。9 汽油机随着负荷的减小，其充量系数将 增大 随着转速的增加，其充量系数将 减小10 对小型四冲程发动机，当进气Ma超过 0.5 后，充量系数将急剧下降。11 与四冲程内燃机相比，二冲程内燃机换气的特点有：换气时间短、进排气同时进行、 扫气消耗的功大等。12 内燃机采用多气门技术的优点有流通面积大，阻力小，火花塞可布置在中央，减轻运动零部件质量13 改善内燃机换气质量的主要措施有采用增压，多气门技术，可变升程技术，可变气门技术。14 采用可调废气涡轮增压器（VGT），主要是为了解决 低速低负荷时，废气压力低，动力性下降，响应差；高速高负荷时，超速超压等问题。15 压气机喘振的原因是：压气机的气流流量减小到小于临界值16 压气机堵塞的原因是： 压气机流量增加到一定数值大于临界值 17 单纯增压，柴油机的 HC、CO、颗粒物排放将减少，氮氧化物 排放将增加。18 相对脉冲增压，定压增压对排气能量的利用率 较低，涡轮效率 较高 。19 汽油机采用增压的主要困难是： 增压后易发生爆燃、 增压后热负荷加重、对增压器特殊要求等。20 车用柴油机常用 脉冲涡轮增压系统，该类增压系统的涡轮效率 低、加速性好。1 如何理解工况不同排气门的最佳提前开启角也会不同。 答：不同工况下，为了使膨胀损失和推出损失最小，提前开启的角度应该根绝转速进行调整。2 试解释内燃机换气要求与评价指标间的关系。答：各项指标决定这内燃机的工作，也决定着内燃机的换气的要求。3 何为进气马赫数Z？试分析进气马赫数Z对充气效率的影响。 答： 平均进气马赫数Z定义为进气门座处的气流平均速度与进气门流通截面处气体声速的比值。进气马赫数综合了进气门大小、形状、升程规律 以及活塞速度等影响因素对进气的影响，用来衡量考察气门座处的流动情况。 当进气马赫数小于0.5时，对进气的影响不大；当进气马赫数大于0.5后，充量系数开始急剧下降，对进气造成不利影响4 解释说明利用进气管长度可变提高充气效率的原理。 答：进气管长度对充气效率的影响主要体现在进气谐振对进气的影响：在发动机进气过程中，活塞的下行运动导致在进气管内产生膨胀波，该膨胀波在进气管的开口端反射，形成压缩波返回，向气缸方向传播。在一定的条件下（如一定的转速、进气管长度等），这种压缩波可以使得发动机进气过程将要结束时，进气门处的压力高于正常的进气压力，从而增加发动机的进气量，提高充量系数。实验得出：管径不变的条件下，随着转速的提高，最佳进气管长度逐渐减小。5 请详细列举说明提高充量系数的措施有哪些？ 答： 1) 降低进气系统的阻力损失，提高气缸内进气终了时的压力。 2) 降低排气系统的阻力损失，减小缸内的残余废气系数3) 减小高温零件对新鲜充量的加热，降低进气终了时的温度4) 合理的配气正时和气门升程规律；6 解释内燃机进排气门提前开启与滞后关闭的目的及何时应该增大配气相位角。 答： 进气提前角：增加进气流通面积，提高充量系数； 进气滞后角：利用进气流的惯性实现过后充气，提高充量系数； 排气提前角：增大排气流通面积，降低废气残余系数；降低气缸内的压力以减小强制排气时的推挤功； 排气滞后角：保持较大的排气流通截面积，减小排气阻力；利用排气流的流动惯性实现过后排气；实现扫气。7 车用柴油机采用增压后要进行哪些调整？ 答：1 适当降低压缩比 2增加供油量 3增大气门重叠角 4 改善润滑和冷却系统8 增压后对柴油机的性能、工作粗暴度、排放等有什么影响？增加中冷后又如何？ 答： 发动机采用增压后，指示热效率和机械效率略有提高，升功率增大，燃油消耗率降低，发动机的动力性和经济性均有提高。增压后缸内的工作压力和温度明显提高，机械负荷和热负荷加大，使得内燃机的可靠性和耐久性降低。另外，增压后，内燃机的HC、CO和颗粒物排放降低，氮氧化物排放增加。9 论述汽油机增压的难点及实现方法。 答：1) 爆燃：汽油机增压后，压缩始点压力温度提高，促使爆燃发生。可采用 降低压缩比、推迟点火时刻、进气中冷或者缸内直喷等方法实现增压，但可能会影响汽油机的性能。 2) 热负荷：汽油机增压后，平均工作温度提高，热负荷加大。可采用涡轮 前放气调节。3) 对增压器的特殊要求：汽油机增压装置，要求体积小、耐高温性能好、 转动惯量小、有增压调节装置等。10 请说明柴油机脉冲增压系统的特点及何时应采用脉冲增压系统？ 答：柴油机脉冲增压系统排气系统容量小，涡轮进口压力存在周期性脉动；节流损失小，排气能量利用率高；加速响应快。 因脉冲增压系统具有以上优点，所以常用于低增压，工况变化频繁，对增压器加速响应和转矩性能要求高的发动机中。1. 近年来 HCCI 燃烧方式受到越来越多的重视， 请问 HCCI 燃烧的基本特征是什么？有何优势？ 答：HCCI是指均质冲量压缩着火燃烧。其基本特征是均质混合气的压缩着火和低温燃烧。 HCCI的有利特点有： 1) 超低的氮氧化物和PM排放。HCCI发动机在部分负荷下的氮氧化物排放 相对于传统柴油机可降低95%98%。 2) 热效率高。HCCI发动机的热效率可超过直喷式柴油机的热效率。 3) 能燃用多种燃料。4.由单油滴着火燃烧模型分析柴油机的燃烧着火过程。答：单油滴着火燃烧模型是仅考虑一个油滴置于静止热空气中的着火情况。油滴受空气加热，温度升高，表面开始蒸发，并向四周扩散，与空气混合。经历一段时间，油粒变小，在油粒外形成一层燃料与空气的混合气，接近油粒表面的混合气浓度较高，由于蒸发需要吸收汽化热，所以这里的温度了也较低。随离开油粒表面距离的增加，混合气的浓度降低，温度升高。试验表明，发火地点不在浓度较高的油粒表面附近，也不在远离油粒表面的稀混合气的地方，而是在离开油粒表面一定距离、混合气浓度适当而温度足够高的地方，这里的反应速率较高，在这一区域最容易燃烧。5.简述压燃式内燃机（柴油机）的燃烧过程。答：根据燃烧过程进行的特征，一般把燃烧过程划分为四个阶段：1)第1阶段：滞燃期。从喷油开始到压力开始急剧升高时为止，这一段时间称为滞燃期。在滞燃期内，喷入气缸的燃料经历一系列物理、化学变化过程，包括燃料的雾化、加热、蒸发、扩散与空气混合等物理准备阶段以及着火前的化学准备阶段。滞燃期直接影响到第2阶段的燃烧，对整个燃烧过程影响很大。2)第2阶段，即压力急剧上升的阶段，称为急燃期。在这一阶段中，由于在滞燃期内已混合好的可燃混合气几乎一起燃烧，而且是在活塞接近上止点、气缸容积较小的情况下燃烧，因此气缸中压力升高特别快，可能引起柴油机工作粗暴。3)第3阶段，从压力急剧升高的终点到压力开始下降为止，称为缓燃期。这一阶段的燃烧是在气缸容积不断增加的情况下进行的，所以燃烧必须很快才能使气缸压力稍有上升或几乎保持不变。在缓燃期内加强空气运动，加速混合气形成，对保证混合气在上止点附近迅速和完全燃烧有重要作用。4)第4阶段，从缓燃期的终点到燃料基本上燃烧完全时止，称为后燃期。在柴油机中，由于燃烧时间短促，燃料和空气的混合又不均匀，总有一些燃料不能及时烧完，拖到膨胀线上继续燃烧。在后燃期，因活塞下行，燃料在较低的膨胀比下放热，放出的热量不能有效利用，增加了散往冷却水的热损失，使柴油机经济性下降。此外，后燃增加活塞组的热负荷使排气温度增高。1 目前发展比较好的内燃机代用燃料有哪些？答：醇类燃料 二甲醚燃料 天然气燃料 液化石油气燃料 氢气燃料等2 如何的抗爆性能，我国93 97汽油，0 10柴油代表什么？答：汽油的抗爆性是表示汽油燃烧性能的指标,是表明汽油在燃烧室内燃烧时抵抗爆震的能力,用辛烷值大小评定。所谓93号、97号汽油，是指它们分别含有93、97的抗爆震能力强的“异辛烷”，也就是说分别含有7、3的抗爆震能力差的正庚烷。而零号，十号柴油则是它的凝固点温度。3理论空燃比与过量空气系数有何关系？答：过量空气系数的大小代表了混合气的浓度,如果过量空气系数为1,或者是接近1,表明混合气浓度正好接近理论空燃比。1给出供油提前角、喷油提前角的定义，解释两者之间的关系以及它们对柴油机性能的影响。答：供油提前角是喷油泵开始向汽缸内供油时，活塞顶部距上止点所对应的曲轴转角。喷油提前角是指喷油器开始喷油时，活塞距离上止点的曲轴转角称为喷油提前角。影响 ：供油提前角提前，柴油燃料的有效燃油消耗率降低。燃料滞燃期缩短。供油提前角变化对柴油燃料发动机的排放有较大影响，推迟供油，燃料的烟度排放和CO排放增加，NOx排放与HC排放降低。3.相对于化油器燃料供给方式而言，电控汽油喷射方式的优点有哪些?答：a)在电控汽油喷射方式中，由于喷出燃油的雾滴较细，可以提高汽油机的充量系数，从而改善了发动机的动力性。b)电控汽油喷射方式中，每缸采用单独的喷油器喷油，有利于保证各缸燃油分配的均匀性。c)电控汽油喷射对燃油供给量的控制比化油器供给方式精确，喷油器的雾化好，壁面沉积少，对工况变化反应速度较快，在怠速的稳定性以及起动与加速性能方面均优于化油器供给方式。d)电控汽油喷射，有利于实现稀薄与分层燃烧，这样在部分负荷下可以实现质调节，减少了节气门的节流损失e)电控汽油喷射方式中，整个燃料供给系统处于一定压力的密封状态下，HC的排放减少。4.对柴油机燃料供给与调节系统的基本要求是什么？答：1.能产生足够高的喷射压力，以保证燃料良好的雾化、混合气形成与燃烧。2.对应于柴油机每一工况能精确、及时地控制每循环喷人气缸的燃料量，当工况一定时，各循环的喷油量应当一致。对于多缸柴油机而言，各缸的喷油量应当均匀。3.在柴油机运转的整个工况范围内，尽可能保持最佳的喷油时刻、喷油持续期与理想的喷油规律。4.能保证柴油机安全、可靠地工作。1.以课本图7-10 为例，给出凸轮供油预行程与有效行程的定义，并分别说明预行程和有效行程的并分别说明预行程和有效行程大小对喷油过程及柴油及性能的影响。答：供油预行程是指柱塞向上运动时，诸塞的运动推挤燃油，使得燃油被从进油孔挤出，流回油管。直到进油孔被柱塞上端面挡住，这段时间没有燃油喷出，被称为预行程。 而有效行程则是指预行程之后，柱塞继续上升，压缩燃油，燃油推开油阀喷出这段行程。 预行程越大，喷油时间越晚，泵油量就小，会使柴油机性能下降。2 A型泵与P 型喷油泵有何区别？、答： A 型泵为一体泵，便于检修。P型泵为单体泵。强度高。3. 等容式出油阀具有结构简单的优点，但是对变工况适应性差，怎么理解？答：柴油机在高速大负荷时，油管压力高，为防止二次喷射，需要较大的减压容积，而等容式出油阀容积固定，所以不合适，容易二次喷射。在低速小负荷时，油管压力低，需减小减压容积，然而还是因为容积固定，会产生减压过度，产生负压，有气泡，气穴产生。1. 计算6135型柴油机高压油泵每循环燃油供油量。计算在高压油路内压差作用下的燃油压缩量DV1及占喷油量的比例，在高压油路内压差作用下的喷油泵柱塞套与高压油管的变形量DV2及占喷油量的比例。 答：油泵每循环燃油供给量3.机械控制式喷油系统，为满足各种工况（如转速、负荷以及起动）变化的要求，对喷油提前角的调整常用什么措施？答：1)用改变柱塞头部形状来适应负荷、转速变化与起动工况的要求。比如柱塞头部开槽、改变斜槽形状。2)采用离心式转速提前器，基本原理是依靠离心飞锤和弹簧力的综合作用，当柴油机转速升高，飞锤向外移动时，通过飞锤销转动调节偏心套，使提前器的主动盘和从动盘在运转中随转速变化错开一定的角度，以达到改变供油提前角的目的。1. 什么是喷嘴流通特性?说明喷嘴有效流通截面对喷油过程和柴油机性能影响？答：喷孔流通面积与针阀升程的关系，称之为喷嘴的流通特性。喷孔流通截面大小取决于喷油压力、供油速率和柴油机结构形式。喷孔面积过大，会导致喷油压力与喷油速率降低，喷油持续期缩短，喷油雾化质量变差；但喷孔面积过小，则喷油压力过高且易产生不正常喷射。2. 简述二次喷射产生的原因、危害及消除方法。答： 二次喷射是指燃油喷射终了后，针阀又不受控制地第二次开启向气缸内喷油的现象。 二次喷射产生的原因是燃油在高压作用下的可压缩性和压力波在高压油路中的传播与反射。当喷油系统结构参数匹配不当时，主喷射结束后，高压油路中残余压力过高，压力波在泵端与嘴端之间反射，当压力峰值超过喷嘴开启压力时，针阀再次开启，向气缸内喷油。 二次喷射的危害主要有使整个喷油持续时间延长，而且燃油是在较低的压力下喷人气缸的，偏离上止点较远，雾化质量差，燃烧不完全且后燃严重，致使燃油消耗率和烟度增加，排温升高，性能恶化，零部件过热甚至产生喷孔积炭堵塞等不良后果。 消除二次喷射可以采取减少高压油路的容积，适当增大喷孔直径，适当增大出油阀弹簧刚度与开启压力等措施，此外还可以适当加大出油阀的减压容积，或是采用阻尼阀与等压式出油阀等措施。3. 柴油机有哪些异常喷射现象和它们可能出现的工况？答： 柴油机的异常喷射现象系指喷嘴针阀的运动规律乃至整个喷油规律产生偏离预期正常规律的各种异常现象，它们会导致柴油机性能的恶化。常见的异常喷射现象有二次喷射、气穴与穴蚀、不稳定喷射以及后喷滴油。二次喷射通常出现在柴油机高压供油系统、大负荷、高速运转工况。气穴与穴蚀通常出现在低压供油系统，尤其是轴针式喷油器较为严重。不稳定喷射通常出现在高压供油系统、小负荷、低速运转工况。1. 内燃机CO、HC、NOx和PM排放物对环境和人体的危害作用是什么?它们的危害性各自有何特殊性？答：CO可以与血红蛋白结合阻值其与氧气的结合使得人们缺氧。HC 烃类物质无色无味但是会导致人们精神麻痹，有的还具有致癌的可能。NOx在大气中含量过多会造成硝酸型酸雨。还会造成光化学烟雾。颗粒物损伤肺内各种通道的自净机制，促进其他污染物的毒害作用。3.柴油机排放的微粒有什么危害性?答：柴油机排出的碳烟，主要成分是碳，可长期悬浮在大气中而不沉降，会深入有肺深部造成机械性超负荷，损伤肺内各种通道的自净机制，促进其他污染物的毒害作用。炭粒上还吸附有硫酸盐及多种有机物质，其中包含多环芳烃(PAH)，具有不同程度的诱变和致癌作用。燃用含铅汽油的汽油机排放含铅微粒，对血液、骨骼和神经有毒害。6.柴油机碳烟排放与微粒排放之间有什么关系?答：柴油机的微粒PM。柴油机PM的组成取决于运转工况，尤其是排气温度。当排气温度超过约500摄氏度时，PM基本上是碳质微球的聚集体，一般称为碳烟DS。当排气温度较低时，碳烟会吸附和凝聚多种有机物，称为有机可溶成分SOF。柴油机排气中DS主要由柴油中含有的碳产生，其生成的条件是高温和缺氧。由于柴油机混合气成分不均匀，尽管总体是富氧燃烧，但局部缺氧还是会导致DS的生成。烃分子在高温缺氧的条件下发生部分氧化和热裂解，生成各种不饱和烃类，如乙烯、乙炔及其他较高阶的同系物和多环芳烃。它们不断脱氢，聚合成以碳为主的直径2nm左右的碳烟晶核。气相的烃和其他物质在这个晶核表面的凝聚，以及晶核相互碰撞发生聚集，使碳烟粒子增大，成为直径2030的碳烟基元。最后，碳烟基元经聚集作用堆积成粒度1微米以下的链状或团絮状的聚集物。1. EGR系统有何困难，如何克服？答：困难：EGR引气方式的选择；不同工况下EGR率的选择等解决方法：内部EGR通过排气阀或者特殊设置阀门的开启来实现废气再循环外部EGR是将排出的部分废气经由外部管路引入进气系统2.如何缓解微粒与NOx排放之间的矛盾？答:1.增压的同时采取推退喷油措施，增压可降低PM.推迟喷油又防止NOx排放增加，2.优化喷油规律，初期用低