汽车发动机原理考试复习

1、第二章三种循环:发动机有三种基本理论循环，即定容加热循环、定压加热循环和混合加热循环。发动机的循环常用示功图来说明理论循环是用循环热效率和循环平均压力来衡量和评定的。循环热效率是工质所做循环功W（J）与循环加热量Q1（J）之比，用以评定循环的经济性。循环平均压力pt(kPa)是单位气缸工作容积所做的循环功，用以评定发动机的循环做功能力。四冲程发动机的实际循环是由进气 压缩 做功 排气四个行程所组成.理论循环与实际循环比较:1实际工质的影响 （实际工质影响引起的损失：理论循环中假设工质比热容是定值,而实际比热容是随温度的升高而上升,且燃烧后生成CO2,和H2O等多原子气体,这些气体的比热容又大于

2、空气,使循环的最高温度降低.由于实际循环还存在泄漏,合工质数量减少,这意味着同样的加热量,在实际循环中所引起的起压力和温度的升高要比理论循环要低得多,其结果是循环热效率底,循环所做的功减少.）2换气损失 （换气损失：燃烧废气的排出和新鲜空气的吸入是使循环重复进行所必不可少的，由此而消耗的功为换气损失。）3燃烧损失 （非瞬时燃烧损失和补燃损失：实际循环中燃烧非瞬时完成，所以喷油或点火在上止点之前，并且燃烧还会延续到膨胀行程，由此形成非瞬时燃烧损失和补燃损失。 提前排气损失，实际循环中会有部分燃料由于缺氧产生不完全燃烧损失，在高温度下部分燃烧产物分解而吸热，使循环的最高温度下降，由此产生燃烧损失。

3、）4传热损失 （传热、流动损失：实际循环中，气缸壁和工质间自始至终存在热交换。综上，实际循环热效率低于理论循环。）发动机的指示指标评定，概念：发动机的指示性能指标是指以工质对活塞做功为计算基础的指标，简称指示指标。表示循环动力性、经济性。发动机的有效指标以曲轴输出功为计算基础的性能指标，称有效指标。有效指标被用来直接评定发动机实际工作性能的优劣。代表发动机的整机性能。第三章换气过程阶段、特点、特征四冲程发动机的换气过程包括从排气门开启到进气门关闭的整个时期。约占410º 480º曲轴转角。换气过程可分作自由排气、强制排气、进气和燃烧室扫气四个阶段。（1自由排气阶段，从排气门

4、开启到气缸压力接近于排气管内压力的时期超临界状态流动：从排气门开启到活塞行至下止点所对应的曲轴转角称为，一般为30º80º曲轴转角。此时气缸内废气压力较高，约为0.2-0.5MPa，气缸压力p与排气管压力pr之比大于临界值1.9。排气流动处于超临界状态，流速为当地声速c（m/s）。此阶段，废气流量与排气管内压力无关，只取决于气缸内的气体状态和气门最小开启截面。亚临界状态流动随着气体大量流出，缸内压力迅速下降，气体流速小于声速，转入亚音速流动状态。此时废气流量决定于气缸内和排气管内的压力差。到某一时刻缸内压力与排气管内压力相近时，自由排气阶段结束。自由排气约在下止点后10&#

5、176;30°（CA）结束。自由排气阶段虽然时间不长，因速度高，此阶段排出的废气量达60%以上。2强制排气阶段此阶段废气被上行活塞推出。因为要克服排气系统阻力，缸内压力略高于排气管内压力约10kPa左右。流速越高，压差越大，消耗功亦越多。排气过程一直进行到上止点之后10°35°（CA），排气门才完全关闭。3进气过程为保证活塞下行时进气门有足够的开启面积，新鲜工质可以顺利进入气缸，一般进气门在上止点前0°40°（CA）开始打开，到下止点后40°70°（CA）关闭，延续时间为200°290°（CA）。由于活塞

6、下行及进气门座处节流，使气缸内呈负压，因此新鲜充量才能顺利流入气缸。随气门升程渐大，气流通道面积加大 ，进入气缸的充量增加，使得缸内压力上升，到进气终了时，气流动能部分转为压力能，使气缸压力又有所提高，接近或略高于进气管内压力。一般情况下，进气过程中气缸压力低于进气管内压力，这是由于进气系统存在阻力的缘故。气体速度越高，阻力越大。）4进排气门早开晚关，气门重叠和燃烧室扫气配气相位（定义）进、排气门的实际开、闭时刻和持续时间，称为配气相位，通常用曲轴转角（CA）表示。为了实现最大限度的吸进新鲜空气和排净废气，尽可能地减小换气损失，必须设法延长进、排气时间。因此，进、排气门都是提前开启，滞后关闭。

7、进、排气过程比一个活塞行程长得多。进、排气门早开、晚关的原因：进气门早开晚关是为了增大进入汽缸的混合气量和减少进气过程所消耗的功；排气门早开晚关是为了减少残余废气量和排气过程消耗的功。同时减少残余废气量会相应地增大进气量。气门重叠和燃烧室扫气（定义）由于排气门晚关和进气门提前打开，因而存在进、排气门同时开启的现象，称为气门重叠。在气门重叠开启期内，可利用气流压差和惯性清除残余废气，增加新鲜充量。特别是增压发动机，由于进气压力高和较长的气门重叠时间，可以更好地利用新鲜充量来帮助清除废气和降低燃烧室热区零件的温度，称为燃烧室扫气。换气损失，是由排气损失和进气损失两部分组成。1.排气损失（从排气门提

8、前打开到进气过程开始，缸内压力达到大气压力前，循环功的损失称为排气损失，它包括以下两部分。1）自由排气损失w，因排气门早开，排气压力线从b点开始离开理想循环的膨胀线引起膨胀功的损失。2）强制排气损失y，它是活塞将废气推出所消耗的功。）为了减少排气损失可以选择适当的排气提前角，使（w+y）最小。减小排气系统阻力及排气门处流动损失，是降低排气损失的主要方法。2.进气损失x进气损失主要是指进气过程中，因进气系统的阻力面引起的功的损失，与排气损失相比进气损失较小。（进气损失不仅体现在进气过程所消耗的功上，还体现在进气过程中所吸入的新鲜充量的多少上。因为前者对发动机的热效率、功率影响不大，后者对发动机的

9、性能有显著的影响。）换气损失等于排气损失与进气损失之和，即w+x+y所示面积所代表的功。充气效率是评价发动机换气过程完善程度的指标。充气效率的定义：是实际进入气缸的新鲜充量m与进气状态下充满气缸工作容积的理论新鲜充量ms之比。影响充气效率的因素有进气状态和进气终了状态的气缸压力Pa、温度Ta、残余废气系数、压缩比及配气相位。提高发动机充气效率的措施：减少进气系统的流动损失，减小对新鲜充量的加热，减小排气系统的阻力，合理选择配气相位。第四章增压系统的分类根据驱动增压器所用能量的来源的不同，增压方法基本上可以分为四类。1.机械增压系统(增压器由发动机的曲轴通过机械传动系统直接驱动的称为机械增压器。

10、增压器可用离心式压气机或罗茨式压气机等。进气压力为160170kPa。因为进气压力越高，机械效率越低，产生的噪声越大，燃油消耗率增加，所以)机械增压器仅适用于小功率柴油机。2.废气涡轮增压系统增压器与发动机无任何机械联系，压气机由内燃机废气驱动的涡轮来带动。在增压压力较高时，为了降低增压空气进入发动机气缸的温度，需要增设空气中间冷却器。该系统应用广泛，一般增压压力可达180200kPa，最高甚至达到300kPa。)3.复合增压系统(在某些发动机上废气涡轮增压与机械增压并用，这种增压系统称为复合式增压系统。这两种增压系统并用是为了保证二冲程柴油机在起动和低速、低负荷时仍有必要的扫气压力，大功率柴

11、油机上应用较多。另一种复合增压系统，多用于增压度较高的发动机，这种增压系统排气能量除驱动涡轮增压器外，尚有多余能量用于驱动低压动力涡轮，通过变速箱，将多余能量回送给曲轴。安装有复合式增压系统的发动机输出功率大，燃油消耗率低，噪声小，但结构复杂。)4.气波增压系统(发动机曲轴驱动一个特殊的转子，在转子中高压废气直接与空气接触，利用高压废气的脉冲气波迫使空气压缩，提高进气压力。它比涡轮增压低速性能好，结构简单，加工方便，对材料与工艺要求不高，加速性好，工况范围大，但尺寸大，比较笨重，噪声大。)废气涡轮增压器按废气在涡轮机中的不同流动方向分为径流式和轴流式两大类。车辆用发动机多用径流式涡轮增压器离心

12、式压气机，一般由进气装置、工作轮、扩压器、出气涡壳组成。当空气流量减小到某一值后，气流发生强烈脉动，压气机工作不稳，这种现象称为喘振。喘振现象的产生是由于压气机工作轮叶片及扩压叶片局部区域气流发生周期性的严重分离现象所引起的。喘振现象对增压器和柴油机有很大的破坏作用，应设法避免。涡轮机作变工况运行时，燃气在涡轮机中流动，随膨胀比增大，流量随着增大，当膨胀比增加到某一临界值时，流量达到最大值，不再增加了，此种现象称为阻塞现象。涡轮机主要由进气涡壳、喷嘴环、工作轮及出气道等组成恒压与脉冲两种增压系统的比较：1）由于脉冲系统部分利用了废气脉冲能量E1，所以系统的可用能量比恒压系统大。特别是在低增压时

13、，采用脉冲系统增压效果比较明显。2）脉冲增压系统扫气效果好，(因为脉冲系统在扫气时废气压力PT正处于低谷.)3）脉冲系统的加速性能好，(因为其排气系统容积小，当柴油机负荷改变时，排气压力波动立刻发生变化，并迅速传到涡轮机，引起涡轮机转速变化。另外，柴油机转速降低时，脉冲系统可用能比恒压系统大，所以有利于柴油机转矩特性的改善。)4）脉冲系统的绝热效率较低，(这是因为该系统有较大的流动损失、撞击损失和部分进气损失。)5）脉冲系统的涡轮尺寸大，(这是因为脉冲系统流量是脉动的，最大瞬时流量比恒压系统大。排气歧管结构复杂，受每根排气管连接气缸数的限制，在一台柴油机上可能用几个废气涡轮增压器。)汽油机增压

14、的困难：. 爆燃 汽油机增压后，由于混合气压缩始点的压力、温度增高，以及燃烧室受热零件热负荷提高等原因，将促使爆燃的发生，限制汽油机增压。采用降低压缩比、推迟点火时刻、中冷技术解决。. 混合气的调节 汽油机采用变量调节，化油器式发动机进行增压时气体流经化油器喉口的压力是变化的，不仅难于精确供应一定浓度的混合气，还增加了一些如增压方案的选择、化油器的密封、加速响应性能等新问题。. 热负荷高汽油机的过量空气系数小，燃烧温度高，膨胀比小，废气温度也比柴油机高200300。增压后，汽油机的整体温度水平提高，热负荷问题加重。. 对增压器的特殊要求 汽油机要求增压器体积要小、耐高温性能要好、转动惯量要小，

15、同时效率还要保证在一定的范围内，还要求有增压调节装置，这就造成它的成本比柴油机用增压器要高。第六章燃料喷射过程（具体过程，内部变化）（1）喷油延迟阶段：(从喷油泵压出燃油（供油始点）到喷油器针阀开始抬起（喷油始点）为止，这一阶段称为喷油延迟阶段。当柱塞关闭进油孔后，泵油室内燃油被压缩，油压开始升高，直到油压超过高压油管中的剩余压力和出油阀的弹簧压力时，出油阀抬起，至减压环带完全脱离导向孔后，燃油才能进入高压油管，使泵端油管压力升高，并以压力波形式向喷油器端传播。当传播到喷油器针阀处的压力超过针阀的开启压力p0时，针阀才打开，将燃油喷入气缸。从供油始点到喷油始点的时间间隔称为喷油延迟时间，其相应

16、的曲轴转角称喷油延迟角，即喷油延迟角等于供油提前角减去喷油提前角。一般转速升高，喷油延迟角加大；高压油管加长，压力波由泵端到喷油器端的传播时间增加，喷油延迟角亦加大。) （2）主喷射阶段：(从喷油始点到喷油器端压力开始急剧下降时为止，这一阶段称为主喷射阶段。针阀刚开启时，燃油开始喷入气缸，喷油器压力有瞬时下降，随着柱塞继续运动，压力又上升。当柱塞控油斜边打开回油孔时，最初开度很小，因节流作用，泵端压力并不立刻下降。随着柱塞运动，回流孔逐渐开大，泵端压力急剧下降，出油阀落座。因出油阀落座过程减压环带的减压作用，使高压油管压力迅速下降，并影响到喷油器端的压力，因此，喷油器端压力下降较迟。绝大部分燃

17、油是在这一阶段喷入气缸的，其时间长短主要与柱塞有效行程（即柴油机负荷）有关，其次，也受到高压系统容积、出油阀减压作用等因素的影响。)（3）滴漏阶段：(从喷油器端压力开始急剧下降到针阀完全落座（喷油终点）为止，这一阶段称为滴漏阶段。当喷油器端压力下降到针阀关闭压力后，针阀落座，停止喷油。这期间还有少量燃油从喷孔喷出，由于喷油压力降低，燃油雾化不良，故应缩短这一阶段。)油束本身特性：1）喷雾锥角：喷雾锥角与喷油器结构有很大的关系。对相同的喷油器结构，一般用喷雾锥角来标志油束的紧密程度。喷雾锥角大说明油束松散（粒细），小说明油束紧密（粒粗）。（2）油束射程L：即油束的贯穿距离，亦称贯穿力。L大小对燃

18、料在燃烧室中的分布有很大影响。如果燃烧室尺寸小而射程大，就有较多的燃油喷到燃烧室壁上；反之，如果L过小，则燃料不能很好地分布到燃烧室空间，燃烧室中的空气得不到充分利用。因此，油束射程必须根据混合气形成方式的不同要求与燃烧室相互配合。（3）雾化质量：表示燃料喷散雾化的程度，一般是指喷散的细度和喷散的均匀度。燃料喷散得越细，越均匀，说明雾化质量越好。喷散细度可以用油束中油粒的平均直径来表示，平均直径越小，则喷雾越细。喷散的均匀度可用油粒的最大直径与平均直径之差来表示，直径差越小则喷雾越均匀。同样也可以用实验的方法，把油束中的油粒直径测量出来后，画成曲线来表示油粒的细度和均匀度。这种曲线叫做雾化特性

19、曲线。对混合气形成和燃烧最有影响的因素，除了上述油束特性外，还有一个重要因素就是油束在燃烧室中的分布特性，即油束与燃烧室的配合情况。柴油机燃烧过程 阶段、划分、特征：第一个阶段，着火延迟阶段（滞燃期）。(在压缩过程中，气缸中空气压力和温度不断升高，燃料的着火温度因压力升高不断下降。在上止点前A点喷油器针阀开启，向气缸喷入燃料。这时气缸中空气气温度达600°C,远远高于燃料在当时压力下的自燃温度，但燃料并不马上着火，而是稍有落后，即到B点才开始着火燃烧，压力开始急剧升高，B点相当于气体压力曲线与纯压缩曲线分离的地方。从喷油开始（A点）到压力开始急剧升高时（B点）为止，这一段时间成为着火

20、延迟时期或滞燃期。在滞燃期阶段，喷入气缸的燃料经历一系列的物理、化学变化过程，包括燃料雾化、加热、蒸发、扩散与空气混合等物理准备阶段及着火前的化学反应准备阶段。着火延迟期以“曲轴转角”表示，可以从示功图上直接测定。滞燃期时间虽短，但对整个燃烧过程影响很大，它直接影响第二个阶段的燃烧。)第二个阶段，即压力急剧上升的BC阶段，称为急燃期。在这一阶段中，由于在滞燃期内喷入气缸的燃料几乎一起燃烧，而且是在活塞靠近上止点附近、气缸容积较小的情况下燃烧，因此气缸中压力升高特别快。(一般用平均压力升高率p/ 来表示压力升高的急剧程度。p/ =pc-pB/c-B压力升高率决定了柴油机运转的平稳性。如果压力升高

21、率太大，则柴油机工作粗暴，运动零件受到很大的冲击负荷，发动机寿命就会显著缩短。为了保证柴油机运转的平稳性，平均压力升高率不宜超过0.40.6MPa/°（CA）。)特点：形成多个火焰中心，持续喷油。压力急剧上升。急燃期产生的影响：压力升高率大，燃烧迅速，柴油机的经济性和动力性会较好；压力升高率过大，则柴油机工作粗暴，燃烧噪音大；同时运动零件承受较大的冲击负荷，影响其工作可靠性和使用寿命等。压力升高率应限制在一定的范围之内，柴油机的压力升高率一般应不大于0.40.5 MPa(º)曲轴。与汽油机相比，柴油机的压力升高率较大。第三个阶段，从压力急剧升高的终点（C点）起到压力开始急剧

22、下降的D点为止，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，所以燃烧速度必须很快才能使气缸压力稍有上升或几乎保持不变。有些发动机在缓燃期燃料仍在继续喷射，如果燃料喷到有氧气的地方，则此时由于气缸中温度很高，化学反应很快，着火延迟很短，喷入燃料很快着火燃烧。但这时如果氧气渗透不充分，过浓的混合气也容易裂解形成炭烟。因此，在缓燃期，如何加强空气运动，加速混合气形成，对保证在上止点附近迅速而完全地燃烧有重要作用。第三阶段结束时，燃气温度可高达17002000°c)特点：当缓燃期开始时，虽然气缸内已形成燃烧产物，但仍有大量混合气正在燃烧。 第四个阶段，从缓燃期的终点（D点）

23、，到燃料基本完全燃烧时（E点）为止称为后燃期。(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。特别是在高速、高负荷时，由于过量空气少，混合气形成和燃烧时间更短，后燃现象比较严重，有时甚至一直继续到排气过程之中。在后燃期，因为活塞在下行。燃料在较低的膨胀比下放热，所放出的热量不能有效利用，并增加了散往冷却水的热损失，使柴油机经济性下降。此外，燃料后燃增加活塞组的热负荷并使排气温度升高，所以应尽量减少燃料过后燃烧。)喷油泵结构对柴油机性能的影响：1供油提前角（主要影响柴油机经济性）2油泵凸轮廓线3柱塞直径4出油阀结构喷油器结构第七章汽油机的

24、燃烧过程 阶段划分、特征：1着火延迟期：指从火花塞跳火到火焰核心形成的阶段。火花塞跳火后，电、火花的高能量使电极附管的混合气温度急剧升高，焰前反应加速，致使某处混合气着火，形成火焰中心。在此阶段，气缸压力较压缩力无明显的变化。（影响着火延迟期长短的因素有混合气成分、开始点火时气缸内气体的热力状态、自由式内气体流动状态，火花能量、残余废气量等）2明显燃烧期：指从火焰核心形成到出现最高爆发压力为止的阶段。在此阶段，为焰前锋从火焰中心开始层层向未混合气传播，烧遍整个燃烧室。由于绝大部分燃料在此阶段燃烧，压力升高很快。3后燃期：指从最高压力出现到燃料基本上完全燃烧为止。在此阶段参加燃烧的燃料有火焰前锋

25、过后未来得及燃烧的燃料再燃烧、贴附在缸壁上未燃混合气层的部分燃烧、高温分解的燃烧产物的重新氧化。由于燃烧已远离上止点，燃烧条件差，燃烧放热量得不到充分利用，排气温度高，故希望过后燃烧越短越好。各循环之间燃烧变动危害、原因、措施：危害 循环间的燃烧变动使汽油机化油器和点火提前角，对于每一循环都不可能处在最佳值，因而油耗上升，功率下降，不正常燃烧倾向增加，整个汽油机性能下降。原因 在火花塞附近混合气的混合比和气体紊流性质、程度各循环均有变动，致使火焰核心形成的时间不同，即由有效着火时间变动而引起。措施 1）多点点火；2）组织进气涡流；3）提高发动机转速；4）采用化学计量空燃比；5）采用燃油电控喷射

26、技术；6）采用快燃、速燃燃烧技术；7）加大点火能量、优化放电方式、采用大的火花塞间隙。第八章汽油机的负荷特性（定义）：负荷特性是指当转速n不变时，内燃机的性能指标（经济性指标be、B）随负荷而变化的关系，用曲线的形式表示出来，就称为负荷特性曲线。柴油机负荷特性（定义）：转速n不变，柴油机的经济性指标随负荷 喷油泵齿条或拉杆位置变化的关系汽油机的速度特性（定义）：汽油机节气门开度固定不变，汽油机性能指标随转速n变化的关系。外特性 （全负荷的速度特性） 节气门全开 （ 100% ）, 测得的速度特性。部分速度特性 节气门固定在部分开启位置, 测得的速度特性。柴油机的速度特性（定义）：油量调节机械 （ 油门拉杆或齿条 ） 位置固定不动, 柴油机性能指标随转速n变化的关系。外特性 （ 全负荷的速度特性 ） 油量调节机