发动机原理第三章

第三章起动机概述一、发动机起动方式发动机靠外力起动，常用起动方式有：1、人力起动（手摇或绳拉，小功率发动机）2、电力起动机起动（简称起动机起动，电动机带动，现代汽车发动机广泛应用）3、汽油机起动（小型汽油机带动，大功率柴油机）4、压缩空气起动（压缩空气冲入气缸，大型柴油机组如轮船、电站）二、起动机功用、组成与工作过程电力起动机简称起动机。

1、起动机功用：起动发动机（将蓄电池的电能转换为机械能-电磁转矩，驱动发动机飞轮旋转）。

2、起动机组成：一般由三部分组成（1）直流电动机：产生转矩。

普遍采用串激（励）式直流电动机。

（2）传动机构（啮合机构）：传递动力和切断动力（起动时将起动机转矩传给发动机曲轴，起动后断开发动机向发电机的逆向动力传递）。

（3）控制装臵（操纵机构）：控制起动机驱动齿轮与发动机飞轮的啮合与分离以及电动机电路的通断（对于某些汽油发动机还兼有短路点火线圈附加电阻的作用）。

三、起动机的种类1、起动机分类随着起动机结构与性能的不断发展，出现了多种结构型式。

（1）按总体结构①普通起动机：无特殊结构和装臵（电磁式电动机即磁场由电产生，起动机与驱动齿轮之间直接通过单向离合器传动即传动机构无减速装臵）。

汽车起动机普遍使用。

如EQ1090配用的QD124、QD1212型，CA1090配用的QD1215型和桑塔纳轿车配用的QD1225型起动机。

②永磁起动机：以永久磁铁作磁极，取消磁场线圈。

结构简化、体积小、重量轻。

近年出现的新型起动机。

③减速起动机：在起动机与驱动齿轮之间增设了一组减速齿轮，即传动机构设有减速装臵。

具有结构尺寸小、重量轻、起动可靠等优点（可采用小型高速、低转矩电动机，质量和体积比普通起动机减小30%-35%），在轿车上的应用日渐增多。

（3）按传动机构驱动齿轮啮入方式①惯性啮合式：依靠驱动齿轮自身旋转的惯性力啮入飞轮齿环。

结构简单，但工作可靠性较差，现很少采用。

②电枢移动式（电磁啮合式）：靠磁极产生的电磁力使电枢作轴向移动，带动固定在电枢轴上的驱动齿轮啮入飞轮齿环。

第二章发动机的性能指标1。

研究理论循环的目的是什么？理论循环与实际循环相比，主要作了哪些简化?答:目的：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,明确提高以理论循环热效率为代表的经济性和以平均有效压力为代表的动力性的基本途径2.确定循环热效率的理论极限，以判断实际内燃机经济性和工作过程进行的完善程度以及改进潜力3。

有利于分析比较发动机不同循环方式的经济性和动力性简化：1.以空气为工质，并视为理想气体，在整个循环中工质的比热容等物理参数为常数，均不随压力、温度等状态参数而变化2.将燃烧过程简化为由外界无数个高温热源向工质进行的等容、等压或混合加热过程,将排气过程即工质的放热视为等容放热过程3.把压缩和膨胀过程简化成理想的绝热等熵过程，忽略工质与外界的热交换及其泄露等的影响 4.换气过程简化为在上、下止点瞬间开和关,无节流损失,缸内压力不变的流入流出过程。

2.简述发动机的实际工作循环过程.四冲程发动机的实际循环由进气、压缩、燃烧、膨胀、排气组成3.排气终了温度偏高的原因可能是什么？有流动阻力,排气压力>大气压力，克服阻力做功，阻力增大排气压力增大，废气温度升高.负荷增大Tr增大；n升高Tr增大，∈+，膨胀比增大,Tr减小.4。

发动机的实际循环与理论循环相比存在哪些损失？试述各种损失形成的原因。

答：1.传热损失,实际循环中缸套内壁面、活塞顶面、气缸盖底面以及活塞环、气门、喷油器等与缸内工质直接接触的表面始终与工质发生着热交换2.换气损失，实际循环中，排气门在膨胀行程接近下止点前提前开启造成自由排气损失、强制排气的活塞推出功损失和自然吸气行程的吸气功损失3.燃烧损失，实际循环中着火燃烧总要持续一段时间,不存在理想等容燃烧,造成时间损失，同时由于供油不及时、混合气准备不充分、燃烧后期氧不足造成后燃损失以及不完全燃烧损失4。

涡流和节流损失实际循环中活塞的高速运动使工质在气缸产生涡流造成压力损失。

航发原理第三章涡轮喷气发动机的工作原理航空发动机知识发动机性能计算发动机设计是一个复杂的过程，需考虑应用对象、重量、成本、体积、寿命及噪音等诸多限制因素，需进行发动机设计点下的一些参数优化选择，继而进行发动机总体性能计算。

发动机设计点的性能将取决于设计状态下各部件的热力过程。

本章将介绍发动机主要工作过程参数对发动机单位性能参数的影响及设计点发动机性能计算方法。

航空发动机知识涡轮喷气发动机的主要单位性能参数发动机最重要的两个单位性能参数：1. 单位推力定义：Fs=F/qm ;2. 单位燃油定义：耗油率sfc=3600qmf/F。

发动机推力F通常由用户给定，提高Fs可降低流量qm,这意味着将减少发动机的重量和最大迎风面积，因此该参数对发动机总体性能影响十分重要。

如假定尾喷管完全膨胀(p9=p0),且忽略燃气与空气流量的差别，即qm=qmg , 则有单位推力：Fs=V9-V0航空发动机知识发动机主要工作过程参数概念在发动机工作过程中，用来描述气流沿程流动状态变化的参数,如P0、P1、pc 、T0、T1、T3* 。

.. 等参数称为发动机的工作过程参数。

其中压气机压比pc和涡轮前温度T3*是发动机的主要工作参数，也是设计时需要选择的重要参数。

航空发动机知识工作参数对单位性能的影响首先研究一下循环功。

若把压气机和进气道作为一个总的压缩过程，则每千克气体输入功为：Wc C p (T2* T0 ) C pT0 (p11) / hc其中：hc 为压缩过程的总效率，p=P2*/P0为总增压比。

若把涡轮和尾喷管作为一个总的膨胀过程(不计燃烧引起的总压损失),则每千克气体输出功：' ' * Wp C p (T3* T9 ) C p T3 (1 1 p' 1 ')h p其中hp 为膨胀过程的总效率。

航空发动机知识循环功与工作过程参数之间的关系发动机循环功代表发动机可以使用的能量(可用能量), 可以表示为：W循环功1 1 ' * W p Wc C pT3 1 ' 1 h p C pT0 p 1 hc ' p ' , T3* T0 , C p (1 1若取：e p1p1 '') C p (1 1p1)e 1 a hch p 则循环功：W循环功C pT0 ( 1) hc e(1)航空发动机知识循环功影响参数分析e 1 a hch p W循环功C pT0 ( 1) hc e 影响发动机循环功W的主要参数是压比p、温比, =1.02-1.04。

第一章1.内燃机动力性能和经济性能指标为什么要分为指示指标和有效指标两大类？表示动力性能的指标有哪些？它们的物理意义是什么？它们之间的关系是什么？表示经济性能的指标有哪些？它们的物理意义是什么？它们之间的关系是什么？答：指示指标是以工质对活塞所做的功为基础的，它不考虑动力输出过程中机械摩擦和附件消耗等外来因的影响，可以直接反映由燃烧到热工转换的工作循环进行的好坏：有效指标是以曲轴对外输出的功率为基础，代表了发动机整机的性能。

表示动力性能的指标：平均指示压力p mi是发动机单位气缸工作容积的指示功平均指示功率P i发动机单位时间所做的指示功，P i=p mi V s in30τ平均有效压力p me发动机单位气缸工作容积输出的有效功有效功率P e发动机指示功率减去机械损失功率对外输出的功率，P e=P i−P m有效扭矩发动机工作时，由功率输出轴输出的扭矩转速n和活塞平均速度C m：提高发动机转速，即增加单位时间内做工的次数，从而使发动机体积小、重量轻和功率增加。

转速增加活塞平均速度也增加，他们之间的关系：C m=Sn30表示经济性能的指标：指示热效率ηi是实际循环指示功与所消耗的燃料热量之比。

指示燃油消耗率b i单位指示功的耗油量，与指示热效率之间的关系：b i=3.6×106ηi×Hμ有效热效率ηe发动机有效功与所消耗燃料热量的比值有效燃油消耗率b e与P e的关系：b e=BP e ×106，与ηe的关系ηe=3.6×106b e×Hμ2.怎样求取发动机的指示功率、有效功率、平均指示压力和平均有效压力？指示功率P i=p mi V s in30τb i=BP i×106 P i=P e+P m有效功率P e=P i−P m P e=T tq n9550P e=p me V s in30τb e=BP e×106平均指示压力p mi=W iV s P i=p mi V s in30τ平均有效压力p me=30P eτV s in p me=0.1047T tqτiV s×30×10−33.机械效率的定义是什么？机械效率是有效功率和指示功率的比值，ηm=P eP i =p mep mi=1−P mP i=1−p mmp mi4.压缩比的定义是什么？压缩比等于气缸总容积与燃烧室容积的比值。

典型发动机原理简答题及参考答案第一章发动机的性能1、简述工质改变对发动机实际循环的影响。

答：①工质比热容变化的影响：比热容Cp、Cv加大，k值减小，也就是相同加热量下，温升值会相对降低，使得热效率也相对下降。

②高温热分解：这一效应使燃烧放热的总时间拉长，实质上是降低了循环的等容度而使热效率ηt有所下降。

③工质分子变化系数的影响：一般情况下μ＞1时，分子数增多，输出功率和热效率会上升，反之μ＜l时，会下降。

④可燃混合气过量空气系数的影响：当过量空气系数φa1时，ηt值将随φa上升而有增大。

2、S/D〔行程/缸径〕这一参数对内燃机的转速、结构、气缸散热量以及与整车配套的主要影响有哪些？答：活塞平均运动速度?m?sn30，假设S／D小于1，称为短行程发动机，旋转半径减小，曲柄连杆机构的旋转运动质量的惯性力减小；在保证活塞平均运动速度?m不变的情况下，发动机转速n增加，有利于与汽车底盘传动系统的匹配，发动机高度较小，有利于在汽车发动机仓的布置； S／D值较小，相对散热面积较大，散热损失增加，燃烧室扁平，不利于合理组织燃烧等。

反之假设S／D值较大，当保持?m不变时，发动机转速n将降低。

S／D较大，发动机高度将增加，相对散热面积减少，散热损失减少等。

3、内燃机的机械损失包括哪几局部？常用哪几种方法测量内燃机的机械损失？答：机械损失由活塞与活塞环的摩擦损失、轴承与气门机构的摩擦损失、驱动附属机构的功率消耗、流体节流和摩擦损失、驱动扫气泵及增压器的损失等组成。

测定方法有：①示功图法、②倒拖法、③灭缸法、④油耗线法等。

4、简述单缸柴油机机械损失测定方法优缺点。

答：测量单缸柴油机机械损失的方法有：示功图法，油耗线法，倒拖法等。

用示功图法测量机械损失一般在发动机转速不是很高，或是上止点位置得到精确校正时才能取得较满意的结果。

在条件较好的实验室里，这种方法可以提供最可信的测定结果。

油耗线法仅适用干柴油机。

此法简单方便，甚至还可以用于实际使用中的柴油机上。

发动机原理第三章发动机的换气过程发动机的排气过程和进气过程统称为换气过程。

换气过程的任务是将气缸内废气排除干净，并充入尽可能多的新鲜气量--在柴油机中是空气；在汽油机中是燃油与空气的混合气（可燃混合气），这是保证发动机动力性的重要条件。

燃料在气缸内完全燃烧需要一定量的空气，完全燃烧时汽油与空气的体积比约为1：10000，而柴油与空气的体积比还要更大一些。

由此可见，可燃混合气中燃料所占容积比例很小，所以充入气缸的混合气燃烧放热量的大小，主要取决于充入缸内的空气量多少。

每循环进入气缸的空气量多，既可多供给一些燃料，又可以提高燃料的完全燃烧程度。

提高发动机的扭矩和功率。

此外，换气过程有功率损失使热效率降低。

换气过程的好坏对发动机零件的热复合、排气冒烟、大气污染等也有一定影响。

为了不断提高发动机性能，必须深入研究换气过程的进行情况，分析影响充气量的各种因素，找出提高充气量和减少换气损失的方向与措施。

3.1 四行程发动机的换气过程一、换气过程四行程发动机配气机构均采用气门换气方案，其换气过程是排气门开启到进气门关闭的整个时期，约占曲轴转角380°～490°。

根据气体流动特点和进排气门运动规律，换气过程可分为自由排气、强制排气、惯性排气、准备进气、正常进气和惯性进气六个阶段，如图3-1所示。

图3-1 换气过程气缸压力、排气管压力、进排气门流通截面积的变化(a)气缸压力、排气管压力随曲轴转角θ的变化曲线(b)进排气门相对流通截面积随曲轴转角θ的变化曲线(c)四行程发动机进、排气门开闭时间1. 自由排气阶段从排气门在下止点前开启到活塞行至下止点这个时期称自由排气阶段。

该阶段曲轴转过的角度称为排气提前角，一般为40°～80°轴转角。

由于配气机构惯性力的限制，气门开启与关闭不能太快，需要一定时间，如果活塞到下止点时排气门才开始开启，在开启初期开度极小，废气不能通畅流出，气缸内压力下降缓慢，不能实现充分排气，而且在活塞向上止点回行时会形成较大的反压力，增加排气行程所消耗的功。

第一章发动机的性能1.简述发动机的实际工作循环过程。

1）进气过程：为了使发动机连续运转，必须不断吸入新鲜工质，即是进气过程。

此时进气门开启，排气门关闭，活塞由上止点向下止点移动。

2）压缩过程：此时进排气门关闭，活塞由下止点向上止点移动，缸内工质受到压缩、温度。

压力不断上升，工质受压缩的程度用压缩比表示。

3）燃烧过程：期间进排气门关闭，活塞在上止点前后。

作用是将燃料的化学能转化为热能，使工质的压力和温度升高，燃烧放热多，靠近上止点，热效率越高。

4)膨胀过程：此时，进排气门均关闭，高温高压的工质推动活塞，由上止点向下至点移动而膨胀做功，气体的压力、温度也随之迅速下降。

（5）排气过程：当膨胀过程接近终了时，排气门打开，废气开始靠自身压力自由排气，膨胀过程结束时，活塞由下止点返回上止点，将气缸内废气移除。

3.提高发动机实际工作循环热效率的基本途径是什么？可采取哪些基本措施？提高实际循环热效率的基本途径是：减小工质传热损失、燃烧损失、换气损失、不完全燃烧损失、工质流动损失、工质泄漏损失。

提高工质的绝热指数κ。

可采取的基本措施是：⑴减小燃烧室面积，缩短后燃期能减小传热损失。

⑵. 采用最佳的点火提前角和供油提前角能减小提前燃烧损失或后燃损失。

⑶采用多气门、最佳配气相位和最优的进排气系统能减小换气损失。

⑷加强燃烧室气流运动，改善混合气均匀性，优化混合气浓度能减少不完全燃烧损失。

⑸优化燃烧室结构减少缸内流动损失。

⑹采用合理的配缸间隙，提高各密封面的密封性减少工质泄漏损失。

4.什么是发动机的指示指标？主要有哪些？答：以工质对活塞所作之功为计算基准的指标称为指示性能指标。

它主要有：指示功和平均指示压力.指示功率.指示热效率和指示燃油消耗率。

5.什么是发动机的有效指标？主要有哪些？答:以曲轴输出功为计算基准的指标称为有效性能指标。

主要有：1）发动机动力性指标，包括有效功和有效功率.有效转矩.平均有效压力.转速n和活塞平均速度；2）发动机经济性指标，包括有效热效率.有效燃油消耗率；3）发动机强化指标，包括升功率PL.比质量me。