发动机原理第二章(第2次课)

第二章 发动机的换气过程一。

五个角度：1.进气提前角α：从进气门打开到上止点这段曲轴转角(0～40 oCA)。

目的：活塞下行时有足够大的开启面积，新鲜工质可以顺利流入气缸。

2.进气门迟闭角β：从下止点到进气门关闭(40～70 oCA) 。

目的：利用高速气流的惯性，在下止点后继续充气，以增加进气量。

3.排气提前角γ：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30º~80ºCA。

目的：①在活塞上行时排气门有足够大的开启面积；②减小活塞上行时的阻力。

4.排气迟闭角δ：从上止点到排气门完全关闭这段曲轴转角（10～350CA ） 目的：利用高速气流的惯性排除废气。

.5.叠开角：进、排气门同时开启时对应的曲轴转角，一般为20º～80º曲轴转角。

在增压发动机可达80º~160º的曲轴转角。

因其进气压力高。

目的：由于进气管、气缸、排气管互相连通，可以利用气流的压差、惯性或进、排气管压力波的帮助，清除残余废气，增加进气量，降低高温零件的温度，但注意不应产生废气倒流现象。

二，换气过程：⑴自由排气阶段：排气门开启到气缸压力接近了排气管压力的这一时期 ⑵超临界状态： 排气门开启时，气缸内废气压力较高（0.2~0.5Mpa ）， 通过排气门口废气的流速等于该状态下的音速（m/s ）在超临界排气时期①废气流量与排气管内压力pr 无关，只与气缸内的气体状态及气门开启截面积有关②因排气流速甚高，在排气过程中伴有刺耳的噪声，所以排气系统必须装有消声器。

⑶亚临界状态：当时，排气流动转入亚临界状态，废气流速降低，产生的噪音较小。

特征：排出的废气量决定于气缸内及排气管内的压力差。

压力差越大排出废气越多。

当到某一时刻 ，自由排气阶段结束（一般下止点后10º~30º曲轴转角）。

此阶段虽然历程很短，但因排气流速甚高，排出废气量达60%以上。

⑷高速发动机：高速发动机其排气提前角要大一些：在自由排气阶段中，排出的废气量与发动机转速无关。

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。

发动机进气造成燃烧过程所进的水遇热蒸发并随排气排出，由于存在缺口造成三漏（水、油、气），油压不足，可燃混合气有水分造成发动机启动困难或无法启动。

故障原因是气缸体、气缸盖有裂纹，气缸体、气缸盖水道腐蚀，气缸体、气缸盖变形，气缸垫损坏。

【理论知识】：任务2.1 机体组的构造与检修2.1.1机体组的构造机体组是构成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统安装的基础，是安装发动机的所有主要零件和附件，承受来自各方面的载荷，并保证发动机各运动部件之间的准确位置关系。

所以机体组的故障会给发动机运行带来非常严重的问题。

本项目主要讨论发动机机体组的构造、常见故障及维修方法。

机体组主要由气缸体、曲轴箱、气缸盖、气缸垫等组成，如图2.1所示。

1.气缸体（1）气缸体作为发动机的基础部件，能承受的恶劣工作条件必须满足以下要求：①具有足够的刚度。

②具有良好的冷却性能。

③具有足够的耐磨性。

气缸体材料多是由灰铸铁或铝合金铸造而成，在气缸体内部由许多加强筋、冷却水套和润滑油道组成。

（2）气缸体分类气缸体根据与油底壳安装平面位置不同分成一般式、龙门式、隧道式三种，其中一般式构造简单、加工方便，用于中小型发动机，龙门式刚度和强度较好，但加工工艺性较差，用于大中型发动机，隧道式仅用于少数机械负荷大的发动机，如图2.2所示。

（3）气缸冷却为了使气缸内表面在高温下能正常工作，必须对气缸和气缸盖进行冷却，冷却方式有风冷和水冷，现在发动机采用的一般都是水冷式。

水冷发动机的气缸周围和气缸盖都加工有可相通的冷却水套，冷却水可以在水套中不断循环带走热量。

按气缸排列方式常分为单列、V型、对置、VR、W五种，如图2.3所示。

单列直列式（L），一般缸数不大于6的可采取这种形式。

V型气缸排成两列，中心线夹角小于180°，缩短了机体的长度和高度，增加了宽度，减轻了质量，形状复杂，一般6~12缸会采用，大众又推出W型发动机，气缸分四列错开布置，构造紧凑、复杂，成本高，应用较少。

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。

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。