01第一章 发动机的性能

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;强化系数PmeCm.6.总结提高发动机动力性能和经济性能的基本途径;①增大气缸直径,增加气缸数②增压技术③合理组织燃烧过程④提高充量系数⑤提高转速⑥提高机械效率⑦用二冲程提高升功率;7.什么是发动机的平均有效压力、油耗率、有效热效率各有什么意义平均有效压力是指发动机单位气缸工作容积所作的有效功;平均有效压力是从最终发动机实际输出转矩的角度来评定气缸工作容积的利用率,是衡量发动机动力性能方面的一个很重要的指标;有效燃油消耗率是单位有效功的耗油量,通常以每千瓦小时有效功消耗的燃料量来表示; 有效热效率是实际循环有效功与所消耗的燃料热量之比值; 有效热效率和有效燃油消耗率是衡量发动机经济性的重要指标;8.发动机的机械损失主要包括哪些摩擦损失,驱动各种附件损失,带动机械增压器损失,泵气损失9.什么是机械效率受哪些因素影响有何意义机械效率是有效功率与指示功率的比值;影响因素：①转速和活塞平均速度②负荷③润滑油温度和冷却水温度,意义：比较机械损失所占比例的大小;10.如何测定机械效率适用于汽油机的是哪种方法为什么通过发动机试验测定,常用方法有示功图法、倒拖法、灭缸法、油耗线法;倒拖法适用于汽油机;11.简述汽油机和柴油机工作循环的区别汽油机和柴油机的工作循环同样有进气,压缩,燃烧工作,排气四个过程;它们的不同的点；1汽油机在进气道,进入汽缸内的气体是有一定比例的汽油和空气称做可燃混合气；柴油机在进气道,进入汽缸内的气体是纯净的空气;2在压缩的过程;汽油机与柴油机是没有区别的,只是被压缩的气体,成分不同;3燃烧过程,汽油机与柴油机的区别较大;汽油本身物质燃点较低,经压缩后给一个高压的电火花就将其点燃了,而且燃烧的速度比柴油快；柴油本身物质密度较大,要在高温和高压的条件下才能自行燃烧,经压缩后的纯净空气正好满足了这个条件,这时即刻向汽缸喷入高压油使其燃烧;柴油的热值比汽油高产生的动力比汽油机大;4排气过程基本是一样的;废弃物都是二氧化碳和水,但是由于汽油的燃烧速度太快需要加入抗爆剂,因此排放不如柴油机清洁13.为什么柴油机的热效率要显著高于汽油机1.柴油机的压缩比高,作功时膨胀得更厉害;2.柴油机油气混合时空燃比远大于1,是富氧燃烧,燃料可以充分燃烧;汽油机燃烧的空燃比在1左右,因为没有足够的氧气,汽油不能完全燃烧;14.柴油机工作循环为什么不采用等容加热循环定容加热理想循环又称奥托循环,基于这种循环而制造的煤气机和汽油机是最早的活塞式内燃机;由于煤气机、汽油机和柴油机燃料性质不同,机器的构造也不同,其燃烧过程接近于定容过程,不再有边燃烧边膨胀接近于定压的过程,故而在热力学分析中,奥托循环可以看作不存在定压加热过程的混合加热理想循环;定容加热循环被压缩的是燃料和空气的混合物,要受混合气体自燃温度的限制,存在“爆燃”的问题,效率不会太高;定压加热循环压缩的仅仅是空气,不存在“爆燃”的问题,效率高,所以柴油机采用的是后者而不是前者第二章发动机的换气过程1.为什么发动机进气门迟后关闭、排气门提前开启;提前与迟后的角度与哪些因素有关答：1进气门迟后关闭是为了充分利用高速气流的动能,实现在下止点后继续充气,增加进气量;排气门提前开启是由于配气机构惯性力的限制,若是活塞在下至点时才打开排气门,则在气门开启的初期,开度极小,废气不能通畅流出,缸内压力来不及下降,在活塞向上回行时形成较大的反压力,增加排气行程所消耗的功2提前与迟后的角度与哪些因素有关配气相位的合理选择要从哪几个方面衡量：①充气效率的变化是否符合动力性要求;②换气损失尽可能的小;③能否保证必要的燃烧室扫气作用;④排放指标好;2. 四冲程发动机换气过程包括哪几个阶段,这几个阶段时如何界定的答：1自由排气阶段：从排气门打开到气缸压力接近于排气管内压力的这个时期;强制排气阶段：废气是由活塞上行强制推出的这个时期; 进气过程：进气门开启到关闭这段时期;气门重叠和燃烧室扫气：由于排气门迟后关闭和进气门提前开启,所以进.排气门同时打开这段时期;3 影响充量系数的主要因素有哪些答：1.进气门关闭时缸内的压力; 2.进气门关闭时缸内气体温度; 3.残余废气量; 4.进排气相位角; 5.发动机压缩比; 6.进气状态;第三章发动机废气涡轮增压3为什么增压后需要采用进气中冷技术答：对增压器出口空气进行冷却,一方面可以进一步提高发动机进气管内空气密度,提高发动机的功率输出,另一方面可以降低发动机压缩始点的温度和整个循环的平均温度,从而降低发动机的排气温度、热负荷和NOx的排放;5 车用发动机采用增压时应注意哪些问题答：1适当降低压缩比,加大过量空气系数;2对供油系统进行结构改造,增加每循环供油率;3合理改进配齐相位;4进排气系统设计要与增压系统的要求一致;5对增压器出口空气进行冷却;7 汽油机增压的技术难点有哪些限制汽油机增压的主要技术障碍时：爆燃、混合气的控制、热负荷和增压器的特殊要求等; 第四章燃料与燃烧化学1 我国的汽油和轻柴油时分别根据哪个指标来确定牌号的答：汽油根据辛烷值来确定牌号；轻柴油按凝点来确定牌号;2 蒸发性不好和太好的汽油,在使用中各有什么缺点和可能产生的问题答：蒸发性过强的汽油在炎热夏季以及大气压力较低的高原和高山地区使用时,容易使发动机的供油系统产生“气阻”,甚至发生供油中断;另外,在储存和运输过程中的蒸发损失也会增加；蒸发性若的汽油,难以形成良好的混合气,这样不仅会造成发动机启动困难,加速缓慢,而且未气化的悬浮油粒还会使发动机工作不稳定,油耗上升;如果未燃尽的油粒附着在气缸壁上,还会破坏润滑油膜,甚至窜入曲轴箱稀释润滑油,从而使发动机润滑遭破坏,造成机件磨损增大;3 试述汽油辛烷值和柴油十六烷值的意义;答：辛烷值用来表示汽油的抗爆性,抗爆性时指汽油在发动机气缸内燃烧时抵抗爆燃的能力;辛烷值是代表点燃式发动机燃料抗爆性的一个约定数值;在规定条件下的标准发动机试验中通过和标准燃料进行比较来测定;采用和被测定燃料具有相同的抗爆性的标准燃料中异辛烷的体积百分比来表示;柴油十六烷值时用来评定柴油的自燃性;将十六烷值规定为100的正十六烷和规定十六烷值为0的α-甲基萘按不同比列混合得出不同十六烷值的标准燃料,其十六烷值为该混合气中正十六烷的体积百分比;如果某种柴油与某标准燃料的自燃性相同,则该标准燃料的十六烷值即为该柴油的十六烷值;4什么是过量空气系数它与混合气浓度有什么关系答：发动机工作过程中,燃烧1kg燃油实际共给的空气量与理论空气量之比,称为过量空气系数;过量空气系数大于1称为稀混合气,等于1称为标准混合气,小于1称为浓混合气;8 发动机采用代用燃料的意义是什么答：减缓石油消耗速度,改善发动机的动力性和燃油经济性,降低有害物质排放;第五章柴油机混合气的形成与燃烧1.以柱塞式喷油泵为例简述柴油机燃料喷射过程柱塞式喷油泵一般由柴油机曲轴的定时齿轮驱动,固定在喷油泵体上的活塞式输油泵由喷油泵的凸轮轴驱动,当柴油机工作时,输油泵从油箱洗出柴油,经油水分离器除去柴油中的水分,再经燃油滤清器,滤清柴油中的杂质,然后送入喷油泵,在喷油泵内,柴油经过增压和计量之后,经高压油管供入喷油器,最后通过喷油器将柴油喷入燃烧室;喷油泵前端装有喷油提前角调节器,后端与调速器组成一体,输油泵供给的多余柴油及喷油器顶部的回油均流回油管返回油箱3 什么时供油提前角和喷油提前角解释两者的关系以及对柴油机性能的影响;答：供油系统的理论供油始点到上止点为止,曲轴转过的角度叫供油提前角;喷油器的针阀开始升起也就是喷油始点到上止点间曲轴转过的角度叫喷油提前角;供油提前角的大小决定了喷油提前角,供油提前角越大,喷油提前角约到;但两者并不同步增大,两者之差称为喷油延迟角;影响：发动机转速越高,高压油管越长,喷油延迟角越大,它越大,在着火期间喷入的油越多,低压油喷入气缸的量增多,燃油雾化变差,燃烧不充分,易产生积碳堵塞喷油孔的现象,降低柴油机的性能;5 柴油机有哪些异常喷射现象和他们可能出现的工况简述二次喷射产生的原因和危害及消除方法;答：柴油机有二次喷射、断续喷射、不规则喷射、隔次喷射和滴油这几种异常喷射现象;二次喷射易发生在高速、大负荷工况下；断续喷射常发生于某一瞬间喷油泵的供油量小于喷油器喷出的油量和填充针阀上升空出空间的油量之和;不规则喷射和隔次喷射易发生在柴油机怠速工况下;二次喷射是在压力波动影响下针阀落座后再次升起造成的;由于二次喷射是在燃油压力较低的情况下喷射的,导致这部分燃油雾化不良,燃烧不完全,碳烟增多,并易引起喷孔积炭堵塞;此外,二次喷射还使整个喷射持续时间拉长,则燃烧过程不能及时进行,造成经济性下降,零部件过热等不良后果; 为避免出现不正常喷射现象,应尽可能地缩短高压油管的长度,减小高压容积,以降低压力波动,减小其影响;并合理选择喷射系统的参数;7.试述柴油机燃烧过程,说明压力升高率的大小对柴油机性能的影响柴油机燃烧过程：着火延迟期、速燃期、缓燃期和补燃期影响：过大的压力升高率会使柴油机工作粗暴,噪声明显增加,运动零部件受到过大冲击载荷,寿命缩短；过急的压力升高会导致温度明显升高,使氮氧化物生成量明显增加8.燃烧放热规律三要素是什么什么是柴油机合理的燃烧放热规律答：一般将燃烧放热始点相位、放热持续期和放热率曲线的形状称为放热规律三要素; 合理的放热规律是：燃烧要先缓后急;在初期的燃烧放热要缓慢以降低NOx的排放,在中期要保持快速燃烧放热以提高动力性和经济性能,在后期要尽可能缩短燃烧以便降低烟度和颗粒的排放;9.简述柴油机的混合气形成的特点和方式柴油机在进气过程中进入燃烧室的是纯空气,在压缩过程接近终了时才被喷入,经一定准备后既自行着火燃烧;由于柴油机的混合气形成的时间比汽油机短促得多,而且柴油的蒸发性和流动性都较汽油差,使得柴油难以在燃烧前彻底雾化蒸发并与空气均匀混合,因而柴油机可燃混合气的品质较汽油机差;因此柴油机不得不采用较大的过量空气系数,使喷入燃烧室内的柴油能够燃烧得比较完全柴油机混合气形成方式从原理上来分,有空间雾化混合和油膜蒸发混合两种10.简述直喷式燃烧室柴油机的性能特点,并与分隔式燃烧室柴油机进行比对;直喷式燃烧室柴油机的性能特点：1燃烧迅速,所以经济性好,燃油消耗率低,但工作粗暴,压升率高,燃烧噪声大2燃烧室结构简单,表面积与体积的比小,散热损失小,没有主副燃烧室的流动损失,冷启动性能好,经济性好3对喷射系统要求较高4NOx排放量较分隔式燃烧室高特别在高负荷区；微粒排放量较低5对转速变化较为敏感分隔式燃烧室柴油机的性能特点：1主要靠强烈的空气运动来保证较好的混合气质量,空气利用率较高α=1.22随转速的提高,空气运动强度增大,高速下性能较好3对喷射系统要求较低4结构复杂,表面积与体积的比大,散热损失和流动损失大,比直喷式燃烧室柴油机效率低,经济性差5由于散热损失大使起动性能变差6先在副燃烧室着火,主燃烧室压力上升缓慢,工作平稳,燃烧噪声小,但对经济性不利7对燃油不太敏感,有较强的适应性8除低负荷下的碳烟排放量大外,其余由于直喷式11柴油机燃烧过程优化的基本原则是什么答：1油-气-燃烧室的最佳配合;2控制着火落后其内混合气生成量;3合理组织燃烧室内的涡流和湍流运动;4紧凑的燃烧室形状;5加强燃烧期间和燃烧后期的扰流;6优化运转参数;12 什么是柴油机合理的喷油规律答：喷射开始时段的喷油率不能太高,以便控制着火落后期内形成的可燃混合气量,降低初期放热率,防止工作粗暴;在燃烧开始后,应有较高的喷油率以期缩短喷油持续期,加快燃烧速率,同时尽可能减少喷油系统中的燃油压力波动,以防止不正常喷射现象;第六章汽油机混合气的形成与燃烧1.说明汽油机燃烧过程各阶段的主要特点,以及对它们的要求燃烧过程：1着火落后期：它对每一循环都可能有变动,有时最大值是最小值的数倍;要求：为了提高效率,希望尽量缩短着火落后期,为了发动机稳定运行,希望着火落后期保持稳定2明显燃烧期：压力升高很快,压力升高率在0.2-0.4MPa/°;希望压力升高率合适3后燃期：湍流火焰前锋后面没有完全燃烧掉的燃料,以及附在气缸壁面上的混合气层继续燃烧;希望后燃期尽可能的短;2.爆燃燃烧产生的原因是什么它会带来什么不良后果答：燃烧室边缘区域混合气也就是末端混合气燃烧前化学反应过于迅速,以至在火焰锋面到达之前即以低温多阶段方式开始自然,引发爆燃; 爆燃会给柴油机带来很多危害,发生爆燃时,最高燃烧压力和压力升高率都急剧增大,因而相关零部件所受应力大幅增加,机械负荷增大；爆燃时压力冲击波冲击缸壁破坏了油膜层,导致活塞、气缸、活塞环磨损加剧,爆燃时剧烈无序的放热还使气缸内温度明显升高,热负荷及散热损失增加,这种不正常燃烧还使动力性和经济性恶化;3.爆燃和早燃有什么区别答：早然是指在火花塞点火之前,炽热表面点燃混合气的现象;爆燃是指末端混合气在火焰锋面到达之前即以低温多阶段方式开始自然的现象;早燃会诱发爆燃,爆燃又会让更多的炽热表面温度升高,促使更加剧烈的表面点火;两者相互促进,危害更大;另外,与爆燃不同的时,表面点火即早燃一般是在正常火焰烧到之前由炽热物点燃混合气所致,没有压力冲击波,敲缸声比较沉闷,主要是由活塞、连杆、曲轴等运动件受到冲击负荷产生震动而造成;4.爆燃的机理是什么如何避免发动机出现爆燃答：爆燃着火方式类似于柴油机,同时在较大面积上多点着火,所以放热速率极快,局部区域的温度压力急剧增加,这种类似阶越的压力变化,形成燃烧室内往复传播的激波,猛烈撞击燃烧室壁面,使壁面产生振动,发出高频振音即敲缸声; 避免方法：适当提高燃料的辛烷值；适当降低压缩比,控制末端混合气的压力和温度；调整燃烧室形状,缩短火焰前锋传播到末端混合气的时间,如提高火焰传播速度、缩短火焰传播距离;5.何谓汽油机表面点火防止表面点火有什么主要措施答：在汽油机中,凡是不靠电火花点火而由燃烧室内炽热表面点燃混合气的现象,统称为表面点火;防止措施：1适当降低压缩比;2选用沸点低的汽油和成焦性小的润滑油;3要避免长时间的低负荷运行和汽车频繁加减速行驶;4应用磷化合物为燃油添加剂使沉积物中的铅化物成为磷酸铅从而使碳的着火温度提高到560℃且氧化缓慢,放出热量少,从而减少表面点火的产生;6.何谓汽油机燃烧循环变动燃烧循环变动对汽油机性能有何影响如何减少燃烧循环变动答：燃烧循环变动是点燃式发动机燃烧过程的一大特征,是指发动机以某一工况稳定运转时,这一循环和下一循环燃烧过程的进行情况不断变化,具体表现在压力曲线、火焰传播情况及发动机功率输出均不相同; 影响：由于存在燃烧循环变动,对于每一循环,点火提前角和空燃比等参数都不可能调整到最佳,因而使发动机油耗上升、功率下降,性能指标得不到充分优化;随着循环变动加剧,燃烧不正常甚至失火的循环次数逐渐增多,碳氢化合物等不完全燃烧产物增多,动力性、经济性下降;同时,由于燃烧过程不稳定,也使振动和噪声增大,零部件寿命下降,当采用稀薄燃烧时,这种循环变动情况加剧; 减少措施：1尽可能使фa=0.8～1.0,此时的循环变动最小;2适当提高气流运动速度和湍流程度可改善混合气的均匀性,进而改善循环变动;3改善排气过程,降低残余废气系数γ;4避免发动机工作在低负荷、低转速工况下;5多点点火有利于减少循环变动;6提高点火能量,优化放电方式,采用大的火花塞间隙;7 提高汽油机压缩比对提高性能有何意义如何保证在汽油机上使用较高的压缩比提高压缩比可以提高汽油机的功率和经济性,特别是对经济性有显著的作用;但压缩比过高,会导致汽油机爆燃,所以应该合理的设计燃烧室,缩短火焰传播行程,合理选用火花塞位置;适当利用湍流,降低终燃混合气温度等11 在汽油机上燃烧均质稀混合气有什么优点它所面临的主要困难时什么目前解决的途径有哪些答：优点：混合气均匀,燃烧较完全;对燃油共给及喷射系统没特别高的要求; 困难：1为防止爆燃采用较低压缩比导致热效率较低;2浓混合气的比热容比低导致热效率低;3只能用进气管节流方式对混合气量进行调节即所谓量调节使得泵气损失较大;4在化学剂量比附近燃烧,导致有害排放特别是NOx排放较高;5用三元催化转换器的汽油机,它的过量空气系数фa 必须控制在1左右,从而限制其性能进一步提高;解决途径：采用稀薄燃烧汽油机;一类是非直喷式稀燃汽油机,包括均质稀燃和分层稀燃式汽油机,另一类是缸内直喷式稀燃汽油机;12.分析过量空气系数和点或提前交对燃烧过程的影响答：当a=0.8-0.9时,由于燃烧温度最高,火焰传播速度最大,Pe达最大值,但爆燃倾向增大;当a=1.03-1.1时,由于燃烧完全,有效燃油消耗率最低,使用a<1的浓混合气工作,由于必然会产生不完全燃烧,所以CO排放量明显上升,当a<0.8或a>1.2时,火焰速度缓慢,部分燃料可能来不及完全燃烧,因而经济性差,HC排放量增多且工作不稳定; 点火过迟,则燃烧延长到膨胀过程,燃烧最高压力和温度下降,传热损失增多,排气温度升高,热效率降低,但爆燃倾向减小,NOx升高,功率、排放量降低;点火提前角对汽油机的经济性影响较大;据统计,如果点火提前角偏离最佳位置5°曲轴转角热效率下降1%；偏离转角10°曲轴转角,热效率下降5%；偏离20°曲轴转角,热效率下降16%;13 何谓稀燃、层燃系统稀燃、层燃对汽油机有何益处答：稀燃系统就是均质预混合气燃烧,通过采用改进燃烧室、高湍流、高能点火等技术使汽油机的稳定燃烧界限超过α=17的系统；分层燃烧系统就是在α更大的情况下,均质混合气难以点燃,为了提高稀燃界限,通过不同的气流运动和供油方法,在火花塞附近形成具有良好着火条件的较浓的可燃混合气,而周边是较稀混合气和空气,分层燃烧低汽油机可稳定工作在α=20～25范围内; 好处：使燃油消耗率降低,且提高排放性能;14 电控汽油喷射系统与化油器相比有何优点答：1可以对混合气空燃比进行精确控制,使发动机在任何公开下都处于最佳工作状态,特别。

第一章发动机的性能一.主要内容1.理论循环的定义，理论循环的评定参数。

2.发动机实际循环的定义。

3.示功图的概念。

4.指示指标与有效指标。

5.机械效率的定义，机械损失的测定，影响发动机机械损失的因素。

6.热平衡的基本概念。

二.重点1.对发动机理论循环与实际循环的分析2.发动机的指示指标与有效指标3.发动机的机械损失组成、影响因素三.难点1.理论循环的比较2.循环热效率及其影响因素3.有效指标的分析与提高发动机动力性和经济性的4.汽车发动机机械效率的测定方法5.热平衡（实际循环热平衡、发动机热平衡）1.理论循环的定义，理论循环的评定参数。

答：理论循环定义：发动机的理论循环是将非常复杂的实际工作过程加以抽象简化，忽略一些因素，所得出的简化循环。

理论循环评定参数：循环热效率ηt:指热力循环所获得的理论功W t与为获得理论功所加入的总的热量Q1之比,即ηt=W t/Q1=1-Q2/Q1循环热效率是用来评价动力机械设备在能量转换过程中所遵循的理论循环的经济性。

循环平均压力P t：指单位气缸工作容积所做的循环功，即P t=W t/V s=ηt·Q1/ V s循环平均压力是用来评价循环的做功能力。

1.发动机实际循环的定义。

答：发动机实际循环的定义：发动机的实际循环是由进气行程、压缩行程、做功行程以及排气行程4个行程5个过程组成的工作循环。

发动机的热平衡:是指发动机实际工作过程中所加入气缸内的燃料完成燃烧时所能放出的热量的具体分配情况。

发动机理论循环的定义发动机的机械损失组成、影响因素————刘忠俊答：发动机的机械损失组成包括：①发动机内部相对运动件的摩擦损失；②驱动附件的损失；③换气过程中的泵气损失。

影响因素：⑴气缸内最高燃烧压力（凡是导致最高燃烧压力上升的因素都将加大摩擦损失，导致机械损失加大）；⑵转速——转速N上升，机械损失功率增加，机械效率下降；⑶负荷——随负荷减少，机械效率ηm下降，直到空转时，有效功率Pe=0；⑷润滑条件和冷却水温度；⑸发动机技术状况。