現(xiàn)代汽車發(fā)動機原理第1-2-3-4-6章習題 參考答案

現(xiàn)代汽車發(fā)動機原理PAGE42PAGE36第一章習題參考答案一、名詞解釋1.理論循環(huán)：將發(fā)動機的實際循環(huán)進行若干簡化，使其既近似于所討論的實際循環(huán)，而又簡化了實際循環(huán)變化紛繁的物理、化學過程，從而提出一種便于作定量分析的假想循環(huán)。2.示功圖：記錄相對于不同活塞位置或不同曲軸轉(zhuǎn)角時氣缸內(nèi)工質(zhì)壓力的變化，有示功圖或示功圖兩種。示功圖是研究實際循環(huán)的依據(jù)，一般是由專門示功器在發(fā)動機運轉(zhuǎn)條件下直接測出。3.指示指標：指示指標是以工質(zhì)對活塞做功為基礎(chǔ)的性能指標，主要是衡量發(fā)動機工作過程的好壞。4.有效指標：有效指標是以發(fā)動機輸出軸上所得到的功率為基礎(chǔ)的性能指標。主要是考慮到發(fā)動機自身所消耗的機械能，用來綜合評價發(fā)動機整機性能的。5.指示熱效率：是實際循環(huán)指示功與所消耗的燃料熱量之比值。6.有效熱效率：是實際循環(huán)有效功與所消耗的燃料熱量之比值。7.升功率：在標定工況下，發(fā)動機單位氣缸工作容積所發(fā)出的有效功率。8.比質(zhì)量：發(fā)動機的凈質(zhì)量與它所發(fā)出的額定功率之比。9.發(fā)動機強化系數(shù)：發(fā)動機平均有效壓力與活塞平均速度的乘積稱為強化系數(shù)，是評價發(fā)動機強化程度的指標。10.機械效率：機械效率是有效功率與指示功率的比值。是為了比較各種不同的發(fā)動機機械損失所占比例的大小，引入機械效率的概念。11.發(fā)動機熱平衡：發(fā)動機的熱平衡，就是給出燃料的總發(fā)熱量轉(zhuǎn)換為有效功和其他各項熱損失的分配比例。從這些熱量分配中，可以了解到熱損失的情況，以作為判斷發(fā)動機零件的熱負荷和設(shè)計冷卻系統(tǒng)的依據(jù)，并為改善發(fā)動機的性能指標指明了方向。二、填空題1．示功2.提高率3.工質(zhì)的影響換氣損失傳熱損失時間損失燃燒損失（渦流和節(jié)流損失、泄漏損失）4.實際5.發(fā)動機輸出軸上所得到的6.實際循環(huán)指示7.實際循環(huán)有效8．9．平均有效壓力活塞平均速度10．下降11.可靠潤滑12.有效功其他各項熱損失三、思考題1．什么是發(fā)動機的理論循環(huán)？什么是發(fā)動機的實際循環(huán)？答題要點發(fā)動機的理論循環(huán)是將發(fā)動機的實際循環(huán)進行若干簡化，使其既近似于所討論的實際循環(huán)，而又簡化了實際循環(huán)變化紛繁的物理、化學過程，從而提出一種便于作定量分析的假想循環(huán)。發(fā)動機的實際循環(huán)是由進氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣五個過程所組成，較之理論循環(huán)復雜得多，存在必不可免的許多損失，它不可能達到理論循環(huán)那樣高的循環(huán)效率。2．畫出四沖程發(fā)動機實際循環(huán)的示功圖，說明它與理論循環(huán)示功圖有什么不同？答題要點由于工質(zhì)的影響、換氣損失、傳熱損失、時間損失、燃燒損失、渦流和節(jié)流損失、泄漏損失等的存在，實際循環(huán)的示功圖與理論循環(huán)示功圖有很大的不同，如圖所示為一臺非增壓四沖程柴油機理論循環(huán)與實際循環(huán)示功圖。其中實線表示實際循環(huán)示功圖，而加了黑點的實線表示與之相對應（具有同樣的熱量輸入）的理論循環(huán)示功圖。3．分析影響發(fā)動機實際循環(huán)熱損失的主要因素。答題要點⑴工質(zhì)的影響理論循環(huán)的工質(zhì)是理想氣體，在實際循環(huán)中，燃燒前的工質(zhì)是新鮮空氣和上一循環(huán)殘留廢氣的混合氣；燃燒過程中以及燃燒后，工質(zhì)的成分變?yōu)槿紵a(chǎn)物，不僅成分有變化，而且容積數(shù)量即物質(zhì)的量也發(fā)生變化；在1300°K以上燃燒產(chǎn)物有發(fā)生高溫分解的現(xiàn)象，會降低最高燃燒溫度，使循環(huán)熱效率下降。理論循環(huán)工質(zhì)的比熱是不隨溫度變化而變化的。實際循環(huán)工質(zhì)是空氣和燃燒產(chǎn)物的混合物，它們的比熱隨溫度升高而上升，若加熱量相同，則實際循環(huán)達到的最高溫度較理論循環(huán)為低，其結(jié)果導致循環(huán)熱效率的降低，循環(huán)所做的功減少。反應在示功圖上為實際循環(huán)的燃燒膨脹線低于理論循環(huán)的燃燒膨脹線。⑵換氣損失在實際循環(huán)的換氣過程中，排氣門要提前開啟，廢氣在下止點前便開始逸出，使示功圖的有用功面積減小。在接著進行的排氣和吸氣過程中，由于流動阻力會產(chǎn)生進、排氣推動功的差別。排氣門提前開啟造成的損失與進、排氣推動功之差，這兩部分損失之和就是實際循環(huán)的換氣損失。⑶氣缸壁的傳熱損失理論循環(huán)假定氣缸壁和工質(zhì)之間無熱交換。但在實際循環(huán)中，氣缸壁和工質(zhì)之間自始至終存在著熱量交換。在壓縮過程初期，氣缸壁溫度高于工質(zhì)溫度，工質(zhì)吸熱；在壓縮過程后期，工質(zhì)的溫度超過缸壁溫度，工質(zhì)向缸壁散熱。其平均多變壓縮指數(shù)偏低，存在熱量損失，使壓縮過程的壓力線低于理論循環(huán)的壓縮線。此外，由于進氣終了壓力低于大氣壓力，因此，整個實際壓縮線處于理論壓縮線的下方（圖1.4)。在隨后的燃燒、膨脹和排氣過程中，工質(zhì)繼續(xù)不斷地向缸壁傳出熱量，使實際循環(huán)的膨脹過程線低于理論循環(huán)的膨脹線，在示功圖上減少的有用功面積大于理論壓縮線底下增加的面積，其差值即為實際循環(huán)的傳熱損失。⑷時間損失理論循環(huán)中，認為活塞是以無限緩慢的速度運動，以保持氣缸內(nèi)的工質(zhì)始終處于平衡狀態(tài)，并且認為由熱源向工質(zhì)進行等容加熱的速度極快，可以在瞬間完成；在等壓加熱時，加熱的速度能與活塞運動的速度相匹配，以實現(xiàn)等壓加熱過程。這一切在實際循環(huán)中都無法做到，實際循環(huán)中柴油機的活塞運動具有相當?shù)乃俣龋剂系娜紵艧嵝枰欢ǖ臅r間。這樣就使：①壓縮消耗功增加。這是因為燃燒速度是有限的，因此柴油機燃料開始噴入氣缸需要有供油提前角，使著火能在活塞到達上止點以前開始，并使整個燃燒過程能在活塞過了上止點后不久即完全結(jié)束，以保證燃料輸入的熱量得以在充分的膨脹中加以有效利用，減少后燃損失。②最高燃燒壓力的下降。由于實際循環(huán)存在傳熱損失，以及燃料迅速燃燒放熱的過程中活塞繼續(xù)運動離開上止點，使氣缸的容積逐漸增大，從而使實際循環(huán)中的壓力增長小于理論循環(huán)的壓力增長。③初期膨脹比減小。在理論循環(huán)中，全部熱量是在點以前輸入的，但在實際循環(huán)中，由于傳熱損失、不完全燃燒和活塞運動，使初期膨脹比減小。所有這一切，都使燃燒過程偏離了理論循環(huán)的等容和等壓加熱過程，增加了壓縮過程消耗的功，減少了膨脹過程的有用功，示功圖上出現(xiàn)了如圖1.4上止點附近用小三角形區(qū)表示的所謂時間損失。⑸燃燒損失包括后燃和不完全燃燒所引起的損失。在理論循環(huán)中，全部熱量是在點(圖1.4)以前輸入完畢，然后轉(zhuǎn)入絕熱膨脹過程。但在實際循環(huán)中，當燃燒過程接近點時，由于氧氣濃度降低，引起燃燒速度降低。因此，燃燒過程一直要延續(xù)到膨脹線的點才告結(jié)束,這就是所謂的后燃現(xiàn)象。后燃期間熱功轉(zhuǎn)換的效率由于膨脹比小而大大下降，這就造成后燃損失。由于空氣不足或混合氣形成不良會引起燃燒不完全，使部分燃料的熱值得不到充分利用，這亦促使膨脹線位置下移，產(chǎn)生不完全燃燒損失。⑹渦流和節(jié)流損失活塞的高速運動使工質(zhì)在氣缸內(nèi)產(chǎn)生渦流，造成壓力損失。此外，對于分隔式燃燒室，工質(zhì)在主、副燃燒室中流進、噴出將會引起強烈的節(jié)流損失。⑺泄漏損失氣門處的泄漏可以防止，但活塞環(huán)處的泄漏卻無法避免。不過在良好的磨合狀態(tài)下泄漏量不多，約占工質(zhì)的0.2％左右。4．什么是發(fā)動機的指示指標？主要有哪些？答題要點指示指標是以工質(zhì)對活塞做功為基礎(chǔ)的性能指標，主要是衡量發(fā)動機工作過程的好壞。指示指標主要有：指示功和平均指示壓力、指示功率、指示熱效率和指示燃油消耗率等。5．什么是發(fā)動機的有效指標？主要有哪些？答題要點有效指標是以發(fā)動機輸出軸上所得到的功率為基礎(chǔ)的性能指標。主要是考慮到發(fā)動機自身所消耗的機械能，用來綜合評價發(fā)動機整機性能的。有效指標主要有：有效功率、有效轉(zhuǎn)矩、平均有效壓力、有效熱效率和有效燃油消耗率等。6.什么是發(fā)動機的平均有效壓力、有效燃油消耗率、有效熱效率?它們各有什么意義?答題要點平均有效壓力是指發(fā)動機單位氣缸工作容積所作的有效功。平均有效壓力是從最終發(fā)動機實際輸出轉(zhuǎn)矩的角度來評定氣缸工作容積的利用率，是衡量發(fā)動機動力性能方面的一個很重要的指標。有效燃油消耗率是單位有效功的耗油量，通常以每千瓦小時有效功消耗的燃料量來表示。有效熱效率是實際循環(huán)有效功與所消耗的燃料熱量之比值。有效熱效率和有效燃油消耗率是衡量發(fā)動機經(jīng)濟性的重要指標。7.什么是機械效率?分析影響機械效率的因素。答題要點機械效率是有效功率與指示功率的比值。是為了比較各種不同的發(fā)動機機械損失所占比例的大小，引入機械效率的概念。影響機械效率的因素有很多，除轉(zhuǎn)速、負荷、潤滑油品質(zhì)、冷卻液溫度和發(fā)動機技術(shù)狀況等使用因素外，還有燃燒最高壓力、氣缸尺寸和數(shù)目、大氣狀態(tài)等結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)和使用環(huán)境因素均會影響機械效率。⑴氣缸內(nèi)最高燃燒壓力氣缸壓力高，活塞環(huán)背壓按比例增加，活塞裙部對氣缸壁的側(cè)壓力和軸承負荷增大，活塞環(huán)和活塞的摩擦損失也相應增大；另一方面，最高燃燒壓力高，為保證各承載零件的強度、剛度和工作耐久性，也有必要加大活塞、連桿、曲軸尺寸和質(zhì)量，這就隨之而增加了運動零件的慣性力，從而導致摩擦損失的增大。⑵轉(zhuǎn)速或活塞平均速度轉(zhuǎn)速或活塞平均速度增大，各摩擦副之間的相對速度增加，摩擦損失增大；與此同時，曲柄連桿機構(gòu)的慣性力增大，活塞的側(cè)壓力和軸承負荷增大，摩擦損失也增大。轉(zhuǎn)速增大，泵氣損失、驅(qū)動附件消耗的功隨之增加，所以機械效率下降。⑶負荷在轉(zhuǎn)速不變的情況下，當負荷減小，缸內(nèi)的指示功率下降，機械損失功率亦略有下降，但基本不變。由公式可知，負荷減少，降低,機械效率下降，直到怠速時，指示功率全部用來克服機械損失，即,故。⑷潤滑油品質(zhì)和冷卻液溫度潤滑油的粘度對摩擦損失有很大影響。潤滑油粘度大，則流動性差，內(nèi)摩擦力大，摩擦損失增加，但其承載能力強，易于保持液體潤滑狀態(tài)；反之，流動性好，機械損失減少，但承載能力差，油膜易于破裂而失去潤滑作用。潤滑油的粘度主要受潤滑油的品質(zhì)和溫度的影響。冷卻液溫度的高低直接影響潤滑油溫度的高低，繼而影響潤滑油的粘度和機械損失。⑸發(fā)動機技術(shù)狀況發(fā)動機技術(shù)狀況的好壞，對機械效率的影響很大。這是由于長期使用的發(fā)動機，技術(shù)狀況變差，活塞環(huán)與氣缸磨損后，間隙增大，漏氣增多，指示功率下降；尤其是漏氣還會稀釋潤滑油，使?jié)櫥瑮l件變壞，氣缸的磨損加快；軸頸與軸承間的磨損還使機油的泄漏增加，油壓下降，運動件工作表面的潤滑不良。這些都會使機械效率下降。8.如何測定機械效率？答題要點通過發(fā)動機試驗來測定。目前常用的測量方法主要有示功圖法、倒拖法、滅缸法和油耗線法。這些方法都只能近似地求出其數(shù)值，并各有其局限性與不足之處。9．什么是發(fā)動機的熱平衡？研究熱平衡有何意義？答題要點發(fā)動機的熱平衡，就是給出燃料的總發(fā)熱量轉(zhuǎn)換為有效功和其他各項熱損失的分配比例。從這些熱量分配中，可以了解到熱損失的情況，以作為判斷發(fā)動機零件的熱負荷和設(shè)計冷卻系統(tǒng)的依據(jù)，并為改善發(fā)動機的性能指標指明了方向。第二章習題參考答案一、名詞解釋1.氣門疊開：由于排氣門的延遲關(guān)閉和進氣門的提前開啟，在排氣行程上止點附近，存在進、排氣門同時開啟的現(xiàn)象，稱為氣門疊開。2.燃燒室掃氣：氣門疊開期間，只要合理控制氣流方向，廢氣的慣性排出會對新鮮空氣或混合氣有抽吸作用，新鮮空氣或混合又驅(qū)趕廢氣并冷卻燃燒室，這一過程稱為燃燒室掃氣。3.換氣損失：換氣損失等于排氣損失和進氣損失之和。如圖中面積（w+y+d+x）。4.泵氣損失：泵氣損失是換氣損失的一部分，即圖中面積（x+y）。5.充量：充量即充氣量，它表示進入發(fā)動機氣缸內(nèi)新鮮氣體的質(zhì)量，常用每循環(huán)充量和單位時間充量來表示。6.充量系數(shù)：是評價發(fā)動機換氣過程完善程度的指標。是每循環(huán)進入氣缸的實際充量與在進氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的理論充量之比。7.殘余廢氣系數(shù)：殘余廢氣系數(shù)是指每循環(huán)氣缸內(nèi)的殘留廢氣質(zhì)量與新鮮氣體質(zhì)量之比。8.進氣慣性效應：利用進氣管內(nèi)高速流動的氣體慣性增加充氣量的效應，稱為慣性效應。9.進氣波動效應：進氣過程中進氣管內(nèi)壓力波動稱為進氣波動效應，對充量系數(shù)有一定影響。二、填空題1.缸內(nèi)廢氣新鮮空氣混合氣2.充分徹底小3.自由排氣強制排氣進氣燃燒室掃氣4.自由排氣5.壓力氣體狀態(tài)6.排氣進氣7.自由排氣強制排氣8.增加減少9.壓縮比進氣狀態(tài)大氣狀態(tài)進氣終了狀態(tài)殘余廢氣系數(shù)配氣相位進氣終了壓力10．大11．越大12．提高三、思考題1．四沖程發(fā)動機的換氣過程包括哪幾個階段？這幾個階段是如何劃分的？答題要點根據(jù)氣體流動的特點，換氣過程可分為自由排氣、強制排氣、進氣和燃燒室掃氣等4個階段。從排氣門開始開啟，到氣缸內(nèi)壓力降到接近排氣管內(nèi)壓力，這個時期稱為自由排氣階段。從自由排氣階段結(jié)束，活塞上行強制排出缸內(nèi)廢氣的階段，稱為強制排氣階段。進氣過程是指從進氣門開始開啟到進氣門完全關(guān)閉的這段時間。由于排氣門的延遲關(guān)閉和進氣門的提前開啟，在排氣行程上止點附近，存在進、排氣門同時開啟的現(xiàn)象，稱為氣門疊開。此期間進氣管、氣缸、排氣管連通起來，可以利用氣流壓差和慣性，清除缸內(nèi)殘余廢氣，增加進氣量。氣門疊開期間，只要合理控制氣流方向，廢氣的慣性排出會對新鮮空氣或混合氣有抽吸作用，新鮮空氣或混合又驅(qū)趕廢氣并冷卻燃燒室，這一過程稱為燃燒室掃氣。2．什么是換氣損失？什么是泵氣損失？答題要點換氣損失可定義為理論循環(huán)換氣功和實際循環(huán)換氣功之差。發(fā)動機換氣損失由排氣損失和進氣損失兩部分組成。泵氣損失是換氣損失的一部分，即圖2.4中面積（x+y）。3．評價發(fā)動機換氣過程的常用指標有哪幾個？答題要點評價發(fā)動機換氣過程的常用的評價指標是：充量、充量系數(shù)和殘余廢氣系數(shù)。4．充量系數(shù)是如何定義的？分析影響充量系數(shù)的主要因素。答題要點⑴每循環(huán)進入氣缸的實際充量與在進氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的理論充量之比，即：⑵影響充量系數(shù)的因素有壓縮比ε、進氣狀態(tài)（Ps，Ts）或大氣狀態(tài)（P0,T0）、進氣終了狀態(tài)（Pa,Ta）、殘余廢氣系數(shù)和配氣相位等。其中，影響最大的是進氣終了壓力。①進氣終了壓力Pa進氣終了壓力增大，充量系數(shù)提高。這是因為，在氣缸容積、進氣終了溫度和殘余廢氣量一定時，進氣終了壓力越大，缸內(nèi)氣體密度越大，意味著實際充氣量就越多。②進氣終了溫度隨著進氣終了溫度升高，充量系數(shù)下降。這是因為，在氣缸容積、進氣終了壓力和殘余廢氣量一定時，進氣終了溫度越高，缸內(nèi)氣體密度越小，意味著實際充氣量就越少。實際發(fā)動機的進氣終了溫度總是高于大氣溫度。新鮮氣體進入氣缸后，接觸高溫機件并與殘余廢氣混合被加熱。③殘余廢氣系數(shù)排氣終了壓力增大，殘余廢氣密度增加，殘余廢氣系數(shù)上升，使充量系數(shù)下降。④進氣（或大氣）狀態(tài)（或）升高，（或）下降，均使進氣密度（或）減小，因此，進氣量減少,使充量系數(shù)下降。⑤壓縮比隨著壓縮比的增大，壓縮終了容積相對減小，使氣缸內(nèi)殘余廢氣量相對減少，充量系數(shù)有所提高。⑥配氣相位配氣相位直接影響進、排氣是否充分，即影響實際進氣量和殘余廢氣量，從而影響充量系數(shù)。配氣相位中，進氣遲閉角對充量系數(shù)的影響最大，其次是排氣遲閉角。5．可采取什么措施來提高充量系數(shù)？答題要點提高發(fā)動機充量系數(shù)的措施可以歸納為以下幾點：1）降低進氣系統(tǒng)的阻力損失，提高氣缸內(nèi)進氣終了壓力；2）降低排氣系統(tǒng)的阻力損失，以減小缸內(nèi)殘余廢氣系數(shù)；3）減少高溫零件在進氣系統(tǒng)中對新鮮充量的加熱，降低進氣終了溫度；4）合理選擇配氣相位；5）充分利用進氣管內(nèi)的動力效應。6．什么是進氣管動態(tài)效應？怎樣利用它提高充量系數(shù)？答題要點發(fā)動機換氣過程中，進氣氣流在一定長度的管道內(nèi)流動時，具有相當?shù)膽T性和可壓縮性，且進氣過程是間斷性和周期性進行的，根據(jù)流體力學的規(guī)律，氣流在進氣管內(nèi)勢必會引起一定的動力現(xiàn)象，這種動力現(xiàn)象稱為進氣管的動態(tài)效應。動態(tài)效應對發(fā)動機進氣量有較大影響，利用進氣管的動態(tài)效應，可以有效地提高發(fā)動機充量系數(shù)和改善轉(zhuǎn)矩特性。第三章習題參考答案一、填空題1.缸外噴射系統(tǒng)是將噴油器安裝在進氣管或進氣歧管上，以0.20～0.35MPa的噴射壓力將汽油噴入進氣管或進氣道內(nèi)。2.電子控制汽油噴射系統(tǒng)主要由燃料供給系統(tǒng)、空氣供給系統(tǒng)、控制系統(tǒng)三部分組成。3.汽油機燃燒過程按其壓力變化特點分成三個階段，分別為：滯燃期、急燃期和補燃期。4.汽油機在穩(wěn)定的正常運轉(zhuǎn)情況下，不同氣缸的燃燒情況以及不同循環(huán)的燃燒情況很難保持穩(wěn)定，會產(chǎn)生燃燒上的差異，這種循環(huán)之間和氣缸之間的燃燒差異稱為不規(guī)則燃燒。5.汽油機燃燒過程中，如果火焰前鋒未到達前，末端混合氣溫度達到了自燃溫度，形成新的火焰中心，產(chǎn)生新的火焰快速傳播，這種現(xiàn)象稱為爆燃。6.點火提前角太小，燃燒過程過遲，后燃增加，最高燃燒壓力和溫度都降低，排氣溫度升高，功率和經(jīng)濟性都下降。7.實現(xiàn)汽油機分層燃燒有兩種方式：進氣道噴射的分層燃燒方式和缸內(nèi)直噴分層燃燒方式。二、思考題1.電控汽油噴射系統(tǒng)如何實現(xiàn)對噴油量的控制？答：在汽油機電控汽油噴射系統(tǒng)中噴油量的控制是通過對噴油器噴油時間的控制來實現(xiàn)的。發(fā)動機工作時，ECU根據(jù)空氣流量信號和發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號確定基本的噴油時間（噴油量）；再根據(jù)其他傳感器（冷卻水溫傳感器、節(jié)氣門位置傳感器等）對噴油時間進行修正，并按最后確定的總噴油時間向噴油器發(fā)出指令，使噴油器噴油（通電）或斷油（斷電）。2.汽油機正常燃燒過程分哪些階段？各階段有何特點？答：汽油機正常燃燒過程分成三個階段：滯燃期、急燃期和補燃期。各階段特點：1)滯燃期：從點火電極跳火開始到形成獨立的火焰核心為止。電火花在上止點前跳火，火花塞放電時，兩極電壓在15000v以上，電火花能量40～80mJ，局部溫度達2000℃2)急燃期：從形成獨立的火焰核心開始到氣缸內(nèi)出現(xiàn)最高壓力為止。這一階段的燃燒是火焰從火焰核心向燃燒室整個空間傳播的時期，一般急燃期約占20～30℃A，火焰?zhèn)鞑ニ俣纫话銥?0～80m/s，燃油的80％～90％在急燃期內(nèi)基本燒完，燃燒室的溫度和壓力急劇上升，達到最高燃燒壓力，一般將作為急燃期的終點。3)補燃期：從最高燃燒壓力到燃燒結(jié)束?；旌蠚馊紵俾书_始降低，90%左右的燃燒放熱已經(jīng)完成，未燃燒的可燃混合氣在火焰前鋒面掃過整個燃燒室后繼續(xù)燃燒放熱。另外，高溫裂解的產(chǎn)物(H2、CO等)在膨脹過程中隨溫度下降又部分化合而放出熱量。3.何為汽油機的不規(guī)則燃燒?產(chǎn)生的原因是什么?對汽油機性能有什么影響？答：汽油機的不規(guī)則燃燒：汽油機在穩(wěn)定的正常運轉(zhuǎn)情況下，不同氣缸的燃燒情況以及不同循環(huán)的燃燒情況很難保持穩(wěn)定，會產(chǎn)生燃燒上的差異，這種循環(huán)之間和氣缸之間的燃燒差異稱為不規(guī)則燃燒。產(chǎn)生的原因：1）各循環(huán)之間的燃燒差異出現(xiàn)燃燒循環(huán)變動現(xiàn)象，其主要原因是氣流速度的變動，空燃比的變動，空氣、燃料和廢氣混合情況；2）各缸間的燃燒差異，主要是由于燃料分配不均使空燃比不一致造成的。對汽油機性能的影響：循環(huán)間的燃燒變動會使氣缸的不同循環(huán)的示功圖發(fā)生變化，意味著燃燒情況的不穩(wěn)定，氣缸的工作不能始終維持最佳狀態(tài)，因此將導致油耗上升，功率下降，使整機的性能下降，特別是低負荷時情況更為嚴重；燃料分配不均可能使某氣缸不正常燃燒傾向增大，從而提高了對燃料辛烷值的要求。分配不均還有可能使個別氣缸中的活塞、氣門過熱，火花塞損壞，并使汽油機低速、低負荷工作穩(wěn)定性變差。燃料分配不均，各缸混合氣成分不同，使各缸不能同時處在最佳的混合比條件下工作，導致整機功率下降，油耗上升，排放性能惡化。4.爆燃的產(chǎn)生的機理是什么？影響爆燃的因素有哪些？答：爆燃的產(chǎn)生的機理：汽油機燃燒過程中，火焰前鋒以正常的傳播速度向前推進，燃燒產(chǎn)生的壓力波以音速向周圍傳播，在火焰前鋒面之前到達燃燒室邊緣區(qū)域，使得火焰前方未燃的混合氣受到已燃混合氣強烈的壓縮和熱輻射作用，加速其先期反應，并放出部分熱量，使本身的溫度急劇升高。如果火焰前鋒及時到達將其引燃，直到燃燒完為止，屬正常燃燒。如果火焰前鋒未到達前，末端混合氣溫度達到了自燃溫度，形成新的火焰中心，產(chǎn)生新的火焰快速傳播，這種現(xiàn)象稱為爆燃。影響爆燃的因素：1)運轉(zhuǎn)因素的影響：(1)點火提前角的影響：隨點火提前角增加，爆燃傾向加大。(2)轉(zhuǎn)速的影響：轉(zhuǎn)速增加時，爆燃傾向減小。(3)負荷的影響：在轉(zhuǎn)速一定而節(jié)氣門開度?。簇摵蓽p小）時，殘余廢氣系數(shù)增大，氣缸壁相對傳熱損失增加，缸內(nèi)最高燃燒壓力下降，爆燃傾向減小。(4)混合氣濃度的影響：在=0.8～0.9時爆燃傾向最大，過濃或過稀的混合氣有助于減小爆燃。(5)燃燒室沉積物的影響：在發(fā)動機工作過程中，燃燒室內(nèi)壁產(chǎn)生一層沉積物，沉積物的存在使爆燃傾向增加。2)結(jié)構(gòu)因素的影響：(1)氣缸直徑：氣缸直徑大，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x長，同時由于燃燒室冷卻面積與容積之比即面容比減小，因而爆燃傾向增大。(2)火花塞位置：火花塞位置影響火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x，也影響終燃混合氣在氣缸內(nèi)所處位置，從而影響終燃混合氣的溫度。(3)氣缸蓋與活塞的材料：由于鋁合金導熱好，因而用鋁合金活塞、氣缸蓋可抑制爆燃，提高壓縮比。（4）燃燒室結(jié)構(gòu)：燃燒室形狀影響到火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x、湍流強度、向冷卻水的散熱量以及終燃混合氣的數(shù)量和溫度。凡是能使火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x縮短、湍流強度和火焰?zhèn)鞑ニ俾侍岣叩娜紵医Y(jié)構(gòu)均有助于減小爆燃傾向。5.什么是熱面點火？防止熱面點火的主要措施有哪些?答：熱面點火：在汽油機中，凡是不靠電火花點火而由燃燒室熾熱表面(如過熱的火花塞絕緣體和電極、排氣門、熾熱的積炭等)點燃混合氣面引起的不正常燃燒現(xiàn)象，稱為熱面點火。防止熱面點火的主要措施：凡是能降低燃燒室溫度和壓力升高率，減小積炭等熾熱點形成的因素都有助于防止熱面點火。主要措施有：(1)選用低沸點的汽油(高沸點餾分尤其是重芳香烴含量要少)和成焦性小的潤滑油(高分子量、低揮發(fā)性的成分要少)。(2)壓縮比降低到8.5或以下。(3)避免長時間低負荷運行和汽車頻繁加減速行駛。(4)在燃料中加入抑制熱面點火的添加劑，如添加磷化物可改變沉積物的物理化學性質(zhì)，降低其著火能力。6.影響燃燒過程的因素主要有哪些？分析點火提前角和混合氣成分對燃燒過程的影響。答：影響燃燒過程的因素：1)汽油的使用性能；2）混合氣成分；3）點火提前角；4）發(fā)動機轉(zhuǎn)速；5）發(fā)動機負荷；6）冷卻水溫度；7）燃燒室積炭；8）壓縮比；9）燃燒室結(jié)構(gòu)；10）大氣狀況點火提前角對燃燒過程的影響：點火提前角的大小對燃燒壓力、溫度、熱效率和排氣有害成分的形成等都有很大影響。點火提前角太大，較多混合氣在壓縮過程中燃燒，消耗的壓縮負功增加，功率和經(jīng)濟性達不到最佳，且最高燃燒壓力升高，易發(fā)生爆燃，導致內(nèi)燃機零件損壞，排放也將變壞；而點火過遲，燃燒過程過遲，后燃增加，最高燃燒壓力和溫度都降低，排氣溫度升高，功率和經(jīng)濟性同樣下降。混合氣成分對燃燒過程的影響：使用功率混合氣時，火焰?zhèn)鞑ニ俣茸羁?，從火焰中心形成到火焰?zhèn)鞑サ侥┒嘶旌蠚獾臅r間縮短，使爆燃傾向減小。同時缸內(nèi)壓力、溫度較高，壓力升高率較大，使從火焰中心形成到末端混合氣自燃發(fā)火的準備時間也縮短，又使爆燃傾向增大。因此，在各種混合氣成分中，以供給最大功率混合氣時最易產(chǎn)生爆燃，如汽車滿載爬坡時容易產(chǎn)生爆燃。7.汽油機燃燒室的設(shè)計要求有哪些？答：汽油機燃燒室的設(shè)計要求：1)燃燒室結(jié)構(gòu)緊湊：火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x短，燃燒可在短時間內(nèi)完成，使爆燃傾向減小，還可以提高發(fā)動機壓縮比；同時，由于單位體積的表面積較小，相對散熱面積小，熱損失減少，發(fā)動機熱效率高。另外A/V小，壁面淬熄效應減小，HC排放量減少，但結(jié)構(gòu)過于緊湊又對NOx排放和噪聲等不利。2)火花塞位置和點火性能火花塞的位置直接影響火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x的長短，從而影響抗爆性，也影響火焰面積擴展速率和燃燒速率；火花塞的點火性能對發(fā)動機性能與排放有重大影響。當火花塞間隙增加時，火核形成的位置將離開壁面，可以避開停滯在壁面附近殘余廢氣的影響，而且著火的概率也增加。當間隙增大時，消焰作用將減弱，因此，火花能點燃更稀的混合氣。3)燃燒室的容積分布燃燒室的容積分布應配合火花塞的位置統(tǒng)一考慮，最有利的分布是使燃燒過程初期壓力升高率較小，發(fā)動機工作柔和，中期放熱量最多，以獲得較大的循環(huán)功；后期補燃較少，具有高的熱效率。4)形成適當?shù)耐牧鬟\動燃燒室內(nèi)形成適當強度的氣體流動可以加快火焰?zhèn)鞑?；增加末端混合氣的冷卻作用；減少循環(huán)間燃燒變動，擴大混合氣體著火界限，利于燃燒更稀混合氣；減少壁面淬熄層厚度使HC排放量降低。但湍流過強，向缸壁傳熱損失增加，還可能吹熄火核而失火，反而使HC排放增多。5)有足夠的進排氣門流通截面進排氣門流通截面的增大，不僅使充氣系數(shù)提高，還會使泵氣損失下降。8.簡述汽油機燃燒室的類型及各自的特點。答：汽油機燃燒室的類型及各自特點：1.楔型燃燒室：火花塞在楔形高側(cè)的進排氣門之間，可在火花塞附件形成較強的掃氣氣流，保證低速低負荷性能良好。結(jié)構(gòu)緊湊，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x短，擠氣面積較大，對末端混合氣冷卻作用較強，使爆燃傾向減小。但同時由于擠氣面積內(nèi)的熄火區(qū)增大，HC排放量較多。但因混合氣過分集中于火花塞處，使燃燒初期壓力升高率較大，工作粗暴，NOx排放量較高。2.浴盆形燃燒室：形狀像橢圓形浴盆，在雙側(cè)或單側(cè)設(shè)置擠氣面。高度相同，寬度略大于氣缸范圍，以便于加大氣門直徑。為防止壁面對氣流的遮蔽作用，氣門頭部外形與燃燒室壁面之間需保持一定的距離(6～8mm)，因而，氣門尺寸受限制。擠氣面積比楔形的小，擠流效果比較差，適當增加擠氣面積可改善發(fā)動機性能。燃燒室的面容比A/V較大，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x相對較長，壓縮比一般不超過7.5，由于燃燒時間拖長，使壓力升高率較低，使動力性、經(jīng)濟性不高，HC排放較多，但工作柔和，NOx排放較少。3.半球形燃燒室：形狀大致呈半球形或蓬形，結(jié)構(gòu)緊湊，面容比最小，加之火花塞布置于燃燒室中央，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x最短。進排氣門均斜置，允許較大氣門直徑，氣門雙行排列，多采用雙頂置凸輪軸，使配氣機構(gòu)結(jié)構(gòu)復雜。進氣道轉(zhuǎn)彎最少，充氣效率最高?；鸹ㄈ浇莘e較大，易使壓力升高率過大，工作粗暴。湍流相對較弱，低速低負荷穩(wěn)定性差。這種燃繞室沒有擠氣面，被壓縮的混合氣渦流較弱，易在低速大負荷時發(fā)生爆燃。4.碗形燃燒室：碗形燃燒室是布置在活塞中的一個回轉(zhuǎn)體。采用平底氣缸蓋，工藝性好。燃燒室全部機械加工而成，有精確的形狀和容積，燃燒室表面光滑、緊湊、擠流效果好，壓縮比可高達11。由于A/V較大，散熱增加。碗形燃燒室的火花塞正好在擠氣流入燃燒室的通道口上，而且點火瞬間正處在擠流流速急劇變化的時候。因此，點火時刻的微小變動，將引起該時刻流過火花塞間隙處的流速的較大變化。所以，點火時刻的選擇應比其他燃燒室更為仔細，使在點火時流速不致過大或過小。第四章習題答案一、選擇題1.C2.B3.B4.B5.D6.A7.C8.D9.B10.C11.B12.C二、填空題1.預燃室式,渦流室式2.霧錐角,射程,霧化質(zhì)量3.滯燃期,速燃期,緩燃期,后燃期4.直接噴射式,分開式三、判斷題1.×2.×3.×4.√5.√6.×7.√8.×9.√第六章習題參考答案一、名詞解釋1.發(fā)動機特性：是指發(fā)動機性能指標或工作過程參數(shù)隨著調(diào)整情況或使用工況的變化關(guān)系，它反映了發(fā)動機的綜合性能。2.發(fā)動機工況：發(fā)動機的工況就是指發(fā)動機實際運行的工作狀況，簡稱為發(fā)動機工況。3.負荷特性：當發(fā)動機轉(zhuǎn)速一定時，其經(jīng)濟性指標隨負荷變化的關(guān)系，稱為負荷特性。4.速度特性：發(fā)動機固定油量調(diào)節(jié)機構(gòu)位置，其性能指標隨轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律，稱為發(fā)動機的速度特性。油量調(diào)節(jié)機構(gòu)位置固定在最大位置（節(jié)氣門全開或標定油量位置）對應的是全負荷速度特性，又稱外特性。5.轉(zhuǎn)矩適應性系數(shù)：發(fā)動機外特性有效轉(zhuǎn)矩曲線上，最大轉(zhuǎn)矩與標定工況時的轉(zhuǎn)矩之比稱為轉(zhuǎn)矩適應性系數(shù)。6.轉(zhuǎn)矩儲備系數(shù)：發(fā)動機外特性有效轉(zhuǎn)矩曲線上，最大轉(zhuǎn)矩與標定工況時的轉(zhuǎn)矩的差值，與標定工況時的轉(zhuǎn)矩之比稱為轉(zhuǎn)矩適應性系數(shù)。7.轉(zhuǎn)速適應性系數(shù)：發(fā)動機標定轉(zhuǎn)速與外特性的最大轉(zhuǎn)矩點對應轉(zhuǎn)速的比值，稱為轉(zhuǎn)速適應性系數(shù)。8.調(diào)速率：調(diào)速器的工作的好壞，通常用調(diào)速率來評定。根據(jù)測定條件不同，調(diào)速率可分穩(wěn)定調(diào)速率和瞬時調(diào)速率兩種。9.ISO功率：在制造廠試驗臺的運轉(zhuǎn)工況下，按制造廠規(guī)定調(diào)整或修正到標準基準狀況下所測得的功率。10.使用功率：在發(fā)動機使用的環(huán)境和運轉(zhuǎn)工況下所發(fā)出的功率。11.超負荷功率：在規(guī)定的環(huán)境狀況下，在按持續(xù)功率運行后，立即根據(jù)使用情況，以一定的使用持續(xù)時間和使用頻次，按照每12h運行1h的運行條件，可以允許發(fā)動機發(fā)出的功率。12.油量限定功率：在對應于發(fā)動機用途的規(guī)定時期內(nèi)，在規(guī)定的轉(zhuǎn)速和環(huán)境狀況下，限定發(fā)動機油量，使其功率不能再超出時所能發(fā)出的功率13.持續(xù)功率：在制造廠規(guī)定的正常的維護保養(yǎng)周期內(nèi)，在規(guī)定的轉(zhuǎn)速和環(huán)境狀況下，按照制造廠規(guī)定，進行維護保養(yǎng)，發(fā)動機能夠持續(xù)發(fā)出的功率。14.基本從屬輔助設(shè)備：發(fā)動機持續(xù)或重復使用所必需的裝備件。15.非基本從屬輔助設(shè)備：發(fā)動機持續(xù)或重復使用并非必需的裝備件。16.基本獨立輔助設(shè)備：由發(fā)動機以外能源提供動力的裝備件。二、填空題1.節(jié)氣門開度量調(diào)節(jié)2.負荷3.節(jié)氣門（油門）開度固定轉(zhuǎn)速4.節(jié)氣門保持最大開度5.節(jié)氣門在部分開度下所測得的速度特性6.一定時7.標定功率的循環(huán)供油量8.速度特性9.全套附件8.越強10.等功率曲線11.轉(zhuǎn)速或負荷三、思考題1．什么是發(fā)動機特性？發(fā)動機調(diào)整特性？使用特性？答題要點發(fā)動機特性是指發(fā)動機性能指標或工作過程參數(shù)隨著調(diào)整情況或使用工況的變化關(guān)系。它反映了發(fā)動機的綜合性能。發(fā)動機性能指標隨著調(diào)整情況變化的關(guān)系，稱為調(diào)整特性。發(fā)動機性能指標隨著使用工況變化的關(guān)系，稱為使用特性2．發(fā)動機的常用工況有哪幾種？答題要點根據(jù)發(fā)動機的用途不同，發(fā)動機工況具有以下3種情況：第一類工況，其特點是發(fā)動機的功率變化時，轉(zhuǎn)速幾乎保持不變，所以該工況又被稱為恒速工況。例如，發(fā)電用發(fā)動機，其負荷呈階躍式突變，并沒有一定的規(guī)律，然而發(fā)動機的轉(zhuǎn)速必須保持穩(wěn)定，以保證輸送電壓和頻率的恒定，反映在工況圖上就是一條近似垂直線第二類工況，其特點是發(fā)動機的功率與轉(zhuǎn)速接近于冪函數(shù)關(guān)系。當發(fā)動機作為船用主機驅(qū)動螺旋槳時，發(fā)動機所發(fā)出的功率必須與螺旋槳吸收的功率相等，而吸收功率又取決于螺旋槳轉(zhuǎn)速的高低，且與轉(zhuǎn)速成冪函數(shù)關(guān)系，這樣，發(fā)動機功率就呈現(xiàn)一種十分有規(guī)律的變化。第三類工況，其特點是發(fā)動機功率與轉(zhuǎn)速之間沒有一定的函數(shù)關(guān)系，且功率與轉(zhuǎn)速都獨立的在很大范圍內(nèi)變化。如驅(qū)動汽車及其他陸地運輸車輛的發(fā)動機，都屬于這種工況。3．研究發(fā)動機特性有何意義？答題要點通過對發(fā)動機特性曲線進行分析，可以評價發(fā)動機不同工況下的動力性、經(jīng)濟性及其他性能，為合理選則并有效使用發(fā)動機提供依據(jù)。另一方面，利用發(fā)動機特性曲線來分析影響特性的因素，尋求改進發(fā)動機特性的途徑，進一步提高發(fā)動機的性能。4．什么是發(fā)動機負荷特性？畫出汽油機、柴油機負荷特性曲線，并解釋曲線變化趨勢。答題要點當發(fā)動機轉(zhuǎn)速一定時，其經(jīng)濟性指標隨負荷變化的關(guān)系，稱為負荷特性。下圖所示為汽油機某一轉(zhuǎn)速下的負荷特性曲線。發(fā)動機負荷特性曲線變化趨勢以汽油機曲線為例：汽油機是通過改變節(jié)氣門開度，進而改變進入氣缸的混合氣數(shù)量來實現(xiàn)負荷調(diào)節(jié)的，汽油機的這種負荷調(diào)節(jié)方式稱為量調(diào)節(jié)。改變節(jié)氣門開度，變化不大。由式（6-6）可知，有效燃油消耗率與指示熱效率和機械效率的乘積成反比關(guān)系，因此隨負荷的變化規(guī)律取決于和隨負荷的變化規(guī)律。⑴①小負荷時，殘余廢氣量相對多，燃燒速度慢，散熱損失及泵氣損失相對增加，低；②負荷增加，殘余廢氣量相對減少，增大；③節(jié)氣門開度80﹪左右時，出現(xiàn)最大值；④負荷再增加，下降。⑵由，當轉(zhuǎn)速一定，負荷增加時，變化不大，而隨負荷增加成比例加大，因此隨負荷增加而迅速增加。（在大負荷時上升緩慢）⑶①、同時上升，下降；②達到最大值時，達到③下降，而上升緩慢，又上升。5．如何用負荷特性分析發(fā)動機工作的經(jīng)濟性？答題要點在負荷特性曲線上，最低燃油消耗率越小，低油耗區(qū)的曲線越平坦，經(jīng)濟性越好。燃油消耗率是隨負荷增加而降低，在接近全負荷（常在80%負荷左右）時，達到最小。而且在低負荷區(qū)，曲線變化得更快一些。與汽油機相比，柴油機的最低燃油消耗率低，且在低油耗區(qū)曲線更