汽車發(fā)動機原理考試復習

1、第二章三種循環(huán):發(fā)動機有三種基本理論循環(huán)，即定容加熱循環(huán)、定壓加熱循環(huán)和混合加熱循環(huán)。發(fā)動機的循環(huán)常用示功圖來說明理論循環(huán)是用循環(huán)熱效率和循環(huán)平均壓力來衡量和評定的。循環(huán)熱效率是工質所做循環(huán)功W（J）與循環(huán)加熱量Q1（J）之比，用以評定循環(huán)的經(jīng)濟性。循環(huán)平均壓力pt(kPa)是單位氣缸工作容積所做的循環(huán)功，用以評定發(fā)動機的循環(huán)做功能力。四沖程發(fā)動機的實際循環(huán)是由進氣 壓縮 做功 排氣四個行程所組成.理論循環(huán)與實際循環(huán)比較:1實際工質的影響 （實際工質影響引起的損失：理論循環(huán)中假設工質比熱容是定值,而實際比熱容是隨溫度的升高而上升,且燃燒后生成CO2,和H2O等多原子氣體,這些氣體的比熱容又大于

2、空氣,使循環(huán)的最高溫度降低.由于實際循環(huán)還存在泄漏,合工質數(shù)量減少,這意味著同樣的加熱量,在實際循環(huán)中所引起的起壓力和溫度的升高要比理論循環(huán)要低得多,其結果是循環(huán)熱效率底,循環(huán)所做的功減少.）2換氣損失 （換氣損失：燃燒廢氣的排出和新鮮空氣的吸入是使循環(huán)重復進行所必不可少的，由此而消耗的功為換氣損失。）3燃燒損失 （非瞬時燃燒損失和補燃損失：實際循環(huán)中燃燒非瞬時完成，所以噴油或點火在上止點之前，并且燃燒還會延續(xù)到膨脹行程，由此形成非瞬時燃燒損失和補燃損失。 提前排氣損失，實際循環(huán)中會有部分燃料由于缺氧產生不完全燃燒損失，在高溫度下部分燃燒產物分解而吸熱，使循環(huán)的最高溫度下降，由此產生燃燒損失。

3、）4傳熱損失 （傳熱、流動損失：實際循環(huán)中，氣缸壁和工質間自始至終存在熱交換。綜上，實際循環(huán)熱效率低于理論循環(huán)。）發(fā)動機的指示指標評定，概念：發(fā)動機的指示性能指標是指以工質對活塞做功為計算基礎的指標，簡稱指示指標。表示循環(huán)動力性、經(jīng)濟性。發(fā)動機的有效指標以曲軸輸出功為計算基礎的性能指標，稱有效指標。有效指標被用來直接評定發(fā)動機實際工作性能的優(yōu)劣。代表發(fā)動機的整機性能。第三章?lián)Q氣過程階段、特點、特征四沖程發(fā)動機的換氣過程包括從排氣門開啟到進氣門關閉的整個時期。約占410º 480º曲軸轉角。換氣過程可分作自由排氣、強制排氣、進氣和燃燒室掃氣四個階段。（1自由排氣階段，從排氣門

4、開啟到氣缸壓力接近于排氣管內壓力的時期超臨界狀態(tài)流動：從排氣門開啟到活塞行至下止點所對應的曲軸轉角稱為，一般為30º80º曲軸轉角。此時氣缸內廢氣壓力較高，約為0.2-0.5MPa，氣缸壓力p與排氣管壓力pr之比大于臨界值1.9。排氣流動處于超臨界狀態(tài)，流速為當?shù)芈曀賑（m/s）。此階段，廢氣流量與排氣管內壓力無關，只取決于氣缸內的氣體狀態(tài)和氣門最小開啟截面。亞臨界狀態(tài)流動隨著氣體大量流出，缸內壓力迅速下降，氣體流速小于聲速，轉入亞音速流動狀態(tài)。此時廢氣流量決定于氣缸內和排氣管內的壓力差。到某一時刻缸內壓力與排氣管內壓力相近時，自由排氣階段結束。自由排氣約在下止點后10&#

5、176;30°（CA）結束。自由排氣階段雖然時間不長，因速度高，此階段排出的廢氣量達60%以上。2強制排氣階段此階段廢氣被上行活塞推出。因為要克服排氣系統(tǒng)阻力，缸內壓力略高于排氣管內壓力約10kPa左右。流速越高，壓差越大，消耗功亦越多。排氣過程一直進行到上止點之后10°35°（CA），排氣門才完全關閉。3進氣過程為保證活塞下行時進氣門有足夠的開啟面積，新鮮工質可以順利進入氣缸，一般進氣門在上止點前0°40°（CA）開始打開，到下止點后40°70°（CA）關閉，延續(xù)時間為200°290°（CA）。由于活塞

6、下行及進氣門座處節(jié)流，使氣缸內呈負壓，因此新鮮充量才能順利流入氣缸。隨氣門升程漸大，氣流通道面積加大 ，進入氣缸的充量增加，使得缸內壓力上升，到進氣終了時，氣流動能部分轉為壓力能，使氣缸壓力又有所提高，接近或略高于進氣管內壓力。一般情況下，進氣過程中氣缸壓力低于進氣管內壓力，這是由于進氣系統(tǒng)存在阻力的緣故。氣體速度越高，阻力越大。）4進排氣門早開晚關，氣門重疊和燃燒室掃氣配氣相位（定義）進、排氣門的實際開、閉時刻和持續(xù)時間，稱為配氣相位，通常用曲軸轉角（CA）表示。為了實現(xiàn)最大限度的吸進新鮮空氣和排凈廢氣，盡可能地減小換氣損失，必須設法延長進、排氣時間。因此，進、排氣門都是提前開啟，滯后關閉。

7、進、排氣過程比一個活塞行程長得多。進、排氣門早開、晚關的原因：進氣門早開晚關是為了增大進入汽缸的混合氣量和減少進氣過程所消耗的功；排氣門早開晚關是為了減少殘余廢氣量和排氣過程消耗的功。同時減少殘余廢氣量會相應地增大進氣量。氣門重疊和燃燒室掃氣（定義）由于排氣門晚關和進氣門提前打開，因而存在進、排氣門同時開啟的現(xiàn)象，稱為氣門重疊。在氣門重疊開啟期內，可利用氣流壓差和慣性清除殘余廢氣，增加新鮮充量。特別是增壓發(fā)動機，由于進氣壓力高和較長的氣門重疊時間，可以更好地利用新鮮充量來幫助清除廢氣和降低燃燒室熱區(qū)零件的溫度，稱為燃燒室掃氣。換氣損失，是由排氣損失和進氣損失兩部分組成。1.排氣損失（從排氣門提

8、前打開到進氣過程開始，缸內壓力達到大氣壓力前，循環(huán)功的損失稱為排氣損失，它包括以下兩部分。1）自由排氣損失w，因排氣門早開，排氣壓力線從b點開始離開理想循環(huán)的膨脹線引起膨脹功的損失。2）強制排氣損失y，它是活塞將廢氣推出所消耗的功。）為了減少排氣損失可以選擇適當?shù)呐艢馓崆敖?，使（w+y）最小。減小排氣系統(tǒng)阻力及排氣門處流動損失，是降低排氣損失的主要方法。2.進氣損失x進氣損失主要是指進氣過程中，因進氣系統(tǒng)的阻力面引起的功的損失，與排氣損失相比進氣損失較小。（進氣損失不僅體現(xiàn)在進氣過程所消耗的功上，還體現(xiàn)在進氣過程中所吸入的新鮮充量的多少上。因為前者對發(fā)動機的熱效率、功率影響不大，后者對發(fā)動機的

9、性能有顯著的影響。）換氣損失等于排氣損失與進氣損失之和，即w+x+y所示面積所代表的功。充氣效率是評價發(fā)動機換氣過程完善程度的指標。充氣效率的定義：是實際進入氣缸的新鮮充量m與進氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的理論新鮮充量ms之比。影響充氣效率的因素有進氣狀態(tài)和進氣終了狀態(tài)的氣缸壓力Pa、溫度Ta、殘余廢氣系數(shù)、壓縮比及配氣相位。提高發(fā)動機充氣效率的措施：減少進氣系統(tǒng)的流動損失，減小對新鮮充量的加熱，減小排氣系統(tǒng)的阻力，合理選擇配氣相位。第四章增壓系統(tǒng)的分類根據(jù)驅動增壓器所用能量的來源的不同，增壓方法基本上可以分為四類。1.機械增壓系統(tǒng)(增壓器由發(fā)動機的曲軸通過機械傳動系統(tǒng)直接驅動的稱為機械增壓器。

10、增壓器可用離心式壓氣機或羅茨式壓氣機等。進氣壓力為160170kPa。因為進氣壓力越高，機械效率越低，產生的噪聲越大，燃油消耗率增加，所以)機械增壓器僅適用于小功率柴油機。2.廢氣渦輪增壓系統(tǒng)增壓器與發(fā)動機無任何機械聯(lián)系，壓氣機由內燃機廢氣驅動的渦輪來帶動。在增壓壓力較高時，為了降低增壓空氣進入發(fā)動機氣缸的溫度，需要增設空氣中間冷卻器。該系統(tǒng)應用廣泛，一般增壓壓力可達180200kPa，最高甚至達到300kPa。)3.復合增壓系統(tǒng)(在某些發(fā)動機上廢氣渦輪增壓與機械增壓并用，這種增壓系統(tǒng)稱為復合式增壓系統(tǒng)。這兩種增壓系統(tǒng)并用是為了保證二沖程柴油機在起動和低速、低負荷時仍有必要的掃氣壓力，大功率柴

11、油機上應用較多。另一種復合增壓系統(tǒng)，多用于增壓度較高的發(fā)動機，這種增壓系統(tǒng)排氣能量除驅動渦輪增壓器外，尚有多余能量用于驅動低壓動力渦輪，通過變速箱，將多余能量回送給曲軸。安裝有復合式增壓系統(tǒng)的發(fā)動機輸出功率大，燃油消耗率低，噪聲小，但結構復雜。)4.氣波增壓系統(tǒng)(發(fā)動機曲軸驅動一個特殊的轉子，在轉子中高壓廢氣直接與空氣接觸，利用高壓廢氣的脈沖氣波迫使空氣壓縮，提高進氣壓力。它比渦輪增壓低速性能好，結構簡單，加工方便，對材料與工藝要求不高，加速性好，工況范圍大，但尺寸大，比較笨重，噪聲大。)廢氣渦輪增壓器按廢氣在渦輪機中的不同流動方向分為徑流式和軸流式兩大類。車輛用發(fā)動機多用徑流式渦輪增壓器離心

12、式壓氣機，一般由進氣裝置、工作輪、擴壓器、出氣渦殼組成。當空氣流量減小到某一值后，氣流發(fā)生強烈脈動，壓氣機工作不穩(wěn)，這種現(xiàn)象稱為喘振。喘振現(xiàn)象的產生是由于壓氣機工作輪葉片及擴壓葉片局部區(qū)域氣流發(fā)生周期性的嚴重分離現(xiàn)象所引起的。喘振現(xiàn)象對增壓器和柴油機有很大的破壞作用，應設法避免。渦輪機作變工況運行時，燃氣在渦輪機中流動，隨膨脹比增大，流量隨著增大，當膨脹比增加到某一臨界值時，流量達到最大值，不再增加了，此種現(xiàn)象稱為阻塞現(xiàn)象。渦輪機主要由進氣渦殼、噴嘴環(huán)、工作輪及出氣道等組成恒壓與脈沖兩種增壓系統(tǒng)的比較：1）由于脈沖系統(tǒng)部分利用了廢氣脈沖能量E1，所以系統(tǒng)的可用能量比恒壓系統(tǒng)大。特別是在低增壓時

13、，采用脈沖系統(tǒng)增壓效果比較明顯。2）脈沖增壓系統(tǒng)掃氣效果好，(因為脈沖系統(tǒng)在掃氣時廢氣壓力PT正處于低谷.)3）脈沖系統(tǒng)的加速性能好，(因為其排氣系統(tǒng)容積小，當柴油機負荷改變時，排氣壓力波動立刻發(fā)生變化，并迅速傳到渦輪機，引起渦輪機轉速變化。另外，柴油機轉速降低時，脈沖系統(tǒng)可用能比恒壓系統(tǒng)大，所以有利于柴油機轉矩特性的改善。)4）脈沖系統(tǒng)的絕熱效率較低，(這是因為該系統(tǒng)有較大的流動損失、撞擊損失和部分進氣損失。)5）脈沖系統(tǒng)的渦輪尺寸大，(這是因為脈沖系統(tǒng)流量是脈動的，最大瞬時流量比恒壓系統(tǒng)大。排氣歧管結構復雜，受每根排氣管連接氣缸數(shù)的限制，在一臺柴油機上可能用幾個廢氣渦輪增壓器。)汽油機增壓

14、的困難：. 爆燃 汽油機增壓后，由于混合氣壓縮始點的壓力、溫度增高，以及燃燒室受熱零件熱負荷提高等原因，將促使爆燃的發(fā)生，限制汽油機增壓。采用降低壓縮比、推遲點火時刻、中冷技術解決。. 混合氣的調節(jié) 汽油機采用變量調節(jié)，化油器式發(fā)動機進行增壓時氣體流經(jīng)化油器喉口的壓力是變化的，不僅難于精確供應一定濃度的混合氣，還增加了一些如增壓方案的選擇、化油器的密封、加速響應性能等新問題。. 熱負荷高汽油機的過量空氣系數(shù)小，燃燒溫度高，膨脹比小，廢氣溫度也比柴油機高200300。增壓后，汽油機的整體溫度水平提高，熱負荷問題加重。. 對增壓器的特殊要求 汽油機要求增壓器體積要小、耐高溫性能要好、轉動慣量要小，

15、同時效率還要保證在一定的范圍內，還要求有增壓調節(jié)裝置，這就造成它的成本比柴油機用增壓器要高。第六章燃料噴射過程（具體過程，內部變化）（1）噴油延遲階段：(從噴油泵壓出燃油（供油始點）到噴油器針閥開始抬起（噴油始點）為止，這一階段稱為噴油延遲階段。當柱塞關閉進油孔后，泵油室內燃油被壓縮，油壓開始升高，直到油壓超過高壓油管中的剩余壓力和出油閥的彈簧壓力時，出油閥抬起，至減壓環(huán)帶完全脫離導向孔后，燃油才能進入高壓油管，使泵端油管壓力升高，并以壓力波形式向噴油器端傳播。當傳播到噴油器針閥處的壓力超過針閥的開啟壓力p0時，針閥才打開，將燃油噴入氣缸。從供油始點到噴油始點的時間間隔稱為噴油延遲時間，其相應

16、的曲軸轉角稱噴油延遲角，即噴油延遲角等于供油提前角減去噴油提前角。一般轉速升高，噴油延遲角加大；高壓油管加長，壓力波由泵端到噴油器端的傳播時間增加，噴油延遲角亦加大。) （2）主噴射階段：(從噴油始點到噴油器端壓力開始急劇下降時為止，這一階段稱為主噴射階段。針閥剛開啟時，燃油開始噴入氣缸，噴油器壓力有瞬時下降，隨著柱塞繼續(xù)運動，壓力又上升。當柱塞控油斜邊打開回油孔時，最初開度很小，因節(jié)流作用，泵端壓力并不立刻下降。隨著柱塞運動，回流孔逐漸開大，泵端壓力急劇下降，出油閥落座。因出油閥落座過程減壓環(huán)帶的減壓作用，使高壓油管壓力迅速下降，并影響到噴油器端的壓力，因此，噴油器端壓力下降較遲。絕大部分燃

17、油是在這一階段噴入氣缸的，其時間長短主要與柱塞有效行程（即柴油機負荷）有關，其次，也受到高壓系統(tǒng)容積、出油閥減壓作用等因素的影響。)（3）滴漏階段：(從噴油器端壓力開始急劇下降到針閥完全落座（噴油終點）為止，這一階段稱為滴漏階段。當噴油器端壓力下降到針閥關閉壓力后，針閥落座，停止噴油。這期間還有少量燃油從噴孔噴出，由于噴油壓力降低，燃油霧化不良，故應縮短這一階段。)油束本身特性：1）噴霧錐角：噴霧錐角與噴油器結構有很大的關系。對相同的噴油器結構，一般用噴霧錐角來標志油束的緊密程度。噴霧錐角大說明油束松散（粒細），小說明油束緊密（粒粗）。（2）油束射程L：即油束的貫穿距離，亦稱貫穿力。L大小對燃

18、料在燃燒室中的分布有很大影響。如果燃燒室尺寸小而射程大，就有較多的燃油噴到燃燒室壁上；反之，如果L過小，則燃料不能很好地分布到燃燒室空間，燃燒室中的空氣得不到充分利用。因此，油束射程必須根據(jù)混合氣形成方式的不同要求與燃燒室相互配合。（3）霧化質量：表示燃料噴散霧化的程度，一般是指噴散的細度和噴散的均勻度。燃料噴散得越細，越均勻，說明霧化質量越好。噴散細度可以用油束中油粒的平均直徑來表示，平均直徑越小，則噴霧越細。噴散的均勻度可用油粒的最大直徑與平均直徑之差來表示，直徑差越小則噴霧越均勻。同樣也可以用實驗的方法，把油束中的油粒直徑測量出來后，畫成曲線來表示油粒的細度和均勻度。這種曲線叫做霧化特性

19、曲線。對混合氣形成和燃燒最有影響的因素，除了上述油束特性外，還有一個重要因素就是油束在燃燒室中的分布特性，即油束與燃燒室的配合情況。柴油機燃燒過程 階段、劃分、特征：第一個階段，著火延遲階段（滯燃期）。(在壓縮過程中，氣缸中空氣壓力和溫度不斷升高，燃料的著火溫度因壓力升高不斷下降。在上止點前A點噴油器針閥開啟，向氣缸噴入燃料。這時氣缸中空氣氣溫度達600°C,遠遠高于燃料在當時壓力下的自燃溫度，但燃料并不馬上著火，而是稍有落后，即到B點才開始著火燃燒，壓力開始急劇升高，B點相當于氣體壓力曲線與純壓縮曲線分離的地方。從噴油開始（A點）到壓力開始急劇升高時（B點）為止，這一段時間成為著火

20、延遲時期或滯燃期。在滯燃期階段，噴入氣缸的燃料經(jīng)歷一系列的物理、化學變化過程，包括燃料霧化、加熱、蒸發(fā)、擴散與空氣混合等物理準備階段及著火前的化學反應準備階段。著火延遲期以“曲軸轉角”表示，可以從示功圖上直接測定。滯燃期時間雖短，但對整個燃燒過程影響很大，它直接影響第二個階段的燃燒。)第二個階段，即壓力急劇上升的BC階段，稱為急燃期。在這一階段中，由于在滯燃期內噴入氣缸的燃料幾乎一起燃燒，而且是在活塞靠近上止點附近、氣缸容積較小的情況下燃燒，因此氣缸中壓力升高特別快。(一般用平均壓力升高率p/ 來表示壓力升高的急劇程度。p/ =pc-pB/c-B壓力升高率決定了柴油機運轉的平穩(wěn)性。如果壓力升高

21、率太大，則柴油機工作粗暴，運動零件受到很大的沖擊負荷，發(fā)動機壽命就會顯著縮短。為了保證柴油機運轉的平穩(wěn)性，平均壓力升高率不宜超過0.40.6MPa/°（CA）。)特點：形成多個火焰中心，持續(xù)噴油。壓力急劇上升。急燃期產生的影響：壓力升高率大，燃燒迅速，柴油機的經(jīng)濟性和動力性會較好；壓力升高率過大，則柴油機工作粗暴，燃燒噪音大；同時運動零件承受較大的沖擊負荷，影響其工作可靠性和使用壽命等。壓力升高率應限制在一定的范圍之內，柴油機的壓力升高率一般應不大于0.40.5 MPa(º)曲軸。與汽油機相比，柴油機的壓力升高率較大。第三個階段，從壓力急劇升高的終點（C點）起到壓力開始急劇

22、下降的D點為止，稱為緩燃期。(這一階段的燃燒是在氣缸容積不斷增加的情況下進行，所以燃燒速度必須很快才能使氣缸壓力稍有上升或幾乎保持不變。有些發(fā)動機在緩燃期燃料仍在繼續(xù)噴射，如果燃料噴到有氧氣的地方，則此時由于氣缸中溫度很高，化學反應很快，著火延遲很短，噴入燃料很快著火燃燒。但這時如果氧氣滲透不充分，過濃的混合氣也容易裂解形成炭煙。因此，在緩燃期，如何加強空氣運動，加速混合氣形成，對保證在上止點附近迅速而完全地燃燒有重要作用。第三階段結束時，燃氣溫度可高達17002000°c)特點：當緩燃期開始時，雖然氣缸內已形成燃燒產物，但仍有大量混合氣正在燃燒。 第四個階段，從緩燃期的終點（D點）

23、，到燃料基本完全燃燒時（E點）為止稱為后燃期。(在柴油機中，由于燃燒時間短促，燃料和空氣的混合又不均勻，總有一些燃料不能及時燒完，拖到膨脹線上繼續(xù)燃燒。特別是在高速、高負荷時，由于過量空氣少，混合氣形成和燃燒時間更短，后燃現(xiàn)象比較嚴重，有時甚至一直繼續(xù)到排氣過程之中。在后燃期，因為活塞在下行。燃料在較低的膨脹比下放熱，所放出的熱量不能有效利用，并增加了散往冷卻水的熱損失，使柴油機經(jīng)濟性下降。此外，燃料后燃增加活塞組的熱負荷并使排氣溫度升高，所以應盡量減少燃料過后燃燒。)噴油泵結構對柴油機性能的影響：1供油提前角（主要影響柴油機經(jīng)濟性）2油泵凸輪廓線3柱塞直徑4出油閥結構噴油器結構第七章汽油機的

24、燃燒過程 階段劃分、特征：1著火延遲期：指從火花塞跳火到火焰核心形成的階段?；鸹ㄈ鸷?，電、火花的高能量使電極附管的混合氣溫度急劇升高，焰前反應加速，致使某處混合氣著火，形成火焰中心。在此階段，氣缸壓力較壓縮力無明顯的變化。（影響著火延遲期長短的因素有混合氣成分、開始點火時氣缸內氣體的熱力狀態(tài)、自由式內氣體流動狀態(tài)，火花能量、殘余廢氣量等）2明顯燃燒期：指從火焰核心形成到出現(xiàn)最高爆發(fā)壓力為止的階段。在此階段，為焰前鋒從火焰中心開始層層向未混合氣傳播，燒遍整個燃燒室。由于絕大部分燃料在此階段燃燒，壓力升高很快。3后燃期：指從最高壓力出現(xiàn)到燃料基本上完全燃燒為止。在此階段參加燃燒的燃料有火焰前鋒

25、過后未來得及燃燒的燃料再燃燒、貼附在缸壁上未燃混合氣層的部分燃燒、高溫分解的燃燒產物的重新氧化。由于燃燒已遠離上止點，燃燒條件差，燃燒放熱量得不到充分利用，排氣溫度高，故希望過后燃燒越短越好。各循環(huán)之間燃燒變動危害、原因、措施：危害 循環(huán)間的燃燒變動使汽油機化油器和點火提前角，對于每一循環(huán)都不可能處在最佳值，因而油耗上升，功率下降，不正常燃燒傾向增加，整個汽油機性能下降。原因 在火花塞附近混合氣的混合比和氣體紊流性質、程度各循環(huán)均有變動，致使火焰核心形成的時間不同，即由有效著火時間變動而引起。措施 1）多點點火；2）組織進氣渦流；3）提高發(fā)動機轉速；4）采用化學計量空燃比；5）采用燃油電控噴射

26、技術；6）采用快燃、速燃燃燒技術；7）加大點火能量、優(yōu)化放電方式、采用大的火花塞間隙。第八章汽油機的負荷特性（定義）：負荷特性是指當轉速n不變時，內燃機的性能指標（經(jīng)濟性指標be、B）隨負荷而變化的關系，用曲線的形式表示出來，就稱為負荷特性曲線。柴油機負荷特性（定義）：轉速n不變，柴油機的經(jīng)濟性指標隨負荷 噴油泵齒條或拉桿位置變化的關系汽油機的速度特性（定義）：汽油機節(jié)氣門開度固定不變，汽油機性能指標隨轉速n變化的關系。外特性 （全負荷的速度特性） 節(jié)氣門全開 （ 100% ）, 測得的速度特性。部分速度特性 節(jié)氣門固定在部分開啟位置, 測得的速度特性。柴油機的速度特性（定義）：油量調節(jié)機械 （ 油門拉桿或齒條 ） 位置固定不動, 柴油機性能指標隨轉速n變化的關系。外特性 （ 全負荷的速度特性 ） 油量調節(jié)機