门
门
0~180
进气
向下
开启
关闭
进气结束：
0.08~0.90
<0.80~0.95）
180~360
压缩
向上
关闭
关闭
压缩结束：
0.6~1.5
压缩结束：
600~700
<3~5）
<800~1000）
最大压力：
3~5
最高温度：
2000~2800
360~540
做功
向下
关闭
关闭
<5~10）
<1800~2200）
做功结束：
0.3~0.5
做功结束：
1300~1600
<0.2~0.4）
<1200~1500）
540~720
排气
向上
关闭
开启
排气结束：
0.11~0.115
排气结束：
900~1200
<0.11~0.115）
<800~1000）
5、答：
指示性能指标是指以可燃混合气<工质）对活塞做功为基础建立的指标，常用指示
功和指示热效率表示，是用以评定发动机工作循环优劣的指标。
发动机有效性能指标主要有有效功率Pe、有效转矩Me、平均有效压力pe、有效燃
料消耗率ge。
它是以发动机曲轴输出的净功率建立的指标，同时它综合反映了发动机
的工作情况，对描述发动机的性能特点，比较、检测发动机性能，有着重要的指导意
义。
发动机铭牌上标示的有效功率、有效转矩、有效燃油消耗率等性能指标即为标定指
标。
2/73
6、答：
在一个工作循环中，实际充入气缸的空气质量ΔG与大气状态下气缸工作容积内能
够充入的空气质量ΔG0之比称为充气系数，用V表示，即：
v=G/ΔG0。
充气系数
v恒小于1。
不同类型的发动机其充气系数有较大的差别。
汽油机v约为0.7~0.85，
柴油机v约为0.75~0.90。
提高充气系数是提高发动机动力性的先决条件，提高充气系数除了在结构上有合理的气道结构形状与尺寸、合理的进排气歧管的配置、适宜的配气相位以及采用多气门结构外，在使用过程中还应注意：
定期清洗空气滤清器，以减小进气系统的阻力；定期检查调整配气相位，消除因配气机构零件磨损导致的配气相位变化，从而提高充气系数。
7、答：
燃料在燃烧过程中，空气与燃料之间有一定的浓度要求，混合气的浓度通常用空燃
比和过量空气系数表示。
空燃比是指混合气中所含空气质量<单位为kg）与燃料质量<单位为kg）之比，用
R表示，即：
空气质量
R
燃料质量
理论上，1kg汽油完全燃烧大约需要14.7kg空气，即空燃比R=14.7。
这种混合气
称为理论混合气。
若R＜14.7则称为浓混合气，R＞14.7的混合气则称为稀混合气。
对
于不同的燃料，其理论空燃比是不同的。
过量空气系数是指在燃烧过程中，燃烧过程中实际供给的空气质量<单位为kg）与
理论上燃料完全燃烧时所需要的空气质量<单位为kg）之比，用表示，即：
燃烧过程中实际供给的空气质量实际空燃比
理论上完全燃烧时所需要的空气质量理论空燃比
由上述定义可知，无论使用何种燃料，若=1的可燃混合气即为理论混合气<又称
为标准混合气）；＜1时则为浓混合气，＞1时则为稀混合气。
在发动机的实际循环过程中，发动机对混合气的浓度要求，是随发动机的各种负荷
3/73
工作状况的变化而变化的。
8、答：
汽油机的正常燃烧过程分为诱导期、速燃期、补燃期等三个明显不同的阶段。
①诱导期，汽油经喷油器喷入进气管<或直接喷入气缸），在进气冲程中被吸入气缸，被压缩后温度、压力明显提高。
当压缩至上止点前某一时刻，点火系统通过火花
塞产生高压电火花，首先在火花塞电极周围形成火焰中心。
因只有少量的混合气燃烧，对气缸内的温度压力影响不大，其过程曲线与压缩冲程曲线相差不大，因此将此过程又称为着火诱导期或着火延迟期。
②速燃期，随着火焰的形成及压缩冲程的继续，气缸内部温度、压力迅速升高，缸内气体扰流加剧，火焰以20~30m/s的速度向四周迅速扩散，直至掠过整个燃烧室，缸内混合气迅速完全燃烧，混合气燃烧放出的热量多而且速度快，压力明显上升，很快
出现很陡的尖峰，最高燃烧温度和最大爆发压力分别为：
2200~2800K，3~5MPa。
③补燃期，在工作循环过程中，由于时间很短，混合气中汽油蒸发不良以及与空气混合不均匀，部分颗粒较大的油滴在火焰前锋掠过后，处于表层的汽油被燃烧，尚有少量未被燃烧的部分在膨胀过程中继续燃烧。
由于补燃期间气缸容积已明显扩大，燃烧放出的热量产生的压力比速燃期低得多，热量不能充分地转变为机械功，反而使排气温度上升，通过缸壁时热量被冷却水带走，因此，应尽量缩短补燃期。
9、答：
①爆震燃烧是指火焰还未达到燃烧室的末端前，末端的部分未燃混合气受已燃混合气的强烈压缩和热辐射作用，其温度、压力都急剧升高，当火焰前锋到达前，未燃混合气已达到其自燃温度即自行着火燃烧，形成新的、多个自发的火焰中心，这些火焰的扩散速度比电火花点火后的正常火焰扩散速度快几十倍，使未燃混合气瞬间燃烧完毕，气体的容积来不及膨胀，局部温度压力迅猛增加，与周围气体形成极大的压力差而产生超音速冲击波，撞击燃烧室、气缸壁、活塞顶部，使之振动而发出尖锐的金属敲击声。
4/73
强烈的爆震使活塞、连杆、曲轴、轴瓦等机件过载产生变形甚至损坏。
爆震时的局部高温，会加速燃料的热分解，产生游离碳、一氧化碳、氢、氧等不能燃烧的产物，并冒出黑烟；膨胀过程补燃期延长、机体过热、功率下降、油耗增加。
②由于燃烧室内部局部机件过热或高温积炭点燃混合气的燃烧现象称为表面点火。
在火花塞正常点火前的表面点火称为“早火”，火花塞点火正常后的表面点火称为“后火”。
由于表面点火不受点火系控制，使燃烧过程不稳定、工作粗暴，从而使发动机的动力性、经济性下降。
实际使用过程中，正确地调整点火提前角可有效地抑制爆震燃烧。
调整方法是：
松开分电器紧定螺钉，顺着分电器轴旋转方向转动分电器壳体，点火时间推迟即点火提
前角减小；反之，点火提前角增大。
发动机在怠速运行时，猛踩加速踏板<相当于低速大负荷工况），若能听到轻微的爆震燃烧敲击声，并且瞬间消失，说明点火提前角是合适的。
10、答：
柴油机的燃烧过程分为着火延迟期、速燃期、缓燃期和补燃期。
①着火延迟期，从开始喷油到柴油着火使气缸压力开始急剧上升而与压缩压力曲线
分开时为止。
喷入气缸的柴油经雾化、吸热、蒸发、扩散，并与空气混合才能自燃着
火，着火延迟的长短取决于燃烧室混合气的温度。
②速燃期，柴油机的混合气是自燃着火的，而燃烧室内的混合气几乎同时着火。
因
此在速燃期，压力升高速度很大是柴油机粗暴工作的主要原因。
着火延迟期越长，在
着火前燃烧室内积累的柴油越多，工作越粗暴。
在速燃期时最高温度和压力为：
1
800~2200K，5~10MPa。
③缓燃期，喷油和燃烧同时进行，由于活塞开始下行，容积不断增大，而缸内气体
压力变化不大。
④补燃期，此时喷油停止，未完全燃烧的柴油在膨胀过程中继续燃烧，压力急剧下
降，通过气缸壁将热量传给冷却水，因此应尽可能缩短补燃期。
喷油器断油不干脆将
5/73
使补燃期延长。
影响柴油机燃烧过程的主要因素。
①喷油提前角过大，压缩冲程结束时缸内气体压力较低，着火延迟期长，工作粗暴。
喷油提前角过小，则补燃期延长，功率下降，发动机过热。
②喷油规律应与燃烧过程一致，即燃烧初、中、后期的喷油量，按少、多、少顺序来变化且迅速降到零。
这样发动机工作柔和，动力性、经济性也较高，喷油器的喷射角和喷射行程与燃烧室形状相配合，使用中不应随意改变与原机相匹配的喷油器类型。
③负荷增加，供油量也增加，过量空气系数α相对减小。
单位容积内混合气燃烧放
出的热量增加，着火延迟期缩短，发动机工作柔和。
负荷过大，α值过小，导致燃烧不良，补燃期延长，废气中出现黑烟，排气温度过高，经济性下降。
柴油机怠速运转，
压缩冲程结束时温度较低，着火延迟期长，压力升高速率较大，产生较强的敲击声，工作粗暴。
④提高发动机转速加强了进气涡流，同时喷油压力也相应提高，柴油的雾化及与空气的混合也得以改善，着火延迟期随转速变快而缩短，用于计算曲轴转角的喷油提前角应相应增大。
因此在柴油机上都装有离心式喷油提前角自动调节器。
⑤与柴油喷射系统相匹配的燃烧室，压缩冲程能形成与油雾相配合的气流运动，这有利于燃料与空气的均匀混合，提高空气的利用率。
11、答：
发动机的性能指标Me、Pe、ge随发动机转速n变化的关系称为发动机的速度特
性，用于表示这一特性的曲线，称为速度曲线。
节气门全开时速度曲线称做外特性曲
线；节气门处于非全开位置时所得到的速度特性称为部分速度特性。
研究发动机速度
特性的目的是确定发动机的最大功率Pemax、最大转矩Memax和最小燃料消耗率
gemin时的转速，从而确定发动机在不同行驶状态下处于最有利的转速范围。
①汽油机的转矩-转速Me-n曲线为一条凸形曲线。
在较低转速时，随转速的加快逐
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渐升高，转矩越来越大，到达某转速时转矩Me达到最大。
以后，随着转速的继续升
高，转矩反而下降。
②功率-转速Pe-n曲线。
已知PeMen/9550，Me-n曲线为凸形曲线，所以当转速
从较低转速值增加时，Me也同时增加，Pe迅速上升，当Me达到最大值后，再继续增
加转速n，功率Pe上升速度逐渐缓慢，到达某转速n时，Pe达到最高点。
若再增加转
速，由于发动机自身消耗的功率倍增及充气系数下降，输出功率Pe也下降。
③油耗-转速ge-n曲线为凹形曲线，发动机只有在某一转速下，油耗最低，这是因
为发动机在低转速和高转速运转时，热效率都比较低，而在高速时机械损失增加的缘
故。
<2）部分速度特性曲线分析。
汽油机的部分速度特性，就Me-n、Pe-n、ge-n曲线形
状而言，部分特性和外持特性相似，即转矩最高点和功率最高点都向低转速方向偏
移。
负荷特性则用于研究发动机在转速不变时，经济指标随负荷变化而变化的关系。
①Pe-GT曲线为递增曲线，即燃料消耗量GT随负荷<节气门开度）的增加而增
加。
节气门开度在70%~80%的范围内，GT随负荷的增加而增加的幅度不大。
节气门
接近全开时，混合气变浓，GT快速增加。
②Pe-ge曲线，有一个最小值。
当发动机怠速运转时，机械效率m=0，功率完全
用于克服发动机自身的摩擦损失，油耗率可以认为是无限大。
随着负荷的增加，发动
机自身摩擦损失所占比例相对减小，因此ge逐渐减小。
当节气门开度接近全负荷时，混合气浓度增大，使燃烧不完全，ge又出现上升趋势。
Pe-ge曲线在一定的功率Pe范围内出现低谷，此范围愈宽，表示汽车在宽阔的负荷范围内，均具有良好的经济性。
12、答：
与汽油机相比，柴油机的转矩-转速Me-n曲线较平坦，转矩的储备系数较小，对外
界阻力的适应性较差，将使换挡次数增多。
为此，在车用柴油机的调速器内装有转矩
校正器<校正弹簧），它能在负荷增大、转速下降时，使供油量自动增加，以提高转
7/73
矩，亦即提高柴油机的转矩储备系数。
与汽油机相比，柴油机的功率-转速Pe-n曲线近似为一条上升的斜直线。
为了防止柴油机转速失控<“飞车”）。
柴油机的喷油泵均装有调速器，当发动机达到标定转速时，调速器将起作用，阻止供油量的增加。
与汽油机相比柴油机的ge-n较平坦，即在较宽的转速范围内有较低的耗油率。
同时，柴油机的最低耗油率gemin比汽油机低20%~30%，即柴油机比汽油机更经济。
13、答：
汽车在使用过程中，其技术性能逐渐变坏，失去正常工作能力，出现工作不正常，甚至不能工作的现象，称为汽车故障。
例如发动机功率下降，排气管冒浓烟，起动困难，个别气缸不工作，离合器打滑或分离不彻底，变速器挂档困难、跳档和乱档，制动器制动不灵或制动跑偏等。
14、答：
导致汽车故障的一般性原因主要有：
<1）零件的配合关系破坏。
主要指零件之间的配合间隙或过盈关系破坏，例如气缸
壁与活塞配合间隙过大，气门与气门座之间密封不严，会降低压缩压力使发动机功率
下降；曲轴轴颈与轴瓦间隙过大，会产生异响。
<2）零件之间相互位置关系破坏。
主要指结构复杂的零件或基础件，如气缸体发生
变形，轴承承孔偏磨，造成零件之间的同轴度、平行度、垂直度等遭到破坏，而使汽
车不能正常工作。
<3）零件及各机构间的相互性能关系破坏。
如配气相位、点火或供油时间不正确，
供油量不均匀，制动器左右制动力不相等，都影响汽车的性能。
<4）零件工作性能出现缺陷。
主要指零件几何形状、表面质量、材料性质等的变
化。
如气缸体、缸盖破裂，燃烧室积炭，气门弹簧、离合器弹簧弹力下降，电气设备
绝缘被击穿，油封橡胶材料老化等。
都会使汽车形成故障。
8/73
故障率随时间而变化的情况可以用故障率曲线所示。
1．早期故障期的故障率，由极高值很快地降下来。
这个高的故障率主要是由于零
件加工和部件装配等方面不当引起的。
2．偶然故障期的故障率降到很低而进入稳定的状态，其故障率可是视为常量。
这
个时期是零件的正常使用期。
在这个时期中发生的故障都是因为偶然原因引起的。
3．耗损故障期是机器经历上述两个时期的使用后，由于材料的疲劳、蠕变和磨损
等原因，使零件发生裂纹、尺寸的永久改变。
间隙增大、冲击加剧、噪音增大等后
果，而使故障率急剧地增大。
15、答：
汽车技术诊断是指在不解体<或拆卸个别小件）的条件下，确定汽车的技术状况，
查明故障部位及原因。
实际中常采用以下故障诊断方法：
人工直观诊断法是通过对汽车的观察和感觉，或者采用简单工具来确定汽车的技术
状态和故障。
仪器设备诊断法是在总成不解体条件下，用测试仪表与检验设备来确定汽车的技术
状况和故障，并以室内的道路条件模拟机械设备来代替路试的一种科学的诊断方法。
故障树分析法。
利用逻辑推理，对确定的故障事件在一定条件下用图形表示导致此
故障事件必然发生的次级事件，及与此故障事件的各种逻辑关系。
然后再将这些次级
事件逐步按上述方法制图表示。
如此层层分析和制图，直至分析到基本故障事件或不
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能再分解的边界事件为止，这样的图形就叫故障树。
10/73
第二章复习思考题参考答案
1、答：
通常把气缸体分为平分<无裙）式、龙门<有裙）式和隧道式气缸体三种
<1）平分式气缸体，气缸体分界面与曲轴主轴线在同一平面上，这样便于加工和拆
卸。
<2）龙门式<如CA6102、EQ6100型发动机）气缸体。
气缸体分界面在曲轴主轴线
以下，这种方式下缸体的刚度和强度较好，但工艺性较差。
<3）隧道式气缸体。
气缸体分界面远低于曲轴轴线，曲轴主轴承座孔为整体式结
构，气缸体的结构刚度更高，用于采用滚动主轴承支承的组合式曲轴<如6135Q型发动
机）。
2、答：
镶装气缸套，气缸套采用耐磨的优质材料、气缸体可用一般材料，降低制造成本。
气缸套可以从气缸体中取出，便于修理和更换，延长气缸体的使用寿命。
干式气缸套装入气缸体后，其外壁不直接与冷却水接触。
湿式气缸套装入气缸体后，其外壁直接与冷却水接触。
湿式气缸套的漏水措施：
上部止扣精加工并涂密封胶，穿过缸体部分用阻水圈密封防漏。
3、答：
气缸垫，又称气缸床。
其功用是填补气缸体与缸盖结合面上的微观孔隙，保证结合
面处有良好的密封性，进而保证燃烧室的密封，防止气缸漏气和水套漏水。
气缸垫应
很好的弹性和耐热性。
汽车上所用气缸垫脚石材料不同，可分为金属－石棉衬垫、金
属－复合材料衬垫、全金属衬垫。
11/73
4、答
曲柄连杆机构的功用是指将燃气作用在活塞顶上的压力转变为曲轴的转矩从而对外
输出动力。
主要由机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组组成。
5、答：
铝合金活塞具有质量小，导热性好的优点。
其缺点是热膨胀系数较大，在温度升高时，强度和硬度下降较快。
活塞工作时，活塞顶部承受气体压力、活塞头部承受活塞销的支反力、垂直于销轴的侧面则受到来自气缸的侧压力，受力的不均衡使得裙部沿活塞销座轴线方向变形大于其他方向的变形，活塞销座附近的金属堆积，受热后膨胀的结果也使裙部沿销座轴线方向的变形大于其他方向，在机械变形和热变形的共同作用，使得活塞裙部断面变成长轴在活塞销方向上的椭圆。
由于活塞沿轴线方向温度分布和质量分布都不均匀。
热膨胀变形使活塞呈上大下小锥形。
为了使活塞在正常工作温度下与气缸壁间保持有比较均匀的间隙，以免在气缸内卡死或引起局部磨损，必须预先在冷态下把活塞加工成其裙部断面为长轴垂直于活塞销方向的椭圆形，沿活塞轴线方向将活塞做成直径上小下大的近似圆锥形。
为减少销座附近处的热变形，某些发动机的活塞，销座端部附近的裙部做成凹坑、在其环槽部位铸入环槽护圈、活塞销座中镶装“恒范钢片”；开“T”或“”形槽，横槽起隔热作用。
6、答：
活塞环包括气环和油环，是具有弹性的开口环。
气环是密封活塞与气缸壁的间隙，将活塞顶部的大部分热量传导给气缸壁，再由冷却水或空气带走。
油环的作用：
一是密封，二是刮油、布油。
油环还起封气的辅助作用。
7、答：
气环，按其断面形状分为有矩形、扭曲环、锥形环、锥形环等。
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矩形断面的气环随活塞做往复运动时，会产生“气环的泵油作用”；
扭曲环装入气缸时因环的弹力不对称，产生了扭曲力矩M，环外圆周扭曲成上小下大的锥形，环的边缘与环槽的上下端面接触，提高了表面接触应力，防止了活塞环的
泵油，增加密封性。
安装时，须注意将其内圆切槽向上，外圆切槽向下，不可装反。
锥形环在气缸内可向下刮油，而向上滑动时由于斜面的油楔作用，可在油膜上浮起，改善环的磨合，减少磨损。
梯形环多于高热负荷柴油机的第一道环，主要作用是活塞因侧压力改变位置时，环的侧隙发生相应变化，将沉积在环槽中的结焦被挤出，减少环槽积碳。
但环的加工复杂。
桶形环的外圆面为凸圆弧形，与气缸之间呈圆弧接触，形成楔形空间，对气缸表面的适应性、对活塞偏摆的适应性较好，有利于密封，它的缺点是加工较困难。
8、答：
活塞环装入气缸后，因弹力作用外圆表面紧贴在气缸壁内表面；因燃气压力作用，
气环下端面与环槽下端面相互压紧，多道气环的切口相互错开，构成的“迷宫式”封气装置，足以对气缸中的高压燃气进行有效的密封。
9、答：
扭曲环是在矩形的内圆上边缘或外圆下边缘切去一部分。
随同活塞装入气缸时，因环的弹性内力不对称作用产生明显的断面倾斜，活塞环内、外侧的合力组成了扭曲力
矩M。
它使环外圆周扭曲成上小下大的锥形，使环的边缘与环槽的上下端面接触，提高了表面接触应力，即防止了活塞环的泵油作用，又增加了密封性。
扭曲环在发动机上应用广泛。
在安装时，须注意：
应将内圆切槽向上，外圆切槽向下，不可装反。
10、答：
13/73
组合油环由三个刮油钢片和两个弹性衬环组成，优点是：
片环薄，对气缸壁的比压大，刮油作用强；三个刮油片各自独立的，故对气缸的适应性好；质量小；回油通路大。
组合油环广泛应用于高速发动机。
缺点是制造成本高。
11、答：
“全浮式”活塞销，发动机时，活塞销不仅可以在连杆小头衬套内，还可以在销座孔内缓慢地转动，以使活塞销各部分的磨损比较均匀。
为防止活塞销的轴向窜动而刮伤气缸壁，在活塞销座两端用卡环嵌在销座凹槽中加以轴向定位。
12、答：
活塞销孔中心线偏离活塞中心线的目的是：
可以使活塞在最高燃烧压力到达前，平
顺地从压向气缸的一面过渡到压向另一面，减轻活塞换向时对气缸的敲击<“敲缸”），降低噪声。
13、答：
连杆的功用是：
连接活塞与曲柄；将活塞承受的力传给曲轴，将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。
连杆按其大头按剖分面的方向分为平切口和斜切口两种。
V形发动机的连杆按其连接方式分为：
并列连杆式、主副连杆式和叉形连杆式。
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