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车用内燃机思考题

第1章绪论

1、简述发动机、热力发动机、外燃机和内燃机的定义。

发动机：

是汽车的动力源，它是将某一种形式的能量转化为机械能的装置。

热力发动机：

将热能转化为机械能的装置。

内燃机：

利用燃烧产物直接推动机械装置作功（如活塞式内燃机、燃气轮机）。

外燃机：

利用燃料对中间物质加热，利用中间物质产生的气体推动机械装置作功（如蒸汽机、汽轮机、热气机）。

2、名词解释。

燃烧室容积：

活塞在上止点时，其顶部以上与气缸盖平面之间的空间容积称燃烧室容积，以Vc表示。

燃烧室容积是活塞在气缸中运动所能达到的最小容积。

气缸工作容积：

活塞从上至点运动到下止点所扫过的容积称为气缸工作容积，以Vh表示。

气缸总容积：

活塞在下止点时，其顶部以上与缸盖底平面之间的空间容积称为气缸总容积，以Va表示。

是活塞在气缸中运动所能达到的最大体积。

压缩比：

气缸总容积与燃烧室容积的比值称为压缩比。

ε=Va/Vc=1+Vh/Vc

3、内燃机工作循环由哪几个过程组成？

简述四冲程汽油机、柴油机的工作原理。

1.进气过程2.压缩过程3.燃烧与膨胀作功过程4.排气过程

汽油机是将空气与汽油以一定的比例混合成良好的混合气，在进气行程被吸入汽缸，混合气经压缩点火燃烧而产生热能，高温高压的气体作用于活塞顶部，推动活塞作往复直线运动，通过连杆、曲轴飞轮机构对外输出机械能。

由于柴油机以柴油作燃料，与汽油相比，柴油自燃温度低、黏度大不易蒸发，因而柴油机采用压缩终点自燃着火，其工作过程及系统结构与汽油机有所不同。

4、阐述柴油机和汽油机工作原理的差别。

1）燃料粘度蒸发性燃点

汽油小好高（390～420℃）

柴油大差低（230℃）

2）工作原理差别：

a）燃料雾化及混合气形成方式不同：

汽油机进气行程吸入混合气，混合时长，空间大，混合较均匀；柴油机进气行程吸入纯空气，混合时间短，空间小，混合不均匀。

b）点火方法不同，汽油机点燃方式，柴油机压燃方式。

c）功率调节方式不同：

汽油机是量调节，节气门调节进入气缸的混合气量，空燃比变化不大；柴油机是质调节，每循环进入气缸的空气量变化不大，调节喷入的柴油量。

5、简述内燃机的分类情况。

1）按燃料分：

汽油机与柴油机

2）按气体循环与曲柄连杆机构运动的对应关系分：

四冲程与二冲程

3）按进气方式分：

非增压与增压

4）按冷却方式分：

水冷和风冷

5）按控制方式分：

机械式和电子控制式

6、发动机通常是由哪些机构与系统组成的？

它们各有什么功用？

机构：

1）曲柄连杆机构构成：

固定件（机体组）；运动件（活塞组、曲轴组）

功用：

热能转化为机械功；直线运动转化为旋转运动。

2）配气机构：

按时开启或关闭气门或气口。

系统：

1）燃料供给系：

供给混合气；排出废气。

2）润滑系：

润滑、减摩、清洗、冷却、防锈。

3）冷却系：

散热，保证最佳温度状况。

4）起动系：

使发动机由静止启动到自行运转。

5）点火系：

汽油机采用，按时将汽油机，汽缸中的可燃混合气点燃。

7、发动机气缸排列方式有几种？

分为单列式和多列式（V型、对置）。

单列：

简单，但缸数大于6时，刚度差，易产生扭振。

V型：

结构紧凑，长度、高度都可缩小，常见60、90、120度。

对置式：

高度很小，仅用于特殊要求的车辆上，如为改善面积利用、视野性、机动性。

8、内燃机产品和型号的编制规则。

CY6102ZQ柴油机：

CY厂名，直列6缸、四冲程、缸径102毫米、水冷、增压、车用型。

1E56F汽油机：

单缸、二冲程、缸径56毫米、风冷。

195柴油机：

单缸、四冲程、缸径95毫米、水冷、通用型。

12V135Q柴油机：

十二缸、V型、四冲程、缸径135毫米、水冷、车用。

4100Q-4汽油机：

四缸四冲程缸径100毫米、水冷、汽车用、第四种变型。

S195柴油机：

S表示双轴平衡系统。

X2105柴油机：

X表示“新”（区别老105系列），2缸四冲程、缸径105毫米。

第二章内燃机的实际工作过程与性能指标

1、简述充气系数ηv的定义，影响因素有哪些？

提高充气系数措施有哪些？

充气系数ηv：

每循环中实际进入汽缸的新鲜气体量与进气状态下“充满”汽缸的新鲜气体量的比值。

影响因素：

构造方面：

进气系统结构型式（截面大小、光洁度、弯曲状况、气门尺寸与个数及升程的大小等，还有预热机构）。

使用方面因素：

转速与负荷。

转速对ηv的影响：

流速变化影响进气终了压力；配气相位的影响。

负荷对ηv影响：

柴油机负荷对ηv影响微乎其微，汽油机负荷对ηv影响较大（节气门开度调节）。

提高充气系数措施：

1）减小进气阻力：

如加大进气通道截面积、减少通道弯曲、减小进气道内粗糙度。

2）延长进气时间：

进气门早开晚闭、排气门早开晚闭。

2、什么叫配气相位、气门重叠角？

配气相位：

进排气门开启和关闭的时刻，及其开启持续时间以曲轴转角来表示。

气门重叠角：

进气上止点前后的某一区间，前一循环的排气门和后一循环的进气门同时开启，此进、排气门同时打开所对应的曲轴转角（过小，换气质量差；过大，废气倒流）。

3、汽油、柴油的主要使用性能指标。

汽油机主要性能指标：

1）蒸发性：

用馏程表示。

10%馏出温度主要影响内燃机的冷启动性能（越低越容易启动）；50%馏出温度主要影响内燃机的加速性能和暖机时间（越低暖机时间越短）；90%馏出温度主要影响内燃机的耗油率（过高，油耗上升、稀释机油、破坏油膜；过低，产生气阻）。

2）抗爆性：

用辛烷值表示——汽油标号（压缩比高，辛烷值要高）。

3）胶质：

氧化生成，会堵塞油路、缸内积碳、影响跳火（汽油尽量避免光和热）。

柴油机主要性能指标：

1）凝点：

失去流动性而凝固时的温度——柴油标号。

2）十六烷值：

评定柴油着火和燃烧性能的指标，影响着火延迟期、启动性、排放性（越高，自燃性越好；过高，黏度增大，喷雾质量差，燃烧不完全，冒烟）。

3）粘度：

流动性指标，影响喷雾质量、耗油率、排放及供油精度。

4）闪点：

接触火焰，发出闪火的最低温度，影响安全性。

4、汽油机、柴油机燃烧过程分哪几个阶段？

汽油机：

着火延迟期，速燃期，补燃期（补燃期热工转换不充分，经济性下降，排温上升，为缩短补燃期，点火提前）。

柴油机：

着火延迟期，速燃期，慢燃期，后燃期。

5、点火提前角、喷油提前角的定义？

点火提前角：

从火花塞跳火，到活塞到达上止点曲轴转过的角度。

喷油提前角：

从喷油器喷油，到活塞到达上止点曲轴转过的角度。

6、汽油机爆震燃烧产生原因和危害？

原因：

末端混合气的自燃。

危害：

发动机过热，Pe（有效功率）下降，be（燃油消耗率）上升，产生冲击载荷，有金属敲击声，严重时损坏零件。

影响因素：

1）燃料因素：

辛烷值低。

2）结构因素：

缸径、燃烧室形状、火花塞位置。

3）使用因素：

浓度、转速、负荷、点火提前角（最大转矩点易爆燃，组织好冷却）。

7、汽油机、柴油机各工作过程温度、压力的对比

进气终了压力：

汽油机0.75～0.9MPa；柴油机0.78～0.93MPa

进气终了温度：

汽油机360～400K；柴油机320～350K

压缩终了压力：

汽油机0.6～1MPa；柴油机3.5～4.5MPa

压缩终了温度：

汽油机600～700K；柴油机750～1000K

燃烧过程最高压力：

汽油机3～5MPa；柴油机6～9MPa

燃烧过程最高温度：

汽油机2200～2800K；柴油机2000～2500K

膨胀终了压力：

汽油机0.35～0.5MPa；柴油机0.2～0.4MPa

膨胀终了温度：

汽油机1170～1470K；柴油机970～1170K

排气过程终了压力：

汽油机：

0.105MPa～0.125MPa；柴油机：

0.105MPa～0.125MPa

排气过程终了温度：

汽油机：

900K～1200K；柴油机：

800K～1000K

8、什么是发动机示功图？

有什么用途？

示功图表示内燃机实际循环中气缸内的气体压力随气缸容积的变化规律，一举相对于不同活塞位置或曲轴转角时气缸内部工质压力的变化情况，称为P-V示功图或P-ψ示功图。

功用：

1．揭示各行程压力状况；

　　　2．揭示配气相位、点火提前角及燃烧过程的几个阶段；

　　　3．表征有用功大小。

9、什么是发动机的指示指标和有效指标？

指示指标：

燃气工作质量，燃气作功能力和热能转变为指示功效率。

有效指标：

整体工作质量，Ttq、Pe等对外作功能力和热能转变为有用功的效果。

10、何谓机械效率？

发动机的机械损失包括哪些？

机械效率ηm：

有效功率在指示功率中占比例。

机械损失包括：

运动件摩擦损失（60-75%）、配气机构和附件消耗功率（12-20%）、泵气损失，自然进气内燃机进排气消耗功率（13-15%）。

11、简述有效扭矩Ttq、有效功率Pe的定义。

有效扭矩：

曲轴输出端测得的转矩（N·m）。

有效功率：

由内燃机曲轴输出端输出到车辆传动系统的功率。

Pe＝Ttq*ω=Ttq×2πn/60*10-3=Ttq×n/9550（kW）

12、简述燃油消耗率、升功率的定义和计算方法。

燃油消耗率（比油耗）：

单位时间单位功率所消耗燃料量。

　　　　be＝B×103/Pe（g/kW·h）

升功率：

标准状态时，单位气缸工作容积发出的有效功率。

　　　PL＝Pe/iVh=Pme*n/30τ（kW/L）

13、为什么柴油机的燃油消耗率比汽油机低？

柴油机在工作中所采用的过量空气系数α值大大高于汽油机的α值，达到1.2~1.8左右。

这使得柴油在混合气有足够的氧气混合。

柴油的燃烧叫汽油在汽油机中更加充分。

而且柴油及的压缩比比汽油机的压缩比大的多。

使得柴油机在膨胀过程中做的有用功更高。

综合既有以上两点等，柴油机的燃油消耗率比汽油机低。

14、内燃机进气终了压力和进气终了温度如何变化，原因是什么？

进气终了压力低于外界大气压力。

原因：

1）存在进气阻力：

空气滤、气道、气门等；2）进气时间极短。

进气终了温度高于外界大气温度。

原因：

1）进气吸热，汽油机还有进气预热2）残余废气影响。

第三章曲柄连杆机构

1、曲柄连杆机构的组成与功用是什么？

组成：

机体组（固定件）、活塞连杆组（运动件）、曲轴飞轮组（运动件）

功用：

1.热能转变为机械能；2.活塞往复直线运动转化为曲轴旋转运动；3.向车辆传动装置输出动力。

2、机体组有哪些机件组成？

包括缸盖，缸体，上、下曲轴箱，缸套，主轴承盖，飞轮壳及连接件。

3、气缸体的功用是什么？

它有哪几种结构形式？

功用：

1.支承曲柄连杆机构运动件；2.形成冷却水道、油道；3.安装附件；4.承受作用力；5.安装支承点。

结构形式：

普通式（加工方便）、龙门式（强度刚度好，加工复杂）、隧道式。

4、发动机气缸套有何作用？

什么是干缸套？

什么是湿缸套？

作用：

a.导向作用；b.组成工作空间；c.延长缸体使用寿命。

干缸套：

不与冷却水接触，壁厚1～3mm，水密封性好，机体刚度好。

湿缸套：

与冷却水接触，壁厚5～9mm。

5、活塞组的基本作用和组成？

基本作用：

1.组成可变的工作容积；2.承受燃气压力并传至连杆；3.散热。

组成：

活塞、活塞环、活塞销、活塞销挡。

6、活塞由哪几部分组成？

柴油机、汽油及的活塞由什么不同？

组成：

顶部：

组成燃烧室的主要部分；头部：

环带部，又称为密封部；裙部：

导向部位，承受侧向力。

不同：

汽油机活塞是平顶，吸热面积小，二冲程汽油机为改善扫气制成凸顶（气门让坑使气门升程大、进气多，但对燃烧不利，不应太深，若配气正时不对，活塞与气门碰撞，会造成气门弯曲折断）。

柴油机活塞是凹顶，形状、位置、大小受燃烧室形式影响，吸热面积大，发动机受热增加。

7、气环、油环的类型及主要作用是什么？

气环：

矩形环、微锥面环、扭曲环、梯形环、桶面环；作用：

密封、传热。

油环：

普通油环、带胀圈的油环、带胀圈弹簧的油环；

作用：

上行布油、下行刮油。

8、连杆组的组成和功用？

组成：

连杆体、连杆盖、连杆衬套、连杆轴瓦、连杆螺栓等。

功用：

传递力、运动转换。

9、连杆大头切口常见定位方式有几种？

1.锯齿定位2.圆销定位3.套筒定位4.止口定位5.断口定位

10、V型内燃机的连杆有哪几种结构型式？

1.并列连杆2.叉形连杆3.主副连杆

11、连杆轴瓦有几种结构形式？

整体式和分开式。

除个别小型单缸汽油机连杆采用整体式连杆大头外，其他由于装配需要都做成分开式。

12、内燃机曲轴的结构、功用及类型？

组成：

前端（自由端）、后端（功率输出端）及若干个曲柄。

功用：

1.将连杆传来的力转化成扭矩输送给车辆的传动装置；

2.驱动配气机构；

3.驱动其他辅助装置。

类型：

整体式与组合式。

13、曲轴为什么要轴向定位？

怎样定位？

为什么只能有一处定位？

目的：

防止曲轴轴向串动，破坏曲柄连杆机构的工作位置。

轴向移动原因：

a.斜齿轮及圆锥齿轮产生轴向分力；

b.摩擦式离合器分离时产生轴向力；

c.上、下坡时，由于重力产生轴向移动。

怎样定位：

1.止推轴瓦2.止推片3.轴向止推滚珠轴承

为什么只能由一处定位：

曲轴受热后会自由伸长，要留有膨胀空间。

14、多缸内燃机发火顺序的确定原则？

1）各缸着火间隔角尽可能相等

2）相邻两缸尽量不连续着火

3）V型机的点火顺序尽量安排成左、右气缸交替点火

4）发动机平衡性好

15、作用在曲柄连杆机构上的力有哪些？

对外作用效果如何？

作用在曲柄连杆机构上的力有燃气作用力Pg、往复运动惯性力Pj、旋转离心力Pr和侧作用力N，对于多缸机，还有这些力所形成的力矩。

对外作用效果：

侧压力所形成的反扭矩M’无法平衡，将传递到发动机的支架上；Pj与Pr随α的变动呈周期性变化，这些力与力矩不断传递到机体外的支点，引起内燃机振动。

16、曲轴系统产生扭转共振的原因是什么？

曲轴扭转减振器的作用是什么？

产生原因：

当干扰力矩的圆频率Ω与曲轴系统的某一个自振频率相等或是它的某一个倍数时，曲轴系统便产生共振。

产生共振时的曲轴转速就是临界转速。

作用：

曲轴系统产生的振动能量尽可能多地被减震器所吸收，消减曲轴扭转振动，提高了曲轴的使用寿命。

第四章配气机构

1、配气机构的功用与组成？

按发动机工作循环和发火次序要求，按时开启和关闭进排气门，吸入新气，排出废气。

组成：

气门组，气门传动组。

2、曲轮轴轴向定位有几种方式？

1.止推片定位2.止推螺钉轴向定位3.止推轴承

3、配气机构按凸轮轴布置位置分类有哪几种结构型式？

驱动机构的结构形式有哪几种？

各有什么优缺点？

下置凸轮轴式（系统刚度加强，距离远，驱动复杂），顶置凸轮轴式（传动较简单，系统刚度较差），中置凸轮轴。

驱动机构的结构形式：

1）齿轮传动：

优点：

①传动比精确，用于配气定时、喷油定时和点火定时；

②使用寿命长。

缺点：

噪声大。

2）链传动：

优点：

噪声小，重量轻，对附件布置没有很高的要求。

缺点：

造价高。

3）齿带传动：

优点：

综合齿轮传动和链传动。

4、为什么一般在发动机的配气机构中要留气门间隙？

气门间隙过大或过小有何危害？

发动机冷态装配时，在气门传动机构中，留有适当的间隙，以补偿受热后的热膨胀量。

间隙过小，热态可能关闭不严而漏气，功率下降；间隙过大，气门有效升程减少；加大了传动件之间的冲击，使配气机构噪声增大。

5、气门弹簧起什么作用？

为什么在装配气门弹簧时要预先压缩？

功用：

1）保证气门回位和密封

2）抵消惯性力，防止脱节

因此气门弹簧应具有安装预紧力，要预先压缩。

6、可变配气相位控制机构的作用是什么？

基本原理是什么？

作用：

发动机不同转速对配气相位的要求不同，即对凸轮曲线的要求不同，可变配气相位控制机构可以根据发动机的转速来改变配气相位。

原理：

1）改变可变气门正时与气门升程控制；2）改变进气管长度。

7、二冲程内燃机换气方式有哪几种？

1）横流换气

2）回流换气

3）直流换气（气门—气口式、对置活塞式）

第五章汽油机供油系统

1、什么是空燃比、过量空气系数？

空燃比：

可燃混合气中空气与燃料的质量之比。

过量空气系数：

α=燃烧1KG燃料所实际供给的空气质量与完全燃烧1KG燃料所需要的理论空气质量之比。

2、可燃混合气成分对汽油机性能有何影响？

回火、放炮原因是什么？

1）着火极限：

α＝0.4～1.4，相应5.88

2）混合气浓度与汽油机动力性、经济性的关系：

1）混合气过稀；2）点火正时不当；3）高压线插错（乱缸）；4）进排气管漏气或气门关闭不严；5）汽化器内浮子室油面太低，或主量孔油路堵塞。

3、汽油机不同工况对可燃混合气的浓度有何要求？

流速低，新气量少，废气稀释，α为0.4～0.6；

小负荷：

新气量少，废气稀释影响仍较大，α为0.7～0.9；

供给功率混合气，α约为0.85～0.95。

4、现代化油器包括几种主要的供油装置？

主供油装置，怠速装置，启动装置，加速装置，加浓装置。

空燃比控制精度高、燃油雾化好，混合均匀、取消喉口，充气效率提高，动力性改善；功率提高5～10%、节油和排气净化效果好、安装适应性好，给汽油机的总体设计带来更大的灵活性。

组成：

空气系统控制并测量空气量；燃料系统泵油、滤清、稳压、喷油；控制系统根据发动机运转状况确定最佳喷油量。

6、电控汽油喷射系统基本分类形式有几种？

按照喷油器安装位置分：

单点（SPI）、多点（MPI）及缸内直接喷射。

常用工况采用闭环控制，但起动、暖机、加速、大负荷等工况采用开环控制。

根据工况需要，定时、定量供油；使柴油与空气混合；将燃烧以后的废气排出气缸外。

组成：

油箱，柴油沉淀杯，柴油滤清器，输油泵，喷油泵，高压油管，喷油器。

①组织一定强度进气涡流，采用多孔喷嘴②结构紧凑、散热面积小、热效率高、起动容易。

③着火延迟期内形成的混合气较多，工作粗暴。

（2）以油膜蒸发混合为主：

球型燃烧室。

①采用强烈进气涡流，单孔或双孔喷油器②工作比较柔和。

预燃室占总燃烧室容积的25％-45％；特点：

1）提高柴油压力；2）定时定量向喷油器供油；3）保证供油提前角及供油量均等。

工作原理：

以直列柱塞泵为例

1）泵油过程：

柱塞位于下止点时进油口开启，油道中柴油进入套筒内。

当凸轮驱动柱塞上行到将进油口关闭时，柴油压力上升并将出油阀打开。

柱塞继续上升柴油不断被供到喷油器。

2）各分泵供油提前角调整靠凸轮轴上凸轮间夹角

可以根据负载变化而自动调节供油量，保持发动机的转速稳定。

分为单程式、两极式、全程式。

7、喷油泵喷油提前角调节方法有哪些？

1.调整柱塞垫块的高度

2.改变曲轴驱动轴与喷油泵凸轮轴的相对位置

3.有些直列泵柱塞顶部加工斜油槽

提前角过大，着火延迟期较长，工作粗暴，压缩功增加，NOx增加。

提前角过小，后燃增加，炭烟增加，热效率较低。

9、柴油机为什么比汽油机易于冒黑烟且难于冷起动？

冒黑烟：

柴油机混合气采用缸内混合，在压缩过程末期喷油，混合时间短，空间小，混合不均匀；柴油的蒸发性、流动性较汽油差；柴油机燃烧过程是扩散燃烧，即混合气边混合边燃烧，浓混合气区域，未燃燃料在高温缺氧条件下生成碳烟。

难于冷起动：

a柴油机压缩比大，压缩阻力大；b机油难度大；c运动件运动惯性大，且驱动附件消耗功多。

第七章汽油机点火系

1、汽油机最佳点火提前角与转速、负荷有什么关系？

当转速增加时，最佳点火提前角应增加；

而当进气管真空度减小（节气门开大，负荷增加）时，最佳点火提前角应减小。

2、传统机械式点火系统组成及各部件作用？

主要由蓄电池、点火开关、点火线圈、触点、分电器（断电器、电容器、点火提前装置）、及火花塞组成。

作用：

断电器：

由凸轮操纵的触点开关，凸轮的凸棱数等于汽缸数。

将中心电极高压电分配给侧电极，侧电极数目与发动机汽缸数相等。

3、传统机械式点火系统如何调整点火提前角？

根据辛烷值改变初始点火时刻，调整分电器外壳，带动触点转动。

4、无触点半导体点火系统基本组成是什么？

点火信号发生器常用哪些类型的传感器？

基本组成：

蓄电池、点火开关、点火线圈、分电器、点火信号发生器、点火控制器、火花塞

将高温零件所吸收的热量及时带走，使它们保持在正常的温度范围内工作。

水泵—气缸水套—缸盖—节温器—散热器—水泵

借助于传动装置中的离合机构，硅油风扇离合器，电磁风扇离合器，液力偶合器等。

如主轴承、连杆轴承等载荷和相对速度较大的部位；

2）飞溅润滑：

如气缸壁、正时齿轮、凸轮表面等难以用压力输送或载荷不大的部位；