发动机原理复习DOC.docx
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发动机原理复习DOC
绪论
[1]简述本课程的研究对象和任务。
答：
（一）对象
本课程以性能指标作为研究对象
（二）性能指标
1动力性指标（功率、扭矩、转速）
2经济性指标（燃料和润滑油的消耗量及消耗率）
3运转性指标（冷起动性、噪声和排气品质）
（三）工作过程
发动机冲程（四个）:
吸气压缩做功排气
热力过程（五个）:
吸气压缩燃烧膨胀排气
燃烧膨胀为能量转换过程
（四）任务
研究热力过程，热力循环，整机性能
明确基本概念，基本技能。
培养综合分析问题的能力。
（五）单位制
我国的法定计量单位
[4]发动机按用途分为哪些种类？
答：
往复活塞式发动机的分类
我们这门课主要研究目前汽车上广泛应用的往复式活塞发动机。
1按用途分类
（1）灌溉（抽水）用点工况
（2）电站用n=const.线工况固定式柴油机或机组
（3）船舶用Ne=kn
（螺旋桨曲线）线工况大型、低速柴油机
（4）汽车、拖拉机用变工况-面工况中小型、高速柴油机
（5）发动机车大型高速柴油机组
（6）工程机械（矿山机械、建筑、石油钻探）多变型
（7）坦克V型、多缸机
（8）飞机星型（径向式）已基本不用
[6]简述发动机的优缺点。
答：
（一）优点
1有效热效率高
蒸汽机11～16%，蒸汽轮机30%，
汽油机30%，柴油机40%，增压柴油机46%以上
2功率范围广
Ne=0.6～35000kw
3比重量小，升功率大（体积小、重量轻）
比重量:
柴油机3.7kg/kw，车用汽油机1.37kg/kw
4起动性好
可很快达到全负荷
（二）缺点
1对燃料要求高
石油紧张，汽油、柴油价格高；要求一定的标号。
2噪声、排污
3结构较复杂
[7]试述发动机的现代发展趋势。
答：
60年代以前:
动力性，可靠性，耐久性
70～80年代:
经济性，动力性
90年代口号:
清洁，经济，安全
1相关学科日益增多，学科之间相互渗透
2标准化，系列化，通用化（三化）
3新材料，新工艺，新产品
4使用计算机设计、计算零部件及其配合，精密、准确、优化
5设计、零部件生产商分散集中分散
由分散的小公司到集中的大型脱拉斯，如今又分散到小公司，其主要原因是优
化产品，节省开支，降低成本。
甚至象丰田、宝马这样的超级企业有时也需合
作开发新产品。
6电控应用日益增多，混合气制备更加完善
7检测设备与手段先进
8低排放的代用燃料发动机正在普及，零排放的正在开发并进入实用
第一章发动机的工作循环和性能指标
[1]为何要分析发动机的理想循环？
[2]简述发动机实际循环向理想循环的简化条件。
1忽略进、排气过程
2压缩、膨胀过程（复杂的多变过程）简化为绝热过程
3燃烧过程简化为定容加热过程（2～3）和定压加热过程（3～4）
4排气放热简化为定容放热过程
5假定工质为定比热的理想气体
[4]说明提高压缩比可以提高发动机热效率和功率的原因
答：
提高压缩比，可提高压缩行程终了混合气的温度和压力，加快火焰传播速度，选择合适的点火提前角，可使燃烧在更小的容积下进行，使燃烧终了的温度、压力高。
且燃气膨胀充分，热效率提高，发动机功率、扭矩大，有效燃油消耗率降低。
[6]做出四冲程非增压柴油机理想循环和实际循环P-V图，并标明各项损失
。
[7]试分析工质改变对发动机实际循环的影响。
答：
P10
[8]何为指示指标？
何为有效指标？
答：
指示指标:
以工质在汽缸内对活塞做功为基础，评价工作循环的质量。
有效指标:
以曲轴上得到的净功率为基础，评价整机性能。
[10]写出机械效率的定义式，并分析影响机械效率的因素。
有效功率与指示功率的比值。
（一）转速
其中
－活塞平均运行速度。
与
几乎呈直线关系。
与n似呈二次方关系。
n□惯性力活塞对缸壁的侧压力轴承负荷
□各摩擦副相对速度摩擦损失
□泵气损失，驱动附件损耗
（二）负荷
发动机的负荷□柴油机:
油门拉杆或齿条位置
□汽油机:
节气门开度
转速n一定，负荷时，发动机燃烧剧烈程度，平均指示压力
；而由于转速不变，平均机械损失压力
基本保持不变。
则
，机械效率下降。
当发动机怠速运转时，有效功率
，指示功率
全部用来克服机械损失功率
。
即
，因此，
。
由于车用柴油机普遍在高转速、较低负荷下工作，机械效率下降严重。
因此，机械效率对于车用柴油机尤为重要。
（三）润滑油品质和冷却水温度
润滑油粘度影响润滑效果
润滑油温度影响润滑油粘度
冷却水温度影响润滑油温度
即冷却水、润滑油温度通过润滑油粘度间接影响润滑效果。
[12]试述过量空气系数、空燃比和分子变更系数的定义。
1过量空气系数
表示混合气的浓稀程度。
大混合气稀；小混合浓
一般，柴油机:
>1；汽油机:
1。
2空燃比A/F
表示混合气的浓稀程度。
A/F大混合气稀；A/F小混合气浓
3分子变更系数：
理论分子变更系数燃烧后工质摩尔数M2与燃烧前工质的摩尔数M1之比。
实际分子变更系数:
考虑残余废气后燃烧后的工质摩尔数M2’与燃烧前工质摩尔数M1’之比。
[14]简述汽油机和柴油机的着火和燃烧方式。
一混合气的着火
（一）柴油机－低温多级自燃
1
阶段－混合阶段
在压缩过程终了时，燃料喷入汽缸内形成
可燃混合气。
燃料遇到温度较高的空气，开始
氧化，但速度缓慢，示功图上的压缩线没有明
显的变化。
混合阶段，为着火做准备。
2
阶段－第一级反应
燃烧的实质是燃料的氧化反应，当反应速
度很快时，火焰就会出现。
经过
时间后，反
应加剧，出现冷火焰，缸内压力超过压缩压力。
在这一阶段，反应生成醛类、过氧化物和一氧化碳等中间产物。
要求混合气较浓，=0.4～0.5。
3
阶段－第二级反应
温度、压力升高较大，产生许多化学反应的活性中心，出现蓝火焰。
混合气稀得多，略小于1。
4
时间后－第三级反应
活性中心剧增，化学反应加速，热积累剧烈，发生爆炸，出现热火焰。
混合气更稀，1。
－着火延迟期
（二）汽油机－高温单级点燃
1压缩的是燃料与空气的混合气体,在此过程中,已经进行了一些化学反应。
2火花点火,局部温度高达20000℃以上,该处燃料分子直接分裂成大量的自由原子与自由基,迅速反应出现热火焰,瞬间扩大到整个燃烧室内。
所以,汽油机着火过程：
压缩混合气点火（经短暂着火延迟期）热火焰
三燃烧方式
（一）同时爆炸燃烧
取某一部分为系统,着火前后整个系统各个部分的相完全均匀一致。
即相只随t（时间）座标变化,而不随x（位移）座标变化,为单相系,均匀系。
柴油机上,由于混合气分配不是十分均匀,总有某一部分混合气最先着火（一般在喷油嘴附近）,取这一部分为系统,则系统内实现的就是同时爆炸燃烧。
汽油机上,由于火焰有传播速度（虽然很快,但相对同时爆炸燃烧却很小）,传播逐次进行,故显然不是同时爆炸燃烧。
但火花塞间隙处的少量混合气在电火花作用下,可实现同时爆炸燃烧，从而形成火焰中心。
（二）逐渐爆炸燃烧
汽油机－火焰传播。
两相系－混合气相（未燃区），燃烧产物相（已燃区）。
加热从火花塞开始，紧靠火花塞的那一部分混合气首先被加热,使氧化或活性中心增多,发生燃烧。
燃烧又加热下一层……,一层一层传播。
燃烧主要在火焰前锋面内进行。
火焰前锋面前方的未燃区中是混合气，火焰前锋面后方的已燃区中为燃烧产物和一小部分在火焰前锋面中没有燃烧掉的燃料继续燃烧。
（三）扩散燃烧
柴油机的燃烧方式,三相－燃料相,空气相,燃烧产物相。
柴油燃点比汽油低,但在日常生活中汽油却比柴油易燃,原因就在于汽油的挥发性好,油与空气形成混合气较快,物理准备过程已经就绪,一点即燃。
柴油机中燃烧的快慢却主要取决于物理准备过程进行的快慢。
油滴遇热蒸发形成燃料蒸汽,然后才能燃烧,并非油滴与空气接触就可燃烧。
为防止燃烧产物将油滴与空气隔开,将组织空气相对于油滴的气流运动,将燃烧产物抛在后面。
[15]已知：
某汽油机的气缸数目
，冲程数
，气缸直径
[mm]，冲程
[mm]，转速
[r/min]，有效功率
[kW]，每小时耗油量
[kg/h]，燃料低热值
[kJ/kg]，机械效率
。
求：
平均有效压力
，有效扭矩
，有效燃料消耗率
，有效热效率
，升功率
，机械损失功率
，平均机械损失压力
，指示功率
，平均指示压力
，指示燃料消耗率
，指示热效率
。
平均有效压力Pe=30Ne*t/Vn*i*10-3=738kPa
有效扭矩Me=9550*Ne*103/n=318.4N〃m
有效燃油消耗率ge=GT/Ne*103=370g/KN〃h
有效热效率ηe=We/Q1=Wi*hm/Q1=3.6/ge*hu*106=0.22
升功率P1=Ne/（Vn*i）=pe*n/30t*10-3=18.45Kw/L
机械损失功率Pm=Ni—Nehm=Ne/NiPm=20.48Kw
平均机械损失压力pm=pi—pe=151.2kPa
指示功率Pi=Ne/hm=120.48Kw
平均指示压力pi=30tPi/（Vn*i*n）*103=889.14kPa
指示燃油消耗率gi=GT/Pi*103=307.1g/（KN〃h）
指示热效率ηi=3.6/gi*hu*106=0.27
第四章汽油机混合气形成和燃烧
[1]汽油机与柴油机相比，在燃烧过程的划分、着火方式、着火延迟期的影响、混合气的形成、机械负荷和热负荷、压缩比、组织缸内气流运动的目的以及燃烧过程的主要问题方面，各有什么不同？
汽油机与柴油机相比主要有如下特点:
汽油机柴油机
2点燃式。
压燃式。
3
影响小。
影响大。
4进入汽缸的是混合气，混合时间长。
进入汽缸的是新鲜空气，混合时间短。
5
高，热负荷大。
高，机械负荷大。
6压缩比低，=6～10。
压缩比高，=12～22。
7有爆燃问题。
有工作粗暴问题。
8组织气流运动的目的是为了组织气流运动的目的是为了加速火焰传播，防止爆燃。
促进燃油与空气更好地混合。
[7]画出汽油机燃烧过程的
图，并简述各个时期的划分。
[8]什么是爆震燃烧？
引起爆震燃烧的根本原因是什么？
爆震是燃烧室中末端混合气在火焰前锋面到达之前发生的自燃在燃烧室中产生多个火焰中心引发爆炸式燃烧反应。
产生的原因—终端混合气自燃
电火花点火后,火焰以正常的传播速度20~60m向前推进,未燃混合气受到强烈的压缩和热幅射。
处于最后燃烧位置上的那部分终燃混合气（Endgas）,由于热幅射作用,促使先期反应加速进行,并放出部分热量,又使本身的温度不断升高,以致在正常火焰尚未到达时,终端混合气最适于发火的部位已经形成了一个或几个火焰中心。
以远大于正常燃烧火焰前锋面推进的速度向周围传播。
[9]简述使用因素对汽油机爆震燃烧的影响。
1.混合气浓度0.8-0.9时缸内燃烧温度最高火焰传播速度最大压力等也较高爆震倾向加大。
2.点火提前角过大时爆震倾向加大反之亦然。
3.转速增加火焰传播速度增加爆震倾向减小
4.负荷
5.大气状况当大气压低时汽缸充气量较小混合气变浓压缩终了时压力较小爆震倾向减小。
[11]如何选定合适的点火提前角？
当转速和负荷变化时，分别采用什么方法调节点火提前角？
第五章发动机噪声及排放污染
[1]汽车和发动机的主要噪声源各有哪些？
[2]与发动机转速有关和与车速有关的噪声源各有哪些？
1与发动机转速n有关的噪声源
进、排气噪声；旋转件噪声—风扇，空气压缩机，发电机和空调等。
2与车速有关的噪声源
传动噪声—变速器，传动轴等；空气动力噪声—轮胎噪声，车体噪声等。
[7]简述一氧化碳CO的生成机理和主要防治措施。
1形成
C+OCO[+O]CO
[中间产物]
产生的原因是缺氧。
汽油机上—<1的浓混合气；
柴油机上—>1，但局部过浓的混合气。
2防治
（1）稀薄燃烧与高能点火
使混合气的，而又能够正常燃烧。
（2）缩小燃烧室的激冷区
激冷区—燃烧室中由两个以上冷表面构成的狭窄空间，如挤气间隙。
激冷效应—靠近激冷区的可燃混合气，热损失过多而不能着火。
缩小燃烧室的激冷区燃烧易于完全CO。
[8]简述氮氧化合物NOx的生成机理和主要防治措施。
1形成
（1）燃烧温度高
（2）高温持续时间长
（3）火焰前锋面中氧气的浓度高
产生的原因是高温。
3防治
（1）降低压缩比缸内温度
。
（2）减小点火提前角缸内温度
。
（3）废气再循环，缸内喷水，采用乳化油，或缸内温度
。
（4）分层燃烧降低混合气的均匀性缸内温度
。
（5）加强燃烧室内气流运动混合气混合、燃烧迅速高温持续时间
。
[9]简述碳氢化合物HC的生成机理和主要防治措施。
1形成
（1）局部混合气过浓或过稀使氧化反应减慢，热损失相对增加，不能着火。
（2）某微小单元的混合气面容比大，热损失大，不能着火。
（3）激冷效应。
3防治
（1）降低压缩比膨胀冲程中燃烧室壁面温度和排气温度HC。
（2）改善燃烧室形状，降低面容比散热损失HC。
（3）稀薄燃烧与高能点火燃烧完全程度HC。
（4）减小点火提前角HC在膨胀和排气冲程中燃烧掉。
（5）缩小燃烧室的激冷区燃烧易于完全HC。
（6）加强燃烧室内气流运动混合气混合、燃烧完全HC。
（7）曲轴箱强制通风
HC—空气滤清器进气管缸内再燃烧。
[10]简述炭粒PM的生成机理和主要防治措施。
1）形成
缺氧，致使燃烧中间产物C-C，H-C裂化，再聚合成炭粒。
柴油机缓燃期中形成最多
（2）防治
A稀薄燃烧与高能点火燃烧完全程度炭粒。
B改善雾化质量混合气混合、燃烧完全炭粒。
C加强燃烧室内气流运动混合气混合、燃烧完全炭粒。
D改进发动机的结构和使用，加速混合气形成，提高燃烧速率。
E采用乳化油缸内温度中间产物的热裂反应明显减少。
F加入消烟添加剂—钡盐，但有毒。
G后期处理
小颗粒的炭粒经过静电、过饱和水蒸汽、超声波而聚合成较大颗粒的炭粒，再通过除尘过滤器予以净化。
第六章发动机特性
[1]试述发动机速度特性（包括外特性）和负荷特性的定义。
发动机速度特性：
发动机节气门开度（或油门开度）不变，发动机性能指标随转速n变化的关系。
发动机负荷特性：
转速n不变，汽油机的经济性指标随负荷—节气门开度变化的关系。
[2]画出汽油机的外特性曲线，并标明和解释各参数。
[8]画出柴油机的负荷特性曲线，并标明和解释各参数。
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