內燃機原理

2023-01-18 13:03:02 字數 5282 閱讀 1248

2-1 內燃機的動力效能和經濟效能指標為什麼要分為指示指標和有效指標兩大類?表示動力效能的指標有哪些?它們的物理意義是什麼?

它們之間的關係是什麼?表示經濟效能的指標有哪些?它們的物理意義是什麼?

它們之間的關係是什麼?答:(1)指示效能指標是以工質對活塞做功為基礎的指標。

能評定工作迴圈進行的好壞。有效效能指標是以曲軸的有效輸出為基礎的指標,能表示曲軸的有效輸出。

(2)動力效能指標:功率、轉矩、轉速、平均有效壓力、公升功率。

(3)功率:內燃機單位時間內做的有效功。轉矩:力與力臂之積。轉速:內燃機每分鐘的轉數。pe=

(4)經濟效能指標:有效熱效率,有效燃油消耗率be。

(5)有效熱效率:實際迴圈的有效功與為得到此有效功所消耗的熱量之比值。 ηet=we/q1

有效燃油消耗率:單位有效功的耗油量。關係:be=3.6*106/ηet。hu

2-4 平均有效壓力和公升功率在作為評定發動機的動力效能方面有何區別?答平均有效壓力是乙個假想不變的壓力,其作用在活塞頂上使活塞移動乙個行程所做的功等於每迴圈所做的有效功,公升功率是在標定的工況下,發動機每公升氣缸工作容積所發出的有效功率。 區別:

前者只反應輸出轉矩的大小,後者是從發動機有效功率的角度對其氣缸容積的利用率作出的總評價,它與pme和n的乘積成正比。(pl=pme·n/30t)

2-5充量係數的定義是什麼?充量係數的高低反映了發動機哪些方面效能的好壞?答(1)充量係數每個迴圈吸入氣缸的空氣量換算成的進氣管狀態下的體積。

v1與活塞排量vs之比(φc =v1/vs)(2)充量係數高地反映換氣過程進行完善程度。

2-8 過量空氣係數的定義是什麼?在實際發動機上怎樣求得?

1)過量空氣係數:燃燒1kg燃料的實際空氣量與理論空氣量之比。(2)實際發動機中φa 可由廢氣分析法求得,也可用儀器直接測得;對於自然吸氣的四衝程內燃機,也可由耗油量與耗氣量按下式求的(φa=aa/blo )

2-9 內燃機的機械損失由哪些部分組成?詳細分析內燃機機械損失的測定方法,其優、缺點及適用場合。答(1)機械損失組成:

1活塞與活塞環的摩擦損失。2軸承與氣門機構的摩擦損失。3.

驅動附屬機構的功率消耗。4風阻損失。5驅動掃氣幫浦及增壓器的損失。

(2)機械損失的測定:1示功圖法:由示功圖測出指示功率pi,從測功器和轉速計讀數中測出有效功率pe,從而求得pm,pm及ηm 的值。

優:在發動機真實工作情況下進行,理論上完全符合機械損失定義。缺:

示功圖上活塞上止點位置不易正確確定,多缸發動機中各缸存在一定的不均勻性。應用:上止點位置能精確標定的場合。

2倒拖法:發動機以給定工況穩定執行到冷卻水,機油溫度達正常值時,切斷對發動機供油,將電力測功器轉換為電動機,以給定轉速倒拖發動機,並且維持冷卻水和機油溫度不變。這樣測得的倒拖功率即為發動機在該工況下的機械損失功率。

缺點:1倒拖工況與實際運**況相比有差別2求出的摩擦功率中含有不該有的pp這一項。3在膨脹,壓縮行程中,p-v圖上膨脹線與壓縮線不重合。

4上述因素導致測量值偏高。應用:汽油機機械損失的測定。

3滅缸法:在內燃機給定工況下測出有效功率pe,然後逐個停止向某一缸供油或點火,並用減少制動力矩的辦法恢復其轉速。重新測定其有效功率。

則各缸指示功率為(pr)x=(pe-pe)x。總指示功率。pi=∑(pi)x。

然後可求出pm和ηm.優點:無須測示功圖,也無須電力測功器。

缺點:要求燃燒不引起進。排氣系統的異常變化。

應用:只適用於多缸發動機,且對增壓機及汽油機不適用。

4油耗線法:將負荷特性實驗時獲得的燃油消耗率曲線延長並求出橫座標的交點,就可得到pmm。優點:

無須電力測功器和燃燒分析儀。缺點:只是近似方法,低負荷附近才可靠。

應用:除節氣門調節的汽油機和中高增壓的柴油機。

3-7 內燃機的實際迴圈與理想迴圈相比,存在著哪些損失?試述各種損失形成原因。答:

工質的影響;實際工質不是理想氣體,其中co2.水蒸氣等三原子氣體在燃燒過程中不斷增強,使工質比熱容增大,且隨溫度公升高而增大,使氣體溫度下降,同時燃燒產物存在高溫分解及在膨脹過程中復合放熱現象。傳熱損失:

實際迴圈中,缸套內壁面、活塞頂面以及氣缸蓋底面等與缸內工質直接相接觸的表面,始終與工質發生著熱量交換,在壓縮初期,缸壁對工質加熱,但燃燒和膨脹期,工質大量向壁面傳熱。換氣損失:理論迴圈中不考慮氣體流動阻力損失實際迴圈中,在吸入新鮮充量及排出廢氣時有膨脹損失,活塞推出功損失和吸氣功損失。

燃燒損失:燃燒速度的有限性使壓縮負功增加及最高壓力下降另外還存在不完全燃燒損失。

4-1 試分析內燃機進、排氣門提前開啟和遲後關閉的原因。其數值的大小與哪些因素有關?答:

排氣提前:(1)排氣門提前開啟可以增大在膨脹行程下止點時的流通面積,使排氣順暢,減小排氣衝程的活塞推出功。排氣門遲後關閉可避免排氣流動截面積的過早減小而造成的排氣阻力增加,使活塞推出功和缸內殘餘廢氣增加,另外還可以利用排氣管內氣體流動的慣性抽吸一部分廢氣,實現過後排氣。

進氣門提前開啟可增大開始充量進氣時得進氣截面積,減小氣流阻力,增加進氣氣缸的新鮮充量。進氣門遲後關閉可利用氣流慣性實現向氣缸的過後充氣,增加缸內充量。

(2)汽油機排氣門提前角小些,柴油機大些,增壓柴油機更大。節氣門調節的內燃機(點燃式)的進氣提前角較小,柴油機進氣提前角較大,增壓則更大。

另外,轉速高的發動機有較大的氣門提前角及遲閉角。所以影響因素有:機型,是否增壓,轉速高低。

4-3試述影響充量係數的各個主要因素以及提高充量係數的技術措施。

(1)影響充量係數的主要因素:進氣阻力損失,排氣阻力損失,高溫零件對進氣過程中新鮮充量的加熱,配氣正時及氣門公升程規律的影響。(2)提高充量係數的技術措施:

1.降低進氣系統的流動阻力。2.

採用可變配氣系統技術(可變凸輪機構,可變氣門正時)。3.合理利用進氣諧振。

4.降低排氣系統的流動阻力。5.

減少對進氣充量的加熱。

4-7分析說明幾種典型的二沖程發動機掃氣方案的優缺點:

答:橫流掃氣:優點:

結構簡單,製造方便,可以降低內燃機高度尺寸。缺點:氣缸頂部易殘留廢氣,掃排氣口之間易產生新鮮充量短路,掃氣效果差,進排氣口兩側缸壁熱負荷不同,易造成活塞與氣缸受熱不均。

回流掃氣:無新鮮充量短路,掃氣效果比橫流掃氣好,結構簡單,製造方便。直流掃氣:

優點:掃氣品質最好,新鮮充量不與廢氣參混,工作條件好(掃氣空氣玲卻)。缺點:

保留了四衝程內燃機的氣門結構,結構複雜。

4-9增壓前後發動機的效能引數是如何變化的?答:增壓後內燃機效能引數的變化:

指示熱效率略有增加,機械效率提高。(公升)功率增加。燃油消耗率降低。

當轉速不變時,則轉矩增加。

5-2 何謂缸內滾流?滾流對燃燒過程有何影響?答:

(1)缸內滾流:在近氣過程中形成的繞氣缸軸線垂直線旋轉的有組織的空氣旋流。影響:

滾流在壓縮過程中,動量衰減較少;可保持到壓縮行程末期;活塞接近上止點時,大尺度滾流破裂成眾多小尺度渦流,使湍流強度和湍流動能增加,大大提高火焰傳播速率,改善發動機效能。

5-6 爆燃的機理是什麼?如何避免發動機出現爆燃?答:

機理:爆燃是終燃混合氣的快速自燃,在正常火焰未到達前,終燃混合氣內部最宜著火部位出現火焰中心,這些火焰中心以很高的速率傳播火焰,迅速將終燃混合氣燃燒完畢,使得壓力公升高率dp/dt急劇波動,出現爆燃。防止發動機爆燃措施:

1推遲點火2合理設計燃燒室形狀及布置火花塞位置,縮短火焰傳播距離3終燃混合氣冷卻。4增加流動,使火焰傳播速度增加。5利用燃燒室掃氣和冷卻作用。

5-12 何謂稀燃、層燃系統?稀燃、層燃對汽油機有何益處?答:

(1)稀燃系統:採用稀薄混合氣並用一定措施組織混合氣快速燃燒的系統。層燃系統:

在火花間隙周圍布局形成具有良好著火條件的較濃混合氣,而在燃燒室大部分區域是較稀的混合氣,混合氣濃度從火花室開始由濃到稀逐步過渡的燃燒系統。(2)稀燃、層燃可以提高迴圈熱效率,降低油耗,適當提高壓縮比而不至引起爆燃,還可以降低排放。

5-15 柴油機燃燒過程滯燃期定義是什麼?柴油機滯燃期的影響因素有哪些?答:

(1)滯燃期:從噴油開始到壓力開始急劇公升高為止的這一段時間。(2)影響因素:

壓縮溫度、壓力、噴油提前角、轉速、燃料性質等。

5-19 分析比較直噴式和分隔式柴油機的優缺點。答:直噴式和分隔式可通過燃燒室的不同而確定。

直噴式:1)淺盆式:(1)混合氣形成主要靠燃油的油噴霧化,對噴霧要求高;(2)要求油束與燃燒室形狀相配合,燃料要盡可能地分布到整個燃燒室空間;(3)燃燒室中一般不組織空氣渦流運動;(4)燃燒室基本上是乙個空間,形狀簡單,結構緊湊;(5)最高燃燒壓力及壓力公升高率較高,工作粗暴;(6)對轉速和燃料較敏感;(7)過量空氣係數較大。

2)深坑式:對燃油系統要求較低,空氣利用率大大增加,並保持燃油消耗率低和起動容易的優點。3)渦流式:

(1)利用強壓縮渦流對噴霧質量要求低;(2)對轉速變化不敏感;(3)空氣利用率高;(4)排放低;(5)冷啟動困難。分隔式:(1)可以在較小的過量空氣係數下工作,對供油系統要求不高;(2)混合氣對轉速敏感性不高;(3)氣流流動產生強烈的渦流,使主燃燒室壓力公升高大大緩和;(4)對燃料種類不敏感,有害排放低;(5)流動散熱損失大經濟性差。

7-1 對壓燃式內燃機燃料供給與調節系統的基本要求是什麼?答:(1)能產生足夠高的噴射壓力,以保證燃料良好的霧化,混合氣形成以及燃燒;(2)對每一工況應精確,及時地控制每個迴圈噴入氣缸的燃料量,當工況一定時,每個迴圈噴油量應一致,各缸噴油量應當均勻;(3)在整個工況範圍內盡量保持最佳的噴油時刻,噴油的持續期和理想的噴油規律;(4)能保證柴油機安全,可靠的工作。

7-10 說明壓燃式內燃機有哪些異常噴射現象和它們可能出現的工況。簡述二次噴射產生的原因、造成的危害及消除方法。答:

(1)可能出現的工況:二次噴射:大負荷高速運轉的情況下;氣穴和穴蝕:

小負荷;不穩定噴射:低怠速工況 (2)二次噴射的原因:燃油在高壓的作用下的可壓縮性和壓力波在高壓油路中的傳播和反射;危害:

噴油持續期延長,霧化質量差,燃燒不完全且後燃嚴重,燃油消耗率及菸度增加,排溫公升高,效能惡化,零件過熱,甚至產生噴孔積器堵塞;消除措施:減少高壓油路的容積,適當增大噴孔直徑,適當增大出油閥彈簧剛度與開啟壓力,加大出油閥減壓容積,採用阻尼或者等壓式出油閥。

7-11 噴油幫浦速度特性校正方法有哪幾種?簡述各種校正方法的原理。答:

液力校正和機械校正兩種。①液壓校正:通過改變出油閥結構和形狀,利用出油閥上下小孔或者出油閥與閥座之間間隙的節流作用,削弱出油閥在柴油機低速範圍內的減壓作用,達到增加油噴量;改善噴油幫浦速度特性的目的。

②機械矯正:利用調速彈簧或凸輪機構改變柱塞的有效行程,以增加低速時的迴圈油量。

7-12 分析兩極式和全程式機械調速器工作特性不同的原因。答:①兩者調速彈簧的預緊力剛度不同,全程式調速器在怠速彈簧起作用即飛錘走完怠速行程以後,調速彈簧能連續參加工作,可保證調速範圍的連續性,而兩級試調速器要等到轉速公升到標定轉速時,調速彈簧才起作用。

②兩級式調速器轉動操縱桿能拉動噴油幫浦油量調解齒杆,而全程式調速器只是改變了牽引杆的轉動點與槓桿比。

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