《汽車發(fā)動機原理（第5版）》 習(xí)題及答案 第4章 課后習(xí)題答案

第四章復(fù)習(xí)思考題說明汽油機燃燒過程各階段的主要特點。答：燃燒過程：（1）著火落后期：它對每一循環(huán)都可能有變動，有時最大值是最小值的數(shù)倍。要求：為了提高效率，希望盡量縮短著火落后期，為了發(fā)動機穩(wěn)定運行，希望著火落后期保持穩(wěn)定（2）明顯燃燒期：壓力升高很快，壓力升高率在0.2-0.4MPa/(°)。希望壓力升高率合適（3）后燃期：湍流火焰前鋒后面沒有完全燃燒掉的燃料，以及附在氣缸壁面上的混合氣層繼續(xù)燃燒。希望后燃期盡可能的短。爆燃燃燒產(chǎn)生的原因是什么?它會帶來什么不良后果?答：燃燒室邊緣區(qū)域混合氣也就是末端混合氣燃燒前化學(xué)反應(yīng)過于迅速，以至在火焰鋒面到達之前即以低溫多階段方式開始自然，引發(fā)爆燃爆燃會給柴油機帶來很多危害，發(fā)生爆燃時，最高燃燒壓力和壓力升高率都急劇增大，因而相關(guān)零部件所受應(yīng)力大幅增加，機械負荷增大；爆燃時壓力沖擊波沖擊缸壁破壞了油膜層，導(dǎo)致活塞、氣缸、活塞環(huán)磨損加劇，爆燃時劇烈無序的放熱還使氣缸內(nèi)溫度明顯升高，熱負荷及散熱損失增加，這種不正常燃燒還使動力性和經(jīng)濟性惡化。爆燃和早燃有什么區(qū)別?答：早燃是指在火花塞點火之前，熾熱表面點燃混合氣的現(xiàn)象。爆燃是指末端混合氣在火焰鋒面到達之前即以低溫多階段方式開始自然的現(xiàn)象。早燃會誘發(fā)爆燃，爆燃又會讓更多的熾熱表面溫度升高，促使更加劇烈的表面點火。兩者相互促進，危害更大。另外，與爆燃不同的時，表面點火即早燃一般是在正?；鹧鏌街坝蔁霟嵛稂c燃混合氣所致，沒有壓力沖擊波，敲缸聲比較沉悶，主要是由活塞、連桿、曲軸等運動件受到?jīng)_擊負荷產(chǎn)生震動而造成。爆燃的機理是什么?如何避免發(fā)動機出現(xiàn)爆燃?答：爆燃著火方式類似于柴油機，同時在較大面積上多點著火，所以放熱速率極快，局部區(qū)域的溫度壓力急劇增加，這種類似階越的壓力變化，形成燃燒室內(nèi)往復(fù)傳播的激波，猛烈撞擊燃燒室壁面，使壁面產(chǎn)生振動，發(fā)出高頻振音（即敲缸聲）。避免方法：適當(dāng)提高燃料的辛烷值；適當(dāng)降低壓縮比，控制末端混合氣的壓力和溫度；調(diào)整燃燒室形狀，縮短火焰前鋒傳播到末端混合氣的時間，如提高火焰?zhèn)鞑ニ俣?、縮短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x。何謂汽油機表面點火?防止表面點火的主要措施有哪些?答：在汽油機中，凡是不靠電火花點火而由燃燒室內(nèi)熾熱表面點燃混合氣的現(xiàn)象，統(tǒng)稱為表面點火。防止措施：1）適當(dāng)降低壓縮比。2）選用沸點低的汽油和成焦性小的潤滑油。3）要避免長時間的低負荷運行和汽車頻繁加減速行駛。4)應(yīng)用磷化合物為燃油添加劑使沉積物中的鉛化物成為磷酸鉛從而使碳的著火溫度提高到560℃且氧化緩慢，放出熱量少，從而減少表面點火的產(chǎn)生。何謂汽油機燃燒循環(huán)變動?燃燒循環(huán)變動對汽油機性能有何影響?如何減少燃燒循環(huán)變動?答：燃燒循環(huán)變動是點燃式發(fā)動機燃燒過程的一大特征，是指發(fā)動機以某一工況穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時，這一循環(huán)和下一循環(huán)燃燒過程的進行情況不斷變化，具體表現(xiàn)在壓力曲線、火焰?zhèn)鞑デ闆r及發(fā)動機功率輸出均不相同。影響：由于存在燃燒循環(huán)變動，對于每一循環(huán)，點火提前角和空燃比等參數(shù)都不可能調(diào)整到最佳，因而使發(fā)動機油耗上升、功率下降，性能指標(biāo)得不到充分優(yōu)化。隨著循環(huán)變動加劇，燃燒不正常甚至失火的循環(huán)次數(shù)逐漸增多，碳氫化合物等不完全燃燒產(chǎn)物增多，動力性、經(jīng)濟性下降。同時，由于燃燒過程不穩(wěn)定，也使振動和噪聲增大，零部件壽命下降，當(dāng)采用稀薄燃燒時，這種循環(huán)變動情況加劇。減少措施：1）盡可能使фa=0.8～1.0，此時的循環(huán)變動最小。2）適當(dāng)提高氣流運動速度和湍流程度可改善混合氣的均勻性，進而改善循環(huán)變動。3）改善排氣過程，降低殘余廢氣系數(shù)γ。4）避免發(fā)動機工作在低負荷、低轉(zhuǎn)速工況下。5)多點點火有利于減少循環(huán)變動。6）提高點火能量，優(yōu)化放電方式，采用大的火花塞間隙。適當(dāng)?shù)奶岣邭饬鬟\動速度和紊流程度可改善混合氣的均勻性，進而改善循環(huán)變動。多點點火有利于減少循環(huán)變動。提高點火能量、優(yōu)化放電方式、采用較大的火花塞間隙，有助于減小循環(huán)波動。提高汽油機壓縮比對提高性能有何意義?如何保證在汽油機上使用較高的壓縮比?答：提高壓縮比可以提高汽油機的功率和經(jīng)濟性，特別是對經(jīng)濟性有顯著的作用。但壓縮比過高，會導(dǎo)致汽油機爆燃，所以應(yīng)該合理的設(shè)計燃燒室，縮短火焰?zhèn)鞑バ谐?，合理選用火花塞位置。適當(dāng)利用湍流，降低終燃混合氣溫度等分析使用因素對燃燒過程的影響。答：1）點火提前角。點火提前角是從發(fā)出電火花到上止點的曲軸轉(zhuǎn)角，點火過遲，則燃燒延長到膨脹過程，燃燒最高壓力和溫度下降，傳熱損失增多，排溫升高，熱效率降低，但爆燃傾向減少，NOx升高，功率排放量降低。2）混合氣濃度。當(dāng)φa=0.8~0.9時，由于燃燒溫度最高，火焰?zhèn)鞑ニ俣茸畲驪e達最大值，但爆燃傾向增大。當(dāng)φa=1.03~1.1時，由于燃燒完全，be最低。使用φa<1的混合氣工作，由于必然會產(chǎn)生不完全燃燒所以CO排放量明顯上升。當(dāng)φa<0.8及φa>1.2時，火焰速度緩慢，部分燃料可能未及完全燃燒，因而經(jīng)濟性差HC排放量增多且工作不穩(wěn)定，熱效率和功率都降低。3）負荷。負荷減小，最佳點火提前角隨負荷減小而增大。4）轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速增加，氣缸中湍流增加，火焰?zhèn)鞑ニ俾蚀篌w與轉(zhuǎn)速成正比例增加。此外，由于散熱損失減少，進氣被加熱，使氣缸內(nèi)混合的更均勻，有利于縮短滯燃期。電控汽油噴射系統(tǒng)與化油器相比有哪些優(yōu)點?答：1）可以對混合氣空燃比進行精確控制，使發(fā)動機在任何公開下都處于最佳工作狀態(tài)，特別是對過渡工況的動態(tài)控制，更是傳統(tǒng)化油器式發(fā)動機無法做到的。2）由于進氣系統(tǒng)不需要喉管，減少進氣阻力，加上不需要對進氣管加熱來促進燃油的蒸發(fā)，所以充氣效率高。3）由于進氣溫度低，使得爆燃燃燒得到有效控制，從而有可能采取較高的壓縮比，這對發(fā)動機熱效率的改善時顯著的。4）保證各缸混合比的均勻性問題比較容易解決，相對于發(fā)動機可以使用辛烷值低的燃料。5）發(fā)動機冷起動性能和加速性能良好，過渡圓滑。電控汽油噴射系統(tǒng)有哪些形式，目前采用比較廣泛的形式是哪種?答：電控汽油噴射系統(tǒng)形式及其目前廣泛采用的形式包括：1）按噴射位置分類：缸內(nèi)噴射，進氣管噴射。進氣管噴射又可以分為單點噴射，多點噴射。多點噴射系統(tǒng)是目前最普遍的噴射系統(tǒng)。2）按噴射控制裝置分類：機械式和電控式。3）按噴射方式分類：連續(xù)噴射，間歇噴射。間歇噴射細分為同時噴射、分組噴射、順序噴射、間歇式噴射方式，被現(xiàn)代發(fā)動機廣泛采用。4）按空氣流量測量方式分類：質(zhì)量流量控制的汽油噴射系統(tǒng)、速度密度控制的汽油噴射系統(tǒng)、節(jié)流速度控制的汽油噴射系統(tǒng)。11.電控汽油噴射系統(tǒng)是如何實現(xiàn)噴油定時和噴油量的控制的?答：噴油定時控制：噴油時刻是指噴油器開始進行噴油的時刻相對曲軸位置的轉(zhuǎn)角。噴油時刻隨發(fā)動機噴油方式的不同而有所不同，但都是在相對曲軸轉(zhuǎn)角的固定轉(zhuǎn)角處。ECU以曲軸轉(zhuǎn)角傳感器的信號為依據(jù)，根據(jù)不同的噴油方式控制噴油器的開啟時刻。ECU根據(jù)各種傳感器測得的發(fā)動機進氣量、轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度、冷卻水溫度與進氣溫度等多項運行參數(shù)，按設(shè)定的程序進行計算，并按計算結(jié)果向噴油器發(fā)出電脈沖，通過改變每個電脈沖的寬度來控制各噴油器每次噴油的持續(xù)時間，從而達到控制噴油量的目的。電脈沖的寬度越大，噴油持續(xù)時間越長，噴油量也越大。12.汽油機電控系統(tǒng)常將什么作為其控制目標(biāo)?答：噴油時刻和噴油量。13.電控系統(tǒng)的開、閉環(huán)控制各是指什么?答：開環(huán)控制系統(tǒng)是指不將控制的結(jié)果反饋回來影響當(dāng)前控制的系統(tǒng)。閉環(huán)控制是指作為被控的輸出以一定方式返回到作為控制的輸入端，并對輸入端施加控制影響的一種控制關(guān)系。發(fā)動機電噴系統(tǒng)的閉環(huán)控制是一個實時的氧傳感器、計算機和燃油量控制裝置三者之間閉合的三角關(guān)系。14.試說明汽油機燃燒室設(shè)計的一般要求。答：1）結(jié)構(gòu)緊湊。2）具有良好的充氣性能。3）火花塞位置安排得當(dāng)。4）要產(chǎn)生適當(dāng)?shù)臍怏w流動。5）適當(dāng)冷卻末端混合氣。15.比較汽油機幾種典型燃燒室的優(yōu)缺點及使用場合。答：1）楔型燃燒室。楔形燃燒室側(cè)剖面為楔型，結(jié)構(gòu)較緊湊，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x較短；燃燒室氣門直徑較大，充氣性能較好；楔形燃燒室的火花塞布置在楔形高處，對著進、排氣門之間，有利于新鮮混合氣掃除火花塞附近的廢氣；混合氣過分集中在火花塞處，使得初期燃燒速度大，工作粗暴，NOx排出量較高。由于擠氣面積內(nèi)的熄火現(xiàn)象，廢氣中HC的含量亦較多。2）浴盆型燃燒室。浴盆形燃燒室的特點是有一定的擠氣面積，但擠流效果差；火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x較長，燃燒速度較低，燃燒時間長，經(jīng)濟性、動力性不高，HC排量多。但NOx的排量較少，工藝性好。3）半球型燃燒室。半球形燃燒窒結(jié)構(gòu)緊湊，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x也是最短的。氣門直徑較大，氣道轉(zhuǎn)彎較小，充氣效率高，且對轉(zhuǎn)速變化不敏感。有較好的動力性和經(jīng)濟性，HC排放量低。缺點是由于火花塞附近有較大容積，使燃燒速率大，壓力升高率大，工作粗暴。NOx排放較多。16.在汽油機上燃燒均質(zhì)稀混合氣有什么優(yōu)點，它所面臨的主要困難是什么?目前解決的途徑有哪些?答：優(yōu)點：混合氣均勻，燃燒較完全。對燃油共給及噴射系統(tǒng)沒特別高的要求。困難：1）為防止爆燃采用較低壓縮比導(dǎo)致熱效率較低。2）濃混合氣的比熱容比低導(dǎo)致熱效率低。3）只能用進氣管節(jié)流方式對混合氣量進行調(diào)節(jié)即所謂量調(diào)節(jié)使得泵氣損失較大。4）在化學(xué)劑量比附近燃燒，導(dǎo)致有害排放特別是NOx排放較高。5）用三元催化轉(zhuǎn)換器的汽油機，它的過量空氣系數(shù)фa必須控制在1左右，從而限制其性能進一步提高。17.分析過量空氣系數(shù)和點火提前角對燃燒過程的影響。答：當(dāng)a=0.8-0.9時，由于燃燒溫度最高，火焰?zhèn)鞑ニ俣茸畲?，Pe達最大值，但爆燃傾向增大。當(dāng)a=1.03-1.1時，由于燃燒完全，有效燃油消耗率最低，使用a<1的濃混合氣工作，由于必然會產(chǎn)生不完全燃燒，所以CO排放量明顯上升，當(dāng)a<0.8或a>1.2時，火焰速度緩慢，部分燃料可能來不及完全燃燒，因而經(jīng)濟性差，HC排放量增多且工作不穩(wěn)定。點火過遲，則燃燒延長到膨脹過程，燃燒最高壓力和溫度下降，傳熱損失增多，排氣溫度升高，熱效率降低，但爆燃傾向減小，NOx升高，功率、排放量降低。點火提前角對汽油機的經(jīng)濟性影響較大。據(jù)統(tǒng)計，如果點火提前角偏離最佳位置5°曲軸轉(zhuǎn)角熱效率下降1%；偏離轉(zhuǎn)角10°曲軸轉(zhuǎn)角，熱效率下降5%；偏離20°曲軸轉(zhuǎn)角，熱效率下降16%。18.何謂稀薄燃