《汽車發(fā)動機原理（第5版）》 習題及答案匯 顏伏伍 第1-5章

第一章復習思考題1.研究理論循環(huán)的目的是什么？理論循環(huán)與實際循環(huán)相比，主要作了哪些簡化？答：目的：1）用簡單的公式來闡明發(fā)動機工作過程中各基本熱力參數(shù)間的關(guān)系，以明確提高以理論循環(huán)熱效率為代表的經(jīng)濟性和以循環(huán)平均壓力為代表的動力性。2）確定循環(huán)熱效率的理論極限，以判斷實際發(fā)動機工作過程的經(jīng)濟性和循環(huán)進行的完善程度以及改進潛力。3）有利于分析比較發(fā)動機各種熱力循環(huán)方式的經(jīng)濟性和動力性。簡化：l）假設(shè)工質(zhì)是理想氣體，其物理常數(shù)與標準狀態(tài)下的空氣物理常數(shù)相同。2）假設(shè)工質(zhì)是在閉口系統(tǒng)中作封閉循環(huán)。3）假設(shè)工質(zhì)的壓縮及膨脹是絕熱等熵過程。4）假設(shè)燃燒是外界無數(shù)個高溫熱源定容或定壓向工質(zhì)加熱。工質(zhì)放熱為定容放熱。2.在p-V圖上表示出三種理論循環(huán)，并在不同條件下進行循環(huán)熱效率的比較。答：圖中，a-c為絕熱壓縮，c-z為等容或等壓加熱，z-b為絕熱膨脹，b-a為等容放熱。習慣上的處理方式為，汽油機混合氣燃燒迅速，近似為定容加熱循環(huán)；高增壓和低速大型柴油機，由于受燃燒最高壓力的限制，大部分燃料在上止點以后燃燒，燃燒時氣缸壓力變化不顯著，所以近似為定壓加熱循環(huán)；高速柴油機介于兩者之間，其燃燒過程視為定容、定壓加熱的組合，近似為混合加熱循環(huán)。3.試分析影響循環(huán)熱效率、循環(huán)平均壓力的主要因素。答：循環(huán)熱效率：1.壓縮比εc、2.等熵指數(shù)k3、壓力升高比λp4、初始膨脹比ρ0。循環(huán)平均壓力：pt隨進氣終點壓力pde、壓縮比εc、壓力升高比λp、初始膨脹比ρ0、等熵指數(shù)k和循環(huán)熱效率的增加而增加；在混合加熱循環(huán)中，如果循環(huán)加熱量Q1不變，增加ρ0即減少λp，定壓加熱部分增加，而定容加熱部分減少，下降，因而pt也降低。4.簡述發(fā)動機的實際工作循環(huán)過程，并畫出四沖程發(fā)動機實際循環(huán)的示功圖。答：1）進氣過程：為了使發(fā)動機連續(xù)運轉(zhuǎn)，必須不斷吸入新鮮工質(zhì)，即是進氣過程。此時進氣門開啟，排氣門關(guān)閉，活塞由上止點向下止點移動。2）壓縮過程：此時進排氣門關(guān)閉，活塞由下止點向上止點移動，缸內(nèi)工質(zhì)受到壓縮、溫度。壓力不斷上升，工質(zhì)受壓縮的程度用壓縮比表示。3）燃燒過程：期間進排氣門關(guān)閉，活塞在上止點前后。作用是將燃料的化學能轉(zhuǎn)化為熱能，使工質(zhì)的壓力和溫度升高，燃燒放熱多，靠近上止點，熱效率越高。4)膨脹過程：此時，進排氣門均關(guān)閉，高溫高壓的工質(zhì)推動活塞，由上止點向下至點移動而膨脹做功，氣體的壓力、溫度也隨之迅速下降。（5）排氣過程：當膨脹過程接近終了時，排氣門打開，廢氣開始靠自身壓力自由排氣，膨脹過程結(jié)束時，活塞由下止點返回上止點，將氣缸內(nèi)廢氣移除。5.壓縮多變指數(shù)和膨脹多變指數(shù)是如何確定的，它們的變化規(guī)律如何？答：1）實際的近似計算中，常用一個不變的、平均的多變指數(shù)n1來取而代之，只要以這個指數(shù)n1計算而得的多變過程，其始點a和終點c的工質(zhì)狀態(tài)與實際壓縮過程的初、終狀態(tài)相符即可。n1稱為平均壓縮多變指數(shù)；n1主要受工質(zhì)與缸壁間的熱交換及工質(zhì)泄漏情況的影響。當發(fā)動機轉(zhuǎn)速提高時，因熱交換的時間縮短，向缸壁的傳熱量及氣缸泄露量減少，所以n1增大。當負荷（即阻力矩變化而引起發(fā)動機油門的增減）增加、采用空氣冷卻以及氣缸直徑較大時，氣缸溫度增高及相應(yīng)的傳熱量和泄漏量減少，n1增大。而當泄漏量增加或氣缸溫度降低時，n1減小。2）在計算中常用一個不變的平均膨脹多變指數(shù)n2來取而代之，只要以這個指數(shù)n2計算的多變過程，其始點z與終點b的狀態(tài)與實際膨脹過程始、終點狀態(tài)相同即可。n2主要取決于補燃的多少、工質(zhì)與缸壁間的熱交換及漏氣情況。當轉(zhuǎn)速增加，補燃增多，傳熱和漏氣的時間縮短時，n2減??；混合氣形成與燃燒不好，補燃增加，n2減??；當缸壁、活塞環(huán)磨損量大，漏氣增加以及氣缸直徑小，相對散熱表面積加大，工質(zhì)傳出熱量增加時，n2增大。6.說明指示功和平均指示壓力的概念和意義。答：指示功是指氣缸內(nèi)完成一個工作循環(huán)所得到的有用功Wi，指示功Wi反映了發(fā)動機氣缸在一個工作循環(huán)中所獲得的有用功的大小，它除了和循環(huán)中熱功轉(zhuǎn)換的有效程度有關(guān)外，還和氣缸容積的大小有關(guān)；假如以一個假想的、大小不變的壓力pmi作用在活塞上，使活塞移動一個行程，其所做的功等于循環(huán)的指示功，則此假想的壓力即為平均指示壓力，平均指示壓力是從實際循環(huán)的角度評價發(fā)動機氣缸工作容積利用率的一個參數(shù)。pmi越高，同樣大小的氣缸容積可以發(fā)出更大的指示功，氣缸工作容積的利用程度越佳。平均指示壓力是衡量發(fā)動機實際循環(huán)動力性能的一個很重要的指標。7.什么是發(fā)動機的指示指標？主要有哪些？答：以工質(zhì)對活塞所作之功為計算基準的指標稱為指示性能指標。它主要有：指示功和平均指示壓力.指示功率.指示熱效率和指示燃油消耗率。8.什么是發(fā)動機的有效指標？主要有哪些？答：以曲軸輸出功為計算基準的指標稱為有效性能指標。主要有：1）發(fā)動機動力性指標，包括有效功和有效功率.有效轉(zhuǎn)矩.平均有效壓力.轉(zhuǎn)速n和活塞平均速度；2）發(fā)動機經(jīng)濟性指標，包括有效熱效率.有效燃油消耗率；3）發(fā)動機強化指標，包括升功率PL.比質(zhì)量me。強化系數(shù)PmeCm.9.平均有效壓力和升功率都是評定發(fā)動機動力性能的指標，它們有何區(qū)別？答：平均有效壓力pme（MPa）是發(fā)動機單位氣缸工作容積輸出的有效功。與平均指示壓力相似，平均有效壓力可看作是一個假想的、平均不變的壓力作用在活塞頂上，使活塞移動一個行程所做的功等于每循環(huán)所做的有效功。pme反映了發(fā)動機單位氣缸工作容積輸出轉(zhuǎn)矩的大小。pme值大，也說明單位氣缸工作容積對外輸出的功多，做功能力強。升功率PL（kW／L）是發(fā)動機每升工作容積所發(fā)出的有效功率。升功率PL是從發(fā)動機有效功率的角度對其氣缸工作容積的利用率作出的總評價，它與pme和n的乘積成正比。PL值越大，發(fā)動機的強化程度越高，發(fā)出一定有效功率的發(fā)動機尺寸越小。10.功率相同時，汽油機與柴油機相比，尺寸和重量哪個大，為什么？答：柴油機重，雖然汽油機相比柴油機零件多，但汽油機的零件大多設(shè)計的小巧而且材料都比較輕。汽油機是靠火花塞點火的，柴油機是壓縮點火，那么他就要借助外力，也就是要靠一個質(zhì)量比較重的飛輪，這樣它能借助飛輪的慣性來完成，吸氣，壓縮，排氣這三個沖程。汽油機是靠火花塞點火的，那么他也就不需要靠一個大質(zhì)量的飛輪來維持慣性。11.發(fā)動機的機械損失主要由哪些部分組成？答：摩擦損失，驅(qū)動各種附件損失，帶動機械增壓器損失，泵氣損失12.什么是機械效率？它有什么意義？答：機械效率是有效功率與指示功率的比值。影響因素：①轉(zhuǎn)速和活塞平均速度②負荷③潤滑油溫度和冷卻水溫度，意義：比較機械損失所占比例的大小。13.如何測定機械損失？每種方法的特點是什么？答：通過發(fā)動機試驗測定，常用方法有示功圖法、倒拖法、滅缸法、油耗線法。倒拖法適用于汽油機。14.為什么隨著轉(zhuǎn)速的升高，機械效率會降低？答：機械效率ηm是有效功率和指示功率的比值。發(fā)動機指示功率（kW）（每秒所做指示功）為指示功率與發(fā)動機轉(zhuǎn)速成正比，與機械效率成反比。轉(zhuǎn)速越高，指示功率越高，從而機械效率越低。15.分析發(fā)動機實際循環(huán)的各種損失及在p-V圖上的位置。答：下圖給出四沖程非增壓發(fā)動機實際循環(huán)與理論循環(huán)的比較。其差別由以下幾項損失引起。1.實際工質(zhì)的影響實際工質(zhì)影響引起的損失如圖1-21中Wk所示。這些影響使得發(fā)動機實際循環(huán)的指示熱效率比理論循環(huán)熱效率低。2.換氣損失為了使循環(huán)重復進行，必須更換工質(zhì)，由此而消耗的功稱為換氣損失，如圖1-21中Wr所示。其中，因工質(zhì)流動時需要克服進、排氣系統(tǒng)阻力所消耗的功，稱為泵氣損失，如圖1-21a中曲線rab’r所包圍的面積。因排氣門在下止點前提前開啟而產(chǎn)生的損失，如圖1-21中面積W所示。3.燃燒損失1）非瞬時燃燒損失和補燃損失。實際循環(huán)中燃料燃燒需要一定的時間，所以噴油或點火在上止點前，并且燃燒還會延續(xù)到膨脹行程，由此形成非瞬時燃燒損失和補燃損失，如圖中1-21Wz所示。2）不完全燃燒損失。3）吸熱損失。4.傳熱損失實際循環(huán)中，氣缸壁（包括氣缸套、氣缸蓋、活塞、活塞環(huán)、氣門、噴油器等）和工質(zhì)間自始至終存在著熱交換，使壓縮、膨脹線均脫離理論循環(huán)的絕熱壓縮、膨脹線，從而造成損失，如圖1-21中Wb所示。5．缸內(nèi)流動損失指壓縮及燃燒、膨脹過程中，由于缸內(nèi)氣流（渦流與紊流）所形成的損失。其表現(xiàn)為，在壓縮過程中，多消耗壓縮功；在燃燒膨脹過程中，一部分能量用于克服氣流阻力，使作用于活塞上作功的壓力減小。16.研究發(fā)動機熱平衡有何意義？改善有效能量利用的途徑是什么？答：發(fā)動機的熱平衡，就是給出燃料的總發(fā)熱量轉(zhuǎn)換為有效功和其他各項熱損失的分配比例。從這些熱量分配中，可以了解到熱損失的情況，以作為判斷發(fā)動機零件的熱負荷和設(shè)計冷卻系統(tǒng)的依據(jù)，并為改善發(fā)動機的性能指標指明了方向。17.已知一四沖程柴油機，缸數(shù)為6，單缸氣缸工作容積為2L，燃料熱值為44100kJ/kg，計算當轉(zhuǎn)速為1500r/min，機械效率為0.8，有效功率為88.5kW，耗油量為20.3kg/h時的指示功率、有效轉(zhuǎn)矩、平均指示和有效壓力、指示和有效熱效率、指示和有效燃料消耗率。18.要設(shè)計一臺六缸四沖程高速柴油機，設(shè)平均指示壓力為0.85MPa，平均機械損失壓力為0.15MPa，希望在2000r/min時能發(fā)出的功率為73.5kW。為將活塞平均速度控制在8m/s，缸徑行程比取多大合適？為使缸徑行程比為1：1.2，缸徑與行程取多大？解：（1）平均有效壓力Pme=Pmi-Pmm=0.85-0.15=0.7Mpa氣缸工作容積：Vs=30t*Pe/（Pme*i*n）*10^6=1575000（mm^3）活塞行程：s=30Cm/n*1000=120（mm）氣缸直徑：D=[4*Vs/（π*s）]^1/2=129（mm）（2）s/D=1.2氣缸直徑：D=[4Vs/（1.2*π）]^1/3=119(mm)活塞行程：s=1.2D=143（mm）第二章復習思考題1.敘述四沖程發(fā)動機的換氣過程。答：四行程發(fā)動機換氣過程包括從排氣門開啟直到進氣門關(guān)閉的整個時期，約占410°～480°曲軸轉(zhuǎn)角。一般將換氣過程分作自由排氣、強制排氣、進氣和氣門疊開四個階段。2.為何進、排氣門要提前打開和遲閉，對換氣過程有何影響？答：進氣門遲后關(guān)閉是為了充分利用高速氣流的動能，實現(xiàn)在下止點后繼續(xù)充氣，增加進氣量。排氣門提前開啟是由于配氣機構(gòu)慣性力的限制，若是活塞在下至點時才打開排氣門，則在氣門開啟的初期，開度極小，廢氣不能通暢流出，缸內(nèi)壓力來不及下降，在活塞向上回行時形成較大的反壓力，增加排氣行程所消耗的功。3.什么是氣門疊開現(xiàn)象？氣門疊開角的大小對換氣過程有何影響？答：由于排氣門的遲后關(guān)閉和進氣門的提前開啟，存在進、排氣門同時開啟的現(xiàn)象，稱為氣門疊開，此時，進氣管、氣缸、排氣管互相連通，可以利用氣流的壓差、慣性或進、排氣管壓力波，清除殘余廢氣，增加進氣量，降低高溫零件的溫度，但注意不應(yīng)產(chǎn)生廢氣倒流現(xiàn)象。在增壓發(fā)動機中，因其進氣壓力高，可以有較大的氣門疊開角。在非增壓發(fā)動機中，疊開角一般為20°～80°曲軸轉(zhuǎn)角，增壓柴油機可達80°～160°曲軸轉(zhuǎn)角。4.什么是充氣效率？提高充氣效率的措施有哪些？答：充氣效率（亦稱充量系數(shù)）是實際進入氣缸的新鮮工質(zhì)量與進氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的新鮮工質(zhì)量的比值。提高措施：1）降低進氣系統(tǒng)的阻力損失，提高氣缸內(nèi)進氣終了壓力；2）降低排氣系統(tǒng)的阻力損失，以減小缸內(nèi)殘余廢氣系數(shù)；3）減少高溫零件在進氣系統(tǒng)中對新鮮充量的加熱，降低進氣終了溫度；4）合理選擇配氣相位；5）充分利用進氣管內(nèi)的動力效應(yīng)。5.充氣效率的高低反映了發(fā)動機哪些方面性能的好壞？并解釋為什么。答：充氣效率值高，代表每循環(huán)進入一定氣缸容積的新鮮工質(zhì)量多，則發(fā)動機功率和扭矩可增加，動力性能好。6.如何利用進氣管的動態(tài)效應(yīng)有效提高發(fā)動機高轉(zhuǎn)速時的充量系數(shù)？答：發(fā)動機換氣過程中，進氣氣流在一定長度的管道內(nèi)流動時，具有相當?shù)膽T性和可壓縮性，且進氣過程是間斷性和周期性進行的，根據(jù)流體力學的規(guī)律，氣流在進氣管內(nèi)勢必會引起一定的動力現(xiàn)象，這種動力現(xiàn)象稱為進氣管的動態(tài)效應(yīng)。動態(tài)效應(yīng)對發(fā)動機進氣量有較大影響，利用進氣管的動態(tài)效應(yīng)，可以有效地提高發(fā)動機充量系數(shù)和改善轉(zhuǎn)矩特性。7.簡述可變氣門相位對發(fā)動機進氣性能的影響。答：四行程發(fā)動機對氣門定時的要求是：進氣遲閉角與排氣提前角應(yīng)隨轉(zhuǎn)速的提高而加大，即低轉(zhuǎn)速時，進、排氣門應(yīng)接近下止點關(guān)閉和打開；高轉(zhuǎn)速時，進、排氣門應(yīng)遠離下止點關(guān)閉和打開。怠速時，氣門疊開角要小，隨著轉(zhuǎn)速上升，氣門疊開角應(yīng)加大?？勺儦忾T相位可以滿足高、低速對配氣定時的不同要求，保證高、低速良好的性能，但機構(gòu)復雜。8.什么是發(fā)動機的有效指標？主要有哪些？答：以曲軸輸出功為計算基準的指標稱為有效性能指標。主要有：1）發(fā)動機動力性指標，包括有效功和有效功率、有效轉(zhuǎn)矩、平均有效壓力、轉(zhuǎn)速和活塞平均速度；2）發(fā)動機經(jīng)濟性指標，包括有效熱效率、有效燃油消耗率；3）發(fā)動機強化指標，包括升功率、比質(zhì)量、強化系數(shù)。9.平均有效壓力和升功率都是評定發(fā)動機動力性能的指標，它們有何區(qū)別？答：平均有效壓力是一個假想不變的壓力，其作用在活塞頂上使活塞移動一個行程所做的功等于每循環(huán)所做的有效功，升功率是在標定的工況下，發(fā)動機每升氣缸工作容積所發(fā)出的有效功率。區(qū)別：前者只反應(yīng)輸出轉(zhuǎn)矩的大小，后者是從發(fā)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。10.功率相同時，汽油機與柴油機相比，尺寸和重量哪個大，為什么？答：柴油機重，雖然汽油機相比柴油機零件多，但汽油機的零件大多設(shè)計的小巧而且材料都比較輕。汽油機是靠火花塞點火的，柴油機是壓縮點火，那么他就要借助外力，也就是要靠一個質(zhì)量比較重的飛輪，這樣它能借助飛輪的慣性來完成，吸氣，壓縮，排氣這三個沖程。汽油機是靠火花塞點火的，那么他也就不需要靠一個大質(zhì)量的飛輪來維持慣性。11.四沖程內(nèi)燃機與二沖程內(nèi)燃機相比，換氣過程存在哪些差異？答：二行程發(fā)動機換氣過程與四行程相比可以看出，四行程的進、排氣過程是分開的，總共經(jīng)歷410°～480°曲軸轉(zhuǎn)角；而二行程的換氣過程僅相當130°～150°曲軸轉(zhuǎn)角。為四行程的1/3左右，而且它又是進、排氣過程同時進行，利用新鮮工質(zhì)來掃除廢氣，新鮮工質(zhì)容易與廢氣相混而損失，廢氣也不易清除干凈，因此組織好二行程發(fā)動機的換氣過程較為困難，成為其特有的問題。第三章復習思考題1.汽油和柴油的標號分別是根據(jù)什么指標來確定的？答：汽油根據(jù)辛烷值來確定標號；柴油按凝點來確定標號。2.什么叫過量空氣系數(shù)？它與混合氣濃度有何關(guān)系？答：發(fā)動機工作過程中，燃燒1kg燃油實際共給的空氣量與理論空氣量之比，稱為過量空氣系數(shù)。過量空氣系數(shù)大于1稱為稀混合氣，等于1稱為標準混合氣，小于1稱為濃混合氣。3.燃料的燃燒熱值與混合氣熱值有何不同？答：燃料熱值是指單位量的燃料完全燃燒時做釋放的熱量。單位：焦耳。分為高位熱值（生成的水是液態(tài)）和低位熱值（生成水是氣態(tài)）。汽油機和柴油的熱值都是低位熱值。

混合氣熱值是指燃料的低熱值與單位燃料混合氣數(shù)量之比。單位：kJ/kmol。每循環(huán)加給工質(zhì)的熱量取決于單位可燃混合氣熱值。不僅僅與燃料熱值有關(guān)。4.簡述燃料的著火機理。答：按化學動力學的觀點，著火機理可分為熱自燃機理和鏈鎖自燃機理兩類。熱自燃理：在著火的準備階段，混合氣進行著氧化過程，放出熱量。放熱的同時，由于溫差的原因，會對周圍介質(zhì)散熱。若化學反應(yīng)所釋放出的熱量大于所散失的熱量，混合氣的溫度升高，進而促使混合氣的反應(yīng)速率和放熱速率增大。這種相互促進，最終導致極快的反應(yīng)速率而著火。鏈鎖自燃機理：通過鏈鎖反應(yīng)（即一個活化作用能引起很多基本反應(yīng)）逐漸積累活化中心，使反映自動加速，直至著火。5.為什么說柴油機的著火過程是低溫多級著火？汽油機的著火過程是高溫單級著火?答：低溫多階段著火規(guī)律是退化支鏈反應(yīng)引起的一種現(xiàn)象。通常稱為“著火半島”。烴燃料經(jīng)歷三個階段：冷焰誘導階段、冷焰階段、藍焰階段。

高溫單階段著火規(guī)律：在較高溫度下，著火過程不經(jīng)過冷焰而直接進入藍焰——熱焰階段。由于這兩個階段很短，也很難區(qū)分。所以統(tǒng)稱為高溫單階段著火。

柴油機的壓縮著火和汽油機的爆燃具有低溫多階段著火的特點，而汽油機的火花點燃和柴油機著火后噴入氣缸內(nèi)的燃料著火具有高溫單階段著火特性。6．往復式發(fā)動機中，有幾種燃燒的運轉(zhuǎn)方式？各有什么優(yōu)缺點？答：燃燒是一種放熱的氧化反應(yīng)。可燃混合氣（燃料與空氣的混合物）在發(fā)生明顯的光和火焰效應(yīng)的燃燒之前，都有一個準備階段，即著火階段。所謂著火，是指混合氣自動地反應(yīng)加速，并產(chǎn)生溫升，以致引起空間某一位置或最終在某個時刻有火焰出現(xiàn)的過程。使可燃混合物著火的方法有兩種：自燃與點燃，前者是自發(fā)的，后者是強制的。自燃是指具有適當溫度、壓力的可燃混合氣，在沒有外部能量引入的情況下，依靠混合氣自身的反應(yīng)自動加速，并自發(fā)地引起火焰的過程。點燃是指利用電火花在可燃混合氣中產(chǎn)生火焰核心并因而引起火焰?zhèn)鞑サ倪^程。第四章復習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：適當提高燃料的辛烷值；適當降低壓縮比，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?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)鞑バ谐蹋侠磉x用火花塞位置。適當利用湍流，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?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。4）要產(chǎn)生適當?shù)臍怏w流動。5）適當冷卻末端混合氣。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致熱效率較低。2）濃混合氣的比熱容比低導致熱效率低。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）在化學劑量比附近燃燒，導致有害排放特別是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.何謂稀薄燃燒、分層燃燒?稀薄燃燒、分層燃燒對汽油機有何益處?答：稀燃系統(tǒng)就是均質(zhì)預混合氣燃燒，通過采用改進燃燒室、高湍流、高能點火等技術(shù)使汽油機的穩(wěn)定燃燒界限超過α=17的系統(tǒng)；分層燃燒系統(tǒng)就是在α更大的情況下，均質(zhì)混合氣難以點燃，為了提高稀燃界限，通過不同的氣流運動和供油方法，在火花塞附近形成具有良好著火條件的較濃的可燃混合氣，而周邊是較稀混合氣和空氣，分層燃燒低汽油機可穩(wěn)定工作在α=20～25范圍內(nèi)。好處：使燃油消耗率降低，且提高排放性能。第五章復習思考題柴油機和汽油機相比，混合氣形成有哪些特點？答：相比于汽油機，柴油機在進氣過程中進入燃燒室的為純空氣，在壓縮過程終了柴油直接噴入。因此柴油機的混合氣形成時間比汽油機短促的多，而且柴油的蒸發(fā)性和流動性比汽油差，使得柴油難以在燃燒前徹底霧化蒸發(fā)與空氣均勻混合，所以柴油機可燃混合氣的品質(zhì)較汽油機差。試說明柴油機混合氣形成的兩種基本形式，并進行對比分析。答：空間霧化混合與油膜蒸發(fā)混合?？臻g霧化混合是在燃燒室空間中利用燃油與空氣的相對運動形成較均勻的混合氣，燃油與空氣的相對運動速度是起主要作用的因素。油膜蒸發(fā)混合是指噴在燃燒室壁面上的燃油形成油膜后，利用受熱蒸發(fā)和空氣相對運動的作用形成較均勻的混合氣?？臻g霧化混合油膜蒸發(fā)混合絕大部分燃料以較高的壓力被噴射到燃燒室空間中，散布于空氣中利用強烈的空氣旋流將大部分燃料涂布到燃燒室壁面上燃料在空氣中呈細小油粒狀燃料在壁面上形成油膜細小油滴以液相與空氣混合，形成不均勻混合氣（液相混合）油膜蒸發(fā)，燃油蒸氣與空氣混合，形成相對均勻的混合氣（氣相混合）大量細小油滴受熱汽化，在著火延遲期內(nèi)形成的可燃混合氣數(shù)量較多，多點大面積同時著火散布在空間的少量燃油，在著火延遲期內(nèi)形成少量可燃混合氣，著火面積小初期燃燒的放熱速率很高，以后逐漸減慢受油膜蒸發(fā)速率的影響，燃燒放熱速率呈前低后高的規(guī)律說明直噴式燃燒室產(chǎn)生空氣運動的方式，并分析空氣運動對其混合氣形成和燃燒的影響。答：直噴式燃燒室中的空氣運動主要是指半開式燃燒室中的進氣渦流和擠壓渦流。產(chǎn)生進氣渦流的方法一般時采用螺旋進氣道，一方面將氣道腔做成螺旋形，使空氣在氣道內(nèi)形成旋轉(zhuǎn)運動；另一方面由于氣閥中心和氣缸中心不重合，產(chǎn)生沿氣缸壁繞氣缸中心的旋轉(zhuǎn)運動。擠壓渦流是在壓縮過程期間，活塞接近上止點時，活塞頂部外圍的環(huán)形空間中的空氣被擠入活塞頂部的凹坑內(nèi)，由此產(chǎn)生擠壓渦流?？諝膺\動可以促使柴油混合氣很快在整個燃燒室均勻分布，加速混合氣的形成。但是在直噴式燃燒室中渦流強度過強或過弱會造成油束貫穿不足或過度，，均會影響混合氣形成和燃燒。簡述直噴式燃燒室的工作原理。答：直噴式燃燒室由氣缸蓋底平面和活塞頂部的凹坑形成，直接噴射到凹坑內(nèi)的柴油，主要靠燃油霧化和空氣均勻混合形成可燃混合氣。因此直噴式燃燒室對于噴油器的需求較高，噴孔較小、數(shù)量多、噴射壓力高。半開式燃燒室的優(yōu)、缺點如何？答：半開式燃燒室的活塞頂部凹坑較深，形狀有很多種。半開式燃燒室中的混合氣形成依靠燃油的噴散霧化和空氣運動兩方面的作用。它采用孔式噴油器，常見的噴孔數(shù)目為4-6孔，并有較高的噴射壓力，對噴射系統(tǒng)有較高的要求。優(yōu)點：半開式燃燒室的可燃混合氣形成更均勻，空氣利用率有所提高，可以實現(xiàn)更完善的燃燒。缺點：半開式燃燒室對轉(zhuǎn)速的變化較敏感，一般適用于缸徑80-140mm，轉(zhuǎn)速低于4500r／min的柴油機中，在燃油噴射、氣流運到與燃燒室形狀間的配合上會有很大困難；同時，噴孔直徑過小和噴油壓力過高，也給制造和使用提出更高的要求。而且經(jīng)濟性和顆粒物排放方面表現(xiàn)較差。分隔式燃燒室的結(jié)構(gòu)特點與工作原理如何？使用范圍怎樣？答：分隔式燃燒室的結(jié)構(gòu)特點是除位于活塞頂部的主燃燒室外，還有位于缸蓋內(nèi)的副燃燒室，兩者之間有通道相連。燃油不直接噴入主燃燒室內(nèi)，而是噴入副燃燒室內(nèi)。分隔式燃燒室柴油機中主要靠強烈的空氣運動來保證較好的混合氣質(zhì)量，空氣利用率較高，保證了高速下也有較好性能。在有害排放方面，除了低負荷的碳煙排量較大，其他排放方面均優(yōu)于直噴式燃燒室，噪聲表現(xiàn)也很優(yōu)異。因此分隔式燃燒室主要運用于轎車柴油機中，在一些要求噪聲特別低的場合也有使用。分析比較直噴式和分隔式柴油機的性能特點及各自的適用場合。答：在燃燒室的選用中，主要應(yīng)結(jié)合各類燃燒室的特點并考慮柴油機的缸徑大小、轉(zhuǎn)速范圍、具體使用要求和特點以及制造維修水平等。直噴式燃燒室形狀簡單，能量損失較少，動力性和經(jīng)濟性好，但在有害排放方面較差，燃燒噪聲較高，適應(yīng)轉(zhuǎn)速有限。分隔式燃燒室形狀復雜，能量損失較高，動力性和經(jīng)濟性較差，但在有害排放方面較好，燃燒噪聲低，適應(yīng)轉(zhuǎn)速范圍廣，但起動較困難。直噴式主要運用在重型、中型車用柴油機，分隔式運用于轎車、小型拖拉機、農(nóng)用運輸車和一些要求噪聲低的特殊場合。什么是噴油器流通特性？說明噴油器流通截面對噴油過程和柴油機性能的影響。答：噴孔流通截面積與針閥升程的關(guān)系成為噴油器的流通特性。噴油嘴的流通截面積隨針閥的上升而增大，其增大的速度與著火落后期的噴油量有直接關(guān)系。一般希望噴油嘴流通截面變化是“先小后大”，這樣可以大大減少著火落后期中的噴油量，減小壓力升高率和最高壓力、溫度，使柴油機動力性、經(jīng)濟性提高，排放性好，噪音下降。若初期的流通面積增長快，會導致則著火落后期噴油量增多，噴油壓力下降，燃油霧化變差，燃燒不充分，易產(chǎn)生積碳堵塞噴油孔的現(xiàn)象，降低柴油機的經(jīng)濟性、動力性、排放性。何謂噴油泵速度特性，為什么要對其進行校正？答：噴油泵油量控制機構(gòu)（齒條或拉桿）位置固定，循環(huán)供油量隨噴油泵轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系稱為噴油泵速度特性。噴油泵所固有的速度特性通常并不理想，特別對于車用柴油機，因此需要對其進行必要的校正。在較高的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，一般柴油機的充氣效率隨轉(zhuǎn)速的上升而下降，而循環(huán)供油量隨轉(zhuǎn)速的上升而增大，使空氣量與供油量不相匹配。若在低速n1下固定供油量，則會造成高速供油量過多（見圖5-9中的AB段），使柴油機燃燒不完全而冒黑煙；若在高速n2下固定供油量，則會造成低速供油量不足（見圖5-9中的CD段），使柴油機的潛力得不到充分發(fā)揮。通過校正可以得到較理想的噴油泵速度特性（見圖5-9中的AD段）。這樣也將有利于提高車用柴油機適應(yīng)阻力變化的能力，得到較理想的轉(zhuǎn)矩特性。試簡述柴油機燃油噴射所經(jīng)歷的主要過程。噴射過程是指從噴油泵開始供油直至噴油器停止噴油的過程，整個噴射過程在全負荷工況下約占15°-40°曲軸轉(zhuǎn)角，主要分為三個階段，即噴射延遲階段、主噴射階段和噴射結(jié)束階段。圖5-10表示了在噴射過程中噴油泵端燃油壓力pH、噴油器端燃油壓力pn以及針閥升程h的變化情況。（1）噴射延遲階段該階段從噴油泵上的出油閥開始升起（供油始點）到噴油器的針閥開始升起（噴油始點）為止。出油閥升起后，受壓縮的燃油進入高壓油管，使噴油泵端的壓力上升，壓力波以聲速（約1400m/s）沿高壓油管向噴油器端傳播。當傳播到噴油器端的壓力超過針閥開啟壓力（又稱噴射壓力）時，針閥即升起，開始噴油。供油始點和噴油始點常用供油提前角和噴油提前角來表示。噴油提前角與供油提前角的差值就是噴油延遲角，也就是噴射延遲階段所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角。一般轉(zhuǎn)速升高，噴油延遲角加大；高壓油管較長，壓力波傳播時間較長，噴油延遲角也會較大。（2）主噴射階段該階段從噴油始點到噴油器端的壓力開始急劇下降為止。在針閥升起過程中，由于針閥上升讓出容積以及一部分燃油噴入燃燒室內(nèi)，噴油器端的壓力有一短暫下降。當油孔剛剛開啟時，最初因開度小有節(jié)流作用，噴油泵端壓力并不立即下降；隨著油孔逐漸打開，并由于出油閥落座過程中出油閥減壓容積的作用，壓力才急劇下降。由于壓力波傳播的原因，噴油器端壓力的下降有一滯后。絕大部分燃油是在主噴射階段內(nèi)噴入燃燒室內(nèi)的，這一階段持續(xù)的時間主要隨噴油泵柱塞的有效行程，即柴油機負荷的變化而變化。（3）噴射結(jié)束階段該階段從噴油器端的壓力開始急劇下降到噴油器的針閥完全落座停止噴油為止。由于噴油泵的回油孔打開和出油閥減壓容積的卸載作用，泵端壓力帶動噴油器端壓力急劇下降，當噴油器端壓力低于針閥開啟壓力時，針閥開始下降。這一階段內(nèi)還有少量燃油從噴孔噴出。由于壓力下降，燃油霧化變差，故應(yīng)盡可能地縮短這一階段，即噴射過程的結(jié)束應(yīng)干脆迅速。何謂幾何供油規(guī)律與噴油規(guī)律？兩者是否一致？為什么？答：幾何供油規(guī)律是單位時間內(nèi)（或1°噴油泵凸輪軸轉(zhuǎn)角內(nèi)）噴油泵的供油量隨時間（或噴油泵凸輪軸轉(zhuǎn)角）的變化關(guān)系。它純粹是由噴油泵柱塞的幾何尺寸和運動規(guī)律確定的。噴油規(guī)律則是噴油速率，即單位時間內(nèi)（或1°噴油泵凸輪軸轉(zhuǎn)角內(nèi)）噴油器噴入燃燒室內(nèi)的燃油量隨時間（或噴油泵凸輪軸轉(zhuǎn)角）的變化關(guān)系。從圖中可以看到，供油規(guī)律和噴油規(guī)律之間存在著明顯的不同：（1）噴油規(guī)律始點落后于幾何供油規(guī)律的供油始點，落后角度為噴油延遲角；（2）噴油持續(xù)時間比供油持續(xù)時間大，在標定工況下約為1.3-1.7倍。這是因為噴油泵回油孔節(jié)流及高壓油管減壓時燃料膨脹與油管收縮造成的；（3）噴油規(guī)律外形與供油規(guī)律變化規(guī)律明顯不同；（4）最大噴油速率較最大供油速率低；（5）每一循環(huán)噴油總量比同一循環(huán)理論供油量小。主要原因是燃油的可壓縮性在高壓下變得較為明顯，使系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生壓力波的傳播，高壓油管的彈性變形引起高壓容積的變化，再加上壓力波的往復反射和疊加的作用，是引起柴油機供油規(guī)律和噴油規(guī)律不一致的主要原因。柴油機異常噴射現(xiàn)象主要有哪些，它們各在什么工況下發(fā)生，對柴油機運行有何危害，如何避免？答：由于噴射系統(tǒng)內(nèi)的壓力高變化快，峰值和谷值相差較大，由此容易出現(xiàn)一些不正常噴射現(xiàn)象，主要包括以下四種異常噴射現(xiàn)象:（1）二次噴射噴射終了噴油器針閥落座以后，在壓力波動的影響下再次升起噴油的現(xiàn)象。由于二次噴射是在燃油壓力較低的情況下噴射的，導致這部分燃油霧化不良，會產(chǎn)生燃燒不完全，碳煙增多，并易引起噴孔積炭堵塞。此外，二次噴射還使整個噴射持續(xù)時間拉長，進而使燃燒過程不能及時進行，造成柴油機經(jīng)濟性下降，零部件過熱等不良后果。二次噴射易發(fā)生在高速、大負荷工況。（2）滴油現(xiàn)象在噴油器針閥密封正常的情況下，噴射終了時由于系統(tǒng)內(nèi)的壓力下降過慢使針閥不能迅速落座．出現(xiàn)仍有燃油流出的現(xiàn)象。這種在噴射終了時流出的燃油速度及壓力極低，難以霧化，易生成積炭并使噴孔堵塞。（3）斷續(xù)噴射由于在某一瞬間噴油泵的供油量小于從噴油器噴出的油量和填充針閥上升空出空間的油量之和，造成針閥在噴射過程中周期性跳動的現(xiàn)象。這時噴油泵端壓力及針閥的運動方向不斷變化，易導致針閥副的過度磨損。（4）不規(guī)則噴射和隔次噴射供油量過小時，循環(huán)噴油量不斷變動甚至出現(xiàn)有的循環(huán)不噴油的現(xiàn)象。不規(guī)則噴射和隔次噴射易發(fā)生在柴油機怠速工況下，造成怠速運轉(zhuǎn)不穩(wěn)定、工作粗暴，并限制了柴油機的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。為避免出現(xiàn)不正常噴射現(xiàn)象，應(yīng)盡可能地縮短高壓油管長度，減小高壓容積，以降低壓力波動，減小其影響，并合理選擇噴射系統(tǒng)的參數(shù)，如噴油泵柱塞直徑、凸輪廓線、出油閥形式及尺寸、出油閥減壓容積、高壓油管內(nèi)徑、噴油器噴孔尺寸、針閥開啟壓力等。供油系統(tǒng)中穴蝕破壞一般發(fā)生在什么地方？其發(fā)生的主要原因是什么？如何消除穴蝕破壞？答：噴射系統(tǒng)中的穴蝕破壞出現(xiàn)在系統(tǒng)內(nèi)與燃油接觸的金屬表面上。穴蝕產(chǎn)生的機理是，在高壓容積內(nèi)產(chǎn)生壓力波動時，由于出現(xiàn)極低的壓力（低于燃油的蒸氣壓）而形成汽泡，以及隨后壓力迅速升高使汽泡爆裂而產(chǎn)生沖擊波，這種沖擊波多次作用于金屬表面則引起穴蝕。穴蝕破壞會影響到噴射系統(tǒng)的工作可靠性和使用壽命。預防措施：高壓系統(tǒng)中的穴蝕可通過選擇出油閥的卸載容積來解決，低壓系統(tǒng)中的穴蝕，可通過提高進油腔的燃油壓力或在回油系統(tǒng)中設(shè)置緩沖器的方法來解決。何謂燃油的噴霧（霧化）？為什么要將燃油霧化？答：燃油的霧化是指燃油噴入燃燒室內(nèi)后被粉碎分散為細小液滴的過程。燃油的霧化可以大大增加其與周圍空氣接觸的蒸發(fā)表面積，加速了從空氣中的吸熱過程和液滴的汽化過程，對混合氣的形成起到了重要的作用。油束特性可用哪幾個指標來衡量，其主要影響因素有哪些？答：從幾何形狀和霧化質(zhì)量兩個方面來描述油束特性。幾乎形狀：主要包括油束射程（又稱為貫穿距離）L和噴霧錐角β或油束的最大寬度B（見圖5-13）。此外，貫穿率是常用的參數(shù)之一。貫穿率為相對值，是指油束的貫穿距離與噴孔口沿噴孔軸線到燃燒室壁距離的比值。貫穿率若大于1，則意味著有一部分燃油噴射到了燃燒室的壁面上。影響油束幾何形狀的主要因素有：噴射壓力、噴油器噴孔的長度直徑比和空氣與燃油密度比等。霧化質(zhì)量：一般是指油束中液滴的細度和均勻度。細度可以用液滴平均直徑來表示。液滴平均直徑越小，意味著油束霧化得越細。液滴平均直徑的大小受到多種因素的影響，減小噴油器噴孔直徑，增大燃油噴入時的流速，空氣密度的增大以及燃油粘度和表面張力的減小，都會使平均油滴直徑減小。均勻度是指油束中液滴大小相同的程度以及液滴在油束內(nèi)分布的均勻程度。柴油機著火需要哪兩個條件？為什么柴油機是多處著火？答：需要兩個條件。1，霧化良好的柴油能準確及時的噴入燃燒室。2，燃燒室的壓縮空氣達到足夠的溫度。因為柴油機的柴油會霧化分散成許多細小的油滴，經(jīng)過不斷擴散與空氣混合。而根據(jù)柴油機著火的條件，即合適的混合氣濃度和溫度，柴油機滿足條件的區(qū)域有許多，所以柴油機的著火是多點自燃著火，且著火位置隨循環(huán)不同而不同。分析柴油機燃燒過程的四個階段。答：燃燒過程是柴油機工作過程的核心部分，為便于分析，可將其人為地劃分為四個階段，即著火延遲期（又稱為滯燃期）、速燃期、緩燃期和補燃期。如圖5-1所示。著火延遲期著火延遲期又稱為滯燃期（圖5-1中的AB段），從燃油開始噴入燃燒室內(nèi)（A點）至由于開始燃燒而引起壓力升高使壓力脫離壓縮線開始急劇上升（B點）。在著火延遲期內(nèi)，燃燒室內(nèi)進行著混合氣準備的物理和化學過程。物理過程包括燃油的粉碎分散、蒸發(fā)汽化和混合直至在某些局部區(qū)域形成可燃混合氣；化學過程是指混合氣的先期化學反應(yīng)直至開始自燃。雖然對于局部而言，物理過程和化學過程是相繼進行的，但對于整體而言，物理過程和化學過程是重疊在一起的。2.速燃期速燃期為圖5-1中的BC段，即從壓力脫離壓縮線開始急劇上升（B點）至達到最大壓力（C點）。速燃期內(nèi)，在著火延遲期內(nèi)準備好的混合氣幾乎同時開始燃燒，使燃燒室內(nèi)的壓力、溫度急劇上升。燃燒室內(nèi)的最大壓力（又稱為最大爆發(fā)壓力）有可能達到13MPa以上，最大爆發(fā)壓力的高低除了受燃燒過程的直接影響外，還主要與壓縮比εC、壓縮始點的壓力等因素有關(guān)。一般用平均壓力升高率Δp/Δφ[MPa/(°CA)]以及最大壓力升高率（dp/dφ）max來表示壓力急劇上升的程度。平均壓力升高率定義為：式中pB、pC——分別為B點和C點的壓力；φB、φC——分別為B點和C點所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角。3.緩燃期緩燃期為圖5-1中的CD段，即從最大壓力點（C點）至最高溫度點（D點）。一般噴射過程在緩燃期都已結(jié)束，隨著燃燒過程的進行，空氣逐漸減少而燃燒產(chǎn)物不斷增多，燃燒的進行也漸趨緩慢。緩燃期的燃燒具有擴散燃燒的特征，混合氣形成的速度和質(zhì)量對緩燃期起著十分重要的作用。在這一階段內(nèi)，采取措施使后期噴入的燃油能及時得到足夠的空氣，盡可能地加速混合氣的形成，才能保證迅速而完全的燃燒，從而提高柴油機的經(jīng)濟性和動力性。4.補燃期補燃期為圖5-1中的DE段，即從最高溫度點（D點）至燃油基本燃燒完（E點）。補燃期的終點很難準確地確定，一般當放熱量達到循環(huán)總放熱量的95％-99％時，就可以認為補燃期結(jié)束，也是整個燃燒過程的結(jié)束。補燃期內(nèi)燃油的燃燒可稱為后燃，由于燃燒時間短促，混合氣又不太均勻，總有少量燃油拖延到膨脹過程中繼續(xù)燃燒。特別在高速、高負荷工況下，因過量空氣系數(shù)小，混合氣形成和燃燒的時間更短，這種后燃現(xiàn)象就更為嚴重。在補燃期中，缸內(nèi)壓力不斷下降，燃燒放出的熱量得不到有效利用，還使排氣溫度提高，導致散熱損失增大，對柴油機的經(jīng)濟性不利。此外，后燃還增加了有關(guān)零部件的熱負荷。因此，應(yīng)盡量縮短補燃期，減少補燃期內(nèi)燃燒的燃油量。影響柴油機著火延遲期的因素有哪些？著火延遲期對柴油機有何影響？答：影響著火延遲期長短的主要因素是燃燒室內(nèi)工質(zhì)的狀態(tài)。柴油的自燃性較好（十六烷值較高），著火延遲期也較短。圖5-2表示了對于十六烷值為56的柴油，溫度與壓力對著火延遲期的影響。由圖可見，溫度越高或壓力越高，則著火延遲期越短。另外，壓縮比增加、進行進氣預熱、增壓等都會使壓縮終了時的溫度、壓力增加，從而縮短著火延遲期。柴油機著火延遲期長短決定了延遲期內(nèi)的噴油量和預制混合氣量的多少，從而影響柴油機的燃燒特性、動力經(jīng)濟性、排放特性以及噪聲振動，必須精確控制。緩燃期的長短與哪些因素有關(guān)？緩燃期是在膨脹過程中進行的，從動力性和經(jīng)濟性的角度來說，緩燃期應(yīng)該短些，通過什么方法可以縮短緩燃期？答：緩燃期的燃燒具有擴散燃燒的特征，混合氣形成的速度和質(zhì)量對緩燃期起著十分重要的作用。因此為了減少緩燃期，加強燃燒室內(nèi)的空氣擾動和加速空氣與燃料的混合，對保證燃料在上止點附近迅速而完全地燃燒有重要作用。柴油機工作粗暴的原因是什么？如何防止？答：柴油機工作粗暴的原因主要是因為燃燒室內(nèi)的壓力急劇變化。在柴油機的速燃期，柴油發(fā)動機的多處著火導致壓力升高率過高，則柴油機工作粗暴，染煞噪聲大，沖擊負荷較大，影響其工作可靠性和使用壽命。因此需要將壓力升高率限制在一定的范圍內(nèi)，為控制壓力升高率，應(yīng)減少在著火延遲期內(nèi)準備好的可燃混合氣的量。一般來說，這可以從兩個方面來考慮，一方面可縮短著火延遲期的時間，另一方面可減少著火延遲期內(nèi)噴入的燃油或可能形成可燃混合氣的燃油。后燃現(xiàn)象為什么應(yīng)盡量減少？答：。補燃期內(nèi)燃油的燃燒可稱為后燃，由于燃燒時間短促，混合氣又不太均勻，總有少量燃油拖延到膨脹過程中繼續(xù)燃燒。特別在高速、高負荷工況下，因過量空氣系數(shù)小，混合氣形成和燃燒的時間更短，這種后燃現(xiàn)象就更為嚴重。在補燃期中，缸內(nèi)壓力不斷下降，燃燒放出的熱量得不到有效利用，還使排氣溫度提高，導致散熱損失增大，對柴油機的經(jīng)濟性不利。此外，后燃還增加了有關(guān)零部件的熱負荷。因此，應(yīng)盡量縮短補燃期，減少補燃期內(nèi)燃燒的燃油量。何謂柴油機的放熱規(guī)律，其三要素是什么？柴油機理想的放熱規(guī)律是什么？答：瞬時放熱速率和累積放熱百分比隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系，稱為燃燒放熱規(guī)律。燃燒起點、燃燒放熱規(guī)律曲線形狀和燃燒持續(xù)時間被認為是燃燒放熱規(guī)律的三要素。放熱規(guī)律三要素既有各自的特點，又相互關(guān)聯(lián)。試分析柴油機與汽油機燃燒過程主要特點有何差別？答：柴油機與汽油機燃燒過程主要特點對比對比項目汽油機柴油機著火點燃，高溫單階段著火，單點著火壓燃，低溫多階段著火，多點同時著火燃燒火焰在均質(zhì)預混合氣中有序傳播，燃燒柔和兩階段燃燒，即無序的非均質(zhì)預混合燃燒和擴散燃燒，燃燒較粗暴后燃混合均勻，因而后燃期較短混合不均勻，因而后燃期較長放熱規(guī)律燃燒放熱先緩后急，燃燒持續(xù)期較短直噴機燃燒放熱先急后緩，燃燒持續(xù)期較長改善柴油機燃燒的主要途徑有哪些？答：改善柴油機燃燒的主要途徑有兩類。1，改善燃油噴射、氣流運動與燃燒室形狀間的配合。燃油噴射、氣流運動與燃燒室形狀間的良好配合，是滿意的柴油機混合氣形成和燃燒過程的基本保證。在燃油噴射、氣流運動與燃燒室形狀間的配合中，一般應(yīng)兼顧各方面的要求，并根據(jù)具體使用情況有所側(cè)重，尋求一個較理想的折衷方案。2，改善柴油機的運轉(zhuǎn)因素：（1）合理控制轉(zhuǎn)速和負荷。（2）合理選擇并精確控制噴油提前角。（3）正確選用燃料。（4）其他技術(shù)運用（增壓技術(shù)、EGR技術(shù)）燃油的十六烷值對柴油機燃燒過程有何影響？答：燃油的十六烷值是衡量燃油自燃性的指標，對燃燒過程也有一定影響。圖5-42表示噴油時刻相同，使用不同十六烷值的燃料對燃燒過程的影響。在其它條件相同的情況下，十六烷值高的燃料，燃油自燃性相對較好，著火延遲期短，著火后壓力上升平緩，最大爆發(fā)壓力低，從而使燃燒噪聲和NOX的排放量也都可降低。一般直噴式燃燒室比分隔式燃燒室對燃油的性質(zhì)更為敏感。轉(zhuǎn)速和負荷的變化對柴油機燃燒過程有何影響？答：轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速升高時，由于散熱損失和活塞環(huán)的漏氣損失減小，使壓縮終點的溫度和壓力增高；轉(zhuǎn)速升高也會使噴油壓力提高，改善燃油的霧化，這些都使得以秒為單位的著火延遲期縮短，而以曲軸轉(zhuǎn)角為單位的著火延遲期則有可能縮短，也可能延長。一般來說，轉(zhuǎn)速過低或過高時，都會使燃燒效率降低。轉(zhuǎn)速過