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《内燃机学》2012考研复习简答题

1、简述汽油机与柴油机瞬态排放的差异。

车用内燃机在实际使用中常出现瞬态运转状态，例如起动、加速、减速等工况。转速、负荷不断变化，零部件的温度以及工作循环参数不断变化。所以，这时内燃机排放量与稳定工况往往有很大不同。

1）汽油机

（1）冷起动

汽油机冷起动时，由于进气系统和气缸温度低，汽油蒸发不好，较多的汽油沉积在进气管壁上，流速低造成油气混合不好，因此需要增加供油量，以使使汽油机能正常起动。

汽油机冷起动时混合气的a <1。混合气中的汽油以部分蒸气状态、部分液体状态进入气缸。很浓的混合气导致较高的CO排放。

部分液态汽油在燃烧结束后从壁面蒸发，未燃烧就被排出气缸，造成HC的大量排放。

由于温度低及混合气过浓．冷起动时的NOx排放量很低。

（2）暖机

汽油机起动以后，冷却系和润滑系以及主要零部件仍未达到正常的温度水平，需要一个暖机过程。

这时仍需要a <1的浓混合气，以弥补燃油在气缸壁和进气管壁上的冷凝。

暖机过程CO和HC的排放仍然很高，NOx的排放随着温度的提高逐渐增大。

（3）加速

用化油器的汽油机这时往往供给很浓的混合气，造成较高的CO和HC排放。

汽油喷射的汽油机不产生过浓的混合气，其排放值与相应的各稳定工况点相似。

（4）减速

节气门关闭，发动机反拖高速运转。

化油器式发动机如果没有特殊措施，由于进气管中突然的高真空状态，使壁上的液态燃油蒸发，形成过浓混合气而造成较高的HC和CO排放。

汽油喷射式发动机在减速时不再供油，气管内液态油膜少。

2）柴油机 2

冷起动时，部分燃油以液态分布在燃烧室壁上。着火之前，喷入缸内的燃油会以末燃HC形式直接排出气缸。着火以后，吸附在壁面上的燃油也不能完全燃烧，有一部分在蒸发后被排出。柴油冷起动时排放的高浓度HC表现为白烟。

非增压机的正常加速几乎是各稳定工况点的连续。

增压机突加负荷时，增压器需要一段时间，才能达到高负荷所对应的转速和增压压力。若未采取专门措施，增压柴油机常会加速冒黑烟。

2、简述内燃机负荷特性、速度特性的实验方法以及实验应记录的参数

1）负荷特性

（1）完成实验准备并了解实验操作规程后，即可起动发动机进行预热，观察是否有漏水、漏气、漏油等不正常现象。待水温、机油温度升至70℃以上，即可开始实验。

（2）调节测功机自控系统，设定至所选定的发动机转速，在转速不变的条件下，分别从小负荷至大负荷测定负荷改变时（即移动喷油泵齿条或拉杆位置，改变每循环供油量gb）发动机的经济性指标B、be随Pe（或Ttq、Pme）的变化关系。实验中，一般做6—8个工况点，为确保找到最低油耗点，在油耗经济区域应增加1-2个实验点，在小负荷区域可减少1-2个实验点。

（3）实验期间，每一实验工况稳定1分钟后，测量和记录下列参数：转速n、功率Pe、扭矩Ttq、小时耗油量B、比油耗be、冷却水Tw、机油温度To、机油压力Po，排气温度Tr等数据。实验开始和结束时，分别记录大气压力Pa（观测值），环境温度Ta（进气温度）和相对湿度。

（4）实验进行中，应在坐标纸上同步对实验工况点绘制实验监督曲线，其横坐标为Pe（或Ttq、Pme），纵坐标为be，以监督实验数据曲线的各点连线是否平滑和符合规律，如发现实验点明显脱离规律，应在全部实验点结束后补测该点。

（5）实验完成后，逐渐减少发动机负荷，怠速运转5分钟后停车。

2）速度特性

（1） 起动发动机进行预热，观察是否有漏水、漏气、漏油等不正常现象。待水温、机油温度升至70℃以上，即可开始实验。

（2） 速度特性实验（发动机油门开度为100%时为外特性）：设定至所选定3

的发动机油门开度（20%、35%、50%、75%、100%），调节测功机自控系统，在油门不变的条件下，分别从高转速至低转速（每200转）测定负荷随转速改变时（即固定喷油泵齿条或拉杆位置，改变发动机转速n）发动机的经济性指标B、be和动力性指标随Pe（或Ttq、Pme）随转速的变化关系。实验中，一般做6—8个工况点。

（3） 实验期间，每一实验工况稳定1分钟后，测量和记录下列参数：转速n、功率Pe、扭矩Ttq、小时耗油量B、比油耗be、冷却水Tw、机油温度To、机油压力Po，排气温度Tr等数据。实验开始和结束时，分别记录大气压力Pa（观测值），环境温度Ta（进气温度）和相对湿度。

（4） 实验进行中，应在坐标纸上同步对实验工况点绘制实验监督曲线，其横坐标为转速n，纵坐标为Pe、Ttq、be、B、Tr等，以监督实验数据曲线的各点连线是否平滑和符合规律，如发现实验点明显脱离规律，应在全部实验点结束后补测该点。

（5） 实验完成后，逐渐减少发动机负荷，怠速运转5分钟后停车。

注：

一、实验准备

l. 实验前，应了解试验内容、有关技术标准和资料,较准和调试传感器

和二次仪表，确保测量值满足国家标准的精度要求。

2. 在实验台的各安装过程中，确保发动机和测功器均符合技术要求：

 在发动机未联接之前，检查测功机转子是否运转灵活，传动间隙是否

符合说明书技术要求；

 发动机联接轴与测功器法兰的同轴度不大于0.20mm，两法兰之间的平

行度不大于0.15mm；

 检查测功机水压稳压系统工作是否正常，能否满足测功器工作要求；

 发动机安装完成后，手转动发动机，应运转灵活，不得有干涉和异常

响声；

 联接水温、油温、排温、进气温、油压、进排气压等传感器。

二、实验操作规程

1、发动机启动前 4

 检查发动机燃油、机油、冷却水、测功机润滑油系统是否正常和足够；

 打开测试仪器电源，预热十五分钟，根据仪表说明书要求进行零点检查；

 为符合环保降噪要求，实验前务必关闭发动机实验间的门窗；

 开启引风机和排风机对室内进行换气，并启动排气烟道的引射风机；

2、启动发动机

 观察机油压力，必须大于100kPa；

 检查发动机循环冷却水液面，确保冷却水正常循环；

怠速运行5分钟，将测功器带上小负荷，并在40%额定转速内运行；

 检查各机油油道和部件联接处是否有机油泄漏；各柴油或汽油油路联接处

是否有柴、汽油泄漏；

 发动机循环冷却水接口是否漏水；

发动机进气管、排气管接口及气缸体与气缸盖接合处是否有漏气现象。

3、简述汽油机缸内直喷技术(GDI)的优势（优点）

1）、缸内燃油喷射定时和进气运动更易实现混合气稀薄和分层燃烧；

2）、燃油雾滴较细，混合气形成质量改善，不同采用进气管加热来促使燃油蒸发，提高冲量系数，提高发动机动力性能；

3）、进气温度较低，可采用高压缩比，从而改善发动机经济性；或同等情况下降低对燃料辛烷值的要求，提高发动机抗爆性；或采用增压技术，提高动力性能；

4）、取消节气门，减少泵气损失，发动机的经济性改善；部分负荷实现质调节；

5）燃油雾化好，燃烧室壁面沉积物少，对工况变化反应较快，提高怠速稳定性和瞬态响应；

6）、高压缩比时缸内混合气的温度压力提高，改善了点火和燃烧条件，可降低冷起动时未燃碳氢排放；

7）、便于采用多次喷射、后喷射等冷起动排放控制策略；

以上归结为：1、提高发动机经济性，部分负荷经济性改善30～50，一般情况下改善20左右，同时降低二氧化碳排放 2、提高发动机动力性 3、改善发5

动机瞬态响应 4、起动时间短 5、冷起动HC排放改善

4、高压共轨柴油机的高压供油系统主要有哪几个关键部件组成，简要论述高压共轨柴油机的优点。

1）组成：

主要由电控单元（ECU）、高压油泵、蓄压器（共轨管）、电控喷油器以及各种传感器等组成。

2）优点：

a、共轨系统中的喷油压力柔性可调，对不同工况可确定所需的最佳喷射压力，从而优化柴油机综合性能；

b、可独立地柔性控制喷油正时，配合高的喷射压力（ 120Mpa～200MPa ），可同时控制 NOx 和微粒（ PM ）在较小的数值内，以满足排放要求；

c、柔性控制喷油速率变化，实现理想喷油规律，容易实现预喷射和多次喷射，既可降低柴油机 NOx ，又能保证优良的动力性和经济性；

d、由电磁阀控制喷油，其控制精度较高，高压油路中不会出现气泡和残压为零的现象，因此在柴油机运转范围内，循环喷油量变动小，各缸供油不均匀可得到改善，从而减轻柴油机的振动和降低排放。

e、系统结构移植方便，适应范围广，与小、中型及重性柴油机均能很好匹配。

5、从发动机的换气、混合气的形成、燃烧及性能等方面综合比较汽油机柴油机的异同，并指出各自的优势及发展方向。

1）换气过程：四冲程发动机换气过程指从排气门打开到进气门关闭的整个时期

在换气过程中，汽油的排气提前角小些，柴油机的大些，增压柴油机的更大些，且气门叠开角从小到大为：汽油机、柴油机、增压柴油机。

2）混合气形成：

a、汽油机的混合气形成方式有两类：化油器式和汽油喷射式，除GDI外都6

属于在气缸外部形成混合气，都依靠控制节流阀开闭来控制混合气的数量。

b、柴油机的混合气形成方式分为：空间雾化混合和油膜蒸发混合两种，柴油机在进气过程中进入气缸的是纯空气，在压缩过程接近终了时才喷入柴油。

c、优缺点比较：柴油机混合气形成的时间比汽油机短，很难形成均匀的混合气，燃烧室的工质随时间和地点而变化

3）燃烧方式和燃烧过程比较：

a、燃烧方式：汽油机靠火花塞火花点火，属点燃式内燃机；柴油机是压缩点燃，在高温高压下多点自燃着火，属于压燃式内燃机。

b、燃烧过程：汽油机燃烧过程分为：着火阶段（滞燃期）、急燃期、后燃期；柴油机的燃烧过程分为：着火延迟期（滞燃期）、急燃期、缓燃期、后燃期。

4）性能比较

汽油机：升功率高；转速高；起动比柴油机容易；比质量小；振动和噪声小；燃油消耗率高，经济性差；排放污染物为：一氧化碳，未燃碳氢，氮氧化合物，且三者的排放比柴油机高。

柴油机：升功率低；转速低；工作可靠，寿命长；燃油消耗率低，经济性好；功率储备大，可以短期超载工作；比质量大；振动和噪声大。排放污染物：一氧化碳，未燃碳氢，氮氧化合物和微粒。

6、汽油机根据运转工况不同提供不同浓度的混合气，简述不同工况的混合气浓度变化情况并解释原因，同时说明汽油机的过量空气系数为什要控制在1左右？

汽油机不同工况下对混合气浓度的要求：

1)当汽油机在部分负荷范围内运行时，应当供给较稀的混合气（1.03～1.1），以保证较高的燃油经济性；

2）当汽油机节气门接近全开或全开的大负荷或全负荷工况时，应当供给较浓的混合气（0.85～0.95）。以保证良好的动力性能；

3）汽油机采用三效催化转化器降低有害排放，因此，应在从部分负荷到接近全负荷的大部分工况下，供给化学计量比混合气。因为三效催化转化器只有在空燃比为化学计量比的一个狭小“窗口”范围内才能保持较高的转化效率；

4）为保证汽油机怠速的运转稳定性以及过度工况（起动与加速）的需要，