汽车发动机原理第5章课后习题答案

第五章复习思考题1•柴油机和汽油机相比，混合气形成有哪些特点？答：相比于汽油机，柴油机在进气过程中进入燃烧室的为纯空气，在压缩过程终了柴油直接喷入。

因此柴油机的混合气形成时间比汽油机短促的多，而且柴油的蒸发性和流动性比汽油差，使得柴油难以在燃烧前彻底雾化蒸发与空气均匀混合，所以柴油机可燃混合气的品质较汽油机差。

2•试说明柴油机混合气形成的两种基本形式，并进行对比分析。

答：空间雾化混合与油膜蒸发混合。

空间雾化混合是在燃烧室空间中利用燃油与空气的相对运动形成较均匀的混合气，燃油与空气的相对运动速度是起主要作用的因素。

油膜蒸发混合是指喷在燃烧室壁面上的燃油形成油膜后，利用受热蒸发和空气相对运动的作用形成较均匀的混合气。

3•说明直喷式燃烧室产生空气运动的方式，并分析空气运动对其混合气形成和燃烧的影响。

答：直喷式燃烧室中的空气运动主要是指半开式燃烧室中的进气涡流和挤压涡流。

产生进气涡流的方法一般时采用螺旋进气道，一方面将气道腔做成螺旋形，使空气在气道内形成旋转运动；另一方面由于气阀中心和气缸中心不重合，产生沿气缸壁绕气缸中心的旋转运动。

挤压涡流是在压缩过程期间，活塞接近上止点时，活塞顶部外围的环形空间中的空气被挤入活塞顶部的凹坑内，由此产生挤压涡流。

空气运动可以促使柴油混合气很快在整个燃烧室均匀分布，加速混合气的形成。

但是在直喷式燃烧室中涡流强度过强或过弱会造成油束贯穿不足或过度，，均会影响混合气形成和燃烧。

5．半开式燃烧室的优、缺点如何？答：半开式燃烧室的活塞顶部凹坑较深，形状有很多种。

半开式燃烧室中的混合气形成依靠燃油的喷散雾化和空气运动两方面的作用。

它采用孔式喷油器，常见的喷孔数目为4-6 孔，并有较高的喷射压力，对喷射系统有较高的要求。

优点：半开式燃烧室的可燃混合气形成更均匀，空气利用率有所提高，可以实现更完善的燃烧。

缺点：半开式燃烧室对转速的变化较敏感，一般适用于缸径80-140mm,转速低于4500r/min的柴油机中，在燃油喷射、气流运到与燃烧室形状间的配合上会有很大困难；同时，喷孔直径过小和喷油压力过高，也给制造和使用提出更高的要求。

而且经济性和颗粒物排放方面表现较差。

6．分隔式燃烧室的结构特点与工作原理如何？使用范围怎样？答：分隔式燃烧室的结构特点是除位于活塞顶部的主燃烧室外，还有位于缸盖内的副燃烧室，两者之间有通道相连。

燃油不直接喷入主燃烧室内，而是喷入副燃烧室内。

分隔式燃烧室柴油机中主要靠强烈的空气运动来保证较好的混合气质量，空气利用率较高，保证了高速下也有较好性能。

在有害排放方面，除了低负荷的碳烟排量较大，其他排放方面均优于直喷式燃烧室，噪声表现也很优异。

因此分隔式燃烧室主要运用于轿车柴油机中，在一些要求噪声特别低的场合也有使用。

7．分析比较直喷式和分隔式柴油机的性能特点及各自的适用场合。

答：在燃烧室的选用中，主要应结合各类燃烧室的特点并考虑柴油机的缸径大小、转速范围、具体使用要求和特点以及制造维修水平等。

直喷式燃烧室形状简单，能量损失较少，动力性和经济性好，但在有害排放方面较差，燃烧噪声较高，适应转速有限。

分隔式燃烧室形状复杂，能量损失较高，动力性和经济性较差，但在有害排放方面较好，燃烧噪声低，适应转速范围广，但起动较困难。

直喷式主要运用在重型、中型车用柴油机，分隔式运用于轿车、小型拖拉机、农用运输车和一些要求噪声低的特殊场合。

8．什么是喷油器流通特性？说明喷油器流通截面对喷油过程和柴油机性能的影响。

答：喷孔流通截面积与针阀升程的关系成为喷油器的流通特性。

喷油嘴的流通截面积随针阀的上升而增大，其增大的速度与着火落后期的喷油量有直接关系。

一般希望喷油嘴流通截面变化是“先小后大”，这样可以大大减少着火落后期中的喷油量，减小压力升高率和最高压力、温度，使柴油机动力性、经济性提高，排放性好，噪音下降。

若初期的流通面积增长快，会导致则着火落后期喷油量增多，喷油压力下降，燃油雾化变差，燃烧不充分，易产生积碳堵塞喷油孔的现象，降低柴油机的经济性、动力性、排放性。

9 •何谓喷油泵速度特性，为什么要对其进行校正？答：喷油泵油量控制机构（齿条或拉杆）位置固定，循环供油量随喷油泵转速变化的关系称为喷油泵速度特性。

喷油泵所固有的速度特性通常并不理想，特别对于车用柴油机，因此需要对其进行必要的校正。

在较高的转速范围内，一般1柴油机的充气效率随转速的上升而下降，而循环供油量随转速的上升而增大，使空气量与供油量不相匹配。

若在低速n i5下固定供油量，则会造成高速供油量过a A 喷油泵端压力多（见图p m5-9中的AB段），使柴油机燃烧不完全而冒黑烟；若在高速02下固定供油量供贝U会造成低速供油量不足（见图5-9中的CD 段），使柴油机的潜力得循p不到充分发挥。

通过校正可以得到较理想的喷油泵速度特性（见图5-9中的AD 段）。

这样也将有利于提高车用柴油机适应阻力变化的能力，得到较理想的转矩特性。

°x 01°2（b）pm喷油泵转速p P n°上止点10 •试简述柴油机燃油喷射所经历的主要过程。

喷射过程是指从喷油泵开始供油直至喷油器停止喷油的过程，整个喷射过程在全负荷工况下约占15-40。

曲轴转针角升主要分为三个阶段，即喷射延迟阶段、主喷射阶段和喷射结束阶段。

图5-10表示了在喷射过程中喷油泵端燃油压力P H、喷油器端燃油压力0 p n以及针阀升角程/ h的变化情况（1）喷射延迟阶段该阶段从喷油泵上的出油阀开始升起（供油始点）到喷油器的针阀开始升起（喷油始点）为止。

出油阀升起后，受压缩的燃油进入高压油管，使喷油泵端的压力上升，压力波以声速（约1400m/s）沿高压油管向喷油器端传播。

当传播到喷油器端的压力超过针阀开启压力（又称喷射压力）时，针阀即升起，开始喷油。

供油始点和喷油始点常用供油提前角和喷油提前角来表示。

喷油提前角与供油提前角的差值就是喷油延迟角，也就是喷射延迟阶段所对应的曲轴转角。

一般转速升高，喷油延迟角加大；高压油管较长，压力波传播时间较长，喷油延迟角也会较大。

（2）主喷射阶段该阶段从喷油始点到喷油器端的压力开始急剧下降为止。

在针阀升起过程中，由于针阀上升让出容积以及一部分燃油喷入燃烧室内，喷油器端的压力有一短暂下降。

当油孔刚刚开启时，最初因开度小有节流作用，喷油泵端压力并不立即下降；随着油孔逐渐打开，并由于出油阀落座过程中出油阀减压容积的作用，压力才急剧下降。

由于压力波传播的原因，喷油器端压力的下降有一滞后。

绝大部分燃油是在主喷射阶段内喷入燃烧室内的，这一阶段持续的时间主要随喷油泵柱塞的有效行程，即柴油机负荷的变化而变化。

（3）喷射结束阶段该阶段从喷油器端的压力开始急剧下降到喷油器的针阀完全落座停止喷油为止。

由于喷油泵的回油孔打开和出油阀减压容积的卸载作用，泵端压力带动喷油器端压力急剧下降，当喷油器端压力低于针阀开启压力时，针阀开始下降。

这一阶段内还有少量燃油从喷孔喷出。

由于压力下降，燃油雾化变差，故应尽可能地缩短这一阶段，即喷射过程的结束应干脆迅速。

11. 何谓几何供油规律与喷油规律？两者是否一致？为什么？答：几何供油规律是单位时间内（或1 °贲油泵凸轮轴转角内）喷油泵的供油量随时间（或喷油泵凸轮轴转角）的变化关系。

它纯粹是由喷油泵柱塞的几何尺寸和运动规律确定的。

喷油规律则是喷油速率，即单位时间内（或 1 °贲油泵凸轮轴转角内）喷油器喷入燃烧室内的燃油量随时间（或喷油泵凸轮轴转角）的变化关系。

从图中可以看到，供油规律和喷油规律之间存在着明显的不同：轮■（1凸喷油规律始点落后于几何供油规律的供油始点，落后角度为喷油延迟角; L °°6m（2率喷油持续时油规比供油持续时间大规律在标定工况下约为 1.3-1.7倍。

这是率0.04因为喷油泵回油孔节流及高压油管减压时燃料膨胀与油管收缩造成的；（3,喷油规律外形与供油规律变化规律明显不同；（4速最大喷油速率较最大供油速率低；（5供每一循环喷油总量比同一循环理论供油量小。

2 28喷油泵凸轮轴转角（0）主要原因是燃油的可压缩性在高压下变得较为明显，使系统内产生压力波的传播，高压油管的弹性变形引起高压容积的变化，再加上压力波的往复反射和叠加的作用，是引起柴油机供油规律和喷油规律不一致的主要原因。

12. 柴油机异常喷射现象主要有哪些，它们各在什么工况下发生，对柴油机运行有何危害，如何避免？答：由于喷射系统内的压力高变化快，峰值和谷值相差较大，由此容易出现一些不正常喷射现象，主要包括以下四种异常喷射现象：（1）二次喷射喷射终了喷油器针阀落座以后，在压力波动的影响下再次升起喷油的现象。

由于二次喷射是在燃油压力较低的情况下喷射的，导致这部分燃油雾化不良，会产生燃烧不完全，碳烟增多，并易引起喷孔积炭堵塞。

此外，二次喷射还使整个喷射持续时间拉长，进而使燃烧过程不能及时进行，造成柴油机经济性下降，零部件过热等不良后果。

二次喷射易发生在高速、大负荷工况。

（2）滴油现象在喷油器针阀密封正常的情况下，喷射终了时由于系统内的压力下降过慢使针阀不能迅速落座．出现仍有燃油流出的现象。

这种在喷射终了时流出的燃油速度及压力极低，难以雾化，易生成积炭并使喷孔堵塞。

（3）断续喷射由于在某一瞬间喷油泵的供油量小于从喷油器喷出的油量和填充针阀上升空出空间的油量之和，造成针阀在喷射过程中周期性跳动的现象。

这时喷油泵端压力及针阀的运动方向不断变化，易导致针阀副的过度磨损。

（4）不规则喷射和隔次喷射供油量过小时，循环喷油量不断变动甚至出现有的循环不喷油的现象。

不规则喷射和隔次喷射易发生在柴油机怠速工况下，造成怠速运转不稳定、工作粗暴，并限制了柴油机的最低稳定转速。

为避免出现不正常喷射现象，应尽可能地缩短高压油管长度，减小高压容积，以降低压力波动，减小其影响，并合理选择喷射系统的参数，如喷油泵柱塞直径、凸轮廓线、出油阀形式及尺寸、出油阀减压容积、高压油管内径、喷油器喷孔尺寸、针阀开启压力等。

13．供油系统中穴蚀破坏一般发生在什么地方？其发生的主要原因是什么？如何消除穴蚀破坏？答：喷射系统中的穴蚀破坏出现在系统内与燃油接触的金属表面上。

穴蚀产生的机理是，在高压容积内产生压力波动时，由于出现极低的压力（低于燃油的蒸气压）而形成汽泡，以及随后压力迅速升高使汽泡爆裂而产生冲击波，这种冲击波多次作用于金属表面则引起穴蚀。

穴蚀破坏会影响到喷射系统的工作可靠性和使用寿命。

预防措施：高压系统中的穴蚀可通过选择出油阀的卸载容积来解决，低压系统中的穴蚀，可通过提高进油腔的燃油压力或在回油系统中设置缓冲器的方法来解决。

14．何谓燃油的喷雾（雾化）？为什么要将燃油雾化？答：燃油的雾化是指燃油喷入燃烧室内后被粉碎分散为细小液滴的过程。