哈尔滨工程大学内燃机原理知识点

理想循环：为了了解内燃机热能利用的完善程度，能量相互转换的效率，寻求提高热量利用率的途径，在不是其基本物理、化学过程特征的前提下，将内燃机的实际循环进行若干简化，使其近似乎于所讨论的实际循环，而又简化了实际变化纷繁的物理、化学过程，从而提出一种便于作定量分析的假想循环，称为“理想循环”。

实际循环与理想循环差异主要有：1、工质不同2、气体流动阻力3、涡流与节流损失4、传热损失5、燃烧不及时，后燃及不完全燃烧损失6、漏气损失；压缩比：压缩比是一个描述工质容积变化和压缩程度的参数，定义为压缩始点容积比上压缩终点容积。

按什么原则取定压缩比：压缩比的上限：a、对点燃式内燃机（如汽油机，煤气机），在缸内被压缩的是空气与燃料的混合物，上限受到可燃混合气早燃或爆燃的限制。

因此，上限取值应考虑到燃料的性质，传热条件及燃烧室结构等因素。

b.对压燃式发动机（如柴油机,上限受到机械负荷Pc、Pz，噪声、排放（温度高,NOX上升；高温下CO2分解形成CO）的限制。

当压缩比上升到一定程度时，压缩比上升的程度明显减少，太高反而得不偿失。

压缩比的下限：a、对点燃式内燃机,在满足上限的限制下,尽量使压缩比高些；b、对压燃式发动机（如柴油机），应保证压缩终点的温度不低于燃料着火燃烧的自燃温度。

多变压缩指数影响因素：1、曲轴转速2、气缸尺寸3、周壁散热强度及充量扰动的速度；多变膨胀指数影响因素：转速、燃烧速度、气缸尺寸、负荷等。

示功图：把内燃机在1个循环中气缸工质状态的变化，表示为压力与容积的关系图（p-V图）或压力与曲轴转角的关系图称为示功图。

示功图作用：示功图直接表示了内燃机作功的大小，除此之外，还包含了许多反映内燃机性能的信息和数据，是评价分析内燃机性能的主要手段。

内燃机的指示参数是用以表征燃料燃烧释放出来的热能转变为机械能完善程度的一组参数，只考虑了气缸内因燃烧不完全和传热等方面所引起的热量损失，而没有考虑各运动副间所存在的摩擦损失、泵气损失和辅助机械损失等。

内燃机的指示参数主要包括内燃机的平均指示压力pi、指示功率Ni、指示效率ηi以及指示油耗率gi。

指示压力的影响因素：增压度、过量空气系数、换气质量、油气混合完善程度、燃烧完善程度机械损失功率：摩擦、泵气、压气机或扫气泵、辅助机械损失功率指示效率及指示油耗率影响因素：燃料热能释放好坏、热量损失大小、热能转换有效程度内燃机的有效参数包括平均有效压力pe、有效功率Ne、有效效率ηe及有效油耗率ge。

它们与指示参数的不同之处就是除指示参数考虑的热力损失外，还考虑了机械损失。

内燃机性能：动力性、经济性、排放性、可靠性、运转性。

提高内燃机性能的措施：1、采用增压技术2、合理组织燃烧过程，提高循环指示效率3、改善换气过程，提高气缸的充气系数4、提高发动机的转速5、提高内燃机的机械效率6、采用二冲程提高升功率。

机械效率：在内燃机工作过程中，经曲轴输出的有效功率Ne总小于活塞所获得的指示功率Ni，其差值为机械损失功率Nm，而有效功率比上指示功率即定义为机械效率。

提高机械效率的措施：1、增压2、转速n及活塞平均速度3、负荷4、润滑油温度与冷却水温度5、气缸尺寸及数目6、工艺水平。

内燃机强化及强化程度：为了评价发动机的承载能力、热负荷和机械负荷的应力水平以及工作容积的利用率，并对各种发动机进行对比，把气缸基本尺寸作为标定发动机承载或强化的基准。

正如经济参数和动力参数一样，强化指标也是评价发动机性能的基本特性参数。

内燃机的强化指标包括升功率和活塞功率。

单位气缸工作容积(1L)发动机所具有的标定功率就称为发动机的升功率；单位活塞总面积上发动机所具有的标定功率就称为活塞功率。

分析内燃机强化的可行性与措施按升功率强化内燃机:减轻发动机的质量、减小外形尺寸。

为了提高升功率可以用下列基本方法:(1)采用二冲程循环；(2)增大压缩比，以提高指示效率(3)减小过量空气系数(4)提高发动机的转速n；(5)在化油器式发动机中改用燃油直接喷射；(6)利用进排气系统中的气动效应提高；(7)采用强制进气的增压措施增大充气效率与进气密度乘积值按增压强化发动机来分析:增压是最有效的提高NeL的措施，但增压后需考虑以下儿个因素:（1）增压压力与机械负荷：降低压缩比、减小喷油提前角、选用适当的喷油特性及混合气形成方式等（2）热负荷与降低热负荷的措施：限制气缸中最高气体压力及其增长速度、最高温度及零件间壁中的温度梯度（通过完善结构工艺、合理组织增压内燃机工作过程实现）（3）供油与燃烧过程的组织：降低最高压力（减小压缩比、减小喷油提前角）（4）增压压力的最佳化增压、提高转速和压缩比是强化内燃机的基本措施，试分析其中的限制因素有哪些?(1)压缩比增大，指示效率提高。

但是，随着压缩比提高，机械损失增大，起动变得困难，并且必须提高燃料的辛烷值，所有这些部决定了把强制点火式发动机的压缩比提高到12以上是不适宜的。

为了保证无爆燃的燃烧，在这种类型的增压式发动机中，压缩比不仅不能增大，而且是要减小。

在柴油机中，压缩比的数值是以保证可靠起动及其零件所能承受的机械负荷这两个条件为出发点来选定的。

进一步提高压缩比，正如经验所表明的那样，不仅不能使升功率增大，而且甚至因为机械效率降低反而会使它减小。

(2)提高发动机的转速n有利也有弊。

随着转速提高，充气系数减小.因此，随着发动机高速性的提高，必须相应地选定配气相位，增大进排气系统的流通截面，并改善压气机和燃气涡轮的效率。

提高转速，发动机的摩擦损失及用于换气的功率消耗增大，因而机械效率降低。

提高发动机转速将使活塞的平均速度增大，囚而增加了由惯性力所引起的机城负荷。

结果使摩擦损失、运动件的磨损、曲轴、连杆螺钉及发动机其他零件的应力都增大。

进气涡流、滚流、挤流和湍流在内燃机混合气形成与燃烧中的作用是什么?其在缸内是如何形成的?答:进气涡流、滚流、挤流和湍流，可以提高混合气形成速度，极大地提高燃烧速度。

涡流：内燃机普遍采用了专门设计的进气道，使空气在吸入气缸时，能产生绕气缸轴线旋转的进气涡流。

在四冲程内燃机中，进气涡流的形成主要有三种:导气屏、切向进气道、螺旋进气道。

在直流扫气的二冲程内燃机中，只要把扫气口在平面内布置成一定的倾斜度，就能利用扫气流本身的运动形成涡流。

滚流:内燃机进气过程中形成的一种宏观大尺度涡旋，利用流过进气门上、下缘间隙处的气体速度的不均匀产生的旋转气流运动。

挤流：对于口径比较小的深坑形燃烧室来说，即使没有进气涡流的情况下也会因活塞顶上部环形空气被挤入燃烧室凹坑内而产生空气流动。

这种流动称为挤流。

湍流：湍流只有在高速流动(即大雷诺数)的情况下才能产生。

湍流的基本特征是具有随机性质的涡流(又称微涡流)结构，以及这些微涡旋在流体内部的随机运动，因此，湍流能引起相邻流体层间的动量、温度、浓度等的交换和脉动，这有利于加速燃烧过程的进程。

影响点火提前角的因素有哪些?说明汽油机点火的特点以及对汽油机点火的一般要求。

答:最佳点火提前角与汽油机的转速、负荷、燃烧室结构、燃料品质、点火能量、空燃比混合气的压力和温度、残余废气系数、点火装置特性以及火花塞电极间隙等因素相关，其中转速、负荷是两个主要的影响因素。

汽油机点火的特点:采用强制点燃方式，即靠外部能源在可燃混合气的局部区域首先形成着火条件。

在实际汽油机上，是利用电极间瞬时产生的高压电火花，将气缸中被压缩的混合气点燃。

汽油机点火的一般要求:不论是化油器式汽油机还是电控喷射汽油机，都希望能提高点火能量，延长点火时间，且最好火源离散，以期能迅速形成势头强劲的火焰核心。

汽油机产生爆燃的主要原因有哪些?发生爆然后，汽油机会出现什么现象?答:火花塞点火后，离火花塞较远的末端混合气，在正常火焰锋面到达前，其锋前反应己完成而发生自燃，引起爆炸性燃烧，产生金属敲击声则称之为爆燃。

汽油机产生爆燃的主要原因有:燃料的辛烷值较低、点火提前角不合适、转速太低或负荷太大。

压缩比太大等。

现象：汽油机爆燃时，接近等容燃烧，局部压力和温度骤然上升，造成气缸内各处压力的分布不平衡，从而形成压力脉冲(暴燃波)，在燃烧室内波动，每循环燃烧过程中爆燃波要在燃烧室内波动10~20次，从而引起零件的高频振动，发出金属振声。

当爆燃较为轻微时，引起的自燃混合气量少，不足以产生零件的金属敲击声。

柴油机工作粗暴与汽油机的爆燃有何区别?可采用哪些措施予以克服?答:柴油机的工作粗暴同汽油机的爆燃现象在燃烧本质上是一致的，均为可燃混合气自燃的结果。

但发生的时间和缸内状态互有差异。

柴油机的工作粗暴性发生于急燃期始点，虽然高，但缸内压力分布仍是均匀的;而汽油机的爆燃发生于急燃期的终点，缸内的压力分布不平衡，有压力波冲击现象。

克服柴油机工作粗暴的措施:缩短滞燃期，降低喷油提前角，减少滞燃期内的喷油量和形成的可燃混合气数量。

克服汽油机爆燃的主要措施:1)缩短火焰传播距离、提高火焰传播速度2)降低末端混合气温度、增加末端混合气中残余废气的含量，使末端混合气过浓或过稀3)当压缩比一定时，选用合适牌号的汽油。

柴油机三阶段着火过程：在压缩终了的温度范围内，燃料难以分裂成活化中心，只能开始进行缓慢的氧化，经历冷焰、蓝焰、热焰而着火的过程。

燃料分子先不完全氧化，产生烃基，再进一步氧化成过氧基。

过氧基在高温低浓度区易生成过氧化物，在低温高浓度区易产生甲醛。

当反应物中积累了大量处于激发态的甲醛分子，或过氧化物达到临界浓度而爆炸分解时，就会产生微弱、不灼手也不引起可燃混合气燃烧的冷焰。

氧化过程继续进行，冷焰中产物甲醛大量积累，分解成醛基，发出淡蓝色辉光，即蓝焰，并进一步氧化成CO。

经过较短的着火延迟期后，生产CO2，并放出大量热，产生热焰。

滞燃期对柴油机燃烧过程、运转性能和污染物排放有何影响?影响滞燃期的因素有哪些?答:滞燃期愈长，其间喷入气缸的燃料愈多，形成可燃混合气也愈多，则下一阶段的燃烧愈剧烈，导致缸内压力迅速升高，造成燃烧过程噪声大，发动机工作粗暴，部件承受机械负荷大，且缸内温度高，易产生NOX，但滞燃期太短，不利于混合气的形成，使柴油机性能恶化。

正常运转下，压缩温度和压力是影响滞燃期的主要因素，此外喷油提前角、转速及燃料性质也对滞燃期有较大影响。

发动机起动时，由于转速、气缸中压力以及温度较低，混合气形成的情况对滞燃期有较大影响，因此空气运动，喷嘴结构，燃烧室壁温等因素在起动条件下成了影响滞燃期的因素。

试从混合气形成和燃烧的角度说明，现代高速柴油机的燃烧室一般应满足哪些要求?柴油机直接喷射式燃烧室与分开式燃烧室各有何有缺点?答:现代高速柴油机的燃烧室要求:能产生一定强度涡流，利于混合气形成，同时防止燃烧剧烈导致压力升高比太大而产生柴油机工作粗暴。

满足既要提高燃烧效率，又要防止机械负荷、热负荷过高，既要提高其经济性，又要降低排放的要求。