内燃机 复习小四版

第二章内燃机的性能指标
一．指示性指标：内燃机的指示性指标是以工质对活塞做功为基础的性能指标。

1.指示功是指内燃机完成一个工作循环工质向活塞传递的有用功W i。

2.平均指示压力是指单位气缸容积一个循环所做的指示功。

P mi。

3.指示功率：内燃机单位时间内所作的指示功称为指示功率Pi。

4.指示热效率是发动机实际循环指示功与所消耗的燃料热量的比值。

5.指示燃油消耗率是指单位指示功的耗油量。

单位[g/(kW·h)]
二．有效性指标：以曲轴对外做功为基础的性能指标为内燃机的有效性能指标。

（功率、转矩、平均有效压力、升功率、有效热效率和有效燃油消耗率）
1.平均有效压力：与平均指示压力相似，平均有效压力（Pme）也可以看作是一个假象的、平均不变的压力作用在活塞顶上，使活塞移动一个行程所做的功等于每循环所做的有效功。

2.升功率：升功率P L（kW/L）是指在额定工况下，发动机每升气缸工作容积所发出的有效功率。

P L值越大，发动机的强化程度越高，发动机的动力性能就越好，或对应于一定功率的发动机的尺寸就可以越小。

三．机械效率与机械损失
1.有效功率与指示功率之比称为机械效率。

内燃机中机械损失表现在以下3 个方面：①将新鲜充量吸入气缸和将燃气排出缸外所消耗的机械功（泵气损失功)；②克服各种摩擦所消耗的机械功；③驱动内燃机正常运转所必需的附件功耗。

2.内燃机中各部分的机械损失情况：（1）缸套与活塞及环组的摩擦损失；轴承与气门机构的摩擦损失；风阻损失；驱动附件的功率消耗；驱动扫气泵及增压器的损失；泵气损失。

3.提高内燃机动力性与经济性的途径：（1）采用增压技术；（2）合理组织燃烧过程；（3）改善换气过程；（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。

4.若把内燃机每缸每循环吸人气缸的空气量换算成进气管状态(PsTs)的体积V1，其值一般要比活塞排量VS小，两者的比值定义为充量系数，用符号Φc表示。

5.燃烧1kg燃料的实际空气量与理论空气量之比叫作过量空气系数，用符号Φa表示。

第三章内燃机的工作循环
1.与理论循环相比，内燃机的实际循环在压缩、燃烧、膨胀和进排气过程存在着许多不可逆损失，因而不可能达到理论循环的热效率和循环平均压力。

分析这些损失，有助于掌握两者之间的差异及成因，为提高内燃机工作过程中的热效率指明方向。

2.换气过程：排气过程+进气过程；泵气行程：排气行程+进气行程
3.换气损失包含排气损失和进气损失
4.提高内燃机理论循环效率的方法：
1)提高压缩比和压力升高比:两者能够提高循环的高低温热源间的温差，但受到发动机结构强度和燃烧与排放等方面的限制。

2)增加膨胀比:减少排气向低温热源的放热，即排气带走的热量损失，如采用阿特金森循环，但也受到运动机构和运行工况的限制。

3)增加等熵指数k:因为k值的增加，可以增加压缩或胀行程的高低温热源之间的温度的比值，使循环的效率增加。

如EGR可以提高混合气的k值，所以能够提高循环的热效率，但需要和燃烧过程平衡。

提高内燃机实际循环效率的方法在于：
1）提高燃烧速度。

合理组织燃烧，使之尽可能在上止点附近完成，提高循环的等容度。

2）减少传热损失。

通过发动机的热管理，优化冷却，提高冷却温度，从而减少向冷却系统的传热等，提高循环的热效率。

3）减少换气损失。

实际气体的黏性使流动过程的损失不可避免，但通过合理设计可以一定程度地减小，尤其是对进气节流的点燃式内燃机减少泵气损失尤为重要。

5.提高发动机齐量系数和降低进气阻力的常见措施主要有:
1)采用四气门结构和较大的进气门直径，增加进气的流通面积。

2)合理的配气正时。

无论有无VVT系统（可变配气系统），配气正时的优化都是必要的。

3)合理的进气管系统。

通过进气管长度的改变或谐振器，利用气流惯性在进气管中的进气谐振现象，提高发动机的充量系数，改善动力经济性。

内燃机的实际循环与理论循环相比存在哪些损失？
（1）由于工质不同，实际循环热效率较理论循环有所下降。

（2）存在气体流动阻力损失。

（3）存在传热损失。

（4）存在燃烧不及时、后燃及不完全燃烧损失。

（5）存在漏气损失。

3-4试分析四冲程内燃机进排气门提前开启和迟后关闭的原因及影响因素。

答：原因：①排气门提前开启原因：由于配气机构及其运动规律的限制，排气门不可能瞬时完全打开，在排气门开启的最初一段时间内，气门升程小，排气通流截面积小，废气排出流量小，如果排气门刚好在膨胀行程的下止点开启，则由于排气不畅造成气缸压力下降迟缓，活塞在向上止点运动强制排气时，将增加排气冲程所消耗的活塞推出功，所以要提前开启。

②排气门推迟关闭原因：避免因排气流动面积过早减小而造成排气阻力增加，使活塞强制排气所耗推出功与缸内的残余废气量增加，还可以利用排气管内气体流动惯性从气缸内吸一部分废气，实现过后排气。

③进气门提前开启：增加进入气缸的新鲜充量。

④进气门推迟关闭：利用在进气过程中形成的气流惯性，实现向气缸的过后充气，增加缸内充量。

影响因素：转速、负荷、是否增压等。

3-6试分析提高内燃机工作循环效率的方法。

答：1)提高压缩比和压力升高比:两者能够提高循环的高低温热源间的温差，但受到发动机结构强度和燃烧与排放等方面的限制。

2)增加膨胀比:减少排气向低温热源的放热，即排气带走的热量损失，如采用阿特金森循环，但也受到运动机构和运行工况的限制。

3)增加等熵指数k:因为k值的增加，可以增加压缩或胀行程的高低温热源之间的温度的比值，使循环的效率增加。

如EGR可以提高混合气的k值，所以能够提高循环的热效率，但需要和燃烧过程平衡。

第五章内燃机混合气的形成和燃烧
1.柴油机：均质混合气；汽油机：预混+扩散。

2.内燃机缸内气体流动
1）进气涡流：进气涡流是指在进气过程中形成的绕气缸轴线有组织的气流运动。

2）挤流：在压缩行程后期，活塞表面的某一部分和汽缸盖底面彼此靠近时所产生的径向或横向气流运动称为挤流。

3）滚流和斜轴涡流：在进气过程中形成的垂直于气缸轴线的有组织的进气旋流，称为滚流（横轴涡流）。

滚流和涡流的结合可形成斜轴涡流。

4）湍流：湍流是一种很不规则的流动状态。

（压缩行程后期，燃烧初期）
3.汽油机缸内燃烧过程各阶段的特点（大题）
汽油机的燃烧过程分为火焰发展期、快速燃烧期、后燃期。

1）火焰发展期：将燃烧完90％燃料所对应的曲轴转角叫做火焰发展期。

火花塞在上止
点0角跳火以后，不会立即行成火焰，而是经过一段时间形成火焰中心，随后火焰由火焰中心向外传播。

火焰发展期的长短与燃料的物理化学性质、混合气空燃比、气缸内气体的成分、压力、温度和流动状态以及点火能量有关。

可以通过调整点火提前角调整火焰发展期长短。

2）快速燃烧期：指的是10％到90％混合气燃烧所对应的曲轴转角。

从火焰传播角度看，快速燃烧期是火焰烧遍整个燃烧室的阶段，持续时间短。

这一阶段的燃烧是在气缸工作容积较小、且接近活塞上止点进行的，压力升高率大，为了避免发动机工作粗暴，应将压力升高率控制在一定范围内。

3）后燃期：快速燃烧期终点到燃料基本上完全燃烧这一阶段。

这一阶段主要是湍流火焰前锋面后没有完全燃烧掉的混合气、燃烧室和气缸壁面附近淬熄层附近混合气的扩散与燃烧，燃烧放热速率骤然下降，此时活塞向下止点移动速度提高，工质膨胀使得气缸压力迅速降低。

4.燃烧过程的影响因素（大题P90）
1）点火提前角对燃烧过程的影响2）混合气浓度对燃烧过程的影响3）转速不同时的燃烧过程4）负荷对燃烧过程的影响
5.循环变动：采集点燃式发动机的缸内压力可以发现，即使是在稳定工况下运行，连续的不同循环之间及多缸机不同气缸之间的缸内压力时间历程各不相同，这一现象称为点燃式发动机的循环变动。

6.爆燃：由于气体的压力和温度过高，可燃混合气在没有点燃的情况下自行燃烧，且火焰以高于正常燃烧数倍的速度向外传播，造成尖锐的敲缸声。

（终然混合气的自燃）
7.爆燃燃烧对发动机的危害：1）发动机功率下降，运转不稳；2）发动机温度升高，冷却损失增加；3）发动机内部零件的损毁；4）发动机内部积碳和排放的增加。

第六章内燃机污染物的生成与控制
1.汽油机的主要排放物是什么？
一氧化碳（CO）、碳氢化合物(HC)、氮氧化合物（NOx）
2.柴油机的主要排放物是什么？
氮氧化合物（NOx）、颗粒物(PM)
6-7如何缓解柴油机颗粒物与NOx排放之间的矛盾关系？
答：柴油机采取一些技术措施，可以同时降低NOx与PM，如采用增压中冷、高压喷射、电子控制、排气后处理等措施。

一般地，控制NOx和PM排放的技术措施采取折中的方法。

在柴油机微粒排放控制中，应遵循先机内净化，后机外净化的原则，集多种控制技术共同作用。

对于越来越严格的排放法规，柴油机微粒排放后处理技术显得尤为重要。

现阶段，柴油机排放主要的控制技术可以分为机内处理技术和机外处理技术。

为了解决PM和NOx之间的矛盾关系，内燃机可以采用以下几种方法：1. 推广低排放燃料：采用低硫、低芳烃、低挥发性有机物等低排放燃料，可以减少PM的产生，同时也能降低NOx的生成。

2. 采用先进的燃烧技术：采用高压缩比、高喷油压力、多点喷油等先进的燃烧技术，可以燃料更加充分燃烧，减少PM的产生，同时也能降低NOx的生成。

3. 采用排放控制技术：采用颗粒捕集器、氧化催化剂、选择性催化还原等排放控制技术，可以有效地降低PM和NOx的排放。

第八章内燃机的节能减排
1.在小负荷时，可以采用非冷却EGR，而在中高负荷采用冷EGR，避免高压缩比可能引起的爆燃和早燃爆燃等有害燃烧现象。

（汽油机）
2.高效后处理系统：SCR选择性催化还原（处理NOx）；DPF柴油机微粒捕集器（处理PM）
3.非对称压缩-膨胀循环：阿特金森循环；米勒循环（MC）
4.内燃机的新型燃烧方式：1）均质充量压缩着火燃烧（HCCI）；
2）预混充量压缩燃烧（PCCI）；3）反应可控压缩着火（RCCI）。

8-4试分析增压度、压缩比和初期压力升高比对柴油机热效率的影响。

1、增压度对柴油机热效率的影响很大，二级增压提高了柴油机有效热效率，减小柴油机的燃油消耗率，减少了碳烟排放，进一步提高柴油机动力性能。

2、当压缩比增加时，柴油机、汽油机的循环热效率都增加。

但当已较大时，若再增加，的增加将很小，但此时最大爆发压力和压力升高率均较大，发动机工作粗暴，零部件将受到更大的机械负荷。

3、过大的压力升高比会使柴油机工作粗暴，噪声明显增加，运动零部件受到过大冲击载荷，寿命缩短；会导致温度明显升高，使氮氧化物生成量明显增加。

8-6结合新型燃烧方式，分析有哪些提高柴油机低速低负荷区域效率的燃烧控制方法？
传统柴油机在低速低负荷区域的效率较低，主要是由于燃烧不充分和热损失等问题导致的。

以下是几种常见的燃烧控制方法：
1. 预混合燃烧：预混合燃烧是指在进气道中将空气和燃料预先混合，形成均匀的混合气体，然后再注入燃烧室中进行燃烧。

使燃料充分燃烧，减少燃料的过量空气系数，从而提高燃烧效率。

2. 高压共轨喷油：高压共轨喷油系统可以实现高精度的喷油控制，使燃料喷射更加均匀细腻，从而提高燃烧效率。

3. EGR技术：EGR技术是指将一部分废气重新引入进气道中，降低进气氧浓度，从而减少NOx的生成。

此外，EGR技术还可以降低燃烧室温度，减少热损失，提高燃烧效率。

4. 双喷油技术：双喷油技术是指在一个燃烧周期内进行两次喷油，第一次喷油在进气冲程结束时进行，形成预混合气体，第二次喷油在压缩冲程末期进行，成主燃烧。

这种燃烧方式可以使燃料充分燃烧，提高燃烧效率。

第九章内燃机的使用特性与匹配
1.典型工况分为三类：（1）点工况；（2）线工况；（3）面工况。

2.（1）负荷特性：内燃机的负荷特性是指当内燃机的转速不变时，性能指标随负荷而变化的关系。

（2）速度特性：内燃机的速度特性，是指内燃机在供油量调节机构(对柴油机为油量调节杆，下面简称油门，对汽油机为节气门）保持不变的情况下，性能指标随转速而变化的关系。

（3）万有特性：负荷特性和速度特性只能用来表示在某一转速或某一节气门（或油门）位置时，内燃机各参数随负荷或转速的变化规律。

（4）外特性
内燃机有效性能指标：转矩和功率
平均有效压力：可以看作是一个假想的、平均不变的压力作用在活塞顶上，使活塞移动一个行程多做的功等于每个循环所做的有效功。

升功率：指在额定工况下，发动机每升气缸工作容积所发出的有效功率。

是评定一台发动机整机动力性能和强化程度的重要指标。

汽油机的不正常燃烧分为爆燃和表面点火
汽油机的燃烧过程：滞燃期、急燃期、后燃期
柴油机的燃烧过程：着火延迟期、速燃期、缓燃期、后燃期
汽油机中湍流能扩大火焰前锋表面积，从而提高火焰传播速率和燃烧速率；柴油机中湍流可以改善燃油与空气的混合，增强未燃碳氢、一氧化碳、和碳烟颗粒的后氧化。

四冲程内燃机换气过程分排气、气门叠开、进气三个阶段。

换气损失中的排气损失包括：膨胀损失，指从排气门提前开启到下止点这一时期，由于提前排气造成了缸内压力下降，使膨胀功减少；推出损失，指活塞由下止点向上止点的强制排气行程所消耗的功。

内燃机的新型燃烧方式有：均质充量压缩着火燃烧（HCCI）、预混充量压缩燃烧（PCCI）、反应可控压缩着火（RCCI）
机械增压的增压方式：离心式机械增压、螺旋式机械增压、鲁兹式机械增压
废气涡轮增压的增压方式：
爆燃是如何随负荷转速变化的？
空燃比：是指进入气缸的混合气中空气质量与燃油质量之比。

压缩比：是指压缩前的气缸总容积与压缩后的气缸容积（即燃烧室容积）之比。

点火提前角：从点火时刻起到活塞到达压缩上止点，这段时间内曲轴转过的角度称为点火提前角。

最佳点火提前角：能使发动机获得最佳动力性、经济性和最佳排放时的点火提前角称为最佳点火提前角。

平均有效压力：指单位气缸工作容积发出的有效功称为平均有效压力，记作MEP，单位为MPa。

爆燃：是由于气体的压力和温度过高，可燃混合气在没有点燃的情况下自行燃烧，且火焰以高于正常燃烧数倍的速度向外传播，造成尖锐的敲缸声。

表面点火：在点燃式发动机中，凡是不依靠电火花点火，而是由于炽热表面(如过热的火花塞绝缘体和电极、排气门、更多的是燃烧室表面炽热的沉积物)点燃混合气而引起的不正常燃烧现象。

充量系数：每缸每循环实际吸入气缸的新鲜空气质量与进气状态下理论计算充满气缸工作容积的空气质量比值。

过量空气系数：指通过的可燃混合气成分指标，常用符号α表示。

平均有效压力和升功率在评定发动机性能方面有何区别？
平均有效压力是发动机单位气缸工作容积输出的有效功，用于评定发动机的动力性能。

升功率是发动机每升工作容积发出的有效功率，用来衡量发动机容积的利用程度，属于发动机的强化指标。

爆燃的机理是什么？如何避免发动机出现爆燃？
爆燃着火方式类似于柴油机，同时在较大面积上多点着火，所以放热速率极快，局部区域的温度压力急剧增加，这种类似阶越的压力变化，形成燃烧室内往复传播的激波，猛烈撞击燃烧室壁面，使壁面产生振动，发出高频振音（即敲缸声）。

避免方法：适当提高燃料的辛烷值；适当降低压缩比，控制末端混合气的压力和温度；调整燃烧室形状，缩短火焰前锋传播到末端混合气的时间，如提高火焰传播速度、缩短火焰传播距离。

进排气门为什么要早开晚关？
进气门在进气行程上止点之前开启谓之早开，进气门在进气行程下止点之后关闭谓之晚关。

进气门早开的目的是为了在进气开始时进气门能有较大的开度或较大的进气通过断面，以减小进气阻力，使进气顺畅。

进气门晚关是为了充分利用气流的惯性，在近期迟后角内继续进气，以增加进气量。

进气阻力减小不仅可以增加进气量，还可以减少进气过程消耗的功率。

排气门在作功结束之前，即在做功行程下止点之前开启，谓之排气门早开。

排气门在排气行程结束之后，即在排气行程上止点之后关闭，谓之排气门晚关。

排气门早开的目的是为了在排气门开启时气缸内有较高的压力，使废气能以很高的速度自由排出，并在极短的时间内排出大量废气。

排气门晚关则是为了利用废弃流动的惯性，在排气迟后角内继续排气，以减小其缸内的残余废气。

柴油发动机燃烧时产生的颗粒物（PM）和氮氧化合物（NOx）存在正比关系。