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1、内燃机学试卷（八）参考答案一、名词解释(IOX3=30)1 .指示功和平均指示压力指示功：内燃机完成一个工作循环工质向活塞传递的有用功。平均指示压力：单位气缸容积一个循环所做的指示功，或，是一个假想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该循环的指示功。2 .进气充量系数内燃机每缸每循环吸入气缸的空气量换算成进气管状态或大气状态的体积与活塞排量之比。3 .汽油的辛烷值调整标准燃料中异辛烷与正庚烷的混合比例，使标准燃料产生的爆震强度与所试汽油燃料的爆震强度相同，则标准燃料中异辛烷所占的体积百分数称为汽油的辛烷值4 .过量空气系数内燃机燃烧实际的空燃比与该燃料化学计量空燃比的比。化
2、学计量空燃比是指理论上燃料完全燃烧生成C02和1120时的空气燃料量之比。或内燃机燃烧时，实际的空气量与该燃料化学计量空气量的比。5 .汽油机的爆震点燃式汽油机缸内在正常火焰传播燃烧之前发生的混合气的自燃现象称为爆震燃烧。汽油机的爆震可分为火花点火后火焰传播过程中，末端混合气在正常火焰前锋到达之前的自燃和火花点火前的混合气早燃性自燃爆震燃烧两种。6 .内燃机的外特性当柴油机的油门固定，或汽油机的节气门开度固定时，内燃机的性能指标随转速而变化的关系称为内燃机的速度特性。当柴油机的油门固定在标定位置，或汽油机的节气门全开时的速度特性，称为内燃机的外特性。7 .压气机喘振和堵塞一定转速下，当压比高而
3、空气流量太小时，压气机进口空气流量的变得不稳定或者出现震荡状态叫喘振。在一定转速下，当流量超过设计工况继续增加到一定数值后，压气机的压比和效率均急速下降，而流量却不会再增加，表明通道的某处已经出现超临界流动状态，这一现象叫堵塞。8 .（汽油机）循环变动点燃式发动机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等参数各不相同的现象。9 .（柴油机）扩散燃烧柴油机喷雾头部预混燃烧后，油束外围与空气接触处进行的燃料与空气边扩散混合边燃烧，扩散速度控制燃烧速度的燃烧过程。10 .三效催化及催化剂汽油机的三效催化转化指的是将排气中的HC、Co和NOX排放同时转化为无害的
4、H2O、CO2和N2的化学催化反应过程。三效催化所用的催化剂主要为钳Pt、钿Pd、镂Rh贵金属催化剂，其中的Pt、把Pd为氧化催化剂，铭Rh还原催化剂。二、简答题(8X5=40)1 .分析说明四冲程内燃机的换气损失及主要影响因素？四冲程内燃机的换气过程由进排气过程组成，换气损失包括排气门早开组成的膨胀损失、活塞强制推出功的损失和进气流动阻力造成的进气损失。膨胀功的损失大小受排气门开启提前角和发动机的转速和负荷等参数的影响,排气门开启提前角减小，膨胀损失减少；系统排气正时，转速和负荷增加，膨胀损失增加。活塞强制推出功的损失大小取决于排气系统的阻力和排气门开启提前角的大小。排气系统的阻力-大，则推
5、出损失功就增大；相同工况下，排气门开启提前角增加，则推出损失功就减少。进气流动阻力造成的进气损失与机器系统阻力大小、进气门的正时有关。增加进气流通面积、采用WT技术可以减少进气流动阻力损失。2 .内燃机理论循环与实际循环的差异。主要表现在：工质的差异传热损失；燃烧损失泵气损失3 .汽油机和柴油机的预混燃烧有什不同？汽油机的预混燃烧是均匀混合气，混合气当量比在1.0附近，以火焰传播的形式完成的。柴油机的预混燃烧是非均匀的，当量比在24之间，是以早燃着火方式进行的。燃烧生成的有害排放物不同。汽油机主要为NOx,而柴油机的油束预混燃烧则为不完全燃烧，合成未燃碳氢、一氧化碳和碳烟等。时间不同，汽油机贯
6、穿整个燃烧过程，而柴油机的仅为一个阶段。4 .画出简图，说明汽油机燃烧阶段划分的依据及各阶段的特点。（图5-13）火焰发展期：火花点火至10%MBF累积放热率。火花点火后形成火焰中心，并由此向外发展，但燃烧的放热量小，对缸内温度压力影响小。快速燃烧期：10Q90%。火焰由发展期打下哦发展到整个燃烧室，放热速度快，温度压力升高明显，对发动机的性能起决定性的作用。后燃期：90%以后。未完全燃烧及间隙和油膜逸出碳氢的继续氧化。燃烧速度慢，为排温、HC和CO排放影响较大。5 .简述汽油机排气中未燃碳氢的主要来源。汽油机缸内未燃碳氢的生成主要由以下4个方面的因素：壁面淬熄活塞与缸套等间隙的狭缝效应油膜吸
7、附与解吸燃烧室积碳的吸附与解吸6 .试分析NOx排放的机理及EGR降低发动机NOx排放的作用。NOx的生成主要依赖燃气温度、氧气浓度和高温时间。EGR降低发动机NOx的排放在于：EGR的稀释作用：混合气的稀释是燃烧温度降低及氧气浓度的降低EGR中C02和H20高比热容气体使燃气温度的进一步降低。7 .说明汽油机低速早燃性爆震现象及危害。为提高汽油机的低速转矩，采用高增加技术，缸内直喷而是压缩比进一步提高，这样在低速高负荷工况下，缸内温度与压力高，容易导致某些物质的早于点火时刻发生自燃。缸内混合气的能量密度，增加了单位体积混合气自着火后的热量释放，再加上混合气的量大，因此生产了更高的压力和更大的
8、压力震荡。低速早燃性爆震是一种强烈的敲缸现象，由于压力高且震荡剧烈，可一次性破坏发动机。8 .说明DOC在柴油机排气后处理系统中的作用。排气后处理系统是现代柴油机的重要组成部分,其中DOC的作用可以分为2个方面：氧化柴油机排气中的HC、CO和PM中的S0F；氧化排气中的N0,使之成为N02o一方面，N02在随后的DPF中起到氧化PM中干碳烟的作用，形成连续再生，另一方面，在SCR中，N02与NO共同和NH3形成快速反应。三、分析题(3X10=30)1.以提高升功率参数为目标，说明发动机动力性强化的方法。1 4HUI(1Y公PL307如如=KIl-Il一加？na0TEW因此内燃机的强化方法主要是
9、：增压中冷，提高进气密度，增加发动机的空气吸入量，从而可以增加循环燃料的供给量，进而提高发动机的功率；合理组织燃烧，提高发动机循环的知识热效率，对于柴油机，合理组织燃烧还能够降低发动机燃烧的空燃比，有利于提高发动机的功率水平。降低进排气系统的流动阻力，提高充量系数。采用第摩擦技术，提高发动机的机械效率。提高发动机的转速采用二冲程2 .试说明内燃机低温燃烧有哪几种方式，如何实现及存在的问题？内燃机的低温燃烧方式主要有HeCI、PCCI和RCeI3种。HCCI：主要是应用与易于气化和混合气制备的高辛烷值燃料，燃用系混合气，燃烧温度低，NOX和PM排放极低，但小负荷是易不完全内容少，而高负荷是易产生
10、爆震。燃烧由化学反应动力学控制，燃烧时刻和燃烧反应过程不受控。需要EGR辅助均匀混合气的制备，发动机控制只能在较窄的负荷和转速范围内工作，发动机控制困难。PCCI：主要应用于柴油机内，通过多次喷射等手段，实现油气的不均匀混合，直喷燃料形成稀混合气燃烧，提高了缸内温度和压力水平，缩短了后喷或主喷燃料的滞燃期，提高燃烧速度，合理匹配可以降低发动机的NOx和PM排放。PCCI有可分为中低负荷的早燃PCCl和高负荷的后燃PCCI,单独或联合使用，提高发动机的动力性，并可以降低排放。RCCI：燃料的反应性控制的压燃燃烧。需要高辛烷值燃料和高十六烷值燃料，或汽油和柴油单独喷射，高辛烷值燃料相差均匀混合气，
11、高十六烷值燃料用以控制着火时刻和扩散燃烧的量。可以降低发动机的排放，动力经济性好。3 .说明油束着火燃烧过程特点，并分析柴油机M)X和PM的机内控制措施。低温燃油喷入高温空气环境后，随着油束射程的增加，越来越多的热空气被卷吸进入，燃油被加热蒸发，形成一个蒸汽/空气混合物的外鞘，其当量比在24之间。随着加热的继续，这些混合气开始发生自燃，温度进一步提高，燃烧速度加剧,在整个油束的外围产生强发光反应。这些区域开始与油束外围的空气发生扩散燃烧反应，即油束内部发生的是预混燃烧，而外围发生的是扩散燃烧，预混燃烧由于高温缺氧，产生大量的未燃物及碳烟等，而再扩散燃烧区域由于燃烧的高温产生大量的NOxo因此要
12、在柴油机缸内控制发动机的NOX和PM排放，不需要减少预混燃烧量,如缩短滞燃期等，而要减少NoX排放，需要控制扩散燃烧温度，可以采用EGR的方式，通过稀释混合气、降低氧浓度和反应温度。内燃机学试卷(B)参考答案、名词解释(10X3=30)1. 平均有效压力一个假想的、平均不变的压力作用在活塞顶上，使活塞移动一个行程所做的功等于每循环所做的有效功。2. 升功率在额定工况下，发动机每升气缸工作容积所发出的有效功率3. 泵气损失4冲程内燃机在强制排气和吸气行程中，气体在流经进排气管、进排气道以及进排气门时，由于各种流动阻力，形成有效功的损失。4. 进气涡流和涡流比在进气过程中形成的绕气缸轴线有组织的进
13、气流动。实测的模拟气缸中的叶片转速和由进气流量换算成的与平均轴向流速相同活塞平均速度的发动机转速之比。5. 柴油机的滞燃期从针阀升起喷油开始到通过缸压计算到显性放热为止的这一段时间或曲轴转角称为滞燃期6. 汽油的Reid蒸汽压汽油在37.8温度等条件下测得的气液两相达到平衡时的蒸汽压力。7. 壁面淬熄发动机的燃烧室表面温度比火焰低得多，当火焰传播到壁面时，火焰被迅速冷却，燃烧链反应中断，结果使火焰不能一直传播到燃烧室壁表面，这种现象称为壁面淬熄。8. 压气机的特性在转速一定的条件下获得的压气机压比年和效率乎随压气机流量为心(Cc)的变化关系，称为压气机的特性9. 生物柴油动植物油脂经酯交换反应
14、制取的脂肪酸单脂称为生物柴油。10. 内燃机的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。二、简答题(8X5=40)1.汽油机循环变动及其成因点燃式发动机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等参数各不相同的现象。汽油机的循环变动的原因在于：D气缸内气体运动状况的循环变动。在进气过程中形成的不同尺度的湍流是不规则的，特别是在湍流火焰传播过程，火焰前锋面的不稳定性进一步促进了缸内气体湍流运动强度的变化，使火焰向整个燃烧室发展的进程以及燃烧速率等随之发生较大变动。2)气缸内混合气成分和量的循环变动。由于发动机高速运行，空气
15、、燃料、EGR和残余废气不可能在每一缸的每一循环都相同，由此造成燃烧过程的循环变动。3)火核形成及燃烧过程的循环变动。气缸内必然存在混合气成分的不均匀，使点火时刻火花塞电极间隙附近混合气成分不同，影响到早期火焰中心的形成和后期的火焰发展传播，造成循环变动。2 .画出简图说明柴油机燃烧阶段划分的依据及各阶段的特点。图5-25滞燃期：预混燃烧期：扩散燃烧期3 .说明发动机HCCI燃烧的特点。HCCI燃烧的基本特征是均质混合气的压燃着火和低温燃烧，HCCI放热过程一般分为低温和高温两个燃烧放热阶段，中间存在负温度系数反应区间，高温燃烧迅速，燃烧,没有明显的火焰传播。HCCl燃烧过程中混合气分布均匀，
16、也没有点火式燃烧的局部高温反应区，使得HCCl发动机的NOX和颗粒物排放很低，并且具有较高的热效率。受到失火（混合气过稀）和爆燃（混合气过浓）的限制，HCCI发动机的运行范围较窄，且HCCI没有直接控制燃烧始点的措施，导致其混合气自燃受混合物特性、温度时间历程等因素的影响，燃烧过程难于控制。4 .发动机NOx排放机理。汽油和轻柴油本身含氮很少，不足以产生显著的燃料NOx排放.由于NO的生成反应比燃料燃烧反应慢，所以虽然火焰前锋的温度很高，但也只有很小一部分产生于此，大部分是在焰后高温区生成，属热氮机理。，Oo20-NyK）ONoN、02NN00在常浓的混合气中还有反应（Ir发的反应）NOHON
17、OH如果已燃区温度高、有氧和高温区存在时间长，发动机就能够产生大量的NO排放。5 .分析说明柴油机预混燃烧着火的条件。1)形成的燃料蒸气与空气的比例要在着火界限内。2)可燃混合气温度必须达到某一临界温度。6 .柴油机工况控制策略一般分为哪几种？并简要说明。依据不同工况对喷油的控制要求，可分为：起动工况油量控制；怠速工况油量控制；全负荷工况油量控制；部分负荷工况油量控制；限速工况油量控制。7 .简要说明柴油机颗粒物生成过程及特点。燃料热解，焕煌聚合成芳煌(PAHs)PAHs的生长导致碳烟核心的生成(成核)表面生长凝结生长阶段8 .试分析发动机采用VGT的优势。(1)快速响应发动机对增压压力的要求
18、，保证进气流量，提高发动机的动力性。(2)改变排气背压，控制EGR的量。(3)可以作为发动机辅助制动的手段。(4)排气温度的管理，满足DPF等的再生需求。三、分析题（3X10=30）1.试分析增压对柴油机性能的影响。内燃机增压技术的优势表现在：0）增压器的质量与尺寸相对发动机而言都很小，增压可以使发动机在总质量和体积基本不变的条件下，输出功率得到大幅度的提高，升功率、比质量功率和比体积功率都有较大增加，因而可以降低单位功率的造价，提高材料的利用率，对于大型柴油机而言，经济效益更加突出。0 与自然吸气内燃机相比，排气可以在涡轮中得到进一步膨胀，因而排气噪声有所降低。0 内燃机增压后有利于高原稀薄
19、空气条件下恢复功率，使之达到或接近平原性能。0 柴油机增压后，缸内温度和压力水平提高，可以使滞燃期缩短，有利于降低压力升高率和燃烧噪声。6增压柴油机一般采用较大的过量空气系数，HC、CO和碳烟排放降低。6技术适用性广，适用于从低速到高速的二冲程和四冲程的各种缸径的发动机。当然，上述优势的取得是需要花费一定代价的，这就是：（1） 内燃机缸内工作温度和压力水平明显提高，机械负荷及热负荷加大，整机可靠性和耐久性受到考验。（2） 低速或低负荷时由于排气能量不足，匹配不当可能会使发动机的低速转矩受到一定影响，对工程机械和车用造成不利影响。（3） 由于在涡轮增压器中，从排气能量的传递到进气压力的建立需要一定的时间，存在加速响应滞后等问题。2 .简要说明柴油机SCR的系统构成及各部件的作用。DOC：AdBlue：SCR：ASC：传感器：3 .GDI汽油机的颗粒物排放的生成机理及控制技术。汽油机缸内直喷后，存在混合时间缩短和燃油碰壁等现象，使燃油与空气混合不均，在高温缺氧条件下就产生颗粒物排放。发动机起动过程：23次喷射，改善混合气的均匀性。提高喷油压力。喷射压力高，燃油喷射时间就短而雾化更好，有利于均匀混合气的制备。燃烧系统参数优化匹配。燃烧室内气流运动，燃烧室形状与燃油喷雾射流匹斯，避免局部混合气过浓、喷雾撞壁等。GPF:采用颗粒过滤器。
