内燃机学知识点

内燃机学知识点

Prepared on 22 November 2020

1． 发动机的机械损失 （1） 活塞和活塞环的摩擦损失 （2） 轴承和气门机构的摩擦损失 （3） 驱动附属机构的功率消耗 （4） 风阻损失

（5） 驱动扫气泵和增压泵的损失 2． 机械损失的测定方法

（1）示功图法（2）倒拖法（3）灭缸法（4）油耗线法 3． 排放指标

（1）排放物的浓度mg/m（2）质量排放量g/km（3）比排放量g/（4）排放率g/kg 4． 提高动力性和经济性的途径 （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，提高气缸的充量系数 （4）提高发动机转速 （5）提高机械效率

（6）采用二冲程提高升功率 5． 提高理论循环热效率所受的限制

结构强度的限制、机械效率的限制、燃烧的限制、排放的限制

3

6． 十六烷值

定义正十六烷的十六烷值为100，α-甲基萘的十六烷值为0，当柴油的自然性同正十六烷和α-甲基萘混合燃料的自燃性相同时，正十六烷的体积百分比即为十六烷值。芳烃含量越高，十六烷值越低，排放性能越差。十六烷值一般在40-55。 7． 辛烷值

异辛烷的辛烷值定为100，正庚烷为0，所含异辛烷的体积百分比。（马达法辛烷值MON、研究法辛烷值RON） 8． 内燃机实际循环

工质的影响（燃烧过程中，工质的成分和质量不断发生变化）、传热损失（理论循环中，工质和燃烧室壁面是绝热的，没有热交换）、换气损失（膨胀损失、活塞推出功损失、吸气损失）、燃烧损失（燃烧速度的有限性、不完全燃烧损失） 9． 换气过程

四冲程：从排气门开启到进气门关闭的整个过程。（排气、气门叠开、进气）

二冲程：从排气口打开到关闭的整个过程。 10． 排气提前角：

排气门在膨胀行程下止点前的某一曲轴转角位置提前开启，这一角度就叫排气提前角。一般在30-80°CA。

排气迟闭角：排气门在上止点之后关闭的角度。一般在10-70°CA。

排气过程分为：自由排气（排气门打开到排气下止点）和强制排气（下止点到上止点）、超临界排气和亚临界排气。

11． 进气提前角：进气门在吸气上止点前提前开启的角度，10-40°CA。

进气迟闭角：进气门在吸气下止点后滞后某一曲轴转角后关闭，20-60°CA。

提前与迟闭的目的：为了增加进排气过程的时面值或角面值，利用气体流动的惯性，增加进气充量或废气排出量。 12． 气门叠开

在进排气上止点前后，由于进气门的提取开启和排气门的延迟关闭，使内燃机从进气门开启到排气门关闭这段曲轴转角内出现进排气门同时开启的状态，这一现象称为气门叠开。

气门叠开角：排气迟闭角+进气提前角。增压柴油机：80-140°CA。

13． 换气损失：理论循环和实际循环的换气功之差。

换气损失包括：排气损失、进气损失

排气损失——从排气门提前开启到下止点，由于提前排气造成缸内压力下降，使膨胀功减小（膨胀损失）、活塞由下止点向上止点的强制排气行程消耗的功（推出损失）。措施：合理确定排气提前角，增加排气门数目，增加流通截面积。

泵气功和泵气损失——泵气功是指缸内气体对活塞在强制排气行程和吸气行程所做的功；泵气损失是指与理论循环相比，发动机活塞在泵气过程所造成的功的损失。

14． 提高充量系数的技术措施

充量系数是指内燃机每循环吸入气缸的新鲜充量与以进气管内状态充满气缸工作容积的理论充量之比。 （1）

降低进气系统的流动阻力（加大进气门直径、增加

进气门数目、合理设计进气道和气门结构） （2） （3） （4） （5）

采用可变配气系统（可变凸轮、可变气门正时） 合理利用进气谐振 降低排气系统的流动阻力 减少对进气充量的加热

15． 内燃机增压方式

机械增压、排气涡轮增压、气波增压、复合增压

16． 二冲程的换气过程：自由排气、扫气、过后排气或过后充气阶段。

换气特点：换气时间短、进排气过程同时进行、扫气消耗功大、HC排放高。

扫气方案：横流扫气、回流扫气、直流扫气 17． 换气过程质量评价参数

扫气系数：换气过程结束后，留在气缸内的新鲜充量的质量m1与缸内气体总质量m0的比值。Φs=m/m扫气系数越大，扫气

1

0

效果越好，一般在之间。

过量扫气系数：每循环流过扫气口的充量质量与扫气状态下气缸工作容积的充量之比。Φk=m/m较小好，一般在之间。

k

s

18． 内燃机缸内的气体流动：涡流、挤流、滚流和斜轴涡流、湍流、热力混合。 19． 进气涡流

定义：在进气过程中形成的绕气缸轴线有组织的气流运动。

产生方法：采用带导气屏的进气门；切向气道、螺旋气道 20． 点燃式发动机

点火过程：击穿阶段、电弧阶段、辉光放电阶段。 燃烧阶段：

（1） 着火阶段（是指电火花跳火到形成火焰中心阶

段），着火阶段又称滞燃期。

（2） 急燃期（是指火焰由火焰中心传播至整个燃烧室的

阶段），又称火焰传播阶段。

一般用压力升高率代表发动机工作粗暴程度、振动和噪声水平。

（3） 后燃期（从急燃期终点至燃料基本上完全燃烧点为

止）

21． 滞燃期τ长短的影响因素

i

（1） 燃料本身分子结构和物化性能

（2） 开始点火时气缸内压力和温度，压缩比高，滞燃期

短

（3） 过量空气系数，时滞燃期最短 （4） 残余废气量增加，滞燃期增加 （5） 气缸内混合气运动强，滞燃期稍有增加 （6） 火花能量大，滞燃期缩短 22． 示功图中的燃烧特征参数

缸内最高燃烧压力pmax及对应的曲轴转角Φpmax；最高燃烧温

度Tmax及其对应的曲轴转角；最大压力升高率；最高放热峰值等。

23． 不正常燃烧——爆燃

定义：在某种条件下（压缩比过高），汽油机燃烧会变的不正常，压力曲线出现高频大幅波动，火焰传播速度和火焰前锋形状发生急剧的变化，称为爆燃。

（1）汽油机（敲缸）

爆燃发生的原因：终燃混合气的快速自燃。终燃混合气在正常火焰未到达前，已经出现火焰中心，并传播直至将终燃混合气燃烧完毕。

轻微爆燃时，发动机功率略有增加；强烈爆燃时，发动机功率下降，工作变得不稳定，转速下降，发动机有较大振动。爆燃时，冷却系统过热（冷却水和润滑油温度上升），气缸体和气缸盖温度上升。 24． 强烈爆燃的不利影响

（1）输出功率、热效率低；（2）发动机过热；（3）零件应力增加；（4）促进积碳的形成，破坏活塞环、气门和火花塞的正常工作；（5）加速机件磨损

在汽油中添加辛烷值高的含氧化合物增加其抗爆性。 25． 防止爆燃的方法

使用抗爆性高的燃料；降低终燃混合气温度；提高火焰传播速度或缩短火焰传播距离；缩短终燃混合气暴露在高温中的

时间。

具体有： （1）推迟点火；

（2）恰当布置火花塞及合理设计燃烧室形状，使火焰传播距离最小；

（3）终燃混合气的冷却，如减小终燃混合气部分的余隙高度；

（4）增加流动，使火焰传播速度增加，改善终燃混合气的散热；

（5）燃烧室扫气

26． 柴油机燃料供给与调节系统的要求

（1） 足够的喷射压力，保证燃料良好的雾化、混合气形

成于燃烧。

（2） 每一工况精确、及时地控制每循环喷油量，多缸柴

油机，各缸喷油量要均匀。

（3） 整个工况范围内，尽可能保持最佳喷油时刻、喷油

持续期与理想的喷油规律。 （4） 保证柴油机安全可靠地工作。 27． 柴油机燃料供给与调节系统按结构分类

（1）泵-管-嘴系统；（2）泵-喷嘴系统；（3）共轨式系统 28． 几何供油规律

几何供油规律是指从几何关系上求出的单位凸轮转角（或

单位时间）内喷油泵供入高压油路中的燃油量。即供油率dVp/dΦc随凸轮转角Φc的变化关系。

是完全由柱塞直径和凸轮型线的运动特性决定的。 29． 喷油规律

喷油规律是指在喷油过程中，单位凸轮转角（或单位时间）内从喷油器喷入气缸的燃油量。即供油率dVb/dΦc随凸轮转角Φc的变化关系。

确定方法：试验法、试验计算法或计算法。 30． 喷油和供油提前角 31． 压缩天然气：CNG 液化石油气：LPG 废气再循环：EGR

均质可燃混合气压缩自燃方式：HCCI 32． 空燃比 33． 内燃机污染物

CO：是碳氢燃料在燃烧过程中生成的主要中间产物。主要影响因素：可燃混合气的过量空气系数。点燃机怠速运转时，CO排放量大，全负荷时混合气较浓，CO排放剧增。压燃机的CO排放比点燃机低很多，<时，CO排放增加很快。

HC：点燃式——排气、曲轴箱、蒸发排放物三种来源。产生原理：壁面淬熄、狭隙效应、润滑油膜的吸附和解析、燃烧室中沉积物的影响。

柴油机HC完成由燃烧过程产生，没有曲轴箱、蒸发排放物。产生原理：燃油喷注与周围空气形成的混合气很不均匀，喷注外围，来不及着火就可能形成过稀混合气，燃料不完全燃烧形成HC排放。怠速和小负荷时HC排放大于大负荷。

NOx：NOx中主要是NO，主要来源是参与燃烧的空气中的氮。主要影响因素：最高燃烧温度、含氧量。

微粒：点燃式——含铅汽油燃烧产生的铅化物，硫酸盐和不完全燃烧产生的碳烟。

柴油机碳烟主要由于燃料在高温下严重缺氧形成的。柴油机的微粒排放比汽油机大几十倍。 34． 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（燃油消耗率be）随负荷而变化的关系。

测试时，变动测功机负荷大小，并相应调节内燃机的油量调节机构位置，以保持规定转速不变，稳定后得到一个试验点，不同负荷试验点相连得到负荷特性曲线。 35． 内燃机的速度特性

内燃机的速度特性，是指内燃机在供油量调节机构（柴油机是油量调节杆-油门，汽油机是节气门）保持不变的情况下，性能指标（转矩Ttq、功率Pe、燃油消耗率be和排气温度）随转速变化的关系。

速度特性测试时，将油门或节气门位置固定不动，调节测

功器的负荷，内燃机的转速相应地发生变化，稳定后得到一个试验点，不同转速的试验点相连得到速度特性曲线。

外特性：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得到的速度特性，称为外特性。（外特性反应了内燃机所能达到的最高动力性能，确定最大功率或标定功率、最大转矩及相应的转速。）

部分速度特性：油量低于标定位置时的速度特性，称为部分速度特性。 36． 万有特性

万有特性一般是在以转速n为横坐标、平均有效压力pme

（或转矩Ttq）为纵坐标的坐标平面内绘出一些重要特性参数的等值曲线族（燃油消耗率）。