《内燃机学》课程作业习题（含答案）第六章 内燃机的替代燃料

第六章习题与答案一、四冲程和二冲程内燃机换气过程的主要特点及二者的主要差异是什么？答：1.四冲程内燃机主要特点有：换气过程分为四个阶段，分别是自由排气阶段、强制排气阶段、进气阶段、气门重叠和燃烧室扫气阶段；换气过程有泵气损失；其进排气过程在两个不同的活塞行程内进行；其进、排气门和进、排气道均布置在气缸盖上，气门尺寸和气道的流通截面受到一定限制。2.二冲程内燃机主要特点有：其换气过程只用两个活塞行程完成；其特别装有扫气泵提高扫气压力；其换气时活塞在下止点附近，进排气过程同时进行：其气口开闭由活塞控制，扫气口的高度与活塞行程成比例；无单独的进排气行程，泵气损失为0。3.两者的主要差异有（以二冲程为例，其与四冲程比较）：换气角度小，时间短，但气门重叠角大，耗气量大；换气质量较差，残余燃气系数较大，排气压力波动强烈；排吸能力强，但变工况适应性差；无泵气损失，但机械效率低；采用纯燃气涡轮增压困难。二、非增压和增压内燃机的配气定时有哪些差异？配气定时对内燃机动力性、经济性及工作可靠性的影响如何？答：增压内燃机相对于非增压机其进气提前角要大许多，而排气门关闭时刻又相对滞后许多，因而增压内燃机气门重叠角较大，扫气充分，配气定时会影响进气充量。在空燃比一定时，影响喷入燃油量及缸内燃烧过程，从而影响动力性、工作可靠性。配气定时的气门重叠期间进排气管之间压差产生燃烧时扫气，有利于清扫残余废气，增加气缸充量，从而影响下一个循环。该过程还可以冷却燃烧室周围气缸盖、排气门，活塞顶，缸套，有助于提高燃烧室零部件的可靠性。对于化油器式内燃机或采用进气道喷射的内燃机，如果气门重叠角偏大，会造成燃油损失，影响经济性。三、什么是泵气功，为什么泵气功是代数值？换气损失与泵气损失有什么区别？答：四冲程内燃机在进气行程时活塞由上止点向下止点运动，缸内气体压力对活塞的作用力与活塞的运动方向一致，气体对活塞做正功。排气行程中活塞由下正点向上止点运动，气体压力抵抗活塞的运动，气体对活塞做负功。在上述两个行程中缸内气体对活塞做工的代数和就称为泵气功。如非增压内燃机进气压力小于排气压力，泵气功为负功；增压内燃机进气压力大于排气压力，泵气功为正功。所以泵气功为代数值。换气损失为进气损失与排气损失之和，其大小取决于进、排气系统流动阻力的大小和气门定时。其损失表现为能量的耗损，必为负值；而泵气损失表现为能量的转移，可正可负。四、内燃机采用提高转速来提高功率时，从换气过程看，可能会遇到哪些困难，有何措施防正充气系数下降？

答：从换气过程看，提高转速意味着气门重叠角会变大，气门开启时间要缩短，会受到开启速度的限制；排气同样如此，而且排气阻力增加，增加了缸内残余燃气量，燃气还可能会倒流入汽缸。为了防止充气系数的下降，可以采取增加充量的压力，以降低进气系统的阻力损失；减小残余燃气系数，即排气门开度加大；降低充量的温度，即减少高温零件在进气过程中对新鲜充量加热；合理利用换气过程的动态效应，提高补充进气比；亦可采用涡轮增压中冷技术。五、如何利用可变进排气系统、可变配气定时，其特点如何？如何利用进排气动态效应？答：可变进排气系统：1、改变进气管长度，即改变了进气流速、阻力和管道内平均有效压力，使内燃机在各转速范围内都能达到最佳效果：2、改变进气道截面，亦改变了进气流速、阻力和涡流强度；3、改变排气道截面，其利用排气门开度，利用其进、排气压力改善稳定性和扭矩特性。可变配气定时系统：1、VTEC机构，其使用了高速和低速二种凸轮，改变了配气相位和气门升程。其气门开启时间长，升程大，能获得较高功率；2、电磁控制可变气门机构，其改变进气定时，进气门最大升程和升程曲线，取消了节气门，提高了充气系数，减少换气损失。六、二冲程换气过程有哪些形式，各有何优缺点？答：1、弯流扫气。即在扫气过程中，部分新鲜空气与燃气参混，存在扫气死角，换气效果差。但它没有气门和气门传动机构，零部件少，缸盖结构简单，容易布置。弯流扫气又可分为（1）横流扫气：不能实现补充充气，存在而外排气损失，温度不匀，使缸套、活塞变形，易产生活塞的半边磨损，但结构简单。（2）回流扫气：存在额外排气损失，扫气效果好于横流扫气，但失效进程大，扫气口面积不能太大；（3）半回流少气：介于横流和回流之间。2、直流扫气。可分为（1）气口、气门直流扫气。优点：扫、排气相互混合少，可进行补充进气，扫气口布置在缸套的全周上，从而可使气口高度减小，减小失效进程，便于增压；缺点：结构复杂，气门机构仍保留，尚需扫气泵，排气门尺寸大，不利于高速化。（2）气口、气口直流扫气。优点：扫、排气掺混量少，无燃气死区，换气效果好，适合高速强载，可避免额外排气损失，可实现汽缸额外充气；缺点：结构复杂，成本高，缸套热负荷严重。七、充气系数、扫气系数、扫气过量空气系数和扫气效率的物理意义以及相互间的关系如何？提高充气系数的主要措施有哪些？答：对于四冲程内燃机：充气系数：进气过程结束时，实际进入汽缸的新鲜空气质量与在进气状态下能充满汽缸工作容积的新鲜空气质量之比。它是衡量进入汽缸充量的多少和换气过程的完善程度

扫气系数：定义为每循环流经汽缸总的空气质量与进气过程结束时实际进入汽缸的新鲜空气质量之比，它衡量扫气过程中新鲜空气的利用程度。二冲程内燃机：扫气效率：是换气过程结束后，留在缸内的新鲜空气质量与缸内全部混合气质量的比值，它衡量扫气效果的优劣。扫气过量空气系数：气口的空气量的容积与相同状态下充满汽缸工作容积的空气容积量的比值。提高充气系数的主要措施：1、降低进气系统的流动损失；2、降低排气系统阻力：3、减少对进气充量的加热；4、合理利用换气过程中的动态效应；5、采用涡轮增压中冷技术。八、何谓排气最大可用能，它由哪几部分组成，与涡轮进口燃气可用能有何区别？提高最大排气可用能的措施有哪些？答：排气最大可用能是指缸内排气无损失流到我论出口背压所具有的作功能力，它包括三部分能量：燃气由排气门开启始点压力等摘膨胀到涡轮出口背压所做之功：活塞推挤排气所做之功：扫气过量空气自扫气压力等膨胀至涡轮出口背压所做之功。涡轮进口燃气可用能小于排气最大可用能，有部分能量在传递过程中由于散热、摩擦、局部阻力损失等原因而损失掉。提高最大排气可用能的措施有：增加排气温度，增大排气提前角，设计良好的排气系统，减少排气门节流损失，降低气道中的流动阻力，是减少换气损失和排气可用能损失的主要措施之一；同时还可以优化配气定时，减少泵气损失，在确保清扫缸内燃气的前提下减少扫气量。九、在缸盖气道稳流实验中，常用定气道压差法来测定气道的流动阻力和涡流强度，为什么？答：为了使不同尺寸和形状的气道具有可比性，当所施加的压差使气道中的雷诺数达到或超过临界雷诺数时，无因次参数涡流比和流通系数趋于定值，达到模化状态，所以常用定气道压差法来测定气道的流通阻力和涡流强度