《内燃机学》课程作业习题（含答案）第七章 内燃机的燃料供给与调节

第七章习题与答案1.为什么说增压是提高内燃机升功率的有效途径？答：采用增压以后，能够提高进气充量的密度，进气系统中的压力损失也相对减少，充气系数有所提高，用乘积n、P,所表征的气缸质量充量增大，所以升功率提高。因此，增压是提高内燃机升功率最有效的方法。采用增压的方法，除能提高内燃机升功率（亦即整机功率）以外，还具有下列优点：①因为增压器增加的重量和尺寸都相对较小，而内燃机的功率可有较大提高，所以增压柴油机单位功率的重量、尺寸将会相应减小：②内燃机单位功率的造价降低，特别是大型机尤为显著：③排气的噪声有所降低：对减少有害物质排放也会有所禅益：④在采用涡轮增压时，内燃机的热效率较高，经济性将会得到改善。2.脉冲涡轮增压和定压脉冲涡轮增压系统各有什么特点？其优缺点如何？答：定压涡轮系统的特点是涡轮钱的燃气压力基本保持一定，各缸的排气都接到一根排气总管上，且排气总管的容积足够大，能稳定压力。定压涡轮系统的优点是：涡轮在定压条件下全周进气，效率较高，气流引起的激振较小，不易引起叶片断裂：排气管系统简单，易于布置和维护。定压涡轮增压系统的缺点是：脉冲能量的利用率低，柴油机的低速扭矩特性和加速特性较差。脉冲涡轮增压系统的特点是：把柴油机各缸的排气支管做的短而细，通常是三个气缸或是两个气缸连接一根排气管，每一根排气管均和一个涡轮进气口相连接，整个排气管系的容积较小，排气管内的压力波动大。脉冲涡轮增压系统的优点：能够有效利用排气的脉冲能量，在低速部分负荷启动加速时效果较好，能有效改善柴油机的加速性能和低速扭矩特性。脉冲涡轮增压系统的缺点：结构较定压复杂，不易于布置和维护，只适于在4缸或6缸机上布置。3.高真空，高背压工况下进行柴油机涡轮增压存在什么困难？如何解决？答：高真空工况下：涡轮增压器性能参数变化大，柴油机总过量空气系数减少，导致燃烧恶化，发动机功率下降，燃油消耗率增加。通常选用具有足够超速储备，和足够的喘振裕度的发动机，采用中冷的增压器高背压工况下：1.柴油机的扫气不好，甚至容易发生倒流，柴油机功率显著减少。2.涡轮增压器的性能随背压升高而急剧恶化。在这种工况下的柴油机通常采用小的气门重叠角和减小喷嘴环截面积。4.汽油机进行涡轮增压存在什么困难？如何解决？答：汽油机涡轮增压存在的困难：（1）汽油机使用的燃料是汽油，汽油容易蒸发，且具有较高的自燃温度，因此，汽油机有爆震倾向。（2）汽油机的过量空气系数较小，工作温度比柴

油机高，膨胀比小，排气温度高，因此汽油机和增压器的热负荷较高。（3）车用汽油机的转速和功率范围较宽，工况变化频繁，扭矩储备要大，因此对涡轮增压器与汽油机的匹配特性要好。主要解决途径：（1）控制压缩比，防止爆震。（2）减小点火提前角，推迟点火时间。（3）对增压空气进行中冷。（4）改善冷却系的效果，强化润滑系的作用。（5）采用喷水技术。（6）采用高温耐热材料制造涡轮，可使涡轮前温度最高达到1223K以上。5.脉冲涡轮的主要设计参数和定压涡轮有何区别？答：定压涡轮的主要设计参数是：增压比元，或增压压力P（MPa）；空气流量m（kg/s）涡轮前废气平均温度T（K）。脉冲涡轮前的燃气参数均随时间变化而变化，导致柴油机每一个循环内可用焰降和流量等也不断变化，各缸排气周期行地流入涡轮，形成部分进气，造成工作轮的鼓风损失，驱气损失和窜流损失等附加能量损失，故其设计参数与定压涡轮不同，其主要设计参数有：1.脉冲涡轮效率nr2.脉冲涡轮的平均当量等功Wre3.涡轮出口燃气温度Tro4涡轮的计算流量mt，和计算等功Wtp5.涡轮的计算温度T6.涡轮的计算压力Prp6.车用发动机进行涡轮增压应特别注意解决的问题及解决的途径？答：特别要注意解决的是提高发动机扭矩特性和加速性。提高涡轮增压发动机扭矩特性的途径：①采用小型高效率的径流涡轮增压器，并以最大扭矩点作为增压器的设计点，使最大扭矩点落在压气机高效区内。②采用涡轮增压器的调节方法，可有效地提高发动机的扭矩性能。一般在柴油机上采用可变截面喷嘴环的涡轮，而在汽油机上普遍采用排气旁通放气方法。③改进供油特性，在喷油泵上加装油量校正装置，④采用发动机进气中冷的措施，也有利于改善扭矩特性③柴油机采用直喷式燃烧系统，尽可能加大活塞上燃烧室开口直径，适当增加气阀重叠角，加大低速时的进气涡流，采用脉冲涡轮增压系统等都对改善发动机扭矩特性有利。提高涡轮增压发动机加速性的途径：①采用可调涡轮增压器涡轮前旁通放气对提高发动机的加速性和改善低速扭矩特性都是有好处的。采用可变截面涡轮(包括可调喷嘴环)，对改善发动机加速性和经济性都有利，但结构上比旁通放气方法更复杂。②向压气机叶轮喷射压缩空气③增大气缸排量④向涡轮转子喷射高压油7.涡轮增压内燃机出现压气机喘振、增压器超速和涡轮超温的原因及其调整方法

答：喘振的原因：当增压器转速一定时，压气机流量显著小于设计流量时，叶片扩压器和叶轮进口处气流分离现象随流量下降而上升，当流量小到某一最小值时，气流分离现象会扩展至整个叶片扩压器和叶轮通道内，使气流产生剧烈的振荡和倒流，从而出现喘振现象(1）压气机喘振的调整①增压器和柴油机的流量不匹配，增压器的流量偏大，这时可选小一点型号的涡轮增压器，使运行线脱离喘振线。②压气机和涡轮匹配不当，压气机通流能力过大或涡轮通流能力过小。可采取以下两种方法来消除喘振：a.加大涡轮的通流能力：b.减小压气机的喘振流量。③柴油机方面引起压气机喘振。这方面问题要作具体分析。（2）增压器超速与柴油机的配合运行中，往往由于增压柴油机的功率尚未达到标准值时增压器转速已经达到了最大充许值，如果继续增加柴油机的功率，则增压器将处于超速运转。为了避免增压器超速，可在涡轮前安置一个放气阀，这样在高速高负荷时，柴油机排气有一部分不经涡轮作功而直接排往大气：或者是在压气机出口旁通一部分空气，减小进入柴油机的空气量。此外，涡轮出口安置节流阀，在高负荷时减小阀门，提高涡轮背压，减小涡轮膨胀比，也可限制增压器超速。（3）涡轮超温涡轮前的燃气温度过高，增加涡轮和柴油机受热部件的热负荷，影响因素既有涡轮增压器方面的，又有柴油机方面的。针对增压器，通常可增大喷嘴环面积。柴油机方面，控制燃烧系统和扫气过程可改变排气温度。：8.如何确定涡轮增压柴油机的运行范围？答：如图1所示的是涡轮增压器和柴油机的配合特性线。其中曲线1是柴油机以标定转速运转的等转速线。柴油机在标定转速时的最大负荷受到涡轮增压器最高转速nTmax涡轮前燃气最高温度Tmax以及气缸最高燃气压力的限制。曲线2是柴油机最低转速运行线。柴油机负荷受到排气冒烟极限的限制，而且随负荷的增大，运行线愈接近喘振线，此时应防止其穿过喘振线而落入不稳定工作区。曲线3是柴油机外特性线。曲线4是按照螺旋桨特性工作的运行线。处于外特性线3和等转速运行线1之间。图 1 图 1根据上述各种运行线的种种限制因素，可绘出涡轮增压柴油机的运行范围，如图2所示，这个运行范围是由排气冒烟极限、喘振先、最高排气温度和最高压气机转速限制线组成的伞形区。在这个区域内涡轮增压柴油机能够正常工作