哈尔滨工程大学内燃机原理知识点(2)

2019-09-01 15:32

它由两个阀组成,一个出油阀,一个回油阀。泵油时,柱塞腔压力升高,出油阀开启,燃油流入高压油管,当柱塞的螺旋斜边打开回油孔泄油后,柱塞腔压力下降,出油阀关闭,回油阀腔的回油孔与柱塞腔相通,回油阀腔压力随之下降。当高压油管压力大于回油阀腔压力时,压力克服回油阀弹簧预紧力,使回油阀开启,高压油管中部分燃油经由回油阀流回柱塞腔,直到回油阀弹簧将回油阀关闭为止,这时高压油管内的剩余压力保持为一恒定值。剩余压力大小可通过回油阀弹簧预紧力和刚度进行调节。

现代高性能柴油机在高速、全负荷时喷油压力很高,故需较大的减压容积;而在低怠速工况,喷油压力明显减小,减压作用过度将会造成柴油机供油的不稳定。因此,高压喷射用等容式出油阀不能满足柴油机在各种工况下的工作要求。 等压卸载出油阀可消除异常喷射,也可避免喷油系统穴蚀。可用于各种喷射压力下的柴油机燃油喷射系统。

异常喷射:二次喷油、断续喷油、间歇喷油、穴蚀 喷射过程:喷油滞后、主喷射、自由膨胀

喷油规律测量:动量法、压力-升程法、长管法

喷油系统与柴油机匹配的原则:①了解柴油机的特征和主要参数,如机型、传动系统布置、燃烧室型式、缸径和行程、运行范围、经济性和排放要求等,它们会影响喷油泵、喷油器的选型、安装和连接。②对柴油机的运行范围、常用工况进行调研和统计处理,确定喷油系统和柴油机的匹配策略和匹配点。③求出各个匹配点的有关柴油机性能指标,如功率、燃油消耗率、排放限制指标等,考相关的法规和技术要求,进行优选和折衷处理,通过估算或模拟计算,初步确定喷油系统的主要参数,如最大循环油量阀参数等,为匹配试验做准备最高喷油速率、最大泵端压力、喷油孔的数量和直径、出油阀参数等,为匹配实验做准备。 ④柴油机冷启动性能的优劣、怠速工况的稳定性、暖机时间的长短与喷油系统直接相关上述工况的排放、噪声受到用户和社会的关注,匹配时应有适当的对策。 ⑤匹配工作有时会受到喷油系统自身零部件工作能力的制约。例如,喷油系统主要零部件的刚度和密封性决定了最高允许喷油压力,增加柱塞直径,提高喷油率有利于雾化和混合但不能超过喷油泵滚轮和凸轮表面的接触应力许用值。 ⑥匹配工作的优劣要将喷油系统、柴油机装到实验台架或配套机械上进行试验和使用考核后,才能最终确定。

与化油器系统相比,汽油喷射系统有那些优点?

答:与化油器式燃油供给系统相比,汽油喷射系统有如下一系列优点,因此,得到迅速推广和应用。

①取消喉管,减小进气空气流动阻力,无需进气加热,可提高充气效率,有利于增加汽油机的功率。②减小或消除燃油在进气管壁面的凝结,增加了进气管设计的自由度,可充分利用进气充量的惯性作用增加气缸进气量。③喷油器的布置和喷油雾化的改善,显著提高了汽油机的加速响应能力。④可组织扫气,减少扫气过程中燃油损耗,降低HC排放。⑤空气计量和燃油计量功能分离,提高了计量和控制精度。不同转速和负荷下燃油雾化和混合良好,可实现全工况优化。⑥多点喷射时,在各工况下各个气缸充量的燃油空气比可得到精确控制。 ⑦各缸充量分配在质和量两方面的均匀性上都得到改善,可减少爆震倾向,采用较高的压缩比,提高经济性。⑧有利于汽油机增压。 L型电控汽油喷射系统的主要组成部分燃油供给和喷射、空气质量流量测量和控制、传感器和电控装置。

四冲程和二冲程内燃机换气过程的主要特点及主要差异: 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。

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?

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。 泵气功: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止点向上止点运动,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。 为什么泵气功是代数值: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。 换气损失与泵气损失的区别: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。

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?有何措施防止充气系数下降?

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。

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。

二冲程换气过程有哪些形式,各有何优缺点?

(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。

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? 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。

何谓内燃机的功率标定?按国家标准的规定,内燃机的标定功率有哪几种?同一型号的内燃机能否有不同的标定功率、其依据是什么?

(1)内燃机功率标定,即工况标定。是指制造厂商根据内燃机的性能和用途,规定该产品在标准大气条件下,所输出的有效功率及其对应的转速

(2)按国标,内燃机的标定功率依不同用途有四种:15分钟功率,1小时功率,12小

时功率,持续功率。

(3)同一型号的内燃机可以有不同的标定功率,其依据是具体的用途和工作性质。 为什么汽油机不装调速器能在各种工况(包括怠速工况)下稳定运行、而柴油机则必须装有调速器?

汽油机因其扭矩特性陡峭,因此工况的自稳定能力强,一般都不配备调速器;而柴油机因其扭矩特性平缓,因此工况的自稳定能力差,必须配备调速器。

内燃机速度特性的定义是什么?对装有全程式调速器的柴油机而言,试用特性曲线来解析其全负荷速度特性、部分负荷速度特性和各种工况下的调速特性。 (1)内燃机速度特性是指内燃机在循环供油量保持不变的情况下,其主要参数(Me、Ne、ge、Tr以及烟度,噪声级等)随转速n而变化的规律。

(2)当柴油机的喷油泵装备全程式调速器时,其供油特性及调速特性可分析如下: (a)在全负荷工况下,调速弹簧预紧力被调定到最大;若柴油机的转速因负荷减轻而上升,则在飞锤离心力的作用下,油泵柱塞的有效行程将减小,供油量也迅速减少,直到减低到最低稳定工作转速时的供油量为止。

(b)当油门控制手柄固定在任一个部分负荷工况位置时,调速弹簧的预紧力也就相应地被确定。此时,弹簧的张力比在全负荷位置时小,因此引起调速器开始调速的转速就相应低些。

当转速因负荷的减轻而上升时,调速器飞轮产生的轴向推力增大,克服了调速弹簧的张力,而迫使供油量迅速减少,直到供油量迅速减少到儿乎为零。 当转速因负荷加重而下降时,飞锤所产生的轴向推力减小时,喷油泵的供油量在弹簧张力的作用下将迅速增大,直到达到最大值为止。若转速进一步下降,则供油量按供油特性曲线变化。 显然,当油泵按其任一调速特性工作时,其供油量均小于等于标定工况时的供油量。

当柴油机装有全程式调速器而未装油量限制器时,应如何对其进行速度特性的试验?为什么

答:可以先将油门控制手柄固定在标定工况的油量位置。这时,调速弹簧的预紧力被调定为最大张力。然后可以将发动机转速调整到一个适当的值(一般为燃油经济速度,正常的平稳工作状态的转速,此转速适当地略高于标定工况),使发动机处于某个部分负荷特性速度。然后保持转速不变,就可进行相应的速度特性试验了。因为油泵按任一部分调速特性(曲线)工作时,其供油量均小于标定工况时的供油量。这样,即使未装油量限制器,也不会影响速度特性的试验。

内燃机的基本运行特性是指哪几种特性?内燃机“万有特性”是否为其基本运行特性?为什么?

内燃机的基木运行特性是指速度特性,调速特性,负荷特性。“万有特性”不是基木运行特性。因为,它不是直接测量得到的原始数据结果,而是经过了相应的计算,转化等处理过程而得到的、能更直观地反映内燃机在不同的转速、负荷状态下的综合运行特性曲线,包括等油耗曲线,等功率曲线,等排温曲线等等。(万有曲线的横坐标为转速,纵坐标一般为平均有效压力,也可为有效功率。)万有特性曲线,是内燃机实用运行特性之一。

内燃机的实用运行特性与基本运行特性之间的联系和区别何在?在内燃机试验台架上对柴油机进行推进特性试验的目的是什么?如何进行推进特性的试验? 答:(1)推进特性曲线,也称为船用柴油机的推进特性,是将柴油机的工况人为地调节在螺旋桨特性所对应的各个工况点上运行时,用以描述柴油机的性能参数随转速变化而变化的关系的曲线。

(2)在发动机试验台架上进行柴油机推进特性试验的口的是为了测取柴油机在按推进特性运行时,其燃油消耗率等各种性能参数随转速(或功率)变化而变化的关系,即测取推进特性曲线。在实际中,推进特性曲线可作为分析发动机运行是否正常的参考。

(3)推进特性的实验:

(a)根据螺旋桨特性描述公式,先确定标定工况点,其他各工况点可按功率的百分比来计算其对应的转速。

(b)m值与柴油机所匹配的船舶类型有关,例如,低速、排水型船舶的m=2.8^-3.2;驱逐舰的m=2.2^-2.8;快艇的m=1.9^2.2;水翼艇的m=1.6^1.9。当m=3时,以转速百分比为横坐标,ge,N,P为相应的纵坐标示值参数的推进特性曲线。

为什么要对内燃机的实测功率和燃油消耗率进行修正?两种修正方法各适用于什么项目的试验?

(1)大气条件的不同,使人们不便根据实测数据来评定内燃机的主要性能。为了使内燃机功率标定、主要性能的评定和产品质量的检验有统一的基准和依据,各国都以“国标”或“行业标准”规定了内燃机的标准大气条件(包括大气压p,环境温度T和相对湿度}P,以及这三个大气要素的缓慢变化。

(2)两种修正方法介绍:我国采用了国际标准化组织(ISO)所选用的两种修正方法, 分别为“等油量法”和“可调油量法”。均涉及到有效功率和燃油消耗率的修正。 (3)两种方法各自的适用试验:等油量法适用于供油量不因大气条件的改变而增减的内燃机试验;而可调油量法则适用于其功率受过量空气系数或热力因素的限制,供油量随现场大气条件调整的内燃机进行功率和燃油消耗率修正的实验。


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