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产生，或单独存在。

7-9 燃烧室中的气流运动对混合气形成及燃烧有何促进作用？又带来何种负面影响？ 解：合理的气流运动能够促进混合气的形成，缩短燃烧持续期。过大的气流运动可能将易燃气体混合到未然燃料中，阻碍燃烧进行。

7-10 压缩上止点时的燃烧室内涡流强度取决于哪些因素？涡流强度对热混合现象会有什么影响？

解：主要取决于进气过程的涡流强度和燃烧室的设计。

在涡流作用下，密度较大的燃油颗粒及空气向外运动，密度较小的废气向内运动，有利于油气混合。当涡流过弱时，离心力过小燃油颗粒无法被热混合热锁，抛向周围，而被“锁定”在中心区域，被废气包围。当涡流过强时，上游油束的已燃气体会混入下游油束的未燃混合气区域，妨碍混合及燃烧。

7-11 分析比较直啧（统一）式燃烧室与非直喷（分隔）式燃烧室在结构、工作原理以及主要性能上的不同和优缺点。为什么直喷式燃烧室成为重型汽车柴油机的主流？ 解：结构、工作原理见教材P205。

性能上优缺点：

（1）燃油经济性，直喷式油耗明显低。 （2）排放特性，非直喷式略好于直喷式。

（3）功率密度，非直喷式略高于直喷式，因为空气利用率高。 （4）噪声振动性能。 （5）非直喷成本略低。

重型车对油耗要求更高，所以直喷式柴油机成为主流。

7-12 为什么柴油机的燃烧噪声要比汽油机大得多？降低柴油机燃烧噪声的主要技术对策是什么？ 解：柴油机的燃烧的冲击性和运动件惯性质量明显大于汽油机。柴油机速燃期内放热率远大于汽油机，且柴油机的燃烧室和运动部件一般也较大。

用预喷、晚喷或EGR等。

7-13 说明柴油机的机械式供油系统会有哪些异常喷射现象和它们可能出现的工况；简述二次喷射产生的原因、造成的危害及消除方法。

解：二次喷射：针阀落座之后，压力波的影响下，针阀再次升起，产生喷射现象。由于第二次喷射是在燃油压力较低情况下进行的，这时喷射的燃油严重雾化不良，使燃烧恶化，产生碳烟。加之喷射之后，热效率低。缩短高压油管长度，减小高压容积减缓压力波。合理选择喷油系统参数

滴油现象：当高压系统内的压力下降过慢时出现。 断续喷射：低速低负荷。

不规则喷射和各次喷射：低速低负荷。

气穴与穴蚀：高压油路压力接近零压时产生。

7-14 柴油机电控燃油喷射系统有哪三种类型？请指出它们在系统构成、控制原理、主要优缺点和适用对象方面的导同。

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解：位置控制式：在原有机械结构的基础上换成可准确控制位置的线性电磁铁或步进电机。对关键油量和定时进行控制。

时间控制式：通过控制高压油量泄压电磁阀的开闭时刻控制喷油量。

时间压力控制式：将喷油压力与转速解耦，通过精确控制共轨中的燃油压力和喷油脉宽，实现对喷油量的精确控制。

7-15 某重型汽车柴油机的额定转速为2000 r/min，采用直喷式燃烧室和废气涡轮增压，缸径为150 mm，冲程180 mm，压缩比为14.5。额定工况时的燃油喷射在上止点前20°CA开始，喷油持续期2. 25 ms，滞燃期为0.92 ms。计算： （1）以发动机曲轴转角计的滞燃期长度； （2）燃烧开始时刻所对应的曲轴转角； （3）喷油结束时刻所对应的曲轴转角。 解：（1）滞燃期长度：11.04CA

360*2000/60000=12CA/ms 12*0.92=11.04CA （2）着火时刻：-8.96CA

从喷油开始时刻到燃烧开始时刻叫滞燃期：-20+11.04=-8.96CA （3）燃烧结束时刻：7CA

整个燃烧持续期：2.25*12=27CA 燃烧结束时刻：-20+27=7CA

7-16 工作环境和热状态都会影响发动机的性能。请问在柴油机的控制策略设计中如何处理这种复杂的环境适应问题？

解：可通过校正与补偿等方式解决这种环境适应问题。

7-17 指出和分析高压共轨柴油机轨压随发动机转速和循环喷油量变化的一般规律。

解：发动机转速和循环喷油量变化时，高压共轨柴油机的轨压基本不变，因为高压共轨的共轨已将轨压与发动机转速及负荷解耦。

第八章

8-1 何谓汽油机的不正常燃烧？不正常燃烧有几种？它们产生的原因有何差别？ 解：汽油机正常燃烧的特征为，火花点火引燃并以火核为中心的火焰有序传播。相对于正常燃烧，若设计或控制不当，会出现爆燃和表面点火等不正常燃烧现象。爆燃和表面点火为两种常见的不正常燃烧。

爆燃和表面点火的相同点为，都是未燃混合气在火焰前锋面到达之前产生的不正常燃烧。

两者的不同点在于引起末端混合气自燃的原因不同。爆燃是由于末端混合气在火焰前锋面到达之前，由于受到燃烧产生的压力波的压缩以及热辐射的作用，以低温多阶段的方式开始自燃；而表面点火是由于发动机燃烧室内形成的炽热表面引起的末端混合气提前燃烧。

8-2 什么是汽油机的爆燃？它出现时有何特征？有何危害？如何解释这一不正常的燃烧现象？

解：汽油机爆燃常在压缩比较高和大负荷时出现；爆燃发生时，缸内压力曲线出现高频大幅

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度波动（锯齿波），同时发动机会产生一种高频金属敲击声。

爆燃发生时伴随的特征包括： （1）缸压曲线出现锯齿波；

（2）发出3000-7000Hz的金属振音；

（3）轻微爆燃时，发动机功率略有增加；强烈爆燃时，发动机功率和转速下降，工作不稳定，机身有较大振动；

（4）冷却系统过热，气缸盖温度、冷却水温度和润滑油温度均明显上升； （5）爆燃严重时，汽油机甚至冒黑烟。 爆燃的危害：

（1）热负荷及散热损失增加； （2）机械负荷增大；

（3）动力性和经济性恶化； （4）磨损加剧； （5）排气异常。 爆燃机理解释：爆燃是由于末端混合气在火焰前锋面到达之前，由于受到燃烧产生的压力波的压缩以及热辐射的作用，以低温多阶段的方式开始自燃，从而产生极快的放热速率，使局部区域的温度和压力陡升。

8-3 控制汽油机出现爆燃的基本原则是什么？根据这些原则，可以采取哪些具体措施？汽油机在什么转速和负荷最容易出现爆燃？ 解：如果由火核形成至火焰传播到末端混合气为止所需时间为t1，由火核形成至末端混合气自燃着火所需时间为t2，因而不发生爆燃的充分必要条件是t1

为了在尽可能保证燃烧热效率的前提下减少爆燃，作为最主要和最有效的方法是，适当减小点火提前角、降低压缩比、优化燃烧室设计、提高燃料抗爆性。

汽油机在高转速、大负荷时最容易出现爆燃。

8-4 柴油机粗暴燃烧和汽油机爆燃在现象和机理上有何异同？为什么？由此说明汽、柴油机对燃料自燃性能要求截然相反的原因。

解：同：现象上，都会在缸压曲线上出现“锯齿波”；机理上，都是由于不正常燃烧造成的；

异：现象上，柴油机粗暴燃烧“锯齿波”出现在Pmax之前，而汽油机爆燃“锯齿波”出现在Pmax之后；机理上，柴油机粗暴燃烧是由于燃烧和放热速率过快，造成压升率过高产生的；汽油机爆燃是由于末端混合气自燃，造成大面积的可燃混合气自发点火燃烧造成的。

由于以上机理，汽油机要求燃料辛烷值高，具有较好的抗爆性，而自燃性差，从而抑制爆燃的发生；而柴油机要求燃料十六烷值高，具有较好的自燃性能，从而减少滞燃期，避免滞燃期内形成过多的预混合气量，从而防止粗暴燃烧。所以，造成了汽、柴油机对燃料自燃性能要求截然相反。

8-5 出现汽油机不正常燃烧时，如何判断它是爆燃还是早火？

解：依据缸压曲线可以判断不正常燃烧是爆燃还是早火产生的。当发生爆燃时，缸压曲线在Pmax之后出现“锯齿波”，且Pmax一般在TDC之后；而早火时，不会出现“锯齿波”，但是在TDC之前可以观察到缸内压力的急剧增高，Pmax一般在TDC之前。

8-6 试述汽油机产生循环燃烧变动的原因。汽油机在什么条件下容易出现循环变动？为什

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么？

解：循环波动的原因：主要是各循环中着火燃烧过程的差别引起的。其中，最重要的两个影响因素为，混合气成分波动和气体运动状态波动。

容易产生循环波动的条件及原因：

（1）过量空气系数过大或过小。因为过量空气系数过大或过小时，其细微的变化对燃烧过程的影响较大，从而易产生循环波动；

（2）气流运动和湍流程度较弱。因为不利于改善油气混合的均匀程度，从而增大循环波动；

（3）残余废弃系数过大。因为影响燃烧的稳定性，增大循环波动。

（4）低负荷或低转速时。因为低负荷是残留废气系数较大；低转速时湍流程度降低，都会增大循环波动；

（5）点火能量过低。因为会造成失火或不完全燃烧，增大循环波动。提高点火能量或采用双火花塞有利于减小循环波动。

8-7 一台节气门体单点喷射的发动机在加速时，进气歧管出口处空气燃料混合气的温度会升高还是降低？说明有哪些参数会影响上面的结果。

解：加速时，混合气温度降低。这是因为在加速的过程中，喷油器的喷油量增加，燃油气化吸热量增加，使进气歧管中的混合气温度降低。

影响混合气温度的因素包括：喷油量、空气流量以及燃油的气化潜热

8-8 某些Ford雷鸟V8发动机每缸安装有2个火花塞。如果其他所有部件保持不变，请列举出此种改造对于现代发动机的设计和运行过程所带来的3点好处和3处不足。 解：好处：

（1）减少失火的可能性； （2）减少循环波动；

（3）减少最大火焰传播距离，从而减少火焰传播的时间，有利于提高燃油经济性。 不足：

（1）火花塞消耗的电能增加；

（2）在四气门发动机上较难布置两个火花塞，而如果采用双火花塞，比较适合两气门发动机，不利于换气过程；

（3）双火花塞意味着需要在气缸盖上设置两个火花塞孔；火花塞孔穿过气缸水套，给气缸盖的机械设计，以及冷却系统的密封等问题增加了难度；

（4）多一个火花塞增加了成本。

8-9 汽油机缸内的气流运动主要有哪几种形式？并分析各种空气运动形式对汽油机燃烧过程的影响。

解：汽油机的主要气流运动形式有：进气涡流、滚流和湍流。

涡流：有利于燃油的蒸发气化，形成均质混合气。 滚流：进气过程中滚流可更快更有效地将燃油喷雾散布于整个气缸容积中；在活塞接近于上止点时，大尺度的滚流被破碎成许多小尺度的涡流和湍流，可以大大改善燃烧过程。

湍流：在火焰前锋面上形成褶皱，增加了火焰前锋面的面积，大大加快了火焰的传播速度。

8-10 相对于化油器燃料供给方式而言，电控汽油喷射方式的优点有哪些？

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