广东海洋大学简答题柴油机

第一章柴油机的基本知识4.试综述现代船用柴油机的结构特点。答：现代船用大型柴油机的结构特点大致有：1)燃烧室采用钻孔冷却结构；2)旋转排气阀及液压式气阀传动机构；3)可变喷油定时机构(VIT)式喷油泵；4)薄壁轴承(如十字头轴承采用高锡铝薄壁轴承)；5)气缸润滑随负荷自动调整的自动控制系统，以改善气缸润滑；6)曲轴自由端装设轴向减振器以消减曲轴的轴向振动；7)焊接曲轴，大大减轻曲轴的重量(减轻20％～30％)。5.试综述提高船用柴油机经济性的措施。答：提高船用柴油机经济性的主要措施有：1)采用等压涡轮增压系统及高效率废气涡轮增压器。[采用等压增压可明显提高增压器效率，使目前增压器效率提高到68％—72％。]2)提高行程缸径比S／D。[一方面可增加燃气膨胀功，另一方面在保持活塞平均速度不变的情况下，显著降低柴油机转速以提高螺旋桨效率，目前已发展到S／D=4的超长行程柴油机。]3)提高最高爆发压力pz，与平均有效压力pe之比pz／pe。[理论研究并经实践证实，提高pz／pe可提高柴油机经济性，所以目前户：已达15～18MPa。]4)增大压缩比。[高增压柴油机在过去曾一度采用低压缩比，以保证柴油机足够的机械强度，当前为提高经济性，仍然采取增大压缩比的措施，如现代大型柴油机压缩比已提高到16～19。]5)采用可变喷油正时机构(VIT)[可变喷油正时机构可以提高部分负荷运转的经济性。]6)提高机械效率。[采用超短裙活塞并减少活塞环数目，改善气缸润滑，以提高机械效率。]7)轴带负荷(如轴带发电机)。[利用船舶推进轴系同时驱动一专用发电机，在正常运转期间可供船舶全部用电。]8)余热再利用。[开发与利用柴油机的余热(如排气、冷却液所携带的热量)。]9)改进喷射与燃烧技术。[如提高喷油压力，增大喷油率，缩短喷油持续期及采用小喷孔喷油器等提高燃烧质量。]第二章柴油机结构及主要零部件4.柴油机活塞的冷却方式有哪几种？冷却机构有哪几种？答，活塞的冷却方式主要有：(1)喷射冷却：压力滑油经连杆杆身的内部油道自喷嘴喷出，冷却活塞内壁后自由落人曲轴箱i(2)循环冷却，压力油均匀地在活塞头部的油道中流动。通常在活塞顶内设置冷却腔或蛇形管。(3)振荡冷却：在活塞头中设置较大容积的冷却空间，冷却液在其中充满40％～60％并以一定循环速度流过。由于活塞的变速运动使冷却液在惯性力作用下在冷却腔内上下振荡。活塞的冷却机构是指冷却液的输送方式。在筒形活塞式柴油机中有两种冷却机构：其一是曲轴箱内设固定喷管，其二是在曲轴、连杆钻孔，冷却后滑油自由落回曲轴箱。在大型十字头柴油机中则广泛使用套管式或绞链管式两种。第三章燃油喷射与燃烧3.试述燃油的喷射过程及其影响因数。答：从供油始点到喷油终点的喷射过程可分为三个阶段:一喷射延迟阶段I(从供油始点到喷油始点)由于燃油的可压缩性、高压油管的弹性以及高压系统的节流等原因使得喷油器的喷油始点滞后于喷油泵的供油始点。由此，存在着供油提前角(在压缩行程中喷油开始供油的瞬时到活塞上止点的曲轴转角)和喷油提前角(在压缩行程喷油器开始喷油的瞬时到活塞上止点的曲轴转角)两个提前角。影响喷射延迟阶段的主要因素是：高压油管特性参数、喷油器针阀的启阀压力、柴油机的工况以及喷油泵乞油阀和喷油器针阀的结构特点等。二主要喷射阶段Ⅱ(喷油始点到供油终点)本阶段内由于瞬时供油量大于喷油量，所以喷油压力继续升高，燃油是在不断升高的高压下喷人气缸，循环喷油量的大部分在本阶段内喷入气缸。显然，本阶段的长短主要取决于柴油机负荷，负荷愈大，本阶段愈长。三尾喷阶段Ⅲ(供油终点到针阀落座点)当喷油泵停止供油时，由于压缩燃油在低压下膨胀，高压油管在低压下收缩以及系统的节流作用，使得喷射系统中的压力下降得较为迟缓，针阀仍保持开启。燃油是在不断下降的压力作用下喷人气缸，使燃油雾化不良，甚至产生滴漏现象。影响尾喷阶段的主要因素与喷射延迟阶段相同。5.试述柴油机的燃烧过程及其特点。答：根据分段燃烧理论，整个燃烧过程可分为滞燃、速燃、缓燃和后燃四阶段。一．滞燃期的长短对柴油机的燃烧过程有重大(或决定性)影响。1）如滞燃期τi过短燃油喷注刚离开喷油器就立即燃烧，会使柴油机动力性降低并冒黑烟；2）如滞燃期过长滞燃期喷油量也越多，一旦发生燃烧，缸内压力会急剧增高，使工作粗暴，严重时发生燃烧敲缸，并损坏机件。通常，滞燃期过长是引起燃烧过程恶化的通病，所以应尽可能缩短滞燃期，但并不是越短越好。二．速燃期有以下特点：1）近似等容燃烧，缸内压力上升至最高爆发压力：2）是为不可控燃烧，即本阶段燃烧速率很难直接用控制该燃烧期燃油与空气混合速度的办法来加以控制，但可用控制滞燃期长短来控制速燃期。3）速燃期的主要问题是由于燃烧速度过快，使平均压力增长率dp／dø过大，而产生燃烧敲缸现象(亦称工作粗暴、爆燃)。三．缓燃期的特点是：1）近似等压燃烧；2）为可控燃烧(负荷大小)。在缓燃期内，缸内达最高燃烧温度，燃烧速率逐渐降低。按放热规律研究本阶段亦称扩散燃烧阶段。3）缓燃期的主要矛盾是油气得到氧分子的速度赶不上燃烧速度的需要而发生不完全燃烧。为了改善此阶段的燃烧质量应设法加强燃烧室内空气扰动以加速混合气的形成。四．后燃期是燃烧过程在膨胀中的继续。后燃期的存在有以下危害：1）排烟温度升高；2）热负荷增加；3）热效率下降；4）可靠性降低。所以后燃期越短越好，但柴油机的后燃不可避免。第四章柴油机的换气与增压1.四冲程柴油机换气过程分为哪几个阶段，这几个阶段是如何划分的？（1）自由排气阶段当排气阀在下止点前打开时，气缸压力远远高于排气管压力，废气在很大的压力差作用下排出气缸。随着排气阀开度的增大，直到下止点后气缸压力接近排气管压力为止。这一阶段为自由排气阶段。（2）强制排气阶段从自由排气结束到排气阀关闭这一阶段活塞由下止点向上止点运动，排气过程是由活塞的推挤造成的。这阶段为强制排气阶段。(3)进气阶段由进气阀开启点开始，至进气阀关闭点结束。这一阶段为进气阶段。2.二冲程柴油机换气过程与四冲程柴油机相比有何特点？(1)二冲程柴油机换气时间远少于四冲程柴油机(2)二冲程柴油机的换气主要是依靠进、排气口之间的压差，用新鲜空气驱赶废气的扫气方式，新气的进入和废气的排除过程同时进行。(3)为实现扫气所需的气体压力差较大，空气的消耗量也较大，消耗的功较多。(4)二冲程柴油机的气缸容积不能充分利用3.气阀机构的故障有哪几种、其原因是什么？（１）阀面和阀座磨损和腐蚀。原因为由燃气中的碳粒或其它杂志冲刷或落在结合面上时阀与阀座撞击造成；燃油中的硫、钒和钠腐蚀造成。（２）阀面和阀座烧损。原因为阀座扭曲、偏移、倾斜和失圆会造成大面积烧损。阀盘关闭不严，气阀阀杆卡阻、弯曲，阀面和座面因麻点、伤痕而发展到烧损。（３）阀杆卡紧。原因为气阀导管间隙过小或过大，气阀导管间隙过大或中心线不正。（４）阀杆和阀头断裂。原因为频繁撞击引起金属疲劳以及高温下金属的机械强度降低造成。（５）气阀弹簧断裂。原因为振动，材质，热处理不符合要求及保管中锈蚀所至。（６）阀壳产生裂痕。原因为安装时将固定螺栓拧得太紧。8．柴油机喷油规律与供油规律的主要差异？答：喷油规律与供油规律的主要差异是喷油始点晚于供油始点；喷油持续期长于供油持续期；最大喷油速率低于供油速率。9．柴油机理想的放热规律是什么？答：柴油机理想的放热规律是滞燃期不滞、急燃期不急、缓燃期不缓、后燃期不后，即先缓后急。10．二冲程柴油机的扫气形式有哪几种？哪种性能最好？答：二冲程柴油机的扫气形式有直流扫气、回流扫气、横流扫气三种。直流扫气的性能最好。三．论述题（20题）4．柱塞式喷油泵的速度特性是什么？有何危害？如何解决？答：在油量调节机构位置一定时，供油量随转速的变化关系为柱塞式喷油泵的速度特性。当外界负荷突然减小时，发动机的转速会突然上升，而此时本应减小供油量，但在油量调节机构位置一定时，供油量随转速的上升，供油量自动增大，更促使发动机的转速升高以至于超速。导致发动机由于超速而出现排气管冒黑烟及发动机过热现象；同时往复运动件的惯性力增大，使某种机件过载，甚至于损坏。而当外界负荷突然增大时，转速瞬间下降，本应要增大供油量，但在油量调节机构位置一定时，供油量随转速的下降，供油量会自动减小，在极端的情况下，会导致发动机停止运转。采取的措施是，喷油泵内要有油量调节机构；所有柴油机必须装有调速器，以限制发动机的最高转速和稳定怠速运行。5．试述四冲程柴油机的工作原理及特点。答：四冲程柴油机在进气行程中进入缸内的是空气。由于压缩比较高，在压缩行程接近终了时，缸内的空气压力、温度远大于柴油自燃温度。此时，柴油经喷油器以很高的压力喷入燃烧室，在极短的时间内，燃料与高温、高压空气混合后自行发火燃烧。气缸内压力温度急剧上升，燃料的化学能变为热能，推动活塞做功，之后为排气行程。特点：压缩比较高；燃油消耗率较低；气门重叠较大；充气效率较高；为自燃式，无点火系统；缸内燃烧最高压力较高，发动机的振动、噪声相对汽油机较大；发动机的转速相对于汽油机较低；有利于实现排气涡轮增压技术；有害排放物PM高，HC、CO较低；需要一套价格昂贵的供油系统（高压油泵和喷油器）。7．说明柴油机燃烧四阶段的划分与特点，如何组织合理的燃烧？答：柴油机燃烧的四阶段划分为四阶段：1）备燃期（自喷油开始至燃烧开始的曲轴转角）为着火前的物理化学准备阶段。2）速燃期（自燃烧开始至缸内最高压力出现点的曲轴转角）缸内压力、温度剧增，最高燃烧压力出现在上止点后6～15度，放热量约为每循环放热量的30％。3）缓燃期（最高压力点到最高温度出现点的曲轴转角）燃烧速度减小，最高温度出现在上止点后20～35度，放热量约为每循环放热量的70％。4）后燃期（最高温度出现点之后的曲轴转角）燃烧速度很慢，柴油机易过热，应减小和避免后燃现象。由于柴油机混合气的形成和燃烧的时间极短、空间极小，从喷油开始到燃烧结束仅占50°曲轴转角，因此应提高燃料的雾化程度，加强气流的运动强度，改善燃烧后期的燃烧条件。即缩短备燃期、控制速燃期、加快缓燃期、避免后燃期。17．叙述提高四冲程柴油机充气效率的措施。答：提高充气效率的主要措施有：增大气门有效通流面积；采用多气门机构；适当增大气门升程；精心设计进排气道、进排气管、气门与气门座，提高其流量系数；减小空滤器的流阻损失；减小消声器的流阻损失；适当提高压缩比，减小缸内残余废气量；增大冷却液对燃烧室壁面四周的冷却效应；采用高效率的增压（中冷，进气温度≤55℃）技术。18．柴油机对燃料喷射有什么要求？答：对柴油机燃料供给与调节系统的基本要求是：1）能产生足够高的喷射压力，以保证燃料良好的雾化混合和燃烧，且燃油油束需与内燃机燃烧室和气流运动相匹配，保证油气混合迅速、均匀；2）对每一个内燃机运行工况，精确控制每循环喷入气缸的燃油量，且喷油量能随工况变化而变化，在工况不变时，各循环供应量均匀，多缸机各缸的喷油量一致；3）在内燃机所运行的工况范围内尽可能保持最佳的起喷时刻、喷油持续时间与喷油规律，以保证良好的燃烧并取得优良的综合性能。（定质、定量、定时）20．比较二冲程与四冲程柴油机的工作特点和性能。答：在发动机相同的排量、转速下，二冲程机做功频率增大1倍；二冲程换气过程在下止点附近完成，换气持续角小（约120[(°)(CA)]）；回流式和横流式扫气型式的二冲程柴油机换气质量差，缸内废气量多（四冲程机具有独立的排、进气过程）；二冲程机热负荷大，耗气量大；二冲程机存在失效行程；二冲程柴油机必须用罗茨鼓风机；低速机用十字头连杆；二冲程机与四冲程机相比功率约提高1.6倍；二冲程柴油机主要用作低速船用主机；二冲程机结构简单、运转平稳。四．简答题（每题5分，共10分）1.何为柴油机的增压？何为增压器的喘振及产生原因？2．密封环、刮油环、减磨环各起什么作用？各用什么材料制造？3.什么叫后燃？后燃有何危害？形成后燃的主要原因有哪些？4.回油孔喷油泵的有哪几种调节方式？供油定时有哪几种调节方法？四、分析题（14分）在图中画出柴油机允许持续运转范围，并分析每条限制线。P2261、（每小点