第四章复习思考题
1.说明汽油机燃烧过程各阶段的主要特点。
答：燃烧过程：（1）着火落后期：它对每一循环都可能有变动，有时最大值是最小值的数倍。要求：为了提高效率，希望尽量缩短着火落后期，为了发动机稳定运行，希望着火落后期保持稳定（2）明显燃烧期：压力升高很快，压力升高率在0.2-0.4MPa/(°)。希望压力升高率合适（3）后燃期：湍流火焰前锋后面没有完全燃烧掉的燃料，以及附在气缸壁面上的混合气层继续燃烧。希望后燃期尽可能的短。
2.爆燃燃烧产生的原因是什么?它会带来什么不良后果?
答：燃烧室边缘区域混合气也就是末端混合气燃烧前化学反应过于迅速，以至在火焰锋面到达之前即以低温多阶段方式开始自然，引发爆燃爆燃会给柴油机带来很多危害，发生爆燃时，最高燃烧压力和压力升高率都急剧增大，因而相关零部件所受应力大幅增加，机械负荷增大；爆燃时压力冲击波冲击缸壁破坏了油膜层，导致活塞、气缸、活塞环磨损加剧，爆燃时剧烈无序的放热还使气缸内温度明显升高，热负荷及散热损失增加，这种不正常燃烧还使动力性和经济性恶化。
3.爆燃和早燃有什么区别?
答：早燃是指在火花塞点火之前，炽热表面点燃混合气的现象。爆燃是指末端混合气在火焰锋面到达之前
即以低温多阶段方式开始自然的现象。早燃会诱发爆燃，爆燃又会让更多的炽热表面温度升高，促使更加剧烈的表面点火。两者相互促进，危害更大。另外，与爆燃不同的时，表面点火即早燃一般是在正常火焰烧到之前由炽热物点燃混合气所致，没有压力冲击波，敲缸声比较沉闷，主要是由活塞、连杆、曲轴等运动件受到冲击负荷产生震动而造成。
4.爆燃的机理是什么?如何避免发动机出现爆燃?
答：爆燃着火方式类似于柴油机，同时在较大面积上多点着火，所以放热速率极快，局部区域的温度压力急剧增加，这种类似阶越的压力变化，形成燃烧室内往复传播的激波，猛烈撞击燃烧室壁面，使壁面产生振动，发出高频振音（即敲缸声）。避免方法：适当提高燃料的辛烷值；适当降低压缩比，控制末端混合气的压力和温度；调整燃烧室形状，缩短火焰前锋传播到末端混合气的时间，如提高火焰传播速度、缩短火焰传播距离。
5.何谓汽油机表面点火?防止表面点火的主要措施有哪些?
答：在汽油机中，凡是不靠电火花点火而由燃烧室内炽热表面点燃混合气的现象，统称为表面点火。防止措施：1）适当降低压缩比。2）选用沸点低的汽油和成焦性小的润滑油。3）要避免长时间的低负荷运行和汽车频繁加减速行驶。
4)应用磷化合物为燃油添加剂使沉积物中的铅化物成为磷酸铅从而使碳的着火
温度提高到560℃且氧化缓慢，放出热量少，从而减少表面点火的产生。
6.何谓汽油机燃烧循环变动?燃烧循环变动对汽油机性能有何影响?如何减
少燃烧循环变动?
答：燃烧循环变动是点燃式发动机燃烧过程的一大特征，是指发动机以某一工况稳定运转时，这一循环和下一循环燃烧过程的进行情况不断变化，具体表现在压力曲线、火焰传播情况及发动机功率输出均不相同。影响：由于存在燃烧循环变动，对于每一循环，点火提前角和空燃比等参数都不可能调整到最佳，因而使发动机油耗上升、功率下降，性能指标得不到充分优化。随着循环变动加剧，燃烧不正常甚至失火的循环次数逐渐增多，碳氢化合物等不完全燃烧产物增多，动力性、经济性下降。同时，由于燃烧过程不稳定，也使振动和噪声增大，零部件寿命下降，当采用稀薄燃烧时，这种循环变动情况加剧。减少措施：1）尽可能使фa=0.8～1.0，此时的循环变动最小。2）适当提高气流运动速度和湍流程度可改善混合气的均匀性，进而改善循环变动。3）改善排气过程，降低残余废气系数γ。4）避免发动机工作在低负荷、低转速工况下。5)多点点火有利于减少循环变动。6）提高点火能量，优化放电方式，采用大的火花塞间隙。适当的提高气流运动速度和紊流程度可改善混合气的均匀性，进而改善循环变动。多点点火有利于减少循环变动。提高点火能量、优化放电方式、采用较大的火花塞间隙，有助于减小循环波动。
7.提高汽油机压缩比对提高性能有何意义?如何保证在汽油机上使用较高
的压缩比?
答：提高压缩比可以提高汽油机的功率和经济性，特别是对经济性有显著的作用。但压缩比过高，会导致汽油机爆燃，所以应该合理的设计燃烧室，缩短火焰传播行程，合理选用火花塞位置。适当利用湍流，降低终燃混合气温度等
8.分析使用因素对燃烧过程的影响。
答：1）点火提前角。点火提前角是从发出电火花到上止点的曲轴转角，点火过迟，则燃烧延长到膨胀过程，燃烧最高压力和温度下降，传热损失增多，排温升高，热效率降低，但爆燃倾向减少，NOx 升高，功率排放量降低。
2）混合气浓度。当φa=0.8~0.9时，由于燃烧温度最高，火焰传播速度最大Pe 达最大值，但爆燃倾向增大。当φa=1.03~1.1时，由于燃烧完全，be 最低。使用φa<1的混合气工作，由于必然会产生不完全燃烧所以CO 排放量明显上升。当φa<0.8及φa>1.2时，火焰速度缓慢，部分燃料可能未及完全燃烧，因而经济性差HC 排放量增多且工作不稳定，热效率和功率都降低。
3）负荷。负荷减小，最佳点火提前角随负荷减小而增大。
4）转速。转速增加，气缸中湍流增加，火焰传播速率大体与转速成正比例
增加。此外，由于散热损失减少，进气被加热，使气缸内混合的更均匀，有利于缩短滞燃期。
9.电控汽油喷射系统与化油器相比有哪些优点?
答：1）可以对混合气空燃比进行精确控制，使发动机在任何公开下都处于最佳工作状态，特别是对过渡工况的动态控制，更是传统化油器式发动机无法做到的。2）由于进气系统不需要喉管，减少进气阻力，加上不需要对进气管加热来促进燃油的蒸发，所以充气效率高。3）由于进气温度低，使得爆燃燃烧得到有效控制，从而有可能采取较高的压缩比，这对发动机热效率的改善时显著的。4）保证各缸混合比的均匀性问题比较容易解决，相对于发动机可以使用辛烷值低的燃料。5）发动机冷起动性能和加速性能良好，过渡圆滑。
10.电控汽油喷射系统有哪些形式，目前采用比较广泛的形式是哪种?
答：电控汽油喷射系统形式及其目前广泛采用的形式包括：1）按喷射位置分类：缸内喷射，进气管喷射。进气管喷射又可以分为单点喷射，多点喷射。多点喷射系统是目前最普遍的喷射系统。2）按喷射控制装置分类：机械式和电控式。3）按喷射方式分类：连续喷射，间歇喷射。间歇喷射细分为同时喷射、分组喷射、顺序喷射、间歇式喷射方式，被现代发动机广泛采用。4）按空气流量测量方式分类：质量流量控制的汽油喷射系统、速度密度控制的汽油喷射系统、节流速度控制的汽油喷射系统。
11.电控汽油喷射系统是如何实现喷油定时和喷油量的控制的?
答：喷油定时控制：喷油时刻是指喷油器开始进行喷油的时刻相对曲轴位置的转角。喷油时刻随发动机喷油方式的不同而有所不同，但都是在相对曲轴转角的固定转角处。ECU 以曲轴转角传感器的信号为依据，根据不同的喷油方式控制喷油器的开启时刻。ECU 根据各种传感器测得的发动机进气量、转速、节气门开度、冷却水温度与进气温度等多项运行参数，按设定的程序进行计算，并按计算结果向喷油器发出电脉冲，通过改变每个电脉冲的宽度来控制各喷油器每次喷油的持续时间，从而达到控制喷油量的目的。电脉冲的宽度越大，喷油持续时间越长，喷油量也越大。
12.汽油机电控系统常将什么作为其控制目标?
答：喷油时刻和喷油量。
13.电控系统的开、闭环控制各是指什么?
答：开环控制系统是指不将控制的结果反馈回来影响当前控制的系统。闭环控制是指作为被控的输出以一定方式返回到作为控制的输入端，并对输入端施加控制影响的一种控制关系。发动机电喷系统的闭环控制是一个实时的氧传感器、计算机和燃油量控制装置三者之间闭合的三角关系。
14.试说明汽油机燃烧室设计的一般要求。
答：1）结构紧凑。2）具有良好的充气性能。3）火花塞位置安排得当。4）要产生适当的气体流动。5）适当冷却末端混合气。
15.比较汽油机几种典型燃烧室的优缺点及使用场合。
答：1）楔型燃烧室。楔形燃烧室侧剖面为楔型，结构较紧凑，火焰传播距离较短；燃烧室气门直径较大，充气性能较好；楔形燃烧室的火花塞布置在楔形高处，对着进、排气门之间，有利于新鲜混合气扫除火花塞附近的废气；混合气过分集中在火花塞处，使得初期燃烧速度大，工作粗暴，NOx 排出量较高。由于挤气面积内的熄火现象，废气中HC 的含量亦较多。
2）浴盆型燃烧室。浴盆形燃烧室的特点是有一定的挤气面积，但挤流效果差；火焰传播距离较长，燃烧速度较低，燃烧时间长，经济性、动力性不高，HC 排量多。但NOx 的排量较少，工艺性好。
3）半球型燃烧室。半球形燃烧窒结构紧凑，火焰传播距离也是最短的。气门直径较大，气道转弯较小，充气效率高，且对转速变化不敏感。有较好的动力性和经济性，HC 排放量低。缺点是由于火花塞附近有较大容积，使燃烧速率大，压力升高率大，工作粗暴。NOx 排放较多。
16.在汽油机上燃烧均质稀混合气有什么优点，它所面临的主要困难是什么?目前解决的途径有哪些?
答：优点：混合气均匀，燃烧较完全。对燃油共给及喷射系统没特别高的要求。困难：1）为防止爆燃
汽车着火采用较低压缩比导致热效率较低。2）浓混合气的比热容比低导致热效率低。3）只能用进气管节流方式对混合气量进行调节即所谓量调节使得泵气损失较大。4）在化学剂量比附近燃烧，导致有害排放特别是NOx 排放较高。5）用三元催化转换器的汽油机，它的过量空气系数фa必须控制在1左右，从而限制其性能进一步提高。
17.分析过量空气系数和点火提前角对燃烧过程的影响。
答：当a=0.8-0.9时，由于燃烧温度最高，火焰传播速度最大，Pe达最大值，但爆燃倾向增大。当a=1.03-1.1时，由于燃烧完全，有效燃油消耗率最低，使用a<1的浓混合气工作，由于必然会产生不完全燃烧，所以CO排放量明显上升，当a<0.8或a>1.2时，火焰速度缓慢，部分燃料可能来不及完全燃烧，因而经济性差，HC排放量增多且工作不稳定。点火过迟，则燃烧延长到膨胀过程，燃烧最高压力和温度下降，传热损失增多，排气温度升高，热效率降低，但爆燃倾向减小，NOx升高，功率、排放量降低。点火提前角对汽油机的经济性影响较大。据统计，如果点火提前角偏离最佳位置5°曲轴转角热效率下降1%；偏离转角10°曲轴转角，热效率下降5%；偏离20°曲轴转角，热效率下降16%。
18.何谓稀薄燃烧、分层燃烧?稀薄燃烧、分层燃烧对汽油机有何益处?
答：稀燃系统就是均质预混合气燃烧，通过采用改进燃烧室、高湍流、高能点火等技术使汽油机的稳定燃烧界限超过α=17的系统；分层燃烧系统就是在α更大的情况下，均质混合气难以点燃，为了提高稀燃
界限，通过不同的气流运动和供油方法，在火花塞附近形成具有良好着火条件的较浓的可燃混合气，而周边是较稀混合气和空气，分层燃烧低汽油机可稳定工作在α=20～25范围内。好处：使燃油消耗率降低，且提高排放性能。