面积，加速吸热和气化过程，对燃烧放热规律和着火点位置都有重要影响。

6-8 实际柴油机为液滴群着火，其初期着火点在何处？液滴群的两个阶段燃烧指的是什

么？属于何种类型燃烧？各有何特点？ 解：柴油机的初期着火点一般在油束核心与外缘之间混合气浓度适当的地方。两阶段燃烧指先发生预混合燃烧，在着火前部分液滴蒸发形成可燃混合气，这部分混合气的燃烧属于预混合燃烧；后发生扩散燃烧，较大的液滴一边蒸发一边燃烧，这部分液滴的燃烧属于扩散燃烧。两阶段燃烧的特点参照预混合燃烧与扩散燃烧的特点。

6-9 什么是燃烧放热率？它需要已知和测试哪些数据才能计算获得？

解：1kmol混合气在单位曲轴转角或单位时间的燃烧放热量称为燃烧放热速率。一般情况为，为了计算燃烧放热率，需要测得p??示功图、比热容比以及壁面传热情况（传热系数、燃烧室壁表面积、燃烧室壁面温度）等数据，然后按照（6-27）式进行计算。

6-10 由式（6-7）和式（6-8）给出的燃烧速率与式（6-27）的是否相同？其原理有何不同？

实际计算时分别需要测量哪些参数？

解：由式6-7和6-8表示的燃烧速率公式与式6-27的不同。不同之处在于：

式6-7和6-8只适用于火花塞点火，有火焰传播过程且能分辨出火焰前锋面的发动机。而对柴油机的喷雾扩散燃烧，较难定义火焰前锋面，则不适用。而式6-27则是对能量守恒定律的具体描述，具有普适性。

如通过式6-7和6-8计算燃烧速率，需测量火焰传播速度、火焰前锋面积、混合气浓度等

如通过式6-27计算燃烧速率，则需测量缸内压力，计算工质绝热指数，以及工质向缸壁的传热系数等。

6-11 试推导放热速率的计算公式（式（6-27））。

解：假设工质为n mol，忽略燃烧过程n的变化，并认为缸内每一时刻的状态处处相等。有热力学第一定律：

dQBdQdQw?? d?d?d?dQdUdW?? d?d?d?d(cT)dU?nv d?d?(1)

(2)

(3)

cv?R ??1pV nR(4)

T?(5)

由(3)、(4)、(5)三式得

41

dUd?pV?1?dVdp?pVd???p?V? ????d?d????1???1?d?d?????1?2d?dWdV?p d?d?由(2)、(6)、(7)三式得

(6)

(7)

dQ1?dVdp?pVd???p?V? ??d???1?d?d?????1?2d?dQw??tFw?T?Tw? d?由(1)、(8)、(9)三式得

(8)

(9)

dQB?1?dVdp?pVd??＝??V???tFw?T?Tw???p??2d??d?d?????1?d?????1??

6-12 一台转速为1200r/min的汽油机的缸径是102mm，火花塞距气缸中心线的偏置为

6mm。火花塞在上止点前20°CA开始点火，经过6.5°CA后开始进入火焰传播阶段，平均火焰速度为15.8m/s。计算：

（1）火焰开始传播后燃烧过程所经历的时间（即火焰前锋面到达最远的气缸壁面所需的时间）（单位s）；

（2）燃烧过程结束时所对应的曲轴转角。 解：（1）

?102??6??10?3?l2?t????0.0036v15.8s

（2）

???20?6.5?360nt??13.5?6?1200?0.0036?12.4260

即燃烧终点对应于12.42°CA ATDC。

6-13 某一四缸排量2.8L柴油机的喷油器喷孔为4油机的喷油器，在转速为1400r/min以

及有效平均压力为0.75MPa工况时，有效燃油消耗率为220g/(kw·h)，该工况下喷油时的气缸压力为2.5MPa。试计算喷油压力分别为50、90、130MPa时的喷雾分裂距离和分裂时间，以及喷油后20以及喷时的贯穿距离、喷雾锥角、Sauter粒径；并分析喷油压力对喷雾特性的影响。假设在此工况条件下，柴油密度为850kg/m3，空气密度为11.85 kg/m3，空气粘度为3.56度10-5kg/m·s。 解：已知：

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?2?pj?pc??Lp?0.39??t?f??

1/2?p?p?Lp?2.95?jc???a?1/4?d0t?1/21/2

tb?28.65???p?p??ajc?fd0

0.252??pj?pc??ad0???0.05??2???a??

SMD?23.9?pj?pc??0.135?a0.121gb0.131

根据上述公式可计算分裂距离、分裂时间，以及喷油后20 °CA的贯穿距、喷雾锥角、

Sauter粒径。pj、?f、pc、?a、d0、?a等参数已知，需求每个喷孔每循环喷油量gba及20 °CA所对应的时间ts。

inVspmeBbePe30??beVspme?220?0.7?0.75?0.009436gba???4ininj?f4?30in?f120in?f3600??f3600?4?0.85be3

cm

=9.436 mm3

gba?4?B2in??be60?8in?f???finVspmebVp?esme30?14400?f220?0.7?0.75?9.436?10?6m3?9.436mm314400?850ts?60?20???0.002381s=2.381 ms

360n6n6?1400?则所求数据如下表所示： Lp (m) 0.026766 0.026766 0.026766 tb (ms) 0.205289893 0.151255211 0.125302368 Ls (m) 0.091088 0.106118 0.116591

??(°) 18.25421 21.26628 23.36507 SMD (um) 25.68393 23.6507 22.4787 50 Mpa 90 Mpa 130 Mpa 第七章

7-1 柴油机燃烧初期的预混合燃烧阶段与汽油机的预混合燃烧有何异同？

解：同：都是燃烧开始前油气先混合的燃烧过程。

异：柴油机的预混相比于汽油机不够均匀，且柴油机的燃烧过程是多点自燃，而汽油机则是火花点火，火焰传播的过程。

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7-2 柴油机燃烧过程滞燃期包括哪些物理和化学过程？与低温多阶段着火过程是什么关系？

解：物理过程：雾化、蒸发、扩散和与空气混合等。化学过程：低温多阶段着火。

7-3 试述直喷式柴油机喷油规律、混合气形成速率（气流与喷雾）和燃烧放热规律之间的相互关系？并由此说明控制柴油机放热规律的主要手段有哪些 ? 解：柴油机喷油规律会影响混合气的形成速率。一般初期喷油快且喷油压力高的预混合气的量就多。混合气形成速率影响燃烧放热规律，燃烧开始前形成混合气的速率越快，初期放热率就越高。燃烧过程中混合气的形成速率决定了放热持续期的长短，混合快的放热时间短。

7-4 直喷式柴油机燃烧中为什么会出现“双峰”放热现象？若喷油规律相同，“双峰”形状随柴油机负荷不同会怎样变化？为什么？

解：dQB/dφ曲线的双峰，第一个峰对应速燃期的预混合燃烧阶段，而第二个峰则对应缓燃期的扩散燃烧阶段。

负荷变化会引起形状的变化，小负荷时，第二个峰不明显，因为负荷小时，扩散燃烧阶段的放热量减少。

7-5 随喷油时刻推迟，直喷式柴油机压升率峰值和放热速率峰值一般会怎样变化？并解释为什么？是否会出现两者相位明显不同的情况？

解：压升率下降，放热率峰值下降。喷油推迟，滞燃期变短，燃烧开始前喷入的燃料变少，预混燃烧变弱。可能会产生。

7-6 分析泵-管-嘴式柴油机的几何供油规律和实际喷油规律的主要差别；说明形成这些差别的主要原因是什么。

解：供油规律早于喷油，供油最高速率要大于喷油最高速率。喷油时间大于供油时间，且喷油量小于供油量。

燃油的可压缩性；压力波的传播滞后；压力波动；高压容积变化。

7-7 比较柴油机空间雾化混合方式与壁面油膜混合方式的原理差异；简述促进空间雾化混合的基本原则。

解：空间雾化将燃油喷射到空间进行雾化，通过燃油与空气的相对运动和扩散，在空间形成可燃混合气。因此混合能量主要来源于喷油射束，空气被动参与混合，油找气的方式。混合一般不够均匀。壁面油膜蒸发混合方式在燃烧室壁面上形成很薄的薄膜，在强烈涡流作用下，油膜边蒸发变燃烧。

采用多空高压喷油，合理组织涡流。

7-8 柴油机燃烧室中形成可燃混合气时一般会利用哪几种气流形式？如何产生和控制这些气流运动？

解：进气涡流，压缩涡流，挤流和逆挤流，湍流。

进气涡流：通过设计进气道的形状产生进气涡流。通过改变流通面积和角度来改变强度。压缩涡流：涡流式燃烧室压缩过程中通过主副燃烧室间气道产生，通过气道的流通面积改变强度。挤流和逆挤流：压缩过程气缸内空气挤入燃烧室凹坑中产生，膨胀过程又从凹坑回到气缸。主要取决于凹坑喉口直径和活塞直径之比以及顶隙大小。湍流：伴随大尺度涡流

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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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