1、发动机原理 习题第一章 发动机工作循环及性能指标1说明提高压缩比可以提高发动机热效率和功率的原因。答：由混合加热循环热效率公式： 知提高压缩比可以提高发动机热效率。2 为什么汽油机的压缩比不宜过高？答：汽油机压缩比的增加受到结够强度、机械效率和燃烧条件的限制。1、增高将 Pz 使急剧上升，对承载零件的强度要求更高，增加发动机的质量，降低发动机的使用寿命和可靠性2、增高导致运动摩擦副之间的摩擦力增加，及运动件惯性力的增大，从而导致机械效率下降3、增高导致压缩终点的压力和温度升高，易使汽油机产生不正常燃烧即爆震3做出四冲程非增压柴油机理想循环和实际循环 p-V 图，并标明各项损失。4何为指示指标？
2、何为有效指标？答：指示指标：以工质在气缸内对活塞做功为基础，评价工作循环的质量。有效指标：以曲轴上得到的净功率为基础，评价整机性能。5 发动机机械损失有哪几部分组成？答： 发动机机械损由摩擦损失、驱动附件损失、泵气损失组成。6 写出机械效率的定义式，并分析影响机械效率的因素。影响机械效率的因素：1、转速 m 与 n 似呈二次方关系，随 n 增大而迅速下降；2、负荷 负荷时，发动机燃烧剧烈程度，平均指示压力；而由于转速不变，平均机械损失压力基本保持不变。则由 ，机械效率下降 当发动机怠速运转时 ，机械效率=0；3、润滑油品质和冷却水温度 冷却水、润滑油温度通过润滑油粘度间接影响润滑效果。7 试述
3、机械损失的测定方法。机械损失的测试方法只有通过实际内燃机的试验来测定。)1()(1kktimp1imiieimpNp1常用的方法有：倒拖法灭缸法、油耗线法和示功图法。（1）倒拖法步骤：1.让内燃机在给定工况下稳定运转，是冷却水和机油温度达到给定值；2.切断燃油供应或停止点火，同时将电力测功器转换为电动机，以原给定速度倒拖内燃机空转，并尽可能使冷却水、机油温度保持不变。此方法规定优先采用，且不能用于增压发动机。（2）灭缸法此方法仅适用于多缸内燃机（非增压柴油机）步骤：1.将内燃机调整到给定工矿稳定运转，测出其有效功率 Pe。2.停止向一个气缸供油（或点火)3.同理，依次使各缸熄火，测得熄火后内燃
4、机的有效功率 Pe2，Pe3，由此可得整机的指示功率为： Pi=Pi1+Pi2+=iPe-Pe(1)+Pe(2)+（3）油耗线法：保证内燃机转速不变，逐渐改变柴油机供油齿条的位置，测出每小时耗油量 GT 随负荷Pe 变化的关系，绘制成曲线，称为负荷特性曲线，由此测得机械损失，此方法只是用于柴油机。（4）示功图法：根据示功图测算出机械损失。8 试述过量空气系数、空燃比和分子变更系数的定义。过量空气系数：燃烧 1Kg 燃料实际提供的空气量 L 与理论上所需要的空气量 Lo 之比称为过量空气系数。空燃比 A/F：与过量空气系数相似，也用空气量与燃料量的比值来描述混合气的浓度，成为空燃比。分子变更系数
5、：理论分子变更系数：燃烧后工质摩尔数 M2 与燃烧前工质的摩尔数 M1 之比。实际分子变更系数:考虑残余废气后，燃烧后的工质摩尔数 M2与燃烧前工质摩尔数M1之比。9 简述汽油机和柴油机的着火和燃烧方式。汽油机：分两个阶段:火焰核心的形成和火焰的传播。气着火浓度范围为：（阿尔法）=0.51.3，火花塞跳火之后，靠火花塞提供能量，不仅是局部混合气温度进一步升高，而且引起火花塞附近的混合气电离，形成火化中心，促使支链反应加速，形成火焰核心。火焰核心形成之后，燃烧过程实质上就是火焰在预混气体中传播过程。柴油机：依靠喷射的方法，将燃油直接是喷入压缩升温后的工质，在缸内形成可燃性气体，依靠压缩后的高温自
6、燃点火，柴油机的燃烧属于喷雾双相燃烧，也有微油滴群的油滴扩散燃烧。10 已知：某汽油机的气缸数目 i = 6，冲程数 t = 4，气缸直径 D = 100 mm，冲程 S = 115 mm，转速 n = 3000 r/min，有效功率 Ne = 100 kW，每小时耗油量 Gt = 37 kg/h，燃料低热值 hu = 44100 kJ/kg，机械效率 hm = 0.83。求：平均有效压力，有效扭矩，有效燃料消耗率，有效热效率，升功率，机械损失功率，平均机械损失压力，指示功率，平均指示压力，指示燃料消耗率，指示热效率。解：平均有效压力：Pe=30Ne*t/（Vn*i*10 -3）=738kPa
7、有效扭矩： Me=9550*Ne*10 3/n=318.4Nm有效燃油消耗率：ge=G T/Ne*103=370 g/（KNh）有效热效率：e=We/Q1=Wi*hm/Q1=3.6/（ge*hu）*10 6=0.22升功率：P1=Ne/(Vn*i)=pe*n/（30t）*10 -3=18.45Kw/L机械损失功率 Pm=NiNe，hm=Ne/Ni Pm=20.48Kw平均机械损失压力 pm=pipe=151.2kPa指示功率：Pi=Ne/hm=120.48Kw平均指示压力：pi=30tPi/(Vn*i*n)*10 3=889.14kPa指示燃油消耗率：gi=G T/Pi*103=307.1g/
8、(KNh)指示热效率：i=3.6/（gi*hu）*10 6=0.27第二章 发动机的换气过程1什么是充气效率？怎样确定一台发动机的充气效率？答：如果把每循环吸入汽缸的工质换算成进口状态（Pa、Ta）下的体积 V1,则 V1 值一定比活塞排量 Vh 小，两者的比值定义为充气效率，即： v=G1/Gsh=M1/Msh=V1/Vh充气效率是评价内燃机实际换气过程完善程度的重要参数，充气效率 v值高，说明每循环进入一定汽缸容积的充气量越多，内燃机的功率和转矩大，动力性好。实际内燃机充气效率可用实验方法直接测定。对于非增压内燃机，可视燃烧室没有扫气，用流量计来实测内燃机吸入的总充气量 V（m 3/h）
9、。而理论充气量 Vsh可由下式算出： Vsh=0.03inVh由此可得实验测定的充气效率值为 v=V/Vsh2试根据充气效率的分析式，说明提高充气效率的措施。答：由式 知提高进气终了压力 ，适当减少进气终了温度 可提rTpav10 apaT高充气效率。3影响充气效率的因素有哪些？是如何影响的？答：1.进气终了压力 Pa：Pa 值越大，v 越大；2.进气终了温度 Ta：Ta 上升，v 下降；3.压缩比 与残余废气系数 ： 增加，v 略有上升， 增加，v 下降；4.配气定时：合理的配气定时可使 v 增大；5.进气状态：进气温度 Ts 升高，v 增加，进气压力 Ps 下降，Pa 随之下降，且 Pa/
10、Ps的比值基本不变，对 v 影响不大。4汽车由平原行驶高原地区，发动机的功率下降是不是由于充气效率下降所致？为什么？ 答：不是，进气压力 Ps 下降，Pa 随之下降，且 Pa/Ps 的比值基本不变，对 v 影响不大。原因是高原地区空气稀薄，进气量减少使发动机的功率下降。5柴油机和汽油机的进气管应如何布置？答：柴油机的进气管应与排气管分置两侧，避免排气管给进气管加热化油器式汽油机进气管应与排气管同置一侧，这样可以改善混合气形成，但是会使充气效率下降电喷汽油机的进气管应与排气管分置两侧，避免排气管给进气管加热6如何利用进气惯性效应和波动效应增大进气量？答：惯性效应：转速升高，气流惯性增大，进气迟闭
11、角应增大。-可变气门正时技术（VVT-i,VTEC)波动效应：转速升高，发动机吸气频率增大，应缩短进气管。-可变进气管长度技术7什么是换气损失，它由哪些部分组成？并作图说明。答：换气损失就是理论循环换气功与实际循环换气功之差 。换气损失由排气损失和进气损失两部分组成。 换气损失功 = X+（Y+W ）排气损失功 Y+W 进气损失功 X 泵气损失功（X+Y-d）图中 X，Y 中间有一条水平虚线，曲线最右边有一条竖直虚线（也就是将 W，d 都封闭起来）第三章 车用发动机的废气涡轮增压1试述增压比、增压度、压气机喘振、涡轮机阻塞的定义。答：增压比：增压比 是指增压后气体压力 P 与增压前气体压力 P
12、o 之比。增压度：增压度 是指发动机在增压后的功率与增压前的功率之比。压气机踹振：在一定转速下，当空气流量减少到低于一定数值时，压气机的工作便开始不稳定，气流发生强烈的脉动，引起整台压气机剧烈振动，甚至导致损坏，同时发出粗暴的踹息声，这种不稳定工况称为踹振。涡轮机阻塞：当涡轮机转速一定，随着膨胀比 Pt*/P2的增大，流量随着增加，当膨胀比增加到某一临界时，流量达到最大值，不再增加，这种现象称为涡轮机的阻塞现象。2 废气涡轮增压对发动机性能有什么影响？答：（一）动力性 ，升功率，经济性 （二）排气污染及噪声 （三）加速性 （四）发动机的低速扭矩偏低 （五）起动性与制动性 （六）热负荷、机械负荷
13、 3什么是恒压系统、脉冲系统？对它们进行比较？答：恒压系统：这种增压系统的特点是涡轮前排气管内压力基本是恒定，它把柴油机所有的排气管都连接于一根排气总管，而排气总管的截面积又尽可能做得大，排气管实际上起到了集气箱的作用，由于集气箱起了稳压作用，因而在排气总管内的压力振荡是较小的。脉冲系统：特点是使排气管中的压力造成尽可能大的压力变动，把涡轮增压器尽量靠近汽缸，把排气管做得短而细，并且几个缸连一根排气管。这样每一根排气管中就形成几个连续的互不干扰的排气脉冲波进入废气涡轮机中，同时把涡轮的喷嘴环，根据排气管的数目分组隔开，使互不干扰。脉冲可利用能量大于恒压系统。脉冲系统有利于扫气。脉冲系统加速性能
14、好。脉冲系统结构复杂、流动损失大。低增压：脉冲系统高增压：恒压系统4高增压系统为什么必须加装中冷器？ 答：将增压器出口的增压空气加以冷却，一方面可以提高充气密度，从而提高柴油机功率，另一方面也可以降低柴油机压缩始点的温度和整个循环的平均温度，从而降低柴油机的热负荷和排气温度。冷却增压空气尽管是降低热负荷的最合理的措施之一，但只有在增压压力较高时才是合适的，低增压时没有必要设置中冷器。第四章 柴油机混合气形成1 简述柴油机混合气形成的两个基本方式和特点。答：1、空间雾化混合 特点： 对燃料喷雾要求高 （采用多孔喷嘴） ，经济性好。 对空气:1 2运动要求不高 初期空间分布燃料多 ，工作粗暴 32
15、、油膜蒸发混合 特点： 对燃料喷雾要求不高 放热先缓后急 ，工作柔和，噪声小 低速 1 2 3性能不好，冷起动困难。 2 简述喷雾特性参数。答：油束射程 L：也称油束的贯穿距离。L 的大小对燃料在燃烧室中的分布有很大的影响。如果燃烧室尺寸小，射程大，就有较多的燃油喷到燃烧室壁上。反之如果 L 过小，则燃料不能很好地分布到燃烧室空间，燃烧室中空气得不到充分利用。因此油束射程必须根据混合气形成方式的不同要求与燃烧室的大小相互配合。 喷雾锥角 ：他与喷油器结构有很大关系。对相同的喷油器结构，一般用 来标志油束的紧密程度， 大说明油束松散， 小说明油束紧密。雾化质量 ： 表示然后喷散雾化程度，一般是指
16、喷雾的细度和均匀度。细度可用油束中的油粒的平均直径来表示。均匀度是指喷注中油粒直径相同的程度，油粒的尺寸差别越小，说明喷雾均匀度越高。3 简述孔式喷嘴和轴针式喷嘴的特点。孔式喷嘴孔数: 15 个， = 0.250.8 mm。雾化好，但易阻塞 轴针式喷嘴 = 13 mm ，雾化差，但有自洁作用，不易阻塞 4 简述产生进气涡流的方法？答：异气屏、切向气道，旋转气道。5 柴油机燃烧过程分为哪几个阶段，绘图分阶段阐述柴油机燃烧过程的进行情况 。答：第 I 阶段 滞燃期，图中的 1-2 段。从喷油开始（点 1）到压力线与纯压缩线的分离点（点 2）止。点 2 视为燃油开始着火点。第 II 阶段 速燃期，图
17、中的 2-3 段。从气缸压力偏离纯压缩线开始急剧上升点 2 起，到最高压力点 3 止。第 III 阶段 缓燃期，图中的 3-4 段。从最高压力点（点3）开始到最高温度点（点 4）止。第 IV 阶段 补燃期，图中 4-5 段。从缓燃期终点（点 4）到 燃油基本燃烧完为止。6 为什么应尽量减少发动机的补燃？答：在高速柴油机中，由于燃油和空气形成混合气时间短，混合不均匀，总有一些燃油不能及时燃烧，要拖到膨胀过程燃烧。由于这部分热量是在活塞远离上止点时放出，故做功的效果很差。同时还会增加传给冷却水的热量，并使排气温度升高，零件热负荷增加，使柴油机经济性和动力性下降，所以应尽量减少发动机的补燃。7 简述
18、影响着火延迟期的各种因素,着火延迟期对柴油机性能的影响。答：影响着火延迟期的因素：1）压缩温度，随着压缩温度上升着火延迟期下降。2）压缩压力，其他条件相同时，燃烧室压力增加，着火延迟期缩短 3)喷油提前角其实是温度压力和反应物焰前反应时间对着火延迟的综合影响。角越大，喷油时缸内温度和压力越低，因而反应速度越慢，反应时间越长。4）转速，影响有双重性，对以时间计的 Ti 随 n 增加而缩短，压缩比 E 越低，n 对 Ti 影响越明显。n 增大后以曲轴转角计的着火延迟期可能增大 5）油品，柴油机中含烷烃量越多，含芳香烃越少，着火延迟期越短。8着火延迟期对柴油机性能的影响：答：1、对平均有效压力和功率
19、的影响：最佳着火延迟期 Tiop，小于其时，找回延迟期过短，最高燃烧压力在上止点前过早出现，使压缩过程中消耗的负功过大，散热损失增加，Pe 下降；大于时，峰值在上止点后过迟出现，燃烧过程推迟，热效率降低，Pe 下降。2、对燃油消耗的影响：U 形3、对烟度和排气温度的影响：过短，预混合燃烧阶段烧掉的燃料量减少，而扩散燃烧阶段燃烧的燃油量增多，后燃增加，烟度升高。对排气温度呈/状， （上升） 。9 什么是喷油泵的速度特性？答：油量调节拉杆位置一定，每循环供油量随转速 n 的变化关系 。10简述柴油机的不正常喷射现象及原因。答：不正常喷射现象:二次喷射 不稳定喷射 穴蚀原因：二次喷射 高压油管残余油
20、压过高，高压油管内压力波引起 。不稳定喷射 喷油系统结构参数匹配不当。穴蚀 高压油管下降过快，高压油路中会产生油的蒸气泡。气泡 11简述柴油机直喷式和分隔式燃烧室特点。答：直喷式：相对散热面积小，无节流损失，经济性好，容易起动压升比高，工作粗暴 ，对喷油系统要求高。分隔式：相对散热面积大，节流损失大，经济性差，不易起动压升比小，工作柔和，排放好，对喷油系统要求低12 简述柴油机电控燃油喷射系统的分类，并说明共轨系统工作原理。答：分类 ：位置控制型和时间控制型工作原理：在这类系统中，燃油在供油泵内增压后先供入燃油分配管，再由燃油分配管分配到各缸喷油器，喷油器直接由 ECU 控制其启闭(P99-p
21、100)（共轨系统没有写）第五章 汽油机混合气形成与燃烧1 汽油机与柴油机相比，在燃烧过程的划分、着火方式、着火延迟期的影响、混合气的形成、机械负荷和热负荷、压缩比、组织缸内气流运动的目的以及燃烧过程的主要问题方面，各有什么不同？汽油机 柴油机燃烧过程的划分 滞燃期-急燃期-补燃期 滞燃期-速燃期-缓燃期-补燃期着火方式 点燃式 压燃式着火延迟期影响 着火延迟期长燃烧充分剧烈 着火延迟期长，工作粗暴混合气的形成 汽缸外部形成 汽缸内形成机械热负荷 中等 大压缩比 小 大组织气流运动 加快燃烧速度 加速混合燃烧过程中的主要问题1、 点火提前角增大爆震增大2、 负荷增大，爆震减小3、 大气压力下降
22、，经济性，动力性下降喷油提前角升高，放热多，工作粗暴2 什么是理想化油器和简单化油器特性。答：理想化油器特性是指在转速一定的情况下，发动机所需求的混合气浓度随负荷而变化的关系。简单化油器特性是指在转速一定的情况下单纯依靠喉管真空度 Pn 决定供油量的特性。3 与化油器式汽油机相比，汽油喷射系统有哪些优点？答：与化油器式汽油机相比，电控汽油喷射系统有以下优点：电控汽油喷射系统易于控制燃油供给量，实现混合气空然比及点火提前角的精确控制，使发动机无论在什么情况下都能处于最佳运行状态。电控汽油喷射系统可以提高发动机功率。由于汽油喷射系统不对进气加热，使得压缩温度较低，不易发生爆震，顾可采用较高的压缩比
23、来改善热效率。电控汽油喷射系统的燃油雾化是由喷油器的特性决定的与发动机转速无关，故起动性能良好。电控汽油喷射系统的自由度大，对动力性、经济性和排放等可以实现多目标控制；因工况变化，海拔高度，温度变化等对供油系统的影响可以非常容易地校正。电控汽油喷射系统具有良好的耐热性能。4 画图说明汽油机燃烧过程分为哪几个时期，并简述各个时期的特点。答： 第阶段：滞燃期（12）第阶段：速燃期（23）第阶段：缓燃期（34）第阶段：补燃期（45）滞燃期从喷油开始到压力线与强压缩线的分高点上，点 1 视为燃油开始着火点速燃期从汽缸压力偏离纯压缩线开始急剧上升，点 2 走到最高 3 止缓燃期从最高压力点 3 开始到最
24、高温度点 4 止补燃期从最高温度点 4 开始到最低压力点 5 燃料基本燃烧完为止。5.什么是爆震燃烧？影响它的因素有哪些？画出爆震时的 P-V 图.爆震是燃烧室中末端混合气在火焰前锋面到达之前发生的自燃，在燃烧室中产生多个火焰中心，引发爆炸式燃烧反应。造成爆震最主要有以下几点原因：一、燃料品质二、末端混合气的压力和温度三、火焰前锋传到末端混合气的时间四、表面点火 （P-V 图无）6.简述使用因素对汽油机爆震燃烧的影响。1.混合气浓度：0.8-0.9 时，缸内燃烧温度最高，火焰传播速度最大，压力等也较高，爆震倾向加大。2.点火提前角过大时，爆震倾向加大，反之亦然。3.转速增加，火焰传播速度增加，
25、爆震倾向减小4.负荷5.大气状况，当大气压低时，汽缸充气量较小，混合气变浓，压缩终了时压力较小，爆震倾向减小。7 什么是表面点火？如何产生？并画早燃时的 P-V 图。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，产生于燃烧室内炽热表面。图（图 4-31 P125）8 说明转速和负荷对点火提前角的影响？答：转速，火焰传播速度 ，t1 减小，爆燃倾向减小。 ；转速，曲轴单位时间内转过的角度 ，最佳点火提前角负荷 缸内 p，T 爆燃趋势 负荷 9 什么是稀薄燃烧？它对汽油机的性能有何影响？答：稀薄燃烧指空燃比大于 25 的混合气燃烧。稀薄燃烧对汽车机的经济性，动
26、力性都有所提高，热负荷降低延长了发动机的寿命。10汽油机的不正常燃烧、不规则燃烧各有哪些？答：不正常燃烧 1 爆震 2 表面点火 不规则燃烧 1 循环间的燃烧变动 2 各缸间的燃烧差异11汽油机的爆震与柴油机的工作粗暴有什么异同？答：两者发生的阶段和气缸内的状况是不同的 柴油机工作粗暴发生在急燃期始点，压升比大，但气缸内压力还是均匀的，而汽油机的爆震发生在急燃期的终点，气缸内有压力波冲击现象，相同点：他们都是自燃的结果。第六章 发动机特性1 什么是内燃机工况？有哪三类典型工况？答：内燃机的实际运行状况成为内燃机的工况。第一类工况称为恒速工况，内燃机在某一恒定转速下工作，负荷发生变化。第二类工况
27、，内燃机功率与转速成一定函数关系第三类工况，内燃机功率与转速之间没有一定的函数关系，功率与转速都独立在很大范围内变化。2 什么是内燃机速度特性、外特性、负荷特性、柴油机调速特性答：1.内燃机速度特性指内燃机油门位置不变时，其性能指标随转速而变化的关系2.外特性值指内燃机油门全开且不变时，其性能指标随转速而变化的关系3 负荷特性是指内燃机转速不变时其经济性指标随负荷而变化的关系4.柴油机调速特性在调速器起作用时，柴油机的性能指标随转速负荷变化的关系。3 试分析汽油机、柴油机负荷特性曲线的变化，并比较其不同特点。答：1、转矩 Me 曲线汽油机：当转速由低速开始上升时，由于 vi 上升，m 下降，M
28、e 有所增加，对应于某一转速时，Me 达到最大值，转速继续升高，由于 vim 同时下降，Me 随转速较快地下降，相对于柴油机而言，me 曲线变化较陡。柴油机：地转速时，me 增加，高转速是，me 下降不明显，曲线变化平缓，甚至有的是一直微微上倾。2、功率 Pe 曲线汽油机：转速从低值增加时，由于 Me 与 n 同时增加，Pe 迅速上升，直到转矩达最高点后，继续提高转速，Pe 上升逐渐缓慢，至某一转速后，Pe 达最大值。转速再升，Pe 下降。柴油机：由于 me 变化平坦，在一定转速范围内，Pe 几乎与 n 成正比增加。3、ge 曲线汽油机：ge 在中间某一转速最低，转速升高或降低，ge 都增大。柴油机：ge 在中间某一转速最低，但整个曲线变化不大。
