1、第一章1、教材图 1-1 和图 1-2 分别示出自然吸气与增压四冲程发动机示功图，请问： 1）各自的动力过程功、泵气过程功指的是图中哪块面积？功的正负如何？ 2）各自的理论泵气功、实际泵气功和泵气损失功指的是图中哪块面积？功的正负如何？ 3）各自的净指示功和总指示功又是由图中哪些面积组成？功的正负如何？ 4）比较自然吸气与增压发动机示功图的差异，并说明原因。 答：1）自然吸气：动力过程功 12W(正)，泵气过程功 32W（负）。增压：动力过程功 （正），泵气过程功 2（正）。2）自然吸气：理论泵气功0 ，实际泵气功 3（负），泵气损失功 32（负）。增压：理论泵气功矩形（阴影部分+ 2）（正）
2、，实际泵气功 2（正）和泵气损失功阴影部分（负）。3）自然吸气：净指示功 1（正），总指示功 13(正)。增压：净指示功 W矩形面积（正），总指示功 2W（正）4）增压发动机与普通发动机在动力循环上的主要差别在于泵气过程功，增压发动机由于有进气增压，其理论泵气功为正，虽然有泵气损失，但泵气过程功仍为正，而自然吸气的泵气过程功是负的，这就是两者在动力循环上的主要区别。2、教材图 1-4 曲轴箱扫气二冲程发动机的示功图两块面积各表示什么含义？说明曲轴箱换气功的形成过程及其正负值判断。 答：二冲程发动机没有单独的进排气冲程，所以（a）图中的面积相当于动力过程功（正），而（b）图中的面积是曲轴箱换气过
3、程的功（负）。曲轴箱换气功是由于活塞背面曲轴箱中的压力p也是变化的，根据循环的方向判断此功为负功。3、为什么有指示指标与有效指标的分别？两种指标各在什么场合使用答：只有与作功有关的指标，才有“有效”与“指示”之分。以工质对活塞作功为计算基准的指标称为指示指标，基于示功图算出，直接反映燃烧和热力循环组织的好坏，用于理论分析和科研；以曲轴输出功为计算基准的指标称为有效指标，由试验测出，直接反映产品最终性能，用于产品开发、生产和使用当中。4、为什么内燃机原理中把平均有效压力 作为一个极重要的性能指标？mep答：平均有效压力是指单位气缸工作容积所作的循环有效功，其量纲是压力的量纲，所以可看作是一个作用
4、于活塞上的假想平均压力，此力作用于活塞时一个冲程之功正好是单缸有效功。 是一种可相对比较的循环有效功指标，可以用来方便的对各种不同机型的做功能力eWmp进行比较，所以把它作为一个极重要的性能指标。5、为什么说活塞平均速度 是比转速 n 更为本质的动力性能指标？mv答：从活塞往复运动做功的物理本质来看，确定功率大小的因素除了“力”以外，还有活塞的平均运动速度 ，它是评定发动机动力性能的速度指标。由于发动机通过曲轴旋转输出动力，mv所以曲轴转速 n 也是一种速度指标。n 和 的转化关系为： 。snvm2发动机标定工况条件下，不同机型允许的最高活塞平均速度受到表面磨损、热负荷、惯性负荷、机械效率等因
5、素的制约，大都处于同一量级，变化不大。由前式我们可以看到， 由冲程 smv和转速 n 两个因素决定。所以低转速、大冲程的大型机和高转速、小冲程的小型高速机，转速差别极大，但实际 差别并不大。所以转速 n 只能作为同一大小机型的速度指标，不能用来mv判断不同机型的“速度”快慢。因此说活塞平均速度 是比转速 n 更为本质的动力性能指标。mv6、试推导以 pme 表示的 Pe 和 Ttq 的计算公式( 标出各参数的量纲，其中 pme 量纲为MPa， Pe 量纲为 kW，Ttq 量纲为 N.m)；并比较同为动力性指标的 Pe 和 Ttq 有何区别；分析在发动机设计参数不变的前提下提高输出功率的途径。
6、解：假设活塞在膨胀做功冲程所作的有效功为 ，则平均有效压力为)eWk，其中 为气缸的工作容积。310emeasWkpMV单位时间内每个气缸的膨胀做功冲程数为 2/min/i603rr则对于 缸的发动机i 3/in/i1/1030m.e e measasrnPkkpMVpMV又因为 2/i/06e tqrkWTN所以 33/in.30/minm1 easetqeas rpMVPTNripMV主要的区别在于在平均有效压力一定的情况下， 与转速成正比，而 与转速无关。ePtqT在设计参数不变的情况下，提高发动机的平均有效压力和转速就可以提高发动机的功率7、为什么说内燃机转速确定后输出功率（转矩）主要
7、取决于循环可燃混合气进气量（汽油机）或循环供油量（柴油机）？而有效燃油消耗率则主要取决于有效效率 ？et答：整机的有效输出功率的参数综合表达式是：（错了，应为 yitac） （式子 1）2()etmbuinPgH(式子 2)02()ustctmcapinGVlRT其中式子 1 和式子 2 可以相互转换，对任何发动机都适用。实际上，式子 1 更适合于柴油机，因为柴油机的循环油量 是一个可以直接测出的值，式子 2 则更适于汽油机。bg从上面的式子可以看出，对柴油机，当内燃机转速以及各个环节的效率确定时，输出功率主要取决于 ，即取决于循环供油量。对汽油机，当内燃机转速以及各个环节的效率确定时，bug
8、H可以理解为循环进入空气量， 可以理解为进入气缸的单位空气量分配到的燃()scpVRT 0()uaHl料热量，二者的乘积既是循环可燃混合气的燃料热量，在混合气的组成不变的情况下，它即取决于循环混合气的进气量。有效燃油消耗率 在使用的燃料不变即 不变的情况下，有效燃油消耗率主要取1etubHuH决于有效效率 。 t8、燃料低热值 和混合气热值 有何异同？决定混合气热值的因素是哪些？hmixh答：燃料低热值 和混合气热值 是指单位燃料或可燃混合气在热标准状态下完全燃烧所释u放的热量，不同点在于燃料低热值 指的是燃料本身的放热量，而混合气热值 中还包含了u mixh其他气体。由公式 可知，决定混合气
9、热值的因素有燃料低热值 ，过量空气系0/(1)umaHl uH数 和单位质量的燃料完全燃烧所需的理论空气量 。a 0l9、内燃机有效效率公式 中， 、 、 各自的物理含义是什么？etctmctm答： 燃烧效率，为化学能通过燃烧转化为热能的百分比， ，其中 为每缸c 1cbuQg1每循环燃烧释放出的热量；循环热效率，为燃烧发出的热量 ，静发动机热力循环转为工质对活塞所作指示t 1Q功 的百分比， ；iW1itQ机械效率，为指示功 减去损失功 之后，转为有效输出功 的百分比，miWmeW。ei10、可燃混合气的浓与稀可以用哪几个指标表示？各指标的意义为何？彼此间如何换算？ (1)、过量空气系数 a
10、设单位质量的燃料完全燃烧所需的理论空气量为 ，而实际供给的空气量为 ，则0l l。燃空当量比：0al1a化学计量比：完全燃烧时空气与燃料的质量比，是无量纲数。即为： :1。0l(2)、空燃比 ：指混合气中空气质量与燃料质量之比。(3)、燃空比 或 ：指混合气中燃料质量与空气质量之比，是空燃比的倒数。1换算： ，0al0al11画图：1）在 p-V 坐标图上画出四冲程增压柴油机的示功图，用箭头注明各过程进行方向，并在曲线上标出进、排气门早开、晚关和着火的五个点。2）在 p-坐标图上对应画出上述示功图的压力变化图（整个循环）和上述对应的五个点。 （注意：图画大一点。各曲线形状及对应关系要定性准确。
11、坐标原点及上、下止点都要标出来。 ）见书P4 。12. 基于 Pe 的综合表达式（ 1-31）分析：1）哪些参数属于质环节参数？哪些参数属于量环节参数？2）由自吸式改为增压式发动机时，式中各种参数怎样变化？能否提高 Pe？ 000 12()()(12()usaetmuctmcasctcaHplinPGVlRTpinVlRT其中 、 、 属于质环节，其余的参数属于量环节。ctm由自吸式改为增压式发动机时 、 、 要增大。et0alc总体考虑：假设每缸每循环消耗的燃料质量为 、则f02()()uetcsaHinPVl02()(uetaHinml2()etufin在 不变的情况下，可以提高效率。f1
12、3、一台四冲程 4 缸火花点火发动机（缸径 D80mm ，冲程 s76.5mm）节气门全开时在台架上的测量结果如下： 发动机转速 5900 r/min，有效转矩 107.1 Nm，平均指示压力 1.19 MPa 计算：1) 循环指示功；2) 指示功率和有效功率；3) 平均有效压力；5) 机械效率；4) 机械损失功率和平均机械损失压力。解：1） 单缸工作容积：22430.8.7653.8104sDVm循环指示功： 641.93.1.576imiWpJkJ2）指示功率： 5990iinPW有效功率： 27.62.16etqT3）平均有效压力： 4418507.855903.8meesp PaMin
13、V4）机械效率： 172.%emiiWP5）机械损失功率： .623.e kW平均机械损失压力： 44081506.3152593.8mmsp PainV14、6135Q -1 四冲程柴油机，冲程 140mm，发动机转速 2200r/min 时的机械效率为0.75，输出功率为 154kW，有效油耗为 217g/kW.h。已知柴油机热值为 42500kJ/kg。求此时的pme、Ttq 、Pm、et 和 Wi 各值。解：由型号 6135Q -1 可知该柴油机的缸径为： ，缸数为：135Dm6i所以单缸的工作容积为：2230.4.014sV单缸循环有效功： 46015.422eeWPkJin平均有效
14、压力：361.70.7mespPaMV有效转矩： 54068.22tqTNmnA循环指示功： 1.7eimkJ所以指示功率： 601.8254iiPWkW机械损失功率： 25ie有效效率：333 .68%0.7410et eueuubBH15、一台四冲程6缸柴油机（缸径102mm ；冲程125mm）在全负荷时的台架测量结果如下： 燃油体积 200 cm3燃油测量时间 21.22 s 燃油密度 0.83 kg/dm3空气体积 5 m3空气测量时间 30.1 s 环境空气压力 0.1 MPa 环境空气温度 300 K 最大有效转矩 424 Nm 发动机转速 2650 r/min 平均摩擦压力 0.
15、1758 MPa 柴油热值 42800 kJ/kg 计算：1) 燃油体积流量和质量流量；2) 空气体积流量和质量流量；3) 有效功率；4) 有效比油耗和有效热效率；5）指示比油耗和指示热效率。解：1）：燃油体积流量： 3201.9.425/cms质量流量： 9.45837g2）：空气体积流量： .6质量流量： .6.1/.10s3）：有效功率： 23.4250417.6eqPnTkw4）：有效比油耗： 78/9./.6eBgsbkhkw摩擦消耗功率：错了：p mm262650.10.54.178023.78smmeinVPpkw 有效热效率： 7.6.38230etPkwBH5）指示比油耗：
16、./19.2/1.ii gsbgkh指示热效率： 76.4.82340emi kw第二章1、为什么对压燃式柴油机是优良的燃料，对点燃式汽油机则是差劣的燃料？综合考虑发动机的动力、经济性和排放要求，理想的汽油和柴油应由何种结构和成分的烃燃料组成？答：对压燃式柴油机是优良的燃料具有C 较多，化学稳定性差，着火温度低，易自燃的特点。而对于汽油来说，要求有较好的抗爆性，较差的自燃性，故不合适。燃烧方式：扩散柴油机；火焰传播汽油机优质汽油主要含 到 ，成分以烷烃（短链），芳烃为主，优质柴油主要含 到 ，成58C 15C2分以链烃（长链），环烷烃，芳烃为主。2、正十六烷与- 甲基萘的十六烷值分别为多少？为
17、什么两者的着火特性有显著差别？ 答：正十六烷的十六烷值是100，-甲基萘的十六烷值是 0。两者诧异的原因是正十六烷是链状排列，而-甲基萘是环状排列，再者正十六烷C与C之间是单键结合，而 -甲基萘是两个苯合并在一起，而且，C原子数越多，化学稳定性差，故-甲基萘（ 11C）比正十六烷（16C）稳定，故不易着火。3、汽油燃料蒸发曲线中，10，50，90点的意义是什么？这与它们在发动机中的性能有何关系？燃烧一种终馏点很高的柴油会出现什么结果？答：1）10，50，90为汽油总量分馏的百分比，曲线中相对应的点分别表示在规定条件下10，50，90汽油蒸发量所对应的温度。2）10：燃料中含有轻馏分的大概数量，
18、反映汽油机的冷起动性。50：燃料的平均蒸发性能，反映汽油机的工作稳定性。90：燃料中的重质馏分含量，反映汽油机燃烧完全性。3）终馏点很高的柴油不易蒸发，不利于完全燃烧，导致排气中的 CO、CO2 及炭烟、微粒等有害物质的增加，对环境的污染大，燃油消耗率增加。4、芳烃和稀烃是理想的高辛烷值汽油组分，为什么在汽油燃油标准中需要限制它们的含量？答：烯烃属于非饱和烃，稳定性差，长期储存容易氧化变质，烯烃还有热不稳定性，导致它易形成胶质，并沉积在进气系统中，影响燃烧效果，增加排放。活泼烯烃蒸发排放到大气中会产生光化学反应，进而引起光化学污染，从而影响汽油质量；芳香烃对接近地面的大气层中有害物质臭氧的形成
19、影响较大，同时芳烃会导致发动机产生沉积物，增加尾气排放，包括CO2。因此在汽油燃油标准中需要限制它们的含量？5、什么是燃油的饱和蒸气压？汽油饱和蒸气压的高或低会对发动机性能带来什么影响？ 答：燃油的饱和蒸气压是指在一定温度下燃油在气态下所能达到的最大压强。燃油的饱和蒸气压越高，其蒸发性能越好，既越容易气化。它直接影响到发动机宜于采用何种混和气形成方式缸外预制均匀混和气，还是缸内燃油高压喷雾混合；它也直接影响低温起动能力及高温下供油管路是否会出现气阻等不正常现象。6、汽油机和柴油机在混合气形成，着火和负荷调节三方面有什么差别和特点。形成这些差异的主要原因是什么？答：混合气形成：汽油机缸外预制均匀
20、混合气柴油机缸内燃油高压喷雾混合着火： 汽油机外源强制点火柴油机喷雾压燃负荷调节： 汽油机变化节气门开度，调节混合气的进气量柴油机改变喷油量形成这些差异的主要原因：汽油和柴油的理化特性的差异（沸点，着火温度） 。汽油沸点低，蒸发性好，燃点高，混和气能点燃的 范围小。柴油沸点高（达 180-360 度） ，蒸发性能差，a燃点低，混和气能点燃的 范围大a7、汽油可以压燃吗？如果可以，汽油压燃有什么优缺点？如果不可以，请说出理由。答：汽油可以压燃。优点：汽油机压燃可以提高压缩比 ，从而提高了过量空气系数 ，降低了残余废a气系数 ，这样就继而提高了燃料的绝热指数 k。所以，从工质角度，汽油压燃可以提高
21、绝r热指数 k；从循环角度，汽油压燃可以提高压缩比 。缺点：汽油的抗爆性很好，自燃性相对较差，所以汽油压燃还需要点燃措施。而且汽油的压缩会不可避免得出现爆震现象。8内燃机工作过程各个阶段中，气缸内的工质成分如何变化？答：进气阶段：有新鲜气体进入气缸，对于汽油机位可燃混合气，对柴油机为纯空气。同时有少量残余废气。压缩阶段：工质成分不发生变化，与进气结束时一样。做功阶段：通过燃烧，燃料与空气生成二氧化碳和水，其余的组分布发生变化。排气阶段：高压的废气从排气门排出，直到进气门打开，开始一轮新的循环。9、什么是比热容 和比热比 ？影响 值大小的因素是什么？Vpc、 答：比热容是热量对温度的导数，即单位
22、质量物质，温度每上升 1K 所需加入的热量。气体有比定容热容 和比定压热容 之分，表示定容和定压加热过程中之值。它们分别是气体比内能 和比焓 的函数， 。 与 之比叫做等熵指数或比热比，uh/,/VpduTchdpcV。/pVc的影响因素包括温度 T 和气体分子的自由度数，真实气体的 和 随温度的升高而增pcV大，导致二者比值，即 减小；对于理想气体，气体分子的自由度数越大， 和 也越大， pc越小。10、单位燃料完全燃烧所需的空气量是如何确定的？ 和 有何区别？0lL解：设 1kg 燃料中的各元素组成为 1chog根据化学平衡得表示 1kg 燃料完全燃烧所需的空气质量，单位（kg） 。0 0
23、18.23chlgl表示 1kg 燃料完全燃烧所需的空气 kmol 数，单位为（kmol ） 。().432oLL11、使燃烧后的分子数大于燃烧前的分子数的主要原因何在？为什么汽油机的分子变化系数 u 比柴油机大？答：主要原因是C燃烧后体积不变，而H燃烧后体积增大，所以燃烧后的分子数大于燃烧前的分子数。汽油机1.071.12 柴油机1.031.06，因为：1、汽油H含量大，燃后体积增大多一些2、柴油机a大，有些空气不参加反应，其前后体积不变12、影响残余废气系数 的主要因素有哪些？为什么汽油机 值一般比柴油机大？而增压柴油机 则很小？ 解答：在无EGR时取决于压缩比，负荷大小及进排气相位等一系
24、列因素。汽油机偏高，由于压缩比偏小，而低负荷时节气门节流又使新鲜空气冲量明显下降。增压柴油机因为进气压力大于排气压力，进气时扫气作用加强，而使废气量减少。13、甲醇的热值比汽油低得多，为什么混合气的热值却与汽油混合气热值相差不多？用甲醇替代汽油经过合理匹配后，其输出功率加大还是减小？为什么？ 解答：虽然两者的低热值相差很多，但是甲醇中含有氧，对于外界氧气的需求量就少，所需的空气量就相应的少很多。所以混和气的热值两者相差很少。用甲醇替代汽油，一方面甲醇的气化潜热比汽油大，进气温度可以降低，这样可以增大充气量。另一方面甲醇的辛烷值高于汽油，即抗爆性能好，这样就可以加大压缩比。可见，经过合理匹配后，
25、输出功率会有一定的提高。14、计算并对比汽油、柴油、天然气、乙醇四种燃料的单位 kJ 发热量对应的 CO2 产生量。为减少 CO2 排放量和改善全球温室效应，应如何选择汽车燃料?解：汽油低热值 ，碳质量分数40/HkJg0.85cg所以汽油产生1 热量时产生 kg的kJ14.857.122co柴油低热值 ，碳质量分数25/ c所以柴油产生1 热量时产生 kg的50.042天然气低热值 ，碳质量分数0/HkJg7cg所以天然气产生 1 热量时产生 kg 的514.5.9122co乙醇低热值 ，碳质量分数27/ 0c所以乙醇产生 1 热量时产生 kg 的kJ 5.7.02综上可知为减少 CO2排放
26、量和改善全球温室效应，应选择天然气为汽车燃料。15、一种燃料由下列组分组成： Hexane(C6H14) 40 wt Octane(C8H18) 30 wt Cyclohexane(C6H12) 25 wt Benzene(C6H6) 5 wt 如果燃料的空燃比是 17，计算燃料的燃空当量比(Equivalence ratio)。 解：设有该燃料 1kg。该燃料中， 原子含量为：C126128126126(0.40.30.50.5).8g kg该燃料中， 原子含量为：H10.5HCgkg所以，1kg 该燃料完全燃烧需要空气量为： 08()14.9.23HOl由题意，燃料的空燃比是 17，因而
27、1kg 该燃料实际燃烧需要空气量为 17kg，所以，燃空当量比(Equivalence ratio)= 0./817al16、计算四冲程火花点火甲醇（CH3OH）发动机完全燃烧时所需空气量和体积混合气热值。假设： 过量空气系数 1.05 混合气压力 0.1 MPa 混合气温度 293 K 甲醇的热值 20260 kJ/kg解：假设甲醇质量为 1kg，则1kg 甲醇完全燃烧所需空气量为： 018()6.4.23CHOlgkg又混和气密度 由气体状态方程式得：m6 3.1.50/98/()9gPPamRTJkK所以体积混和气热值： 301.52() /6.4muuVaHkJl17、计算由甲醇和高级
28、汽油组成的混和燃料燃烧时所需的化学计量比空气量，并确定给定燃料的混和气热值。甲醇占20的体积。假设：过量空气系数 1.1 环境温度 293 K 环境压力 0.1 MPa摩尔重量(kg / kmol) 密度（20C）(kg / dm3) 低热值(kJ / kg) 完全燃烧所需空气量高级汽油 98 0.76 44000 14.5 甲醇 32 0.795 20260 6.46 解：设混合燃料中甲醇和高级汽油的质量分数分别为k1,k2，k2=1-k1=0.7930.795.210.768k混合燃料燃烧所需的化学计量比空气量为 06.4271.509312.8l混合燃料燃烧的低热值为 6uHkJ混合燃料
29、的混合低热值为 0398./1.um gl第三章1、什么是内燃机的循环热效率t？如何利用温熵（TS）图上的循环曲线来计算循环热效率？ 答：单独把内燃机的压缩、燃烧膨胀的动力过程看作一个燃烧热量由外部加入，在膨胀到下止点后，工质向外等容放热又回到压缩始点的封闭循环。每循环系统输出的功量 所占循环加tW热量 的百分比即为循环热效率 。1Qt如下示温熵图中所示，沿 正方向（箭头1方向）进行的过程是向系统加热的过程，加热S量 ，以图上的面积表示。而反 方向（箭头2方向）进行的过程，是系统向外1DCTdS S散热的过程，散热量 ,以剖面线/的面积表示。于是，两个面积相减即封闭曲线2CDTd所包围的环积分
30、面积 就是每循环中系统与外界交换的热量 。而每循环系统A12Q输出的功量 是与外界交换热量 转换而得，即 。所以由 定义有：tWQ12Wt11/tt（注：以上各热量 、 、 为正时，均表示向系统加热；为负时则是向外界散热）122、内燃机的理论循环与真实循环有何差别？三种内燃机的基本理论循环本身又有何差别？真实汽油机和柴油机接近何种理论循环？ 答：1）理论循环和真实循环的差别理论循环（Theoretical Cycle）工质理想气体（空气），物性参数(比热容, k)为常数，不随温度变化循环理想循环：封闭热力循环：系统加热燃烧放热；系统放热气体交换（进排气）特殊热力过程：绝热压缩和膨胀；等容或等压放热和吸热真实循环（Real Cycle）工质真实工质循环真实循环总结：由于以上在工质和循环方面的差别，使得:理论循环t-真实循环t=10 20百分点两者之间的差别指出了改善内燃机t的基本原则。2）三种理论循环的差别理论循环根据加热过程的区别分为以下三类：a、等容加热等容循环（Otto循环）b、等压加热等压循环（Diesel循环）c、混合（等容等压）加热混合循环（Sabathe/Seiliger循环3）真实汽油机和柴油机的循环最接近理论循环中的混合加热循环。3、相同压缩比、比热比k和循环加热量Q1时，三种基本理论循环的热效率t哪个大？哪个小？利用TS图加以证明。
