清華大學(xué)發(fā)動機(jī)原理思考題答案第一至四及十章十一章僅供參考.doc

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1、第一章 1、教材圖1-1和圖1-2分別示出自然吸氣與增壓四沖程發(fā)動機(jī)示功圖，請問： 1）各自的動力過程功、泵氣過程功指的是圖中哪塊面積？功的正負(fù)如何？ 2）各自的理論泵氣功、實(shí)際泵氣功和泵氣損失功指的是圖中哪塊面積？功的正負(fù)如何？ 3）各自的凈指示功和總指示功又是由圖中哪些面積組成？功的正負(fù)如何？ 4）比較自然吸氣與增壓發(fā)動機(jī)示功圖的差異，并說明原因。 答： 1）自然吸氣：動力過程功(正)，泵氣過程功（負(fù)）。 增壓：動力過程功（正），泵氣過程功（正）。 2）自然吸氣：理論泵氣功0，實(shí)際泵氣功（負(fù)），泵氣損失功（負(fù)）。 增壓：理論泵氣功矩形（陰影部分+）（正），實(shí)

2、際泵氣功（正）和泵氣損失功陰影部分（負(fù)）。 3）自然吸氣：凈指示功（正），總指示功(正)。 增壓：凈指示功矩形面積（正），總指示功（正） 4）增壓發(fā)動機(jī)與普通發(fā)動機(jī)在動力循環(huán)上的主要差別在于泵氣過程功，增壓發(fā)動機(jī)由于有進(jìn)氣增壓，其理論泵氣功為正，雖然有泵氣損失，但泵氣過程功仍為正，而自然吸氣的泵氣過程功是負(fù)的，這就是兩者在動力循環(huán)上的主要區(qū)別。 2、教材圖1-4曲軸箱掃氣二沖程發(fā)動機(jī)的示功圖兩塊面積各表示什么含義？說明曲軸箱換氣功的形成過程及其正負(fù)值判斷。 答：二沖程發(fā)動機(jī)沒有單獨(dú)的進(jìn)排氣沖程，所以（a）圖中的面積相當(dāng)于動力過程功（正），而（b）圖中的面積是曲軸箱換氣過程的功（負(fù)

3、）。 曲軸箱換氣功是由于活塞背面曲軸箱中的壓力p也是變化的，根據(jù)循環(huán)的方向判斷此功為負(fù)功。 3、為什么有指示指標(biāo)與有效指標(biāo)的分別？兩種指標(biāo)各在什么場合使用 答：只有與作功有關(guān)的指標(biāo)，才有“有效”與“指示”之分。以工質(zhì)對活塞作功為計算基準(zhǔn)的指標(biāo)稱為指示指標(biāo)，基于示功圖算出，直接反映燃燒和熱力循環(huán)組織的好壞，用于理論分析和科研；以曲軸輸出功為計算基準(zhǔn)的指標(biāo)稱為有效指標(biāo)，由試驗(yàn)測出，直接反映產(chǎn)品最終性能，用于產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)和使用當(dāng)中。 4、為什么內(nèi)燃機(jī)原理中把平均有效壓力作為一個極重要的性能指標(biāo)？ 答：平均有效壓力是指單位氣缸工作容積所作的循環(huán)有效功，其量綱是壓力的量綱，所以可看作是一個作

4、用于活塞上的假想平均壓力，此力作用于活塞時一個沖程之功正好是單缸有效功。是一種可相對比較的循環(huán)有效功指標(biāo)，可以用來方便的對各種不同機(jī)型的做功能力進(jìn)行比較，所以把它作為一個極重要的性能指標(biāo)。 5、為什么說活塞平均速度是比轉(zhuǎn)速n更為本質(zhì)的動力性能指標(biāo)？ 答：從活塞往復(fù)運(yùn)動做功的物理本質(zhì)來看，確定功率大小的因素除了“力”以外，還有活塞的平均運(yùn)動速度，它是評定發(fā)動機(jī)動力性能的速度指標(biāo)。由于發(fā)動機(jī)通過曲軸旋轉(zhuǎn)輸出動力，所以曲軸轉(zhuǎn)速n也是一種速度指標(biāo)。n和的轉(zhuǎn)化關(guān)系為：。 發(fā)動機(jī)標(biāo)定工況條件下，不同機(jī)型允許的最高活塞平均速度受到表面磨損、熱負(fù)荷、慣性負(fù)荷、機(jī)械效率等因素的制約，大都處于同一量級，

5、變化不大。由前式我們可以看到，由沖程s和轉(zhuǎn)速n兩個因素決定。所以低轉(zhuǎn)速、大沖程的大型機(jī)和高轉(zhuǎn)速、小沖程的小型高速機(jī)，轉(zhuǎn)速差別極大，但實(shí)際差別并不大。所以轉(zhuǎn)速n只能作為同一大小機(jī)型的速度指標(biāo)，不能用來判斷不同機(jī)型的“速度”快慢。因此說活塞平均速度是比轉(zhuǎn)速n更為本質(zhì)的動力性能指標(biāo)。 6、試推導(dǎo)以pme表示的Pe和Ttq的計算公式(標(biāo)出各參數(shù)的量綱，其中pme量綱為MPa，Pe量綱為kW，Ttq量綱為N.m)；并比較同為動力性指標(biāo)的Pe和Ttq有何區(qū)別；分析在發(fā)動機(jī)設(shè)計參數(shù)不變的前提下提高輸出功率的途徑。 解：假設(shè)活塞在膨脹做功沖程所作的有效功為，則平均有效壓力為 ，其中為氣缸的工作容積。

6、 單位時間內(nèi)每個氣缸的膨脹做功沖程數(shù)為 則對于缸的發(fā)動機(jī) 又因?yàn)? 所以 主要的區(qū)別在于在平均有效壓力一定的情況下，與轉(zhuǎn)速成正比，而與轉(zhuǎn)速無關(guān)。 在設(shè)計參數(shù)不變的情況下，提高發(fā)動機(jī)的平均有效壓力和轉(zhuǎn)速就可以提高發(fā)動機(jī)的功率 7、為什么說內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速確定后輸出功率（轉(zhuǎn)矩）主要取決于循環(huán)可燃混合氣進(jìn)氣量（汽油機(jī)）或循環(huán)供油量（柴油機(jī)）？而有效燃油消耗率則主要取決于有效效率？ 答：整機(jī)的有效輸出功率的參數(shù)綜合表達(dá)式是： （錯了，應(yīng)為yitac） （式子1） (式子2) 其中式子1和式子2可以相互轉(zhuǎn)換，

7、對任何發(fā)動機(jī)都適用。實(shí)際上，式子1更適合于柴油機(jī)，因?yàn)椴裼蜋C(jī)的循環(huán)油量是一個可以直接測出的值，式子2則更適于汽油機(jī)。 從上面的式子可以看出，對柴油機(jī)，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速以及各個環(huán)節(jié)的效率確定時，輸出功率主要取決于，即取決于循環(huán)供油量。對汽油機(jī)，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速以及各個環(huán)節(jié)的效率確定時，可以理解為循環(huán)進(jìn)入空氣量，可以理解為進(jìn)入氣缸的單位空氣量分配到的燃料熱量，二者的乘積既是循環(huán)可燃混合氣的燃料熱量，在混合氣的組成不變的情況下，它即取決于循環(huán)混合氣的進(jìn)氣量。 有效燃油消耗率 在使用的燃料不變即不變的情況下，有效燃油消耗率主要取決于有效效率。 8、燃料低熱值和混合氣熱值有何異同？決定混合氣熱值的因素是

8、哪些？ 答：燃料低熱值和混合氣熱值是指單位燃料或可燃混合氣在熱標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下完全燃燒所釋放的熱量，不同點(diǎn)在于燃料低熱值指的是燃料本身的放熱量，而混合氣熱值中還包含了其他氣體。 由公式可知，決定混合氣熱值的因素有燃料低熱值，過量空氣系數(shù)和單位質(zhì)量的燃料完全燃燒所需的理論空氣量。 9、內(nèi)燃機(jī)有效效率公式中，、、各自的物理含義是什么？ 答：——燃燒效率，為化學(xué)能通過燃燒轉(zhuǎn)化為熱能的百分比，，其中為每缸每循環(huán)燃燒釋放出的熱量； ——循環(huán)熱效率，為燃燒發(fā)出的熱量，靜發(fā)動機(jī)熱力循環(huán)轉(zhuǎn)為工質(zhì)對活塞所作指示功的百分比，； ——機(jī)械效率，為指示功減去損失功之后，轉(zhuǎn)為有效輸出功的百分比，。 10

9、、可燃混合氣的濃與稀可以用哪幾個指標(biāo)表示？各指標(biāo)的意義為何？彼此間如何換算？ (1)、過量空氣系數(shù) 設(shè)單位質(zhì)量的燃料完全燃燒所需的理論空氣量為，而實(shí)際供給的空氣量為，則 。燃空當(dāng)量比： 化學(xué)計量比：完全燃燒時空氣與燃料的質(zhì)量比，是無量綱數(shù)。即為：:1。 (2)、空燃比：指混合氣中空氣質(zhì)量與燃料質(zhì)量之比。 (3)、燃空比或：指混合氣中燃料質(zhì)量與空氣質(zhì)量之比，是空燃比的倒數(shù)。 換算：， 11．畫圖：1）在p-V坐標(biāo)圖上畫出四沖程增壓柴油機(jī)的示功圖，用箭頭注明各過程進(jìn)行方向，并在曲線上標(biāo)出進(jìn)、排氣門早開、晚關(guān)和著火的五個點(diǎn)。2）在p-坐標(biāo)圖上對應(yīng)畫出上述示功圖的壓力變化圖（整個循環(huán)

10、）和上述對應(yīng)的五個點(diǎn)。（注意：圖畫大一點(diǎn)。各曲線形狀及對應(yīng)關(guān)系要定性準(zhǔn)確。坐標(biāo)原點(diǎn)及上、下止點(diǎn)都要標(biāo)出來。） 見書P4。 12. 基于Pe的綜合表達(dá)式（1-31）分析：1）哪些參數(shù)屬于質(zhì)環(huán)節(jié)參數(shù)？哪些參數(shù)屬于量環(huán)節(jié)參數(shù)？2）由自吸式改為增壓式發(fā)動機(jī)時，式中各種參數(shù)怎樣變化？能否提高Pe？ 其中、、屬于質(zhì)環(huán)節(jié)，其余的參數(shù)屬于量環(huán)節(jié)。 由自吸式改為增壓式發(fā)動機(jī)時、、要增大。 總體考慮：假設(shè)每缸每循環(huán)消耗的燃料質(zhì)量為、則 在不變的情況下，可以提高效率。 13、一臺四沖程4缸火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)（缸徑D＝80mm，沖程s＝76.5mm）節(jié)氣門全開時在臺架上的測量結(jié)果如下：

11、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速 5900 r/min，有效轉(zhuǎn)矩 107.1 Nm，平均指示壓力 1.19 MPa 計算：1) 循環(huán)指示功；2) 指示功率和有效功率；3) 平均有效壓力；5) 機(jī)械效率；4) 機(jī)械損失功率和平均機(jī)械損失壓力。 解： 1） 單缸工作容積： 循環(huán)指示功： 2）指示功率： 有效功率： 3）平均有效壓力： 4）機(jī)械效率： 5）機(jī)械損失功率： 平均機(jī)械損失壓力： 14、6135Q -1四沖程柴油機(jī)，沖程140mm，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速2200r/min時的機(jī)械效率為0.75，輸出功率為154kW，有效油耗為217g/kW.h。已知柴油機(jī)熱值為42500kJ/kg。求此時的

12、pme、Ttq、Pm、ηet和Wi各值。 解： 由型號6135Q -1可知該柴油機(jī)的缸徑為：，缸數(shù)為： 所以單缸的工作容積為： 單缸循環(huán)有效功： 平均有效壓力： 有效轉(zhuǎn)矩： 循環(huán)指示功： 所以指示功率： 機(jī)械損失功率： 有效效率： 15、一臺四沖程6缸柴油機(jī)（缸徑102mm；沖程125mm）在全負(fù)荷時的臺架測量結(jié)果如下： 燃油體積 200 cm3 燃油測量時間 21.22 s 燃油密度 0.83 kg/dm3 空氣體積 5 m3 空氣測量時間 30.1 s 環(huán)境空氣壓力 0.1 MPa 環(huán)境空氣溫度 300 K 最大有效轉(zhuǎn)矩 424 Nm 發(fā)

13、動機(jī)轉(zhuǎn)速 2650 r/min 平均摩擦壓力 0.1758 MPa 柴油熱值 42800 kJ/kg 計算：1) 燃油體積流量和質(zhì)量流量；2) 空氣體積流量和質(zhì)量流量；3) 有效功率；4) 有效比油耗和有效熱效率；5）指示比油耗和指示熱效率。 解： 1）：燃油體積流量： 質(zhì)量流量： 2）：空氣體積流量： 質(zhì)量流量： 3）：有效功率： 4）：有效比油耗： 摩擦消耗功率：錯了：pmm 有效熱效率： 5）指示比油耗： 指示熱效率： 第二章 1、為什么對壓燃式柴油機(jī)是優(yōu)良的燃料，對點(diǎn)燃式汽油機(jī)則是差劣的燃料？綜合考慮發(fā)動機(jī)的

14、動力、經(jīng)濟(jì)性和排放要求，理想的汽油和柴油應(yīng)由何種結(jié)構(gòu)和成分的烴燃料組成？ 答：對壓燃式柴油機(jī)是優(yōu)良的燃料具有C較多，化學(xué)穩(wěn)定性差，著火溫度低，易自燃的特點(diǎn)。而對于汽油來說，要求有較好的抗爆性，較差的自燃性，故不合適。 燃燒方式：擴(kuò)散——柴油機(jī)；火焰?zhèn)鞑ァ蜋C(jī) 優(yōu)質(zhì)汽油主要含到，成分以烷烴（短鏈），芳烴為主，優(yōu)質(zhì)柴油主要含到，成分以鏈烴（長鏈），環(huán)烷烴，芳烴為主。 2、正十六烷與α-甲基萘的十六烷值分別為多少？為什么兩者的著火特性有顯著差別？ 答：正十六烷的十六烷值是100，α-甲基萘的十六烷值是0。兩者詫異的原因是正十六烷是鏈狀排列，而α-甲基萘是環(huán)狀排列，再者正十六烷C與C之

15、間是單鍵結(jié)合，而α-甲基萘是兩個苯合并在一起，而且，C原子數(shù)越多，化學(xué)穩(wěn)定性差，故α-甲基萘（11C）比正十六烷（16C）穩(wěn)定，故不易著火。 3、汽油燃料蒸發(fā)曲線中，10％，50％，90％點(diǎn)的意義是什么？這與它們在發(fā)動機(jī)中的性能有何關(guān)系？燃燒一種終餾點(diǎn)很高的柴油會出現(xiàn)什么結(jié)果？ 答： 1）10％，50％，90％為汽油總量分餾的百分比，曲線中相對應(yīng)的點(diǎn)分別表示在規(guī)定條件下10％，50％，90％汽油蒸發(fā)量所對應(yīng)的溫度。 2）10％：燃料中含有輕餾分的大概數(shù)量，反映汽油機(jī)的冷起動性。 50％：燃料的平均蒸發(fā)性能，反映汽油機(jī)的工作穩(wěn)定性。 90％：燃料中的重質(zhì)餾分含量，反映汽油機(jī)燃燒完全性

16、。 3）終餾點(diǎn)很高的柴油不易蒸發(fā)，不利于完全燃燒，導(dǎo)致排氣中的CO、CO2及炭煙、微粒等有害物質(zhì)的增加，對環(huán)境的污染大，燃油消耗率增加。 4、芳烴和稀烴是理想的高辛烷值汽油組分，為什么在汽油燃油標(biāo)準(zhǔn)中需要限制它們的含量？ 答：烯烴屬于非飽和烴，穩(wěn)定性差，長期儲存容易氧化變質(zhì)，烯烴還有熱不穩(wěn)定性，導(dǎo)致它易形成膠質(zhì)，并沉積在進(jìn)氣系統(tǒng)中，影響燃燒效果，增加排放?；顫娤N蒸發(fā)排放到大氣中會產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而引起光化學(xué)污染，從而影響汽油質(zhì)量；芳香烴對接近地面的大氣層中有害物質(zhì)臭氧的形成影響較大，同時芳烴會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)產(chǎn)生沉積物，增加尾氣排放，包括CO2。因此在汽油燃油標(biāo)準(zhǔn)中需要限制它們的含量？

17、 5、什么是燃油的飽和蒸氣壓？汽油飽和蒸氣壓的高或低會對發(fā)動機(jī)性能帶來什么影響？ 答：燃油的飽和蒸氣壓是指在一定溫度下燃油在氣態(tài)下所能達(dá)到的最大壓強(qiáng)。燃油的飽和蒸氣壓越高，其蒸發(fā)性能越好，既越容易氣化。它直接影響到發(fā)動機(jī)宜于采用何種混和氣形成方式——缸外預(yù)制均勻混和氣，還是缸內(nèi)燃油高壓噴霧混合；它也直接影響低溫起動能力及高溫下供油管路是否會出現(xiàn)氣阻等不正常現(xiàn)象。 6、汽油機(jī)和柴油機(jī)在混合氣形成，著火和負(fù)荷調(diào)節(jié)三方面有什么差別和特點(diǎn)。形成這些差異的主要原因是什么？ 答：混合氣形成：汽油機(jī)——缸外預(yù)制均勻混合氣 柴油機(jī)——缸內(nèi)燃油高壓噴霧混合 著火： 汽油機(jī)——外

18、源強(qiáng)制點(diǎn)火 柴油機(jī)——噴霧壓燃 負(fù)荷調(diào)節(jié)： 汽油機(jī)——變化節(jié)氣門開度，調(diào)節(jié)混合氣的進(jìn)氣量 柴油機(jī)——改變噴油量 形成這些差異的主要原因：汽油和柴油的理化特性的差異（沸點(diǎn)，著火溫度）。汽油沸點(diǎn)低，蒸發(fā)性好，燃點(diǎn)高，混和氣能點(diǎn)燃的范圍小。柴油沸點(diǎn)高（達(dá)180-360度），蒸發(fā)性能差，燃點(diǎn)低，混和氣能點(diǎn)燃的范圍大 7、汽油可以壓燃嗎？如果可以，汽油壓燃有什么優(yōu)缺點(diǎn)？如果不可以，請說出理由。 答：汽油可以壓燃。 優(yōu)點(diǎn)：汽油機(jī)壓燃可以提高壓縮比ε，從而提高了過量空氣系數(shù)，降低了殘余廢氣系數(shù)，這樣就繼而提高了燃料的絕熱指數(shù)k。所以，從工質(zhì)角度，汽油壓燃可以提高絕熱指數(shù)k；從循環(huán)角度，汽

19、油壓燃可以提高壓縮比ε。 缺點(diǎn)：汽油的抗爆性很好，自燃性相對較差，所以汽油壓燃還需要點(diǎn)燃措施。而且汽油的壓縮會不可避免得出現(xiàn)爆震現(xiàn)象。 8．內(nèi)燃機(jī)工作過程各個階段中，氣缸內(nèi)的工質(zhì)成分如何變化？ 答： 進(jìn)氣階段：有新鮮氣體進(jìn)入氣缸，對于汽油機(jī)位可燃混合氣，對柴油機(jī)為純空氣。同時有少量殘余廢氣。 壓縮階段：工質(zhì)成分不發(fā)生變化，與進(jìn)氣結(jié)束時一樣。 做功階段：通過燃燒，燃料與空氣生成二氧化碳和水，其余的組分布發(fā)生變化。 排氣階段：高壓的廢氣從排氣門排出，直到進(jìn)氣門打開，開始一輪新的循環(huán)。 9、什么是比熱容和比熱比？影響值大小的因素是什么？ 答：比熱容是熱量對溫度的導(dǎo)數(shù)，即單位質(zhì)量

20、物質(zhì)，溫度每上升1K所需加入的熱量。氣體有比定容熱容和比定壓熱容之分，表示定容和定壓加熱過程中之值。它們分別是氣體比內(nèi)能和比焓的函數(shù)，。與之比叫做等熵指數(shù)或比熱比，。 的影響因素包括溫度T和氣體分子的自由度數(shù)，真實(shí)氣體的和隨溫度的升高而增大，導(dǎo)致二者比值，即減??；對于理想氣體，氣體分子的自由度數(shù)越大，和也越大，越小。 10、單位燃料完全燃燒所需的空氣量是如何確定的？和有何區(qū)別？ 解：設(shè)1kg燃料中的各元素組成為 根據(jù)化學(xué)平衡得 表示1kg燃料完全燃燒所需的空氣質(zhì)量，單位（kg）。 表示1kg燃料完全燃燒所需的空氣kmol數(shù)，單位為（kmol）。 11、使燃燒后的分子

21、數(shù)大于燃燒前的分子數(shù)的主要原因何在？為什么汽油機(jī)的分子變化系數(shù)u比柴油機(jī)大？ 答：主要原因是C燃燒后體積不變，而H燃燒后體積增大，所以燃燒后的分子數(shù)大于燃燒前的分子數(shù)。 汽油機(jī)μ＝1.07~1.12 > 柴油機(jī)μ＝1.03~1.06， 因?yàn)椋?、汽油H含量大，燃后體積增大多一些?? 2、柴油機(jī)φa大，有些空氣不參加反應(yīng)，其前后體積不變 12、影響殘余廢氣系數(shù)φγ的主要因素有哪些？為什么汽油機(jī)φγ值一般比柴油機(jī)大？而增壓柴油機(jī)φγ則很小？ 解答：φγ在無EGR時取決于壓縮比，負(fù)荷大小及進(jìn)排氣相位等一系列因素。汽油機(jī)φγ偏高，由于壓縮比偏小，而低負(fù)荷時節(jié)氣門節(jié)流又使新鮮空氣沖量明顯下

22、降。增壓柴油機(jī)因?yàn)檫M(jìn)氣壓力大于排氣壓力，進(jìn)氣時掃氣作用加強(qiáng)，而使廢氣量減少。 13、甲醇的熱值比汽油低得多，為什么混合氣的熱值卻與汽油混合氣熱值相差不多？用甲醇替代汽油經(jīng)過合理匹配后，其輸出功率加大還是減?。繛槭裁?？ 解答：雖然兩者的低熱值相差很多，但是甲醇中含有氧，對于外界氧氣的需求量就少，所需的空氣量就相應(yīng)的少很多。所以混和氣的熱值兩者相差很少。 用甲醇替代汽油，一方面甲醇的氣化潛熱比汽油大，進(jìn)氣溫度可以降低，這樣可以增大充氣量。另一方面甲醇的辛烷值高于汽油，即抗爆性能好，這樣就可以加大壓縮比。可見，經(jīng)過合理匹配后，輸出功率會有一定的提高。 14、計算并對比汽油、柴油、天然氣、乙

23、醇四種燃料的單位kJ發(fā)熱量對應(yīng)的CO2產(chǎn)生量。為減少CO2排放量和改善全球溫室效應(yīng)，應(yīng)如何選擇汽車燃料? 解：汽油低熱值，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù) 所以汽油產(chǎn)生1熱量時產(chǎn)生kg的 柴油低熱值，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù) 所以柴油產(chǎn)生1熱量時產(chǎn)生kg的 天然氣低熱值，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù) 所以天然氣產(chǎn)生1熱量時產(chǎn)生kg的 乙醇低熱值，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù) 所以乙醇產(chǎn)生1熱量時產(chǎn)生kg的 綜上可知為減少CO2排放量和改善全球溫室效應(yīng)，應(yīng)選擇天然氣為汽車燃料。 15、一種燃料由下列組分組成： Hexane(C6H14) 40 wt％ Octane(C8H18) 30 wt％ Cyclohexane(C6H12) 25

24、 wt％ Benzene(C6H6) 5 wt％ 如果燃料的空燃比是17，計算燃料的燃空當(dāng)量比(Equivalence ratio)。 解：設(shè)有該燃料1kg。 該燃料中，原子含量為： 該燃料中，原子含量為： 所以，1kg該燃料完全燃燒需要空氣量為： 由題意，燃料的空燃比是17，因而1kg該燃料實(shí)際燃燒需要空氣量為17kg， 所以， 燃空當(dāng)量比(Equivalence ratio)= 16、計算四沖程火花點(diǎn)火甲醇（CH3OH）發(fā)動機(jī)完全燃燒時所需空氣量和體積混合氣熱值。假設(shè)： 過量空氣系數(shù) 1.05 混合氣壓力 0.1 MPa 混合氣溫度 293

25、 K 甲醇的熱值 20260 kJ/kg 解：假設(shè)甲醇質(zhì)量為1kg，則 1kg甲醇完全燃燒所需空氣量為： 又混和氣密度由氣體狀態(tài)方程式得： 所以體積混和氣熱值： 17、計算由甲醇和高級汽油組成的混和燃料燃燒時所需的化學(xué)計量比空氣量，并確定給定燃料的混和氣熱值。甲醇占20％的體積。假設(shè)： 過量空氣系數(shù) 1.1 環(huán)境溫度 293 K 環(huán)境壓力 0.1 MPa 摩爾重量 (kg / kmol) 密度（20C） (kg / dm3) 低熱值 (kJ / kg) 完全燃燒所需空氣量 高級汽油 98 0.76 44000 14.5

26、 甲醇 32 0.795 20260 6.46 解：設(shè)混合燃料中甲醇和高級汽油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為k1,k2 ，k2=1-k1=0.793 混合燃料燃燒所需的化學(xué)計量比空氣量為 混合燃料燃燒的低熱值為 混合燃料的混合低熱值為 第三章 1、什么是內(nèi)燃機(jī)的循環(huán)熱效率ηt？如何利用溫－熵（T—S）圖上的循環(huán)曲線來計算循環(huán)熱效率？ 答：單獨(dú)把內(nèi)燃機(jī)的壓縮、燃燒膨脹的動力過程看作一個燃燒熱量由外部加入，在膨脹到下止點(diǎn)后，工質(zhì)向外等容放熱又回到壓縮始點(diǎn)的封閉循環(huán)。每循環(huán)系統(tǒng)輸出的功量所占循環(huán)加熱量的百分比即為循環(huán)熱效率。 如下示溫熵圖中所示，沿正方向（箭頭1方向）進(jìn)

27、行的過程是向系統(tǒng)加熱的過程，加熱量，以圖上\\\的面積表示。而反方向（箭頭2方向）進(jìn)行的過程，是系統(tǒng)向外散熱的過程，散熱量,以剖面線///的面積表示。于是，兩個面積相減即封閉曲線所包圍的環(huán)積分面積就是每循環(huán)中系統(tǒng)與外界交換的熱量。而每循環(huán)系統(tǒng)輸出的功量是與外界交換熱量轉(zhuǎn)換而得，即。所以由定義有： （注：以上各熱量、、為正時，均表示向系統(tǒng)加熱；為負(fù)時則是向外界散熱） 2、內(nèi)燃機(jī)的理論循環(huán)與真實(shí)循環(huán)有何差別？三種內(nèi)燃機(jī)的基本理論循環(huán)本身又有何差別？真實(shí)汽油機(jī)和柴油機(jī)接近何種理論循環(huán)？ 答：1）理論循環(huán)和真實(shí)循環(huán)的差別 理論循環(huán)（Theoretical Cycle） 工質(zhì)——理想氣體

28、（空氣），物性參數(shù)(比熱容, k)為常數(shù)，不隨溫度變化 循環(huán)——理想循環(huán)： 封閉熱力循環(huán)：系統(tǒng)加熱→燃燒放熱；系統(tǒng)放熱→氣體交換（進(jìn)排氣） 特殊熱力過程：絕熱壓縮和膨脹；等容或等壓放熱和吸熱 真實(shí)循環(huán)（Real Cycle） 工質(zhì)——真實(shí)工質(zhì) 循環(huán)——真實(shí)循環(huán) 總結(jié)：由于以上在工質(zhì)和循環(huán)方面的差別，使得: 理論循環(huán)ηt-真實(shí)循環(huán)ηt=10￣20百分點(diǎn) 兩者之間的差別指出了改善內(nèi)燃機(jī)ηt的基本原則。 2）三種理論循環(huán)的差別 理論循環(huán)根據(jù)加熱過程的區(qū)別分為以下三類： a、等容加熱→等容循環(huán)（Otto循環(huán)） b、等壓加熱→等壓循環(huán)（Diesel循環(huán)） c、混合（等容＋等壓

29、）加熱→混合循環(huán)（Sabathe/Seiliger循環(huán) 3）真實(shí)汽油機(jī)和柴油機(jī)的循環(huán)最接近理論循環(huán)中的混合加熱循環(huán)。 3、相同壓縮比ε、比熱比k和循環(huán)加熱量Q1時，三種基本理論循環(huán)的熱效率ηt哪個大？哪個?。坷肨—S圖加以證明。 等容循環(huán) 等壓循環(huán) 混合循環(huán) 如圖，陰影面積對應(yīng)相同的循環(huán)加熱量。 在T-S圖上可以清晰地看出，對應(yīng)同樣的循環(huán)加熱量，等壓循環(huán)的放熱量最大，所以效率最低。等容循環(huán)的放熱量最小，所以效率最高。 4、利用T—S圖證明在Q1和k相同時，柴油機(jī)的熱效率比汽油機(jī)的高 如圖，45度陰影對應(yīng)汽油機(jī)的等容循環(huán)，135度陰影對應(yīng)柴油機(jī)的的等壓循

30、環(huán)。柴油機(jī)的壓縮比大于汽油機(jī)。兩種循環(huán)的循環(huán)加熱量相等。顯然，柴油機(jī)循環(huán)的放熱量較小，所以效率更高。 5、一臺壓燃式發(fā)動機(jī)的壓縮比為15。計算具有相同壓縮比的Otto理論循環(huán)和Diesel理論循環(huán)的熱效率。假設(shè)Diesel理論循環(huán)壓縮始點(diǎn)溫度18C，空氣的加熱量等于燃料提供的能量，空燃比28，燃料熱值44MJ/kg，空氣定壓比熱為1.01kJ/kg.K（與溫度無關(guān)）。 解:對Otto循環(huán)，，取，則有 對Diesel循環(huán)，壓縮終點(diǎn)溫度，所以 1kg混和氣的熱量為 ， 則， =0.569 6、簡述理論循環(huán)分析對改善內(nèi)燃機(jī)動力、經(jīng)濟(jì)性能的指導(dǎo)意義。 答：1、指出了改善發(fā)動機(jī)

31、動力、經(jīng)濟(jì)性能的基本原則和實(shí)施方向； 2、提供了發(fā)動機(jī)之間進(jìn)行動力，經(jīng)濟(jì)性能對比的理論措施。 3、給出了我們經(jīng)過內(nèi)燃機(jī)設(shè)計和改造所能到達(dá)的效率上限。 7、若將真實(shí)工質(zhì)特性替代理論循環(huán)的理想工質(zhì)特性，將在哪幾個方面對熱效率產(chǎn)生影響？影響趨勢如何？考慮真實(shí)工質(zhì)特性之后，高、低負(fù)荷條件下，汽油機(jī)和柴油機(jī)的熱效率的差距是加大了還是減小了？為什么？ 答：采用真實(shí)工質(zhì)時將有以下兩方面的影響： 一：循環(huán)過程中成分是變化的，包括壓縮過程中是空氣，燃料蒸汽，殘余廢氣三者的混合氣，而膨脹過程中是廢氣，空氣的混合氣。 二：工質(zhì)的熱力參數(shù)隨溫度、分子結(jié)構(gòu)及混合氣濃度等變化。 具體影響是：

32、 1）比熱容比熱容cv, cp= f（T, 分子結(jié)構(gòu)）ΔQv=cvΔT，ΔQp=cpΔTT↑→cv和cp↑→k↓→ΔT↓→ηt ↓多原子分子↑→cv和cp↑→k↓→ΔT↓→ηt↓即：真實(shí)工質(zhì)k ＜理想工質(zhì)k →真實(shí)工質(zhì)ηt↓例如：柴油機(jī)κ>汽油機(jī)κ；稀薄燃燒κ>化學(xué)計量比燃燒κ 2）高溫?zé)岱纸?高溫?zé)岱纸? 高溫時，原子間的結(jié)合力減弱，產(chǎn)生熱分解（吸熱過程）CO2→CO+O2H2O→H2+O2低溫膨脹及排氣時，反向燃燒放熱。因此，燃燒放熱時間拉長→等容度↓→ηt ↓* T越高，p越小→熱分解越嚴(yán)重，因此，汽油機(jī)熱分解＞柴油機(jī)熱分解 3）工質(zhì)分子變化系數(shù) 工質(zhì)分子變化系數(shù) 液體燃料發(fā)動機(jī)

33、燃燒后，μ>1，p和ηt↑氣體燃料發(fā)動機(jī)燃燒后，μ<1，p和ηt ↓（氣體燃料分子計入燃前分子總數(shù)）總的來說，μ的影響不大4）過量空氣系數(shù)過量空氣系數(shù)φa<1，未燃碳?xì)洹嘣印鶷↑→k↓→ηt ↓φa>1，空氣↑→單雙原子↑→T↓→k↑→ηt ↑w 汽油機(jī)與柴油機(jī)理想循環(huán)熱效率的比較 考慮真實(shí)工質(zhì)特性后，汽、柴油機(jī)熱效率差距加大： 1）高負(fù)荷高負(fù)荷??柴油機(jī)φa > 汽油機(jī)φa →柴油機(jī)ηt> 汽油機(jī)ηt??汽油機(jī)混合氣濃，等容度高，Tmax↑殘余廢氣↑→k↓，熱分解↑→汽油機(jī)ηt↓??汽油機(jī)μ> 柴油機(jī)μ，但影響不大 2）低負(fù)荷低負(fù)荷??汽油機(jī)φa更小，而柴油機(jī)φa 更大→汽油

34、機(jī)ηt↓↓??汽油機(jī)φr↑，柴油機(jī)φr不變，汽油機(jī)k↓，燃燒速度↓→汽油機(jī)ηt↓??汽油機(jī)高低負(fù)荷溫差小→汽油機(jī)ηt↓ 8、什么是相對熱效率ηrel？引入ηrel有何現(xiàn)實(shí)意義？ 答：相對相對熱效率是指真實(shí)循環(huán)的指示效率與理想循環(huán)熱效率之比。 它反應(yīng)了實(shí)際發(fā)動機(jī)指示效率接近理想水平的程度。 9、真實(shí)循環(huán)比之理想循環(huán)，多增加了哪些損失項(xiàng)目？這些損失是怎樣產(chǎn)生的？ 答：工質(zhì)向外傳熱的損失、燃燒提前的損失及后燃損失、換氣損失、不完全燃燒損失、缸內(nèi)流動損失、工質(zhì)泄漏的損失。 實(shí)際壓縮、燃燒和膨脹過程中，工質(zhì)都會與周邊進(jìn)行熱交換，而不是理想的絕熱過程，由此引起傳熱損失。

35、實(shí)際著火燃燒過程總要持續(xù)一段時間，不存在理想的等容燃燒，燃燒始點(diǎn)要略為提前，由此引起燃燒提前時間損失。同時，由于高溫?zé)岱纸獾茸饔?，壓力不會陡然下降，燃燒也要拖延一段時間才能結(jié)束，這就出現(xiàn)后燃損失。 實(shí)際循環(huán)換氣過程造成的做功損失即換氣損失，包括排氣門提前開啟造成自由排氣損失，和進(jìn)、排氣過程中的泵氣損失。 燃料、空氣混合不良，燃燒組織不善而引起的燃料熱值不能完全釋放的損失為不完全燃燒損失。 壓縮即燃燒、膨脹過程中，缸內(nèi)氣流（渦流與湍流）形成缸內(nèi)流動損失。 工作過程中，工質(zhì)通過活塞環(huán)向外泄漏是不可避免的，由此形成工質(zhì)泄漏的損失。 10、為什么會出現(xiàn)燃燒的時間損失？實(shí)際燃燒著火點(diǎn)的早晚對這

36、一損失有何影響？有什么規(guī)律性？ 答：由于實(shí)際著火燃燒過程總要持續(xù)一段時間，不存在理想的等容燃燒，所以燃燒始點(diǎn)要比上止點(diǎn)略微提前一些，這樣才能保證更接近上止點(diǎn)燃燒，獲得較高的等容度。由此引起的做工損失稱為燃燒提前損失。同時，由于高溫?zé)岱纸獾茸饔?，壓力不會陡然下降，燃燒也要拖延一段時間才能結(jié)束，這就出現(xiàn)了后然損失。 時間損失的多少與實(shí)際燃燒始點(diǎn)的相位密切相關(guān)。 汽油機(jī)通過調(diào)整點(diǎn)火提前角，柴油機(jī)則通過調(diào)整供油提前角來控制這一位置。任何工況都存在最佳提前角，此時，時間損失并不大，但當(dāng)提前角選擇不當(dāng)，實(shí)際燃燒始點(diǎn)過早或者過晚時都會性能惡化。 11、機(jī)械損失是由哪幾部分組成的？每部分損失的特點(diǎn)及

37、其起主要作用的因素是什么？ 機(jī)械損失組成及特點(diǎn)： （1）機(jī)械摩擦損失:機(jī)械摩擦損失（50％～80％）,活塞組件、軸承、氣門機(jī)構(gòu)等; （2）附件驅(qū)動消耗:附件驅(qū)動消耗（～10％）,水泵、機(jī)油泵、燃油泵、點(diǎn)火裝置等運(yùn)轉(zhuǎn)必不可少的輔助機(jī)構(gòu); （3）泵氣損失:泵氣損失（5％～40％）。 起主要作用的因素： 1、 轉(zhuǎn)速（活塞平均速度）的影響 所有機(jī)型的機(jī)械效率都隨轉(zhuǎn)速或活塞平均速度的上升而下降。 2、 負(fù)荷的影響 根據(jù)機(jī)械效率的定義，，必然是負(fù)荷越小，越低。怠速時。雖然負(fù)荷減小時，缸內(nèi)壓力下降，會使活塞及軸承摩阻力下降，但比之前者的影響幾可略去。 增壓機(jī)型與非增壓的原型相比，雖然值因

38、氣缸壓力上升以及增壓器的機(jī)械損失而略有增加，但因值上升很多，值仍比原型高。由此推論，增壓中冷使進(jìn)氣溫度下降，上升更大，會更提高。 3、 潤滑條件的影響 機(jī)件相對運(yùn)動的摩擦損失占總機(jī)械損失的大部分，因此，改善機(jī)械相對運(yùn)動面上的潤滑條件對值有很大的影響。 12、簡述各種機(jī)械損失測定方法的原理和適用范圍。為什么說除示功圖法外，其余三種方法都不可避免地將泵氣功包括在測定值之內(nèi)？ 1． 示功圖法 原理：直接在示功圖商測算出凈指示功Wi，再減去臺架上測算得的We，即可求出Wm和。 適用范圍：研究及開發(fā)工作 2． 倒拖法 原理：在電力測功機(jī)試驗(yàn)臺商，先使被測發(fā)動機(jī)按測試工況運(yùn)行到正常穩(wěn)定狀態(tài)

39、，水溫，油溫等指標(biāo)都達(dá)到正常要求，然后迅速斷油（柴油機(jī)）或切斷點(diǎn)火（汽油機(jī)），立即將測功電機(jī)轉(zhuǎn)為電動機(jī)運(yùn)行，反拖發(fā)動機(jī)到同樣轉(zhuǎn)速。這樣測得的反拖功率就是所求的機(jī)械損失功率。 適用范圍：汽油機(jī) 3． 滅缸法 原理：設(shè)N缸發(fā)動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，測出有效功率為Pe。然后其第i缸滅火（停止點(diǎn)火或斷油），并在相同轉(zhuǎn)速下測定工作的N-1個汽缸的有效功率為（Pe）-i。此時認(rèn)為，總機(jī)械損失功率Pm并未改變，于是滅缸后所減少的輸出功率量，只是被滅缸的指示功率。 適用范圍：多缸機(jī)，廣泛適用。 4． 油耗線法 原理：發(fā)動機(jī)在轉(zhuǎn)速不變時測定出整機(jī)耗油率隨負(fù)荷的變化曲線，然后將此線外延到與橫坐標(biāo)相交的a點(diǎn)

40、，則圖上a0之值就是所求機(jī)械損失值。a點(diǎn)是發(fā)動機(jī)停機(jī)不耗油的全反拖點(diǎn)，0點(diǎn)是怠速點(diǎn)。 適用范圍：柴油機(jī)中低負(fù)荷 倒拖法 因?yàn)橛秒妱訖C(jī)倒拖發(fā)動機(jī)測定功率時，發(fā)動機(jī)是工作在正常穩(wěn)定狀態(tài)，所以測得的損失功必然包括泵氣損失功。 滅缸法 滅缸法本質(zhì)上也是倒拖法，只是用其他缸的動力來反拖被滅的那一缸而已，所以損失功必然包括泵氣損失功。 油耗線法 a0值是全反拖點(diǎn)的平均有效壓力與怠速點(diǎn)的平均有效壓力差，必包括泵氣損失在內(nèi)。 13、內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速（活塞平均速度）和負(fù)荷大小，對平均機(jī)械損失壓力pmm和機(jī)械效率的影響如何？有何規(guī)律？為什么？ 平均機(jī)械損失壓力與機(jī)械效率成正比，討論轉(zhuǎn)速和負(fù)荷對機(jī)械效

41、率的影響就可以了。 轉(zhuǎn)速：所有機(jī)型的機(jī)械效率都隨轉(zhuǎn)速的上升而下降。因?yàn)檗D(zhuǎn)速上升時1。各摩擦副相對速度增加，摩擦阻力加大2。曲柄連桿活塞等運(yùn)動件的慣性力加大，活塞側(cè)壓力及軸承負(fù)荷上升，摩擦阻力加大3。泵氣損失加大4。輔助機(jī)械的摩擦阻力和所需功率增加5。缸內(nèi)壓力上升，引起摩擦阻力加大，但由于某些相位時，作用于活塞的缸內(nèi)壓力與慣性力有相互抵消作用，情況較為復(fù)雜。上述各項(xiàng)因素都使機(jī)械效率隨轉(zhuǎn)速上升而呈下降趨勢。 負(fù)荷：根據(jù)機(jī)械效率的定義，負(fù)荷越小，機(jī)械效率越小。在低負(fù)荷時，機(jī)械效率很低，隨負(fù)荷增大，機(jī)械效率增大，且增大的速度逐漸變小。 14、簡述內(nèi)燃機(jī)廢氣及廢熱（冷卻水帶走部分）能量再利用的方式

42、。在目前內(nèi)燃機(jī)循環(huán)條件下，采用何種方式可得到最高的ηet值？ 答：1、廢氣再利用方式主要有： a、 廢氣渦輪增壓 ηet 可提高5－10個百分點(diǎn)。 b、 復(fù)合式發(fā)動機(jī) 實(shí)質(zhì)上是膨脹過程在發(fā)動機(jī)外的繼續(xù)。 c、 余熱發(fā)電 熱電池 2、冷卻水熱量利用 a、 提高冷卻水溫 ηet可提高1－5個百分點(diǎn)，但是影響最大功率 b、 低散熱發(fā)動機(jī) 采用高溫陶瓷隔熱，ηet可提高4－6個百分點(diǎn) c、 動力（電）－熱聯(lián)合系統(tǒng) 總能源利用率可達(dá)到80％ 3、ηet提高方式 由上面的途徑看出，廢氣渦輪增壓是目前我們的最佳選擇。 15、一臺高性能四沖程火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)的排量是

43、875cm3，壓縮比為10:1，指示效率是理想空氣Otto理論循環(huán)效率的55％。在8000r/min時，發(fā)動機(jī)的機(jī)械效率是85％，充量系數(shù)0.9，空燃比13:1，燃料低熱值44MJ/kg?？諝庠?0C和1bar環(huán)境下吸入氣缸。計算發(fā)動機(jī)的：a）有效效率和比油耗；b）空氣流量、功率和平均有效壓力。 解： a） Otto理論循環(huán)效率： 所以指示效率： 所以有效效率： 有效比油耗： b） 空氣流量： 有效功率： 平均有效壓力： 16、某一柴油機(jī)的工作循環(huán)熱力參數(shù)及相關(guān)參數(shù)如下： 壓縮開始時的氣缸壓力 p1 = 0.1 MPa 最大爆發(fā)壓力 pmax = 9.5 MPa

44、壓縮開始時的溫度 T1 = 296 K 在燃燒期加入的總熱量 q1 = 2120 kJ/kg 壓縮比 ε = 17 工作介質(zhì)的摩爾質(zhì)量 M = 28.97 kg/kmol 比熱比 　κ= 1,4 a) 確定該理論工作循環(huán)的類型；b) 在p-v圖和T-s圖上畫出該過程；c) 計算循環(huán)的峰值溫度和效率。 解：a）先判斷工作循環(huán)類型：假設(shè)為理論Diesel循環(huán)，則： 所以，該工作循環(huán)類型為混合循環(huán)。 B）略 C）求峰值溫度： 其中， ， ，， 所以求得： 峰值溫度 求效率： 故效率： 17、依據(jù)下列條件，確定思考題16的

45、工作循環(huán)的exergy(火用)損失：a) 沒有膨脹到大氣壓力；b) 沒有膨脹到大氣溫度。在p-V圖和T-s圖上指出不同損失的區(qū)域，并計算膨脹到大氣壓力和膨脹到大氣溫度的熱效率。 解：a）b）： （1）計算膨脹到大氣壓力的熱效率： （參考教材61頁圖） 過程為等壓放熱過程： 由，得到， 因而， 從而， 所以 （2）計算膨脹到大氣溫度的熱效率： （參考教材61頁圖） ： 由，得到 從而， 所以 第四章 1、什么是內(nèi)燃機(jī)的換氣過程？合理組織換氣過程的目的是什么？ 答：發(fā)動機(jī)排出廢氣和充入新氣（空氣或可燃混合氣）的全過程叫氣體交換（換氣）過程。 合理組織

46、換氣過程應(yīng)達(dá)到下述四個目的： 1).保證標(biāo)定工況和全負(fù)荷條件下，吸入盡可能多的充量，以獲得更高的輸出功率和轉(zhuǎn)矩。這就是提高充量系數(shù)的問題，也是換氣過程的中心問題。 2).保證多缸機(jī)各缸的循環(huán)進(jìn)氣量的差異不超出應(yīng)有的范圍，以免對整機(jī)性能產(chǎn)生不利影響。這就是多缸機(jī)各缸進(jìn)氣不均勻性問題。 3).應(yīng)盡量減小不可避免的換氣損失，特別是占最大比例的排氣損失。 4).進(jìn)氣后在缸內(nèi)所建立的流場（旋流場與湍流場），應(yīng)能滿足快速合理燃燒的要求。 2、畫出四沖程自然吸氣汽油機(jī)的低壓換氣過程p-V圖，標(biāo)出進(jìn)排氣相位角的位置。比較大負(fù)荷（用實(shí)線標(biāo)出）與小負(fù)荷（用虛線標(biāo)出）時的換氣損失，說明在膨脹損失、

47、排氣損失以及進(jìn)氣損失等方面的不同。 答：四沖程自然吸氣汽油機(jī)的低壓換氣過程p-V圖如下所示： 實(shí)線為節(jié)氣門全開，虛線為節(jié)氣門部分開啟的過程線。b’為排氣門早開點(diǎn)的位置，r’為排氣門晚關(guān)點(diǎn)的位置，d為進(jìn)氣門早開點(diǎn)的位置，a’為進(jìn)氣門晚關(guān)點(diǎn)的位置。 膨脹損失：大負(fù)荷下氣缸內(nèi)的可燃混合氣較多，氣缸內(nèi)的氣體壓力大，在同樣的排氣門提前角下，排出的氣體較多，氣體壓力降低更多，膨脹做功減少更多，也就是膨脹損失更大；小負(fù)荷則相反。 排氣損失：自由排氣階段，大負(fù)荷下缸內(nèi)氣體壓力大，排氣阻力也大，因而排氣損失較大；強(qiáng)制排氣階段，無論大小負(fù)荷，氣缸內(nèi)氣體壓力都與大氣壓力差別不大，由于大負(fù)荷在自由

48、排氣階段的排氣速度較快，由于氣體慣性，氣缸內(nèi)壓力下降更多，因此大負(fù)荷的強(qiáng)制排氣損失較小。 進(jìn)氣損失：由于小負(fù)荷下節(jié)氣門部分開啟，因此進(jìn)氣損失遠(yuǎn)大于大負(fù)荷時的進(jìn)氣損失。 因此，總的來說，小負(fù)荷下的換氣損失比大負(fù)荷大。 3、自由排氣與強(qiáng)制排氣有何本質(zhì)差別？簡述超臨界、亞臨界和強(qiáng)制排氣三個階 段中影響排氣流量的主要因素?？梢圆扇∧男┐胧﹣硖岣吲艢饬髁?？ 答：本質(zhì)差別正如字面所言，在排氣過程中不必依靠活塞強(qiáng)制將廢氣推出則為自由排氣階段，此時缸內(nèi)壓力很大；必須依靠活塞上行強(qiáng)制排氣為強(qiáng)制排氣階段，此時缸內(nèi)壓力大大降低。在超臨界和亞臨界階段中，由于是自由排氣，缸內(nèi)壓力與排氣管氣門端的壓力差是影

49、響排氣流量的主要因素，同時受到氣門流通面積的影響；強(qiáng)制排氣階段主要受氣門流通面積的影響。提高氣門的流通面積可以提高排氣流量。 4、進(jìn)氣和排氣為什么要早開晚關(guān)？四個相位角中，哪兩個最為重要？對發(fā)動機(jī)性能有何影響？氣門重疊的作用是什么？比較汽油機(jī)和柴油機(jī)、增壓機(jī)與非增壓機(jī)氣門重疊角的大小，并說明原因。 答：排氣早開，為了減小排氣阻力和排氣損失，使排氣順暢，間接增加充氣量；排氣晚關(guān)，為了利用排氣慣性，增加排氣量；進(jìn)氣早開，增大進(jìn)氣初期的氣流通過面積，減小進(jìn)氣阻力，增加進(jìn)氣量；進(jìn)氣晚關(guān)，利用進(jìn)氣慣性，增大進(jìn)氣充量。 四個相位角中，進(jìn)氣晚關(guān)和排氣早開最為重要。前者影響進(jìn)氣充量，后者 影響換

50、氣損失。 汽油機(jī)對進(jìn)氣早開比較敏感，廢氣進(jìn)入進(jìn)氣管，低負(fù)荷時，進(jìn)氣管內(nèi)真空度加大，更易出現(xiàn)回火現(xiàn)象，重疊角一般均小于40；非增壓柴油機(jī)，由于沖入氣缸的是空氣不是混合氣，新氣排出和廢氣倒入進(jìn)氣管的影響不大，低負(fù)荷也沒有進(jìn)氣管真空度大的現(xiàn)象，重疊角一般約60；增壓柴油機(jī)，進(jìn)氣門外的壓力高于排氣背壓，重疊期間出現(xiàn)“掃氣”，既可以掃除更多廢氣，降低殘余廢氣系數(shù)，增加充氣量，又可以冷卻高溫部件，降低熱負(fù)荷和燃燒室壁溫，重疊角一般比較大，約80～160。 5、充量系數(shù)φc是如何定義的？若利用體積大小來定義，所涉及的體積是何含義？ 答：φc定義為每缸每循環(huán)吸入缸內(nèi)的新鮮空氣量與按進(jìn)氣系統(tǒng)前

51、狀態(tài)計算而得到的理論充氣量的比值，為大氣密度（自然吸氣機(jī)型）或壓氣機(jī)增壓空氣密度（增壓機(jī)型）。 ，如果將化為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下所占的當(dāng)量體積，則φc可以表示為。 6、影響穩(wěn)定條件下內(nèi)燃機(jī)充量系數(shù)的主要因數(shù)有哪些？如何影響？ 解： —大氣壓力與進(jìn)氣沖程下止點(diǎn)時缸內(nèi)壓力的壓差，如果把進(jìn)氣看為穩(wěn)流過程，則就是進(jìn)氣系統(tǒng)流動的總壓力損失。 —進(jìn)氣過程中進(jìn)入缸內(nèi)空氣的溫度上升值。 —由進(jìn)氣下止點(diǎn)到進(jìn)氣們晚關(guān)點(diǎn)的壓力升值。 因數(shù)： 1． 沿程流動阻力對充量系數(shù)的影響 它是通過影響，來影響的大小。包括有：沿程損失和節(jié)氣們引起的局部損失；進(jìn)氣旋流和氣道阻力；氣門口的阻力損失。 2． 進(jìn)氣

52、溫升對的影響 進(jìn)氣工質(zhì)的溫升加大，必然降低缸內(nèi)工質(zhì)的密度，從而降低值。 3． 進(jìn)、排氣相位角對的影響 進(jìn)、排氣晚關(guān)角影響系數(shù)及，進(jìn)氣晚關(guān)角加大，下降，但上升；排氣晚關(guān)角加大，上升，而卻下降。這表明對而言，存在最有利的進(jìn)、排氣晚關(guān)角。 7、為什么近代轎車普遍采用多氣門機(jī)構(gòu)？它有何優(yōu)缺點(diǎn)？柴油機(jī)為什么采用的少一些？兩氣門改為四氣門時，為什么功率上升的百分比要比轉(zhuǎn)矩增加的百分比大很多？ 答：要提高充量系數(shù)就要降低馬赫數(shù)，從馬赫數(shù)的表達(dá)式可以看出，增大氣門口的有效通路面積是降低馬赫數(shù)的最有效的措施，采用多氣門的方案，可使進(jìn)氣門盤總面積顯著增大，增大充量系數(shù)。 多氣門的方案除了可以增大充量系

53、數(shù)，由于其可以使火花塞或噴油器垂直布置在氣缸中心線上，有利于提高壓縮比（汽油機(jī)）或混合氣形成質(zhì)量（柴油機(jī)）；還可以減小系統(tǒng)運(yùn)動件質(zhì)量以適應(yīng)轉(zhuǎn)速提高的要求；兩個以上氣門還適于靈活控制進(jìn)氣漩流，有利于燃燒合理組織和排放控制。但是，多氣門機(jī)構(gòu)復(fù)雜，頂置凸輪結(jié)構(gòu)使發(fā)動機(jī)總高度增加。但是總體上來說還是利大于弊。 對于柴油機(jī)來說，由于其對于增大進(jìn)氣量的要求不如汽油機(jī)迫切，因此采用的較少；而且汽油機(jī)的燃燒室大多采用篷形，采用雙頂置凸輪軸的布置后，凸輪軸之間距離較大，而柴油機(jī)燃燒室大部分位于活塞內(nèi)，燃燒室頂為平的，采用雙凸輪軸之后凸輪軸之間距離太小，不利于布置。 兩氣門改為四氣門后，因馬赫數(shù)遠(yuǎn)離0.5的限

54、值，標(biāo)定轉(zhuǎn)速允許進(jìn)一步提高，因此功率上升的百分比要比轉(zhuǎn)矩增加的百分比大很多。 8、為什么說φc—n進(jìn)氣外特性曲線是內(nèi)燃機(jī)，特別是汽油機(jī)極為重要的性能曲線之一？一般φc—n速度特性曲線的變化趨勢有何特點(diǎn)？由哪些因素決定？進(jìn)氣晚關(guān)角對φc—n曲線有何影響？為什么內(nèi)燃機(jī)提高標(biāo)定轉(zhuǎn)速時要相應(yīng)加大進(jìn)氣晚關(guān)角？ 答：1）a、進(jìn)氣外特性對動力性能的重大影響: 對于進(jìn)行負(fù)荷量調(diào)節(jié)的汽油機(jī)，在有效效率變化不大的條件下，其發(fā)出的轉(zhuǎn)矩的大小，主要取決于每循環(huán)進(jìn)入氣缸的充氣量。所以發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣外特性，基本上決定了全負(fù)荷時發(fā)出的轉(zhuǎn)矩和功率，也就是決定了整機(jī)的最大動力性能。汽油車的最高車速、最大加速和爬坡能

55、力都同這一特性密切相關(guān)。 對于進(jìn)行負(fù)荷質(zhì)調(diào)節(jié)的柴油機(jī)，盡管其最大動力性能主要取決于每循環(huán)噴入缸內(nèi)的油量特性，而不是進(jìn)氣的絕對量。但是，由速度外特性決定的最大充氣量變化規(guī)律，也限制了柴油機(jī)允許噴入的極限油量，即可能達(dá)到的最高動力性能。 b、進(jìn)氣速度特性與運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性 汽油機(jī)由于存在節(jié)氣門及喉管(用化油器時)，進(jìn)氣阻力較大，因而隨轉(zhuǎn)速上升而較快降。部分負(fù)荷節(jié)氣門關(guān)小時，阻力更大，下降更急劇，其速度特性線見圖。柴油機(jī)不存在節(jié)氣門和喉管，進(jìn)氣阻力比汽油機(jī)小，曲線變化平緩，見圖。 汽油機(jī)轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速變化的曲線趨勢，大致與進(jìn)氣速度特性線相似，并對發(fā)動機(jī)運(yùn)穩(wěn)定性有重大的影響。而柴油機(jī)則是供油

56、速度特性線對運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性有重大影響，進(jìn)氣速度特性線影響不大。 2）其特點(diǎn)為：在較低轉(zhuǎn)速出現(xiàn)最大值點(diǎn)，此后隨n上升而下降，超過（為進(jìn)氣平均馬赫數(shù)大于0.5時的轉(zhuǎn)速）后轉(zhuǎn)而急劇下降。主要是由燃料氣化、工質(zhì)進(jìn)氣時的溫升、進(jìn)氣總阻力和進(jìn)氣晚關(guān)角決定的。 3）發(fā)動機(jī)不同的轉(zhuǎn)速都有對應(yīng)的不同的進(jìn)氣門晚關(guān)角，圖上c曲線是各轉(zhuǎn)速都具有最佳進(jìn)氣晚關(guān)角的理想線。但實(shí)際上，一般的發(fā)動機(jī)進(jìn)氣晚關(guān)角是唯一的（可變配氣相位的除外），所以只有一個轉(zhuǎn)速具有最佳值，設(shè)為。當(dāng)n>時，由于晚關(guān)角偏小，不能充分利用進(jìn)氣慣性，n<時，又因晚關(guān)角偏大而使進(jìn)入缸內(nèi)的新氣部分流回進(jìn)氣管。以上兩種情況都使久低于理想值，而且轉(zhuǎn)速差愈大，愈低。

57、D線就是考慮進(jìn)氣晚關(guān)角影響后穩(wěn)流條件下的進(jìn)氣外特性曲線。 4）右圖上各轉(zhuǎn)速均具有最佳進(jìn)氣晚關(guān)角的C曲線實(shí)質(zhì)上是具有單一進(jìn)氣晚關(guān)角的各條D曲線的外包絡(luò)線。，D1、D2曲線各自的進(jìn)氣晚關(guān)角，分別為n1和n2兩轉(zhuǎn)速的最佳晚關(guān)角。D2比D1線的晚關(guān)角大。由圖可知，進(jìn)氣晚關(guān)角加大，低速進(jìn)氣性能降低而高速進(jìn)氣性能改善。從圖上與D1、D2曲線對應(yīng)的功率線Pe1和Pe2可明顯看出：D2線不僅標(biāo)定轉(zhuǎn)速增大，標(biāo)定功率有更高的增長比。所以，內(nèi)燃機(jī)提高標(biāo)定轉(zhuǎn)速時要相應(yīng)加大進(jìn)氣晚關(guān)角。 9、什么是可變配氣相位（VVT）技術(shù)？它影響發(fā)動機(jī)的哪些性能？無凸輪(camless) VVT技術(shù)有何突出優(yōu)點(diǎn)？ 答：可變配氣相

58、位技術(shù)就是可以根據(jù)工況的改變而改變提前角、延后角即改變配氣相位。VVT可以提高充量系數(shù)，提高發(fā)動機(jī)的動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。 無凸輪(camless) VVT技術(shù)的突出優(yōu)點(diǎn): 1、更好的燃油經(jīng)濟(jì)性 2、增大輸出扭矩 3、無需外部EGR 4、降低排放 10、壓力波動對進(jìn)、排氣過程（充量系數(shù)、排氣流率以及各缸進(jìn)、排氣不均勻性）的影響稱為動態(tài)效應(yīng)。 第二問不會 多缸機(jī)的進(jìn)、排氣管不是獨(dú)立的，而是相互連通的，因而存在“進(jìn)氣干涉”（“搶氣”）和“排氣干涉”，造成各缸不均勻。 11、什么是可變管長進(jìn)氣系統(tǒng)？它主要用來改善發(fā)動機(jī)的什么性能？高、低轉(zhuǎn)速下如何改變進(jìn)氣歧管的長度？

59、1）為了充分利用進(jìn)氣波動效應(yīng)和盡量所小發(fā)動機(jī)在高、低速運(yùn)轉(zhuǎn)時進(jìn)氣速度的差別，從而達(dá)到改善發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)性及動力性特別是改善中、低速和中、小負(fù)荷時的經(jīng)濟(jì)性和動力性的目的，要求發(fā)動機(jī)在高轉(zhuǎn)速、大負(fù)荷時裝備粗短的進(jìn)氣歧管；而在中、低轉(zhuǎn)速和中、小負(fù)荷時配用細(xì)長的進(jìn)氣歧管?？勺児荛L進(jìn)氣系統(tǒng)是為這種要求而設(shè)計的進(jìn)氣系統(tǒng)。 2）可使發(fā)動機(jī)很好地利用氣體波動效應(yīng)從而提高其充氣效率及動力性能，而且由于它提高了發(fā)動機(jī)在中、低速運(yùn)轉(zhuǎn)時的進(jìn)氣速度，增強(qiáng)了氣缸內(nèi)的氣流強(qiáng)度，從而改善了燃燒過程，即提高了燃油經(jīng)濟(jì)性。 3）當(dāng)發(fā)動機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時，發(fā)動機(jī)電子控制裝置指令轉(zhuǎn)換閥控制機(jī)構(gòu)關(guān)閉轉(zhuǎn)換閥，空氣沿細(xì)長的進(jìn)氣歧管流進(jìn)氣缸。細(xì)長

60、的進(jìn)氣歧管提高了進(jìn)氣速度，增強(qiáng)了氣流的慣性，使進(jìn)氣量增多。 當(dāng)發(fā)動機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)換閥開啟，空氣直接進(jìn)入粗短的進(jìn)氣歧管。粗短的進(jìn)氣歧管進(jìn)氣阻力小，也使進(jìn)氣量增多。 12、為了利用進(jìn)氣動態(tài)效應(yīng)提高某一汽油機(jī)n=5000轉(zhuǎn)/分時的充量系數(shù)，對其進(jìn)氣管進(jìn)行設(shè)計，進(jìn)氣早開角和晚關(guān)角分別為30和50，設(shè)當(dāng)?shù)匾羲贋?50m/s，試計算最佳進(jìn)氣管長度。 答：發(fā)動機(jī)每循環(huán)進(jìn)氣門開啟角度為30＋50＋180＝260 所以進(jìn)氣門開啟時間＝ 對本循環(huán)壓力波效應(yīng)，應(yīng)使，所以，L<1.52m 對于上循環(huán)壓力波效應(yīng)，應(yīng)使＝，k＝1，2，…… 所以，L＝ K=1時，L＝1.4m；K=2時，L＝0.84

61、m；K=3時，L＝0.6m；K=4時，L＝0.47m；K=5時，L＝0.38m。K越大，L越小，但L的實(shí)際取值要考慮布置，參考書上圖可知，進(jìn)氣管長可取0.84m。 13、有一常規(guī)的四缸四沖程汽油機(jī)，在發(fā)動機(jī)臺架上做實(shí)驗(yàn)，燃用優(yōu)質(zhì)汽油。下面是測得的數(shù)據(jù)： 排量 2.0 dm3 消耗400cm3燃油和3.38m3空氣的時間 53.0 S 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速 n 4800 1/min 平均有效壓力pme 0.951 MPa 環(huán)境溫度 T0 293 K 環(huán)境壓力 p0 0.1 MPa 殘余廢氣率 5 ％ 計算：(1) 氣缸新鮮充量；(2) 空燃比；(3) 充量系

62、數(shù)；(4) 殘余廢氣質(zhì)量；(5) 混合氣熱值；(6) 有效效率。假設(shè)：假設(shè)氣門重疊很小，它對換氣循環(huán)的影響可以忽略不計。 摩爾重量 (kg / kmol) 密度（15C） (kg / dm3) 低熱值 (kJ / kg) 完全燃燒所需空氣量 優(yōu)質(zhì)汽油 98 0.76 42000 14.5 解：1）每氣缸新鮮充量： 2）空燃比： 3）充量系數(shù)： 4）殘余廢棄質(zhì)量： 5）混合氣熱值： 6）有效效率： 14、增壓內(nèi)燃機(jī)是如何利用廢氣能量的？對比分析自然吸氣與增壓中冷柴油機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)。簡述其原因并說明增壓中冷為何是內(nèi)燃機(jī)發(fā)展的重要方向之一。 答：增壓內(nèi)燃機(jī)主要

63、的利用廢氣能量的方式是廢氣渦輪增壓系統(tǒng)。就是利用高壓的廢氣驅(qū)動渦輪，增大進(jìn)氣壓力，減小泵氣損失，提高充氣系數(shù)，從而提高了發(fā)動機(jī)性能。 增壓中冷柴油機(jī)與自然吸氣相比，優(yōu)點(diǎn)主要在于：增壓和降低進(jìn)氣溫度加大了進(jìn)氣充量，提高了輸出功率，即提高了動力性能；增壓使泵氣損失減少，過量空氣系數(shù)增大，提高了有效效率，即改善了經(jīng)濟(jì)性能；增壓后，混合氣變稀，有害HC、CO和煙塵排放減少，中冷技術(shù)使NOx排放減少，從而改善了排放性能；還可以降低燃燒及排氣噪聲；此外進(jìn)氣溫度降低也有利于掃氣時期降低關(guān)鍵部件的熱負(fù)荷。缺點(diǎn)有：增大熱負(fù)荷與機(jī)械負(fù)荷；低速轉(zhuǎn)矩特性與動態(tài)性能下降。由于有上面的種種好處，因此增壓中冷是內(nèi)燃機(jī)發(fā)展

64、的重要方向之一。 （本題涉及的內(nèi)容主要在課本上第三章P63和第四章 4.6） 15、一臺高性能四沖程火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)的排量是875cm3，壓縮比為10:1，指示效率是理想空氣Otto理論循環(huán)效率的55％。在8000r/min時，發(fā)動機(jī)的機(jī)械效率是85％，充量系數(shù)0.9，空燃比13:1，燃料低熱值44MJ/kg。空氣在20C和1bar環(huán)境下吸入氣缸。計算發(fā)動機(jī)的：a）有效效率和比油耗；b）空氣流量、功率和平均有效壓力。 解： c） Otto理論循環(huán)效率： 所以指示效率： 所以有效效率： 有效比油耗： d） 空氣流量： 有效功率： 平均有效壓力： 第十章 1. 車用內(nèi)燃

65、機(jī)的面工況是由哪些工況線所限定？在Pe—n (Ttq—n) 工況面上畫出各限制線，說明各線的意義并標(biāo)出典型工況點(diǎn)。 答：面工況見下圖，圖中的工況線： a —最大功率限制線 b —最高轉(zhuǎn)速限制線 c —最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速限制線 d —空轉(zhuǎn)怠速線 e —倒拖線 典型工況點(diǎn)： A 最大功率點(diǎn) B 最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn) C 最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速怠速點(diǎn) D 最高轉(zhuǎn)速怠速點(diǎn) 10-2 在汽車發(fā)動機(jī)工況運(yùn)行圖（MAP圖）上定性準(zhǔn)確地畫出外特性轉(zhuǎn)矩線、最小等油耗線、最大等功率線和汽車四檔阻力線等四條曲線，并簡單說明每條曲線的變化特點(diǎn)。 答：MAP圖如右： 外特性轉(zhuǎn)矩線：隨轉(zhuǎn)速上升略有上升，在某一轉(zhuǎn)速達(dá)

66、到最大值后較快下降，轉(zhuǎn)速愈高降得愈快。 最小等油耗線：為一封閉曲線，說明在負(fù)荷特性曲線隨著負(fù)荷增大，變化趨勢為先降后升；轉(zhuǎn)速特性曲線隨著轉(zhuǎn)速增加也是先降后升。 最大功率線：與外特性轉(zhuǎn)矩線相切的雙曲線的一支，切點(diǎn)為發(fā)動機(jī)的最大功率點(diǎn)。 四擋阻力線：隨著負(fù)荷的增加而增大。 3. 什么是發(fā)動機(jī)的工況運(yùn)行特性和調(diào)整特性？研究工況運(yùn)行特性和調(diào)整特性的意義各是什么？ 答：工況運(yùn)行特性是指一定條件下發(fā)動機(jī)性能指標(biāo)隨工況參數(shù)變化的規(guī)律。主要包括負(fù)荷特性，速度特性和全特性三部分內(nèi)容。 該基本運(yùn)行特性曲線是發(fā)動機(jī)和汽車匹配時綜合評價機(jī)組動力、經(jīng)濟(jì)性能的直觀而方便的工具。通過他們，可以直觀判斷發(fā)動機(jī)工作的經(jīng)濟(jì)區(qū)域以及輸出動力大小的特點(diǎn)，便于確認(rèn)與汽車配套的合理性。通過對特性曲線的形狀、走向的原因及影響因素的分析，可以指出進(jìn)一步滿足汽車使用要求時特性曲線的改造方向。 調(diào)整特性是指發(fā)動機(jī)在轉(zhuǎn)速和油量調(diào)節(jié)位置（汽油機(jī)為節(jié)氣門開度，柴油機(jī)是油量調(diào)節(jié)桿位置）不變的條件下，各種性能指標(biāo)隨調(diào)整參數(shù)而變化的規(guī)律。 研究調(diào)整特性的意義在于對性能進(jìn)行優(yōu)化。 4