（2）总的机外传热及辐射损失热量由哪几部分构成？ 解：（1）燃料的总能量分配：

a.1/3弱为有效动力输出； b.1/3废气排出；

c.1/3弱冷却系统带走；

d.其余为驱动附件、传热和辐射消耗。

（2）排气系统向机外传热和辐射热量；冷去系统和水套壁面向叽歪传热和辐射热量；机体、曲轴箱和其他部件向机外传热和辐射热量；辅助机构传给冷却水的热量。

3-25回热发动机从理论上为什么能大幅度提高循环热效率？为什么到目前为止还没有开发出实用的回热发动机？

解：回热发动机直接把高温热能回收作为缸内加热量，可提高循环热效率。但没有实际开发是因为回热装置复杂、回热效率较低等原因。

3-26一台压燃式发动机的压缩比为15，计算具有相同压缩比的Otto理论循环和Diesel理论循环的热效率。假设Diesel理论循环压缩始点温度为18oC，空气的加热量等于燃料完全燃烧提供的能量，燃料燃烧时的空燃比28，燃料低热值为44MJ/kg，空气的定压比热容为1.01kJ/（kg·K），等熵指数为1.4。

解：忽略因燃料加入而对工质（空气）热物理性质的影响，则

（1）Otto循环：

（2）Diesel循环：

压缩至上止点时，工质温度T2为

燃料等压放热后，工质的温度T3为 则预胀比ρ为

则Diesel循环的热效率为：

3-27一台高性能四冲程火花点火发动机的排量是875cm3，压缩比为10:1，指示效率是Otto理论循环效率的55％。在8000r/min时，发动机的机械效率是85％，充量系数0.9，空燃比13，燃料低热值44MJ/kg。在温度为20oC和压力为0.1MPa的环境条件下空气被吸入气缸。计算发动机的：（1）有效效率和燃料消耗率；（2）空气流量、功率和有效平均压力。 解：（1）

有效热效率ηet为：

燃料消耗率be为：

（2）

空气流量Aa为： 有效功率Pe为：

有效平均压力pme为：

3-28某一柴油机的理论工作循环相关参数如下：压缩开始时的气缸压力为0.1 MPa，温度为296K；最大允许的气缸压力为9.5 MPa；在燃烧期加入的总热量为2120 kJ/kg；压缩比为17；工质的摩尔质量为28.97 kg/kmol；等熵指数为1.4。 （1）确定该理论循环的类型；

（2）在p-V图和T-S图上画出该理论循环过程；

（3）计算该理论循环允许达到的峰值温度和热效率。 解：（1）

若按等容循环运行则等熵压缩终点的压力pc和温度Tc为：

等容加热后的pz’和温度Tz’为：

很明显最高压力将超过容许压力，所以不能按等容循环运行，而按照等等压循环运行，则最高压力小于容许压力，欲使发动机经济性最优，则应按混合循环运行。 （2）

混合循环的p-V图和T-S图如教材图3-5所示。 （3）

若按混合循环运行，在保证安全的前提下，经济型达到最优，则pz’应为9.5MPa，此时对应的Tz’为：

工质温度从Tc定容上升到Tz’需吸收的热量Q1为：

定压过程后工质的温度Tz为：

绝热膨胀后的温度Tb为：

3-29计算题3-28中理论工作循环的火用损失。若该循环采用下列放热方式时，其火用损失又是多少？

（1）膨胀到大气压力，再进行等压放热； （2）膨胀到大气温度，再进行等温放热。 在p-V图和T-S图上指出不同损失的区域，并分别计算膨胀到大气压力和膨胀到大气温度时的热效率。

解：参考教材图3-8，则题3-28中理论工作循环的火用损失为“Ⅰ面积+Ⅱ面积”之和，理论工作循环（1）的火用损失为“Ⅱ面积”，理论工作循环（2）的火用损失为0。图中：

Ⅰ面积+Ⅱ面积+Ⅲ面积

Ⅲ面积

所以，题3-28中理论循环的火用损失I3-28为：

(1) 膨胀到大气压力，再b’-a 定压放热：

所以， Ⅱ面积+

故，理论工作循环（1）的火用损失I(1)为：

热效率为：

(2) 膨胀到大气温度，再b’’-a 定温放热：

由图可知，理论工作循环（3）的火用损失I(2)为:

热效率为：

Ⅲ面积

3-30一台排量为3.3 L的直列6缸柴油机按混合理论循环工作，其燃料为轻柴油，空燃比20，有一半的燃料在等容阶段燃烧，另一半的燃料在等压阶段燃烧，且燃烧效率为100%。该柴油机的压缩比为14，且压缩始点的温度为60℃，压力为101 kPa。计算： （1）循环中各状态点的温度； （2）循环中各状态点的压力； （3）预膨胀比； （4）压力升高比； （5）指示热效率；

（6）燃烧过程中加入的热量； （7）净指示功。 解：

1-2定熵过程

2-3 定容过程

压力升高比 3-4定压过程

预膨胀比 4-5定熵过程

（6）

所以，燃烧过程加入的热量

（7）

第四章

4-1什么是发动机的换气过程？合理组织换气过程的目的是什么？为什么说发动机的充量系数是研究换气过程的核心问题？

解：发动机排出废气和充入新鲜空气或可燃混合气的全过程叫换气过程。

合理组织换气过程的目的包括：

（1）保证在标定工况和全负荷工况下，吸入尽可能多的新鲜充量，以获得尽可能高的输出功率和转矩；

（2）保证多缸机各缸循环进气量的差异不超出应有的范围，以免对整机性能产生不利影响。

（3）应尽量减小换气损失，特别是占最大比例的排气损失。

（4）进气后在缸内所形成的湍流场，应能满足组织快速合理燃烧的要求。

发动机充量系数指单缸每循环吸入缸内的新鲜空气质量与按进气状态计算得到的理论充气质量的比值，该参数是决定发动机动力性能和进气过程完善程度的极为重要的评定指标，是换气过程的核心问题。

4-2 画出四冲程自然吸气汽油机的低压换气过程p-V图，标出进、排气相位角的位置。比较大负荷与小负荷时的换气损失，说明在膨胀损失、排气损失以及进气损失等方面的不同。 解：p-V图如下图所示。其中b’为EVO，d为IVO，r’为EVC，a’为IVC。实线为节气门全开（亦即大负荷工况），虚线为节气门部分开启（亦即小负荷工况）。

膨胀损失：大负荷时膨胀损失较大。因为大负荷是缸内温度较高，传热损失较大。 排气损失：从图上可以看出，小负荷时排气损失较大。因为大负荷时，自由排气阶段的排气量较大，从图上也可以看出大负荷是排气门开启后，排气压力迅速降低到比小负荷时的排气压力略小的水平，故排气损失较小。

进气损失：小负荷时进气损失较大。因为小负荷时节气门部分开启，增加了进气的泵气损失。

4-3 自由排气与强制排气有何本质差别？简述超临界、亚临界和强制排气三个阶段中影响排气流量的主要因素。可以采取哪些措施来提高排气流量？ 解：自由排气和强制排气的本质差别在于，废气是在缸内和大气或涡轮机入口处的压差作用下自由流出，还是依靠活塞强制推出。

对于超临界排气，气门口流速始终保持当地的音速，故影响排气量的主要因素是气门口截面积。

对于亚临界排气，气门口流速小于音速，但排气速度仍然较高。此时影响排气量的主要因素是排气流动阻力。

对于强制排气，排气压力基本上等于排气背压。 为了提高排气量，可以采取的措施包括：

（1）加快排气门开启的速度，增加自由排气阶段的排气量；

（2）减小排期流动损失，降低排气背压，增加强制排气阶段的排气量。

4-4 什么是气门口壅塞现象？为什么会出现这种现象？进、排气门口的此种现象会对进、排气及发动机性能带来什么影响？

解：按气体动力学孔口流动规律，当孔口上游滞止压力不变时，在孔口流速达到音速后，无论孔口下游的压力降到多低，孔口的流量都保持不变。这就是气流的壅塞现象。

进气门口壅塞会导致发动机在提高转速时进气流量不会加大，发动机功率不仅不会加大，反而因机械损失的增加而下降，转速的提高将失去其提高功率的价值。

排气门口壅塞会影响正常排气，造成残留废气系数过大，不利于燃烧的正常进行。 此外，进排气门壅塞都会增加进排气过程的换气损失，影响发动机的经济性。

4-5 进气和排气为什么要早开和晚关？4个相位角中，哪两个角最重要？这两个角对发动机性能有何影响？气门重叠的作用是什么？比较汽油机与柴油机、增压发动机与自然吸气发动机气门重叠角的大小，并说明造成差异的原因。 解：早开晚关：进气充足、排气干净。

进气晚关角和排气早开角被认为是最重要的两个，这是因为进气晚关角对进气充量影响最大，排气早开角对换气损失影响最大。

气门重叠角：扫气以降低缸内的残余废气系数；降低发动机的热负荷。