发动机原理 习题
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。 k1???1答：由混合加热循环热效率公式： ?t?1?k?1??(??1)?k?(??1)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构强度、机械效率和燃烧条件的限制。
1ε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
2ε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 3ε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。（见书第9页 图1-2）
[4]何为指示指标？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。
NpNp
?m?e?e?1?m?1?mNipiNipi
影响机械效率的因素：
1、转速ηm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
p保持不变。则由 ?m?1?m?，机械效率下降 当发动机怠速运转时 ，机械效率=0
pi?
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。 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：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）α=0.5~1.3，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。
-3
解：平均有效压力：Pe=30Ne*t/（Vn*i*10）=738kPa
有效扭矩： Me=9550*Ne*10/n=318.4N·m
3
有效燃油消耗率：ge=GT/Ne*10=370 g/（KN·h）
6
有效热效率：ηe=We/Q1=Wi*hm/Q1=3.6/（ge*hu）*10=0.22
-3
升功率：P1=Ne/(Vn*i)=pe*n/（30t）*10=18.45Kw/L 机械损失功率Pm=Ni—Ne，hm=Ne/Ni Pm=20.48Kw 平均机械损失压力pm=pi—pe=151.2kPa 指示功率：Pi=Ne/hm=120.48Kw
3
平均指示压力：pi=30tPi/(Vn*i*n)*10=889.14kPa
3
指示燃油消耗率：gi=GT/Pi*10=307.1g/(KN·h)
6
指示热效率：ηi=3.6/（gi*hu）*10=0.27
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：ηv=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ηv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
3
实测内燃机吸入的总充气量V（m/h）。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ηv=V/Vsh
[2]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?v??3
T0pa1知提高进气终了压力pa，适当减少进气终了温度Ta可提高充气效率。
??1p0Ta1?r?[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，ηv越大； 2.进气终了温度Ta：Ta上升，ηv下降；
3.压缩比ε与残余废气系数γ：ε增加，ηv略有上升，γ增加，ηv下降； 4.配气定时：合理的配气定时可使ηv增大；
5.进气状态：进气温度Ts升高，ηv增加，进气压力Ps下降，Pa随之下降，且Pa/Ps的比值基本不变，对ηv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ηv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）
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。
:1 对燃料喷雾要求高 （采用多孔喷嘴） ，经济性好。○2对空气运动要求不高○3 初答：1、空间雾化混合 特点：○
期空间分布燃料多 ，工作粗暴
1对燃料喷雾要求不高 ○2放热先缓后急 ，工作柔和，噪声小 ○3低速性能不好，冷起动困2、油膜蒸发混合 特点：○
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: 1～5个，? = 0.25～0.8 mm。 雾化好，但易阻塞
轴针式喷嘴
? = 1～3 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。