发动机原理课后习题答案

第一章1简述发动机的实际工作循环过程。发动机的实际循环是由进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个过程组成的，较理论循环复杂很多。1)进气过程。为了使发动机连续运转，必须不断吸入新鲜工质，此时进气门开启，排气门关闭，活塞由上止点向下止点移动。、2)压缩过程。此时进排气门均关闭，活塞由下止点向上止点移动，缸内工质受到压缩，温度、压力不断上升，增大作功过程的温差，获得最大限度的膨胀比，提高热功转化效率，为燃烧过程创造有利条件。3)燃烧过程。此时进排气门均关闭，活塞处在上止点前后，作用是将燃料的化学能转变为热能，使工质的压力、温度升高。4)膨胀过程。也称作功过程，此时进排气门均关闭，高温、高压的工质推动活塞，由上止点向下止点移动而膨胀作功，气体的压力和温度也随即迅速降低。5)排气过程。当膨胀过程接近终了时，排气门打开，废气开始靠自身压力自由排气，膨胀过程结束后，活塞由下止点返回上止点，将气缸内的废气排除。2画出四冲程发动机实际循环的示功图，它与理论示功图有什么不同？说明指示功的概念和意义。图a、b分别为柴油机和汽油机实际循环和理论循环的示功图比较，理论循环中假设工质比热容是定值，而实际气体随温度等因素影响会变大，而且实际循环中还存在泄露损失。换气损失燃烧损失等，这些损失的存在，会导致实际循环放热率低于理论循环。指示功时指气缸内完成一个工作循环所得到的有用功Wi，指示功Wi反映了发动机气缸在一个工作循环中所获得的有用功的数量。3提高发动机实际工作循环热效率的基本途径是什么？可采取哪些基本措施？提高实际循环热效率的基本途径为：减小工质传热损失，燃烧损失，换气损失，不完全燃烧损失，工质流动损失，工质泄漏损失，提高工质的绝热指数。可采取的基本措施是：1）减小燃烧室面积，缩短后燃气能减小传热损失。2）采用最佳点火提前角和供油提前角能减少提前燃烧损失或后燃损失。3）采用多气门，最佳配气相位和最优进排气系统能减少换气损失。4）加强燃烧室气流运动，改善混合器均匀性，优化混合气浓度能减少不完全燃烧损失。5）优化燃烧室结构减少缸内流动损失。6）采用合理的配缸间隙，提高各密封面的密封性减少工质泄漏损失。4什么是发动机的指示指标？主要有哪些？以工质对活塞所作之功为计算基准的指标称为指示性能指标。它主要有：指示功和平均指示压力。指示功率。指示热效率和指示燃油消耗率。5什么是发动机的有效指标？主要有哪些？以曲轴输出功为计算基准的指标称为有效性能指标。主要有：1）发动机动力性指标，包括有效功和有效功率。有效转矩。平均有效压力。转速n和活塞平均速度；2）发动机经济性指标，包括有效热效率。有效燃油消耗率；3）发动机强化指标，包括升功率PL。比质量me。强化系数PmeCm。6、总结提高发动机动力性能和经济性能指标的基本途径。1）增加发动机的压缩比，压缩比越大动力性越强。2）采用电喷燃油供给系统及多点喷射，使油气混合比达到最佳，同时提高雾化程度，改善燃烧特性。3）降低排气温度，增加进气量，采用多气门，提高进排气效率，降低残余废气系数。4）采用点火正时可变及气门可变，充分利用气体惯性和降低进气阻力提高进气效率，放宽工作包线。5）采用涡轮增压，提高高转速下的进气量。6）采用合适的进气歧管，利用使喘振频率与工作频率一致，利用气体喘振提高进气量。7、什么是发动机的平均有效压力、油耗率、有效热效率？各有什么意义？平均有效压力pme是发动机单位气缸工作容积输出的有效功。反映了发动机输出转矩Ttq的大小。油耗率be是指每小时单位有效功率所消耗的燃料，与有效热效率成反比。有效热效率是实际循环的有效功与为得到此有效功所消耗的热量的比值。有效热效率和油耗率是衡量发动机经济性能的重要指标。8、发动机的机械损失主要包括哪些?1）活塞与活塞环的摩擦损失。2）轴承与气门机构的摩擦损失。3）驱动附属机构的损失。4）泵体损失。5）流体摩擦。6）驱动扫气泵和增压器损失。9、什么是机械效率？受哪些因素影响？有何意义？机械功率与指示功率的比值，机油粘度、发动机温度、混合气浓度、点火正时的准确度均对机械效率有影响，在提高发动机性能指标时，应尽可能减少机械损失，提高机械效率。若不注意这点，有时在改善气缸内部指示指标的同时，却不自觉地增加了机械效率，不能获得预期的改进效果。10、如何测定机械效率？适用汽油机的是哪种？为什么？测定方法包括示功图法，倒拖法，灭缸法，油耗线法等。倒拖法消耗的功率要超过柴油机在给定工况工作时的实际机械损失，在低压缩比发动机中，误差大约为5%，在高压缩比发动机中，误差有时可高达5%~15%，因而用此方法在测定汽油机机械损失时得到较广泛的应用。11、简述汽油机与柴油机工作循环的区别。汽油机与柴油机最大的区别在与引燃方式。以四冲程的发动机为例，四冲程发动机的工作过程：四冲程发动机是活塞往复四个行程完成一个工作循环，包括进气、压缩、作功、排气四个过程。四行程柴油机和汽油机一样经历进气、压缩、作功、排气的过程。但与汽油机的不同之处在于：汽油机是点燃，柴油机是压燃。12、排气终了温度偏高可能是什么原因?排气终了温度低说明燃烧后转变为有用功的气体多，工作状况比较好，如果温度偏高，说明燃烧不完全，废气过多，热效率不高。此外，压缩比提高也会使最高燃烧温度变高，排放废气加大，尾气温度偏高。13、为什么柴油机的热效率要显著高于汽油机？1）柴油机的压缩比高，作功时膨胀得更厉害。2）柴油机油气混合时空燃比远大于1，是富氧燃烧，燃料可以充分燃烧。汽油机燃烧的空燃比在1左右，因为没有足够的氧气，汽油不能完全燃烧。14、柴油机工作循环为什么不采用等容加热循环？定容加热循环被压缩的是燃料和空气的混合物，要受混合气体自燃温度的限制，存在“爆燃”的问题，效率不会太高;定压加热循环压缩的仅仅是空气，不存在“爆燃”的问题，效率高，所以柴油机采用的是后者而不是前者。15、研究发动机热平衡的意义何在？研究发动机热平衡可以求出稳定后的工作温度，从而研究发动机的寿命，工作稳定性等等问题，并且可以知道热的分布，研究有没有热集中的地方，和由热引起的应力是否平衡，以及应力对发动机造成的影响。第二章1为什么发动机进气门迟后关闭。排气门提前开启？提前与迟后的角度与哪些因素有关？进气门迟后关闭是为了充分利用高速气流的动能，从而实现在下止点后继续充气，增加进气量。排气门提前开启是由于配气机构惯性力的限制，若在活塞到下止点时才打开排气门，则在排气门开启的初期，开度极小，废弃不能通畅流出，缸内压力来不及下降，在活塞向上回行时形成较大的反压力，增加排气行程所消耗的功。在发动机高速运转时，同样的自由排气时间所相当的曲轴转角增大，为使气缸内废气及时排出，应加大排气提前角。2四冲程发动机换气过程包括哪几个阶段，这几个阶段时如何界定的？1）自由排气阶段：从排气门打开到气缸压力接近于排气管内压力的这个时期。强制排气阶段：废气是由活塞上行强制推出的这个时期。2）进气过程：进气门开启到关闭这段时期。3）气门重叠和燃烧室扫气：由于排气门迟后关闭和进气门提前开启，所以进。排气门同时打开这段时期。3影响充量系数的主要因素有哪些？1）进气门关闭时气缸内压力Pa'，其值愈高，фc值愈大。进气门关闭时气缸内气体温度Ta'，其值愈高，фc愈低。残余废气系数γ，其值增大会使фc下降。2）进排气相位角：合适的配气相位应使Pa'具有最大值。3）压缩比：压缩比εc增加，фc会有所增加。4）进气状态：其对фc影响不大。4提高发动机工作转速，从换气方面会遇到哪些阻碍因素？该如何克服？发动机转速提高，气体流速增大，?Pa显著增加，（?Pa=λ·ρν２／２），使迅速下降（Pa'=Ps－?Pa），从而使充量系数фc下降。同时，进气门进气阻力、排气门排气终了废气压力增大，降低了充量系数，增加了排气损失。可适当加大进气门迟闭角，利用废气再循环系统，降低进排气系统的阻力，减少对进气充量的加热，合理选择进、排气相位角。5什么是进气管动力效应？怎样利用它来提高充量系数？进气管具有较长的长度时，由于管内气体具有相当惯性和可压缩性，所以在活塞变速运动以及进气过程间歇而又周期性的作用下，进气管内的气体压力、流速、密度、声速、温度等物理量做周期性的变动叫进气管动力效应。利用：如果进气管长度适当，使从膨胀波发出到压缩波回到气缸处所经过的时间，正好与进气门从开启到关闭所需的时间配合，即压缩波到达气缸时，进气门正好处于关闭前夕，则能把较高压力的空气关在气缸内，得到增压效果。6什么叫进气马赫数？它对充量系数有什么影响？进气马赫数M时进气门处气流平均速度Vm与该处声速α之比。大量试验结果表明：当M超过一定数值时，大约在0。5左右，充量系数фc便急剧下降。第三章1.发动机废气能量是如何利用的？从内燃机的热平衡分析中可知，燃料通过燃烧所释放出的总热量中，有25%以上被废气带走，充分利用这部分废气能量，是提高内燃机热效率的重要途径。目前几乎都采用废气涡轮增压系统，通过废气来驱动涡轮增压器工作，从而吸收废气能量来实现增压的目的。2增压前后，发动机的性能参数时如何变化的？增压后，可以提高进气密度，提高平均指示压力，而平均机械损失基本不变，即提高了内燃机的机械效率，同时，充量系数也增大，所以，有效功率和燃油经济性都得到提高。3为什么增压后需要采用进气中冷技术？对增压器出口空气进行冷却，一方面可以进一步提高发动机进气管内空气密度，提高发动机的功率输出，另一方面可以降低发动机压缩始点的温度和整个循环的平均温度，从而降低发动机的排气温度、热负荷和NOx的排放。4.压气机与涡轮的工作参数有哪些？涡轮机：涡轮效率ηT，膨胀比πt，气体质量流量q(mT)，涡轮转速n。压气机：增压比πk=pk\p0，流经压气机的每秒质量流量mk，压气机转速nk，绝热效率ηad-k。5车用发动机采用增压时应注意哪些问题？1）适当降低压缩比，加大过量空气系数。2）对供油系统进行结构改造，增加每循环供油率。3）合理改进配齐相位。4）进排气系统设计要与增压系统的要求一致。5）对增压器出口空气进行冷却6．如何处理增压器与发动机的匹配问题？1）采用涡轮增压的发动机低速转矩性能变差，影响车辆加速和爬坡能力，应当采用脉冲增压，充分利用低速时的脉冲能量，改善低速转矩。2）增压器自身惯性使车辆加速性能变差，为改善加速性能，可采用脉冲增压系统，减少进排气管道容积，采用放气调节或可变喷嘴，减少转子转动惯量等，可以起到增压器加速的作用。3）起动和制动有一定困难，可以保持原功率和较高转矩的情况下，适当降低内燃机转速，从而减少机械磨损，不仅改善整机经济性能，而且使可靠性及使用寿命提高，维修费用降低。7汽油机增压的技术难点有哪些？限制汽油机增压的主要技术障碍时：爆燃、混合气的控制、热负荷和增压器的特殊要求等。第四章1我国的汽油和轻柴油时分别根据哪个指标来确定牌号的？汽油根据辛烷值来确定牌号；轻柴油按凝点来确定牌号。2蒸发性不好和太好的汽油，在使用中各有什么缺点和可能产生的问题？蒸发性过强的汽油在炎热夏季以及大气压力较低的高原和高山地区使用时，容易使发动机的供油系统产生“气阻”，甚至发生供油中断。另外，在储存和运输过程中的蒸发损失也会增加；蒸发性若的汽油，难以形成良好的混合气，这样不仅会造成发动机启动困难，加速缓慢，而且未气化的悬浮油粒还会使发动机工作不稳定，油耗上升。如果未燃尽的油粒附着在气缸壁上，还会破坏润滑油膜，甚至窜入曲轴箱稀释润滑油，从而使发动机润滑遭破坏，造成机件磨损增大。3试述汽油辛烷值和柴油十六烷值的意义。辛烷值用来表示汽油的抗爆性，抗爆性时指汽油在发动机气缸内燃烧时抵抗爆燃的能力。辛烷值是代表点燃式发动机燃料抗爆性的一个约定数值。在规定条件下的标准发动机试验中通过和标准燃料进行比较来测定。采用和被测定燃料具有相同的抗爆性的标准燃料中异辛烷的体积百分比来表示。柴油十六烷值时用来评定柴油的自燃性。将十六烷值规定为100的正十六烷和规定十六烷值为0的α-甲基萘按不同比列混合得出不同十六烷值的标准燃料，其十六烷值为该混合气中正十六烷的体积百分比。如果某种柴油与某标准燃料的自燃性相同，