哈尔滨工程大学内燃机原理习题与答案 - 副本

哈尔冰工程大学第一章 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。

答：由混合加热循环热效率公式： 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。

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保持不变。

则由 ，机械效率下降 当发动机怠速运转时 ，机械效率=03、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。

)1()1(1111-+--⋅-=-ρλλρλεηk k k t ↓↓-=i m m p p 1ηim i m i e i e m p p N N p p N N -=-===11η[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。

解：平均有效压力：Pe=30Ne*t/（Vn*i*10-3）=738kPa有效扭矩： Me=9550*Ne*103/n=318.4N ·m有效燃油消耗率：ge=G T /Ne*103=370 g/（KN ·h ）有效热效率：ηe=We/Q1=Wi*hm/Q1=3.6/（ge*hu ）*106=0.22升功率：P1=Ne/(Vn*i)=pe*n/（30t ）*10-3=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平均指示压力：pi=30tPi/(Vn*i*n)*103=889.14kPa指示燃油消耗率：gi=G T /Pi*103=307.1g/(KN ·h)指示热效率：ηi=3.6/（gi*hu ）*106=0.27第二章 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 =G 1/G sh =M 1/M sh =V 1/V h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，用流量计来实测内燃机吸入的总充气量V （m 3/h ）。

而理论充气量V sh 可由下式算出： Vsh=0.03inV h由此可得实验测定的充气效率值为ηv =V/V sh[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r T p p T a a v +-=11100εεξη知提高进气终了压力a p ，适当减少进气终了温度a T 可提高充气效率。

[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）第三章车用发动机的废气涡轮增压[1]试述增压比、增压度、压气机喘振、涡轮机阻塞的定义。

答：增压比：增压比Πκ是指增压后气体压力Pκ与增压前气体压力Po之比。

增压度：增压度Ψκ是指发动机在增压后的功率与增压前的功率之比。

压气机踹振：在一定转速下，当空气流量减少到低于一定数值时，压气机的工作便开始不稳定，气流发生强烈的脉动，引起整台压气机剧烈振动，甚至导致损坏，同时发出粗暴的踹息声，这种不稳定工况称为踹振。

涡轮机阻塞：当涡轮机转速一定，随着膨胀比Pt*/P2的增大，流量随着增加，当膨胀比增加到某一临界时，流量达到最大值，不再增加，这种现象称为涡轮机的阻塞现象。

[2] 废气涡轮增压对发动机性能有什么影响？答：（一）动力性↑，升功率↑，经济性↑（二）排气污染及噪声↓（三）加速性↓（四）发动机的低速扭矩偏低（五）起动性与制动性↓（六）热负荷、机械负荷↑[3]什么是恒压系统、脉冲系统？对它们进行比较？答：恒压系统：这种增压系统的特点是涡轮前排气管内压力基本是恒定，它把柴油机所有的排气管都连接于一根排气总管，而排气总管的截面积又尽可能做得大，排气管实际上起到了集气箱的作用，由于集气箱起了稳压作用，因而在排气总管内的压力振荡是较小的。

脉冲系统：特点是使排气管中的压力造成尽可能大的压力变动，把涡轮增压器尽量靠近汽缸，把排气管做得短而细，并且几个缸连一根排气管。

这样每一根排气管中就形成几个连续的互不干扰的排气脉冲波进入废气涡轮机中，同时把涡轮的喷嘴环，根据排气管的数目分组隔开，使互不干扰。

脉冲可利用能量大于恒压系统。

脉冲系统有利于扫气。

脉冲系统加速性能好。

脉冲系统结构复杂、流动损失大。

低增压：脉冲系统高增压：恒压系统[4]高增压系统为什么必须加装中冷器？答：将增压器出口的增压空气加以冷却，一方面可以提高充气密度，从而提高柴油机功率，另一方面也可以降低柴油机压缩始点的温度和整个循环的平均温度，从而降低柴油机的热负荷和排气温度。

冷却增压空气尽管是降低热负荷的最合理的措施之一，但只有在增压压力较高时才是合适的，低增压时没有必要设置中冷器。

第四章柴油机混合气形成[1] 简述柴油机混合气形成的两个基本方式和特点。

答：1、空间雾化混合特点：○: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初期空间分布燃料多，工作粗暴2、油膜蒸发混合特点：○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，冷起动困难。