《内燃机设计》课后习题标准答案(袁兆成主编)

第一章:内燃机设计总论

1-1根据公式,可以知道，当设计的活塞平均速度V m增加时，可以增加有效功率,请叙述活塞平均速度增加带来的副作用有哪些?具体原因是什么？答：①摩擦损失增加,机械效率ηm下降，活塞组的热负荷增加,机油温度升高，机油承载能力下降，发动机寿命降低。②惯性力增加，导致机械负荷和机械振动加剧、机械效率降低、寿命低。③进排气流速增加，导致进气阻力增加、充气效率ηv下降。

1－2汽油机的主要优点是什么？柴油机主要优点是什么？

答:柴油机优点：ﻫ1)燃料经济性好。ﻫ2)因为没有点火系统，所以工作可靠性和耐久性好。３）可以通过增压、扩缸来增加功率。

4）防火安全性好,因为柴油挥发性差。

5）CO和ＨC的排放比汽油机少。ﻫ汽油机优点:ﻫ1）空气利用率高,转速高,因而升功率高。ﻫ２）因为没有柴油机喷油系统的精密偶件，所以制造成本低。

3)低温启动性好、加速性好，噪声低。ﻫ4)由于升功率高,最高燃烧压力低,所以结构轻巧,比质量小。

5)不冒黑烟,颗粒排放少。

1－3假如柴油机与汽油机的排量一样,都是非增压或者都是增压机型，哪一个升功率高？为什么？

答:汽油机的升功率高,在相同进气方式的条件下,

①由PL=Pme＊n/30τ可知,汽油机与柴油机的平均有效压力相差不多。但是由于柴油机后燃较多，在缸径相同情况下,转速明显低于汽油机，因此柴油机的升功率小。

②柴油机的过量空气系数都大于1，进入气缸的空气不能全部与柴油混合,空气利用率低,在转速相同、缸径相同情况下,单位容积发出的功率小于汽油机,因此柴油机的升功率低,汽油机的升功率高。

1－4柴油机与汽油机的汽缸直径、行程都一样，假设Ｄ＝９0mm、S=9０mm，是否都可以达到相同的最大设计转速（如ｎ=6000ｒ/ｍin)？为什么?

答:.对于汽油机能达到，但是柴油机不能。因为柴油机是扩散燃烧形式,混合气的燃烧速度慢,达不到汽油混合气的燃烧速度,所以达不到6000r/miｎ的设计转速。缸径越大，柴油混合气完成燃烧过程的时间越长,设计转速越低。

1-5活塞平均速度提高，可以强化发动机动力性，请分析带来的副作用是什么？

答:①摩擦损失增加,机械效率ηm下降，活塞组的热负荷增加,机油温度升高，机油承载能力下降,发动机寿命降低。

② 惯性力增加，导致机械负荷和机械振动加剧、机械效率降低、寿命低。

③进排气流速增加，导致进气阻力增加、充气效率ηv下降。

1-6目前使发动机产生性能大幅度提高的新型结构措施有哪些?为什么？

答:新型燃烧室,多气门（提高ηv），可变配气相位ＶVT（提高ηv),可变进气管长度（提高ηｖ),可变压缩比,可变增压器VGT、ＶNT（可根据需要控制进气量），机械-涡轮复合增压，顶置凸轮机构DOＨC、SOHC(结构紧凑，往复惯性力小）。

1-8某发动机为了提高功率，采用了扩大汽缸直径的途径，如果汽缸直径扩大比较多,比如扩大5mｍ，与之相匹配的还要改变那些机构的设计?还要进行哪些必要的计算?

答:气缸直径改变之后，除估算功率、转矩外，活塞直径、气门直径、气门最大升程要重新确定,活塞环要重新选配,曲轴平衡要重新计算,要进行曲轴连杆机构动力计算和扭振计算,要进行压缩比验算、燃烧室设计、工作过程计算深知重新设计凸轮型线等。

１-9某发动机由于某种原因，改变了活塞行程，与之相匹配的还要进行哪些结构更改设计

和计算？

答：活塞行程S改变后,在结构上要重新设计曲轴,要重新进行曲柄连杆机构动力计算、平衡计算、机体高度改变或者曲轴中心移动、压缩比验算与修正、工作过程计算等。

第二章:曲柄连杆机构受力分析

2-１写出中心曲柄连杆机构活塞的运动规律表达式，并说出位移、速度和加速度的用途。答：X = r[(１-cosα)+λ/4（1-cｏs2α)］= ＸⅠ+XⅡ;

Ｖ= rω(sinα+ｓｉn２α＊λ/2)＝ｖⅠ+vⅡ;ﻫa = rω２(cosα+λcoｓ2α) = aⅠ+aⅡ;ﻫ用途：1）活塞位移用于P-φ示功图与Ｐ-V示功图的转换，气门干涉的校验及动力计算; ﻫ2)活塞速度用于计算活塞平均速度Ｖｍ＝=１8m/s，用于判断强化程度及计算功率,计算最大素的Vｍａｘ，评价汽缸的磨损；

3)活塞加速度用于计算往复惯性力的大小和变化,进行平衡分析及动力计算。

2-2气压力Ｐg和往复惯性力Ｐj的对外表现是什么?有什么不同?

答:气压力Fg的对外表现为输出转矩，而Ｆj的对外表现为有自由力产生使发动机产生的纵向振动。不同:除了上述两点，还有

•Fjmaｘ < Ｆｇmax

•Fj总是存在,但在一个周期内其正负值相互抵消,做功为零；Fg是脉冲性，一个周期内只有一个峰值。

第三章:内燃机的平衡

３－1四冲程四缸机,点火顺序1－3-4-2,试分析旋转惯性力和力矩,第一阶、第二阶往复惯性力和力矩，如不平衡,请采取平衡措施。

答：解：点火间隔角为 A= ＝180°

（1）作曲柄图和轴测图,假设缸心距为ａ。

一阶曲柄图二阶曲柄图轴测图

（２）惯性力分析。根据一阶曲柄图和二阶曲柄图作力的矢量图,做如图所示的四拐平面曲轴往复惯性力矩图。由于二阶惯性力不平衡，所以不能分析二阶力矩,因为此时随着取矩点的不同,合力矩的结果是不一样的。