汽车拖拉机发动机原理课后习题答案

第三章 发动机的换气过程
1.四冲程换气过程 排气门开始到进气门关闭。包括进气、排气过程 2.四冲程柴油发动机与汽油发动机的换气过程有何不同？ 汽油发动机排气提前角小，柴油机增压更大 3. 气门叠开角对换气过程有何影响？ >360，进排气门均提前开启迟后关闭，可以增加气门通过能力，利用气流流惯， 减少换气损失，提高发动机性能。 4.换气损失怎样造成的？从哪些方面采取措施可以减少换气损失？ ：①排气损失（自由：排气门提前打开，排气压力线偏离理论循环膨胀线，引起 膨胀功减少造成；强制：活塞将废气推出所消耗的功）②进气损失：进气过程气 缸压力小于进气管压力造成损失。措施： ①减少排气系统阻力以及排气门处流动 损失②合理调整配气正时， 加大进气门的流通截面积，正确设计进气及降低活塞 平均速度。 5.什么是充量系数？试推导充量系数的解析式 每个循环实际吸入气缸的新鲜充量 ml 与进气状态下充满汽缸工作容积的新鲜充 量 msh 之比。 6.残余废气系数和充量系数有什么关系？ 7.分析影响充量系数的因素？ 进气门关闭气缸内压力 PA 升高φc 升高；转矩 Ta 升高φc 减小；残余废气系数 y 升高φc 减小；进排气相位角合适使 PA 升高，压缩比增加φc 升高。 8.什么是进气马赫数？对充量系数有什么影响？ M 进气门处气流平均速度 V 与该处声速 a 之比。在 0.5 左右，φc 急剧下降。 9.为什么说进气迟闭角在配气正时中对充量系数影响最大？试分析之 10．提高充量系数的措施 ①降低进气系统的阻力②合理选择配位气③减少排气系统的阻力④减少对新鲜 充量的热传导⑤进气系统采用电子控制技术。 11.充量系数的研究中，为什么常把注意力主要集中于进气系统？ φc 是衡量不同发动机性能和进气过程完善程度的指标。 12.发动机转速变化时充量系数变化特征。
第二章
发动机的性能指标
1. 研究理论循环的目的是什么？理论循环与实际循环相比，主要作了哪些简 化？ 答:目的：1.用简单的公式来阐明内燃机工作过程中各基本热力参数间的关系， 明确提高以理论循环热效率为代表的经济性和以平均有效压力为代表的动力性 的基本途径 2.确定循环热效率的理论极限，以判断实际内燃机经济性和工作过 程进行的完善程度以及改进潜力 3.有利于分析比较发动机不同循环方式的经济 性和动力性 简化：1.以空气为工质，并视为理想气体，在整个循环中工质的比热容等物理 参数为常数，均不随压力、温度等状态参数而变化 2.将燃烧过程简化为由外界 无数个高温热源向工质进行的等容、等压或混合加热过程，将排气过程即工质的 放热视为等容放热过程 3.把压缩和膨胀过程简化成理想的绝热等熵过程，忽略 工质与外界的热交换及其泄露等的影响 4.换气过程简化为在上、下止点瞬间开 和关，无节流损失，缸内压力不变的流入流出过程。 2. 简述发动机的实际工作循环过程。 四冲程发动机的实际循环由进气、压缩、燃烧、膨胀、排气组成 3. 排气终了温度偏高的原因可能是什么？ 4. 有流动阻力，排气压力》大气压力，克服阻力做功，阻力增大排气压力增大, 废气温度升高。负荷增大 Tr 增大；n 升高 Tr 增大，∈+，膨胀比增大，Tr 减小。 5. 发动机的实际循环与理论循环相比存在哪些损失？试述各种损失形成的原 因。 答：1.传热损失，实际循环中缸套内壁面、活塞顶面、气缸盖底面以及活塞环、 气门、喷油器等与缸内工质直接接触的表面始终与工质发生着热交换 2.换气损失， 实际循环中，排气门在膨胀行程接近下止点前提前开启造成自 由排气损失、强制排气的活塞推出功损失和自然吸气行程的吸气功损失 3.燃烧损失，实际循环中 着火燃烧总要持续一段时间，不存在理想等容燃 烧，造成时间损失，同时由于供油不及时、混合气准备不充分、燃烧后期氧不足 造成后燃损失以及不完全燃烧损失 4.涡流和节流损失 实际循环中活塞的高速运动使工质在气缸产生涡流造 成压力损失。分隔式燃烧室，工质在主副燃烧室之间流进、流出引起节流损失 5.泄露损失 活塞环处的泄漏无法避免 6. 提高发动机实际工作循环效率的基本途径是什么？可采取哪些措施？ 答： 减少工质比热容、 燃烧不完全及热分解、 传热损失、 提前排气等带来的损失。 措施：提高压缩比、稀释混合气等 7. 为什么柴油机的热效率要显著高于汽油机? 柴油机拥有更高的压缩比， 8. 什么是发动机的指示指标？主要有哪些？ 以工质在气缸内对活塞做功为基础，评定发动机实际工作循环质量的好坏。 指示压力、指示功率、指示热效率、指示燃油消耗率。 9. 什么是发动机的有效指标？主要有哪些？ 以曲轴对外输出功率为基础 反映发动机整体性能的优劣 ①动力性能指标：有效功率，有效转矩，平均有效压力，转速②经济性能：有效
第五章 汽油机混合气的形成与燃烧
1、画出汽油机燃烧过程的 p 图，并简述各个时期的主要特点及相应要求。 图文见书 109 页 2.汽油机燃烧过程滞燃期的定义是什么，影响因素有哪些？ 答：滞燃期是指由火花塞跳火的 A 点到气缸压力线脱离压缩线的 B 点这一阶段， 也称作着火落后期。其长短用着火落后时间或者火落后角表示。
热效率，有效燃料消耗率③强化指标：升功率和比质量，强化系数。 10. 总结提高发动机动力性能和经济性能指标的基本措施？ ①增大气缸直径，增加气缸数+②增压技术③合理组织燃烧过程④提高充量系数 ⑤提高转速⑥提高机械效率+⑦用二冲程提高升功率。 11. 发动机的机械损失主要包括哪些？ 摩擦损失，驱动各种附件损失，带动机械增压器损失，泵气损失 12. 什么是机械效率？机械效率受哪些因素影响？有何意义？ 比较机械损失所占比例的大小，有效功率与指示功率的比值。影响因素：①转速 和活塞平均速度②负荷③润滑油温度和冷却水温度。 13. 如何测定机械效率？适用于汽油机的是哪种方法？ 通过发动机试验测定，常用方法有 示功图法、倒拖法、灭缸法、油耗线法。倒 拖法适用于汽油机。 14. 研究发动机热平衡的理化学性能 开始点火时气缸内气体内气体的压力、温度。压缩比高时。 过量空气系数。试验证明，过量空气系数 a 0.85 0.95 时滞燃期短 残余废弃量。残余废气量增加， i 稍有增加 混合气流动。气缸内混合气运动强，则 i 稍有增加 火花能量。火花能量大，则 i 减小 3.给出火焰传播的速率的定义 答： 火焰传播速率定义为火焰前锋面沿法线方向上相对于未燃混合气的移动速度 4.什么是汽油机的爆燃？引起爆燃的机理是什么？爆燃对汽油机有何危害？影 响汽油机爆燃的因数有哪些？（答案参考，以书为主） 答：爆燃：是汽油机最主要的一种不正常燃烧现象，常在压缩比比较高时出现。 发生爆燃时， 示功图压力曲线出现高频大幅波动，同时发动机发出高频尖叫的金 属敲击声，因此也成爆燃为敲缸。 机理：爆燃着火方式类似于柴油机，同时在较大面积上多点着火，所以放热速率 极快，局部区域的温度压力急剧增加，这种类似阶越的压力变化，形成燃烧室内 往复传播的激波，猛烈撞击燃烧室壁面，使壁面产生振动，发出高频振音（即敲 缸声） 。 危害：爆燃会给汽油机带来很多危害，发生爆燃时，最高燃烧压力和压力升高率 都急剧增大，因而相关零部件所受应力大幅增加，机械负荷增大；爆燃时压力冲 击波冲击缸壁破坏了油膜层，导致活塞、气缸、活塞环磨损加剧，爆燃时剧烈无 序的放热还使气缸内温度明显升高，热负荷及散热损失增加，这种不正常燃烧还 使动力性和经济性恶化。 因素：燃料性质、运转因素（点火提前角、转速、负荷、混合气浓度、燃烧室沉 积物的影响） 。结构因素的影响（气缸直径、火花塞位置、气缸盖与活塞的材料、 燃烧室结构） 5.什么是表面点火？如何产生？危害最大的表面点火是什么？ 答：在汽油机中，不是靠火花塞点燃，而是由燃烧室内炽热表面点燃混合气的现 象称为表面点火。 正常表面点火发生在发动机长时间高速高负荷运行之后，由火花塞绝缘体、电极 或排气门高温引起。 程度严重或较长时间的早燃会引起爆燃性表面点火，及激爆 危害最大的表面点火——爆燃 6.何谓汽油机燃烧循环变动？燃烧循环变动对汽油机性能有何影响？如何减少 燃烧循环变动？ 答：燃烧循环变动是点燃式发动机燃烧过程的一大特征，是指发动机以某一工况 稳定运转时， 这一循环和下一循环燃烧过程的进行情况不断变化，具体表现在压 力曲线、火焰传播情况及发动机功率输出均不相同。 影响：由于存在燃烧循环 变动，对于每一循环，点火提前角和空燃比等参数都不可能调整到最佳，因而使 发动机油耗上升、功率下降，性能指标得不到充分优化。随着循环变动加剧， 燃 烧不正常甚至失火的循环次数逐渐增多，碳氢化合物等不完全燃烧产物增多， 动
转速升高进气阻力增大φc 减小；转速增加负荷不变，加热新气时间短，φc 略 上升；转速不变，负荷增加，新气加热多，充量系数下降。 13.发动机通过提高转速来提高功率时，从换气过程看会遇到什么困难？有何措 施防止充量系数下降？ 发动机转速提高，气体流速升高，Pa 增大，φc 减小，同时，进气门进气阻力， 排气门排气终了废气压力增大，φc 下降，增加排气损失。克服：适当增加进气 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。 14.多气门结构有何功能和特点？ φc+充量加大， 最大转速提高功率加大百分比远超转矩的增加值。 实现可变技术， 改善低速，低负荷性能；布置紧凑燃烧室，火花塞放置在燃烧室中央，从而改善 燃烧，减少运动件质量，利于高速化。
第四章
燃料与燃烧
1.汽油和柴油的标号分别是根据什么指标确定的？ 答：汽油标号的划分是按照抗爆系数，或者叫做辛烷值来划分的。所谓 90 号、93 号、97 号无铅汽油，是指它们分别含有 90%、93%、97%的抗爆震能力强 的“异辛烷” 。抗暴系数越大，汽油抗爆性越好。 柴油的标号是按照柴油的凝点来划分的。分为 10 号、5 号、0 号、-10 号、-20 号、-30 号、-50 号。代表其凝点不高于 10℃、5℃…… 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？ 答：若汽油的蒸发性不太好，则混合气形成困难，启动、加速性能变差， 燃 烧不完全，油耗增加。 若汽油的蒸发性太好， 则形成气阻的倾向性也越大。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； 3.试述汽油辛烷值和柴油十六烷值的意义 答： 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。 汽油的辛烷值越 高，抗爆性越好。 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，则该标准燃料的十六烷值即为该柴油的十六烷值。 4.什么是过量空气系数？它与混合气浓度有什么关系？ 答： 发动机工作过程中， 燃烧 1kg 燃油实际共给的空气量与理论空气量之比， 称为过量空气系数。 过量空气系数大于 1 称为稀混合气， 等于 1 称为标准混合气， 小于 1 称为浓混合气。 8 发动机采用代用燃料的意义是什么？ 5.燃料的燃烧热值和混合气热值有什么不同 答：燃料热值是指单位量的燃料完全燃烧时做释放的热量。单位：焦耳。分为高 位热值 H 0 （生成的水是液态）和低位热值 H u （生成水是气态） 。汽油机和柴油 的热值都是低位热值。