汽车发动机原理第7章 课后习题答案

第七章复习思考题

1 试分析内燃机增压的优势。

答：增压具有以下优点：

1）增压能够有效提高发动机的动力性和经济性能。

2）增压可以使发动机在总质量和体积基本保持不变的情况下，输出功率得到大幅度的提高，升功率、比质量功率和比体积功率都有较大增加，因而可以降低单位功率的造价。

3）增压柴油机一般采用较大的过量空气系数，HC、CO和碳烟排放降低。

4）柴油机增压后，缸内温度和压力水平提高，可以使滞燃期缩短，有利于降低压力升高率和燃烧噪声。

5）增压有利于高原稀薄空气条件下恢复功率，因此增压对补偿高原功率损失十分有利。

2 比较内燃机不同增压方式的结构和性能特点。

答：根据压气机能量的来源分类，可以分为机械增压、气波增压、废气涡轮增压和复合增压：

1）机械增压

发动机输出轴直接驱动机械增压装置（如螺杆式、离心式、滑片式、涡旋式、转子活塞式等压缩机），实现对进气的压缩。机械增压的特点是响应速度快，缺点是要消耗发动机的部分功率。

2）气波增压

利用排气系统中的压力波动效应来压缩进气，如气波增压器（Comprex）。可变长度进气管可以直接利用进气压力波和气流惯性来增加缸内进气量，某种意义上也是一种气波增压。气波增压的特点是利用了废气能量，效率高。

3）废气涡轮增压

压气机与涡轮同轴相连，构成涡轮增压器，涡轮在内燃机排气能量的推动下旋转，带动压气机工作，实现进气增压。内燃机废气涡轮增压系统包含压气机、涡轮机、中冷器等部件。废气涡轮增压的特点是回收了原具有一定热能、压力能以及噪声的废气能量，缺点是在发动机起动和低速时响应性差、能量回收率差。

4）复合增压

复合增压将上述多种增压方式加以组合，以获得更好的增压效果。

3 分析废气涡轮增压系统的能量转化过程。

答：发动机排气经过涡轮机后，废气的热能、压力能和动能转换成为涡轮机

轴的机械能；涡轮机与压气机同轴，从而涡轮机的机械能传递给压气机；在压气机中，压气机的机械能转化为气体的压力能，从而提高新鲜气体的压力。

4 分析废气涡轮增压器中气体性能参数在压气机和涡轮机中的变化情况。 答：空气在压气机中的流动时，整个变化过程如图7-4所示，并且有以下结论：

1）通过压气机后，气体的压力升高04p p >，04p p p K >=，达到增加气体压力的目的。气体压力升高，则密度增加，所以经过压气机压缩的气体进入发动机进气道后压力升高，进气密度增加，达到增压的目的。

2）04T T T K >=，压气机出口的气体温度升高，不利于气体密度的提高，故需降低进入发动机进气道的气体温度，所以在压气机出口到发动机进气道间可加装中冷器，冷却气体。

图7-4 空气参数沿压气机通道的变化

燃气在涡轮机中的流动时，由发动机排气管中排出的气体具有压力T p 、温度T T 、并以速度T c 经进气蜗壳流入喷嘴环。在喷嘴环上均匀的安装了具有一定角度的叶片，这就使燃气经过叶片间的通道后更具有方向性，使气流更加均匀且有秩序的流入涡轮机工作轮。叶片间的通道面积是渐缩的，使部分压力势能转变为气体的动能，即气体的压力降低到1p ,温度降低到1T ，气体流动的速度增加到1c （见图7-11）。

图7-11涡轮机中气流参数的变化

由于气流在工作轮中是向心流动的，所以在工作轮叶片之间的通道也是呈渐缩的形状，气体在通道中继续膨胀，在工作轮出口处压力下降到2p ，温度降低

到2T ，此时气体的绝对速度下降到2c ，工作轮后气体的绝对速度2c 远小于1c ，这说明燃气在喷嘴中膨胀所获得的动能已大部分传给了工作轮。

燃气离开工作轮时还具有一定的速度2c ，即还有一部分动能未能在涡轮机中

得到充分利用，这部分动能损失称为余速损失2/22c 。

5 何谓压气机特性曲线？为什么要采用通用特性曲线？

答：压气机流量特性指压气机的转速不变时，压气机增压比k π和绝热效率k η随空气流量的变化关系。将压气机不同转速的流量特性表示在同一幅图面上，并

将效率线转换成等效率线，可得到压气机的特性曲线。

压气机特性曲线中的参数（mk k k ad k q n p p 及,,/0-η）都是在实验条件的外界大气状况下测得的。当大气状况变化时，这些参数以及由这些参数作出的压气机特性曲线也跟随变化。为了使实验曲线与实践应用一致，引进了相对的折合参数的概念，就是把实验测得的上述参数根据气流动力相似理论来换算成标准大气状况（标准大气压p =101.33kPa ，标准大气温度T =293K ）下的参数值。

6 分析废气涡轮增压器发生喘振的原因。

答：从压气机特性曲线图7-7可以看出，随着空气流量的减小，初始阶段增压比增加，达到某一最大值以后，增压比便下降，当流量减小到低于一定数量时，压气机工作开始变得不稳定，流过压气机的气流开始出现强烈的脉动，引起压气机产生强烈的振动，并有可能导致压气机的破坏，这个现象称为压气机的喘振。

7 分析废气涡轮增压系统废气的利用方式，并进行比较。

答：废气涡轮增压系统的两种基本型式是：

1）恒压系统

如图7-12a 所示，这种增压系统的特点是涡轮前排气管内压力基本恒定。它把发动机所有气缸的排气管都连接于一根排气总管，而排气总管的截面尽可能做得粗。排气管实际上起了集气箱的作用，这时虽然各气缸的排气时间是岔开的，但是由于集气箱的稳压作用，因而排气总管内的压力振荡较小。

a) b)

图7-12 涡轮增压系统的两种基本形式

a) 恒压系统 b) 变压系统

2）变压系统（脉冲系统）

如图7-12b 所示，这种增压系统的特点是使排气管中的压力造成尽可能大的压力变动。为此，把涡轮增压器尽量靠近气缸，把排气管做得短而细，并且几个气缸（通常2缸或3缸）接一根排气管。这样在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（或称排气压力波）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，使它们互不干扰。

8 分析恒压涡轮增压四冲程柴油机的理论示功图。

答：恒压系统四冲程涡轮增压柴油机的理论示功图（见图7-13）说明了发