内燃机原理习题与答案

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=0

3、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(1

1

11-+--⋅

-=-ρλλρλεηk k k t ↓↓

-=i m m p p

1ηi

m 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：η

v

=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 +-=11

100εε

ξ

η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？