汽车发动机构造与维修(第版)课后习题标准答案

汽车发动机构造与维修(第版)课后习题标准答案

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第一章复习思考题参考答案

1、答：

发动机（英文：Engine），又称为引擎，是一种能够将一种形式的能转化为另一种更有用的能的机器。

它将燃料燃烧的热能转变为机械能的机器叫内燃机，故又称为热力机。目前汽车所采用的发动机绝大多数是各种型式的往复活塞式内燃机。

内燃机按其所用燃料、燃烧方式及结构特征不同可分为：汽油、柴油及多燃料发动机；点燃式与压燃式发动机；化油器式与喷射式发动机；单缸与多缸发动机；水冷式与风冷式发动机；四冲程与二冲程发动机；双气门与多气门发动机；顶置式气门与侧置式气门发动机；单排直列与V形排列式发动机。

2、答：

以桑塔纳AJR型汽油发动机为例：汽油发动机由两大机构和五大系统组成。

（1）曲柄连杆机构。是发动机借以产生动力，并将活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动而输出动力的机构。

（2）配气机构。其作用是将足量的新鲜气体充入气缸并及时地从气缸排除废气。

（3）燃料供给系统。根据发动机各种不同工作情况的要求，配制出一定数量和浓度的可燃混合气，送入气缸燃烧，作功后将废气排入大气。

（4）润滑系系统，其作用是减小摩擦，降低机件磨损，并部分冷却摩擦零件，清洗摩擦表面。

（5）冷却系。冷却系的作用是将多余的热量散发到大气中，使发动机始终处于正常的工作温度。

（6）点火系。点火系的作用是在压缩冲程接近结束时所产生高压电火花，按发动机的作功顺序点燃混合气。

（7）起动系。其作用是在任何温度下都能使静止的发动机起动并转入自行运转。

3、答：

发动机的一个工作循环如果是在曲轴旋转两周（720°），活塞在气缸内上、下运动共四个活塞行程内完成的，则称为四冲程发动机。发动机的一个工作循环若在曲轴旋转一周（360°），活塞在气缸内上、下运动共二个活塞行程内完成的，则称为二冲程发动机。

4、答：

5、答：

指示性能指标是指以可燃混合气（工质）对活塞做功为基础建立的指标，常用指示功和指示热效率表示，是用以评定发动机工作循环优劣的指标。

发动机有效性能指标主要有有效功率Pe 、有效转矩Me 、平均有效压力pe 、有效燃料消耗率ge 。它是以发动机曲轴输出的净功率建立的指标，同时它综合反映了发动机的工作情况，对描述发动机的性能特点，比较、检测发动机性能，有着重要的指导意义。

发动机铭牌上标示的有效功率、有效转矩、有效燃油消耗率等性能指标即为标定指标。

6、答：

在一个工作循环中，实际充入气缸的空气质量ΔG 与大气状态下气缸工作容积内能曲轴转角

（°）

冲程 活塞运动 气 门 状 态 气缸内压力、温度 进气门 排气门 压力（MPa ） 温度（K ） 0~180

进气 向下 开启 关闭 进气结束：0.08~0.90 （0.80~0.95） 180~360 压缩

向上 关闭 关闭 压缩结束：0.6~1.5

（3~5）

压缩结束：600~700 （800~1 000） 360~540 做功 向下 关闭 关闭 最大压力：3~5

（5~10）

做功结束：0.3~0.5

（0.2~0.4）

最高温度：2 000~2 800 （1 800~2 200） 做功结束：1 300~1 600 （1 200~1 500） 540~720 排气 向上 关闭 开启 排气结束：0.11~0.115

（0.11~0.115） 排气结束：900~1 200 （800~1 000）

够充入的空气质量ΔG 0之比称为充气系数，用ηV 表示，即：ηv = ΔG/ΔG 0。充气系数ηv 恒小于1。不同类型的发动机其充气系数有较大的差别。汽油机ηv 约为0.7~0.85，柴油机ηv 约为0.75~0.90。

提高充气系数是提高发动机动力性的先决条件，提高充气系数除了在结构上有合理的气道结构形状与尺寸、合理的进排气歧管的配置、适宜的配气相位以及采用多气门结构外，在使用过程中还应注意：定期清洗空气滤清器，以减小进气系统的阻力；定期检查调整配气相位，消除因配气机构零件磨损导致的配气相位变化，从而提高充气系数。

7、答：

燃料在燃烧过程中，空气与燃料之间有一定的浓度要求，混合气的浓度通常用空燃比和过量空气系数表示。

空燃比是指混合气中所含空气质量（单位为kg ）与燃料质量（单位为kg ）之比，用R 表示，即：

燃料质量空气质量

=R

理论上，1kg 汽油完全燃烧大约需要14.7kg 空气，即空燃比R = 14.7。这种混合气称为理论混合气。若R ＜14.7则称为浓混合气，R ＞14.7的混合气则称为稀混合气。对于不同的燃料，其理论空燃比是不同的。

过量空气系数是指在燃烧过程中，燃烧过程中实际供给的空气质量（单位为kg ）与理论上燃料完全燃烧时所需要的空气质量（单位为kg ）之比，用α 表示，即：

理论空燃比实际空燃比要的空气质量理论上完全燃烧时所需空气质量燃烧过程中实际供给的==α

由上述定义可知，无论使用何种燃料，若α = 1的可燃混合气即为理论混合气（又称为标准混合气）；α ＜1时则为浓混合气，α ＞1时则为稀混合气。

在发动机的实际循环过程中，发动机对混合气的浓度要求，是随发动机的各种负荷工作状况的变化而变化的。

8、答：

汽油机的正常燃烧过程分为诱导期、速燃期、补燃期等三个明显不同的阶段。

①诱导期，汽油经喷油器喷入进气管（或直接喷入气缸），在进气冲程中被吸入气缸，被压缩后温度、压力明显提高。当压缩至上止点前某一时刻，点火系统通过火花塞产生高压电火花，首先在火花塞电极周围形成火焰中心。因只有少量的混合气燃烧，对气缸内的温度压力影响不大，其过程曲线与压缩冲程曲线相差不大，因此将此过程又称为着火诱导期或着火延迟期。

②速燃期，随着火焰的形成及压缩冲程的继续，气缸内部温度、压力迅速升高，缸内气体扰流加剧，火焰以20~30m/s的速度向四周迅速扩散，直至掠过整个燃烧室，缸内混合气迅速完全燃烧，混合气燃烧放出的热量多而且速度快，压力明显上升，很快出现很陡的尖峰，最高燃烧温度和最大爆发压力分别为：2 200~2 800K，3~5MPa。

③补燃期，在工作循环过程中，由于时间很短，混合气中汽油蒸发不良以及与空气混合不均匀，部分颗粒较大的油滴在火焰前锋掠过后，处于表层的汽油被燃烧，尚有少量未被燃烧的部分在膨胀过程中继续燃烧。由于补燃期间气缸容积已明显扩大，燃烧放出的热量产生的压力比速燃期低得多，热量不能充分地转变为机械功，反而使排气温度上升，通过缸壁时热量被冷却水带走，因此，应尽量缩短补燃期。

9、答：

①爆震燃烧是指火焰还未达到燃烧室的末端前，末端的部分未燃混合气受已燃混合气的强烈压缩和热辐射作用，其温度、压力都急剧升高，当火焰前锋到达前，未燃混合气已达到其自燃温度即自行着火燃烧，形成新的、多个自发的火焰中心，这些火焰的扩散速度比电火花点火后的正常火焰扩散速度快几十倍，使未燃混合气瞬间燃烧完毕，气体的容积来不及膨胀，局部温度压力迅猛增加，与周围气体形成极大的压力差而产生超音速冲击波，撞击燃烧室、气缸壁、活塞顶部，使之振动而发出尖锐的金属敲击声。

强烈的爆震使活塞、连杆、曲轴、轴瓦等机件过载产生变形甚至损坏。爆震时的局部高温，会加速燃料的热分解，产生游离碳、一氧化碳、氢、氧等不能燃烧的产物，并冒出黑烟；膨胀过程补燃期延长、机体过热、功率下降、油耗增加。

②由于燃烧室内部局部机件过热或高温积炭点燃混合气的燃烧现象称为表面点火。

在火花塞正常点火前的表面点火称为“早火”，火花塞点火正常后的表面点火称为“后火”。由于表面点火不受点火系控制，使燃烧过程不稳定、工作粗暴，从而使发动机的动力性、经济性下降。

实际使用过程中，正确地调整点火提前角可有效地抑制爆震燃烧。调整方法是：松开分电器紧定螺钉，顺着分电器轴旋转方向转动分电器壳体，点火时间推迟即点火提前角减小；反之，点火提前角增大。发动机在怠速运行时，猛踩加速踏板（相当于低速大负荷工况），若能听到轻微的爆震燃烧敲击声，并且瞬间消失，说明点火提前角是合适的。

10、答：

柴油机的燃烧过程分为着火延迟期、速燃期、缓燃期和补燃期。

①着火延迟期，从开始喷油到柴油着火使气缸压力开始急剧上升而与压缩压力曲线分开时为止。喷入气缸的柴油经雾化、吸热、蒸发、扩散，并与空气混合才能自燃着火，着火延迟的长短取决于燃烧室混合气的温度。

②速燃期，柴油机的混合气是自燃着火的，而燃烧室内的混合气几乎同时着火。因此在速燃期，压力升高速度很大是柴油机粗暴工作的主要原因。着火延迟期越长，在着火前燃烧室内积累的柴油越多，工作越粗暴。在速燃期时最高温度和压力为：1 800~2 200K，5~10MPa。

③缓燃期，喷油和燃烧同时进行，由于活塞开始下行，容积不断增大，而缸内气体压力变化不大。

④补燃期，此时喷油停止，未完全燃烧的柴油在膨胀过程中继续燃烧，压力急剧下降，通过气缸壁将热量传给冷却水，因此应尽可能缩短补燃期。喷油器断油不干脆将使补燃期延长。

影响柴油机燃烧过程的主要因素。

①喷油提前角过大，压缩冲程结束时缸内气体压力较低，着火延迟期长，工作粗暴。喷油提前角过小，则补燃期延长，功率下降，发动机过热。

②喷油规律应与燃烧过程一致，即燃烧初、中、后期的喷油量，按少、多、少顺序

来变化且迅速降到零。这样发动机工作柔和，动力性、经济性也较高，喷油器的喷射角和喷射行程与燃烧室形状相配合，使用中不应随意改变与原机相匹配的喷油器类型。

③ 负荷增加，供油量也增加，过量空气系数α相对减小。单位容积内混合气燃烧放出的热量增加，着火延迟期缩短，发动机工作柔和。负荷过大，α值过小，导致燃烧不良，补燃期延长，废气中出现黑烟，排气温度过高，经济性下降。柴油机怠速运转，压缩冲程结束时温度较低，着火延迟期长，压力升高速率较大，产生较强的敲击声，工作粗暴。

④ 提高发动机转速加强了进气涡流，同时喷油压力也相应提高，柴油的雾化及与空气的混合也得以改善，着火延迟期随转速变快而缩短，用于计算曲轴转角的喷油提前角应相应增大。因此在柴油机上都装有离心式喷油提前角自动调节器。

⑤ 与柴油喷射系统相匹配的燃烧室，压缩冲程能形成与油雾相配合的气流运动，这有利于燃料与空气的均匀混合，提高空气的利用率。

11、答：

发动机的性能指标Me 、Pe 、ge 随发动机转速n 变化的关系称为发动机的速度特性，用于表示这一特性的曲线，称为速度曲线。节气门全开时速度曲线称做外特性曲线；节气门处于非全开位置时所得到的速度特性称为部分速度特性。研究发动机速度特性的目的是确定发动机的最大功率Pemax 、最大转矩Memax 和最小燃料消耗率gemin 时的转速，从而确定发动机在不同行驶状态下处于最有利的转速范围。

① 汽油机的转矩-转速Me-n 曲线为一条凸形曲线。在较低转速时，随转速的加快逐渐升高，转矩越来越大，到达某转速时转矩Me 达到最大。以后，随着转速的继续升高，转矩反而下降。

② 功率-转速Pe-n 曲线。已知9550/n M P e e ，Me-n 曲线为凸形曲线，所以当转速从较低转速值增加时，Me 也同时增加，Pe 迅速上升，当Me 达到最大值后，再继续增加转速n ，功率Pe 上升速度逐渐缓慢，到达某转速n 时，Pe 达到最高点。若再增加转速，由于发动机自身消耗的功率倍增及充气系数下降，输出功率Pe 也下降。

③ 油耗-转速ge-n 曲线为凹形曲线，发动机只有在某一转速下，油耗最低，这是因

为发动机在低转速和高转速运转时，热效率都比较低，而在高速时机械损失增加的缘故。

（2）部分速度特性曲线分析。汽油机的部分速度特性，就Me-n、Pe-n、ge-n曲线形状而言，部分特性和外持特性相似，即转矩最高点和功率最高点都向低转速方向偏移。

负荷特性则用于研究发动机在转速不变时，经济指标随负荷变化而变化的关系。

① Pe-GT曲线为递增曲线，即燃料消耗量GT随负荷（节气门开度）的增加而增加。节气门开度在70%~80%的范围内，GT随负荷的增加而增加的幅度不大。节气门接近全开时，混合气变浓，GT快速增加。

② Pe-ge曲线，有一个最小值。当发动机怠速运转时，机械效率 m = 0，功率完全用于克服发动机自身的摩擦损失，油耗率可以认为是无限大。随着负荷的增加，发动机自身摩擦损失所占比例相对减小，因此ge逐渐减小。当节气门开度接近全负荷时，混合气浓度增大，使燃烧不完全，ge又出现上升趋势。Pe-ge曲线在一定的功率Pe范围内出现低谷，此范围愈宽，表示汽车在宽阔的负荷范围内，均具有良好的经济性。

12、答：

与汽油机相比，柴油机的转矩-转速Me-n曲线较平坦，转矩的储备系数较小，对外界阻力的适应性较差，将使换挡次数增多。为此，在车用柴油机的调速器内装有转矩校正器（校正弹簧），它能在负荷增大、转速下降时，使供油量自动增加，以提高转矩，亦即提高柴油机的转矩储备系数。

与汽油机相比，柴油机的功率-转速Pe-n曲线近似为一条上升的斜直线。为了防止柴油机转速失控（“飞车”）。柴油机的喷油泵均装有调速器，当发动机达到标定转速时，调速器将起作用，阻止供油量的增加。

与汽油机相比柴油机的ge-n较平坦，即在较宽的转速范围内有较低的耗油率。同时，柴油机的最低耗油率gemin比汽油机低20%~30%，即柴油机比汽油机更经济。

13、答：

汽车在使用过程中，其技术性能逐渐变坏，失去正常工作能力，出现工作不正常，

甚至不能工作的现象，称为汽车故障。例如发动机功率下降，排气管冒浓烟，起动困难，个别气缸不工作，离合器打滑或分离不彻底，变速器挂档困难、跳档和乱档，制动器制动不灵或制动跑偏等。

14、答：

导致汽车故障的一般性原因主要有：

（1）零件的配合关系破坏。主要指零件之间的配合间隙或过盈关系破坏，例如气缸壁与活塞配合间隙过大，气门与气门座之间密封不严，会降低压缩压力使发动机功率下降；曲轴轴颈与轴瓦间隙过大，会产生异响。

（2）零件之间相互位置关系破坏。主要指结构复杂的零件或基础件，如气缸体发生变形，轴承承孔偏磨，造成零件之间的同轴度、平行度、垂直度等遭到破坏，而使汽车不能正常工作。

（3）零件及各机构间的相互性能关系破坏。如配气相位、点火或供油时间不正确，供油量不均匀，制动器左右制动力不相等，都影响汽车的性能。

（4）零件工作性能出现缺陷。主要指零件几何形状、表面质量、材料性质等的变化。如气缸体、缸盖破裂，燃烧室积炭，气门弹簧、离合器弹簧弹力下降，电气设备绝缘被击穿，油封橡胶材料老化等。都会使汽车形成故障。

故障率随时间而变化的情况可以用故障率曲线所示。

1．早期故障期的故障率，由极高值很快地降下来。这个高的故障率主要是由于零件加工和部件装配等方面不当引起的。