汽车发动机原理作业和标准答案

汽车发动机原理作业第一章1-1 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：研究理论循环的目的：（1）用简单的公式来阐明发动机工作过程中各基本热力参数的关系，以明确提高以理论循环热效率为代表的经济性和以循环平均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，以判断实际发动机工作过程的经济性和循环进行的完善程度以及改进潜力。

（3）有利于分析比较发动机各种热力循环方式的经济性和动力性。

理论循环与实际循环相比，主要作了如下简化：（1）假设工质是理想气体，其物理常数与标准状态下的空气物理常数相同；（2）假设工质是在闭口系统中作封闭循环；（3）假设工质的压缩及膨胀是绝热等熵过程；（4）假设燃烧是外界无数个高温热源定容或定压向工质加热。

工质放热为定容放热。

1-3 试分析影响循环热效率、循环平均压力的主要因素。

答：影响循环热效率有：（1）压缩比εc；（2）等熵指数k；（3）压力升高比λp（4）初始膨胀比ρ0影响循环平均压力的主要因素：上述四个因素，以及进气终点压力P de。

此外还有如下限制：（1）结构条件的限制；（2）机械效率的限制；（3）燃烧方面的限制；（4）排放方面的限制。

1-7 什么是发动机的指示指标？主要有哪些？答：发动机的指示指标：发动机的指示指标用来评定实际循环的质量，它是以工质对活塞作功为基础的指标。

主要有如下指标：指示功Wi；平均指示压力p mi ；指示功率P i；指示热效率ηit ；指示燃料消耗率b i 。

1-8 什么是发动机的有效指标？主要有哪些？答：发动机的有效指标：发动机的有效指标是以曲轴对外输出的功率为基础，代表了发动机整机的性能。

主要有如下指标：（1）动力性指标：有效功率Pe；有效转矩Ttq；平均有效压力p me ；转速n和活塞平均速度Cm。

（2）经济性指标：有效热效率ηet ；有效燃料消耗率b e 。

（3）强化指标：升功率P L；比质量m e；强化系数p me C m。

计算题：某汽油机在3000r/min时测得其转矩为55N.m，在该工况下燃烧50mL的汽油需要的时间是25.7s，试计算有效功率P e（kW）、每小时耗油量B（kg/h）和比油耗（每千瓦小时耗油量）b e（g/kW.h）。

汽油的密度为0.73g/mL。

解：P e=n×T tq/9550=3000 ×55/9550=17.28(kW)B=ρV/t=0.73×50×10-3×3600/25.7=5.11 (kg/h)b e=B×1000/P e=5.11×1000/17.28=295.72(g/kW.h)答：有效功率为17.28KW；每小时耗油量为5.11kg/h；比油耗为295.72g/kw.h第二章2-1 叙述四冲程发动机的换气过程。

答：（1）自由排气阶段（超临界与亚临界状态）从排气门打开到气缸压力接近了排气管压力的这个时期称为自由排气阶段。

排气门是在活塞到达下止点之前开启，从排气门开始打开到下止点这段曲轴转角，称为排气提前角，一般为30°～80°曲轴转角。

（2）强制排气阶段此阶段废气是由活塞上行强制推出。

由于要克服排气门、排气道处的阻力，缸内平均压力比排气管平均压力略高一些，一般高出10kPa左右。

气流的速度愈高，此压差愈大，耗功愈多。

（3）进气过程进气提前角：进气门一般在上止点前5°～20°曲轴转角开始打开，以保证活塞下行时有足够大的开启面积，新鲜工质可以顺利流入气缸。

进气迟闭角：进气门一般在下止点后20°～50°曲轴转角才关闭，以利用高速气流的惯性，在下止点后继续充气，以增加进气量。

（4）气门叠开由于排气门的迟后关闭和进气门的提前开启，存在进、排气门同时开着的现象，称为气门叠开。

2-2 为何进、排气门要提前打开和迟闭，对换气过程有何影响？何时存在气门叠开现象？气门叠开角的大小对换气过程有何影响？答：发动机运行时，在如此短的换气时间内，要使排气干净、进气充足是比较困难的。

为了增加气门开启的时间断面，并充分利用气流的流动惯性以及减少换气过程的损失，从而改善换气过程，提高发动机的性能，进、排气门一般都是提前打开、迟后关闭，所以整个换气过程大于360℃A，约占410～480℃A。

在排气门迟后关闭和进气门提前开启，存在进、排气门同时开着的现象。

过小：不能利用气流的压差、惯性或进、排气管压力波的帮助，来清除残余废气，增加进气量，降低高温零件的温度。

过大：使废气倒流。

2-4 何为充量系数？提高充量系数的重要主要措施有哪些？▪答：充量系数：实际进入气缸的新鲜工质的质量与进气状态下充满气缸工作容积的新鲜工质质量的比值。

重要措施：1、提高进气终了压力，增压；2、降低进气终了温度，中冷；3、降低残余废气系数；4、合理的配气定时；5、提高压缩比。

2-6 简述发动机转速变化时，充量系数的变化特征。

答：当转速增加时，进气阻力增加，充量系数下降；转速增加，负荷不变，加热新气时间短，充量系数略上升；转速不变，负荷增加，新气加热多，充量系数下降。

\第三章1 汽油和柴油的标号分别是根据什么指标来确定的？答：国产汽油用辛烷值来标号；我国轻柴油的牌号按凝点来标号。

2、什么叫过量空气系数？它与混合气浓度有何关系？答：燃烧1kg燃料实际提供的空气量L与理论上所需空气量L0之比，称为过量空气系数Фa。

Фa=L/L0代表了混合气浓度。

第四章2 爆燃燃烧产生的原因是什么？它会带来什么不良后果？答：原因：火花塞点火，火焰锋面到达之前，末端混合气即以低温多段方式开始自燃。

类似于柴油机的着火方式。

影响因素：（1）燃料性质。

辛烷值高的燃料，抗爆能力强；（2）末端混合气的应力和温度。

提高压缩比，易爆燃；（3）火焰前锋传播到末端混合气的时间。

提高火焰传播速度，缩短火焰传播距离，有利于避免爆燃。

危害：⑴机械负荷增加；⑵活塞、气缸和活塞环磨损加剧；⑶热负荷及散热损失增加；⑷动力性和经济性恶化。

3 爆燃和早燃有什么区别？▪爆燃现象：缸内压力曲线出现高频大幅度波动（锯齿波），同时产生一种高频金属敲击声，因此称爆燃为敲缸。

早燃：指在火花塞点火之前，炽热表面点燃混合气的现象。

早燃与爆燃的关系：早燃会诱发爆燃，爆燃又会让更多的炽热表面温度升高，促使更剧烈的表面点火，两者互相促进，危害可能更大。

5 何谓汽油机表面点火？防止表面点火的主要措施有哪些？表面点火凡是不靠电火花塞点火而由燃烧室内炽热表面（如排气门头部、火花塞绝缘体或零件表面炽热的沉积物等）点燃混合气的现象，统称为表面点火。

防止表面点火的主要措施有：降低燃烧室温度和压力升高；减少积碳。

\第五章5、分析比较直喷式和分隔式柴油机的性能特点及各自的适用场合。

性能特点：（1）在燃油经济性方面，直喷式燃烧室柴油机明显优于分隔式燃烧室柴油机。

在能源问题已成为全球性重大问题的今天，直喷式燃烧室柴油机由过去主要用于中重型卡车变为现在日益向中小型卡车以及轿车领域扩展。

（2）在排放特性上，分隔式燃烧室柴油机在原理上是低排放燃烧方式，比直喷式燃烧室柴油机有优势，但近年来发展的高压电控喷射等技术，使直喷式燃烧室柴油机的NOX和微粒排放有了显著的改善，缩小了在排放特性上与分隔式燃烧室柴油机的差距。

（3）在噪声振动性能方面，分隔式燃烧室柴油机比直喷式柴油机有优势，加上高速性能好、制造成本低以及容易实现低排放污染等优点，在缸径D＜100mm，转速n＞3500r/min的车用高速柴油机上仍有较广泛地应用。

适用场合：（1）在缸径D＞200mm，转速n＜1000r/min的重型汽车、大型增压柴油机上，目前几乎都采用无涡流或低进气涡流的开式燃烧室。

（2）中、轻型车的应用领域中，目前主要是涡流燃烧室与半开式燃烧室。

对于开式燃烧室，由于其小缸径和高转速的限制而难以采用；对于预燃室燃烧室，由于其经济性比涡流室燃烧室还要略差，故极少采用。

在缸径相对较大的中型车用柴油机中，半开式燃烧室占有一定优势并可能会继续发展这一优势。

（3）在包括农用运输车和小型拖拉机在内的农用柴油机领域，考虑到对制造成本、工作可靠性及寿命的要求，涡流室燃烧室仍被较多地应用，但直喷式燃烧室的比重在不断扩大。

（4）分隔式燃烧室（特别是预燃室燃烧室）还常用于一些要求噪声特别低的特殊场合，例如在矿井内或潜艇中应用。

10、柴油机着火需要哪两个条件？为什么柴油机是多处着火？可燃混合气着火的条件：(1)可燃混合气必须加热到临界温度以上（约250℃）；(2)燃料与空气的比例要在着火界限范围。

由于在气缸中形成浓度适宜的混合气及温度条件相同的地方不止一处，因此，首先着火的火源一般也不止一个，而是几处同时着火。

14、柴油机工作粗暴的原因是什么？如何防止？（1）喷油提前角过大；（2）燃烧室形式，直喷式燃烧室比分隔式燃烧室工作较粗暴；（3）十六烷值过低；（4）压缩比大。

（5）喷油规律，初期喷油量过大。

防止：（1）适当的喷油提前角；（2）采用分隔式燃烧室；（3）适当的十六烷值，为使柴油机工作柔和，十六烷值应在40~50之间。

（4）适当的压缩比；（5）尽可能实现理想的喷油规律。

为避免工作粗暴，希望实现“先缓后急”的喷油规律。

第六章1、研究发动机特性的意义是什么？（1）评价发动机性能；（2）合理选用发动机。

5、试分析汽油机和柴油机负荷特性的区别。

（1）汽油机的燃油消耗率普遍较高，且在从空负荷向中、小负荷段过渡时，燃油消耗率下降缓慢，仍维持在较高水平，燃油经济性明显较差。

（2）汽油机排气温度普遍较高，且与负荷关系较小。

（3）汽油机的燃油消耗量曲线弯曲度较大，而柴油机的燃油消耗量曲线在中、小负荷段的线性较好。

11、万有特性、负荷特性和速度特性有何实用意义？万有特性：能在一张图上较全面地表示发动机的性能。

负荷特性：用于评价发动机工作的经济性。

速度特性：发动机在供油量调节机构保持不变的情况下，发动机指标随发动机转速的变化关系。

当油量控制在标定位置时，测得的特性称为全负荷特性（简称外特性）。

外特性反映了发动机所能达到的最高性能，确定了最大功率、最大转矩以及对应的转速，因而是十分重要的，所有发动机出厂都必须提供该特性。

第八章1、试分析内燃机增压的优势。

（1）达到同样功率，可以减少气缸数或气缸直径，减少发动机整机外形尺寸和单位功率的重量。

（2）提高热效率，降低油耗。

（3）减少了排气污染及噪声。

（4）降低了单位功率的造价。

（5）对补偿高原功率损失十分有利。

10分析增压柴油机的性能特点。

（1）低速转矩性能变化；（2）加速性能变差；（3）经济性有所改善；（4）降低了排气污染及噪声；（5）起动与制动有一定困难。