习题第一章答案

《汽车发动机原理》作业题库

第一章

1-1 为什么发动机性能指标有指示指标与有效指标的分别？两种指标各在什么场合使用？为什么一般不把净指示功作为常用的指示功指标？

解：指示指标：不受循环过程中机械摩擦、附件消耗以及进排气和扫气流动损失的影响，直接反应缸内热功转换进行的好坏，因而在内燃机工作过程分析中广泛应用；有效指标：被用来直接评定发动机实际工作性能的优劣，因而在发动机生成和试验研究中广泛应用。因为净指示功难以直接测算得出，所以一般不把净指示功作为常用的指示功指标。

1-2 发动机的动力、经济性能在生产使用中主要用哪几个指标来表示？如果要进行不同机型性能的对比，应该使用何种动力、经济性能指标？

解：动力性：功率、扭矩、速度；

经济性：有效效率、燃油消耗率、润滑油消耗率。

不同机型对比常用：有效平均压力、升功率和b e 。

1-3 为什么发动机原理把有效平均压力p me 当作一个极为重要的性能指标？ 解：因为p me 与整机的功率、扭矩和功都成正比，又是可比指标，是表示动力性能的最具代表指标。

1-4 试推导以有效平均压力p me 表示的有效输出功率P e 和有效转矩T tq 的计算公式（标出各参数的量纲）；比较同为动力性指标的P e 和T tq 有何区别；分析在发动机结构参数不变的前提下提高输出功率P e 的途径。 解：30s me e inV p P τ=和310s me tq iV p T πτ-=⨯，

其中：p me 量纲为MPa ，P e 量纲为kW ，T tq 量纲为N.m 。

提高输出功率P e 的途径：提高转速，增大平均有效压力（增压，提高效率等）。

1-5 一台4缸四冲程火花点火发动机（缸径D ＝80mm ，冲程s ＝76.5mm ）节气门全开时在台架上的测量结果如下：发动机转速n =5900 r/min ；有效转矩T tq =107.1 N·m ；指示平均压力p mi =1.19 MPa 。计算：

（1）循环指示功W i ；

（2）指示功率P i 和有效功率P e ；

（3）有效平均压力p me ；

（4）机械效率ηm ；

（5）机械损失功率P m 和机械损失平均压力p mm 。

解：

(1) V s =π(d 2)2S =3.14×(0.82)2

×0.765≈0.384 L

w i =p mi v S =0.457kJ

(2) p i =p mi V s in 30τ=88.87kw

P e =T tq πn 30

×10−3=66.14kw (3) p me =πτT tq ×

10−3iV s =3.14×4×107.1×0.001/(4×0.384)=0.876MPa (4) ηm =p e

p i =66.1488.87=0.744

(5) p m =p i −p e =22.73kw

p mm =p mi −p me =0.301MPa

1-6 6135Q-1四冲程柴油机的冲程s ＝140mm ，在发动机转速n =2200r/min 时的机械效率为ηm =0.75，有效输出功率P e =154kW ，有效燃料消耗率为b e =217g/（kW·h ）。已知柴油机低热值为H u =42500kJ/kg 。求此时发动机的p me 、T tq 、P m 、ηet 和W i 各值。

解：

V s =π(d 2)2S =3.14×(1.352

)2

×1.4≈2 L p me =30τP e inV s

=30×4×1546×2200×2≈0.7 Mpa T tq =30P e πn ×103=30×1543.14×2200

×103≈669 N∙m P m =P e ηm −P e =154×(10.75

−1)≈51.3 kW ηet =3.6×106b e H u = 3.6×106

217×42500

≈0.39 W i =W e ηm =p me V s ηm =30τP e inηm =30×4×1546×2200×0.75

≈1.87 kJ

1-7 柴油机的压缩比比汽油机高很多，但为什么汽油机的燃烧最高温度比柴油机高？为什么在相同条件下也是汽油机的有效平均压力高于柴油机？

解：虽然汽油机压缩比较低，但由于混合气较浓而且等容度也较高，所以最高燃烧温度较高。且柴油机使用稀燃，空燃比较高，总的热容比较大。

1-8 若将真实工质特性替代理论循环的理想工质特性，将在哪几个方面对热效率产生影响？影响趋势如何？考虑真实工质特性之后，高、低负荷条件下，汽油机和柴油机的热效率的差距是加大了还是减小了？

解：真实工质对热效率的影响：

（1） 比热容：真实工质κ ＜理想工质κ →真实工质ηt ↓

（2） 高温热分解：燃烧放热时间拉长→等容度σ↓→ηt ↓。

（3） 工质分子变化系数：影响不大

（4）过量空气系数：ϕa <1，未燃碳氢↑→多原子↑→ T↑→κ ↓→ηt ↓；

ϕa >1，空气↑→单双原子↑→ T↓→ κ↑→ηt ↑；

考虑真实工质特性后，汽、柴油机热效率差距加大。

1-9 真实循环比理想循环多增加了哪些损失？这些损失是怎样产生的？

解：（1）传热损失：真实循环并非绝热过程, 通过气缸壁面、缸盖底面、活塞顶面向外散热。

（2）时间损失：实际燃烧及向工质加热不可能瞬间完成，因为：存在点火(喷油)提前，使有用功面积下降，ηt↓；p z出现在TDC后10°CA，而非等容加热，使有用功面积减小。

（3）换气损失：排气门早开，造成膨胀功损失。

（4）不完全燃烧损失：正常燃烧时，也有ηc≠100%；不正常燃烧、ϕa＜1等，η t↓↓。

（5）缸内流动损失：流动增强以及提高涡流与湍流程度，ηt↓，因为：造成能量损失、散热损失。

（6）工质泄漏损失。

1-10 机械损失由哪几部分组成？每部分损失的特点及其起主要作用的因素是什么？

解：（1）机械摩擦损失(50％～80％)：活塞组件、轴承、气门机构等。

（2）附件驱动消耗(～10％)：水泵、机油泵、燃油泵、点火装置等运转必不可少的辅助机构。

（3）泵气损失(5％～40％)。

1-11 简述各种机械损失测定方法的原理和适用范围。为什么说三种方法都不可避免地将泵气损失包括在测定值之内？

解：内燃机机械损失的主要测定方法有：

（1）倒拖法：是在发动机正常运转后断油或断火，用电机反拖发动机，从而测得的反拖功率即为机械损失功率，该方法适用于压缩比不高的汽油机和小型柴油机；

（2）灭缸法：此法仅适用于自然吸气式多缸柴油机，当内燃机调整到给定工况稳定工作后，先测出其有效功率Pe，然后依次将各缸灭火，灭火前后测功机测得的有效功率差值即为该缸的指示功率，各缸相加可得整台发动机的指示功率Pi，再减去发动机的有效功率Pe即得机械损失功率Pm；

（3）油耗线法：在转速不变的情况下，测出整机油耗随负荷的变化曲线。将此线外延直到与横坐标相交，则坐标原点与交点间的连线即为机械损失值，该方法适用于自然吸气式柴油机和低增压柴油机。

上面这三种测定发动机机械损失的方法由于无法排除泵气过程的影响，所以只能将泵气损失包含在机械损失的测定值内。

1-12 说明油耗线法测量机械损失的原理。为什么汽油机不能应用油耗线法测机械损失？解：油耗线法测量机械损失的原理：在转速不变的情况下，测出整机油耗随负荷的变化曲线。将此线外延直到与横坐标相交，则坐标原点与交点间的连线即为机械损失值，该方法适用于自然吸气式柴油机和低增压柴油机。汽油机的燃油消耗率和负荷不成比例关系，故不适用。

1-13 自然吸气汽油机、自然吸气柴油机和涡轮增压发动机各适于使用何种机械损失测定方法？为什么？

解：（1）汽油机多用倒拖法，不适合用灭缸法(影响进气均匀性)和油耗线法(不成直线)；

（2）自然吸气柴油机适合灭缸法、油耗线法，小型柴油机可以用倒拖法；

（3）废气涡轮增压柴油机无法使用倒拖法和灭缸法（废气涡轮不能正常工作），低增压可以用油耗线法（接近自然吸气柴油机）。

1-14 发动机转速（或活塞平均速度）和负荷对机械效率有何规律性的影响？这一影响规律