《汽车发动机原理与汽车理论》习题集.doc

《汽车发动机原理与汽车理论》习题集（交通学院交通运输工程教研室）第一章发动机的性能指标问题1、发动机的性能指标有哪些？理论循环的简化条件是什么？2、四行程发动机实际循环的基本组成是什么？实际循环与理论循环的差异有哪些？3、发动机的指示指标、有效指标和强化指标各如何定义的？答案一、主要有动力性能指标，经济性能指标及运转性能指标简化条件如下：1） 假设工质为理想气体，其比热容为定值比热：使1克物质的温度升高1°c所吸收的热量2） 假设工质的压缩与膨胀为绝热等熵过程熵：不能利用来作功的热量，用热量的变化量除以温度的商来表示3） 假设工质是在闭口系统中作封闭循环4） 假设工质燃烧为定压或定容加热，放热为定容放热5） 假设循环过程为可逆循环二、四行程发动机实际循环由进气、压缩、作功和排气四个行程所组成其差别由以下几项损失引起1）实际工质影响理论循环中假设工质比热容是定值，而实际气体比热是随温度的增长而上升，且燃烧后生成CO2、H2O等多原子气体，这些气体的比热容又大于空气，使循环的最高温度降低由于实际循环还存在泄露，使工质数量减少，这意味着同样的加热量，在实际循环中所引起的压力和温度的升高要比理论循环的低得多，其结果是循环热效率低，循环所作功减少，如图1-8中所示。

2） 换气损失燃烧废气的排出和新鲜空气的吸入是使循环重复进行所必不可少的，由此而消耗的功称为换气损失由于进排气系统中的流动阻力而产生的损失如图中所示，换气过程中因排气门在下止点前必要的提前开启而产生的损失如图中面积所示3）燃烧损失1）实际循环中燃烧非瞬时完成，所以喷油或点火在上止点前，并且燃烧还会延续到膨胀行程，由此形成非瞬时燃烧损失和补燃损失，如图中所示2）实际循环中会有部分燃料由于缺氧产生不完全燃烧损失3）在高温下部分燃烧产物分解而吸热，即2CO2+热量2CO+O22H2O+热量2H2+O2使循环的最高温度下降，由此产生燃烧损失4）传热损失实际循环中，气缸壁（包括气缸套、气缸盖、活塞、活塞环、气门、喷油器等）和工质间自始至终存在着热交换，由此造成损失如图中所示由于上述各项损失的存在，使实际循环热效率低于理论循环三、指示指标是以工质在气缸内对活塞作功为基础，用指示功、平均指示压力和指示功率评定循环的动力性_____即作功能力用循环热效率及燃油消耗率评定循环经济性表1-2简要说明了发动机指示指标的定义及计算方法有效指标是以曲轴对外输出的功率为基础，代表发动机的整机性能表1-3列举有效指标定义及计算方法。

强化指标用以评定发动机的强化程度表1-4列举了发动机强化指标的定义及计算方法第二章发动机的换气过程问题1、四行程发动机的换气过程包括哪几个时期？换气损失由哪两部分组成？2、影响充气效率的因素有哪些？对充气效率各有什么影响？3、提高发动机充气效率的措施有哪些答案一、四行程发动机的换气过程包括从排气门开启到进气门关闭的全过程，约占410°~480°曲轴转角（简称CA）换气过程可分为自由排气、强制排气、进气和燃烧室扫气四个阶段换气损失，是由排气损失和进气损失两部分组成二、影响因素有：进气状态、进气终了的气缸压力、温度、残余废气系数、压缩比及配气相位1）、进气终了压力的影响：值越大，值越大2）、进气终了温度的影响：越高，工质密度越小，越低进气终了温度高于进气状态气体温度转速和负荷都对有影响，负荷不变，转速越高，工质被加热的时间越短，降低不变，负荷加大，缸壁温度升高，提高3）、残余废气系数的影响：汽油机在低负荷运转时，节气门开度小，高，燃烧恶化，工作不稳定4）、配气相位的影响：主要是进气门迟闭角的变化，迟闭角增加，会使新鲜充量的容积减小，但是，却可能因为新鲜充气量的惯性进气而增加应选择合适的配气定时，使具有最大值。

5）、压缩比的影响：提高压缩比，使气缸余隙减小，从而提高三、提高发动机充气效率的措施：减少进气系统的流动损失、减小对新鲜充量的加热、减小排气系统的阻力、合理地选择配气相位第三章发动机废气涡轮增压问题1、根据驱动增压器所用能量的来源不同，增压方法有哪些？各有什么特点？2、柴油机选配涡轮增压器的要求是什么？答案一、根据驱动增压器所用能量的来源不同，增压方法基本上可以分为四类：1、机械增压系统增压器由发动机的曲轴通过机械传动系统直接驱动的称为机械增压器增压器可用离心式压气机或罗茨式压气机等进气压力为160~170因为进气压力越高，机械效率越低，产生的噪声越大，燃油消耗率增加，所以机械增压器仅适用于小功率柴油机2、废气涡轮增压系统增压器与发动机无任何机械联系，压气机由内燃机废气驱动的涡轮来带动在增压压力较高时，为了降低增压空气进入发动机气缸的温度，需要增设空气中间冷却器该系统应用广泛，一般增压压力可达180~200，最高甚至达到3003、复合增压系统在某些发动机上废气涡轮增压与机械增压并用，这种增压系统称为复合增压系统并用是为了保证二行程柴油机在起动和低速、低负荷时仍有必要的扫气压力、大功率柴油机上应用较多。

另一种复合增压系统，多用于增压度较高的发动机，这种增压系统排气能量除驱动涡轮增压器外，尚有多余能量用于驱动低压动力涡轮，通过变速箱，将多余能量回送给曲轴安装有复合式增压系统的发动机输出功率大，燃油消耗率低，噪声小，但结构复杂4、气波增压系统发动机曲轴驱动一个特殊的转子，在转子中高压废气直接与空气接触，利用高压废气的脉冲气波迫使空气压缩，提高进气压力它比涡轮增压低速性能好，结构简单，加工方便，对材料与工艺性要求不高，加速性好，工况范围大，但尺寸大，比较笨重，噪声大二、柴油机选配涡轮增压器的要求1） 柴油机应能达到预定的功率和经济指标，涡轮增压器应能供给柴油机所需的增压压力和空气流量2） 涡轮增加器应能在柴油机的各种工况下稳定的工作，压气机不应出现喘振或涡轮机不出现堵塞现象3） 涡轮增压器在柴油机的各种工况下都能高效率的运行柴油机和涡轮增压器的联合运行线应穿过压气机的高效区，且尽可能和压气机的等效率曲线相平行4） 涡轮增压柴油机在各种工况下都能可靠的工作如涡轮增压器在柴油机满负荷时不出现超速，柴油机不出现排气超温，从而保证涡轮进气不超温等要满足上述要求，必须选择合适的涡轮增压器，使涡轮增压器与柴油机有良好的配合性能。

在涡轮增压器和柴油机匹配时，一般要对柴油机和涡轮增压器的某些参数做必要的调整，才能获得良好的配合改变柴油机的某些参数可以使联合运行线的位置发生变动；改变涡轮增压器的某些参数（如喷嘴环截面积、压气机叶片、扩压器叶片安装角等）也可以使联合运行线和喘振线位置发生移动第四章燃料与燃烧热化学问题1、对柴油机性能有重要影响的柴油性能指标有哪些？2、对汽油机性能有影响的主要性能指标是什么？如何定义？答案一、 对柴油机性能有重要影响的柴油性能指标有：十六烷值、馏程、粘度、凝点对汽油机性能有影响的主要性能指标是辛烷值辛烷值是表示汽油抗爆性的指标燃料的抗爆性是指燃料对汽油机发生自然现象（爆燃）的抵抗能力汽油的辛烷值高，则抗爆性好，有利于提高发动机压缩比第五章柴油机混合气的形成与燃烧问题1、 柴油机整个喷油过程分哪三个阶段？各如何定义的？2、 画出柴油机燃烧过程的展开示功图，说明燃烧过程的四个时期？3、 柴油机混合气的形成方式是什么？4、 试分析转速和负荷对柴油机燃烧过程的影响？答案一、整个喷油过程分三个阶段：（1）喷油延迟阶段从喷油泵压出燃油（供油始点）到喷油器针阀开始抬起（喷油始点）为止，这一阶段称为喷油延迟阶段。

2）主喷射阶段从喷油始点到喷油器端压力开始急剧下降时为止，这一阶段称为主喷射阶段3）滴漏阶段从喷油器端压力开始急剧下降到针阀完全落座（喷油终点）为止，这一阶段称为滴漏阶段二、根据燃烧过程进程的实际特征，一般把燃烧过程分为四个阶段ⅠⅡⅢⅣ第Ⅰ阶段，着火延迟阶段（段）在压缩过程中，气缸中空气压力和温度不断升高，燃料的着火温度因压力升高而不上止点针阀升程断下降309060306090120120第Ⅱ阶段速燃期：压力急剧上升的段在这一阶段中，由于在着火延迟期内喷入气缸的燃料几乎一起燃烧，而且是在活塞靠近上止点附近、气缸容积较小的情况下燃烧，因此气缸中压力升高特别快第Ⅲ阶段缓燃期：从压力急剧升高的终点（C点）起到压力开始急剧下降的D点为止第Ⅳ阶段后燃期：从缓燃期的终点（D点），到燃料基本完全燃烧时（点）为止三、混合气形成的两种基本方式：1、空间雾化混合：将燃料喷向燃烧室空间，形成雾状混合物，为了使混合均匀，要求喷出的燃油要与燃烧室形状相配合，并利用燃烧室中空气运动2、油膜蒸发混合：将大部分燃油喷射到燃烧室壁面上，形成一层油膜，油膜受热汽化蒸发、在燃烧室中强烈的旋转气流作用下，燃料蒸发与空气形成均匀的可燃混合气。

四、1、负荷的影响：当负荷增加时，循环供油量增加（空气量基本不变），过量空气系数减小，单位容积内混合气燃烧放出的热量增加，引起气缸内温度上升，缩短着火延迟期，使柴油机工作柔和但是循环供油量加大，以及喷油延续角增加，使总的燃烧过程加长，并且减小，不完全燃烧现象会增加，均引起效率降低负荷过大，值太小，因空气不能满足需要，燃烧恶化，排气冒黑烟，柴油机经济性进一步下降第六章 2、转速的影响：转速增加，使空气的涡流运动加强，有利于燃烧蒸发、雾化和空气混合但转速高，由于的下降和循环供油量增加，减小，且燃烧过程所占曲轴转角可能加大，因之热效率下降转速过低也会由于空气涡流减弱，使热效率降低汽油机混合气的形成与燃烧问题1、 什么叫汽油机的正常燃烧和不正常燃烧过程？2、 什么叫爆震燃烧？产生的原因是什么？3、 试分析点火提前角对汽油机燃烧过程的影响？4、 表面点火与爆燃的关系是什么？答案一、汽油机的燃烧过程有正常燃烧和不正常之分1、正常燃烧：在燃烧过程中，火焰核心以一定速率连续传遍整个燃烧室，且传播速率、火焰前锋的形状均没有剧烈变化2、不正常燃烧：若燃烧不是由火花塞点燃或火焰传播速率不正常二、爆燃：对于汽油机，如果压缩比过高或点火太早，燃烧会变得不正常，火焰传播速度和火焰前锋形状都发生了急剧的变化，称为爆震燃烧，简称为爆燃。

爆震产生原因：在正常火焰传播过程中，处于最后燃烧位置上的末端混合气受到进一步压缩和辐射的热作用，加速了先期反应如果在火焰前锋未到之前便形成火焰中心，火焰传播速度可达1000m/s以上，使局部温度、压力迅速上升，并伴有压力冲击波冲击波反复冲击缸壁产生敲击声，严重时破坏缸壁表面的附面气膜和油膜，使传热增加，缸盖、活塞顶的温度升高，冷却系过热，功率降低，油耗增加三、在汽油机上，当保持节气门开度、转速和过量空气系数一定时，汽油机的有效功率、燃油消耗率等指标随着点火提前角改变而变化的关系称为点火提前角调整特性对应于发动机每一工况都存在一个最佳点火提前角，这时发动机的功率最大，燃油消耗率最低最佳点火提前角应使最高燃烧压力在上止点后曲轴转角使达到若点火提前角过大，会引起压缩负功增大，使功率下降，爆发压力和末端混合气温度上升，爆燃倾向增加若点火提前角过小，由于燃烧不及时，致使爆发压力和温度下降，传热损失增多，排气温度升高，功率和热效率降低，但爆燃倾向减小四、表面点火与爆燃的关系：爆燃是火花塞跳火后末端混合气的自燃现。