汽车发动机原理课后简答题答案.pdf

第一章第一章 1. 内燃机动力性能和经济性能指标为什么要分为指示指标和有效指标两大类？表示 动力性能的指标有哪些？它们的物理意义是什么？它们之间的关系是什么？表示经济 性能的指标有哪些？它们的物理意义是什么？它们之间的关系是什么？ 答： 指示指标是以工质对活塞所做的功为基础的， 它不考虑动力输出过程中机械摩擦和附件 消耗等外来因的影响， 可以直接反映由燃烧到热工转换的工作循环进行的好坏： 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。 表示动力性能的指标： 平均指示压力 是发动机单位气缸工作容积的指示功 平均指示功率 发动机单位时间所做的指示功，= 30 平均有效压力 发动机单位气缸工作容积输出的有效功 有效功率 发动机指示功率减去机械损失功率对外输出的功率，= 有效扭矩 发动机工作时，由功率输出轴输出的扭矩 转速 n 和活塞平均速度：提高发动机转速，即增加单位时间内做工的次数，从而使发动 机体积小、重量轻和功率增加。转速增加活塞平均速度也增加，他们之间的关系：= 30 表示经济性能的指标： 指示热效率 是实际循环指示功与所消耗的燃料热量之比。 指示燃油消耗率 单位指示功的耗油量，与指示热效率之间的关系：= 3.6106 有效热效率 发动机有效功与所消耗燃料热量的比值 有效燃油消耗率 与的关系：= 106，与的关系= 3.6106 2. 怎样求取发动机的指示功率、有效功率、平均指示压力和平均有效压力？ 指示功率= 30 = 106 = + 有效功率= = 9550 = 30 = 106 平均指示压力 = = 30 平均有效压力= 30 = 0.1047 30 103 3. 机械效率的定义是什么？ 机械效率是有效功率和指示功率的比值，= = = 1 = 1 4. 压缩比的定义是什么？ 压缩比等于气缸总容积与燃烧室容积的比值。 5. 平均有效压力和升功率在评定发动机性能方面有何区别？ 平均有效压力是发动机单位气缸工作容积输出的有效功， 用于评定发动机的动力性能。 升功 率是发动机每升工作容积发出的有效功率， 用来衡量发动机容积的利用程度， 属于发动机的 强化指标。 6. 影响有效燃油消耗率的 be的因素有哪些？降低 be的途径有哪些？ 发动机的燃油消耗率一方面取决于发动机的种类、 设计制造水平； 另一方面又与汽车行驶时 发动机的的负荷率有关。降低燃油消耗率的途径： 1 提高发动机热效率与机械效率 2 发动机增压化 3 发动机广泛采用电子计算机控制技术 4 缩减轿车总尺寸和质量，减小空气阻力 5 合理调整与保养 6 增加传动系挡位 7. 过量空气系数 a的定义是什么？在实际发动机上怎样求得？ 燃烧 1kg 燃料实际提供的空气量 L 与理论上所需的空气量0之比，称为过量空气系数， = L 0。在实际发动机中，通过翼片式空气流量计和翼片式空气流量传感器、温度和压力传 感器采集数据，测出空气流量的体积，通过 ECU 计算得出过量空气系数；或通过热丝式或 热膜式空气流量计测出空气流量的质量得出过量空气系数。 8. 内燃机的机械损失由哪些部分组成？详细分析内燃机机械损失的测定方法， 其优缺 点及适用场合。 内燃机的机械损失包括：摩擦损失、驱动各种附件损失、带动机械增压器损失、泵气损失、 总功率损失。 内燃机机械损失的测定方法有倒拖法、灭缸法和油耗线法。 1 倒拖法：发动机与平衡式电力测功器相连，首先让发动机在给定的工况下稳定运转，当冷 却水和机油温度达到正常时，立即切断供油（柴油机）或停止点火（汽油机） ，同时将电力 测功器转换为电动机，以给定转速倒拖发动机，并尽可能维持冷却水和机油的温度不变，电 力测功器的倒拖功率， 即为发动机在该工况下的机械损失功率。 这种方法的缺点是必须使用 平衡式电力测功器，而且由于缸内压力温度与实际不符，测量结果往往偏大。 2 灭缸法：此法仅适用于多缸发动机。首先将发动机调整到给定工况稳定工作，测定其有效 功率：然后停止向一个气缸供油，并调整测功器，是内燃机恢复到原来的转速，再测定发 动机的有效功率(1)。由于有一个气缸不工作，第二次测得的有效功率比第一次测得的小， 两者 只差即为停油气缸的指示功率。 同法， 依次使各缸熄火， 则可测得对应的有效功率(2)、 (3)于是可得各缸的指示功率为1= (1), 2= (2) 将上式相加得整机的指示功率为= 1+ 2+= ( (1) + (2) + )，因此整机 的机械损失功率为：= ( 1) ( (1) + (2) + ) 此法的测量误差，对于柴油机，在较好的条件下可达到 5%，单对于汽油机，由于停缸会使 进气情况改变，往往得不到正确地结果。同样它也不能用于废气涡轮增压发动机及单缸机。 3 油耗线法：保证发动机在转速不变，逐渐改变柴油机供油齿条的位置，测出每小时耗油量 B 随负荷变化的关系，绘制成如图所示的曲线。在曲线中找出接近直线的线段，并顺此 此线段作延长线， 直至与横坐标相交， 则交点到坐标原点的长度即为该机平均机械损失压力 的数值。此方法的基础是，假设转速不变时和指示热效率不随负荷的增减而变化。 柴油机接近这个假设，故此法适用于柴油机，但不适用于汽油机。 9. 灭缸法测量发动机机械损失的原理？为什么内燃机原理中把平均有效压力pme作为 一个极重要的性能指标？ 灭缸法原理：此法仅适用于多缸发动机。首先将发动机调整到给定工况稳定工作，测定其有 效功率：然后停止向一个气缸供油，并调整测功器，是内燃机恢复到原来的转速，再测定 发动机的有效功率(1)。 由于有一个气缸不工作， 第二次测得的有效功率比第一次测得的小， 两者 只差即为停油气缸的指示功率。 同法， 依次使各缸熄火， 则可测得对应的有效功率(2)、 (3)于是可得各缸的指示功率为1= (1), 2= (2) 将上式相加得整机的指示功率为= 1+ 2+= ( (1) + (2) + )，因此整机 的机械损失功率为：= ( 1) ( (1) + (2) + )， 平均有效压力是单位气缸工作容积输出的有效功，值越大，说明单位气缸工作容积对外 输出的功多，做工能力强。同时与还存在着如下的关系：= 30 ，同时平均有效 压力与活塞平均速度的乘积称为强化系数，其值愈大，发动机的热负荷和机械负荷愈 高。因此，平均有效压力在内燃机原理中是一个极其重要的指标。 10. 真实循环比之理想循环，多增加了哪些损失项目？这些损失是怎样产生的？ 多增加的损失项目有： 1 实际工质的影响：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上升而增 大的，且燃烧后生成的CO2、2等气体，这些多原子气体的比热容大于空气，因之循环的 最高温度降低。加之实际循环还存在着泄漏，使工质数量减少。 2 换气损失：为使循环重复进行，必须更换工质，因此消耗的功称为换气损失。其中，因工 质流动时需要克服进排气系统的阻力所消耗的功， 称为泵气损失。 因排气门在下止点提前开 启而产生的损失。 3 燃烧损失：实际循环中，燃料燃烧需要一定的时间，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。 实际循环中会有部分燃料由 于缺氧产生不完全燃烧损失。在高温下部分燃烧产物分解吸热，使循环的最高温度下降。 4 传热损失：实际循环中，气缸壁和工质之间自始至终存在着热交换，使压缩、膨胀线均脱 离理论热循环的压缩、膨胀线，造成损失。 第二章 1. 分析内燃机进排气门提前开启和迟后关闭的原因。其数值大小与那些因素有关？ 答： 进气门提前开启时为了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，增加进气量。排气门提前开启是为了利用气缸内废气的高温高压，使废气迅速排出。排 气门迟后关闭时为了利用高速气流的惯性排出废气， 使废气排出得更加彻底。 其数值大小受 发动机转速、扭矩、功率以及发动机结构的影响。 2. 内燃机换气过程有哪些损失？增压和自然吸气发动机的泵气功和泵气损失各有什么特 试点？ 答： 内燃机的换气损失由排气损失和进气损失两部分组成。 排气损失包括自由排气损失 和强制排气损失。 自然吸气发动机的泵气功为负功， 泵气损失在数值上等于它的泵气功， 增压内燃机的泵气功大于 0，泵气功和泵气损失不相等。 3. 试述影响充量系数的各个主要因素及提高充量系数的技术措施？ 影响充量系数的主要因素有：进气（或大气的状态） 、进气终了的气缸压力和温度、残余废 气系数、压缩比及气门正时等。提高的技术措施： 1 通过增大节气门开度或降低转速可提高 2 将高温排气管与进气管分置气缸两侧，控制进气预热，适当加大进气门叠开角，以降低进 气终了温度。 3 增大压缩比，减少残余废气量。 4 减小进气系统的阻力 5 合理选择配气定时 4. 名词解释：充气效率、过量扫气系数 、GDI、进气可变技术、爆震 充气效率： 实际进入气缸的新鲜工质的量与进气状态下充满气缸工作容积的新鲜工质的量的 比值。 过量扫气系数：扫气中所用新气总质量与在大气状态下充满气缸工作容积的新气质量 的比值。 GDI：gasoline direct injection, 汽油缸内直喷技术 进气可变技术：随使用工况（转速、负荷）变化，使发动机某系统结构参数可变的技术。 爆震：在汽油机燃烧中，随着压缩比及气缸内的气体温度的升高，可能出现的一种不正常燃 烧的现象称为爆震。 第三章第三章 1. 常用的气体燃料发动机有哪几种？内燃机用气体燃料有哪些优点与缺点？ 常用的气体燃料发动机有天然气发动机、液化石油气发动机。 内燃机使用气体燃料的优点： 1 CO 排放减少，未燃 HC 成分引起的光化学反应降低，2排放降低。 2 辛烷值高，可采用高压缩比，获得高的热效率。 3 燃烧下限宽，稀燃特性优越，可降低生成，提高热效率。 4 低温启动性及低温运转性能良好，不需要在使用液体燃料时的额外供油，不完全燃烧成分 少。 5 适用性能好，固体微粒排放率几乎为 0. 缺点： 1 储运性能比液体燃料差，行驶距离较短。 2 储气压力高，使燃料容器加重。 3 由于成气体状态吸入，使发动机的体积效率降低，与液体燃料相比，单位体积的混合热值 小，功率下降近 10%。 2. 为什么醇类是火花点火发动机的优良燃料？ 1 醇类燃料的热值低，但醇中含氧量大，所需的理论空气量不到汽油的一半，两者混合气热 值差不多，从而保证发动机性能不致降低。由于热值低，醇类燃料的消耗率比普通汽油高， 不过热效率不必普通汽油低，其混合气比汽油混合气低。 2 醇的汽化潜热是汽油的三倍左右，混合燃料蒸发汽化，可以促使温度进一步降低，增加了 充气量，提高了功率。 3 醇具有高的抗爆性，加醇的混合汽油可提高燃料的辛烷值，对提高汽油机的压缩比极为有 利。 3. 解释下列名词概念： 十六烷值；评价柴油自燃性的指标，柴油的十六烷值大，发火性好，容易自燃。 馏程；馏程表示柴油的蒸发性，用燃油馏出某一百分比的温度范围来表示。 粘度；粘度是燃油流动性的尺度，是表示燃料内部摩擦力的物理特性。 辛烷值；辛烷值是表示汽油抗爆性的指标，辛烷值越高，汽油的抗爆性越好。 空燃比；燃烧时空气量与燃料的比值。 过量空气系数；燃烧 1kg 燃料提供的空气量与理论上所需的空气量的比值。 混合气热值； 当气缸工作容积和进气条件一定时， 每循环加给工质的热量取决于单位体 积可燃混合气的热值， 而不是决定于燃料的热值。 可燃混合气热值以 kJ/mol 或 kJ/3计。 点火提前角。从发出电火花到上止点间的曲轴转角。 4. 紊流是如何强化燃烧，促进火焰传播的？ 1 宏观紊流的作用，使层流火焰前锋产生了明显的皱褶，增大了燃烧的表面积，但没有改变 层流火焰前锋的基本结构。 导热系数比层流导热系数大 100 倍， 而紊流火鸦传播速度与导热系数的平方根成正比， 所以 随着通过预热区与反应区的热量及活性分子输运能力的增强，加快了火焰的传播。 3 提高紊流的强度， 将使火焰前锋的表面皱褶破裂， 从而使已燃气体与未燃混合物迅速混合， 缩短了反应时间，提高了放热速率。这时的燃烧速度与紊流强度成正比，而与混合气的空燃 比无关。 5. 柴油机容易产生碳烟的主要原因？ 烃燃料生成碳烟的过程， 首先是由裂解生成碳核， 再经过脱氢和聚合过程而形成较大颗粒的 碳烟。碳烟生成主要取决于裂解与氧化两个反应的过程。在宽广的过量空气系数下，燃料的 氧化速度几乎保持常数，只是在极低的下，氧化速度才急剧下降；而裂解速度随的减小 而上升， 这说明缺氧的富燃料区是生成碳烟的主要区域。 油滴的扩散燃烧与均匀的预混气不 同，正好存在着局部浓度极不均匀的富燃料区与贫燃料区，所以柴油机容易产生碳烟。 6. 预混燃烧和扩散燃烧有何区别？ 在预混燃烧中， 预混气体在局部形成火焰核心以后， 其余部分的燃烧过程实质上是火焰在预 混气体中的传播过程。 而在理想的扩散火焰中， 燃料和空气中的氧是由一元限薄的反应区隔 开。由于存在着成分上的浓度梯度，由燃料与氧分别向反应区扩散，引起化学反应。浓度梯 度的扩散主要受到流动、混合和热交换等条件的影响。化学反应的速度比流动 、扩散、混 合的速度快的多，燃烧过程的进展主要受到扩散、流动、混合与热交换的制约。 第四章第四章 1. 参照下图简述汽油机的燃烧过程，试述着火延迟期的影响因素有哪些？ 1 着火延迟期： （图中 1-2 段）从火花塞点火（点 1）至气缸压力明显脱离压缩线而急剧上 升时（点 2）的时间或曲轴转角。 火花放电时两极电压达到 1015kv，击穿电极间隙的混合气，造成电极间的电流通过。电火 花能量多在 4080mJ，局部温度可达 3000K，可使电极附近的混混合气立即点燃，形成火焰 中心，火焰向四周传播，气缸压力脱离压缩线开始急剧上升。 着火延迟期的长短与混合气成分（ = 0.80.9 时最短） 、开始时缸内气体的温度与压力、缸 内气体的流动、火花能量及残余废气量等因素有关。 2 明显燃烧期（图中 23 段）:从形成火焰中心到火焰传遍整个燃烧室，示功图上常指压力 达到最高点（3 点）处。 在均质混合气中，当火焰中心形成之后，火焰向四周传播，形成一个近似球面的火焰层，即 火焰前锋， 从火焰中心开始层层向四周未燃混合气传播， 直到连续不断的火焰前锋扫过整个 燃烧室。 3 后燃期（图中 3 点以后） ：它是指明显燃烧期以后的燃烧，主要有火焰前锋后未及燃烧的 燃料再燃烧，贴附在缸壁上未燃混合气层的部分燃烧以及高温分解的燃烧产物 CH、CO 等 重新氧化。这种燃烧已将远离上止点，应该尽量减少。 综上所述， 汽油机正常燃烧过程是唯一地由定时的火花点火开始， 且火焰前锋以一定的正常 速度传遍整个燃烧室。 2 影响汽油机燃烧速度的因素有哪些? 影响汽油机燃烧速度的因素有：火焰速度、火焰前锋面积、可燃混合气密度 3. 降低汽油机各循环间的燃烧变动的方法有哪些？ 1 将过量空气系数尽量控制在 = 0.80.9 2 尽量使发动机在中等负荷以上运行可降低变动 3 加强紊流有助于减少变动，因此转速增加，一般变动减小。 4 加大点火能量，采用多点点火，情况可有所改善。 5 合理选择点火时刻和点火提前角。 4. 爆燃是如何发生的，影响爆燃的因素有哪些？ 爆燃产生的原因： 在正常的火焰传播的过程中， 处在最后燃烧位置上的那部分未燃混合气 （常 称末端混合气） 进一步受到压缩和辐射作用， 加速了先期反应。 如果在火焰前锋未到达之前， 末端混合气已经自燃，则这部分混合气燃烧速度极快，火焰速度可达每秒数百米以上，使局 部压力温度很高，并伴有冲击波。压力冲击波反复撞击缸壁，发出尖锐的敲缸声。影响爆燃 的主要因素有：燃料的辛烷值、末端混合气的压力和温度、火焰前锋传播到末端混合气的时 间。 5. 什么是表面点火？ 在汽油机中，凡是不靠电火花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 零件表面的炽热沉积物等）点燃混合气的现象，统称表面点火。 6. 名词解释：EGR Exhaust Gas Recirculation 废气再循环，内燃机在燃烧后，将派出气体的一部分离出、并导 入进气侧使其再度燃烧的技术。 7. 电子控制汽油喷射系统有哪几个部分组成？ 电子控制汽油喷射系统由空气系统、燃料系统和控制系统三部分组成。 8. 汽油机燃烧室设计原则是什么？常用的燃烧室形状有哪些？ 汽油机燃烧室的设计原则： 1 结构紧凑 2 具有良好的充气性能 3 火花塞安排适当 4 燃烧室形状合理分布 5 组织适当紊流 6 防止爆燃和早燃 常用燃烧室地的形状有：浴盆形燃烧室、楔形燃烧室、多球形燃烧室。 9. 画出简单化油器的结构简图，结合公式论述简单化油器为什么不能满足理想化油器特性 的要求。 简单化油器的结构图如书上所示。 理想化油器的特性是在满足最佳性能的情况下， 混合气成 分随负荷 （或充气流量） 变化的关系。 即当节气门全开时， 应向气缸提供适当加浓的混合气， A/F=1214。当汽油机按中等负荷运转时，即节气门部分开启时，应有最好的经济性，适宜 使用较稀的混合气，A/F 为 17;在怠速时，节气门接近全闭，为了抵消废气对新鲜充量的