作业习题

1-1 图1-2示出了自然吸气与增压四冲程发动机的示功图，请问：

（1）各自的动力过程功、泵气过程功指的是图中哪块面积？功的正负如何？

（2）各自的理论泵气功、实际泵气功和泵气损失功指的是图中哪块面积？功的正负如何？ （3）各自的净指示功和总指示功又是由图中哪些面积组成？功的正负如何？ （4）造成自然吸气与增压发动机示功图差异的原因是什么？ 解：由图1-2，

(1)自然吸气：动力过程功=面积aczbaWt=W1+W3，正功

泵气过程功=面积 W2+W3，负功

增压：动力过程功=面积aczbaWt=W1，正功

泵气过程功=面积brab Wt=W2，正功 (2)自然吸气：理论泵气功=0

实际泵气功=W2+W3，负功 泵气损失功W2+W3负功

增压：理论泵气功=pk和pb间的矩形面积，正功

实际泵气功=W2，正功

泵气损失功=阴影面积，负功 (3)自然吸气：总指示功＝W1+W3，正功

净指示功＝(W1+W3)-(W2+W3)=W1-W2，正功

增压：总指示功=W1＋(pb-pk)*Vs ，正功

净指示功=W1+W2，正功

(4)差异的原因：增压发动机的进气压力高于排气压力，因此泵气过程功为正。

1-6 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be。

1-13影响有效燃料消耗率be的因素有哪些？降低be的途径有哪些？ 解：影响因素：燃烧效率、机械效率、循环热效率等。

降低途径：增压小排量技术、稀薄燃烧、增大压缩比等。

2-8 测定辛烷值时，为什么有的燃料的辛烷值会大于100？为什么有的燃料的RON>MON，而有的燃料却是

RON

解：说明抗爆性优于异辛烷，若待测燃料比参比燃料更敏感，则RON>MON；反之，RON

解：10％馏程(T10) — 燃料中含有轻馏分的大概数量，反映汽油机的冷起动性。

50％馏程(T50) — 燃料的平均蒸发性能，反映汽油机的工作稳定性。 90％馏程(T90) — 燃料中的重质馏分含量，反映汽油机燃烧完全性。 EP高，易积碳，加剧磨损，烧机油。

2-16 影响残余废气系数?r的主要因素有哪些？为什么汽油机的?r一般比柴油机的大？而增压柴油机的?r很小？

解：影响残余废气系数的主要因素：进排气压力、转速、压缩比、配气相位和排气系统动态特性。汽油机?r偏高是因为ε小，压缩容积大，低负荷时进气节流强使新鲜充量下降；增压柴油机?r小是因为扫气效果强。

2-17燃料燃烧后分子数大于燃烧前分子数的主要原因是什么？为什么汽油机的分子变化系数比柴油机大？ 解：柴油机分子系数较小原因：一是由于平均过量空气系数较大，混合气中有较多空气不参与反应；另外，柴油含H量低。

3-3分别在同一张p-V图和T-S图上画出在加热量和压缩比相同条件下的等容循环、等压循环和混合循环，比较它们的循环热效率大小，并说明原因。

解：加热量和压缩比相同条件下. q2,p>q2,s>q2,v?ηt,p<ηt,s<ηt,v。因为压缩比相同时，等容循环的热效率最高。 3-4依据循环理论和汽、柴油机相关参数的实际范围，利用T-S图解释为什么柴油机比汽油机热效率高？ 解：从T-S图上可以看到，如果初始条件相同，由于柴油机的压缩比较高，压缩终点的温度也相对较高。高温提高了能量的品质，使总的吸热量/散热量大大降低，因而，柴油机的热效率高。 3-11 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↓；pz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、?a＜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。

3-13简述各种机械损失测定方法的原理和适用范围。为什么说除示功图法外，其余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）示功图法：由示功图计算得到的净指示功（增压机）或动力过程功（非增压机）Wi减去台架上测得的有效功We即得到机械损失功Wm，该方法适用于各种机型，但由于对上止点位置的标定精度要求很高，所以只适用于研发工作；

（2）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；

（3）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；

（4）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。

上面这四种测定发动机机械损失的方法中只有示功图法可以得到净循环指示功，因而可以将泵气损失排除在机械损失之外；而其余三种测定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。

4-1什么是发动机的换气过程？合理组织换气过程的目的是什么？为什么说发动机的充量系数是研究换气过程的核心问题？

解：发动机排出废气和充入新鲜空气或可燃混合气的全过程叫换气过程。

合理组织换气过程的目的包括： （1）保证在标定工况和全负荷工况下，吸入尽可能多的新鲜充量，以获得尽可能高的输出功率和转矩； （2）保证多缸机各缸循环进气量的差异不超出应有的范围，以免对整机性能产生不利影响。 （3）应尽量减小换气损失，特别是占最大比例的排气损失。

（4）进气后在缸内所形成的湍流场，应能满足组织快速合理燃烧的要求。

发动机充量系数指单缸每循环吸入缸内的新鲜空气质量与按进气状态计算得到的理论充气质量的比值，该参数是决定发动机动力性能和进气过程完善程度的极为重要的评定指标，是换气过程的核心问题。 4-3 自由排气与强制排气有何本质差别？简述超临界、亚临界和强制排气三个阶段中影响排气流量的主要因素。可以采取哪些措施来提高排气流量？

解：自由排气和强制排气的本质差别在于，废气是在缸内和大气或涡轮机入口处的压差作用下自由流出，还是依靠活塞强制推出。

对于超临界排气，气门口流速始终保持当地的音速，故影响排气量的主要因素是气门口截面积。

对于亚临界排气，气门口流速小于音速，但排气速度仍然较高。此时影响排气量的主要因素是排气流动阻力。

对于强制排气，排气压力基本上等于排气背压。 为了提高排气量，可以采取的措施包括：

（1）加快排气门开启的速度，增加自由排气阶段的排气量；

（2）减小排期流动损失，降低排气背压，增加强制排气阶段的排气量。 4-5 进气和排气为什么要早开和晚关？4个相位角中，哪两个角最重要？这两个角对发动机性能有何影响？气门重叠的作用是什么？比较汽油机与柴油机、增压发动机与自然吸气发动机气门重叠角的大小，并说明造成差异的原因。

解：早开晚关：进气充足、排气干净。

进气晚关角和排气早开角被认为是最重要的两个，这是因为进气晚关角对进气充量影响最大，排气早开角对换气损失影响最大。

气门重叠角：扫气以降低缸内的残余废气系数；降低发动机的热负荷。

汽油机的气门重叠角一般要比柴油机的小，这是因为若进气门开启过早，废气会倒入进气管，出现“回火”现象，且气门重叠角过大时可能造成新鲜可燃充量直接排出排气管。

增压发动机的气门叠开角一般会比非增压发动机的大，这是因为增压发动机进气门外的压力高于排气背压，因而能够更好地实现燃烧室扫气，达到增加新鲜进气充量和降低燃烧室热负荷的目的。

4-10 评价进气道性能的指标是什么？进气道的设计准则是什么？旋流进气道与滚流进气道所起的作用有何差异？

解：评价进气道性能的指标是进气涡流强度和流通阻力。

进气道的设计准则是在基本满足进气涡流要求的前提下，尽可能降低气道的流动阻力。

旋流进气道进气时主气流出现绕气门中心的旋转运动；滚流进气道产生旋转中心线与气缸中心线垂直的纵向滚动气流。两者形成的气流运动形式不同。滚流进气道主要用于实现稀燃缸内直喷汽油机的分层混合气。