第一章发动机的工作原理和总体构造 §1.1发动机的分类 §1.2四冲程发动机工作原理 §1.2.1四冲程汽油机工作原理 一、现代汽车发动机的构造 现代汽车发动机的构造如图1-1,气缸内装有活塞,活塞通过活塞销、连杆与曲轴相连接。活塞在气缸内做往复运动,通过连杆推动曲轴转动。为了吸人新鲜气体和排除废气,设有进、排气系统等。 二、基本术语 1、工作循环 2、上、下止点 3、活塞行程 4、气缸工作容积 5、内燃机排量 6、燃烧室容积 7、气缸总容积 8、压缩比 9、工况 10、负荷率
三、四冲程汽油发动机的工作循环 图1-2为发动机示意图。 四冲程发动机的工作循环包括四个活塞行程,即进气行程、压缩行程、膨胀行程(作功行程和排气行程。通常利用发动机循环的示功图来分析工作循环中气体压力p和相应于活塞不同位置的气缸容积V之间的变化关系,示功图表示了活塞在不同位置时气缸内压力的变化情况。其中,曲线所围成的面积表示发动机整个工作循环中气体在单个气缸内所作的功。四冲程汽油机的示功图如图1-3所示。 (1进气行程(图1-3a 化油器式汽油机将空气与燃料先在气缸外部的化油器中进行混合,形成可燃混合气后吸人气缸。 进气过程中,进气门开启,排气门关闭。随着活塞从上止点向下止点移动,活塞上方的气缸容积增大,从而气缸内的压力降低到大气压以下,即在气缸内造成真空吸力。这样,可燃混合气使经进气管道和进气门被吸人气缸。 (2压缩行程(图1-3b 为使吸人气缸的可燃混合气能迅速燃烧,以产生较大的压力,从而使发动机发出较大功率,必须在燃烧前将可燃混合气压缩,使其容积缩小、密度加大、温度升高,故需要有压缩过程。在这个过程中,进、排气门全部关闭,曲轴推动活塞由下止点向上止点移动一个行程,称为压缩行程。在示功图上,压缩行程用曲线a c表示。 (3作功行程(图1-3c 在这个行程中,进、排气门仍旧关闭。当活塞接近上止点时,装在气缸盖上的火花塞即发出电火花,点燃被压缩的可燃混合气。可燃混合气燃烧后,放出大量的热能,其压力和温度迅速增加。高温、高压燃气推动活塞从上止点向下止点运动,通过连杆使曲轴旋转并输出机械能。它除了用于维持发动机本身
第三章柴油机混合气形成和燃烧 §3-1 柴油机混合气形成 一两种基本形式 （一）空间雾化 将燃料喷在燃烧室空间使之成为雾状，再利用空气运动达到充分混合。 特点: 1 对燃料喷雾要求高（采用多孔喷嘴）→燃烧易于完全，经济性好。 2 对空气运动要求不高→后期燃料易被早期燃烧产物包围，高温裂解 →排气冒烟。 3 但初期空间分布燃料多，燃烧迅速→? ? p ? ↑，p max↑→工作粗 暴。 （二）油膜蒸发（M过程） 空间雾化型混合气蒸发方式要求将燃料尽量喷在燃烧室空间，而油膜蒸发型混合气蒸发方式则有意将燃料喷在燃烧室壁面上，使之成为薄薄的一层油膜附着在燃烧室壁面上，只有一小部分燃料分布在燃烧室空间。经燃烧室壁面和燃烧加热，边蒸发，边混合，边燃烧。初期蒸发、燃烧慢，后期蒸发、燃烧迅速（先缓后急）。 特点: 1 对燃料喷雾要求不高（采用单、双孔喷嘴），对空气运动要求高。 2 放热先缓后急→? ? p ? ↓，p max↓→工作柔和，噪声小，经济性 较好。
3 但低速性能不好，冷起动困难。对进气道、燃料供给系统和燃烧室结构参数 之间的配合要求很高，制造工艺要求严格。 二 燃料的喷雾 （一） 喷雾的作用 只有当燃料与空气充分接触，形成可燃混合气时，才有可能燃烧。接触面积越大，可燃混合气越多，燃烧越完善。 1 ml 油滴: 1 个， d = 9.7 mm ，S = 245 mm 2 雾化: 299107.?个，d = 40 μm ，S = 15106.? mm 2 面积增大 5090 倍，燃烧反应机会大大增加。 （二） 喷雾的形成 1 油束 燃油喷射 － 高压、高速。 一级雾化－汽缸中空气的动力作用将油束撕 裂成片、带、泡或大颗粒的油滴。 二级雾化－空气动力作用将片、带、泡或大 颗粒的油滴再粉碎成细小的油滴。 油束中央速度高，但浓度也高，油滴集中， 颗粒大。边上油滴松散，颗粒小。但也有说法正 好相反，中央油滴速度高，颗粒小，边上颗粒大。 2 着火条件 浓度、温度为着火的必要条件 中间油粒大, 浓度偏高。 外侧混合气形成快，物理准备快，但初期温度不 高，化学准备没有跟上。等温度适合于着火了，油粒 又过分发散，也不会着火。要控制好浓度与温度的进 程，使之正好配合，方可着火。 （三） 喷雾特性
第一章发动机的性能 1.简述发动机的实际工作循环过程。 1）进气过程：为了使发动机连续运转，必须不断吸入新鲜工质，即是进气过程。此时进气门开启，排气门关闭，活塞由上止点向下止点移动。 2）压缩过程：此时进排气门关闭，活塞由下止点向上止点移动，缸内工质受到压缩、温度。压力不断上升，工质受压缩的程度用压缩比表示。 3）燃烧过程：期间进排气门关闭，活塞在上止点前后。作用是将燃料的化学能转化为热能，使工质的压力和温度升高，燃烧放热多，靠近上止点，热效率越高。 4)膨胀过程：此时，进排气门均关闭，高温高压的工质推动活塞，由上止点向下至点移动而膨胀做功，气体的压力、温度也随之迅速下降。 5）排气过程：当膨胀过程接近终了时，排气门打开，废气开始靠自身压力自由排气，膨胀过程结束时，活塞由下止点返回上止点，将气缸内废气移除。 3.提高发动机实际工作循环热效率的基本途径是什么？可采取哪些基本措施？提高实际循环热效率的基本途径是：减小工质传热损失、燃烧损失、换气损失、不完全燃烧损失、工质流动损失、工质泄漏损失。提高工质的绝热指数κ。 可采取的基本措施是： ⑴减小燃烧室面积，缩短后燃期能减小传热损失。 ⑵. 采用最佳的点火提前角和供油提前角能减小提前燃烧损失或后燃损失。 ⑶采用多气门、最佳配气相位和最优的进排气系统能减小换气损失。 ⑷加强燃烧室气流运动，改善混合气均匀性，优化混合气浓度能减少不完全燃烧损失。 ⑸优化燃烧室结构减少缸内流动损失。 ⑹采用合理的配缸间隙，提高各密封面的密封性减少工质泄漏损失。 4.什么是发动机的指示指标？主要有哪些？ 答：以工质对活塞所作之功为计算基准的指标称为指示性能指标。它主要有：指示功和平均指示压力.指示功率.指示热效率和指示燃油消耗率。 5.什么是发动机的有效指标？主要有哪些？ 答:以曲轴输出功为计算基准的指标称为有效性能指标。 主要有：1）发动机动力性指标，包括有效功和有效功率.有效转矩.平均有效压力.转速n和活塞平均速度； 2）发动机经济性指标，包括有效热效率.有效燃油消耗率； 3）发动机强化指标，包括升功率PL.比质量me。强化系数PmeCm. 6.总结提高发动机动力性能和经济性能的基本途径。 ①增大气缸直径，增加气缸数 ②增压技术 ③合理组织燃烧过程 ④提高充量系数 ⑤提高转速 ⑥提高机械效率 ⑦用二冲程提高升功率。
第二章发动机的性能指标 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:目的：1.用简单的公式来阐明内燃机工作过程中各基本热力参数间的关系，明确提高以理论循环热效率为代表的经济性和以平均有效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，以判断实际内燃机经济性和工作过程进行的完善程度以及改进潜力 3.有利于分析比较发动机不同循环方式的经济性和动力性 简化：1.以空气为工质，并视为理想气体，在整个循环中工质的比热容等物理参数为常数，均不随压力、温度等状态参数而变化 2.将燃烧过程简化为由外界无数个高温热源向工质进行的等容、等压或混合加热过程，将排气过程即工质的放热视为等容放热过程 3.把压缩和膨胀过程简化成理想的绝热等熵过程，忽略工质与外界的热交换及其泄露等的影响4.换气过程简化为在上、下止点瞬间开和关，无节流损失，缸内压力不变的流入流出过程。 2.简述发动机的实际工作循环过程。 四冲程发动机的实际循环由进气、压缩、燃烧、膨胀、排气组成3.排气终了温度偏高的原因可能是什么？ 有流动阻力，排气压力>大气压力，克服阻力做功，阻力增大排气压力增大,废气温度升高。负荷增大Tr增大；n升高Tr增大，∈+，膨胀比增大，Tr减小。 4.发动机的实际循环与理论循环相比存在哪些损失？试述各种损失
形成的原因。 答：1.传热损失，实际循环中缸套内壁面、活塞顶面、气缸盖底面以及活塞环、气门、喷油器等与缸内工质直接接触的表面始终与工质发生着热交换 2.换气损失，实际循环中，排气门在膨胀行程接近下止点前提前开启造成自由排气损失、强制排气的活塞推出功损失和自然吸气行程的吸气功损失 3.燃烧损失，实际循环中着火燃烧总要持续一段时间，不存在理想等容燃烧，造成时间损失，同时由于供油不及时、混合气准备不充分、燃烧后期氧不足造成后燃损失以及不完全燃烧损失 4.涡流和节流损失实际循环中活塞的高速运动使工质在气缸产生涡流造成压力损失。分隔式燃烧室，工质在主副燃烧室之间流进、流出引起节流损失 5.泄露损失活塞环处的泄漏无法避免 5.提高发动机实际工作循环效率的基本途径是什么？可采取哪些措施？ 答：减少工质比热容、燃烧不完全及热分解、传热损失、提前排气等带来的损失。措施：提高压缩比、稀释混合气等 6.为什么柴油机的热效率要显著高于汽油机? 柴油机拥有更高的压缩比， 7.什么是发动机的指示指标？主要有哪些？ 以工质在气缸内对活塞做功为基础，评定发动机实际工作循环质量的
《发动机原理》习题 绪论 [1] 简述本课程的研究对象和任务。 答：以性能指标为研究对象；任务：深入到工作过程的各个阶段，分析影响性能指标的各种因素，找出规律，研究提高性能指标的措施与途径。 [2] 发动机的冲程和热力过程各是什么？ 答：发动机的冲程四个：吸气、压缩、做工、排气； 发动机的热力过程五个：吸气、压缩、燃烧、膨胀、排气。 燃烧至膨胀为能量转换过程。 [3] 发动机性能指标分为哪几类？各包括哪些参数？ 答：动力性指标：功率、扭矩、转速； 经济性指标：燃油消耗率（量），润滑油消耗率（量）； 运转性指标：冷起动性、噪声、排气品质； 此外，还应考虑可靠性，耐久性，加工容易，操作维修方便等。 [4] 发动机按用途分为哪些种类？（了解） 答： 1 按用途分 （1）灌溉（抽水）用 （2）电站用n = const. 线工况固定式柴油机或机组 （3）船舶用Ne = k n3（螺旋桨曲线）线工况大型、低速柴油机 （4）汽车、拖拉机用变工况-面工况中小型、高速柴油机 （5）发动机车大型高速柴油机组
（6）工程机械（矿山机械、建筑、石油钻探）多变型 （7）坦克V型、多缸机 （8）飞机星型（径向式）已基本不用 2 按燃油种类分类 汽油机，柴油机 3 按点火方式分类 自行着火（压燃式），外源点火（点燃式） 4 按工作循环分类 四冲程，二冲程 5 按冷却方式分类 水冷，风冷 6 按汽缸排列分类 直列式，卧式，V型，星型（径向式） 7 按汽缸数目分类 单缸机，多缸机（2，3，4，5，6，8，10，12，14，16缸…）[5] 发动机的代用燃料有哪些？ 答：压缩天然气，液化天然气，液化石油气，氢气， 甲醇，乙醇，二甲醚，植物油， 电瓶，太阳能 [6] 简述发动机的优缺点。 答：（一）优点
第二章 2.1、“车开得慢，油门踩得小，就—定省油”，或者“只要发动机省油，汽车就一定省油”，这两种说法对不对？ 答：均不正确。 ①由燃油消耗率曲线知：汽车在中等转速、较大档位上才是最省油的。 此时，后备功率较小，发动机负荷率较高燃油消耗率低，百公里燃油消耗量较小。 ②发动机负荷率高只是汽车省油的一个方面，另一方面汽车的结构参数 及使用因素也关系汽车是否省油。， 2.2、试述无级变速器与汽车动力性、燃油经济性的关系。 提示：①采用无级变速后，理论上克服了发动机特性曲线的缺陷，使汽车具有 与等功率发动机一样的驱动功率，充分发挥了内燃机的功率，大地改善了汽车动力性。②同时，发动机的负荷率高，用无级变速后，使发动机在最经济工况机会增多，提高了燃油经济性。 2.3、用发动机的“最小燃油消耗特性”和克服行驶阻力应提供的功率曲线， 确定保证发动机在最经济工况下工作的“无级变速器调节特性”。 答： 无级变速器传动比I’与发动机转速及期限和行驶速度之间有如下关系： a a u n A u ==0i nr 0.377i' （式中A 为对某汽车而言的常数 0 377.0A i r =） 当汽车一速度'u a 在一定道路沙锅行驶时，根据应该提供的功率：
T w P P ηφ+='P e 由“最小燃油消耗特性”曲线可求出发动机经济的工作转速为e n'。 将'u a ，e n'代入上式，即得无级变速器应有的传动比i ’。带同一φ植的道路上，不同车速时无级变速器的调节特性。 2.4、如何从改进汽车底盘设计方面来提高燃油经济性? 提示： ①缩减轿车总尺寸和减轻质量 大型轿车费油的原因是大幅度地增加了滚动阻力、空气阻力、坡度 阻力和加速阻力。为了保证高动力性而装用的大排量发动机，行 驶中负荷率低也是原因之一。 ②汽车外形与轮胎 降低D C 值和采用子午线轮胎，可显著提高燃油经济性。 2.5、为什么汽车发动机与传动系统匹配不好会影响汽车燃油经济性与动力性?试举例说明。 提示：发动机最大功率要满足动力性要求（最高车速、比功率）] ① 最小传动比的选择很重要，（因为汽车主要以最高档行驶） 若最小传动比选择较大，后备功率大，动力性较好，但发动机负荷率较低，燃油经济性较差。若最小传动比选择较小，后备功率较小，发动机负荷率较高，燃油经济性较好，但动力性差。 ② 若最大传动比的选择较小，汽车通过性会降低；若选择较大，则变速器传动比变化范围较大，档数多，结构复杂。
《汽车发动机原理》课后习题答案 第一章 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aczbaW t=W1+W3，正功 泵气过程功=面积W2+W3，负功 增压：动力过程功=面积aczbaW t=W1，正功 泵气过程功=面积brab W t=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=p k和p b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＋(p b-p k)*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。 1-2 增压四冲程发动机在中、小负荷工况运转时，有可能出现压气机后进气压力p b小于涡
轮前排气压力pk的情况，请画出此时发动机一个循环的p-V图，标出上下止点、进排气门开关和着火时刻的位置，以及理论泵气功和泵气损失功面积，并判断功的正负。 解：p-V图如下图所示： 理论泵气功：绿线包围的矩形面积，负功 实际泵气功：进排气线包围的面积，负功 泵气损失功：两块面积之差，负功 1-3假设机械增压与涡轮增压四冲程发动机的动力过程功W t和压气机后压力p b均相同，请问两者的示功图有何异同？二者的泵气过程功有何差异？为什么？ 解：涡轮增压的理论排气线为p k，机械增压的理论排气线为p0；且涡轮增压的实际排气线位于机械增压实际排气线的上方。机械增压的泵气功大，因为机械增压的排气压力更低。 1-4图1-4曲轴箱扫气二冲程发动机的示功图两块面积各表示什么含义？说明曲轴箱换气功的形成过程，并判别功的正负。 解：上图-缸内工质对活塞做的功；下图-曲轴箱内工质对活塞做的功。对于气缸，排气门先开启排气，然后扫气门开启开始扫气，扫气门关闭时扫气结束，排气门关闭后整个气缸的换气过程结束。对于曲轴箱，进气门从开启到关闭为进气过程，扫气门从开启到关闭为扫气过程。曲轴箱换气功为负功。 1-5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。 1-6 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。
第二章发动机的换气过程 燃烧是做功之本。 燃烧需要空气与燃料。重量比容积比 燃料 1 1 液态 空气15 1000 气态 燃料受机械控制，容易加入。而汽缸容积就那么大，要想多加空气就要困难得多。因此，对发动机换气过程的研究就显得尤为重要了。 §2-1 四冲程发动机的换气过程 一配气定时 与工程热力学中介绍的不同, 进排 气门的开启、关闭也需要时间, 故 在下止点前排气－排气提前角40?～80? 在上止点后关闭－排气迟闭角10?～35? 在上止点前吸气－进气提前角0?～40? 在下止点后关闭－进气迟闭角40?～80? 进气提前角+排气迟闭角－气门叠开角 二换气过程 （一）排气过程 1 自由排气阶段A 排开p >>p’ →p = p’ 靠缸内压力将气体挤出气缸，其中 p－缸内压力, p’－排气管内压力。 2 强制排气阶段B p = p’ → p ≤p’ 靠活塞上行将废气挤出气缸。
3 超临界排气C 排开→p = 1.9 p’ =m/s。其流量与压差（p - p’）在气阀最小截面处, 气体流速等于该地音速a kRT 无关, 只决定于排气阀开启面积和气体状态。 4 亚临界排气D p = 1.9 p’ →排闭。 其流量取决于压差（p - p’）。 （二）进气过程和气门叠开角 -）使新鲜介质进入缸内。 由于节流作用, 缸内产生负压；（p p 气阀叠开角：非增压：20?～60? CA。 太大（引起）→废气回流进气道。 太小→扫气作用不明显。 增压：110?～140? CA。 进气管p↑, 扫气明显, 气阀叠开角可以增大很多。如6135 型高柴：非增压：40?, 增压：124?。 扫气的作用： 1 清除废气, 增加气缸内的新鲜充量。 2 降低排气温度。 3 降低热负荷最严重处（如气阀、活塞等）的温度。 三换气损失 理论循环换气功与实际循环换气 功之差。 如图：换气损失功－X+（Y+W）, 其中（W+Y） 为排气损失功，X为进气损失功。 （一）排气损失功Y W是因排气门提前开启而损失的膨胀功, 称为自由排气损失。Y是活塞作用在废气上的推出功, 称为强制排气损失功。 排气提前角↑→ W↑，Y↓。 综合效果, 要求（Y+W）↓, 故（W+Y）有一个最佳值（W+Y）min。对应排气提前角亦有一个最佳值, n↑→（W+Y）min↑。
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第二节往复活塞式内燃机的基本结构及基本术语 一、基本结构（图） 讲单缸发动机结构示意图 二、基本术语。 工作循环 上止点 下止点 活塞行程(S) 曲轴半径(R) 气缸工作容积(V h ) 燃烧室容积(V c ) 气缸总容积(V a ) 发动机排量(V L)
（发动机工作容积）V h= πD2·S ×10-6/4 （L） D——气缸直径mm S——活塞行程mm V L= V h ×i 压缩比 定义：压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积之比称为压缩比。用ε表示。 ε= Va/Vc=1-Vs/Vc （书此处有错） 现代化油器式发动机压缩比一般为6～9(轿车有的达9～11)。上海桑塔纳轿车汽油机压缩比为8.2。 工况： 负荷率： 第三节往复活塞式内燃机工作原理 一、四冲程汽油机的工作原理(看内燃机工作原理视频) 1、进气行程 2、压缩行程 3、做功行程 4、排气行程 讲：进气行程：进气门开启，排气门关闭；活塞下行；吸入油气混合气，终了温度320~380 K，压力80~90 kPa。 示功图：表示活塞在不同位置时气缸内气体压力的变化情况。 压缩行程：活塞上行，进气门关闭，排气门关闭；温度600~750K，压力800~1500 kPa；压缩比：ε=Va/Vc汽油机、柴油机不同。
做功行程：点火，瞬时最高：温度2200~2800 K，压力3~6.5Mpa；进气门关闭，排气门关闭；活塞下行做功，做功终了：温度1200~1500 K，压力350~500 kPa ； 排气行程：进气门关闭，排气门打开，活塞上行，排出残余废气，温度900~1100 K 压力105~125 kPa； 实际气门早开晚关（讲一下） 四冲程柴油机的工作原理 吸气行程:进气门进气门开启，排气门关闭；活塞下行；吸入新鲜空气;温度310~340K压力85~95 kPa 压缩行程：活塞上行，进气门关闭，排气门关闭；温度750~1000K 压力3~5 Mpa； 做功行程：喷油，蒸发、混合、压燃；瞬时：温度1800~2200K压力6~9 Mpa；进气门关闭，排气门关闭；活塞下行做功，做功终了：温度1000~1200K，压力200~500 kPa 排气行程：进气门关闭，排气门打开，活塞上行，排出残余废气，温度700~900K、压力105~125 kPa 思考：四冲程汽油机和柴油机的工作循环有什么相同之处呢？ 共同特点： 1每个工作循环曲轴转两周，每一行程曲轴转半周。 2只有作功行程产生动力。 不同点： 汽油机：汽油与空气缸外混合，进入可燃混合气；电火花点燃混合气
《汽车发动机原理》习题集 二、填空题 1.发动机指标体系中主要有????????????????、????????????????、??????????????、????????????????????、??????????????????、?????????????????等几类指标。 2.发动机强化指标主要有：???????????????、???????????????、???????????????等。 3.造成发动机有效指标与指示指标不同的主要原因是???????????????????????????。 4.平均有效压力可以看作是一个假想不变的力作用在活塞顶上，使活塞移动一个冲程所做的??????????。 5.汽油机有效效率的一般区间为：?????????；柴油机有效效率的一般区间为：??????????。 6.从发动机示功图上可以得到的信息包括：、、等。 7.增压柴油机的示功图与非增压相比，主要不同点有：、等。 8.给出几个能反映普通汽油机特点的性能指标值：、、等。 9.发动机的指示指标是指工质对做功为基础的指标；指示功减有效功等于。 10.平均指示压力是一个假想不变的压力，这个压力作用在活塞顶上，使活塞所 做的功。 11.发动机转速一定，负荷增加时，机械效率。 12.测量机械损失的方法主要有几种。 13.发动机中机械损失最大的是：。 14.活塞和活塞环的摩擦损失大约占机械损失功率的％。 15.机械损失的测量方法有：、、等。 16.当发动机负荷一定，转速降低时，平均机械损失压力?????????，机械效率?????????。 17.过量空气系数的定义为。 18.过量空气系数φa=1表示：。 19.发动机的燃油消耗率和哪两个因素成反比：、。 20.燃料化学能在柴油机内最终分配情况大致为：?????????，?????????，?????????等。 21.提高发动机经济性的主要措施有：?????????????????????、????????????????????、????????????????、??????????????????、??????????????????、?????????????????等。 22.提高发动机升功率的主要措施有：??????????????、????????????、?????????????、?????????????、??????????????等。 三、论述与计算题
第一章 1简述发动机的实际工作循环过程。 答: 2画出四冲程发动机实际循环的示功图，它与理论示功图有什么不同？说明指示功的概念和意义。 理论循环中假设工质比热容是定值，而实际气体随温度等因素影响会变大，而且实际循环中还存在泄露损失.换气损失燃烧损失等，这些损失的存在，会导致实际循环放热率低于理论循环。指示功时指气缸内完成一个工作循环所得到的有用功Wi,指示功Wi反映了发动机气缸在一个工作循环中所获得的有用功的数量。 4什么是发动机的指示指标？主要有哪些？ 答：以工质对活塞所作之功为计算基准的指标称为指示性能指标。它主要有：指示功和平均指示压力.指示功率.指示热效率和指示燃油消耗率。 5什么是发动机的有效指标？主要有哪些？ 答:以曲轴输出功为计算基准的指标称为有效性能指标。主要有：1）发动机动力性指标，包括有效功和有效功率.有效转矩.平均有效压力.转速n和活塞平均速度；2）发动机经济性指标，包括有效热效率.有效燃油消耗率；3）发动机强化指标，包括升功率PL.比质量me。强化系数PmeCm. 第二章 1为什么发动机进气门迟后关闭.排气门提前开启？提前与迟后的角度与哪些因素有关/ 答：进气门迟后关闭是为了充分利用高速气流的动能，从而实现在下止点后继续充气，增加进气量。排气门提前开启是由于配气机构惯性力的限制，若在活塞到下止点时才打开排气门，则在排气门开启的初期，开度极小，废弃不能通畅流出，缸内压力来不及下降，在活塞向上回行时形成较大的反压力，增加排气行程所消耗的功。在发动机高速运转时，同样的自由排气时间所相当的曲轴转角增大，为使气缸内废气及时排出，应加大排气提前角。 2四冲程发动机换气过程包括哪几个阶段，这几个阶段时如何界定的？ 答：1）自由排气阶段：从排气门打开到气缸压力接近于排气管内压力的这个时期。 强制排气阶段：废气是由活塞上行强制推出的这个时期。 进气过程：进气门开启到关闭这段时期。 气门重叠和燃烧室扫气：由于排气门迟后关闭和进气门提前开启，所以进.排气门同时
第二章复习思考题 1.叙述四冲程发动机的换气过程。 答：四行程发动机换气过程包括从排气门开启直到进气门关闭的整个时期，约占410°～480°曲轴转角。一般将换气过程分作自由排气、强制排气、进气和气门叠开四个阶段。 2. 为何进、排气门要提前打开和迟闭，对换气过程有何影响？ 答：进气门迟后关闭是为了充分利用高速气流的动能，实现在下止点后继续充气，增加进气量。排气门提前开启是由于配气机构惯性力的限制，若是活塞在下至点时才打开排气门，则在气门开启的初期，开度极小，废气不能通畅流出，缸内压力来不及下降，在活塞向上回行时形成较大的反压力，增加排气行程所消耗的功。 3. 什么是气门叠开现象？气门叠开角的大小对换气过程有何影响？ 答：由于排气门的迟后关闭和进气门的提前开启，存在进、排气门同时开启的现象，称为气门叠开，此时，进气管、气缸、排气管互相连通，可以利用气流的压差、惯性或进、排气管压力波，清除残余废气，增加进气量，降低高温零件的温度，但注意不应产生废气倒流现象。在增压发动机中，因其进气压力高，可以有较大的气门叠开角。在非增压发动机中，叠开角一般为20°～80°曲轴转角，增压柴油机可达80°～160°曲轴转角。 4. 什么是充气效率？提高充气效率的措施有哪些？ 答：充气效率（亦称充量系数）是实际进入气缸的新鲜工质量与进气状态下充满气缸工作容积的新鲜工质量的比值。提高措施：1）降低进气系统的阻力损失，提高气缸内进气终了压力；2）降低排气系统的阻力损失，以减小缸内残余废气系数；3）减少高温零件在进气系统中对新鲜充量的加热，降低进气终了温度；4）合理选择配气相位；5）充分利用进气管内的动力效应。 5. 充气效率的高低反映了发动机哪些方面性能的好坏？并解释为什么。 答：充气效率值高，代表每循环进入一定气缸容积的新鲜工质量多，则发动机功率和扭矩可增加，动力性能好。 6. 如何利用进气管的动态效应有效提高发动机高转速时的充量系数？ 答：发动机换气过程中，进气气流在一定长度的管道内流动时，具有相当的惯性和可压缩性，且进气过程是间断性和周期性进行的，根据流体力学的规律，气流在进气管内势必会引起一定的动力现象，这种动力现象称为进气管的动态效应。动态效应对发动机进气量有较大影响，利用进气管的动态效应，可以有效地提高发动机充量系数和改善转矩特性。 7. 简述可变气门相位对发动机进气性能的影响。
1、研究发动机的理论循环目的是什么？理论循环是通过对实际循环做了哪几点简化假设得到的？ 答：（1）研究发动机理论循环的目的是：确定循环热效率的理论的极限，以判断实际发动机经济性能和工作过程进行的完善程度以及改进的潜力；有利于分析比较发动机不同热力循环方式的经济性能和动力性能；通过分析发动机理论循环的热效率和平均压力，明确提高以理论循环热效率为代表的经济性能和以平均压力为代表动力性能基本途径。 （2）做了以下几点假设：假设工质是理想气体，假设工质在闭口系统中作封闭循环，假设工质的压缩及膨胀是绝热等熵过程，假设燃烧是外界无数个高温热源等容或等压向工质加热，工质放热为等容放热，假设循环过程为可逆循环。 2、什么是发动机的指示性能指标和有效性能指标？分别有哪些？ 答：以工质对活塞所作之功为计算基准的指标为指示性能指标简称指示指标；以曲轴输出功为计算基准的指标称为有效性能指标简称有效指标；指示性能指标有指示功，平均指示压力，指示功率，指示热效率和平均燃油消耗率；有效性能指标包括有效功，有效功率，有效转矩，平均有效压力，有效热效率和有效燃油消耗率 3、什么是机械效率？受哪些因素影响？有何意义？ 答：机械效率指有用功与总功的比值，用符号η表示，计算公式为η=W有/W总*100%。 机械效率与许多因素有关。比如滑轮组的机械效率，影响它的最主要的因素是物重，其次才是滑轮重、绳重和磨擦。无论你用同一滑轮组吊起一根绣花针或一个重量远远大于动滑轮的重物，你都需要把动滑轮举上去，还要克服绳重与磨擦，前者额外功远远大于有用功，其机械效率几乎为零，后者额外功在总功中占的比值就小得多，所以物重越大，机械效率就越高。 意义：1）机械效率是反映机械性能的优劣的重要标志之一。总功等于有用功与额外功之和，因而有用功只占总功的一部分。显然，有用功所占比例越大，机械对总功的利用率就越高，机械的性能就越好。物理中，用机械效率来表示机械对总功得了利用率。（2）在计算机械效率时，注意物理量名称所标示的意义。总功：即动力对机械所做的功，称之为动力功，也叫输入功。理想机械：W总=W有用，W输入=W输出，W动=W阻。实际机械：W总=W有用+W额外，W 输入=W输出+W额外，W动=W有用阻力+W无用阻力 4、如何测定机械效率？适合汽油机的是哪种？为什么？ 答：测定机械效率有示功图法，倒拖法，灭缸法，油耗线法；
第三章复习思考题 1.汽油和柴油的标号分别是根据什么指标来确定的？ 答：汽油根据辛烷值来确定标号；柴油按凝点来确定标号。 2.什么叫过量空气系数？它与混合气浓度有何关系？ 答：发动机工作过程中，燃烧1kg燃油实际共给的空气量与理论空气量之比，称为过量空气系数。过量空气系数大于1称为稀混合气，等于1称为标准混合气，小于1称为浓混合气。 3.燃料的燃烧热值与混合气热值有何不同？ 答：燃料热值是指单位量的燃料完全燃烧时做释放的热量。单位：焦耳。分为高位热值（生成的水是液态）和低位热值（生成水是气态）。汽油机和柴油的热值都是低位热值。混合气热值是指燃料的低热值与单位燃料混合气数量之比。单位：kJ/kmol。每循环加给工质的热量取决于单位可燃混合气热值。不仅仅与燃料热值有关。 4.简述燃料的着火机理。 答：按化学动力学的观点，着火机理可分为热自燃机理和链锁自燃机理两类。热自燃理：在着火的准备阶段，混合气进行着氧化过程，放出热量。放热的同时，由于温差的原因，会对周围介质散热。若化学反应所释放出的热量大于所散失的热量，混合气的温度升高，进而促使混合气的反应速率和放热速率增大。这种相互促进，最终导致极快的反应速率而着火。链锁自燃机理：通过链锁反应（即一个活化作用能引起很多基本反应）逐渐积累活化中心，使反映自动加速，直至着火。 5.为什么说柴油机的着火过程是低温多级着火？汽油机的着火过程是高温单级着火? 答：低温多阶段着火规律是退化支链反应引起的一种现象。通常称为“着火半岛”。烃燃料经历三个阶段：冷焰诱导阶段、冷焰阶段、蓝焰阶段。 高温单阶段着火规律：在较高温度下，着火过程不经过冷焰而直接进入蓝焰——热焰阶段。由于这两个阶段很短，也很难区分。所以统称为高温单阶段着火。 柴油机的压缩着火和汽油机的爆燃具有低温多阶段着火的特点，而汽油机的火花点燃和柴油机着火后喷入气缸内的燃料着火具有高温单阶段着火特性。6．往复式发动机中，有几种燃烧的运转方式？各有什么优缺点？ 答：燃烧是一种放热的氧化反应。可燃混合气（燃料与空气的混合物）在发生明显的光和火焰效应的燃烧之前，都有一个准备阶段，即着火阶段。所谓着火，是指混合气自动地反应加速，并产生温升，以致引起空间某一位置或最终在某个
习题参考答案 一、填空题 1.缸外喷射系统是将喷油器安装在进气管或进气歧管上，以0.20～0.35MPa 的喷射压力将汽油喷入进气管或进气道内。 2.电子控制汽油喷射系统主要由燃料供给系统、空气供给系统、控制系统三部分组成。 3.汽油机燃烧过程按其压力变化特点分成三个阶段，分别为：滞燃期、急燃期和补燃期。 4. 汽油机在稳定的正常运转情况下，不同气缸的燃烧情况以及不同循环的燃烧情况很难保持稳定，会产生燃烧上的差异，这种循环之间和气缸之间的燃烧差异称为不规则燃烧。 5. 汽油机燃烧过程中，如果火焰前锋未到达前，末端混合气温度达到了自燃温度，形成新的火焰中心，产生新的火焰快速传播，这种现象称为爆燃。 6. 点火提前角太小，燃烧过程过迟，后燃增加，最高燃烧压力和温度都降低，排气温度升高，功率和经济性都下降。 7. 实现汽油机分层燃烧有两种方式：进气道喷射的分层燃烧方式和缸内直喷分层燃烧方式。 二、思考题 1.电控汽油喷射系统如何实现对喷油量的控制？ 答：在汽油机电控汽油喷射系统中喷油量的控制是通过对喷油器喷油时间的控制来实现的。发动机工作时，ECU 根据空气流量信号和发动机转速信号确定基本的喷油时间（喷油量）；再根据其他传感器（冷却水温传感器、节气门位置传感器等）对喷油时间进行修正，并按最后确定的总喷油时间向喷油器发出指令，使喷油器喷油（通电）或断油（断电）。 2. 汽油机正常燃烧过程分哪些阶段？各阶段有何特点？ 答：汽油机正常燃烧过程分成三个阶段：滞燃期、急燃期和补燃期。 各阶段特点： 1)滞燃期：从点火电极跳火开始到形成独立的火焰核心为止。电火花在上止点前跳火，火花塞放电时，两极电压在15000v 以上，电火花能量40～80mJ ，局部温度达2000℃，从而使电极周围的预混合气热反应加速，使反应区温度急剧升高而使某处混合气着火，可燃混合气按高温单阶段方式着火后，经过一个阶段形成独立的火焰核心。压力和温度逐渐升高，缸内气体压力开始脱离压缩线，这标志着滞燃期结束。 2)急燃期：从形成独立的火焰核心开始到气缸内出现最高压力为止。这一阶段的燃烧是火焰从火焰核心向燃烧室整个空间传播的时期，一般急燃期约占20～30℃A ，火焰传播速度一般为50～80m/s ，燃油的80％～90％在急燃期内基本烧完，燃烧室的温度和压力急剧上升，达到最高燃烧压力max p ，一般将max p 作为急燃期的终点。 3)补燃期：从最高燃烧压力到燃烧结束。混合气燃烧速率开始降低， 90%左右的燃烧放热已经完成，未燃烧的可燃混合气在火焰前锋面扫过整个燃烧室后继续燃
《发动机原理》习题 绪 论 [1] 简述本课程的研究对象和任务。 [2] 发动机的冲程和热力过程各是什么？ [3] 发动机性能指标分为哪几类？各包括哪些参数？ [4] 发动机按用途分为哪些种类？ [5] 发动机的代用燃料有哪些？ [6] 简述发动机的优缺点。 [7] 试述发动机的现代发展趋势。 第一章 发动机的工作循环和性能指标 [1] 为何要分析发动机的理想循环？ [2] 简述发动机实际循环向理想循环的简化条件。 [3] 在初态相同、最高压力和温度相同、放热量相同的前提下，在发动机理想循 环P-V 图上比较混合、定容和定压加热循环的热效率。 [4] 说明提高压缩比可以提高发动机热效率和功率的原因。 [5] 为什么汽油机的压缩比不宜过高？ [6] 做出四冲程非增压柴油机理想循环和实际循环P-V 图，并标明各项损失。 [7] 试分析工质改变对发动机实际循环的影响。 [8] 何为指示指标？何为有效指标？ [9] 在发动机性能指标分析中，为什么将泵气损失功归到机械损失中考虑？ [10] 写出机械效率的定义式，并分析影响机械效率的因素。 [11] 试述机械损失的测定方法。 [12] 试述过量空气系数、空燃比和分子变更系数的定义。 [13] 试述燃料低热值和混合气热值的定义。柴油和汽油的低热值各为多少？ [14] 简述汽油机和柴油机的着火和燃烧方式。 [15] 已知：某汽油机的气缸数目6=i ，冲程数4=τ，气缸直径100=D [mm]，冲 程115=S [mm]，转速3000=n [r/min]，有效功率100=e N [kW]，每小时耗油 量37=T G [kg/h]，燃料低热值44100=u h [kJ/kg]，机械效率83.0=m η。求：平 均有效压力e p ，有效扭矩e M ，有效燃料消耗率e g ，有效热效率e η，升功率 l N ，机械损失功率m N ，平均机械损失压力m p ，指示功率i N ，平均指示压