汽车发动机原理第二章 发动机循环与性能指标

《汽车发动机构造与维修》复习指导书注：各部分检修内容不作考试重点。

一、各章重点第1章发动机基本工作原理与总体构造重点：1.发动机排量、压缩比2.四冲程发动机工作原理3.柴油机与汽油机的区别、四冲程与二冲程的区别第2章发动机循环与性能重点：1.发动机性能指标（动力性指标、经济性指标）2.发动机性能特性(1)发动机工况(2)速度特性(3)负荷特性3.高速柴油机的理论循环和汽油机的理论循环第3章机体组与曲柄连杆机构重点：1.机体组、活塞组、连杆组、曲轴飞轮组的组成，主要零部件的作用、结构、原理、装配关系2.曲柄连杆机构的拆装、调整，连杆组的检修3.活塞环安装、活塞组拉缸及其控制4.如何检验和校正连杆的弯曲，扭转变形第4章配气机构与换气过程重点：1.配气机构的组成、主要零部件的构造、工作原理、传动关系和调整方法2.配气相位、充气效率的概念3.配气机构的调整（气门间隙、配气相位、气门密封性检验等）第5章化油器式发动机燃油系统与燃烧重点：1.过量空气系数和空燃比2.汽油机各工况对混合气成分的要求3.汽油机的燃烧过程（正常燃烧、不正常燃烧），使用因素对燃烧过程的影响（汽油品质、混合气浓度、点火提前角、转速、负荷等）第6章电控汽油喷射系统重点：1.汽油喷射系统的构成和工作原理，汽油喷射控制方式，燃油压力调节器，喷油器等2.汽油喷射所需传感器的原理与结构，如发动机曲轴位置和转速传感器、节气门位置传感器、空气流量计、爆震传感器、氧传感器等。

第7章柴油机燃油系统与燃烧重点：1.柴油机燃烧过程，使用因素对燃烧过程的影响2.喷油器、喷油泵的功用、基本结构、工作原理与检修，分配式喷油泵的优点3.柴油机的燃烧室，与采用的喷油器第8章进排气系统及排气净化装置重点：1.废气涡轮增压的基本结构与原理2.可变进气歧管技术3.排气净化装置的构造与原理（EGR、二次空气喷射、三元催化转化器）第9章冷却、润滑系统重点：1.冷却系的功用、冷却水循环路线2.冷却系主要元件的结构、工作原理（如节温器、冷却风扇）3.润滑系的功用、油路，润滑方式4.润滑系主要元件的结构、工作原理（机油泵、机油滤清器）第10章发动机的装配、磨合及验收重点：1.发动机装配工艺与技术要求二、复习题及参考答案一、名词解释1、湿式缸套外表面直接与冷却液接触的气缸套。

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p mi是发动机单位气缸工作容积的指示功平均指示功率P i发动机单位时间所做的指示功，P i=p mi V s in30τ平均有效压力p me发动机单位气缸工作容积输出的有效功有效功率P e发动机指示功率减去机械损失功率对外输出的功率，P e=P i−P m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C m：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：C m=Sn30表示经济性能的指标：指示热效率ηi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b i单位指示功的耗油量，与指示热效率之间的关系：b i=3.6×106ηi×Hμ有效热效率ηe发动机有效功与所消耗燃料热量的比值有效燃油消耗率b e与P e的关系：b e=BP e ×106，与ηe的关系ηe=3.6×106b e×Hμ2.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P i=p mi V s in30τb i=BP i×106 P i=P e+P m有效功率P e=P i−P m P e=T tq n9550P e=p me V s in30τb e=BP e×106平均指示压力p mi=W iV s P i=p mi V s in30τ平均有效压力p me=30P eτV s in p me=0.1047T tqτiV s×30×10−33.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，ηm=P eP i =p mep mi=1−P mP i=1−p mmp mi4.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。

发动机原理 习题第一章 发动机工作循环及性能指标[1]说明提高压缩比可以提高发动机热效率和功率的原因。

答：由混合加热循环热效率公式：知提高压缩比可以提高发动机热效率。

[2] 为什么汽油机的压缩比不宜过高？答：汽油机压缩比的增加受到结构强度、机械效率和燃烧条件的限制。

1、增高将Pz 使急剧上升，对承载零件的强度要求更高，增加发动机的质量，降低发动机的使用寿命和可靠性2、增高导致运动摩擦副之间的摩擦力增加，及运动件惯性力的增大，从而导致机械效率下降3、增高导致压缩终点的压力和温度升高，易使汽油机产生不正常燃烧即爆震[3]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。

[4]何为指示指标？何为有效指标？答：指示指标：以工质在气缸内对活塞做功为基础，评价工作循环的质量。

有效指标：以曲轴上得到的净功率为基础，评价整机性能。

[5] 发动机机械损失有哪几部分组成？答： 发动机机械损由摩擦损失、驱动附件损失、泵气损失组成。

[6] 写出机械效率的定义式，并分析影响机械效率的因素。

影响机械效率的因素：1、转速ηm 与n 似呈二次方关系，随n 增大而迅速下降；2、负荷 负荷¯时，发动机燃烧剧烈程度¯，平均指示压力¯；而由于转速不变，平均机械损失压力基本保持不变。

则由 ，机械效率下降 当发动机怠速运转时 ，机械效率=0；3、润滑油品质和冷却水温度 冷却水、润滑油温度通过润滑油粘度间接影响润滑效果。

[7] 试述机械损失的测定方法。

机械损失的测试方法只有通过实际内燃机的试验来测定。

常用的方法有：倒拖法灭缸法、油耗线法和示功图法。

)1()1(1111-+--⋅-=-ρλλρλεηk k k t im m p p -=1ηimi m i e i e m p p N N p p N N -=-===11η（1）倒拖法步骤：1.让内燃机在给定工况下稳定运转，是冷却水和机油温度达到给定值；2.切断燃油供应或停止点火，同时将电力测功器转换为电动机，以原给定速度倒拖内燃机空转，并尽可能使冷却水、机油温度保持不变。

《发动机原理》教学大纲课程编码：课程名称：发动机原理英文名称：Fundamental of Automobile Engine开课学期：6学时/学分：64/4或36/2 （其中实验学时：8或4 ）课程类型：专业课开课专业：热能与动力工程专业或车辆工程选用教材：《发动机原理》（第2版）林学东编著机械工业出版社2015.01执笔人：一、课程性质、目的与任务本课程是汽车发动机及车辆工程专业本科生必修的一门主要专业理论课。

本课程的目的是通过本课程的学习，使学生掌握发动机的能量转换的基本原理及其性能评价方法、影响发动机性能因素的分析方法；了解提高或改进发动机性能的主要途径和措施。

为合理使用、正确调整以及汽车动力传动系统合理匹限奠定理论基础；同时初步掌握发动机的试验方法和实验技能。

二、教学基本要求本课程主要讲述汽车发动机的工作原理及其特性，它以发动机性能指标为主要研究对象，介绍发动机的基本工作原理，分析影响内燃机各工作过程以及性能指标的各种因素。

从节能减排角度合理组织发动机工作过程以及如何提高其性能是本课程的中心内容。

通过本课程的学习，使学生牢固掌握发动机的性能指标、性能特性及其分析方法和主要影响因素；初步掌握发动机的试验方法及其数据处理和万有特性制取方法；为汽车动力系统合理匹时奠定理论基础。

根据总学时的要求，内容可根据具体培养要求进行删减。

三、各章节内容及学时分配第一章绪论教学目的与要求本章节着重介绍汽车发动机在国民经济中的重要作用。

通过本章的学习，使学生了解内燃机的发明与发展历程，以及不同阶段汽车发动机发明发展过程中存在的问题，正确对待发动机原理这门课程，正确对待以发动机为动力源的汽车发展对社会环境与文明的影响，明确本课程的学习目的和方法，培养对本课程的学习兴趣。

1.1本课程的任务、要求和学习方法1.2内燃机与汽车及其发展史简介1.3汽车工业的发展阶段1.4汽车发展对社会环境的影响考核要求：了解内燃机在国民经济中的作用、内燃机的发展历史、现状及趋势。

第二章发动机工作循环及性能指标一、选择题：1、在机械损失中，占比例最大的的是_____D__。

A.驱动附属机构的损失B.排气损失C.进气损失D.摩擦损失2、单位气缸工作容积的循环有效功称之为____A_____。

A.升功率B.有效热效率C.有效扭矩D.平均有效压力3、当发动机油门位置固定，转速增加时____A______。

A.平均机械损失压力增加，机械效率减小B.平均机械损失压力减小，机械效率增加C.平均机械损失压力减小，机械效率减小D.平均机械损失压力增加，机械效率增加4、发动机的有效功We与所消耗的燃油发出的热量Q1的比值称之为_____B_____。

A.有效燃油消耗率B.有效热效率C.有效扭矩D.平均有效压力5、关于发动机性能指标的描述不正确的是______B____。

Ａ.指示指标是以工质在气缸内对活塞做功为基础的性能指标。

Ｂ.指示指标是考虑到机械损失的指标。

]Ｃ.有效指标它是以曲轴对外输出的功为基础的性能指标。

D.有效指标用来评定发动机性能的好坏。

6、发动机单位气缸工作容积每循环做的指示功称为______A____。

A.平均指示压力B.循环指示功C.有效功率D.平均有效压力7、评价发动机经济性的指标是_____D_____。

A.平均有效压力B.有效扭矩C.有效功率D.有效热效率8、评价发动机动力性的指标是____D______。

A.有效燃油消耗率B.有效热效率C.每小时的油耗量D.平均有效压力9、发动机负荷一定，当转速增加时，则______A____。

A.机械效率下降B.平均机械损失压力下降C.指示功率增加D.平均指示压力增加第三章发动机的换气过程一、选择题：1、发动机的整个换气过程约占曲轴转角的______D______CA。

Ａ.180~270 Ｂ.300~360 Ｃ.340~400 Ｄ.410~480(2、关于发动机换气过程的描述不正确的是_______A______。

Ａ.强制排气阶段排出的废气量大于自由排气阶段排出的废气量。

汽车发动机原理课后习题答案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。

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。

第一章发动机的性能动力性能指标：功率、转矩、转速。

经济性能指标：燃料与润滑油消耗率。

发动机的性能指标主要有运转性能指标：冷起动性能。

噪声和排气品质。

耐久可靠性指标：大修或更换零件之间的最长运行时间与故障长期工作能力。

第一节发动机理论循环一、三种基本循环1．进行理论循环分析的目的发动机的理论循环是将实际循环进行若干简化，忽略一些次要的影响因素，并对其中变化复杂、难于进行细致分析的物理、化学过程（如可燃混合气的准备与燃烧过程等）进行简化处理，从而得到便于进行定量分析的假想循环或简化循环。

（1）用简单的公式来阐明发动机工作过程各基本热力参数间的关系，以明确提过以理论循环热效率为代表的经济和以循环平均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，以判断实际发动机工作过程的经济性和循环进行的完善程度以及改进潜力。

（3）有利于分析比较发动机各种热力循环方式的经济性和动力性。

2．建立理论循环的简化假设最简单的理论循环是空气标准循环。

（1）假设工质(工质是热机中热能转变的一种媒介物质（如燃气、蒸汽等）依靠它在热机中的状态变化（如膨胀）才能获得功)是理想气体，其物理常数与标准状态下的空气物理常数相同。

（2）假设工质是闭口系统中作闭循环。

（3）假设工质的压缩及膨胀是绝热熵等过程。

（4）假设燃烧是外界无数个高温热源定容或定压向工质加热。

工质放热为定容放热。

3．三种基本循环发动机有三种基本空气标准循环，即定容加热循环、定压加热循环和混合加热循环。

汽油机混合气燃烧迅速，近似为定容加热循环；高增压和低速大型柴油机，由于受热燃烧最高压力的限制，大部分燃料在上止点以后燃烧，燃烧时汽缸压力变化不显著，所以近似为定压加热循环；高速柴油机介于两者之间，其燃烧过程视为定容、定压加热循环的组合，近似为混合加热循环。

混合加热循环定容加热循环定压加热循环图中，a—c为绝热压缩，a—z为等容或等压加热，z—b为绝热膨胀，b—a为等容加热。