发动机原理复习与参考答案.docx

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发动机原理复习与参考答案

《汽车发动机原理》复习与思考

第01章绪论

1、结合汽车发动机的发展实际，简述本课程的主要内容有哪些？

2、本课程要研究解决汽车发动机的什么问题?

第1章工程热力学基础

1、应用平衡方程式解释热力学第一定律？

2、分析理想气体的多变过程得出什么规律?

3、解释卡诺循环与卡诺定理？

第1章发动机实际循环与性能指标

1．什么是发动机的理论循环？

什么是发动机的实际循环？

2．画出四冲程发动机实际循环的示功图，说明它与理论循环示功图有什么不同？

3．分析影响发动机实际循环热损失的主要因素。

4．什么是发动机的指示指标？

主要有哪些？

5．什么是发动机的有效指标？

主要有哪些？

6.什么是发动机的平均有效压力、有效燃油消耗率、有效热效率?

它们各有什么意义?

7.什么是机械效率?

分析影响机械效率的因素。

8.如何测定机械效率？

9．什么是发动机的热平衡？

研究热平衡有何意义？

（部分参考答案）

一、名词解释

1.理论循环：

将发动机的实际循环进行若干简化，使其既近似于所讨论的实际循环，而又简化了实际循环变化纷繁的物理、化学过程，从而提出一种便于作定量分析的假想循环。

2.示功图：

记录相对于不同活塞位置或不同曲轴转角时气缸内工质压力的变化，有示功图或示功图两种。

示功图是研究实际循环的依据，一般是由专门示功器在发动机运转条件下直接测出。

3.指示指标：

指示指标是以工质对活塞做功为基础的性能指标，主要是衡量发动机工作过程的好坏。

4.有效指标：

有效指标是以发动机输出轴上所得到的功率为基础的性能指标。

主要是考虑到发动机自身所消耗的机械能，用来综合评价发动机整机性能的。

5.指示热效率：

是实际循环指示功与所消耗的燃料热量之比值。

6.有效热效率：

是实际循环有效功与所消耗的燃料热量之比值。

7.升功率：

在标定工况下，发动机单位气缸工作容积所发出的有效功率。

8.比质量：

发动机的净质量与它所发出的额定功率之比。

9.发动机强化系数：

发动机平均有效压力与活塞平均速度的乘积称为强化系数，是评价发动机强化程度的指标。

10.机械效率：

机械效率是有效功率与指示功率的比值。

是为了比较各种不同的发动机机械损失所占比例的大小，引入机械效率的概念。

11.发动机热平衡：

发动机的热平衡，就是给出燃料的总发热量转换为有效功和其他各项热损失的分配比例。

从这些热量分配中，可以了解到热损失的情况，以作为判断发动机零件的热负荷和设计冷却系统的依据，并为改善发动机的性能指标指明了方向。

二、填空题

1．示功

2.提高率

3.工质的影响换气损失传热损失时间损失燃烧损失（涡流和节流损失、泄漏损失）

4.实际

5.发动机输出轴上所得到的

6.实际循环指示

7.实际循环有效

8．

9．平均有效压力活塞平均速度

10．下降

11.可靠润滑

12.有效功其他各项热损失

三、思考题

1．什么是发动机的理论循环？

什么是发动机的实际循环？

答题要点

发动机的理论循环是将发动机的实际循环进行若干简化，使其既近似于所讨论的实际

循环，而又简化了实际循环变化纷繁的物理、化学过程，从而提出一种便于作定量分析的假想循环。

发动机的实际循环是由进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个过程所组成，较之理论循环复杂得多，存在必不可免的许多损失，它不可能达到理论循环那样高的循环效率。

2．画出四冲程发动机实际循环的示功图，说明它与理论循环示功图有什么不同？

答题要点

由于工质的影响、换气损失、传热损失、时间损失、燃烧损失、涡流和节流损失、

泄漏损失等的存在，实际循环的示功图与理论循环示功图有很大的不同，如图所示为一台非增压四冲程柴油机理论循环与实际循环示功图。

其中实线表示实际循环示功图，而加了黑点的实线表示与之相对应（具有同样的热量输入）的理论循环示功图。

3．分析影响发动机实际循环热损失的主要因素。

答题要点

⑴工质的影响

理论循环的工质是理想气体，在实际循环中，燃烧前的工质是新鲜空气和上一循环残留废气的混合气；燃烧过程中以及燃烧后，工质的成分变为燃烧产物，不仅成分有变化，而且容积数量即物质的量也发生变化；在1300°K以上燃烧产物有发生高温分解的现象，会降低最高燃烧温度，使循环热效率下降。

理论循环工质的比热是不随温度变化而变化的。

实际循环工质是空气和燃烧产物的混合物，它们的比热随温度升高而上升，若加热量相同，则实际循环达到的最高温度较理论循环为低，其结果导致循环热效率的降低，循环所做的功减少。

反应在示功图上为实际循环的燃烧膨胀线低于理论循环的燃烧膨胀线。

⑵换气损失

在实际循环的换气过程中，排气门要提前开启，废气在下止点前便开始逸出，使示功图的有用功面积减小。

在接着进行的排气和吸气过程中，由于流动阻力会产生进、排气推动功的差别。

排气门提前开启造成的损失与进、排气推动功之差，这两部分损失之和就是实际循环的换气损失。

⑶气缸壁的传热损失

理论循环假定气缸壁和工质之间无热交换。

但在实际循环中，气缸壁和工质之间自始至终存在着热量交换。

在压缩过程初期，气缸壁温度高于工质温度，工质吸热；在压缩过程后期，工质的温度超过缸壁温度，工质向缸壁散热。

其平均多变压缩指数偏低，存在热量损失，使压缩过程的压力线低于理论循环的压缩线。

此外，由于进气终了压力低于大气压力，因此，整个实际压缩线处于理论压缩线的下方（图1.4）。

在随后的燃烧、膨胀和排气过程中，工质继续不断地向缸壁传出热量，使实际循环的膨胀过程线低于理论循环的膨胀线，在示功图上减少的有用功面积大于理论压缩线底下增加的面积，其差值即为实际循环的传热损失。

⑷时间损失

理论循环中，认为活塞是以无限缓慢的速度运动，以保持气缸内的工质始终处于平衡状态，并且认为由热源向工质进行等容加热的速度极快，可以在瞬间完成；在等压加热时，加热的速度能与活塞运动的速度相匹配，以实现等压加热过程。

这一切在实际循环中都无法做到，实际循环中柴油机的活塞运动具有相当的速度，而燃料的燃烧放热需要一定的时间。

这样就使：

①压缩消耗功增加。

这是因为燃烧速度是有限的，因此柴油机燃料开始喷入气缸需要有供油提前角，使着火能在活塞到达上止点以前开始，并使整个燃烧过程能在活塞过了上止点后不久即完全结束，以保证燃料输入的热量得以在充分的膨胀中加以有效利用，减少后燃损失。

②最高燃烧压力的下降。

由于实际循环存在传热损失，以及燃料迅速燃烧放热的过程中活塞继续运动离开上止点，使气缸的容积逐渐增大，从而使实际循环中的压力增长小于理论循环的压力增长。

③初期膨胀比减小。

在理论循环中，全部热量是在点以前输入的，但在实际循环中，由于传热损失、不完全燃烧和活塞运动，使初期膨胀比减小。

所有这一切，都使燃烧过程偏离了理论循环的等容和等压加热过程，增加了压缩过程消耗的功，减少了膨胀过程的有用功，示功图上出现了如图1.4上止点附近用小三角形区表示的所谓时间损失。

⑸燃烧损失

包括后燃和不完全燃烧所引起的损失。

在理论循环中，全部热量是在点（图1.4）以前输入完毕，然后转入绝热膨胀过程。

但在实际循环中，当燃烧过程接近点时，由于氧气浓度降低，引起燃烧速度降低。

因此，燃烧过程一直要延续到膨胀线的点才告结束,这就是所谓的后燃现象。

后燃期间热功转换的效率由于膨胀比小而大大下降，这就造成后燃损失。

由于空气不足或混合气形成不良会引起燃烧不完全，使部分燃料的热值得不到充分利用，这亦促使膨胀线位置下移，产生不完全燃烧损失。

⑹涡流和节流损失

活塞的高速运动使工质在气缸内产生涡流，造成压力损失。

此外，对于分隔式燃烧室，工质在主、副燃烧室中流进、喷出将会引起强烈的节流损失。

⑺泄漏损失

气门处的泄漏可以防止，但活塞环处的泄漏却无法避免。

不过在良好的磨合状态下泄漏量不多，约占工质的0.2％左右。

4．什么是发动机的指示指标？

主要有哪些？

答题要点

指示指标是以工质对活塞做功为基础的性能指标，主要是衡量发动机工作过程的好

坏。

指示指标主要有：

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等。

5．什么是发动机的有效指标？

主要有哪些？

答题要点

有效指标是以发动机输出轴上所得到的功率为基础的性能指标。

主要是考虑到发动机自身所消耗的机械能，用来综合评价发动机整机性能的。

有效指标主要有：

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等。

6.什么是发动机的平均有效压力、有效燃油消耗率、有效热效率?

它们各有什么意义?

答题要点

平均有效压力是指发动机单位气缸工作容积所作的有效功。

平均有效压力是从最终发动机实际输出转矩的角度来评定气缸工作容积的利用率，是衡量发动机动力性能方面的一个很重要的指标。

有效燃油消耗率是单位有效功的耗油量，通常以每千瓦小时有效功消耗的燃料量来表示。

有效热效率是实际循环有效功与所消耗的燃料热量之比值。

有效热效率和有效燃油消耗率是衡量发动机经济性的重要指标。

7.什么是机械效率?

分析影响机械效率的因素。

答题要点

机械效率是有效功率与指示功率的比值。

是为了比较各种不同的发动机机械损失所占

比例的大小，引入机械效率的概念。

影响机械效率的因素有很多，除转速、负荷、润滑油品质、冷却液温度和发动机技术状况等使用因素外，还有燃烧最高压力、气缸尺寸和数目、大气状态等结构设计参数和使用环境因素均会影响机械效率。

⑴气缸内最高燃烧压力

气缸压力高，活塞环背压按比例增加，活塞裙部对气缸壁的侧压力和轴承负荷增大，活塞环和活塞的摩擦损失也相应增大；另一方面，最高燃烧压力高，为保证各承载零件的强度、刚度和工作耐久性，也有必要加大活塞、连杆、曲轴尺寸和质量，这就随之而增加了运动零件的惯性力，从而导致摩擦损失的增大。

⑵转速或活塞平均速度

转速或活塞平均速度增大，各摩擦副之间的相对速度增加，摩擦损失增大；与此同时，曲柄连杆机构的惯性力增大，活塞的侧压力和轴承负荷增大，摩擦损失也增大。

转速增大，泵气损失、驱动附件消耗的功随之增加，所以机械效率下降。

⑶负荷

在转速不变的情况下，当负荷减小，缸内的指示功率下降，机械损失功率亦略有下降，但基本不变。

由公式可知，负荷减少，降低,机械效率下降，直到怠速时，指示功率全部用来克服机械损失，即,故。

⑷润滑油品质和冷却液温度

润滑油的粘度对摩擦损失有很大影响。

润滑油粘度大，则流动性差，内摩擦力大，摩擦损失增加，但其承载能力强，易于保持液体润滑状态；反之，流动性好，机械损失减少，但承载能力差，油膜易于破裂而失去润滑作用。

润滑油的粘度主要受润滑油的品质和温度的影响。

冷却液温度的高低直接影响润滑油温度的高低，继而影响润滑油的粘度和机械损失。

⑸发动机技术状况

发动机技术状况的好坏，对机械效率的影响很大。

这是由于长期使用的发动机，技术状况变差，活塞环与气缸磨损后，间隙增大，漏气增多，指示功率下降；尤其是漏气还会稀释润滑油，使润滑条件变坏，气缸的磨损加快；轴颈与轴承间的磨损还使机油的泄漏增加，油压下降，运动件工作表面的润滑不良。

这些都会使机械效率下降。

8.如何测定机械效率？

答题要点

通过发动机试验来测定。

目前常用的测量方法主要有示功图法、倒拖法、灭缸法和油耗线法。

这些方法都只能近似地求出其数值，并各有其局限性与不足之处。

9．什么是发动机的热平衡？

研究热平衡有何意义？

答题要点

发动机的热平衡，就是给出燃料的总发热量转换为有效功和其他各项热损失的分配比

例。

从这些热量分配中，可以了解到热损失的情况，以作为判断发动机零件的热负荷和设

计冷却系统的依据，并为改善发动机的性能指标指明了方向。

第2章发动机换气过程（习题参考答案）

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那些因素有　　关？

2、冲程发动机换气过程包括哪几个阶段，这