发动机原理作业题库19章.docx

发动机原理作业题库19章.docx

《发动机原理作业题库19章.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《发动机原理作业题库19章.docx（73页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

发动机原理作业题库19章

发动机原理作业题库（1-9章）

《汽车发动机原理》作业题库

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brabWt=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。

1-2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pb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：

1-7为什么发动机原理把有效平均压力pme当作一个极为重要的性能指标？

解：

因为pme与整机的功率、扭矩和功都成正比，又是可比指标，是表示动力性能的最具代表指标。

1-8为什么说活塞平均速度νm是比转速n更为本质的动力性能速度指标？

解：

因为转速n只能作为同一机型的速度指标，不能用来判断不同机型运动速度的快慢。

1-9试推导以有效平均压力pme表示的有效输出功率Pe和有效转矩Ttq的计算公式（标出各参数的量纲）；比较同为动力性指标的Pe和Ttq有何区别；分析在发动机结构参数不变的前提下提高输出功率Pe的途径。

解：

和，

其中：

pme量纲为MPa，Pe量纲为kW，Ttq量纲为N.m。

提高输出功率Pe的途径：

提高转速，增大平均有效压力（增压，提高效率等）。

1-10为什么说发动机转速n确定后输出功率Pe（或转矩Ttq）主要取决于有效效率ηet和循环可燃混合气进气量（汽油机）或循环供油量（柴油机）？

而有效燃料消耗率be则主要取决于有效效率ηet？

解：

当转速n确定后，单位时间内做功的次数一定。

决定做功快慢的主要因素变为一次做功的多少。

而循环可燃混合气量和循环喷油量所产生的热量与有效效率的乘积即为每循环做的功。

因此，当n确定后，循环可燃混合气量和循环喷油量所产生的热量与有效效率成为影响Pe主要指标。

1-11燃料低热值Hu和混合气热值Hum有何异同？

决定混合气热值的因素有哪些？

解：

燃料热值：

单位质量的燃料在标准状态下，完全燃烧所能释放的热量。

可燃混合气热值为单位质量或体积的可燃混合气在标准状态下燃烧所释放的热量。

取决于燃料的热值和空燃比。

1-12发动机有效效率计算公式ηet=ηc·ηt·ηm中，ηc、ηt、ηm各自的物理含义是什么？

自然吸气、涡轮增压和机械增压四冲程发动机的ηc、ηt和ηm有何区别？

解：

燃烧效率：

燃料化学能通过燃烧转化为热能的百分比。

循环热效率：

燃烧加热量经过发动机工作循环转化为对活塞的指示功的百分比。

机械效率：

指示功减去机械损失后，转化为有效功的百分比。

一般增压发动机大于自然吸气发动机。

对于机械效率，涡量增压大于机械增压。

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。

1-14可燃混合气的浓与稀可以用哪几个指标表示？

各指标的意义为何？

彼此间如何换算？

解：

空燃比：

混合气中空气和燃料的质量比。

过量空气系数：

实际空气量比理论空气量。

燃空当量比：

理论与实际空气量之比。

空燃比与当量比互为倒数。

过量空气系数为空燃比与理论空燃比的比值。

1-15什么是燃料燃烧时的化学计量比？

具有化学计量比的可燃混合气的过量空气系数φa是多少，其空燃比α又是多少？

解：

燃料和空气恰好能够完全反应时两者的比值。

具有化学计量比的可燃混合气的过量空气系数φa为1，其空燃比α为14.2。

1-16基于Pe的综合表达式（1-40）分析：

（1）哪些参数属于“质”环节参数？

哪些参数属于“量”环节参数？

（2）发动机在结构参数不变的情况下，由自然吸气改为涡轮增压时，式中各种参数怎样变化？

解：

（1）：

上式中，、、三者为“质”环节参数，其余为“量”环节参数。

（2）：

发动机由自然吸气改为涡轮增压时，如果燃烧组织得较好，、、、略有增加，、大幅增加，、、不变。

1-17一台4缸四冲程火花点火发动机（缸径D＝80mm，冲程s＝76.5mm）节气门全开时在台架上的测量结果如下：

发动机转速n=5900r/min；有效转矩Ttq=107.1N·m；指示平均压力pmi=1.19MPa。

计算：

（1）循环指示功Wi；

（2）指示功率Pi和有效功率Pe；

（3）有效平均压力pme；

（4）机械效率ηm；

（5）机械损失功率Pm和机械损失平均压力pmm。

解：

（1）

（2）

（3）

（4）

（5）

1-186135Q-1四冲程柴油机的冲程s＝140mm，在发动机转速n=2200r/min时的机械效率为ηm=0.75，有效输出功率Pe=154kW，有效燃料消耗率为be=217g/（kW·h）。

已知柴油机低热值为Hu=42500kJ/kg。

求此时发动机的pme、Ttq、Pm、ηet和Wi各值。

解：

1-19一台6缸四冲程柴油机（缸径D＝102mm；冲程s＝125mm），在全负荷时的台架测量结果如下：

21.22s内消耗燃料体积200cm3，燃料密度0.83kg/dm3；30.1s内消耗空气体积5m3；环境空气压力0.1MPa；环境空气温度300K；有效转矩424N·m；发动机转速2650r/min；机械损失平均压力0.1758MPa；柴油低热值42500kJ/kg。

计算该测试条件下：

（1）燃料体积流量和质量流量；

（2）空气体积流量和质量流量；

（3）有效功率Pe；

（4）有效燃料消耗率be和有效热效率ηet；

（5）指示燃料消耗率bi和指示热效率ηit。

解：

1-20一台排量为4.6L的四冲程V8汽油机采用了断缸技术，当功率需求减小时，切换成2.3L排量的V4工作模式。

该发动机在转速为1750r/min时，采用V8工作模式，此时发动机的充量系数为0.51，机械效率为0.75，空燃比为14.5，发出的有效功率是32.4kW。

发动机在更高的转速下切换成V4工作模式时，充量系数为0.86，机械效率为0.87，空燃比为18.2。

假定不同转速下的指示热效率相同，且燃烧效率为100%，空气是在20℃和0.1MPa的条件下吸入气缸的。

计算：

（1）1750r/min时，V8工作模式的进气质量流量（kg/s）；

（2）1750r/min时，V8工作模式的燃料消耗质量流量（kg/s）；

（3）1750r/min时，V8工作模式的有效燃料消耗率（g/（kW·h））；

（4）V4工作模式发出与V8工作模式相同有效功率所需的转速（r/min）；

（5）上述V4工作模式时发动机的有效燃料消耗率（g/（kW·h））。

解：

（1）根据pv=nRT，有以下关系式

（2）

（3）

（4）

因为只是热效率相等，所以：

（5）be*0.75/0.87=268g/kW.h

第二章

2-1缸内工质是从哪几个方面影响发动机的性能及其燃烧模式的？

解：

（1）工质的各种热力参数—质

（2）燃料热值（可燃混合气的热值）—量

（3）燃料的理化特性—不同工作方式

（4）燃料的组份—燃烧和排放

2-2什么是发动机的常规燃料和代用燃料？

代用燃料是如何分类的？

为什么要加强代用燃料的研究和应用？

解：

常规燃料：

汽油、柴油。

代用燃料：

除石油汽油、柴油以外的烃类/醇类/醚类/酯类/氢气等燃料；分类详见表2-1。

加强代用燃料研究主要出于能源安全和环境保护考虑。

2-3醇、醚和酯类燃料都是含氧燃料，它们的分子结构各有什么特点？

分别列出1～2种常用的醇、醚和酯类代用燃料及其燃烧模式。

解：

醇类是烃类物质中的氢被羟基取代的产物。

常见醇类燃料有甲醇和乙醇。

因其辛烷值较高，一般为点燃；

醚类物质是两个烃基通过氧原子连接起来的化合物。

常见醚类燃料为二甲醚，其十六烷值较高，一般为压燃；

酯类物质是烃类物质中的氢被羧基取代的产物。

常见酯类燃料为生物柴油，其十六烷值较高，一般为压燃。

2-4分子结构相同的烃燃料，其分子中碳原子数的多少对发动机的性能有何影响？

原因何在？

解：

C越多，化学稳定性差，着火温度低，易自燃；但物理稳定性好，不易气化。

因为高C烃结构庞大冗长，易于裂解；但相对分子量较大，不易气化。

2-5成分相同但分子结构不同的烃燃料对发动机的性能有何影响？

原因何在？

解：

（1）链与环—环化学稳定性好，不易自燃；

（2）直链与支链（或正烷与异烷）—支链（异烷）的化学稳定性好，抗爆好（如正庚烷C7H16和异辛烷C8H18的辛烷值分别为0和100）；

（3）单键和多键—多键非饱和烃不易断链，不易自燃，但安定性差，贮存中易氧化结胶（如烯烃）。

2-6为什么对压燃式柴油机是优良的燃料，对点燃式汽油机则一般是不良的燃料？

综合考虑发动机的动力、经济性和排放要求，理想的汽油和柴油应由何种结构和成分的烃燃料组成？

解：

因为柴油机燃料一般有较高的十六烷值以便压燃，高十六烷值意味着容易自燃，如果应用在点燃式汽油机上，会引起严重的爆震，造成发动机性能及寿命下降。

汽油机使用的燃料要求有较高的辛烷值，以抑制爆震产生。

另外柴油燃料一般不易气化，不利于火焰传播，会造成排放升高。

从何考虑发动机的各种性能，理想的柴油机燃料应由碳原子数为16左右的直链烷烃构成，而汽油机燃料应由碳原子数为8左右的异构烷烃或环烷烃构成。

2-7正十六烷与α-甲基萘的十六烷值分别为多少？

为什么两者的着火特性有显著差别？

解：

十六烷值CN=100，自燃性很好；α－甲基萘CN=0，自燃性很差。

其着火特性与C原子数密切相关。

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

2-9汽油燃料蒸发曲线中，10％，50％，90％馏程的意义是什么？

它们对发动机的性能有何影响？

燃烧一种终馏点很高的汽油会出现什么结果？

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。

2-10什么是燃料的饱和蒸气压？

汽油饱和蒸气压的过高和过低分别会对发动机性能带来什么影响？

解：

饱和蒸气压：

在规定条件下燃油和燃油蒸气达到平衡状态时，燃油蒸气的压力。

蒸气压过低，发动机冷起动性能差，混合气形成速度慢，不利于燃烧。

蒸气压过高，在储存和运输过程中易产生蒸发