发动机原理复习题参考答案.docx
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发动机原理复习题参考答案
第
一
章
发
动
机
的
性
D
能
一、选择
C
A
B
A
A
C
C
A
B
A
B
C
B
A
二、填空
加大
不变
高
小
加大
降低
减小
混合加
热循环
定容加
热
大
降低
等容加热循
环
等压加热
循环
驱动附
件损失
动力性
能指标
三、名词解释
平均有效压力：
单位气缸工作容积所做的循环有效功称为平均有效压力。
升功率：
在标定工况下，每升发动机工作容积发出的有效功率称为升功率。
1.
2.
3.
活塞平均运动速度：
发动机在标定转速下工作时，活塞往复运动速度的平均值称为活塞平均运动速
度。
机械效率：
指示功减去机械损失功后，转为有效输出功的百分比称为机械效率。
有效燃油消耗率：
发动机每发出1kWh的有效功所消耗的燃油量。
燃烧效率：
燃料化学能通过燃烧转为热能的百分比称为燃烧效率。
平均指示压力：
单位气缸工作容积所做的循环指示功称为平均指示压力。
工质定压比热容：
单位质量工质在定压过程中温度升高１℃所需的热量称为工质的定压比热容。
4.
5.
6.
7.
8.
四、简答
简述工质改变对发动机实际循环的影响。
9.
答案要点：
工质比热容变化的影响：
比热容Cp、Cv加大，k值减小，也就是相同加热量下，温升值会相对降
1）
2）
3）
4）
低，使得热效率也相对下降。
高温热分解：
这一效应使燃烧放热的总时间拉长，实质上是降低了循环的等容度而使热效率ηt
有所下降。
工质分子变化系数的影响：
一般情况下μ＞1时，分子数增多，输出功率和热效率会上升，反之
μ＜l时，会下降。
可燃混合气过量空气系数的影响：
当过量空气系数φ<1时，部分燃料没有足够空气，或排出缸
a
外，或生成CO，都会使η下降。
而φ>1时，ηt值将随φa上升而有增大。
t
a
S/D（行程/缸径）这一参数对内燃机的转速、结构、气缸散热量以及与整车配套的主要影响有哪些？
10.
答案要点：
sn
活塞平均运动速度
m
30
若S／D小于1，称为短行程发动机，旋转半径减小，曲柄连杆机构的旋转运动质量的惯性力减
小；在保证活塞平均运动速度不变的情况下，发动机转速n增加，有利于与汽车底盘传动系统的
m
匹配，发动机高度较小，有利于在汽车发动机仓的布置；S／D值较小，相对散热面积较大，散热损
失增加，燃烧室扁平，不利于合理组织燃烧等。
反之若S／D值较大，当保持不变时，发动机转速n将降低。
S／D较大，发动机高度将增加，
m
相对散热面积减少，散热损失减少等。
内燃机的机械损失包括哪几部分？
常用哪几种方法测量内燃机的机械损失？
11.
答案要点：
机械损失由活塞与活塞环的摩擦损失、轴承与气门机构的摩擦损失、驱动附属机构的功率消耗、
流体节流和摩擦损失、驱动扫气泵及增压器的损失等组成。
测定方法有：
示功图法、倒拖法、灭缸法、油耗线法等。
简述单缸柴油机机械损失测定方法优缺点。
12.
答案要点：
测量单缸柴油机机械损失的方法有：
示功图法，油耗线法，倒拖法等。
用示功图法测量机械损失一般在发动机转速不是很高，或是上止点位置得到精确校正时才能取得
较满意的结果。
在条件较好的实验室里，这种方法可以提供最可信的测定结果。
油耗线法仅适用干柴油机。
此法简单方便，甚至还可以用于实际使用中的柴油机上。
但用这种方
法求得的P也是近似的，其可信程度取决于P值随负荷变化的恒定程度和曲线在空载附近的直线
m
m
性。
倒拖法在具有电力测功器的条件下可以简便而迅速地进行。
此法用于柴油机上时，由于一些原
因，往往测得的结果要高于实际的机械损失值。
对于废气涡轮增压柴油机，不能应用倒拖法，而只能应用示功图法和油耗线法。
内燃机的强化指标有哪些？
13.
答案要点：
P
升功率——在标定工况下，每升发动机工作容积所做有效功，即P
（kW/L）
e
L
iV
s
m
比质量——发动机的干质量与标定功率之比，m
e
P
e
强化系数——即平均有效压力与活塞平均速度乘积，pC
e
m
在一定假设条件下，可以把四冲程汽油机的实际工作过程简化为如题31图所示的理想循环的温—摘（T
—S）图。
14.
试求：
1．对应的压—容（P—V）图，并标出各热力过程的性质；
2．循环的加热量和放热量在T—S图上用哪些面积表示？
题31图
答案要点：
（1）定容加热循环的P—V图如图所示
其中1—2为绝热等熵压缩过程，2—3为等容加热过程，3—4为绝热等熵膨胀过程，4—1为等容
放热过程。
（2）循环加热量用T—S图上面积6123456表示
循环放热量用T—S图上面程61456表示。
理论混合加热循环中，若压缩比，循环加热量Q1一定时，用T-S图说明压力升高比
入增加，循环热效率如何变化。
15.
答案要点：
根据题意，ε、k及Q1值均不变，混合加热循环中压力升高比增加就意味着
＇
等容加热的比例增加，在图上分别作出混合加热循环aczzba、aczzba两种
222
111
循环的T—S图。
＇
两种模式的压缩线相同，均为ac，且混合加热循环aczzba比混合加热循环
111
＇
222
＇
111
aczzba的等容加热比例大，则混合加热循环aczzba的等压加热线一定比混合加热循环
＇
aczzba的等压加热线高，也就是等熵膨胀线zb一定在zb的左边，等容放热线ba下包围的面
222
11
22
2
积所代表的等容放热量一定大于等容放热线ba下包围的面积所代表的等容放热量。
由此，理论混合
1
加热循环中，若压缩比，循环加热量Q一定时，压力升高比增加，循环热效率增大。
提高理论循环
1
加热的“等容度”将使循环热效率增大。
为便于分析，常将复杂的内燃机热力循环过程简化为理想工质的理想循环过程（理论循环），该模型
16.
的基本假定有哪些？
答案要点：
模型的基本假定
（1）关于理想工质
①认为工质由单一的理想气体（单、双原子气体）即空气组成，忽略废气、燃油蒸气及燃烧中间
产物的影响。
②认为工质（即空气）的比热容等热物性参数（、c、）为常数，不随压力、温度等状态参
c
p
v
数变化。
（２）关于理想循环
①将发动机实际动力过程的开式（开口）系统简化为热力循环的闭式（闭口）系统（与外界无物
质交换）。
②燃烧放热当作由外界热源向系统加热。
排气热当作系统向外界等容放热，并回到压缩始点。
压
缩过程、膨胀过程看成是绝热等熵压缩（工质与汽缸壁面无热交换）。
③忽略进排气流动损失，假定气门在上、下止点瞬间开闭（对增压和非增压机均只考虑动力过程
功）。
简述真实循环特性对发动机实际循环热效率的影响。
17.
t
答案要点：
（1）散热损失
真实循环并非绝热过程，通过汽缸壁面、缸盖底面、活塞顶面向外散热。
（2）时间损失
实际循环时，燃烧及向工质加热不可能瞬间完成，因此：
存在点火（喷油）提前角，产生燃烧提
前的时间损失；由于高温热分解，产生后燃损失。
（3）换气损失
存在排气门早开的自由排气损失和进排气过程的泵气损失。
（4）不完全燃烧损失
燃料、空气混合不良，燃烧组织不善而引起的燃料热值不能完全释放的损失。
（5）缸内流动损失
压缩及燃烧、膨胀过程中，由于缸内气流（涡流和湍流）所形成的损失。
（６）工质泄漏的损失
工作过程中，工质通过活塞外向外泄漏是不可避免的。
由此产生泄漏损失。
画出与题31图相应的T—S（温—熵）图。
18.
相应的T题—S3（1图温—熵）图如右：
内燃机ε、k、循环加热量、燃烧效率ηc相同时，画出理想
19.
工质与理想循环相结合的三种基本热力循环的T-S图，并对比
三者的ηt大小。
答案要点：
、及值均不变，分别作出等容加热循环
Q
aczba
、混合加热循环
1
11
'
aczzba
222
和等压加热循环
三种循环的—图。
aczbaTs
33
三种模式的压缩线相同，均为ac。
由于等容线的斜率比等压线大，相同
Q加热量下，从左到右依次是zb、zb和zb线。
因此放热量Q必然是等
1
11
22
33
2
压循环最大而等容循环最小。
于是有，等容循环＞混合循环＞等压循
TV
环。
这一结论就是提高循环加热“等容度”的具体体现。
TP
TM
五、论述
现在某些新型发动机经常采用“可变技术”，以汽油机米勒循环为例说明为什么要采用“可变技
术”，常用的还有哪些？
20.
答案要点：
米勒循环的实质是膨胀比大于压缩比。
e
汽油机应用米勒循环时主要是改善中、低负荷的经济性能。
如自然吸气机型
低负荷时的示功图所示，原机型泵气损失功由实线所示的封闭面积afrea表示。
如果能加大节气门开度，甚至取消节气门，而又维持原工况进气量不变的话，则
进气门只需开到点a即可。
此时的泵气功将减少为图上剖面线所示的封闭面
积，而工况的值将得到提高。
因为节气门开大和进气时间缩短双重因素都使
et
进气损失大为下降。
进气门在点a关闭后，活塞继续下行，绝热膨胀到点a，
再进行常规的动力过程，膨胀到点b后进行排气。
这样的循环就是米勒循环。
因
为，由点a决定的实际压缩比已小于由点b确定的膨胀比。
米勒循环之所以能够实现，一个很重要的原因是由于有了电控技术的缘故。
这反过来说明，电控
技术的出现，不仅能够进行各种参数的最佳匹配，达到全工况性能的综合优化，而且也使过去原理正
已证实、但难于实现的很多可变技术成为现实。
电控与可变技术的结合，为提高
开辟了一条新的道路。
改善综合性能，
et
包括：
可变压缩比、可变配气相位与气门升程、可变缸内旋流、可变进气管长度以及可变增压涡
轮喷嘴截面等等。
六、计算
已知一四行程柴油发动机，缸数为6，单缸气缸工作容积为2L，燃料燃烧热值为44000kJ/kg，发动机
转速为1500r/min，机械效率为，有效功率为，耗油量为20.3kg/h。
21.
试计算：
①指示功率、指示热效率、指示燃油消耗率；
②有效热效率、有效燃油消耗率
解：
P
P
88.5
0.8
指示功率：
由，得P
110.625（kW）
e
e
m
P
i
i
m
B
20.3
88.5
有效燃油消耗率：
b
1000229.4（g/kWh）
e
P
e
3.6
3.6
10
100.356
有效效率：
6
6
bH
e
229.444000
e
B
20.3
指示燃油消耗率：
b
1000（183.5g/kWh）
i
P
i
110.625
3.6
3.6
183.644100
指示效率：
10
100.445
6
6
i
bH
i
设计一台四冲程六缸柴油机，标定工况转速3000r/min，标定功率，活塞平均速度v=10m/s，平均指
m
22.
示压力p=，平均机械损失压力p=。
mm
mi
试确定：
（1）活塞行程s
（2）气缸直径
（3）标定工况下的机械效率η
m
（4）设活塞组摩擦损失占全部机械损失的40%；标定工况转速3000r/min时减小负荷，机械效率
下降，当
化？
ηm=时，通过研究，活塞组摩擦损失可能降低25%，试问有效燃油消耗率be怎样变
解：
2sn102
v
（1）
60
m
（2）ppp0.90.20.7Mpa
me
mi
mm
p
0.2
0.9
（3）1
1
10.222220.778
mm
m
p
mi
1
1
＃
m
m
H
0.7780.5
＃
＃
55.6％
（4）
c
t
m
U
c
t
m
U
m
m
1
1
0.5
H
c
t
m
U
m
55.6％
可能提高
六缸四行程柴油机Ds
=135*140mm，在2200r/min发动机的有效功率P=154Kw，有效燃油消耗率
e
23.
b
e
=217g/，机械效率=，求该工况下的指示功率，平均有效压力，有效扭矩和有效效率
P
i
p
T
m
me
tq
H
（柴油机热值=42500kJ/Kg）。
e
解：
P
P
154
指示功率：
由，得P
205.33（kW）
e
e
m
P
i
i
0.75
m
D2
3.141352
气缸工作容积：
V
s10
140102（L）
3
6
s
4
4
120154
120P
平均有效压力：
p
0.7（MPa）
e
meVin262200
s
9550
154
9550P
有效扭矩：
T
668.5（Nm）
e
tq
n
3.6
2200
3.6
有效效率：
10
100.39
6
6
e
bH
e
21742500
设计一台四缸四冲程高速汽油机，设平均指示压力p=,平均机械损失压力p=，设标定转速为
24.
mi
mm
5000r/min时能发出的功率。
（1）为使活塞平均速度控制在12m/s，缸径冲程各为多少？
（取整）
（2）若缸径冲程比为1:
，则缸径、冲程取多大？
（取整）
解：
（1）平均有效压力：
ppp0.950.150.8（MPa）
me
mi
mm
30P
30427.13
气缸工作容积：
V
spin
10
10203475（mm）
e
6
6
3
0.845000
me
3012
5000
30C
活塞行程：
m100
10072（mm）
s
n
4203475
4V
气缸直径：
D
60（mm）
S
S
3.1472
（2）s/D1.09
4203475
4V
气缸直径：
D
62（mm）
S
3
3
1.09
活塞行程：
s1.09D1.096268（mm）
设有一台单缸四冲程柴油机，其部分参数为：
气缸直径D100mm，活塞行程s110mm，标定转速
1.093.14
25.
n2000r/min，摩擦功率P3.68kW，机械效率
，每小时耗油量
0.75B2.67kg/h
，柴油的
m
m
低热值H42496kJ/kg，试求该柴油机的平均有效压力p、有效燃油消耗率b及有效效率。
u
me
e
et
解：
P
由公式1得
m
m
P
i
P
3.68
指示功率：
P
14.72（kW）
m
10.75
i
1
m
有效功率：
PP14.720.7511.04（kW）
e
i
m
3.6103P3.6
1014.72
3
指示效率：
0.467
i
it
BH
2.6742496
u
有效效率：
0.750.4670.35
et
it
D2
4
m
3.141002
气缸排量：
V
s10
110863500（mm）
6
3
S
4
12011.04
120P
平均有效压力：
p
0.767（MPa）
e
meVin0.863512000
s
B
2.67
有效燃油消耗率：
b
10
10241.85g/（kWh）
3
3
e
P
e
11.04
一台四冲程柴油机的标定功率为P158kW，单缸功率P26.33kW/缸，平均有效压力
26.
e
e1
p0.85MPa，设冲程缸径比s/D1.24，活塞平均运动速度C11m/s，试确定这台柴油机的缸
me
m
径和转速（取整）。
解：
设某四冲程六缸柴油机，在额定工况时，n2000r/min，P126.7kW，p0.8MPa，
27.
e
me
p
0.267MPa，b215g/（kWh）。
mm
e
（1）若已知C9.33m/s，问该机的缸经D?
行程s?
m
（2）已知柴油低热值H41868kJ/kg，问在额定工况时?
?
u
et
it
解：
由sn30C309.33279.9（m/s）
m
279.9
得活塞冲程：
s
0.13995（m）
2000
120P
120P
由
p
e
e
meVinD2
sin103
s
4
得气缸直径：
平均指示压力：
ppp0.80.2671.067（MPa）
mi
me
mm
3.6
3.6
有效效率：
10
100.4
6
6
et
bH
21541868
e
u
p
0.267
机械效率：
1
1
0.75
mm
m
p
1.067
mi
0.4
指示效率：
0.533
et
m
it
0.75
某四缸四行程汽油机Ds92mm92mm，标定工况，有效功率P55kW，转速n3750r/min，
28.
e
有效燃油消耗率b325g/（kWh），机械效率0.75，求该工况下的指示功率P，平均有效压力
e
m
i
p，有效扭矩T和有效效率
me
（汽油低热值
H
44000kJ/kg
）。
tq
et
u
解：
P
55
指示功率：
73.33（kW）
P
i
e
0.75
m
D2
3.14922
气缸排量：
V
s106
120P
92611270（mm3）
4
4
S
12055
平均有效压力：
p
0.72（MPa）
e
meVin
0.6112743750
s
9550P
955055
有效扭矩：
T
Nm
140.07（）
e
3750
tq
n
3.6
3.6
有效效率：
106
1060.252
32544000
et
bH
e
u
第二章发动机的换气过程
一、选择
B
C
D
C
C
B
D
C
C
B
C
A
A
二、填空
增加
气门叠开
进气损失
高
排气损失
强制排气
大
加大
降低
三、名词解释
充量系数（充气效率）：
每缸每循环吸入缸内的新鲜空气量与按进气系统前状态计算而得的理论充气
量的比值称为充量系数。
29.
残余废气系数：
进气终了时的每循环每缸的残余废气质量与每一循环实际进入缸内的新鲜充量的质量
比称为残余废气系数
30.
排气再循环率：
排气的再循环量与缸内总充量（新鲜充量与再循环量之和）的比值称为排气再循环率。
四冲程发动机的泵气过程功：
四冲程发动机的进、排气冲程中工质对活塞做的功称为四冲程发动机的
泵气过程功。
31.
32.
气门开启总时面值：
气门瞬时开启截面积对时间的积分称为气门开启时面值。
33.
四、简答
简述提高汽油机充气效率的主要途径。
34.
答案要点：
第一，降低进气系统的阻力损失，提高气缸内进气终了时的压力。
第二，降低排气系统的阻力损失，以减少缸内的残余废气稀释。
第三，减少高温零件在进气系统中对新鲜充量的加热，降低进气充量的温度。
对于汽油机，均质燃烧系统与分层燃烧系统相比有何缺点？
简述分层燃烧的原则。
35.
答案要点：
与分层燃烧相比，均质燃烧系统有以下缺点：
1）容易发生爆燃（1分）；
2）汽油机功率变化时，混合气浓度仍需维持在点火范围内，即空燃比不可能变化很大，这就决定
了汽油机的负荷调节只能采取量调节，而不能采用质调节（1分）；
3）汽油机始终以点火范围的混合气工作，热效率较低，低负荷时由于残余废气系数加大，热
t
效率更低，经济性更差（1分）；
4）排气污染严重（1分）。
分层燃烧的原则：
点火的瞬间，在火花塞间隙周围是具有良好着火条件的较浓混合气。
而在燃烧
室大部分地区是较稀的混合气，在此二者之间，为了有利于火焰的传播，混合气空燃比从浓到稀过
渡，只要一旦形成火焰，在火焰传播过程中，即使是相当稀的混合气，还是能正常燃烧。
因为将混合
气浓度有组织地进行分层，所以称为分层燃烧系统（2分）。
如何选择高速发动机和低速发动机的进气管长度？
36.
答案要点：
高速、大功率时的发动机，应配装粗短的进气管，短管内的反射压力波能满足高速惯性效应的
要求；中低转速、最大扭矩时的发动机，应配装细长的进气管，长管内的反射压力波能满足中低速
惯性效应的要求。
进气管长度的增加或管径的减小，可使充量系数的峰值向发动机低速一侧移动，
反之则向高速侧移动。
画出汽油机充气效率速度特性曲线，简述曲线的变化规律。
37.
答案要点：
作出汽油机不同节气门开度时的充气效率速度特性曲线。
汽油机由于存在节气
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