发动机课后复习题参考答案.pdf

气体方程式：pv=RT, 气体常数 :Rm=8.31kj/kmol.k; R=Rm/ 多变过程基本方程：pvn=cons 理想气体比热容及其相互关系：c=dq/dT; cp=dh/dT; cv=du/dT; cp-cv=R; cp/cv=k; 能量守恒定律（热力学第一定律） ： dq=du+dw=du+pdv=dh-vdp 工质的熵变：ds=dq/T=cvdT/T+Rdv/v *状态参数间关系和 p-v 图和 t-s 图及其分析; 循环热效率的定义及计算。 热力过程的经济性用热力循环对外的输出功和加给系统的最大热量的比之。 循环功 Wt (J)和循环加热量 Q1(J)之比。 t = t W / 1 Q =（ 21 QQ ）/ 1 Q = 12 Q / 1 Q 1、何谓理论循环热效率 t ？并以循环加热量 Q1，放热量 Q2 写出表达式。 热力过程的经济性用热力循环对外的输出功和加给系统的最大热量的比之。 循环功 Wt (J)和循环加热量 Q1(J)之比。 t = t W / 1 Q =（ 21 QQ ）/ 1 Q = 12 Q / 1 Q 2、什么是循环平均压力 Pt？ 单位汽缸工作容积所做的循环功。 t p t W / s V 3、什么是压缩比 ？ 发动机的压缩比是气缸的总容积与气缸压缩容积之比 a v / c v 气缸总容积 a v 气缸压缩容积 c v 4、内燃机有哪三种基本空气标准循环，高增压和低速大型柴油简化为何种基本循环，为什 么？ 汽油机混合气燃烧迅速（容积不变时燃烧就以结束）近似为定容加热循环。 高增压和低速大型柴油机受最高燃烧压力 Pzmax 限制,大部分燃料在上止点后燃烧（边喷边 0 1 2 00.20.40.60.811.21.41.61.82 比体积v 压力 p n=1 等温 n=k 定熵 n= 定容 n=0 定压 0 0.5 1 1.5 2 051015202530 熵 s 温度 T n=1 等温 n=k 定熵 n=0 定压 n= 定容 烧）,燃烧时压力变化不显著近似为定压加热循环。 高速柴油机部分燃料在上止点前燃烧、部分燃料在上止点后燃烧，近似为混合加热循环。 5、当和 Q1 相同时，用 TS 图比较定容加热循环和定压加热循环热效率的大小。 压缩比 相同 加热量 Q1 相同 初态 1 相同 tptmtv 定容加热循环热效率最高， 而定 压加热循环的均最低。 欲提高混合加热循 环的热效率 ，应增加混合加热循环的定 容部分。 加热量 Q1 相同 初态 1 相同 循环的最高压力相同 p mV TTT tptmtv 对于高增压柴油机，为了得 到较高的热效率，宜按定压加热循环 工作。 6、 在混合加热循环中， 当 Q1 和 不变时， 压力升高比 增加循环热效率如何变化， 用 T-S 图说明。 .压缩比 t。 循环平均吸热温度； 循环平均放热温度； 循环温差 ； 膨胀比 。 .绝热指数 k， 取决于工质的性质， 双原子气体max=1.4。 t, 工质原子数； 混合气浓度 。 .压力升高比 ： a、在定容加热循环当： 一定时，Q1 Q2 顺变Q2/ Q1 不变 t 亦不变 。 b、混合加热循环： 当 （ 、 Q1 ） 一 定 时 ， Q2t。 但是()（）， 因而零件的热负荷和机械负荷都受 零件耐温和强度限制不能太高。 1、平均有效压力 Pme 单位气缸工作容积输出的有效功 me p e W / s V 2、有效热效率 e 有效功 We（J）与所消耗燃料热量 Ql 之比值 e e W / 1 Q 3、有效燃料消耗率 be 单位有效功的耗油量（简称耗油率） e b 1000B/e P 4、 升功率 PL 升功率 PL （kWL） 是发动机每升工作容积所发出的有效功率。 L = e / iVS. 5、 比质量 比质量 me （kgkw） 是发动机的干质量 m 与所给出的标定功率之比。 e m m/e 6、 机械效率 效功率 Pe 和指示功率 Pi 的比 m e P / i P me p / mi p 1 m P / i P 1 mm p / mi p 7内燃机机械损失包括哪几部分？各占比例如何？常用哪些方法测量？ 活塞及活塞环 摩擦损失: 连杆、曲轴轴承 6275%。 配气机构 水泵 风扇 驱动附件损失: 机油泵 1020% 电器设备 泵气损失:1020% 机械损失功率是通过对实际发动机试验来测定。常用的 测试方法有倒拖法、灭缸法和油耗线法。 8简述用灭缸法测量发动机机械损失的方法和原理。 此法仅适用于多缸发动机。首先将发动机调整到给定工况稳定工作，测定其有效功率 Pe；然后停止向一个气缸（例如第一缸）供油，并调整测功器，使内燃机恢复到原来的转 速，再测定发动机的有效功率 Pe(1) 。两者之差即为停油气缸的指示功率。同法，依次使各 缸熄火，即可测得对应的有效功率 Pe(2) 、 Pe(3) 。于是可得各缸的指示功率。将各缸 的指示功率相加得整机指示功率。整机的机械损失功率=整机指示功率-有效功率 此法的测量误差，对于柴油机，在较好情况下可以达到 5；但对汽油机，由于停缸会 使进气情况改变，往往得不到正确结果。同样，它也不能用于废气涡轮增压发动机及单 缸机。 9简述用油耗线外延法测量柴油机机械损失的方法及原理。 当 n 不变时，在中小负荷，柴油机的耗油量与指示功率几乎成正比关系。而且 Pm 和 i 不随负荷变化。 某一负荷： mei h 3 106 . 3 空转时： miBh 3 106 . 3 两式相除： / （ me ）/ m （ mmme pp ）/ mm p 即油耗线延长交横坐标相交于 F 则 FO 即为机械损失功率。 柴油机工作接近这个假设，故此法适用于柴油机，但不适用于汽油机。 10画出机械效率随负荷变化关系的曲线？并分析其历程。 负荷的影响 柴油机 a 泵气损失基本不变； n 不变： b 驱动附件损失基本不变； c 摩擦损失基本不变。 当 负 荷 Pi, Pm不 变 ， m 1（ m / i ） 空转时 00, mm e 汽油机 量调节、负荷油门开大泵气损失 PZ摩擦损失 Pm 基本不变 空转时 mp 0 m 11 画出机械效率随转速变化关系的曲线， 并分析其历程。 转速 n（或活塞平均速度 Cm） 发动机转速上升（Cm 随之加大） ，致使： 1）各摩擦副间相对速度增加，摩擦损失增加。 2）曲柄连杆机构的惯性力加大，活塞侧压力和轴承 负荷均增高，摩擦损失增加。 3）泵气损失加大。 4）驱动附件消耗的功多。 因此， m mn 。 1.气门叠开； 进、排气门同时开启。 2.换气损失；换气损失=排气损失+进气损失 3.泵气损失； (X+Y-d)相当的负功称为泵气损失。 4.充气效率； 充气效率是实际进入气缸的新鲜工质的质量与进气状态下充满气缸工作容积的 新鲜工质的质量的比值. 5.残余废气系数 进气过程结束时气缸内残余废气量与气缸中新鲜充量的比值 6.进气马赫数 进气马赫数是进气门处气体的平均速度 m v 与该处声速 c 的比值。 7、废气再循环 废气再循环，指将一部分已燃的废气再次引入 燃烧室内参加燃烧。 通过废气再循环降低了燃烧过程中的工质温度，从而有效的控制了 NOx 的生成，降低了 NOx 的排放量。但由于它实际上降低了过量空气系数，会对完善、及时的燃烧产生不利的 影响，从而也会使碳烟的排放量增多，柴油机经济性变差，特别是在高速、高负荷的工况下 更是如此。因此，仅在低速、低负荷的一定范围内，才在进气中掺入一定量的废气。 8.自由排气损失 是由于排气门提前打开而引起的膨胀功的减少。 强制排气损失 是活塞上行强制推出废气所消耗的功。 9.何谓泵气损失？试用示功图说明。 (X+Y-d)相当的负功称为泵气损失。 10.画出汽油机 v 随负荷变化关系的曲线，并分析其 历程。 汽油机量调节 vaa pp)(节气门小负荷 。 且 Pa 随节气门减小而下降的愈快，即曲线变化 愈陡。 11.画出柴油机 v 随负荷变化关系的曲线，并分析 其历程。 柴油机“质调节”， 基本不变或稍基本不变基本不变负荷 va p 12.何谓进气马赫数 Ma？画出 v 随 Ma 变化关系的曲 线？ 进气马赫数是进气门处气体的平均速度 m v 与该处声速 c 的比值。 正常的配气条件下，当Ma超过一定数值（0.5 左右） 时， v 便急剧下降，即使提高转速，因单位时间充气量 无法增加，功率也不能增加 13.何谓进气门迟闭角，画出不同进气门迟闭角时，v 随转速变化关系的曲线？ 从下止点到进气门关闭(4070 oCA) 。 不同的进气迟闭角，v 最大值相当的转速不同， 一般迟闭角增大 v 最大值相当的转速也增加。 何谓汽油机爆震？对发动机有何危害？ 处在最后燃烧位置上的那部分未燃混合气（常称末端混合气） ，受到压缩和辐射热的作用， 加速了先期反应产生了自燃。 压力冲击波反复撞击缸壁。 气缸内发出特别尖锐的金属敲击声， 亦称之敲缸。 严重时破坏缸壁表面的附面气膜和油膜，使传热增 加，气缸盖和活塞顶温度升高，冷 却系过热，功率减 少，耗油率增加， 甚至造成活塞、气门烧坏，轴瓦破裂，火花塞绝缘 体破裂，润滑油氧化成胶质，活塞环 粘在槽内。轻微 敲缸时，发动机功率上升，油耗下降；严重时，可产 生冷却水过热，功率 下降，耗油率上升。 在 P- 图上画出汽油机正常燃烧，爆震燃烧和 早燃的示功图，并简要说明它们的区别？ 早燃是指在火花塞点火之前，炽热表面就点燃混合气的现象。 由于它提前点火而且热点表面比火花大，使燃烧速率快，气缸压力、温度增高，发动机工作 粗暴，并且由于压缩功增大，向缸壁传热增加，致使功率下降，火花塞、活塞等 零件过热。 早燃会诱发爆燃， 爆燃又会让更多的炽热表面温度升高， 促使更剧烈的表面点火， 两者互相促进，危害可能更大。 1爆燃是火花塞跳火后末端混合气的自燃现象；表面点火一般是在正常火焰烧到之前由炽 热物点燃混合气所致。 2爆燃时有强烈的压力冲击波，有尖锐的金属敲击声；表面点火没有压力冲击波，敲缸声 比较沉闷，主要是由活塞、连杆、曲轴等运动件受到冲击负荷产生振动而造成。 用示功图说明汽油机点火提前角过大、过小， 对燃烧过程和发动机性能的影响。 过小，则燃烧延长到膨胀过程，燃烧最高压力和温度下降，传热损失增多，排气温度 升高，功率下降，耗油量增多。 过大，则大部分混合气在压缩过程中燃烧，活塞上行所消耗的压缩功增加，发动机容 易过热，有效功率下降，工作粗爆程度增加。同时由于混合气的压力过高，末端混合气燃烧 前的温度较高，爆燃倾向加大。 为最佳值时， p 不是过高，最高压力出现在上止点后合适的角度内，示功图面积最 大，完成的循环功最多，发动机的动力性、经济性最好。 何谓汽油机表面点火？与汽油机爆震有何不同？ 由燃烧室内炽热表面（如排气门头部、火花塞绝缘体或零件表面炽热的沉积物等）点燃混合 气的现象，统称表面点火 1爆燃是火花塞跳火后末端混合气的自燃现象；表面点火一般是在正常火焰烧到之前由炽 热物点燃混合气所致。 2爆燃时有强烈的压力冲击波，有尖锐的金属敲击声；表面点火没有压力冲击波，敲缸声 比较沉闷，主要是由活塞、连杆、曲轴等运动件受到冲击负荷产生振动而造成。 汽油机燃烧过程一般分为哪几个阶段？各阶段的特点是什么？ （）着火延迟期； 特点：燃烧量小，压力升高不明显。 （）明显燃烧期; 特点：是汽油机燃烧的主要时期，热量利用率高。明显燃烧期愈短， 愈靠近上止点，汽油机经济性、动力性愈好。 （）后燃期。 特点：燃烧速度慢，远离上止点，热量利用率低。 汽油机燃烧室组织适当的紊流运动的作用有哪些？ 组织适当的紊流运动 紊流运动： 增大火焰传播速度； 增大火焰速度后冷却末端混合气区； 减少循环间的燃烧变动； 减小熄火厚度，降低 HC 的排量； 但、紊流过强会使热损失增加，点火困难，压力上升速度过大。 掌握： 1、柴油机混合器形成特点 (1)汽缸内部形成混合气：因柴油不易挥发（馏程 250350）必须借助喷射设备喷入气缸。 (2)混合气形成时间短，只有 1535CA, n=1500r/min 时只有 1.7ms4ms (3)混合气形成不均匀 =f(x.y.z.t)=0整个燃烧室 =0 (4)混合气形成与燃烧紧密相连边混合边燃烧。 2、柴油机燃烧过程划分及特征 .着火延迟期（又称为滞燃期） ； 特点：压力没有偏离压缩线。 .速燃期；特点：压力急剧上升，压力达到最高。p 很高，接近等容燃烧，工作粗暴。 .缓燃期 特点：缸内废气 ，氧气 ，燃烧条件不利，边混合边燃烧，局部高温缺 氧，燃料裂解形成碳烟冒烟、经济性。 .补燃期。特点：时间短促，混合气不太均，燃烧放出的热量得不到有效利用，排气温 度提高， 散热损失增大， 对柴油机的经济性不利。 此外， 后燃还增加了有关零部件的热负荷。 因此，应尽量缩短补燃期，减少补燃期内燃烧的燃油量。 3、柴油机燃烧过程存在的问题 （一）混合气形成时间短、空气利用率低、 不均匀 （二）主要是因为速燃期压力升高率过大，燃烧噪声（工作粗暴） （四）柴油机的有害排放物，柴油机废气中的有害排放物主要包括： 碳氢化合物(HC) 、一氧化碳（CO） 、氮氧化物(NOx) 以及微粒（PM）等。 4、燃烧室对混合气形成和燃烧的影响 5、使用因素及运转条件对柴油机燃烧的影响 一、燃料性质的影响： 十六烷值和馏程是影响燃烧的重要因素。 十六烷值i工作柔和。 馏程燃油易于蒸发与空气混合，缩短着火的物理准备时间。 如果燃油的十六烷值较高， 其蒸发性不好， 就会造成燃油来不及蒸发， 在高温下裂解成炭烟； 反之， 如果燃油的十六烷值较低， 而着火性能差， 也会在着火延迟或中形成大量可燃混合气， 着火后一起燃烧，使柴油机工作粗暴。 因此，燃油的十六烷值及馏程均要适当，互相配合。一般高速柴油机十六烷值大致为 40 50，馏程为 200350oC 左右 。 二负荷 柴油机的负荷调节方法是“质调节”，即空气量基本上不随负荷变化，而只调节循环供油 量 b。Pe b Q1缸内 i p工作粗暴。 在中、小负荷工况下，i 的变化一般不大，但随 Pe b 燃烧过程延长i 。 三、转速的影响 n 散热损失漏气损失，以时间计的 i；喷油压力 改善燃油的雾化，但以曲轴转角 计 i。 v b燃烧占曲轴转角加大i 。 n涡流弱喷油压力，雾化混合不好，漏气损失和散热损失i。 四供油提前角 供（或喷油提前角） 供过大，喷油时气缸内温度、压力较低，着火落后期较长，压力升高率和最大爆发压力增 大，导致柴油机工作粗暴，NOx；过早燃烧使压缩负功（Pe+i)。 供过小，则燃油的燃烧及时性（Pe+i)，微粒；过迟燃烧还会使燃烧温度，散热损 失。 五、废气再循环（EGR） 废气再循环，指将一部分已燃的废气再次引入 燃烧室内参加燃烧。 通过废气再循环降低了