汽车发动机原理课后答案-帅石金

《汽车 原理》课后习题答第一泵气过程功=面积W2+W3，负功增压：动力过程功=aczbaWt=W1，正功泵气损失功W2+W3负功增压：理论泵=pk和pb间的矩形面积，正功(3)自然吸气：总指示功＝W1+W3，正净指示功＝(W1+W3)-(W2+W3)=W1-W2，正增压：总指示功=W1＋(pb-pk)*Vs，正功理论泵：绿线包围的矩形面积，负功实际泵：进排气线包围的面积，负功气二冲程发的示功图两块面积各表示什么含义？说明曲轴箱换的形成过程，不同机型对比常用：有效平均压力、升功率和bepme表示的有效输出功率PeTtq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；分析在发结构参数不变的前提下提高输出功率Pe的途径。PinVspme和TiVspme， 其中：pme量纲为MPa，PekW，Ttq量纲为N.m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）？而有效消耗率be则主要取决于有效效率n增压四冲程发的c、t和m有何区别？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a是α系数a1，其空燃比α14.2。：发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。如下：发转速n=5900r/min；有效转矩Ttq=107.1N·m；指示平均压力pmi=1.19MPa。值为Hu=42500kJ/kg。求此时发的pme、Ttq、Pm、et和Wi各值。结果如下：21.22s内消耗体积200cm3，密度0.83kg/dm3；30.1s内消耗空气体积机械损失平均压力0.1758MPa；柴油低热值42500kJ/kg。计算该测试条件下： Pv1000008.3141.16kg/空气体积流量530.13600598m3/1.16PeTn42426503.142/60bB100028.11000238.9g/P Peet 238.9

30Pe304117.6 62650 0.8875

bibem0.835238.9199.4g/itet/m0.355/0.835L排量的V4工作模式。该发在转速为1750r/min时，采用V8工作模式，此时发100%200.1MPa的条件（1）1750r/min时，V8工作模式的进气质量流量（kgs（2）1750r/min时，V8工作模式的消耗质量流量（kg/s（3）1750r/min时，V8工作模式的有效消耗率（g/(kW·h)V4工作模式发出与V8工作模式相同有效功率所需的转速（rmin（g/(kWh)第二解：(1)工质的各种热力参数—(4)的组份—燃烧和排 —C7H16和异辛烷C8H180100为什么对压燃式柴油机是优良的，对点燃式汽油机则一般是不良的？综合考虑发的动力、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组造成排放升高。从何考虑发的各种性能，理想的柴油机应由碳原子数为16左右的直链烷烃构成，而汽油机应由碳原子数为8左右的异构烷烃或环烷烃构成。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CN100αCN0C而有的却是RON<CON解：说明抗爆性优于异辛烷，若待测比参比更敏感，则RON>MON；反之，解：10％馏程(T10) 50％馏程(T50) 什么是的饱和蒸气压？汽油饱和蒸气压的过高和过低分别会对发性能带来给系统中形成“气阻Choking”。：（1）烯烃是汽油提高辛烷值的理想成分。但是由于烯烃有热不稳定性，导致它易形成胶沉积物，增加尾气排放，包括CO2。（0~∞cp、cV随温度T上升而增加，K随温度T上升而下降。分子自由度(原子数)增大，cpcV增大，K减小。K越大，cp和cV越小，相同加热量下，工质温升越高，循环热效率高影响残余废气系数r的主要因素有哪些？为什么汽油机的r一般比柴油机的大？而增压柴油机的r很小？柴油机r小是因为扫气效果强。与反应；另外，柴油含H量低。解：气体烃H/C高，Hu高，但本身是气体（密度小H燃烧要求空气多，Hum小。为减少CO2排放量和改善全球温室效应，应如何选择汽车?一台小型3缸涡轮增压车用发燃用异辛烷，发吸入的空气量为化学计量 l0=(8/3gc+8gH-一种的组分构成如下：40％（wt）正己烷（C6H1430（wt异辛烷（C8H18（C6H12（wt（C6H6C 19O6CO7H C 25O8CO9H C6H129O26CO2CH15O6CO3H 32g/mol(0.41kg190.31kg250.251kg90.051kg 86g/ 114g/ 84g/ 78g/ 即该种的化学计量比 l0=14.9895，因而其过量空气系数为lal

0.8818计算由甲醇和汽油组成的混合（甲醇占20％体积，汽油占80%体积）燃烧时所g汽油=1-CO2、H2O和N256.21、43.8733.71kJ/(kmol·K。 Hreac

1(74870)207.520 nh0 139352056.21 f p,iad adad ad224183043.87 2987.52033.71ad ad VppRnT 8.31410.52298- ureac prodad ad 解得定容条第三.如何计算涡轮增压发和机械增压发的指示效率ηit和机械效率ηm？两者的ηit和若将真实工质特性替论循环的理想工质特性，将在哪几个方面对热效率产生影响？比热容：真实工质κ＜理想工质κ真实工质高温热分解：燃烧放热时间拉长→等容度σ↓→ηt↓什么是相对热效率ηrel？引入ηrel有何现实意义使有用功面积下降，ηt↓；pz出现在TDC后10°CA，而非等容加热，使有用功面积油耗：在转速不变的情况下，测出整机油耗随负荷的变化曲线。将此线外延上面这四种测定发机械损失的方法中只有示功图法可以得到净循环指示功，因而可解：（1）活塞平均速度：cm↑，摩擦阻力↑，泵气损失↑，单靠提高转速来提高功率受限增压发每循环排气的最大可利用能量是由哪几部分组成的？为什么涡轮增压发动（3）3g’i23：扫气部分转入排气中的能量发由冷却介质带走的能量约占总能量的1/3，如果燃烧系统能全部绝热，是否循环的热效率。假设Diesel理论循环压缩始点温度为18ºC，空气的加热量等于完全燃（kg·K压缩至上止点时，工质温度T2为则预胀比ρ计算发的：（1）有效效率和消耗率；（2）空气流量、功率和有效平均压力。工质的摩尔质量为28.97kg/kmol；等熵指数为1.4。等容加热后的pz’和温度Tz’对应的Tz’为：定压过程后工质的温度Tz为：工作循环（1）的火用损失为“Ⅱ面积”，理论工作循环（2）的火用损失为0。图中： 故，理论工作循环（1）的火用损失I(1)由图可知，理论工作循环（3）的火用损失I(2)为油机的压缩比为14，且压缩始点的温度为60℃，压力为101kPa。计算：2-3第四发充量系数指单缸每循环吸入缸内的新鲜空气质量与按进气状态计算得到的理论充气质量的比值，该参数是决定发动力性能和进气过程完善程度的极为重要的评定指p-V图，标出进、排气相位角的位置。比解：p-VbEVO，dIVO，rEVC，aIVC进气和排气为什么要早开和晚关？4个相位角中，哪两个角最重要？这两个角对发动 气环境条件计算，此时定义的c反映了什么？气量是环境条件下完全排气和进气时的进气量的1.2倍，但增压的效率。c也必然大幅度增加，这种说法对不对？为什么？涡轮增压发 影响稳定条件下发c的主要因素有哪些？它们是如何影响c的为什么近代轿车汽油机普遍采用多气门机构？它有什么优缺点？柴油机为什么较少24功率来说，除了在相同转速的条件下增加了输出转矩，使功率上升之外，24气门24气门后，由于气门流通面积大大增加，防止了进气壅塞现象，使得在高转速下为什么说c—n进气外特性曲线是发特别是汽油机极为重要的性能曲线之一？一般发的c—n外特性曲线的变化趋势有何特点？由哪些因素决定？进气晚关角是如何影响c—n曲线？为什么发提高标定转速时要相应加大进气晚关角？什么是可变气门正时（VVT）？VVT是如何分类的？它影响发的哪些性能？无凸轮VVT有何突出优点？VVT利用电磁或电液机构直接驱动进、排气门的开启和关闭，省去了凸轮轴，tt2L

2n/式中a为当地声速，为进气门总的开启 L a30 350m4n/ 720上循环残余压力波动的正压波如能处于本循环进气时期，则会对c有利。f f c频率比qf130a1.5,2.5…,残余正波到达,对c 30a303502.1 L

1.4,0.84,0.6m L与转速n要合理匹配：L太长，对c没有影响；L过短，多次返回的密波和疏波2.0消耗400cm3和3.38m3空气的时53.048000.9512930.1值为42MJ/kg，摩尔质量为98kg/kmol。计算：(1)新鲜进气充量；(2)空燃比；(3)充量系数；(4)残余废气质量；(5)混合气热值；(6)有效效率。a

1190.48g/8.314mV 1.898 a 60mV 0.1434 f 60m1mamf1.8980.14342.041

60

cs 2csmrrm10.052.0410.10210u 0u

Humm1

2764.197kJ/m

1

1.2721kg/293 13.24fMa273.1522.4M fMa

29VHumV

2764.1971.27213516.33kJ/mmmmpV0.9511062103 memf 0.1434

涡轮增压和气波增压发各自是如何利用废气能量的？为什么增压中冷是发为什么涡轮增压柴油机的机械效率一般比原型自然吸气式发的高？是不是所有为什么涡轮增压发会出现压气机后增压压力pb小于涡轮机前压力pk的情况？哪些工况会是这样？pb大于pk是否就意味着会出现理论和实际泵气正功？为什么？pbpk意味着理论泵气正功，但实际泵气不一定是正功，因为可能存在较大的泵气荷以及减少NOx排放有利；第五 铭牌上规定的最大输出功率Pemax及其对应转速所确定的工况。轿车使 全小柴油机在不同油量调节杆位置时的速度特性曲线而柴油机的转矩主要由循环供油量gb和机械效率ηm决定。 解：转矩校正：通过一定的校正措施获得更大的KT和Kn的？“飞车”是否是由于理论上无法稳定运行而造成的？形成柴油机这种外特性线的主 计算4挡发转速分别为2000,4000,5500r/min时的运行阻力点，并在图上画出这耗率减少10％，问5挡总传动比应该是多少？并计算其百公里油耗。发发TrFwDiVspmei T Acd60iD iV

smei TAcn2pme144d00iVis v

D3.660

3.140.63.6184.0954544000r/min时具有相同P

40002103430349.0188e

W30W iV iV

n53.5

100 g100vB6.274kg

bePe60

54niT5n2.85700456054

57008.911.125Acn2根据 14400iV

，发以5档运行时的2000，3000，4000r/min所对应s n60viT 2229.30 Acn2根据pme 14400iVs 稳定稳定工作换挡工作FDiVspmeig TmgsinDiVspmei T 2iV 221037.61052.80.8 meiTTarcsin 3.14410509.8 爬坡度is为:istan m2，空气密度1.25kg/m3，燃油密度840kg/m3。计算时可忽略滚动阻力，只考虑空气阻力。be转速be转速

pmeAcn2pmed14400iVids 为：5.41，12.2，21.64（105Pa。v

D3.6

3.140.623.61803 cd4档n43 cd

53.33m/iT

Dn42.43n60iT4v 3.62496r/ Ac 0.59061.253.6

0.623.14

4iVi 418961062.26sT4inV 189610624967.42Pe4 sme4

30

100P

29.2621

e4120 6.65L/100kmn60iT5v 3.6 Acv'2 0.59061.253.6

0.623.14

4iVi 418961061.947sT5 功率与4挡时相同，为29286W：100P 10029.286 e4e4 g100f

混联式混合动力系统的特点在于发系统和电机驱动系统各有一套机械变速机构，两套机构或通过齿轮系，或采用行星轮式结构结合在一起，从而综合调节内燃机与电之间第六分析论述均质混合气火花点火燃烧时湍流火焰速度大大高于层流火焰速度等27解：假设工质为nmol，忽略燃烧过程n的变化，并认为缸内每一时刻的状态处处相等。有dQBdQ dQdU dUnd(cvT c

T

ddUdd

2 1 1 dWpdV

dQ pdVVdp d

12dQwFTT t dp dB＝ p V tFwTTw d 12d1200r/min102mm焰速度为15.8m/s。计算：的时间单位102

62lt 2l

206.5360nt13.5612000.00362.8L41400r/min以0.75MPa220g/(kw·h)，该工况下喷油时的气缸压力为2.5MPa。试计算喷油压力分别为、、MPa时的喷雾距离和时20以及喷时的贯穿距离、喷雾锥角、Sauter粒径；并分析喷油压力对喷雾850kg/m311.85kg/m3，空气粘度为3.56度10-5kg/m·s。 cL0.392 c

1/2 p 1/L c dtp0p0 tb28.65

f

app appd200.05 a02 SMD23.9pp01350 根据上述公式可计算距离、时间，以及喷油后20°CA的贯穿距、喷雾锥角、°所对应的时间ts。 binVs

bVe g b e e

esme2200.70.75 4 360043=9.436 inVspme

beVs 4

608in

14400 2200.70.759.436106m3t

60

0.002381s=2.381

6LptbLsSMD5090130第七 相互关系？并由此说明控制柴油机放热规律的主要有哪些?解：dQBdφ曲线的双峰，第一个峰对应速燃期的预混合燃烧阶段，而第二个峰则对应缓燃期2000r/min，采用直喷式燃烧室和废气涡轮增压，缸始，喷油持续期2.25ms，滞燃期为0.92ms。计算：解：（1）滞燃期长度：11.04CA 第八异：现象上，柴油机燃烧“锯齿波”出现在Pmax之前，而汽油机爆燃“锯齿波”出在Pmax之后；机理上，柴油机燃烧是由于燃烧和放热速率过快，造成压升率过高产生Pmax之后出现“锯齿波”Pmax一般在TDC之后；而早火时，不会出现“锯齿波”，但是在TDC之前可以观察到缸内压力的急剧增高，Pmax一般在TDC之前。举出此种改造对于现代发的设计和运行过程所带来的3点好处和3处不足。 是获得燃油喷射所需的各项发运行状况的参数，并传输给控制单元。控制单元ECU在宽等，并传输给执行器。执行器即喷油器，根据ECU的控制信号，执行电控喷油。TWC的加热。暖机阶段需要对进气量、燃油喷射量和点火角进行相应的控制，以补偿发低温时的转矩要求。另外，为了使TWC尽早开始工作，一般用排气对TWC进行加热，使其尽快达到工作温度。瞬态工况。对于进气道喷射发，加速时，由于燃油形成油膜的部分远大于油解：空燃比闭环控制逻辑：ECU根据发排气管中的氧传感器信号判断混合气的浓稀状明TWC劣化。解：分层稀燃GDIGDI采用化学计量比的均质混合气，在所有工况下均采用进气冲程早喷的GDI可以使用三效催化器。分层稀燃GDI发在燃油经济性方面优势明显，但由于汽油机稀燃时不能使用三效催化器，在后处理方面有待改进；均质当量比GDI发能够兼顾降低油耗和满足排放法GDI明显，尚需进一步改进提高。因此，目前均质当量比GDI是GDI发的主流。分层稀燃GDI发尚需在汽油机稀燃催化剂方面取得突破火焰过程从上止点前10°CA时开始，并持续0.001667s，计算：ATDC2400 束时对应的曲轴转角为14°CAATDC。2.0L43500r/min，燃用化学计量比的汽油。在该转速下，发的充量系数为93%，燃烧效率为98%，指示热效率是47%，机械效率是86%。计算：有效功率（平均有效压力BMEP（kPa从发中排出的未燃的质量流量（单位kg/hg/kW·h 0.980.470.862.00.93350060103Pet(Gm)V(Hum)V e

60 WetPe V 2.04103 30.14kg/ G2.01030.93350060(10.98)30.14 0.305kg/ B2.01030.9335006030.14 15.24kg/ 14.8bB10315.24103189.05g/(kWe 一台2.4L排量的4缸四冲程发是多点进气道燃油喷射的，即每缸对应一个喷油器。其喷油器是恒定流量的，因而喷入燃油的多少是靠喷油脉宽控制的。在WOT工况下，压力为101kPa，汽油按照化学计量比燃烧。而在怠速时，发的转速是600r/min，进气30kPaWOT工况下的充量系数为 30.14kg/ G2.41031580030.14 2.26103kg/ 2 2600.0207 6.1451036.1451036003601/410°CA80°CA的G4.81030.9842006028.724.45124.848kg/ 4200

3.57210380.02464(3.572103)1.721g/0.02463(15.874104)11.623g/412cm1200r/min时，火花塞在上止点前机所有转速下从火花塞跳火到火焰开始所经历的时间均为0.00125s。可以假定所有燃火焰过程结束时所对应的曲轴转角，1200r/min时的火焰速度为VT=48m/s(°CA所要求的火花塞跳火时刻对应的曲轴转角是多少（°CABTDC）？(5)燃烧过程结束时燃烧室内的容积大小（单位：m3。1200 题目中没有给出火花塞距离TDC时活塞顶面的距离，但根据发的冲程长度和TDC时活塞顶面的的距离为10cm。焰速度计算出火焰的最远距离。构建两者相等的关系，可得求解x的方程如下：在中，计即此时的最远距离为16.04cm。当转速为2400r/min时，火焰速度96m/s。故火 2400600. 由于此时对应的曲轴转角位14.06°CA，连杆与铅垂线的夹角为sin(903.3)sin(14.06 2420.646524235(8.21) 第九影响ThermalNO生成的三因素是什么？ 、Ox及微粒四种污染物排放是汽油 中期应尽量提高燃烧速率和放热速率，同时应减少后燃期的燃烧时间，避免PM的生成。何谓Pilot喷射，其目的和基本原理是什么？分析采用Pilot喷射时PM的原因后期缩短，使初始放热速率和最高燃烧温度降低，因而可明显降低NOx排放。预喷射造成PM的的原因是PM和NOx存在Trade-off关系。预喷射使燃烧温度降解：在三效催化剂（TWC）中，当混合气浓度正好为化学计量比时，COHCNOx互为氧化剂和还原剂，发生氧化还原反应，生成无害的CO2、H2ON2。对于空燃比，TWCCO、HCNOx的转化效TWCTWC空速特性解：TWC的工作原理，只有当空燃比在化学计量比附近狭窄的范围内，TWC才能同CO、HCNOxTWC解：汽油车在冷启动时，由于TWCTHC排放较大。在实行国III及以后的排放后，为了满足日益严苛的排放，一般采用电控燃油喷射可以灵活的控制喷油时间（喷油提前角NOx排放；热速率，降低最大压升率和燃烧温度，改善柴油机NOx排放。匀，从而可以改善柴油机PM排放。解：SCRDPFSCR技术路线时，机内采用电控高压喷射和DPFEGRNOxDPFPMSCR技术路线由于取消推迟喷油和EGR，好处是可以改善油耗，同时SCR后处理系统，且尿素消耗也DPFDPF轻型柴油车满足欧V排放应采取何种技术路线（机内与机外净化）？可从净化技术路线，由于增加了SCR后处理系统，特别是增加了尿素，占用了较大的空间。而会升高。因此采用SCR技术路线比DPF技术路线燃油经济性要好。SCRDPF技术路线油耗降低不少，在欧洲油价高昂，而尿SCR系统成本高于DPFSCR技术路线相对于之前的柴油机而言，对发的改动较小，无须重新对发进行设计；而采用DPF技术路线，由于要采用大量EGR，以及推迟喷油等技术，对发的改动很大。如果考虑发变动和研发的成本，