发动机原理复习题参考答案

第一章发动机的性能

一、选择 1. C 2. B 9. A 10. A 3. A 11. C 4. C 12. A 5. B 13. A 6. B 14. C 7. B 15. A 8. D 二、填空 16. 加大 17. 不 变 18. 小 24. 降低 机械摩擦19. 损失 等压加热27. 循环 20. 加 大 21. 减 小 混合加22. 大 23. 高 25. 26. 等容加热循 环 热循环 驱动附30. 定容加31. 动力性28. 降 低 29. 件损失 热 能指标 三、名词解释

32. 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。 33. 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。

34. 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。 35. 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。 36. 有效燃油消耗率：发动机每发出1kW?h的有效功所消耗的燃油量。 37. 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。

38. 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。

39. 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。

四、简答

40. 简述工质改变对发动机实际循环的影响。

答案要点：

1)

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φa<1时，部分燃料没有足够空气，或排出缸外，或生成CO，都会使ηt下降。而φa>1时，ηt值将随φa上升而有增大。

2) 3)

4)

41. 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？

答案要点：

活塞平均运动速度?m?sn30

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?m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?m不变时，发动机转速n将降低。S／D较大，发动机高度将增加，相对散热面积减少，散热损失减少等。

42. 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？

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。

1

43. 简述单缸柴油机机械损失测定方法优缺点。

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Pm

也是近似的，其可信程度取决于Pm值随负荷变化的恒定程度和曲线在空载附近的直线性。

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。

44. 内燃机的强化指标有哪些？

答案要点：

升功率——在标定工况下，每升发动机工作容积所做有效功，即PL?比质量——发动机的干质量与标定功率之比，me?m PePe（kW/L） iVs强化系数——即平均有效压力与活塞平均速度乘积，pe?Cm

45. 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。

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。

46. 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。

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acz2z2b2a、acz＇1z1b1a两种

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acz＇1z1b1a比混合加热循

＇＇环acz＇2z2b2a的等容加热比例大，则混合加热循环acz1z1b1a的等压加热线一定比混合加热循环acz2z2b2a的等压加

2

热线高，也就是等熵膨胀线z1b1一定在z2b2的左边，等容放热线b2a下包围的面积所代表的等容放热量一定大于等容放热线b1a下包围的面积所代表的等容放热量。由此，理论混合加热循环中，若压缩比，循环加热量Q1一定时，压力升高比增加，循环热效率增大。提高理论循环加热的“等容度”将使循环热效率增大。

47. 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（cp、cv、?）为常数，不随压力、温度等状态参数变化。 （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）。

48. 简述真实循环特性对发动机实际循环热效率t的影响。

?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。

49. 画出与题31图相应的T—S（温—熵）图。

题31图

相应的T—S（温—熵）图如右：

3

50. 内燃机ε、k、循环加热量、燃烧效率ηc相同时，画出理想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Q1值均不变，分别作出等容加热循环acz1b1a、混合加热循环

'acz2z2b2a和等压加热循环acz3b3a三种循环的T—s图。

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Q1加热量下，从左到右依次是z1b1、z2b2和z3b3线。因此放热量Q2必然是等压循环最大而等容循环最小。于是有，等容循环?TV＞混合循环?TM＞等压循环?TP。

这一结论就是提高循环加热“等容度”的具体体现。

五、论述

51. 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？ 答案要点：

米勒循环的实质是膨胀比?e大于压缩比?。

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?et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?et改善综合性能，开辟了一条新的道路。

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

52. 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0.8，有效功率为88.5kw，耗油量为20.3kg/h。 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：

指示功率：由?m?PeP88.5，得Pi?e??110.625(kW) Pi?m0.8有效燃油消耗率：be?有效效率： ?e?

B20.3??1000?229.4(g/kW?h) Pe88.53.63.6?106??106?0.356 beH?229.4?440004

指示燃油消耗率：bi?指示效率：?i?B20.3??1000?(183.5g/kW?h) Pi110.6253.63.6?106??106?0.445 biH?183.6?4410053. 设计一台四冲程六缸柴油机，标定工况转速3000r/min，标定功率66.8KW，活塞平均速度vm=10m/s，平均指示压力

pmi=0.9Mpa，平均机械损失压力pmm=0.2Mpa。

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ηm

（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 ηm=0.5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怎样变化？ 解：

（1） vm?2s?n?10?260

2s?30vm?102n?30?10?103000?10cm

（2）pme?pmi?pmm?0.9?0.2?0.7Mpa

p?Vs?i?nPe?me?120D?pme??D24120s?i?n

480?Pe480?66.8??0.90dm?9cm

0.7?1?6?3000?3.1412600?3.14p0.2?1?0.22222?0.778 （3） ?m?1?mm?1?pmi0.9?＃11m??m??c??t??mHU?c??t??＃?m??＃0.778?0.5mHUm（4）?????55.6％

110.5?c??t??mHU?m可能提高55.6％

54. 六缸四行程柴油机D?s=135*140mm，在2200r/min发动机的有效功率Pe=154Kw，有效燃油消耗率be=217g/Kw.h，

机械效率?m =0.75，求该工况下的指示功率Pi，平均有效压力pme，有效扭矩Ttq和有效效率?e（柴油机热值。 H?=42500 kJ/Kg）解：

指示功率：由?m?PeP154，得Pi?e??205.33(kW) Pi?m0.753.14?1352气缸工作容积：Vs??s?10??140?10?6?2(L)

44120Pe120?154??0.7(MPa) 平均有效压力：pme?Vs?i?n2?6?2200?3?D2 5

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