《汽車發(fā)動機原理》作業(yè)題庫

第一章

1―1圖1-2示出了自然吸氣與增壓四沖程發(fā)動機的示功圖，請問：

(1)各自的動力過程功、泵氣過程功指的是圖中哪塊面積?功的正負如何？

(2)各自的理論泵氣功、實際泵氣功和泵氣損失功指的是圖中哪塊面積？功的正負如何?

(3)各自的凈指示功和總指示功又是由圖中哪些面積組成?功的正負如何？

(4)導(dǎo)致自然吸氣與增壓發(fā)動機示功圖差異的因素是什么？

解:由圖1-2,

Pt-H內(nèi)進氣壓力

“一缸內(nèi)排氣壓力

八一壓'二機后慶力

A—渦輪機而氏力

(1)自然吸氣：動力過程功=面積aczbaWt=Wi+W3,正功

泵氣過程功=面積W2+W3,負功

增壓：動力過程功=面積aczbaW(=W],正功

泵氣過程功=面積brabW,=W2,正功

(2)自然吸氣：理論泵氣功=0

實際泵氣功=W2+W3，負功

泵氣損失功W2+W3負功

增壓:理論泵氣功=Pk和Pb間的矩形面積，正功

實際泵氣功=W2,正功

泵氣損失功=陰影面積，負功

(3)自然吸氣：總指示功=Wi+W3,正功

凈指示功=(W1+W3)-(W2+W3)=W1-W2,正功

增壓:總指示功=川|+?1)卞。*丫5,正功

凈指示功=亞|+\￥2,正功

(4)差異的因素：增壓發(fā)動機的進氣壓力高于排氣壓力，因此泵氣過程功為正。

1-2增壓四沖程發(fā)動機在中、小負荷工況運轉(zhuǎn)時，有也許出現(xiàn)壓氣機后進氣壓力pi,小于渦

輪前排氣壓力小的情況，請畫出此時發(fā)動機一個循環(huán)的p-V圖，標(biāo)出上下止點、進排氣門開關(guān)

和著火時刻的位置，以及理論泵氣功和泵氣損失功面積，并判斷功的正負。

解:pW圖如下圖所示：

理論泵氣功：綠線包圍的矩形面積，負功

實際泵氣功：進排氣線包圍的面積，負功

泵氣損失功:兩塊面積之差，負功

1一3假設(shè)機械增壓與渦輪增壓四沖程發(fā)動機的動力過程功W,和壓氣機后壓力pz,均相同，請

問兩者的示功圖有何異同？兩者的泵氣過程功有何差異？為什么？

解：渦輪增壓的理論排氣線為pk,機械增壓的理論排氣線為po;且渦輪增壓的實際排氣線位

于機械增壓實際排氣線的上方。機械增壓的泵氣功大，由于機械增壓的排氣壓力更低。

1-4圖1-4曲軸箱掃氣二沖程發(fā)動機的示功圖兩塊面積各表達什么含義?說明曲軸箱換氣功

的形成過程，并判別功的正負。

解：上圖一缸內(nèi)工質(zhì)對活塞做的功;下圖一曲軸箱內(nèi)工質(zhì)對活塞做的功。對于氣缸，排氣門

先啟動排氣，然后掃氣門啟動開始掃氣，掃氣門關(guān)閉時掃氣結(jié)束，排氣門關(guān)閉后整個氣缸的

換氣過程結(jié)束。對于曲軸箱，進氣門從啟動到關(guān)閉為進氣過程，掃氣門從啟動到關(guān)閉為掃氣

過程。曲軸箱換氣功為負功。

1-5為什么發(fā)動機性能指標(biāo)有指示指標(biāo)與有效指標(biāo)的分別？兩種指標(biāo)各在什么場合使用？為

什么一般不把凈指示功作為常用的指示功指標(biāo)？

解：指示指標(biāo)：不受循環(huán)過程中機械摩擦、附件消耗以及進排氣和掃氣流動損失的影響，直

接反映缸內(nèi)熱功轉(zhuǎn)換進行的好壞，因而在內(nèi)燃機工作過程分析中廣泛應(yīng)用；有效指標(biāo):被用

來直接評估發(fā)動機實際工作性能的優(yōu)劣，因而在發(fā)動機生成和實驗研究中廣泛應(yīng)用。由于

凈指示功難以直接測算得出，所以一般不把凈指示功作為常用的指示功指標(biāo)。

1-6發(fā)動機的動力、經(jīng)濟性能在生產(chǎn)使用中重要用哪幾個指標(biāo)來表達?假如要進行不同機

型性能的對比，應(yīng)當(dāng)使用何種動力、經(jīng)濟性能指標(biāo)？

解：動力性:功率、扭矩、速度；

經(jīng)濟性：有效效率、燃油消耗率、潤滑油消耗率。

不同機型對比常用:有效平均壓力、升功率和be。

1-7為什么發(fā)動機原理把有效平均壓力0,當(dāng)作一個極為重要的性能指標(biāo)？

解:由于與整機的功率、扭矩和功都成正比，又是可比指標(biāo)，是表達動力性能的最具代表

指標(biāo)。

1-8為什么說活塞平均速度“"是比轉(zhuǎn)速〃更為本質(zhì)的動力性能速度指標(biāo)？

解:由于轉(zhuǎn)速n只能作為同一機型的速度指標(biāo),不能用來判斷不同機型運動速度的快慢。

1-9試推導(dǎo)以有效平均壓力pmc表達的有效輸出功率已和有效轉(zhuǎn)矩Kq的計算公式（標(biāo)出

各參數(shù)的量綱）；比較同為動力性指標(biāo)的匕和Kq有何區(qū)別;分析在發(fā)動機結(jié)構(gòu)參數(shù)不變的

前提下提高輸出功率凡的途徑。

解：p="Y?照和T=叢羽X10-3,

30rTIT

其中：0碇量綱為MPa,凡量綱為kW,7；q量綱為N.m。

提高輸出功率Pe的途徑:提高轉(zhuǎn)速，增大平均有效壓力（增壓，提高效率等）。

1—10為什么說發(fā)動機轉(zhuǎn)速”擬定后輸出功率Pe（或轉(zhuǎn)矩Kq）重要取決于有效效率和循

環(huán)可燃混合氣進氣量（汽油機）或循環(huán)供油量（柴油機）？而有效燃料消耗率瓦則重要取決

于有效效率〃et?

解:當(dāng)轉(zhuǎn)速n擬定后，單位時間內(nèi)做功的次數(shù)一定。決定做功快慢的重要因素變?yōu)橐淮巫龉?/p>

的多少。而循環(huán)可燃混合氣量和循環(huán)噴油量所產(chǎn)生的熱量與有效效率的乘積即為每循環(huán)做

的功。因此，當(dāng)n擬定后，循環(huán)可燃混合氣量和循環(huán)噴油量所產(chǎn)生的熱量與有效效率成為影

響P。重要指標(biāo)。

1-11燃料低熱值兒和混合氣熱值Hum有何異同？決定混合氣熱值的因素有哪些？

解：燃料熱值:單位質(zhì)量的燃料在標(biāo)準狀態(tài)下，完全燃燒所能釋放的熱量。可燃混合氣熱值

為單位質(zhì)量或體積的可燃混合氣在標(biāo)準狀態(tài)下燃燒所釋放的熱量。取決于燃料的熱值和空

燃比。

1-12發(fā)動機有效效率計算公式中，7c'7、各自的物理含義是什么？自然

吸氣、渦輪增壓和機械增壓四沖程發(fā)動機的小、小和7n有何區(qū)別？

解：燃燒效率:燃料化學(xué)能通過燃燒轉(zhuǎn)化為熱能的比例。

循環(huán)熱效率：燃燒加熱量通過發(fā)動機工作循環(huán)轉(zhuǎn)化為對活塞的指示功的比例。

機械效率：指示功減去機械損失后，轉(zhuǎn)化為有效功的比例。

一般增壓發(fā)動機大于自然吸氣發(fā)動機。對于機械效率，渦量增壓大于機械增壓。

1-13影響有效燃料消耗率be的因素有哪些？減少仇的途徑有哪些？

解：影響因素：燃燒效率、機械效率、循環(huán)熱效率等。

減少途徑：增壓小排量技術(shù)、稀薄燃燒、增大壓縮比等。

1-14可燃混合氣的濃與稀可以用哪幾個指標(biāo)表達？各指標(biāo)的意義為什么？彼此間如何換算？

解：空燃比:混合氣中空氣和燃料的質(zhì)量比。

過量空氣系數(shù):實際空氣量比理論空氣量。燃空當(dāng)量比:理論與實際空氣量之比。

空燃比與當(dāng)量比互為倒數(shù)。過量空氣系數(shù)為空燃比與理論空燃比的比值。

1-15什么是燃料燃燒時的化學(xué)計量比？具有化學(xué)計量比的可燃混合氣的過量空氣系數(shù)弧是

多少，其空燃比a又是多少？

解:燃料和空氣恰好可以完全反映時兩者的比值。具有化學(xué)計量比的可燃混合氣的過量空氣

系數(shù)4為1,其空燃比a為14.2o

1-16基于2e的綜合表達式(1-40)分析：

(1)哪些參數(shù)屬于“質(zhì)”環(huán)節(jié)參數(shù)?哪些參數(shù)屬于“量”環(huán)節(jié)參數(shù)？

(2)發(fā)動機在結(jié)構(gòu)參數(shù)不變的情況下，由自然吸氣改為渦輪增壓時，式中各種參數(shù)如何變

化？

解：

PFM嚼*“喏F魏F

NH曰

(1):上式中，、、三者為“質(zhì)”環(huán)節(jié)參數(shù)淇余為“量”環(huán)節(jié)參數(shù)。

ffffn(￡)

(2):發(fā)動機由自然吸氣改為渦輪增壓時，假如燃燒組織得較好，、、、略有增

PT&IH

長，、大幅增長，、、不變。

1-17一臺4缸四沖程火花點火發(fā)動機(缸徑。=80mm,沖程s=76.5mm)節(jié)氣門全開

時在臺架上的測量結(jié)果如下:發(fā)動機轉(zhuǎn)速〃=5900r/min;有效轉(zhuǎn)矩了q=107.1N-m;指示

平均壓力0m，=L19MPa。計算:

(1)循環(huán)指示功Wi；

(2)指示功率Pi和有效功率R；

(3)有效平均壓力Qme；

(4)機械效率〃m；

(5)機械損失功率Pm和機械損失平均壓力Pmm。

解：

(產(chǎn)儲

px-0457t7

p-pFm?18S7hr

⑵30r

1-186135Q-1四沖程柴油機的沖程s=14。mm,在發(fā)動機轉(zhuǎn)速〃=2200r/min時的機

械效率為〃m=0.75,有效輸出功率Pe=154kW,有效燃料消耗率為be=217g/(k

W.h)o已知柴油機低熱值為Wu=42500kJ/kg?求此時發(fā)動機的pme,"、Pm,加和

Wi各值。

1-19一臺6缸四沖程柴油機(缸徑D=102mm;沖程s=125mm),在全負荷時的臺

架測量結(jié)果如下：21.22s內(nèi)消耗燃料體積200cm3,燃料密度0.83kg/dm3;3O.1

s內(nèi)消耗空氣體積5m3;環(huán)境空氣壓力0.1MPa;環(huán)境空氣溫度300K;有效轉(zhuǎn)矩424

Nm;發(fā)動機轉(zhuǎn)速2650r/min;機械損失平均壓力0.1758MPa;柴油低熱值42500k

J/kgo計算該測試條件下：

(1)燃料體積流量和質(zhì)量流量；

(2)空氣體積流量和質(zhì)量流量；

(3)有效功率其；

(4)有效燃料消耗率be和有效熱效率機I；

(5)指示燃料消耗率仇和指示熱效率〃it。

解:

Pv=RT

100000=8.314x300p

p=\A6kg/irr

(1)燃料體積流量：200/21.22x3600=33.9L/h

燃料質(zhì)量流量：0.83x33.9=28.1依/h

(2)空氣體積流量：5/30.1x3600=598療/力

空氣質(zhì)量流量：1.16x598=693.7依/h

(3)^=7H=424X2650X3.14X2/60=117.6JIW

(4)=-^x1000=100()=238.9g/kWh

_3600000_3600000

beHu-238.9x42500

30rPe30x4x117.6

⑸Pme=0.8875Mp。

inVs~6x2650x1

.°?呼2=0.835

m0.8875+0.1758

bj=hextlm=0.835x238.9=199.4g/kWh

%=〃/=0-355/0.835=0.425

1-20-臺排量為4.6L的四沖程V8汽油機采用了斷缸技術(shù),當(dāng)功率需求減小時，切換成

2.3L排量的V4工作模式。該發(fā)動機在轉(zhuǎn)速為1750r/min時，采用V8工作模式,此時發(fā)

動機的充量系數(shù)為0.51,機械效率為0.75,空燃比為14.5,發(fā)出的有效功率是32.4kW。發(fā)

動機在更高的轉(zhuǎn)速下切換成V4工作模式時，充量系數(shù)為0.86,機械效率為0.87,空燃比為

18.2?假定不同轉(zhuǎn)速下的指示熱效率相同，且燃燒效率為100%,空氣是在20℃和

O.IMPa的條件下吸入氣缸的。計算：

(1)1750r/min時,V8工作模式的進氣質(zhì)量流量(kg/s);

(2)1750r/min時,V8工作模式的燃料消耗質(zhì)量流量(kg/s);

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

(4)V4工作模式發(fā)出與V8工作模式相同有效功率所需的轉(zhuǎn)速(r/min);

(5)上述V4工作模式時發(fā)動機的有效燃料消耗率(g/(kW-h))。

解：

(1)根據(jù)Pv=nRT,有以下關(guān)系式

?！鋈?/p>

(2)

(3)

(4)

F：Fs,

具

由于只是熱效率相等，所以：

(5)be*0.75/0.87=268g/kW.h

第二章

2-1缸內(nèi)工質(zhì)是從哪幾個方面影響發(fā)動機的性能及其燃燒模式的？

解:(1)工質(zhì)的各種熱力參數(shù)一質(zhì)

(2)燃料熱值(可燃混合氣的熱值)一量

(3)燃料的理化特性一不同工作方式

(4)燃料的組份一燃燒和排放

2-2什么是發(fā)動機的常規(guī)燃料和代用燃料?代用燃料是如何分類的？為什么要加強代用燃料

的研究和應(yīng)用？

解:常規(guī)燃料：汽油、柴油。

代用燃料:除石油汽油、柴油以外的燒類/醇類/醒類/酯類/氫氣等燃料；分類詳見表2-

1,

加強代用燃料研究重要出于能源安全和環(huán)境保護考慮。

2-3醇、醛和酯類燃料都是含氧燃料，它們的分子結(jié)構(gòu)各有什么特點？分別列出1?2種

常用的醇、鞋和酯類代用燃料及其燃燒模式。

解:醇類是煌類物質(zhì)中的氫被羥基取代的產(chǎn)物。常見醇類燃料有甲醇和乙醇。因其辛烷值較

高，一般為點燃；

酸類物質(zhì)是兩個炫基通過氧原子連接起來的化合物。常見酸類燃料為二甲醛，其十六烷

值較高，一般為壓燃；

酯類物質(zhì)是炫類物質(zhì)中的氫被歿基取代的產(chǎn)物。常見酯類燃料為生物柴油，其十六烷

值較高，一般為壓燃。

2-4分子結(jié)構(gòu)相同的涇燃料，其分子中碳原子數(shù)的多少對發(fā)動機的性能有何影響？因素

何在？

解：C越多，化學(xué)穩(wěn)定性差，著火溫度低，易自燃;但物理穩(wěn)定性好，不易氣化。由于高C

煌結(jié)構(gòu)龐大冗長，易于裂解;但相對分子量較大，不易氣化。

2-5成分相同但分子結(jié)構(gòu)不同的燃燃料對發(fā)動機的性能有何影響？因素何在？

解：（1）鏈與環(huán)一環(huán)化學(xué)穩(wěn)定性好，不易自燃；

（2）直鏈與支鏈（或正烷與異烷）一支鏈（異烷）的化學(xué)穩(wěn)定性好，抗爆好（如正庚烷

C7H16和異辛烷C8Hl8的辛烷值分別為0和100）；

（3）單鍵和多鍵一多鍵非飽和煌不易斷鏈，不易自燃，但安定性差，貯存中易氧化結(jié)膠（如烯

煌）。

2-6為什么對壓燃式柴油機是優(yōu)良的燃料，對點燃式汽油機則一般是不良的燃料？綜合考

慮發(fā)動機的動力、經(jīng)濟性和排放規(guī)定,抱負的汽油和柴油應(yīng)由何種結(jié)構(gòu)和成分的燃燃料組成？

解：由于柴油機燃料一般有較高的十六烷值以便壓燃，高十六烷值意味著容易自燃，假如應(yīng)用

在點燃式汽油機上，會引起嚴重的爆震，導(dǎo)致發(fā)動機性能及壽命下降。汽油機使用的燃料

規(guī)定有較高的辛烷值，以克制爆震產(chǎn)生。此外柴油燃料一般不易氣化，不利于火焰?zhèn)鞑?，?/p>

導(dǎo)致排放升高。從何考慮發(fā)動機的各種性能，抱負的柴油機燃料應(yīng)由碳原子數(shù)為16左右

的直鏈烷燒構(gòu)成，而汽油機燃料應(yīng)由碳原子數(shù)為8左右的異構(gòu)烷燒或環(huán)烷煌構(gòu)成。

2-7正十六烷與a-甲基蔡的十六烷值分別為多少？為什么兩者的著火特性有顯著差別？

解：十六烷值CN=100,自燃性很好；a-甲基蔡CN=0,自燃性很差。其著火特性與C

原子數(shù)密切相關(guān)。

2-8測定辛烷值時，為什么有的燃料的辛烷值會大于100?為什么有的燃料的RON>M

ON,而有的燃料卻是RONvCON。

解：說明抗爆性優(yōu)于異辛烷，若待測燃料比參比燃料更敏感，則RON>MON；反

之,RON<M0N。

2-9汽油燃料蒸發(fā)曲線中，10%,50%,90%儲程的意義是什么？它們對發(fā)動機的性能有何影

響？燃燒一種終儲點很高的汽油會出現(xiàn)什么結(jié)果？

解：10%福程（110）—燃料中具有輕儲分的大約數(shù)量，反映汽油機的冷起動性。

50%儲程（150）—燃料的平均蒸發(fā)性能，反映汽油機的工作穩(wěn)定性。

90%儲程（T90）—燃料中的重質(zhì)儲分含量，反映汽油機燃燒完全性。

EP高,易積碳，加劇磨損，燒機油。

2-10什么是燃料的飽和蒸氣壓？汽油飽和蒸氣壓的過高和過低分別會對發(fā)動機性能帶來什

么影響？

解：飽和蒸氣壓：在規(guī)定條件下燃油和燃油蒸氣達成平衡狀態(tài)時，燃油蒸氣的壓力。

蒸氣壓過低，發(fā)動機冷起動性能差，混合氣形成速度慢，不利于燃燒。

蒸氣壓過高，在儲存和運送過程中易產(chǎn)生蒸發(fā)損失，著火的危險性大;也容易在燃油供應(yīng)

系統(tǒng)中形成“氣阻Choking”。

2-11芳燒和烯屋是抱負的高辛烷值汽油組分，為什么在汽油標(biāo)準中卻要限制它們的含

量？

解:（1）烯燼是汽油提高辛烷值的抱負成分。但是由于烯煌有熱不穩(wěn)定性，導(dǎo)致它易形成膠質(zhì),

并沉積在進氣系統(tǒng)中，影響燃燒效果，增長排放?；顫娤┤颊舭l(fā)排放到大氣中會產(chǎn)生光化

學(xué)反映，進而引起光化學(xué)污染。

（2）芳煌通常是汽油的高辛烷值組分，具有高能量密度。但是，芳煌會導(dǎo)致發(fā)動機產(chǎn)生

沉積物，增長尾氣排放，涉及CO?。

2-12為什么隨著燃料品質(zhì)等級的提高，燃料中硫的含量呈現(xiàn)大幅度下降的趨勢？

解:硫天然存在于原油中。硫可明顯地減少催化轉(zhuǎn)化器中催化劑的功效，同時在高溫條件下

對氧傳感器導(dǎo)致不良影響。高硫燃油會使車載診斷系統(tǒng)（OBD）失靈，使催化轉(zhuǎn)化器監(jiān)控

裝置發(fā)送錯誤的診斷碼，并向司機發(fā)犯錯誤的故障信號。

2-13常規(guī)汽油機和柴油機在混合氣形成、著火和負荷調(diào)節(jié)三方面有何差異？形成這些差異

的重要因素是什么？

解：（1）混合氣形成方式不同:

汽油一易氣化，缸外低壓噴射蒸發(fā)，與空氣形成預(yù)制均質(zhì)混合氣

柴油一難氣化，缸內(nèi)高壓噴霧成細小液滴，與空氣形成非均質(zhì)(分層)混合氣

(2)著火及燃燒方式不同：

汽油一難自燃，易點燃(SI),用高壓電火花點燃預(yù)混燃燒，火焰?zhèn)鞑ァ？稍?1=1的條

件下完全燃燒

柴油一難點燃，易壓燃(CI),擴散燃燒,即邊噴一邊混-邊燃，為了完全燃燒，必須

沖>1.2

(3)負荷調(diào)節(jié)方式不同：

汽油機一預(yù)混合,沖基本保持不變，量調(diào)節(jié)

柴油機一分層混合,0a變化范圍大(0?oo),質(zhì)調(diào)節(jié)

因素:燃料的理化特性不同。

2—14汽油可以壓燃嗎？假如可以，汽油壓燃有什么優(yōu)缺陷？假如不可以,請說出理由。

解:汽油可壓燃。例如稀混合氣條件下的汽油勻質(zhì)混合氣壓燃HCCI,以實現(xiàn)汽油機的高效低

污染燃燒。

2-15影響工質(zhì)比熱容的重要因素有哪些？影響趨勢如何？比熱容為什么對發(fā)動機的動力、

經(jīng)濟性有重大影響？

解:影響因素：溫度和分子的自由度數(shù)。

c0、cv隨溫度T上升而增長,K隨溫度T上升而下降。分子自由度(原子數(shù))增大,Cp

和cv增大,K減小。K越大,cp和cv越小，相同加熱量下，工質(zhì)溫升越高海環(huán)熱效率高。

2-16影響殘余廢氣系數(shù)我的重要因素有哪些？為什么汽油機的由一般比柴油機的大？而增

壓柴油機的我很小？

解：影響殘余廢氣系數(shù)的重要因素：進排氣壓力、轉(zhuǎn)速、壓縮比、配氣相位和排氣系統(tǒng)動

態(tài)特性。汽油機力偏高是由于￡小，壓縮容積大，低負荷時進氣節(jié)流強使新鮮充量下降;

增壓柴油機辦小是由于掃氣效果強。

2-17燃料燃燒后分子數(shù)大于燃燒前分子數(shù)的重要因素是什么？為什么汽油機的分子變化系

數(shù)比柴油機大？

解:柴油機分子系數(shù)較小因素：一是由于平均過量空氣系數(shù)較大，混合氣中有較多空氣不參

與反映；此外,柴油含H量低。

2-18可燃混合氣熱值有哪幾種表達方法？各自的物理意義是什么？哪一種表達方法更能反

映工質(zhì)作功能力的大小？

解:單位質(zhì)量或單位體積可燃混合氣發(fā)出的熱量（kj/kg或kJ/n?）。

（Hum）v代表混合氣的能量密度，越高則相同工作容積發(fā)出的功率越高（即〃,1?高）。

2-19為什么含氧液體燃料的熱值比汽、柴油低得多，但其可燃混合氣熱值卻相差不大？為

什么天然氣的熱值比汽油大，但其可燃混合氣熱值反而低？

解：氣體燃H/C高，Hu高，但自身是氣體（密度?。?，加上H燃燒規(guī)定空氣多,Hum小。

含氧燃料（甲、乙醇）自身含O,Hu低，但需空氣也少（/o小）,Hum與汽、柴油相近。

2-20氫的可燃混合氣熱值很低，因此實用上都是向缸內(nèi)噴射液態(tài)氫以提高發(fā)動機的有效平

均壓力，這是不是意味著增大了氫的可燃混合氣熱值呢？

解:缸內(nèi)直接噴液態(tài)氫提高平均有效壓力，相稱于增壓的效果使混合氣的密度上升，每循環(huán)

的發(fā)熱量也上升。

2-21計算并對比汽油、柴油、天然氣、乙醇四種燃料的單位kJ發(fā)熱量相應(yīng)的CO2產(chǎn)生

量。為減少CO?排放量和改善全球溫室效應(yīng)，應(yīng)如何選擇汽車燃料？

解:燃燒釋放單位kJ的熱量，汽油、柴油、天然氣和乙醇分別生成的的CO2質(zhì)量分別為：

從以上數(shù)據(jù)可以看出，四種燃料中,天然氣燃燒釋放單位kJ的熱量所產(chǎn)生的CO2最少,

從改善溫室效應(yīng)的角度看，車用燃料應(yīng)使用天然氣。

2-22一臺小型3缸渦輪增壓車用發(fā)動機燃用異辛烷燃料，發(fā)動機吸入的空氣量為化學(xué)計

量比空氣量的120%。計算此時混合氣的:(1)過量空氣系數(shù);(2)空燃比；(3)燃空當(dāng)量比。

解：.2

(2)異辛烷C8H18年(8/3g,+8gH—g0)/0.232=15.1

(3)空燃比6<=0“*/。=15.1*1.2=18.2

勿=1=1-os3

(4)燃空當(dāng)量比CM1,2

2-23一種燃料的組分構(gòu)成如下：40%(wt)正己烷(C6Hl。30%(wt)異辛烷(CBHI8)；2

5%(wt)環(huán)己烷(C6Hl2);5%(wt)苯(C6H6)。假如燃料混合氣的空燃比是17,計算此時混

合氣的燃空當(dāng)量比。

解：C6H14完全燃燒的化學(xué)反映方程式為：

19

C6HI4=6CO2+7H2O;

C8H.8完全燃燒的化學(xué)反映方程式為：

25

C//+—5=8CO,+9//

os1o8//Z。

C6H12完全燃燒的化學(xué)反映方程式為：

C6H12+9O2=6CO2+6H2。；

C6H.完全燃燒的化學(xué)反映方程式為：

=6CO2+3HQ,

又由O2的摩爾質(zhì)量為32g/m。1,。2在空氣中的質(zhì)量比例為23.2%,所以1k

g該種燃料完全燃燒所需要的理論空氣質(zhì)量為：

32g/mol0.4xMgJ30.3xlZg<25?0.25xlZg：子10.05xMgJ5

0.23286g/mol2\\4g/mol284g/mol78g/mol2

=14.98959;

即該種燃料的化學(xué)計量比為/o=l4.9895,因而其過量空氣系數(shù)為:

,/17

或=-=-------=1.1341,

°I。14.9895

從而可得該種燃料的燃空當(dāng)量比為:

1―1—=0.8818o

CD=-----

0“1.1341

2-24計算由甲醇和汽油組成的混合燃料(甲醇占20%體積,汽油占80%體積)燃燒時所

需的化學(xué)計量空燃比，以及混合燃料的可燃混合氣質(zhì)量熱值和體積熱值。假設(shè)過量空氣系

數(shù)為1.1,環(huán)境溫度為293K,環(huán)境壓力為O.IMPa,汽油密度為0.760kg/L,甲醇密度為

0.795kg/Lo

解：混合燃料中甲醇的質(zhì)量分數(shù)為:

則汽油的質(zhì)量比為:

g汽油=1-0.207=0.793

混合燃料的化學(xué)計量空燃比為:

混合氣的單位質(zhì)量低熱值為:

查表取汽油的相對分子質(zhì)量為107.5,則混合燃料形成的混合氣在題目給定條件時的密

度為:

所以，單位體積混合氣熱值為:

2-25甲烷(CHQ與空氣按化學(xué)計量比混合并完全燃燒，燃燒產(chǎn)物中只有二氧化碳

(CO?)、水(HzO)和氮氣(N2),分別計算該燃燒反映在定壓和定容條件下的絕熱燃燒溫度,

并分析兩者產(chǎn)生差異的因素。假設(shè)初始反映狀態(tài)為標(biāo)準熱狀態(tài)(298K,101.3kPa),燃燒產(chǎn)

物CO2、和N2的定壓比熱容在絕熱燃燒條件下分別取56.21、43.87和33.71kJ

/(kmo1-K)o

解:(1)

查得各物質(zhì)生成焙如下：

CH-174870V00:1393520AJ

4cmoi，.2kmol，

HOEff：l24183QUNO0:0

rfl(Ji，.00，,00

Hreac=Xreac%?4=1x(-74870)+2x0+7.52x0=-74870J

%=工儂版+c幾廠29現(xiàn)=lx[-393520+56.21x(&“一298)]

+2x[-241830+43.87x-298)]+7.52x[o+33.71x-298)]

1=IT

由J*解得，該燃燒反映在定壓條件下的絕熱燃燒溫度為

(2)丫仇-P/)=(工一〃e&.v)=&314x10.52x(298-&J

由解得定容條件

下的絕熱燃燒溫度為

T=2886K

r>r

，這是由于在定容條件下無膨脹功之故。

第三章

3-1應(yīng)用工程熱力學(xué)的公式和曲線對封閉熱力學(xué)系統(tǒng)熱力過程和狀態(tài)進行分析時，應(yīng)當(dāng)滿足

哪些必要的抱負條件?分析發(fā)動機的動力過程時，能否滿足這些規(guī)定？

解：準穩(wěn)態(tài)過程、內(nèi)部可逆。事實上，雖然導(dǎo)致發(fā)動機喪失狀態(tài)平衡的物理過程不久，但是

瞬間恢復(fù)平衡的弛豫時間更短。因此，缸內(nèi)工質(zhì)可以作準平衡態(tài)解決。缸內(nèi)不可逆因素不

可避免，但因不可逆損失值與整個系統(tǒng)對外的熱功互換值相比極小，因此發(fā)動機缸內(nèi)可以作

內(nèi)可逆過程解決。

3-2發(fā)動機的理論循環(huán)、抱負循環(huán)和真實循環(huán)三者之間有何差別？為什么要把發(fā)動機的

工作循環(huán)劃分為三種循環(huán)進行分析?

解：（1）理論循環(huán)：

工質(zhì)——抱負氣體（空氣），物性參數(shù)（比熱比，K）為常數(shù)，不隨溫度變化；

循環(huán)——抱負循環(huán)；封閉熱力循環(huán)：系統(tǒng)加熱T燃燒放熱;系統(tǒng)放熱T氣體互換

（進、排氣）;特殊熱力過程：絕熱壓縮和膨脹；等容或等壓加熱和放熱；

（2）抱負循環(huán)：

工質(zhì)一真實工質(zhì)；

循環(huán)——抱負循環(huán)；

（3）真實循環(huán)：

工質(zhì)——真實工質(zhì)；

循環(huán)一真實循環(huán)；

理論循環(huán)最簡化而又能突出發(fā)動機工作過程本質(zhì)特性，抱負循環(huán)是理論循環(huán)和真實循環(huán)

之間的中間模型。為了完善循環(huán)分析，所以建立了三種模型。

3-3分別在同一張p-V圖和T-S圖上畫出在加熱量和壓縮比相同條件下的等容循環(huán)、等壓

循環(huán)和混合循環(huán)，比較它們的循環(huán)熱效率大小，并說明因素。

解：加熱量和壓縮比相同條件下.仇，0<?2,v=仇.、由于壓縮比相同時，等

容循環(huán)的熱效率最高。

3-4依據(jù)循環(huán)理論和汽、柴油機相關(guān)參數(shù)的實際范圍，運用TS圖解釋為什么柴油機比汽油機

熱效率高？

解：從T-S圖上可以看到，假如初始條件相同，由于柴油機的壓縮比較高，壓縮終點的溫度也

相對較高。高溫提高了能量的品質(zhì)，使總的吸熱量/散熱量大大減少，因而，柴油機的熱效率

高。

3—5什么是發(fā)動機循環(huán)加熱的等容度？等容度與等容加熱是一回事嗎？等容度與預(yù)膨脹比

是什么關(guān)系？為什么提高等容度可以提高循環(huán)熱效率？

解:混合循環(huán)的等容度：各微循環(huán)真實壓縮比的算術(shù)平均值與理論壓縮比的比值。等容度反

映了真實燃燒加熱過程接近上止點等容燃燒加熱的限度。等容度不等同于等容加熱，等容

度與預(yù)脹比成反比。等容度越高，各個微循環(huán)的真實壓縮比就越大，因而每個微循環(huán)的熱效率

就越高，綜合的熱效率也就越高。

3-6如何計算渦輪增壓發(fā)動機和機械增壓發(fā)動機的指示效率伽和機械效率〃m?兩者的〃，t和〃m

有何差別？與自然吸氣原型機相比，增壓發(fā)動機的〃,1和〃m是加大了還是減小了？為什么？

解:指示效率可用指示功與消耗燃料的放熱量的比值求得。機械效率為有效功與指示功的比

值。渦輪增壓發(fā)動機的機械效率一般比相應(yīng)的自然吸氣發(fā)動機的高。指示效率兩者差別不

大。指示效率變化不大，機械效率增大。

3-7柴油機的壓縮比比汽油機高很多，但為什么汽油機的燃燒最高溫度比柴油機高？為什么

在相同條件下也是汽油機的有效平均壓力高于柴油機？

解：雖然汽油機壓縮比較低，但由于混合氣較濃并且等容度也較高，所以最高燃燒溫度較

高。且柴油機使用稀燃，空燃比較高，總的熱容比較大。

3-8簡述理論循環(huán)，分析對改善內(nèi)燃機動力、經(jīng)濟性能的指導(dǎo)意義。

解：(1)指出了改善發(fā)動機動力性、經(jīng)濟性的基本原則和方向:提高壓縮比;提高等容度；增

長等端指數(shù)等。

(2)提供了發(fā)動機之間進行動力性、經(jīng)濟性對比的理論依據(jù)。

3-9若將真實工質(zhì)特性替代理論循環(huán)的抱負工質(zhì)特性，將在哪幾個方面對熱效率產(chǎn)生影響？

影響趨勢如何？考慮真實工質(zhì)特性之后，高、低負荷條件下，汽油機和柒油機的熱效率的差

距是加大了還是減小了？為什么？

解：真實工質(zhì)對熱效率的影響：

(I)比熱容:真實工質(zhì)K〈抱負工質(zhì)KT真實工質(zhì)〃”

(2)高溫?zé)岱纸?燃燒放熱時間拉長T等容度一〃Jo

(3)工質(zhì)分子變化系數(shù)：影響不大

(4)過量空氣系數(shù)未燃碳氫T—多原子［TTT-K1一小

(p>1,空氣T—單雙原子T—T1—>KT-小丁；

考慮真實工質(zhì)特性后，汽、柴油機熱效率差距加大。

3-10什么是相對熱效率〃re1?引入〃re，有何現(xiàn)實意義？

解：相對熱效率是真實循環(huán)的指示效率與抱負循環(huán)的熱效率之比，它反映了發(fā)動機的真實動

力循環(huán)接近抱負動力循環(huán)的限度。

3-11真實循環(huán)比抱負循環(huán)多增長了哪些損失？這些損失是如何產(chǎn)生的？

解：(1)傳熱損失:真實循環(huán)并非絕熱過程，通過氣缸壁面、缸蓋底面、活塞頂面向外散

熱。

(2)時間損失：實際燃燒及向工質(zhì)加熱不也許瞬間完畢,由于：存在點火(噴油)提前，

使有用功面積下降，〃山Pz出現(xiàn)在TDC后1(TCA,而非等容加熱，使有用功面積減小。

(3)換氣損失：排氣門早開，導(dǎo)致膨脹功損失。

(4)不完全燃燒損失:正常燃燒時，也有〃,100%；不正常燃燒、等力，口。

(5)缸內(nèi)流動損失：流動增強以及提高渦流與湍流限度，〃小由于:導(dǎo)致能量損失、散

熱損失。

(6)工質(zhì)泄漏損失。

3-12機械損失由哪幾部分組成？每部分損失的特點及其起重要作用的因素是什么？

解：(1)機械摩擦損失(50%~80%):活塞組件、軸承、氣門機構(gòu)等。

(2)附件驅(qū)動消耗水泵、機油泵、燃油泵、點火裝置等運轉(zhuǎn)必不可少的輔助機

構(gòu)。

(3)泵氣損失(5%~40%)。

3-13簡述各種機械損失測定方法的原理和合用范圍。為什么說除示功圖法外，其余三種

方法都不可避免地將泵氣損失涉及在測定值之內(nèi)？

解:內(nèi)燃機機械損失的重要測定方法有:

（1）示功圖法：由示功圖計算得到的凈指示功（增壓機）或動力過程功（非增壓機）Wi減

去臺架上測得的有效功Wc即得到機械損失功Wm,該方法合用于各種機型，但由于對上止

點位置的標(biāo)定精度規(guī)定很高，所以只合用于研發(fā)工作；

（2）倒拖法:是在發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)后斷油或斷火，用電機反拖發(fā)動機，從而測得的反拖功

率即為機械損失功率，該方法合用于壓縮比不高的汽油機和小型柴油機；

（3）滅缸法:此法僅合用于自然吸氣式多缸柴油機，當(dāng)內(nèi)燃機調(diào)整到給定工況穩(wěn)定工作

后，先測出其有效功率Pe,然后依次將各缸滅火，滅火前后測功機測得的有效功率差值即

為該缸的指示功率，各缸相加可得整臺發(fā)動機的指示功率Pi,再減去發(fā)動機的有效功率Pe即

得機械損失功率Pm;

（4）油耗線法:在轉(zhuǎn)速不變的情況下,測出整機油耗隨負荷的變化曲線。將此線外延直到

與橫坐標(biāo)相交，則坐標(biāo)原點與交點間的連線即為機械損失值，該方法合用于自然吸氣式柴

油機和低增壓柴油機。

上面這四種測定發(fā)動機機械損失的方法中只有示功圖法可以得到凈循環(huán)指示功，因而可

以將泵氣損失排除在機械損失之外；而其余三種測定方法由于無法排除泵氣過程的影響，

所以只能將泵氣損失包含在機械損失的測定值內(nèi)。

3-14說明油耗線法測量機械損失的原理。為什么汽油機不能應(yīng)用油耗線法測機械損失？

解：油耗線法測量機械損失的原理：在轉(zhuǎn)速不變的情況下，測出整機油耗隨負荷的變化曲

線。將此線外延直到與橫坐標(biāo)相交，則坐標(biāo)原點與交點間的連線即為機械損失值，該方法合用

于自然吸氣式柴油機和低增壓柴油機。汽油機的燃油消耗率和負荷不成比例關(guān)系，故不合

用。

3-15自然吸氣汽油機、自然吸氣柴油機和渦輪增壓發(fā)動機各適于使用何種機械損失

測定方法？為什么？

解：（1）汽油機多用倒拖法，不適合用滅缸法（影響進氣均勻性）和油耗線法（不成直線）；

（2）自然吸氣柴油機適合滅缸法、油耗線法,小型柴油機可以用倒拖法；

（3）廢氣渦輪增壓柴油機無法使用倒拖法和滅缸法（廢氣渦輪不能正常工作），低增壓可

以用油耗線法（接近自然吸氣柴油機）。

3-16發(fā)動機轉(zhuǎn)速（或活塞平均速度）和負荷對機械效率有何規(guī)律性的影響？這一影響規(guī)律

對發(fā)動機的性能提高和使用提出什么新的規(guī)定？

解：（1）活塞平均速度：Cm3摩擦阻力3泵氣損失T，單靠提高轉(zhuǎn)速來提高功率受限；

（2）負荷:負荷Pel，小山怠速nm=o；增壓機型忸丁。提高發(fā)動機工作時的負荷率及減少

中低負荷的機械損失，對發(fā)動機節(jié)能有重要意義。

3-17發(fā)動機潤滑油是如何進行分類的？為保證發(fā)動機正常良好地運營，對潤滑油的黏度提出

什么規(guī)定？潤滑油的選擇和使用當(dāng)中如何滿足上述規(guī)定？

解:發(fā)動機潤滑油分類涵蓋粘度等級和質(zhì)量等級。選用原則:保證可靠潤滑的前提下，盡量選

用低粘度的潤滑油以減少摩擦損失。

3-18說明圖3—24能量轉(zhuǎn)換的各環(huán)節(jié)中能量運用效率下降的物理實質(zhì)，并指出提高各環(huán)節(jié)

能量運用效率的也許途徑。

解：A-B:受卡諾循環(huán)熱效率的限制——提高燃燒溫度，減少放熱溫度；

B-C：考慮真實工質(zhì)特性稀燃——低溫燃燒；

C-D:相對熱效率采用壓燃提高等容度——絕熱燃燒；

D-E:機械效率減少摩擦損失——可變配氣相位。

3-19Miller循環(huán)與Atkinson循環(huán)有何異同？Milier循環(huán)在實際應(yīng)用時是如何實現(xiàn)節(jié)能的？

為什么Miller循環(huán)發(fā)動機一般都采用增壓技術(shù)？

解：Atkinson循環(huán)是增長發(fā)動機的膨脹沖程;MiUer'循環(huán)的實質(zhì)是膨脹比大于壓縮比，不

增長沖程，靠控制進氣終點提高熱效率。Miller循環(huán)常采用VVT技術(shù)實現(xiàn)節(jié)能，并采用增壓

技術(shù)以填補進氣門早關(guān)或晚關(guān)導(dǎo)致的進氣充量損失。

3—20為什么小排量"Downsizing”都同時采用增長技術(shù)？其節(jié)能的重要因素是什么？

解：Downsizing并通過增壓，在保證輸出功率不變的前提下，提高發(fā)動機的有效效率。節(jié)

能的因素：排量減小，泵氣損失減少；機械損失減少;增壓還可回收排氣能量。

3-21增壓發(fā)動機每循環(huán)排氣的最大可運用能量是由哪幾部分組成的？為什么渦輪增壓發(fā)動

機不也許所有運用這些能量？缸內(nèi)每循環(huán)燃燒廢氣所具有的最大可運用能量是不是就是排

氣的最大可運用能？為什么？

解:見圖3—30,排氣可用能量涉及：

(l)bflb:廢氣可以絕熱等嫡膨脹至大氣壓力點所做的功；

(2)54215：排氣過程中活塞推擠廢氣所做的功；

(3)3g：i23：掃氣部分轉(zhuǎn)入排氣中的能量。

廢氣在到達渦輪機前總免不了有節(jié)流、不可逆膨脹、摩擦等損失。

廢氣最大可用能不是排氣中可運用的總能量。廢氣最大可用能還涉及活塞的推動和掃

氣部分的能量。

3-22若渦輪增壓發(fā)動機按定壓系統(tǒng)的理論循環(huán)運營，請問輸入渦輪機的能量是否與壓氣機

輸出能量相稱？渦輪機輸入能量最終消耗在哪幾個方面？

解：實際進入渦輪機的能量要比壓氣機輸出的能量大很多。由于有發(fā)動機泵氣過程中的各

種流動和機械損失的存在。

3-23發(fā)動機由冷卻介質(zhì)帶走的能量約占燃料總能量的1/3,假如燃燒系統(tǒng)能所有絕熱，是

否就可以把此1/3熱量變?yōu)橛行Ч?？請就此問題作一個全面分析，并從理論上解釋絕熱能

提高有效效率的因素和存在的限制。

解:絕熱發(fā)動機可提高熱量的品質(zhì)，減少冷卻系統(tǒng)消耗的功率,從而提高有效效率。但同時

廢氣帶走的能量也增長，減少了充氣系數(shù),增大了壓縮功，并需要高溫材料，帶來潤滑等問

題。

3-24依據(jù)圖3-23所示的自然吸氣發(fā)動機熱平衡圖,分析：

(1)燃料總能量最終分為哪幾部分輸出去了？

(2)總的機外傳熱及輻射損失熱量由哪幾部分構(gòu)成？

解:(11燃料的總能量分派：

a.l/3弱為有效動力輸出；

b.1/3廢氣排出：

c.1/3弱冷卻系統(tǒng)帶走；

d.其余為驅(qū)動附件、傳熱和輻射消耗。

(2)排氣系統(tǒng)向機外傳熱和輻射熱量;冷去系統(tǒng)和水套壁面向嘰歪傳熱和輻射熱量；

機體、曲軸箱和其他部件向機外傳熱和輻射熱量;輔助機構(gòu)傳給冷卻水的熱量。

3-25回?zé)岚l(fā)動機從理論上為什么能大幅度提高循環(huán)熱效率？為什么到目前為止還沒有開發(fā)

出實用的回?zé)岚l(fā)動機？

解:回?zé)岚l(fā)動機直接把高溫?zé)崮芑厥兆鳛楦變?nèi)加熱量,可提高循環(huán)熱效率。但沒有實際開發(fā)

是由于回?zé)嵫b置復(fù)雜、回?zé)嵝瘦^低等因素。

3-26一臺壓燃式發(fā)動機的壓縮比為15,計算具有相同壓縮比的Otto理論循環(huán)和Diese

I理論循環(huán)的熱效率。假設(shè)Diesel理論循環(huán)壓縮始點溫度為18°C,空氣的加熱量等于

燃料完全燃燒提供的能量,燃料燃燒時的空燃比28,燃料低熱值為44MJ/kg,空氣的定壓比熱

容為1.01kJ/(kg-K),等靖指數(shù)為1.4。

解:忽略因燃料加入而對工質(zhì)(空氣)熱物理性質(zhì)的影響，則

(1)Otto循環(huán)：

(2)Diesel循環(huán)：

壓縮至上止點時，工質(zhì)溫度力為

燃料等壓放熱后，工質(zhì)的溫度73為

則預(yù)脹比p為

則Diesel循環(huán)的熱效率為:

3-27一臺高性能四沖程火花點火發(fā)動機的排量是875cm3,壓縮比為10：1,指示效率是Ot

to理論循環(huán)效率的55%。在8000r/min時，發(fā)動機的機械效率是85%,充量系數(shù)。.

9,空燃比13,燃料低熱值44MJ/kg。在溫度為20。(：和壓力為O.IMPa的環(huán)境條件下空

氣被吸入氣缸。計算發(fā)動機的:(1)有效效率和燃料消耗率：(2)空氣流量、功率和有效平

均壓力。

解：(1)

有效熱效率〃“為：

燃料消耗率加為：

(2)

空氣流量A“為：

有效功率為：

有效平均壓力為：

3-28某一柴油機的理論工作循環(huán)相關(guān)參數(shù)如下:壓縮開始時的氣缸壓力為0.1MPa,溫

度為296K;最大允許的氣缸壓力為9.5MPa;在燃燒期加入的總熱量為2120kJ/kg;

壓縮比為17;工質(zhì)的摩爾質(zhì)量為28.97kg/kmoI;等端指數(shù)為1.4。

(1)擬定該理論循環(huán)的類型；

(2)在p-V圖和廠-S圖上畫出該理論循環(huán)過程；

(3)計算該理論循環(huán)允許達成的峰值溫度和熱效率。

解：(1)

若按等容循環(huán)運營則等嫡壓縮終點的壓力P。和溫度T0為:

等容加熱后的心和溫度7?為:

很明顯最高壓力將超過允許壓力，所以不能按等容循環(huán)運營，而按照等等壓循環(huán)運營,

則最高壓力小于允許壓力，欲使發(fā)動機經(jīng)濟性最優(yōu)，則應(yīng)按混合循環(huán)運營。

(2)

混合循環(huán)的P-V圖和T-S圖如教材圖3-5所示。

(3)

若按混合循環(huán)運營，在保證安全的前提下，經(jīng)濟型達成最優(yōu)，則ph應(yīng)為9.5MPa,此時

相應(yīng)的7?為:

工質(zhì)溫度從￡定容上升到7V需吸取的熱量21為:

定壓過程后工質(zhì)的溫度乙為:

絕熱膨脹后的溫度To為:

3-29計算題3-28中理論工作循環(huán)的火用損失。若該循環(huán)采用下列放熱方式時,其火用損失又

是多少?

(1)膨脹到大氣壓力，再進行等壓放熱;

(2)膨脹到大氣溫度，再進行等溫放熱。

在p-V圖和廠S圖上指出不同損失的區(qū)域，并分別計算膨脹到大氣壓力和膨脹到大氣溫度時

的熱效率。

解：參考教材圖3-8,則題3-28中理論工作循環(huán)的火用損失為“1面積+11面積”之和，理論

工作循環(huán)(1)的火用損失為“H面積”，理論工作循環(huán)(2)的火用損失為0。圖中:

I面積+n面積+山面積:QQLESg

HI面積

所以，題3-28中理論循環(huán)的火用損失及2'為:

(1)膨脹到大氣壓力，再b，一a定壓放熱:

所以，

II面積III面積

故,理論工作循環(huán)(1)的火用損失I⑴為:

L-5M.331324.42?26391g

熱效率為：

⑵膨脹到大氣溫度，再b”-a定溫放熱：

由圖可知,理論工作循環(huán)(3)的火用損失為：

L-0

熱效率為：

3-3。一臺排量為3.3L的直列6缸柴油機按混合理論循環(huán)工作，其燃料為輕柴油，空燃

比20,有一半的燃料在等容階段燃燒，另一半的燃料在等壓階段燃燒，且燃燒效率為

100%?該柴油機的壓縮比為14,且壓縮始點的溫度為60℃,壓力為1。1kPa。計算：

(1)循環(huán)中各狀態(tài)點的溫度；

(2)循環(huán)中各狀態(tài)點的壓力；

(3)預(yù)膨脹比；

(4)壓力升高比；

(5)指示熱效率；

(6)燃燒過程中加入的熱量；

(7)凈指示功。

7=333.15K,p=0lOlAPa

解:

1-2定炳過程

2-3定容過程

p-pE，F(xiàn)-28AtPa

壓力升高比

3-4定壓過程

p?p=10.04MPa

預(yù)膨脹比

4-5定嫡過程

P=P^F-10.04A￡P(guān)ap-041Jf/h

(6)

所以,燃燒過程加入的熱量

0s?tff-7.42U

(7)

臚町=4.7417

第四章

4-1什么是發(fā)動機的換氣過程？合理組織換氣過程的目的是什么？為什么說發(fā)動機的充量系

數(shù)是研究換氣過程的核心問題？

解:發(fā)動機排出廢氣和充入新鮮空氣或可燃混合氣的全過程叫換氣過程。

合理組織換氣過程的目的涉及：

(1)保證在標(biāo)定工況和全負荷工況下，吸入盡也許多的新鮮充量，以獲得盡也許高的

輸出功率和轉(zhuǎn)矩；

(2)保證多缸機各缸循環(huán)進氣量的差異不超過應(yīng)有的范圍，以免對整機性能產(chǎn)生不利

影響。

(3)應(yīng)盡量減小換氣損失，特別是占最大比例的排氣損失。

(4)進氣后在缸內(nèi)所形成的湍流場，應(yīng)能滿足組織快速合理燃燒的規(guī)定。

發(fā)動機充量系數(shù)指單缸每循環(huán)吸入缸內(nèi)的新鮮空氣質(zhì)量與按進氣狀態(tài)計算得到的理論

充氣質(zhì)量的比值，該參數(shù)是決定發(fā)動機動力性能和進氣過程完善限度的極為重要的評估指

標(biāo)，是換氣過程的核心問題。

4-2畫出四沖程自然吸氣汽油機的低壓換氣過程p-V圖，標(biāo)出進、排氣相位角的位置。比

較大負荷與小負荷時的換氣損失，說明在膨脹損失、排氣損失以及進氣損失等方面的不同。

解：p-V圖如下圖所示。其中b'為EVO,d為IVO,r'為EVC,a'為IVC。實線為節(jié)氣

門全開(亦即大負荷工況)，虛線為節(jié)氣門部分啟動(亦即小負荷工況)。

膨脹損失：大負荷時膨脹損失較大。由于大負荷是缸內(nèi)溫度較高，傳熱損失較大。

排氣損失：從圖上可以看出，小負荷時排氣損失較大。由于大負荷時，自由排氣階段的

排氣量較大，從圖上也可以看出大負荷是排氣門啟動后，排氣壓力迅速減少到比小負荷時的

排氣壓力略小的水平，故排氣損失較小。

進氣損失：小負荷時進氣損失較大。由于小負荷時節(jié)氣門部分啟動，增長了進氣的泵

氣損失。

4-3自由排氣與強制排氣有何本質(zhì)差別？簡述超臨界、亞臨界和強制排氣三個階段中影

響排氣流量的重要因素?？梢圆捎媚男┐胧﹣硖岣吲艢饬髁浚?/p>

解:自由排氣和強制排氣的本質(zhì)差別在于，廢氣是在缸內(nèi)和大氣或渦輪機入口處的壓差作用

下自由流出，還是依靠活塞強制推出。

對于超臨界排氣，氣門口流速始終保持本地的音速,故影響排氣量的重要因素是氣門口

截面積。

對于亞臨界排氣，氣門口流速小于音速，但排氣速度仍然較高。此時影響排氣量的重

要因素是排氣流動阻力。

對于強制排氣，排氣壓力基本上等于排氣背壓。

為了提高排氣量，可以采用的措施涉及：

(1)加快排氣門啟動的速度，增長自由排氣階段的排氣量；

(2)減小排期流動損失，減少排氣背壓，增長強制排氣階段的排氣量。

4-4什么是氣門口壅塞現(xiàn)象？為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象?進、排氣門口的此種現(xiàn)象會對進、排

氣及發(fā)動機性能帶來什么影響？

解：按氣體動力學(xué)孔口流動規(guī)律，當(dāng)孔口上游滯止壓力不變時，在孔口流速達成音速后，無

論孔口下游的壓力降到多低，孔口的流量都保持不變。這就是氣流的壅塞現(xiàn)象。

進氣門口壅塞會導(dǎo)致發(fā)動機在提高轉(zhuǎn)速時進氣流量不會加大，發(fā)動機功率不僅不會加

大，反而因機械損失的增長而下降，轉(zhuǎn)速的提高將失去其提高功率的價值。

排氣門口壅塞會影響正常排氣，導(dǎo)致殘留廢氣系數(shù)過大，不利于燃燒的正常進行。

此外，進排氣門壅塞都會增長進排氣過程的換氣損失，影響發(fā)動機的經(jīng)濟性。

4-5進氣和排氣為什么要早開和晚關(guān)？4個相位角中，哪兩個角最重要？這兩個角對發(fā)

動機性能有何影響？氣門重疊的作用是什么？比較汽油機與柴油機、增壓發(fā)動機與自然吸

氣發(fā)動機氣門重疊角的大小，并說明導(dǎo)致差異的因素。

解:早開晚關(guān):進氣充足、排氣干凈。

進氣晚關(guān)角和排氣早開角被認為是最重要的兩個，這是由于進氣晚關(guān)角對進氣充量影

響最大，排氣早開角對換氣損失影響最大。

氣門重疊角:掃氣以減少缸內(nèi)的殘余廢氣系數(shù);減少發(fā)動機的熱負荷。

汽油機的氣門重疊角一般要比柴油機的小，這是由于若進氣門啟動過早，廢氣會倒入進氣

管，出現(xiàn)“回火”現(xiàn)象，且氣門重疊角過大時也許導(dǎo)致新鮮可燃充量直接排出排氣管。

增壓發(fā)動機的氣門疊開角一般會比非增壓發(fā)動機的大，這是由于增壓發(fā)動機進氣門外的

壓力高于排氣背壓，因而可以更好地實現(xiàn)燃燒室掃氣，達成增長新鮮進氣充量和減少燃燒室熱

負荷的目的。

4-6為什么進、排氣門啟動和關(guān)閉4個相位角都存在最佳值？為什么4個相位角的最佳值

都隨轉(zhuǎn)速上升而加大？請逐個從物理概念上定性加以說明。

解：(1)排氣早開角:排氣損失由提前啟動的自由排氣損失和排氣沖程的泵氣損失組成。

當(dāng)排氣早開角小時，自由排氣損失小而泵氣損失大;排氣早開角大時，自由排氣損失大而泵氣

損失小。故排氣早開角必然存在最佳值。

由于轉(zhuǎn)速對膨脹線影響不大，但是經(jīng)歷相同自由排氣時間所相應(yīng)的轉(zhuǎn)角必然是高轉(zhuǎn)速

時大，因此轉(zhuǎn)速上升時，排氣早開角的最佳值加大。

(2)排氣晚關(guān)角：排氣晚關(guān)角過小，排氣慣性運用局限性;排氣晚關(guān)角過大，因活塞下

行較多，導(dǎo)致廢氣倒流，排氣量也會減少。所以排氣晚關(guān)角也存在最佳值。

轉(zhuǎn)速上升時，經(jīng)歷相同的運用排氣慣性排氣的時間所相應(yīng)的轉(zhuǎn)角也會增大，因此轉(zhuǎn)速上

升時,排氣晚關(guān)角的最佳值加大