汽车发动机原理课后答案.docx

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汽车发动机原理课后答案

第一章

1简述发动机的实际工作循环过程。

答:

2画出四冲程发动机实际循环的示功图，它与理论示功图有什么不同？

说明指示功的概念和意义。

理论循环中假设工质比热容是定值，而实际气体随温度等因素影响会变大，而且实际循环中还存在泄露损失.换气损失燃烧损失等，这些损失的存在，会导致实际循环放热率低于理论循环。

指示功时指气缸内完成一个工作循环所得到的有用功Wi,指示功Wi反映了发动机气缸在一个工作循环中所获得的有用功的数量。

4什么是发动机的指示指标？

主要有哪些？

答：

以工质对活塞所作之功为计算基准的指标称为指示性能指标。

它主要有：

指示功和平均指示压力.指示功率.指示热效率和指示燃油消耗率。

5什么是发动机的有效指标？

主要有哪些？

答:

以曲轴输出功为计算基准的指标称为有效性能指标。

主要有：

1）发动机动力性指标，包括有效功和有效功率.有效转矩.平均有效压力.转速n和活塞平均速度；2）发动机经济性指标，包括有效热效率.有效燃油消耗率；3）发动机强化指标，包括升功率PL.比质量me。

强化系数PmeCm.

第二章

1为什么发动机进气门迟后关闭.排气门提前开启？

提前与迟后的角度与哪些因素有关/

答：

进气门迟后关闭是为了充分利用高速气流的动能，从而实现在下止点后继续充气，增加进气量。

排气门提前开启是由于配气机构惯性力的限制，若在活塞到下止点时才打开排气门，则在排气门开启的初期，开度极小，废弃不能通畅流出，缸内压力来不及下降，在活塞向上回行时形成较大的反压力，增加排气行程所消耗的功。

在发动机高速运转时，同样的自由排气时间所相当的曲轴转角增大，为使气缸内废气及时排出，应加大排气提前角。

2四冲程发动机换气过程包括哪几个阶段，这几个阶段时如何界定的？

答：

1）自由排气阶段：

从排气门打开到气缸压力接近于排气管内压力的这个时期。

强制排气阶段：

废气是由活塞上行强制推出的这个时期。

进气过程：

进气门开启到关闭这段时期。

气门重叠和燃烧室扫气：

由于排气门迟后关闭和进气门提前开启，所以进.排气门同时打开这段时期。

3影响充量系数的主要因素有哪些？

答：

1）进气门关闭时气缸内压力Pa'，其值愈高，фc值愈大。

进气门关闭时气缸内气体温度Ta'，其值愈高，фc愈低。

残余废气系数γ，其值增大会使фc下降。

进排气相位角：

合适的配气相位应使Pa'具有最大值。

压缩比：

压缩比εc增加，фc会有所增加。

近期状态：

其对фc影响不大。

4提高发动机工作转速，从换气方面会遇到哪些阻碍因素？

该如何克服？

答：

发动机转速提高，气体流速增大，?

Pa显著增加，（?

Pa=λ·ρν２／２），使迅速下降（Pa'=Ps－?

Pa），从而使充量系数фc下降。

同时，进气门进气阻力、排气门排气终了废气压力增大，降低了充量系数，增加了排气损失。

可适当加大进气门迟闭角，利用废气再循环系统，降低进排气系统的阻力，减少对进气充量的加热，合理选择进、排气相位角。

5什么是进气管动力效应？

怎样利用它来提高充量系数？

答：

进气管具有较长的长度时，由于管内气体具有相当惯性和可压缩性，所以在活塞变速运动以及进气过程间歇而又周期性的作用下，进气管内的气体压力、流速、密度、声速、温度等物理量做周期性的变动叫进气管动力效应。

利用：

如果进气管长度适当，使从膨胀波发出到压缩波回到气缸处所经过的时间，正好与进气门从开启到关闭所需的时间配合，即压缩波到达气缸时，进气门正好处于关闭前夕，则能把较高压力的空气关在气缸内，得到增压效果。

6什么叫进气马赫数？

它对充量系数有什么影响？

答：

进气马赫数M时进气门处气流平均速度Vm与该处声速α之比。

大量试验结果表明：

当M超过一定数值时，大约在0.5左右，充量系数фc便急剧下降。

第三章

2增压前后，发动机的性能参数时如何变化的？

增压后，可以提高进气密度，提高平均指示压力，而平均机械损失基本不变，即提高了内燃机的机械效率，同时，充量系数也增大，所以，有效功率和燃油经济性都得到提高。

3为什么增压后需要采用进气中冷技术？

答：

对增压器出口空气进行冷却，一方面可以进一步提高发动机进气管内空气密度，提高发动机的功率输出，另一方面可以降低发动机压缩始点的温度和整个循环的平均温度，从而降低发动机的排气温度、热负荷和NOx的排放。

5车用发动机采用增压时应注意哪些问题？

答：

1）适当降低压缩比，加大过量空气系数。

2）对供油系统进行结构改造，增加每循环供油率。

3）合理改进配齐相位。

4）进排气系统设计要与增压系统的要求一致。

5）对增压器出口空气进行冷却。

7汽油机增压的技术难点有哪些？

答：

限制汽油机增压的主要技术障碍时：

爆燃、混合气的控制、热负荷和增压器的特殊要求等。

第四章

1我国的汽油和轻柴油时分别根据哪个指标来确定牌号的？

答：

汽油根据辛烷值来确定牌号；轻柴油按凝点来确定牌号。

2蒸发性不好和太好的汽油，在使用中各有什么缺点和可能产生的问题？

答：

蒸发性过强的汽油在炎热夏季以及大气压力较低的高原和高山地区使用时，容易使发动机的供油系统产生“气阻”，甚至发生供油中断。

另外，在储存和运输过程中的蒸发损失也会增加；蒸发性若的汽油，难以形成良好的混合气，这样不仅会造成发动机启动困难，加速缓慢，而且未气化的悬浮油粒还会使发动机工作不稳定，油耗上升。

如果未燃尽的油粒附着在气缸壁上，还会破坏润滑油膜，甚至窜入曲轴箱稀释润滑油，从而使发动机润滑遭破坏，造成机件磨损增大。

3试述汽油辛烷值和柴油十六烷值的意义。

答：

辛烷值用来表示汽油的抗爆性，抗爆性时指汽油在发动机气缸内燃烧时抵抗爆燃的能力。

辛烷值是代表点燃式发动机燃料抗爆性的一个约定数值。

在规定条件下的标准发动机试验中通过和标准燃料进行比较来测定。

采用和被测定燃料具有相同的抗爆性的标准燃料中异辛烷的体积百分比来表示。

柴油十六烷值时用来评定柴油的自燃性。

将十六烷值规定为100的正十六烷和规定十六烷值为0的α-甲基萘按不同比列混合得出不同十六烷值的标准燃料，其十六烷值为该混合气中正十六烷的体积百分比。

如果某种柴油与某标准燃料的自燃性相同，则该标准燃料的十六烷值即为该柴油的十六烷值。

4什么是过量空气系数？

它与混合气浓度有什么关系？

答：

发动机工作过程中，燃烧1kg燃油实际共给的空气量与理论空气量之比，称为过量空气系数。

过量空气系数大于1称为稀混合气，等于1称为标准混合气，小于1称为浓混合气。

8发动机采用代用燃料的意义是什么？

答：

减缓石油消耗速度，改善发动机的动力性和燃油经济性，降低有害物质排放。

第五章

3什么时供油提前角和喷油提前角？

解释两者的关系以及他们对柴油机性能的影响。

答：

供油系统的理论供油始点到上止点为止，曲轴转过的角度叫供油提前角。

喷油器的针阀开始升起也就是喷油始点到上止点间曲轴转过的角度叫喷油提前角。

供油提前角的大小决定了喷油提前角，供油提前角越大，喷油提前角约到。

但两者并不同步增大，两者之差称为喷油延迟角。

性能的影响：

喷油延迟角限制了柴油发动机的转速，即发动机转速越高，高压油管越长，喷油延迟角越大，它越大，在着火期间喷入的油越多，低压油喷入气缸的量增多，燃油雾化变差，燃烧不充分，易产生积碳堵塞喷油孔的现象，降低柴油机的性能。

4什么是喷油嘴流通特性？

说明喷油嘴流通截面对喷油过程和柴油机性能的影响。

答：

喷孔流通截面积与针阀升程的关系称为喷油器的流通特性。

喷油嘴的流通截面积随针阀的上升而增大，其增大的速度与着火后期的喷油量有直接关系。

若初期的流通面积增长快，则着火后期喷油量增多，低压油喷入气缸的量增多，燃油雾化变差，燃烧不充分，易产生积碳堵塞喷油孔的现象，降低柴油机的性能。

5柴油机有哪些异常喷射现象和他们可能出现的工况？

简述二次喷射产生的原因和危害及消除方法。

答：

柴油机有二次喷射、断续喷射、不规则喷射、隔次喷射和滴油这几种异常喷射现象。

二次喷射易发生在高速、大负荷工况下；断续喷射常发生于某一瞬间喷油泵的供油量小于喷油器喷出的油量和填充针阀上升空出空间的油量之和。

不规则喷射和隔次喷射易发生在柴油机怠速工况下。

二次喷射是因为喷油系统内的压力高、变化快，喷油峰值压力高达100MP甚至200MP，而谷值压力由于出油阀减压容积中的作用接近零甚至真空，在压力波动影响下针阀落座后再次升起造成的。

由于二次喷射是在燃油压力较低的情况下喷射的，导致这部分燃油雾化不良，燃烧不完全，碳烟增多，并易引起喷孔积炭堵塞。

此外，二次喷射还使整个喷射持续时间拉长，则燃烧过程不能及时进行，造成经济性下降，零部件过热等不良后果。

为避免出现不正常喷射现象，应尽可能地缩短高压油管的长度，减小高压容积，以降低压力波动，减小其影响。

并合理选择喷射系统的参数。

6喷雾特性与雾化质量的指标和参数有哪些？

答：

油束射程L、喷雾锥角β、油束的最大宽度B、贯穿率。

油束的雾化质量一般时指油束中液滴的细度和均匀度。

评价喷雾粒径的指标有平均粒径、索特粒径和粒径分布。

8燃烧放热规律三要素是什么？

什么是柴油机合理的燃烧放热规律？

答：

一般将燃烧放热始点（相位）、放热持续期和放热率曲线的形状称为放热规律三要素。

合理的放热规律是：

燃烧要先缓后急。

在初期的燃烧放热要缓慢以降低NOx的排放，在中期要保持快速燃烧放热以提高动力性和经济性能，在后期要尽可能缩短燃烧以便降低烟度和颗粒的排放。

11柴油机燃烧过程优化的基本原则是什么？

答：

（1）油-气-燃烧室的最佳配合。

（2）控制着火落后其内混合气生成量。

（3）合理组织燃烧室内的涡流和湍流运动。

（4）紧凑的燃烧室形状。

（5）加强燃烧期间和燃烧后期的扰流。

（6）优化运转参数。

12什么是柴油机合理的喷油规律？

答：

喷射开始时段的喷油率不能太高，以便控制着火落后期内形成的可燃混合气量，降低初期放热率，防止工作粗暴。

在燃烧开始后，应有较高的喷油率以期缩短喷油持续期，加快燃烧速率，同时尽可能减少喷油系统中的燃油压力波动，以防止不正常喷射现象。

第六章

2爆燃燃烧产生的原因是什么？

它会带来什么不良后果？

答：

燃烧室边缘区域混合气也就是末端混合气燃烧前化学反应过于迅速，以至在火焰锋面到达之前即以低温多阶段方式开始自然，引发爆燃。

爆燃会给柴油机带来很多危害，发生爆燃时，最高燃烧压力和压力升高率都急剧增大，因而相关零部件所受应力大幅增加，机械负荷增大；爆燃时压力冲击波冲击缸壁破坏了油膜层，导致活塞、气缸、活塞环磨损加剧，爆燃时剧烈无序的放热还使气缸内温度明显升高，热负荷及散热损失增加，这种不正常燃烧还使动力性和经济性恶化。

3爆燃和早燃有什么区别？

答：

早然是指在火花塞点火之前，炽热表面点燃混合气的现象。

爆燃是指末端混合气在火焰锋面到达之前即以低温多阶段方式开始自然的现象。

早燃会诱发爆燃，爆燃又会让更多的炽热表面温度升高，促使更加剧烈的表面点火。

两者相互促进，危害更大。

另外，与爆燃不同的时，表面点火即早燃一般是在正常火焰烧到之前由炽热物点燃混合气所致，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震动而造成。

4爆燃的机理是什么？

如何避免发动机出现爆燃？

答：

爆燃着火方式类似于柴油机，同时在较大面积上多点着火，所以放热速率极快，局部区域的温度压力急剧增加，这种类似阶越的压力变化，形成燃烧室内往复传播的激波，猛烈撞击燃烧室壁面，使壁面产生振动，发出高频振音（即敲缸声）。

避免方法：

适当提高燃料的辛烷值；适当降低压缩比，控制末端混合气的压力和温度；调整燃烧室形状，缩短火焰前锋传播到末端混合气的时间，如提高火焰传播速度、缩短火焰传播距离。

5何谓汽油机表面点火？

防止表面点火有什么主要措施？

答：

在汽油机中，凡是不靠电火花点火而由燃烧室内炽热表面点燃混合气的现象，统称为表面点火。

防止措施：

1）适当降低压缩比。

2）选用沸点低的汽油和成焦性小的润滑油。

3）要避免长时间的低负荷运行和汽车频繁加减速行驶。

4）应用磷化合物为燃油添加剂使沉积物中的铅化物成为磷酸铅从而使碳的着火温度提高到560℃且氧化缓慢，放出热量少，从而减少表面点火的产生。

6何谓汽油机燃烧循环变动？

燃烧循环变动对汽油机性能有何影响？

如何减少燃烧循环变动？

答：

燃烧循环变动是点燃式发动机燃烧过程的一大特征，是指发动机以某一工况稳定运转时，这一循环和下一循环燃烧过程的进行情况不断变化，具体表现在压力曲线、火焰传播情况及发动机功率输出均不相同。

影响：

由于存在燃烧循环变动，对于每一循环，点火提前角和空燃比等参数都不可能调整到最佳，因而使发动机油耗上升、功率下降，性能指标得不到充分优化。

随着循环变动加剧，燃烧不正常甚至失火的循环次数逐渐增多，碳氢化合物等不完全燃烧产物增多，动力性、经济性下降。

同时，由于燃烧过程不稳定，也使振动和噪声增大，零部件寿命下降，当采用稀薄燃烧时，这种循环变动情况加剧。

减少措施：

1）尽可能使фa=0.8～1.0，此时的循环变动最小。

2）适当提高气流运动速度和湍流程度可改善混合气的均匀性，进而改善循环变动。

3）改善排气过程，降低残余废气系数γ。

4）避免发动机工作在低负荷、低转速工况下。

5）多点点火有利于减少循环变动。

6）提高点火能量，优化放电方式，采用大的火花塞间隙。

11在汽油机上燃烧均质稀混合气有什么优点？

它所面临的主要困难时什么？

目前解决的途径有哪些？

答：

优点：

混合气均匀，燃烧较完全。

对燃油共给及喷射系统没特别高的要求。

困难：

1为防止爆燃采用较低压缩比导致热效率较低。

2）浓混合气的比热容比低导致热效率低。

3）只能用进气管节流方式对混合气量进行调节即所谓量调节使得泵气损失较大。

4）在化学剂量比附近燃烧，导致有害排放特别是NOx排放较高。

5）用三元催化转换器的汽油机，它的过量空气系数фa必须控制在1左右，从而限制其性能进一步提高。

解决途径：

采用稀薄燃烧汽油机。

一类是非直喷式稀燃汽油机，包括均质稀燃和分层稀燃式汽油机，另一类是缸内直喷式稀燃汽油机。

13何谓稀燃、层燃系统？

稀燃、层燃对汽油机有何益处？

答：

稀燃系统就是均质预混合气燃烧，通过采用改进燃烧室、高湍流、高能点火等技术使汽油机的稳定燃烧界限超过α=17的系统；分层燃烧系统就是在α更大的情况下，均质混合气难以点燃，为了提高稀燃界限，通过不同的气流运动和供油方法，在火花塞附近形成具有良好着火条件的较浓的可燃混合气，而周边是较稀混合气和空气，分层燃烧低汽油机可稳定工作在α=20～25范围内。

好处：

使燃油消耗率降低，且提高排放性能。

14电控汽油喷射系统与化油器相比有何优点？

答：

1）可以对混合气空燃比进行精确控制，使发动机在任何公开下都处于最佳工作状态，特别是对过渡工况的动态控制，更是传统化油器式发动机无法做到的。

2）由于进气系统不需要喉管，减少进气阻力，加上不需要对进气管加热来促进燃油的蒸发，所以充气效率高。

3）由于进气温度低，使得爆燃燃烧得到有效控制，从而有可能采取较高的压缩比，这对发动机热效率的改善时显著的。

4）保证各缸混合比的均匀性问题比较容易解决，相对于发动机可以使用辛烷值低的燃料。

5）发动机冷起动性能和加速性能良好，过渡圆滑。

18汽油机电控系统常将什么作为其控制目标？

答：

喷油时刻和喷油量。

第七章

1研究发动机特性的意义时什么？

答：

发动机的特性是发动机性能的综合反映，在一定条件下，发动机性能指标或特性参数随各种可变因素的变化规律就是发动机的特性。

研究发动机的特性是为了分析发动机在不同工况下运行的动力性能指标、经济性能指标、排放指标以及反映工作过程进行的完善程度指标等。

2发动机的性能包括哪几方面？

如何评价发动机性能？

答：

发动机性能包括：

动力性能指标、经济性能指标和排放性能指标。

评价其性能需要对发动机的特性进行分析和研究。

用来表示发动机特性的曲线就是特性曲线，它是评价发动机的一种简单、直观、方便的形式，时分析和研究发动机的一种最基本的手段。

3发动机的负荷特性如何测取？

在测取过程中应该注意哪些内容？

答：

负荷特性是指当转速不变时，发动机的性能指标随负荷而变化的关系。

用曲线的形式表示，就是负荷特性曲线。

发动机的负荷特性曲线是在发动机试验台架上测取的。

测取前，将发动机冷却液温度、润滑油温度保持在最佳值；调节测功器负荷并改变循环供油量，使发动机的转速稳定在某一常数。

4试分析汽油机和柴油机负荷特性的特点。

答：

1）汽油机的燃油消耗率普遍较高，且在从空负荷向中小负荷段过渡时，燃油消耗率下降缓慢，仍维持在较高水平，燃油经济性明显较差。

2）汽油机排气温度普遍较高，且与负荷关系较小。

3）汽油机的燃油消耗量曲线弯度较大，而柴油机的燃油消耗量曲线在中、小负荷段的线性较好。

5根据实验条件的不同，发动机的外特性有几种形式？

答：

6对比分析汽油机和柴油机速度特性的特点；

答：

1）柴油机在各种负荷的速度特性下的转矩曲线都比较平坦。

汽油机的速度特性的转矩曲线的曲率半径较小，节气门开度越小，转矩峰值向低速移动，且随转速变化的斜率越大。

2）汽油机的有效功率外特性线的最大值点，一般在标定功率点；柴油机可以达到的最大值点的转速很高，而标定点要比其低很多。

3）柴油机的燃油消耗率曲线在各种负荷的速度特性下都比较平坦，仅在两端略有翘起，最经济区的转速范围很宽。

汽油机则不同，其油耗曲线的翘曲度随节气门开度减小而剧烈增大，相应最经济区的转速范围越来越窄。

7衡量发动机克服短期超载能力的指标有哪些？

汽油机、柴油机有什么区别？

答：

指标有：

转矩适应性系数KT,转矩储备系数μ，μ、KT值大表明随着转速的降低，Ttq增加较快，在不换挡时，爬坡能力和克服短期超载能力强。

汽油机的外特性比柴油机外特性的动力适应性好；因此，一般不需要改造外特性配备调速装置。

柴油机需要采用专门设计的调速器，在低于标定转速进行校正，使输出转矩增大；高于标定转速需要调速，避免超速。