內燃機學課后習題集答案解析

1、 2-4 平均有效壓力和升功率在作為評定發(fā)動機的動力性能方面有何區(qū)別？答平均有效壓力是一個假想不變的壓力，其作用在活塞頂上使活塞移動一個行程所做的功等于每循環(huán)所做的有效功，升功率是在標定的工況下，發(fā)動機每升氣缸工作容積所發(fā)出的有效功率。 區(qū)別：前者只反應輸出轉矩的大小，后者是從發(fā)動機有效功率的角度對其氣缸容積的利用率作出的總評價，它與 Pme 和 n 的乘積成正比。（Pl=Pme·n/30T）2-6提升途徑：1）采用增壓技術，2）合理組織燃燒過程，提高循環(huán)指示效率，3）改善換氣過程，提高氣缸的充量系數，4）提高發(fā)動機的轉速，5）提高燃機的機械效率，6)采用二沖程提高升功率，7）增加排

2、量 2-9 燃機的機械損失由哪些部分組成？詳細分析燃機機械損失的測定方法，其優(yōu)缺點及適用場合。答（1）機械損失組成：1 活塞與活塞環(huán)的摩擦損失。2 軸承與氣門機構的摩擦損失。3.驅動附屬機構的功率消耗。4 風阻損失。5 驅動掃氣泵及增壓器的損失。（2）機械損失的測定：1 示功圖法：由示功圖測出指示功率 Pi，從測功器和轉速計讀數中測出有效功率 Pe，從而求得 Pm,pm 及 m 的值。優(yōu)：在發(fā)動機真實工作情況下進行，理論上完全符合機械損失定義。缺：示功圖上活塞上止點位置不易正確確定，多缸發(fā)動機中各缸存在一定的不均勻性。應用：上止點位置能精確標定的場合。2 倒拖法：發(fā)動機以給定工況穩(wěn)定

3、運行到冷卻水，機油溫度達正常值時，切斷對發(fā)動機供油，將電力測功器轉換為電動機，以給定轉速倒拖發(fā)動機，并且維持冷卻水和機油溫度不變。這樣測得的倒拖功率即為發(fā)動機在該工況下的機械損失功率。缺點：1 倒拖工況與實際運行情況相比有差別 2 求出的摩擦功率中含有不該有的 Pp 這一項。3 在膨脹，壓縮行程中，p-v 圖上膨脹線與壓縮線不重合。4 上述因素導致測量值偏高。應用：汽油機機械損失的測定。3 滅缸法：在燃機給定工況下測出有效功率 Pe，然后逐個停止向某一缸供油或點火，并用減少制動力矩的辦法恢復其轉速。重新測定其有效功率。則各缸指示功率為（Pr）x=（Pe-Pe）x?？傊甘竟β?。Pi=(Pi)x。

4、然后可求出Pm 和 m.優(yōu)點：無須測示功圖，也無須電力測功器。缺點：要求燃燒不引起進排氣系統(tǒng)的異常變化。應用：只適用于多缸發(fā)動機，且對增壓機及汽油機不適用。4 油耗線法：將負荷特性實驗時獲得的燃油消耗率曲線延長并求出橫坐標的交點，就可得到 Pmm。優(yōu)點：無須電力測功器和燃燒分析儀。缺點：只是近似方法，低負荷附近才可靠。應用：除節(jié)氣門調節(jié)的汽油機和中高增壓的柴油機3-3.4試述汽油辛烷值和柴油十六烷值的意義。 答：辛烷值用來表示汽油的抗爆性，抗爆性時指汽油在發(fā)動機氣缸燃燒時抵抗爆燃的能力。辛烷值是代表點燃式發(fā)動機燃料抗爆性的一個約定數值。在規(guī)定條件下的標準發(fā)動機試驗過和標準燃料進行比較

5、來測定。采用和被測定燃料具有相同的抗爆性的標準燃料中異辛烷的體積百分比來表示。 柴油十六烷值時用來評定柴油的自燃性。將十六烷值規(guī)定為100的正十六烷和規(guī)定十六烷值為0的-甲基萘按不同比列混合得出不同十六烷值的標準燃料，其十六烷值為該混合氣中正十六烷的體積百分比。如果某種柴油與某標準燃料的自燃性相同，則該標準燃料的十六烷值即為該柴油的十六烷值。3-8 燃機的實際循環(huán)與理想循環(huán)相比，存在著哪些損失？試述各種損失形成原因。答：工質的影響；實際工質不是理想氣體，其中 CO2.水蒸氣等三原子氣體在燃燒過程中不斷增強，使工質比熱容增大，且隨溫度升高而增大，使氣體溫度下降，同時燃燒產物存在高溫分解

6、及在膨脹過程中復合放熱現象。傳熱損失：實際循環(huán)中，缸套壁面、活塞頂面以及氣缸蓋底面等與缸工質直接相接觸的表面，始終與工質發(fā)生著熱量交換，在壓縮初期，缸壁對工質加熱，但燃燒和膨脹期，工質大量向壁面?zhèn)鳠?。換氣損失：理論循環(huán)中不考慮氣體流動阻力損失實際循環(huán)中，在吸入新鮮充量及排出廢氣時有膨脹損失，活塞推出功損失和吸氣功損失。燃燒損失：燃燒速度的有限性使壓縮負功增加及最高壓力下降 另外還存在不完全燃燒損失。11.燃機實際循環(huán)與理論循環(huán)相比，存在哪些損失？  答： a) 工質造成的損失。 b) 工質與汽缸套、活塞、汽缸蓋等設備間的傳熱損失。&#

7、160;c) 泵氣損失。 d) 燃燒損失。 e) 漏氣損失。4-1 試分析燃機進、排氣門提前開啟和遲后關閉的原因。其數值的大小與哪些因素有關？答：排氣提前：排氣門提前開啟可以增大在膨脹行程下止點時的流通面積，使排氣順暢，減小排氣沖程的活塞推出功。排氣門遲后關閉可避免排氣流動截面積的過早減小而造成的排氣阻力增加，使活塞推出功和缸殘余廢氣增加，另外還可以利用排氣管氣體流動的慣性抽吸一部分廢氣，實現過后排氣。進氣門提前開啟可增大開始充量進氣時的進氣截面積，減小氣流阻力，增加進氣氣缸的新鮮充量。進氣門遲后關閉可利用氣流慣性實現向氣缸的過后充氣，增加缸充

8、量。汽油機排氣門提前角小些，柴油機大些，增壓柴油機更大。節(jié)氣門調節(jié)的燃機（點燃式）的進氣提前角較小，柴油機進氣提前角較大，增壓則更大。另外，轉速高的發(fā)動機有較大的氣門提前角及遲閉角。所以影響因素有：機型，是否增壓，轉速高低。4-2燃機換氣過程存在那些損失？增壓和自然吸氣發(fā)動機的泵氣功和泵氣損失各有什么特點？燃機換氣過程：（1）排氣門早開所造成的膨脹功損失（2）活塞強制排氣的排氣功損失（3）缸的怠壓造成的吸氣功損失。自然吸氣發(fā)動機：泵氣功為負功，泵氣損失在數值上等于它的泵氣功，泵氣功Wpw與泵氣損失Wp數值上相等，Wp=Wpw=（X+Y)Lp。增壓燃機：泵氣功大于0，泵氣功和泵氣損失不相等。 4

9、-3 試述影響充量系數的各個主要因素以及提高充量系數的技術措施。(1)影響充量系數的主要因素：進氣阻力損失，排氣阻力損失，高溫零件對進氣過程中新鮮充量的加熱，配氣正時及氣門升程規(guī)律的影響。(2)提高充量系數的技術措施：1.降低進氣系統(tǒng)的流動阻力。2.采用可變配氣系統(tǒng)技術（可變凸輪機構，可變氣門正時）。3.合理利用進氣諧振。4.降低排氣系統(tǒng)的流動阻力。5.減少對進氣充量的加熱。5-35-45-5 爆燃的機理是什么？如何避免發(fā)動機出現爆燃？答：機理：爆燃是終燃混合氣的快速自燃，在正?；鹧嫖吹竭_前，終燃混合氣部最宜著火部位出現火焰中心，這些火焰中心以很高的速率傳播火焰，迅速將終燃混合氣燃燒完畢，使得

10、壓力升高率 dp/dt 急劇波動，出現爆燃。防止發(fā)動機爆燃措施：1 推遲點火。2 合理設計燃燒室形狀及布置火花塞位置，縮短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x。3 終燃混合氣冷卻。4 增加流動，使火焰?zhèn)鞑ニ俣仍黾印? 利用燃燒室掃氣和冷卻作用。5-5爆燃的機理是什么？如何避免？發(fā)生爆燃原因是終燃混合氣的快速燃燒。措施：（1）推遲點火（2）縮短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x（3）終燃混合氣的冷卻（4）增加流動（5）燃燒室掃氣的冷卻可減輕爆燃5-7何謂汽油機燃燒循環(huán)變動？燃燒循環(huán)變動對汽油機性能有何影響？如何減少燃燒循環(huán)變動？  答：燃燒循環(huán)變動是點燃式發(fā)動機燃燒過程的一大特征，是指發(fā)動機以某一工況穩(wěn)定運轉時，這一循環(huán)

11、和下一循環(huán)燃燒過程的進行情況不斷變化，具體表現在壓力曲線、火焰?zhèn)鞑デ闆r及發(fā)動機功率輸出均不相同。 影響：由于存在燃燒循環(huán)變動，對于每一循環(huán)，點火提前角和空燃比等參數都不可能調整到最佳，因而使發(fā)動機油耗上升、功率下降，性能指標得不到充分優(yōu)化。隨著循環(huán)變動加劇，燃燒不正常甚至失火的循環(huán)次數逐漸增多，碳氫化合物等不完全燃燒產物增多，動力性、經濟性下降。同時，由于燃燒過程不穩(wěn)定，也使振動和噪聲增大，零部件壽命下降，當采用稀薄燃燒時，這種循環(huán)變動情況加劇。 減少措施：1）盡可能使a=0.81.0，此時的循環(huán)變動最小。2）適當提高氣流運動速度和湍流程度可改善混合氣的均勻性，進而改善循環(huán)

12、變動。3）改善排氣過程，降低殘余廢氣系數。4）避免發(fā)動機工作在低負荷、低轉速工況下。5)多點點火有利于減少循環(huán)變動。6）提高點火能量，優(yōu)化放電方式，采用大的火花塞間隙。5-11汽油機燃燒過程滯燃期的定義是什么？汽油機滯燃期影響因素有哪些？點火花跳火以后，混合氣并不馬上產生火焰，而是過一段時間后才產生火焰核心，這一段時間稱為滯燃期。因素：（1）本身分子結構和物理化學性能（2）開始點火時氣缸的壓力、溫度（3）過量空氣系數a （4）殘余廢氣量增加（5）氣缸混合運動加強（6）火花能量大ti縮短5-12分析柴油機燃燒過程的四個階段：（1）滯燃期，從噴油開始到壓力急劇升高時為止（2）急燃期，壓力急劇上升的

13、階段（3）緩燃期，從壓力急劇升高的終點到壓力開始下降點為止（4）后燃氣，緩燃期的終點到燃燒基本上燃燒完全為止5-13柴油機燃燒過程滯燃期定義是什么？柴油機滯燃期的影響因素有哪些？定義：從噴油開始到壓力急劇上升開始。正常運轉的情況下，壓縮溫度和壓力是影響滯燃期的主要因素，噴油提前角，轉速及燃料性質對滯燃期也有很大的影響。柴油機燃料供給與調節(jié)系統(tǒng)基本要求：（1能產生足夠高的噴射壓力，（2對柴油機的每一工況能精確及時的控制每循環(huán)噴入氣缸的燃油量（3在運轉整個工況圍，盡可能保持最佳噴油時刻，噴油持續(xù)期與理想噴油規(guī)律（4能保證柴油機安全，可靠地工作7-4簡述幾何供油規(guī)律和噴油規(guī)律的關系，并解釋兩者之間的

14、區(qū)別與聯系。 噴油規(guī)律由供油規(guī)律決定，但兩者之間存在明顯不同。噴油持續(xù)時間較供油持續(xù)長，最大噴油速率較大供油速率低，循環(huán)噴油量也低于循環(huán)供油量。2）供油規(guī)律是指供油速率隨凸輪軸轉角的變化關系；噴油規(guī)律是指噴油速率隨凸輪軸轉角的變化關系。7-57-6 以課本中圖 7-10 為例，給出凸輪供油預行程與有效行程的定義，并分別說明預行程和有效行程大小對噴油過程及柴油機性能的影響？  答： 供油預行程：從柱塞開始向上運動，柱塞的運動推擠燃油，燃油從進油孔被擠出，流回油管；直到進油孔被柱塞上端面擋住為止，這段時間沒有燃油噴出。這段升程稱為預行程。

15、 供油有效行程：進油孔被柱塞上端面擋住后，柱塞繼續(xù)上升，壓縮燃油，當壓力達到一定值后，燃油推開出油閥，噴出油泵；直到斜槽打開進油孔。這一行程稱為柱塞的有效行程。 柱塞總行程一定時，預行程越大有效行程越小，噴油越晚，泵油量越小，噴油量越少。這樣導致柴油機的動力性能下降，且排放受影響。7-10 說明壓燃式燃機有哪些異常噴射現象和它們可能出現的工況。簡述二次噴射產生的原因、造成的危害及 消除方法。答：（1)可能出現的工況：二次噴射：大負荷高速運轉的情況下；氣穴和穴蝕：小負荷；不穩(wěn)定噴射：低怠速工況 （2）二次噴射的原因：燃油在高壓的作用下的可壓縮性和壓力波在高壓油路中的傳播和反射

16、；危害：噴油持續(xù)期延長，霧化質量差，燃燒不完全且后燃嚴重，燃油消耗率及煙度增加，排溫升高，性能惡化，零件過熱，甚至產生噴孔積碳堵塞；消除措施：減少高壓油路的容積，適當增大噴孔直徑，適當增大出油閥彈簧剛度與開啟壓力，加大出油閥減壓容積，采用阻尼或者等壓式出油閥。8-4 點燃式與壓燃式燃機之間在 CO、HC 和 NOx 生成機理方面有何異同？（1）CO：點燃機主要是怠速加濃、加速加濃、加速加濃及全負荷時功率混合氣偏濃時生成較多 CO。壓燃機是由于混合氣混合不均，燃燒室中局部缺氧或 a 過大，燃燒室溫度過低而產生較多 CO。（2）HC：點燃機生成 HC 與壁面淬熄，狹隙效應，潤滑油膜的吸附和解吸，燃

17、燒室中沉積物有關。柴油機生成 HC 主要是噴柱的外圍形成過稀的混合氣，使燃料始終不能完全燃燒，另外，壓力室容積對排放影響較大。（3）NOx：都是高溫富氧下的產物，點燃機是在 a 從 0.9 增加時，氧分壓增大效應大于溫度下降效果而使 NOx 排放增大，在 a=1.1 時出現峰值，壓燃機是隨負荷增大時，平均空燃比 減小而溫度升高時，NOx 排放增加。點燃機中推遲點火與壓燃機中推遲噴油均可降低 NOx 排放。8-7柴油機碳煙排放與微粒排放之間有什么關系? 答： 柴油機的微粒（Particulate Matter，縮寫PM）。柴油機PM的組成取決于運轉工況，尤其是排氣溫

18、度。當排氣溫度超過約500攝氏度時，PM基本上是碳質微球的聚集體，一般稱為碳煙。當排氣溫度較低時，碳煙會吸附和凝聚多種有機物，稱為有機可溶成分。柴油機排氣中DS主要由柴油中含有的碳產生，其生成的條件是高溫和缺氧。由于柴油機混合氣成分不均勻，盡管總體是富氧燃燒，但局部缺氧還是會導致DS的生成。烴分子在高溫缺氧的條件下發(fā)生部分氧化和熱裂解，生成各種不飽和烴類，如乙烯、乙炔及其他較高階的同系物和多環(huán)芳烴。它們不斷脫氫，聚合成以碳為主的直徑 2nm 左右的碳煙晶核。氣相的烴和其他物質在這個晶核表面的凝聚，以及晶核相互碰撞發(fā)生聚集，使碳煙粒子增大，成為直徑2030的碳煙基元。最后，碳

19、煙基元經聚集作用堆積成粒度1微米以下的鏈狀或團絮狀的聚集物。8-8 柴油機的微粒與 NOx 排放之間存在什么矛盾？如何緩解此矛盾？答：（1）增壓的同時采取推遲噴油措施，增壓可降低 PM，推遲噴油又防止 NOx 排放增加。（2）優(yōu)化噴油規(guī)律，初期用低噴油速率以抑制 NOx 的生成，噴油中期急速噴油，加速擴散燃燒，防止 DS 大量生成。（3）用低排放噴油器，合理安裝噴油器，使每束油霧獲得相同的與空氣混合的條件，使燃料混合均勻，則 PM 和 NOx 均減少。（4）提高噴油壓力，改善噴霧質量，也可使燃料與空氣混合較好。（5）氣流組織與多氣門技術，使燃料與空氣混合更均勻。（6）適當提高壓縮比與推遲噴油相配合。9-3燃機的機械效率隨轉速和負荷如何變化?分析它對燃機使用特性的影響。  答： a) 負荷：當負荷增大時，平均有效壓力隨負荷提高而增大，機械效率上升較快。因此，機械效率隨負荷增大而提高。  b) 速度：當柴油機的轉速降低平均機械損失壓力將逐漸減小，而平均有效壓力雖也有變化，但其幅度小于平均機械損失壓力的變化。所以機械效率隨轉速下降而升高，隨轉速升高而降低。  汽油機按外特性運行時，平均機械損失壓力隨轉速提高而顯著增大，而平均指示壓力略有下降，機械效率將隨轉速提高而下降。