《发动机原理》复习题.doc

《发动机原理》复习题
1简述发动机实际循环向理论循环的简化条件。
答（1）假设工质是理想气体，其物理常数与标准状态下的空气物理常数相同。
（2）假设工质是在闭口系统中作封闭循环。
（3）假设工质的压缩及膨胀是绝热等熵过程。
（4）假设燃烧是外界无数个高温热源定容或定压向工质加热。工质的放热为定容放热。
2在初态相同、最高压力和温度相同、放热量相同的前提下，在发动机理想许混P-V图上比较混合、定容、定压加热循环的热效率。
答：

3说明提高压缩比能够提高发动机热效率和功率的原因。
答：因为提高了压缩比，所以可以提高循环平均吸热温度，降低循环平均放热温度，扩大循环温差，增大膨胀比。
4绘制四冲程汽油机和非增压柴油发动机理想循环和实际循环P-V图，并标明各项损失。
5试分析工质改变对发动机实际循环的影响。
答：理论循环中假设工质的比热容是定值，而实际空气的比热容是随着温度是上升而增大的，且燃烧后生成CO2、H2O等气体，这些多原子气体的比热容又大于空气，因之循环的最高温度降低。加之实际循环还存在泄漏，使工质数量减少，因此，由于实际工质的影响，实际循环热效率和指示功率小于理论循环的循环热效率和指示功率。
6何为指示指标？何为有效指标？
答：指示指标用来评定实际循环质量的好坏，它以工质在气缸内对活塞做功为基础。
发动机经济性和动力性指标是以曲轴对外输出的功率为基础，代表了发动机整机的性能，通常称之为有效指标。
7写出机械效率的定义式，并分析影响机械效率的因素。

答：
影响机械效率的因素：
1、转速ηm与n 似呈二次方关系，随n增大而迅速下降；
2、负荷 负荷¯时，发动机燃烧剧烈程度¯，平均指示压力¯；而由于转速不变，平均机械损失压力基本保持不变。则由 ，机械效率下降 当发动机怠速运转时 ，机械效率=0；
3、润滑油品质和冷却水温度 冷却水、润滑油温度通过润滑油粘度间接影响润滑效果
8试述机械损失的测定方法。
答：机械损失功率是通过对实际发动机实验来测定的。常用的测试方法有倒拖法、灭缸法和油耗线法。（1）倒拖法
步骤：1.让内燃机在给定工况下稳定运转，是冷却水和机油温度达到给定值；
2.切断燃油供应或停止点火，同时将电力测功器转换为电动机，以原给定速度倒拖内燃机空转，并尽可能使冷却水、机油温度保持不变。此方法规定优先采用，且不能用于增压发动机。
（2）灭缸法
此方法仅适用于多缸内燃机（非增压柴油机）
步骤：1.将内燃机调整到给定工矿稳定运转，测出其有效功率Pe。
2.停止向一个气缸供油（或点火)
3.同理，依次使各缸熄火，测得熄火后内燃机的有效功率Pe2，Pe3……，由此可得整机的指示功率为： Pi=Pi1+Pi2+…=iPe-[Pe(1)+Pe(2)+…]
（3）油耗线法：
保证内燃机转速不变，逐渐改变柴油机供油齿条的位置，测出每小时耗油量GT随负荷Pe变化的关系，绘制成曲线，称为负荷特性曲线，由此测得机械损失，此方法只是用于柴油机。

9试述过量空气系数、空燃比的定义。
答：燃烧1千克燃料实际提供的空气量L与理论上所需空气量L0之比，称为过量空气系数。
空燃比是燃烧时空气量与燃料的比值。
10试述燃料低热值和混合气热值的定义，柴油和汽油的低热值各为多少？
答：1千克燃料完全燃烧放出的热量，称为燃料的热值。水以蒸汽状态存在，水的汽化潜热不能利用，待温度降低以后，水的汽化潜热才能释放出来。因此，水凝结以后计入水的汽化潜热的热值，称为高热值，在高温下的称为低热值。汽油低热值：44000kj/kg，柴油低热值：42500kj/kg
1千克燃料形成可燃混合去所产生的热量就是混合气的热值。
11简述汽油机和柴油机的着火和燃烧方式的异同。
答：汽油机：
分两个阶段:火焰核心的形成和火焰的传播。气着火浓度范围为：（阿尔法）α=0.5～1.3，火花塞跳火之后，靠火花塞提供能量，不仅是局部混合气温度进一步升高，而且引起火花塞附近的混合气电离，形成火化中心，促使支链反应加速，形成火焰核心。火焰核心形成之后，燃烧过程实质上就是火焰在预混气体中传播过程。
柴油机：
依靠喷射的方法，将燃油直接是喷入压缩升温后的工质，在缸内形成可燃性气体，依靠压缩后的高温自燃点火，柴油机的燃烧属于喷雾双相燃烧，也有微油滴群的油滴扩散燃烧。
12已知：某汽油机的气缸数目i = 6，冲程数t = 4，气缸直径D = 100 [mm]，冲程S = 115 [mm]，转速n = 3000 [r/min]，有效功率Ne = 100 [kW]，每小时耗油量Gt = 37 [kg/h]，燃料低热值hu = 44100 [kJ/kg]，机械效率hm = 0.83。求：平均有效压力，有效扭矩，有效燃料消耗率，有效热效率，升功率，机械损失功率，平均机械损失压力，指示功率，平均指示压力，指示燃料消耗率，指示热效率。
解：平均有效压力：Pe=30Ne*t/（Vn*i*10-3）=738kPa
有效扭矩： Me=9550*Ne*103/n=318.4N·m
有效燃油消耗率：ge=GT/Ne*103=370 g/（KN·h）
有效热效率：ηe=We/Q1=Wi*hm/Q1=3.6/（ge*hu）*106=0.22
升功率：P1=Ne/(Vn*i)=pe*n/（30t）*10-3=18.45Kw/L
机械损失功率Pm=Ni—Ne，hm=Ne/Ni Pm=20.48Kw
平均机械损失压力pm=pi—pe=151.2kPa
指示功率：Pi=Ne/hm=120.48Kw
平均指示压力：pi=30tPi/(Vn*i*n)*103=889.14kPa
指示燃油消耗率：gi=GT/Pi*103=307.1g/(KN·h)
指示热效率：ηi=3.6/（gi*hu）*106=0.27

13：发动机的代用燃料有哪些。
答：发动机的代用燃料有醇类燃料、人造汽油、氢燃料、煤浆燃料、植物油等等。
14 简述排气过程划分方法。
答：一般将换气过程分作自由排气、强制排气、进气和气门叠开四个阶段。
15非增压发动机和增压发动机的气阀叠开角有何不同，为什么？
答：非增压发动机中，叠开角一般为20度～80度
增压发动机中，叠开角可达到80度～160度曲轴转角。
因为增压发动机进气压高，所以可以有较大的叠开角。
16什么是充气效率？怎样确定一台发动机的充气效率？
答：充气效率是实际进入气缸的新鲜工质量与进气状态下充满气缸工作容积的新鲜工质量的比值。实际发动机的充气效率可以直接测定，用流量计测出发动机每小时实际充其量，理论充气量V=Vs/1000*i*n/2*60算出。
17试根据充气效率的分析式，说明提高充气效率的措施。
答：进气终了压力Pa，增大Pa，可以提高充气效率。
在条件允许的条件下，降低进气终了温度Ta
减少排气终了时气缸内废气残留量。
合适的配气定时
提高压缩比。
18试述转速和负荷是如何影响充气效率的，汽油机和柴油机有何不同？
答：当节气门开度一定的时候，转速增加则进气终了压力Pa下降。
当节气门开度逐渐减小时，Pa不仅下降，且Pa随转速的增加而下降的愈快。
Pa随转速和负荷的变化，决定了充气效率的变化。
19如何选择高速发动机和低速发动机的进气管长度？
答：压力波动次数q一定，管长与转速成反比，即高速发动机所需进气管短，低速发动机所需进气管长。
20进气惯性效应和波动效应有何不同？
答：如果进气管长度合适，那么进气管的惯性效应提高了进气门处的进气压力，达到增压效果。它是以稳压室为波节的压力波。
进气管的波动效应如果正压波与下一循环的进气过程重合，就能使进气终了压力升高，因而提高充气效率；如果是负压波与下一循环的进气过程重合，则气门关闭时压力会下降，充气效率降低。波动效应是由稳压室至开口端为波节的。
21如何减小进气系统的阻力。
答：保证气门的时面值，它表示了气门的通过能力。
在惯性力允许的条件下使气门开闭尽可能快，从而增大时面值，提高通过能力。
改善气门处流体动力性能如气门头部到杆身的过渡形状，气门和气门座的锐边等等。
进气道和进气管必须保证足够的流通面积，避免转弯及截面突变，改善管道表面的光洁程度，以减小阻力。
在保证滤清效果的前提下，减小阻力。
22汽油机为什么要进行满负荷加浓和怠速加浓？
答：当发动机在满负荷运行时，需要另外设置功率加浓系统，提供浓的功率混合气，以获得最大功率，这种将主供油系与加浓系分开，必要时予以加浓的做法，相对来说，起到了确保在部分负荷时节省油料的作用。
发动机在怠速运行时，节气门开度很小，设置在真空度很大的节气门之后的怠速油孔，可以保证在怠速和小负荷时获得所需浓混合气。
在主油系上设置满负荷加浓和怠速加浓，化油器便可按照理想特性在稳定工矿下工作。
23阐述并对比汽油机和柴油机的燃烧过程。
答：汽油机，按其压力变化的特点，认为的将其燃烧过程分为三个阶段：
（1） 着火延迟期 从火花塞点火至气缸压力明显脱离压缩线而急剧上升时的时间或曲轴转角。
（2） 明显燃烧期 从形成火焰中心到火焰传遍整个燃烧室，示功图上常指压力达到最高点止。
（3） 后燃期 明显燃烧期后的燃烧
柴油机燃烧过程人为的分为四个阶段，即着火延迟期，速燃期、缓燃期、和补燃期。
（1） 着火延迟期 从燃油开始喷入燃烧室内至由于开始燃烧而引起压力升高使压力脱离压缩线开始急剧上升。
（2） 速燃期 从压力脱离压缩线开始急剧上升到达到最大压力点。
（3） 缓燃期 从最大压力点至最高温度点。
（4） 补燃期 从最高温度点至燃油基本燃烧完。
24什么是爆震燃烧？引起爆震燃烧的根本原因是什么？
答：爆震是燃烧室中末端混合气在火焰前锋面到达之前发生的自燃，在燃烧室中产生多个火焰中心，引发爆炸式燃烧反应。
造成爆震最主要有以下几点原因：
一、燃料品质
二、末端混合气的压力和温度
三、火焰前锋传到末端混合气的时间
四、表面点火
25简述使用因素对汽油机爆震燃烧的影响。
答：混合气浓度 当过量空气系数在0.8～0.9时，由于燃烧温度最高，火焰传播速度最快，爆燃倾向增大
点火提前角 点火角过大，则大部分混合气在压缩过程中燃烧，活塞所消耗的压缩功增 加，且最高压力升高，末端混合气燃烧前温度升高，爆燃倾向增大。
转速 转速增大时，火焰传播速度增大，爆燃倾向减小。
负荷减小时，气缸的温度、压力降低，爆燃倾向减小。
大气状况 大气压力低，气缸充气量减少，混合气变浓，另外压缩压力低，着火延迟期长和火焰速度慢，则经济性和动力性下降，但爆燃倾向减小。
26什么是表面点火？如何产生？危害最大的表面点火是什么？
答：在汽油机中，凡是不靠火花塞点火，而由燃烧室内炽热表面点燃混合气的现象，统称表面点火。
凡是能促使燃烧室温度和压力升高以促使积炭等炽热点形成的一切条件都能促成表面点火。
早燃是危害最大的表面点火。
27怠速混合气，功率混合气，经济混合气的过量空气系数和空燃比的值各为多少？
答：功率混合气：过量空气系数等于0.85～0.95
经济混合气：过量空气系数等于1.03～1.1
28什么是分层燃烧？它对汽油机的性能有何影响？
答：在火花塞附近的区域内，供给适宜点火的浓混合气，在其他区域供给稀薄混合气，由外源点燃的燃烧方式为分层燃烧。
（1） 分层燃烧，低负荷时不需要使用过浓的混合气， 从而改善了低速时的经济型并减少了CO及HC的排放。
（2） 如果用缸内喷射，可使满负荷时混合气的自然可能性小，因为可以提高压缩比。
（3） 对燃料要求可以降低。
29我国的汽油和柴油是根据哪个指标来标号的？常用的标号有哪些？
答：汽油用辛烷值来标号，常用的有90、93、97.
柴油按凝结点不同标号，常用的有10、0、-10、-20、-25.
30汽油机与柴油机相比，在燃烧过程的划分、着火方式、着火延迟期的影响、混合气的形成、机械负荷和热负荷、压缩比、组织缸内气流运动的目的以及燃烧过程的主要问题方面，各有什么不同？

汽油机
柴油机
燃烧过程的划分
滞燃期-急燃期-补燃期
滞燃期-速燃期-缓燃期-补燃期
着火方式
点燃式
压燃式
着火延迟期影响
着火延迟期长燃烧充分剧烈
着火延迟期长，工作粗暴
混合气的形成
汽缸外部形成
汽缸内形成
机械热负荷
中等
大
压缩比
小
大
组织气流运动
加快燃烧速度
加速混合
燃烧过程中的主要问题
1、 点火提前角增大爆震增大
2、 负荷增大，爆震减小
3、 大气压力下降，经济性，动力性下降
喷油提前角升高，放热多，工作粗暴

31简述柴油机混合气形成的两个基本方式和特点。
答：1、空间雾化混合 特点：（1） 对燃料喷雾要求高 （采用多孔喷嘴） ，经济性好。（2）对空气运动要求不高，（3） 初期空间分布燃料多 ，工作粗暴
2、油膜蒸发混合 特点：（1）对燃料喷雾要求不高 ，（2）放热先缓后急 ，工作柔和，噪声小 ，（3）低速性能不好，冷起动困难。
32简述喷油规律对发动机性能的影响。
答
33影响挤气涡流的主要因素是什么？
答： 挤气面积与挤气间隙。
34简述着火延迟期对柴油机性能的影响。
答：1、对平均有效压力和功率的影响：最佳着火延迟期Tiop，小于其时，找回延迟期过短，最高燃烧压力在上止点前过早出现，使压缩过程中消耗的负功过大，散热损失增加，Pe下降；大于时，峰值在上止点后过迟出现，燃烧过程推迟，热效率降低，Pe下降。
2、对燃油消耗的影响：U形
3、对烟度和排气温度的影响：过短，预混合燃烧阶段烧掉的燃料量减少，而扩散燃烧阶段燃烧的燃油量增多，后燃增加，烟度升高。对排气温度呈—/状，（上升）。

35什么是燃烧过程的三要素？
答：燃烧起点，燃烧放热规律曲线的形状，燃烧持续时间。
36如何选定最佳供油提前角？它对柴油发动机的动力性、经济性、以及排污和噪声有何影响？
答 为了兼顾降低NOX的排放量和燃烧噪声的需要，一般调节供油提前角略小于最佳的供油提前角。
在不同转速和负荷下，最佳的供油提前角也不同。当转速增加时，由于喷油延迟角增大以及燃烧过程所占的曲轴转角可能增大，为保证燃油在上止点附近及时燃烧，需要适当加大供油提前角。
37什么是喷油泵的速度特性？是否适于车用？如何校正？
答：喷油泵油量控制机构固定，循环供油量随喷油泵转速变化的关系曲线为喷油泵的速度特性。
喷油泵固有的速度特性并不理想，特别对于车用柴油机。
校正方法：正校正：为使柴油机满足汽车扭矩要求，应使供油量随转速下降而增加1）出油阀校正：可变减压容积和可变减压作用2）调速器校正 负校正：为防止柴油机在低速大负荷时冒烟，应使低速时供油量随转速下降而有一定的减少。通过校正可以得到较理想的喷油泵速度特性.
38简述柴油机的不正常喷射现象。
答：不正常喷射现象主要包括二次喷射、滴油现象、断续喷射、不规则喷射和隔次喷射。

a、二次喷射
喷油器针阀落座以后，在压力波动的影响下再次升起喷油的现象。由于二次喷射是在燃油压力较低的情况下喷射的，燃油雾化不良，燃烧不完全，碳烟增多、引起喷孔积炭堵塞。二次喷射使喷射待续时间拉长，使燃烧过程不能及时进行，经济性下降，零部件过热。发生在高速、大负荷工况。
b、滴油现象
在喷油器针阀密封正常的情况下，喷射终了时由于系统内的压力下降过慢使针阀不能迅速落座，出现仍有燃油流出的现象。这种在喷射终了时流出的燃油速度及压力极低，难以雾化，易生成积炭并使喷孔堵塞。
c、断续喷射
由于在某一瞬间喷油泵的供油量小于从喷油器喷出的油量和填充针阀上升空出空间的油量之和，造成针阀在喷射过程中周期性跳动的现象。这时喷油泵端压力及针阀的运动方向不断变化，易导致针阀副的过度磨损。
d、不规则喷射和隔次喷射
供油量过小时，循环喷油量不断变动甚至出现有的循环不喷油的现象。
不规则喷射和隔次喷射易发生在柴油机怠速工况下，造成怠速运转不稳定、工作粗暴限制了柴油机的最低稳定转速。
39简述柴油机燃烧室的分类及适用范围。
答：分隔式燃烧室的结构特点是除位于活塞顶部的主燃烧室外，还有位于缸盖内的副燃烧室 两者之间有通道相连。燃油不直接喷入主燃烧室内，而是喷入副燃烧室内。
分类：分隔式燃烧室包括：a、涡流室燃烧室； b、预燃室燃烧室
直喷式燃烧室 分类：直喷式燃烧室可根据活塞顶部凹坑的深浅分为半开式燃烧室和开式燃烧室两类。
分隔式燃烧室----主要用于高速柴油机
直喷式燃烧室----适用于缸径大于100mm，转速大于3000r/min的柴油机。
40为什么分隔式燃烧室的散热损失比直喷式的大？
答：分隔式燃烧室柴油机的燃烧室结构较为复杂，表面积与体积之比较大，加上强烈的空气运动的影响，使散热损失较大，通道节流作用引起的流动损失也较大。
41发动机排放的污染物主要有那些成分？汽油机与柴油机相比，哪种污染物的排放更多点？
答：主要有一氧化碳，氮氧化物，碳氢化合物，微粒，硫化物等。
汽油机的CO 和HC的排放比柴油机多，柴油机的微粒比汽油机多。两者的NOx 的排放差不多。
42发动机的有关噪声源有哪些？
答：发动机的噪声主要有气体动力噪声、机械噪声、和燃烧噪声三部分组成。
气体动力噪声是指由于进、排气系统及冷却风扇工作时气流压力脉动而产生的噪声。
机械噪声主要是由曲轴连杆活塞机构、配气机构、齿轮系、喷油泵及其他附属机构等部分的高速运动并与其邻零件发生频繁的机械撞击，激励机构震动产生的噪声。
燃烧噪声：主要好似因为迅速燃烧引起的燃烧室内压力急剧变化所致。
43柴油机在什么工况下冒黑烟？什么工况下冒蓝、白烟？蓝、白烟的成分有无差异？
答：黑烟主要在柴油机大负荷和加速时产生，主要因为燃烧室内缺氧，燃烧不充分而产生的。
　　白烟与蓝烟是柴油机冷起动后怠速或低负荷下暖机过程中产生，由于燃烧室内工质温度低，燃油不能完全蒸发燃烧，未燃烧或部分氧化的燃油以液态微粒的形式随废气排出，冷凝形成白烟与蓝烟，白烟与蓝烟主要区别是白烟的微粒直径较大。
44试述发动机速度特性（包括外特性）和负荷特性的定义。
答：发动机性能指标随转速变化的关系称为速度特性。外特性指发动机机油门全开且不变时，其性能指标随转速而变化的关系。负荷特性是指内燃机转速不变时其经济性指标随负荷而变化的关系。
45在外特性中，为什么柴油机的扭矩Ttq曲线比汽油机的平坦些？这对实际使用有什么影响？
答：
46试述扭矩储备系数和适应性系数的定义。
答：扭矩储备系数u：外特性曲线上最大扭矩值与标定工况时扭矩的差与标定工况扭矩之比。
适应性系数K：发动机的外特性曲线上最大扭矩Ttqmax与标定工况下的扭矩Ttq之比值。
49试述车用柴油机装调速器的必要性。
答：为了怠速稳定和高速不飞车，在柴油机上必须装置调速器，调速器可以根据外界负荷的变化，通过转速感应元件，自动调节喷油泵供油量，使柴油机转速保持在极小的稳定转速范围内。
50简述柴油机安装调速器后能抑制飞车的机理。
答：调速器可以根据外界负荷的变化，通过转速感应元件，自动调节喷油泵供油量，使柴油机转速保持在极小的稳定转速范围内。
51画出全程式调速器的调速特性曲线，标明和解释各参数，并简述全程式调速器的工作原理。
答：
52试述稳定调速率、瞬时调速率和调速器不灵敏度的定义。
答：瞬时调速率：它是评价调速器过度过程的指标，柴油机在标定工况下运转，然后突卸全部负荷，转速瞬时到达n2，再经过数次波动后，稳定在n3进行运转，则瞬时调速率
δ1=（n2-n1）/nh
N2-—突卸负荷后的最大瞬时转速(r/min)；
N1—突卸负荷前柴油机转速，(r/min)；
Nh—柴油机的标定转速(r/min)；
稳定调速率：　调速器的稳态调速率是指当操纵手柄在标定供油位置不变时，空车稳定转速与全负荷稳定转速之差同标定转速比值百分数，可用公式表示为：
δrt=(n1-n3)100%/ne
其中：δrt用来衡量调速器的准确性，是调速器的静态特征，其数值小，表示调速器的准确性愈好。
灵敏度：调速器工作时，两个起作用的极限转速之差与发动机平均转速Nm之比称为不灵敏度，即：e=(n2-n1)/Nm
式中：n1-----当发动机负荷增大时调速器开始起作用时的转速(r／min)；
n2-----当发动机负荷减小时调速器开始起作用时的转速(r／min)；
Nm-----发动机的平均转速(r／min)。
53热传递有几种形式？
答：有热传导，热对流，热辐射。
54定容比热容，定压比热容及绝热指数的关系。
答：绝热指数=定压比热容/定容比热容
55废气在循环的目的是什么？
答：通过废气再循环降低了燃烧过程中的工质温度，从而有效地控制了NOX的生成，降低了NOX的排放量。