內燃機學課后習題答案

1、2-4平均有效壓力與升功率在作為評定發(fā)動機得動力性能方面有何區(qū)別?答平均有效壓力就是一個假想不變得壓力，其作用在活塞頂上使活塞移動一個行 程所做得功等于每循環(huán)所做得有效功，升功率就是在標定得工況下，發(fā)動機每升 氣缸工作容積所發(fā)出得有效功率。區(qū)別:前者只反應輸出轉矩得大小，后者就是從發(fā)動機有效功率得角度對其氣缸容積得利用率作出得總評價,它與Pme與n得乘積成正比。(Pl=Pme n/30T)2-66、試推導由吸入的空氣量來計算平均有效壓力的解析式及升功率的解析式，并 分析提高發(fā)動機升功率的途徑.答：己知充量系數(shù)，過量空氣系數(shù)玄=3，所以每循環(huán)供油量其中P $為避,管狀態(tài)下的空氣密度)而 Puii

2、其中:所以心=”嗎#三(Hu(J,kg)是燃料低熱值.p版w?)如單位是(Pa) 中4二小身將a二含代入，R單位為K, 4287JgK)捐夕族28件 %T PM 1 小 Hu 1Pl =/用P量3Or30般r "卜因為燃料(HJQ的比值變化不大，所以H=£總也入科3 “ r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，提高氣缸得充量系數(shù),4)提高發(fā)動機得轉速,5)提高內燃機得機械 效率,6)采用二沖程提高升功率，7)增加排量2-9內燃機得機械損失由哪些部分組成？詳細分析內燃機機械損失得測定方法 其優(yōu)缺點及適用場合。答(1)機械損失組成

3、:1活塞與活塞環(huán)得摩擦損失。2軸承與氣門機構得摩擦損 失。3、驅動附屬機構得功率消耗。4風阻損失。5驅動掃氣泵及增壓器得損 失。(2)機械損失得測定:1示功圖法：由示功圖測出指示功率Pi,從測功器與轉速計 讀數(shù)中測出有效功率Pe,從而求得Pm,pm及4m得值。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得不均勻性。應用：上止點位置能精確標 定得場合。2倒拖法:發(fā)動機以給定工況穩(wěn)定運行到冷卻水，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 與機油溫度不變。

4、這樣測得得倒拖功率即為發(fā)動機在該工況下得機械損失功 率。缺點：1倒拖工況與實際運行情況相比有差別 2求出得摩擦功率中含有不 該有得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：汽油機機械損失得測定。3滅缸法：在內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，并用減少制動力矩得辦法恢復其轉速。重新測定其有效功率。則各缸指示 功率為(Pr)x=(Pe-Pe)x。總指示功率。Pi=E(Pi)x。然后可求出Pm與 4m 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)得異 常變化。應用：只適用于多缸發(fā)動機，

5、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得燃油消耗率曲線延長并求出橫坐標得交點 就可得到Pmm優(yōu)點：無須電力測功器與燃燒分析儀。缺點：只就是近似方法，低 負荷附近才可靠。應用：除節(jié)氣門調節(jié)得汽油機與中高增壓得柴油機3-3、4試述汽油辛烷值與柴油十六烷值得意義。答:辛烷值用來表示汽油得抗爆性，抗爆性時指汽油在發(fā)動機氣缸內燃燒時抵抗爆燃得能力。辛烷值就是代 表點燃式發(fā)動機燃料抗爆性得一個約定數(shù)值。在規(guī)定條件下得標準發(fā)動機試驗 中通過與標準燃料進行比較來測定。采用與被測定燃料具有相同得抗爆性得標 準燃料中異辛烷得體積百分比來表示。柴油十六烷值時用來評定柴油得自燃性。將十六烷值規(guī)定為

6、100得正十六烷與規(guī)定十六烷值為0得a -甲基蔡按不同比列混合得出不同十六烷值得標準燃料 ， 其十六烷值為該混合氣中正十六烷得體積百分比。如果某種柴油與某標準燃料 得自燃性相同，則該標準燃料得十六烷值即為該柴油得十六烷俏。3-8內燃機得實際循環(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:工質得影響；實際工質不就是理想氣體，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(chǎn)物存在高溫分解及在膨脹過程中復合放熱現(xiàn)象。傳熱損失：實際循環(huán)中,缸套內壁面、活塞頂面以及氣缸蓋底面等與缸內工質直接相接觸得表面，始終與工質發(fā)

7、生著熱量交換，在壓縮初期，缸壁對工質加熱，但燃燒與膨脹期，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，活塞推出功損失與吸氣功損失。燃燒 損失：燃燒速度得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、內燃機實際循環(huán)與理論循環(huán)相比，存在哪些損失?答：a）工質造成得損失。b）工質與汽缸套、活塞、汽缸蓋等設備問得傳熱損失。c）泵氣損失。d）燃燒損失。e）漏氣損失。4-1試分析內燃機進、排氣門提前開啟與遲后關閉得原因。其數(shù)值得大小與哪 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得流通面積

8、，使排氣 順暢，減小排氣沖程得活塞推出功。排氣門遲后關閉可避免排氣流動截面積得過 早減小而造成得排氣阻力增加，使活塞推出功與缸內殘余廢氣增加，另外還可以 利用排氣管內氣體流動得慣性抽吸一部分廢氣，實現(xiàn)過后排氣。進氣門提前開啟 可增大開始充量進氣時得進氣截面積，減小氣流阻力，增加進氣氣缸得新鮮充 量。進氣門遲后關閉可利用氣流慣性實現(xiàn)向氣缸得過后充氣 ，增加缸內充量。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)得內燃機（點 燃式）得進氣提前角較小，柴油機進氣提前角較大，增壓則更大。另外，轉速高得 發(fā)動機有較大得氣門提前角及遲閉角。所以影響因素有：機型，就是否增壓，轉速高低。4-

9、2內燃機換氣過程存在那些損失？增壓與自然吸氣發(fā)動機得泵氣功與泵氣損失 各有什么特點？內燃機換氣過程：（1）排氣門早開所造成得膨脹功損失（2）活塞強制排氣得排氣功 損失（3）缸內得怠壓造成得吸氣功損失。自然吸氣發(fā)動機：泵氣功為負功，泵氣損 失在數(shù)值上等于它得泵氣功，泵氣功WpHf泵氣損失Wp®C值上相 等,Wp=Wpw=（X+Y）Lp增壓內燃機：泵氣功大于0,泵氣功與泵氣損失不相等。4-3試述影響充量系數(shù)得各個主要因素以及提高充量系數(shù)得技術措施。（1）影響充量系數(shù)得主要因素：進氣阻力損失，排氣阻力損失，高溫零件對進氣過 程中新鮮充量得加熱，配氣正時及氣門升程規(guī)律得影響。（2）提高充量系

10、數(shù)得技 術措施：1、降低進氣系統(tǒng)得流動阻力。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)得流動阻力。5、 減少對進氣充量得加熱。5-3一、口說明汽油機燃燒過程著階段的主要特點*以及對它們的要求”若火延遲期：火花塞放電時,局部溫度達30加匕使出極 附近的泡含氣迅速點燃.形成火焰中心，火焰向四周傳播 氣缸長力脫圈壓翻線開始急劇上升.要求.若火延遲期盡 量縮短并保持穩(wěn)定.明顯燃燒期：形成火焰中心后，火焰向四周傳播.形成一 .個近似球面的火焰層，火館中心開始層與向四用未燃混合氣傳播，直到連續(xù)不斷的火焰前停打過整個愿燒空：要求！一般明顯物燒期展2O4T

11、曲軸轉角，燃燒最高長力出現(xiàn)在上止點后12”5曲軸轉ftbAp/力=0. 175七,25MPa/C )為宜。后想期，主要有火焰前停和未燃燒的燃料再燃燒，附怫在未燃混合氣層的部分燃燒及高溫部分分解的燃燒產(chǎn)物重新軟化，要求：這種燃燒遠離上止點,應盡可能短，5-433 .分析過量空氣系數(shù)和點火提前的對燃燒過程的影響影響空燃比.產(chǎn)生兩個效應，一個是經(jīng)濟燃疑，就是耗軸少，但是動力性低，還有就是故障 上的啟動困浦.點火過早,會造成爆18活塞上行受阻，效率降低，熱負荷，機械負荷.糜 聲和點動加劇，這是應該防止的，點火過遲.發(fā)動機無力，功效率低，油新人，發(fā)動機無力5-5爆燃得機理就是什么？如何避免發(fā)動機出現(xiàn)爆燃

12、？答:機理：爆燃就是終燃混合氣得快速自燃，在正?；鹧嫖吹竭_前，終燃混合氣內 部最宜著火部位出現(xiàn)火焰中心，這些火焰中心以很高得速率傳播火焰，迅速將終 燃混合氣燃燒完畢，使得壓力升高率dp/dt急劇波動，出現(xiàn)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?距離。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 氣與冷卻作用。5-5爆燃得機理就是什么？如何避免？發(fā)生爆燃原因就是終燃混合氣得快速燃燒。措施 :(1)推遲點火(2)縮短火焰?zhèn)鞑?距離(3)終燃混合氣得冷卻(4)增加流動(5)燃燒室掃氣得冷卻可減輕爆燃5-7何謂汽油機燃燒循環(huán)變動？

13、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)變動就是點燃式發(fā)動機燃燒過程得一大特征 ，就是指發(fā)動機以某一 工況穩(wěn)定運轉時，這一循環(huán)與下一循環(huán)燃燒過程得進行情況不斷變化，具體表現(xiàn)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)，點火提前角與空燃比等參數(shù)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 不正常甚至失火得循環(huán)次數(shù)逐漸增多，碳氫化合物等不完全燃燒產(chǎn)物增多，動力 性、經(jīng)濟性下降。同時，由于燃燒過程不穩(wěn)定，也使振動與噪聲增大，零部件壽命 下降，當采用稀薄燃燒時，這種循環(huán)

14、變動情況加劇。減少措施:1）盡可能使力a=0、81、0,此時得循環(huán)變動最小。2）適當提高氣流運動速度與湍流程度可改 善混合氣得均勻性，進而改善循環(huán)變動。3）改善排氣過程，降低殘余廢氣系數(shù)T。 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，采用大得火花塞間隙。5-11汽油機燃燒過程滯燃期得定義就是什么？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(chǎn)生火焰，而就是過一段時間后才產(chǎn)生火焰核心 這一段時間稱為滯燃期。因素：（1）本身分子結構與物理化學性能（2）開始點火時 氣缸得壓力、溫度（3）過量空氣系數(shù)a （4）殘余廢氣量增加

15、（5）氣缸內混合運動 加強（6）火花能量大ti縮短5-12分析柴油機燃燒過程得四個階段：（1）滯燃期，從噴油開始到壓力急劇升高時為止（2）急燃期，壓力急劇上升得階段（3） 緩燃期，從壓力急劇升高得終點到壓力開始下降點為止（4）后燃氣，緩燃期得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就是什么？柴油機滯燃期得影響因素有哪些？定義：從噴油開始到壓力急劇上升開始。正常運轉得情況下，壓縮溫度與壓力就是 影響滯燃期得主要因素，噴油提前角，轉速及燃料性質對滯燃期也有很大得影響。柴油機燃料供給與調節(jié)系統(tǒng)基本要求：（1能產(chǎn)生足夠高得噴射壓力,（2對柴油機 得每一工況能精確及時得控制每循環(huán)噴入

16、氣缸得燃油量（3在運轉整個工況范圍內，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)律與噴油規(guī)律得關系，并解釋兩者之間得區(qū)別與聯(lián)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 就是指供油速率隨凸輪軸轉角得變化關系；噴油規(guī)律就是指噴油速率隨凸輪軸轉 角得變化關系。7-51.什么時供油棍耐角和噴油提前用？解驛兩者的關系以及他們對柴油機性能的影響a咨：供油系統(tǒng)的理論供油始點到上止點為止，曲軸轉過的角度叫供油 提前角3噴油器的針閥開始升起也就是噴油

17、始點到上止點間曲軸轉過 的角度叫噴油提前角。供油提前角的大小決定了噴油提前角,供油提 前角越大，噴油提前角豹到.但兩者并不同步增大，兩者之差稱為噴 油延遲角*性能的影響：噴油延遲角限制了柴油發(fā)動機的轉速，盟發(fā) 動機轉速越高，高壓油管越長，噴油延遲角越大，它越大，在著火期 間噴入的油越多，低壓油噴入氣缸的最增多，燃油霧化變差，燃燒不 充分，易產(chǎn)生積碳堵塞噴油孔的現(xiàn)象，降低柴油機的性能小7-6以課本中圖 7-10 為例，給出凸輪供油預行程與有效行程得定義，并分別 說明預行程與有效行程大小對噴油過程及柴油機性能得影響？答：供油預行程：從柱塞開始向上運動，柱塞得運動推擠燃油，燃油從進油孔被 擠出，流回

18、油管；直到進油孔被柱塞上端面擋住為止，這段時間內沒有燃油噴出。這段升程稱為預行程。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。這一行程稱為柱塞得有效行程。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。這樣導致柴油機得動力性能下降 且排放受影響。7-10說明壓燃式內燃機有哪些異常噴射現(xiàn)象與它們可能出現(xiàn)得工況。簡述二 次噴射產(chǎn)生得原因、造成得危害及消除方法。答:(1)可能出現(xiàn)得工況：二次噴射：大負荷高速運轉得情況下；氣穴與穴蝕：小負 荷;不穩(wěn)定噴射：低怠速工況(2)二次噴射得原因：

19、燃油在高壓得作用下得可壓縮 性與壓力波在高壓油路中得傳播與反射；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(chǎn)生噴孔積碳堵塞；消除措施：減少高壓油路得容積，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點燃式與壓燃式內燃機之間在 C。HC與NOx生成機理方面有何異同？ (1)CO：點燃機主要就是怠速加濃、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CQ壓燃機就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(chǎn)生較多 CO。(2)HC：

20、點燃機生成HC與壁面淬熄，狹 隙效應，潤滑油膜得吸附與解吸，燃燒室中沉積物有關。柴油機生成 HC主要就 是噴柱得外圍形成過稀得混合氣，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:都就是高溫富氧下得產(chǎn)物，點燃機就是在 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二1、1時 出現(xiàn)峰值,壓燃機就是隨負荷增大時,平均空燃比a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：柴油機得微粒（ParticulateMatter,縮寫PM柴油機PMft組成

21、取決于運轉工況，尤其就是排氣溫度。當排氣溫度超過約 500攝氏度時，PM基本上就 是碳質微球得聚集體，一般稱為碳煙。當排氣溫度較低時，碳煙會吸附與凝聚多 種有機物，稱為有機可溶成分。柴油機排氣中 DS主要由柴油中含有得碳產(chǎn)生，其 生成得條件就是高溫與缺氧。由于柴油機混合氣成分不均勻，盡管總體就是富氧 燃燒，但局部缺氧還就是會導致DS得生成。爛分子在高溫缺氧得條件下發(fā)生部 分氧化與熱裂解，生成各種不飽與爛類，如乙烯、乙烘及其她較高階得同系物與 多環(huán)芳燒。它們不斷脫氫，聚合成以碳為主得直徑2nm左右得碳煙品核。氣相得爛與其她物質在這個晶核表面得凝聚，以及晶核相互碰撞發(fā)生聚集，使碳煙 粒子增大，成為

22、直徑2030得碳煙基元。最后，碳煙基元經(jīng)聚集作用堆積成粒度 1微米以下得鏈狀或團絮狀得聚集物。8-8柴油機得微粒與NOx排放之間存在什么矛盾？如何緩解此矛盾？答:（1）增壓得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得生成，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得與空氣混合得條件，使燃料混合均勻，則PM與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內燃機得機械效率隨轉速與負荷如何變化 ？分析它對內燃機使用特性得影 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：當柴油機得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