2023年汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理課后答案 王建昕 帥石金 清華大學(xué)出版社

第汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理課后答案王建昕帥石金清華大學(xué)出版社

《汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理》課后習(xí)題答案

第一章

1-1圖1-2示出了自然吸氣與增壓四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的示功圖，請問：

（1）各自的動(dòng)力過程功、泵氣過程功指的是圖中哪塊面積？功的正負(fù)如何？

（2）各自的理論泵氣功、實(shí)際泵氣功和泵氣損失功指的是圖中哪塊面積？功的正負(fù)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(fù)如何？（4）造成自然吸氣與增壓發(fā)動(dòng)機(jī)示功圖差異的原因是什么？解：由圖1-2，

(1)自然吸氣：動(dòng)力過程功=面積aczbaWt=W1+W3，正功

泵氣過程功=面積W2+W3，負(fù)功

增壓：動(dòng)力過程功=面積aczbaWt=W1，正功

泵氣過程功=面積brabWt=W2，正功(2)自然吸氣：理論泵氣功=0

實(shí)際泵氣功=W2+W3，負(fù)功泵氣損失功W2+W3負(fù)功

增壓：理論泵氣功=pk和pb間的矩形面積，正功

實(shí)際泵氣功=W2，正功

泵氣損失功=陰影面積，負(fù)功(3)自然吸氣：總指示功＝W1+W3，正功

凈指示功＝(W1+W3)-(W2+W3)=W1-W2，正功

增壓：總指示功=W1＋(pb-pk)xVs，正功

凈指示功=W1+W2，正功

(4)差異的原因：增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)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(dòng)機(jī)在中、小負(fù)荷工況運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，有可能出現(xiàn)壓氣機(jī)后進(jìn)氣壓力pb小于渦

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輪前排氣壓力pk的情況，請畫出此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)循環(huán)的p-V圖，標(biāo)出上下止點(diǎn)、進(jìn)排氣門開關(guān)和著火時(shí)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(fù)。解：p-V圖如下圖所示：

理論泵氣功：綠線包圍的矩形面積，負(fù)功實(shí)際泵氣功：進(jìn)排氣線包圍的面積，負(fù)功泵氣損失功：兩塊面積之差，負(fù)功

1-3假設(shè)機(jī)械增壓與渦輪增壓四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力過程功Wt和壓氣機(jī)后壓力pb均相同，請問兩者的示功圖有何異同？二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(jī)械增壓的理論排氣線為p0；且渦輪增壓的實(shí)際排氣線位于機(jī)械增壓實(shí)際排氣線的上方。機(jī)械增壓的泵氣功大，因?yàn)闄C(jī)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(dòng)機(jī)的示功圖兩塊面積各表示什么含義？說明曲軸箱換氣功的形成過程，并判別功的正負(fù)。

解：上圖-缸內(nèi)工質(zhì)對活塞做的功；下圖-曲軸箱內(nèi)工質(zhì)對活塞做的功。對于氣缸，排氣門先開啟排氣，然后掃氣門開啟開始掃氣，掃氣門關(guān)閉時(shí)掃氣結(jié)束，排氣門關(guān)閉后整個(gè)氣缸的換氣過程結(jié)束。對于曲軸箱，進(jìn)氣門從開啟到關(guān)閉為進(jìn)氣過程，掃氣門從開啟到關(guān)閉為掃氣過程。曲軸箱換氣功為負(fù)功。

1-5為什么發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)械摩擦、附件消耗以及進(jìn)排氣和掃氣流動(dòng)損失的影響，直接反應(yīng)缸內(nèi)熱功轉(zhuǎn)換進(jìn)行的好壞，因而在內(nèi)燃機(jī)工作過程分析中廣泛應(yīng)用；有效指標(biāo)：被用來直接評定發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工作性能的優(yōu)劣，因而在發(fā)動(dòng)機(jī)生成和試驗(yàn)研究中廣泛應(yīng)用。因?yàn)閮糁甘竟﹄y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(dòng)機(jī)的動(dòng)力、經(jīng)濟(jì)性能在生產(chǎn)使用中主要用哪幾個(gè)指標(biāo)來表示？如果要進(jìn)行不同機(jī)型性能的對比，應(yīng)該使用何種動(dòng)力、經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)？解：動(dòng)力性：功率、扭矩、速度；

經(jīng)濟(jì)性：有效效率、燃油消耗率、潤滑油消耗率。

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不同機(jī)型對比常用：有效平均壓力、升功率和be。

1-7為什么發(fā)動(dòng)機(jī)原理把有效平均壓力pme當(dāng)作一個(gè)極為重要的性能指標(biāo)？

解：因?yàn)閜me與整機(jī)的功率、扭矩和功都成正比，又是可比指標(biāo)，是表示動(dòng)力性能的最具代表指標(biāo)。

1-8為什么說活塞平均速度nu;m是比轉(zhuǎn)速n更為本質(zhì)的動(dòng)力性能速度指標(biāo)？

解：因?yàn)檗D(zhuǎn)速n只能作為同一機(jī)型的速度指標(biāo)，不能用來判斷不同機(jī)型運(yùn)動(dòng)速度的快慢。

1-9試推導(dǎo)以有效平均壓力pme表示的有效輸出功率Pe和有效轉(zhuǎn)矩Ttq的計(jì)算公式（標(biāo)出各參數(shù)的量綱）；比較同為動(dòng)力性指標(biāo)的Pe和Ttq有何區(qū)別；分析在發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)不變的前提下提高輸出功率Pe的途徑。解：Pe?inVspmeiVp?3和Ttq?sme?10，30???

其中：pme量綱為MPa，Pe量綱為kW，Ttq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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n確定后輸出功率Pe（或轉(zhuǎn)矩Ttq）主要取決于有效效率eta;et和循環(huán)可燃混合氣進(jìn)氣量（汽油機(jī)）或循環(huán)供油量（柴油機(jī)）？而有效燃料消耗率be則主要取決于有效效率eta;et？

解：當(dāng)轉(zhuǎn)速n確定后，單位時(shí)間內(nèi)做功的次數(shù)一定。決定做功快慢的主要因素變?yōu)橐淮巫龉Φ亩嗌?。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確定后，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Pe主要指標(biāo)。

1-11燃料低熱值Hu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(zhǔn)狀態(tài)下，完全燃燒所能釋放的熱量?？扇蓟旌蠚鉄嶂禐閱挝毁|(zhì)量或體積的可燃混合氣在標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)機(jī)有效效率計(jì)算公式?et=?c?t?m中，?c、?t、?m各自的物理含義是什么？自然吸氣、渦輪增壓和機(jī)械增壓四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的?c、?t和?m有何區(qū)別？

解：燃燒效率：燃料化學(xué)能通過燃燒轉(zhuǎn)化為熱能的百分比。

循環(huán)熱效率：燃燒加熱量經(jīng)過發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)轉(zhuǎn)化為對活塞的指示功的百分比。

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機(jī)械效率：指示功減去機(jī)械損失后，轉(zhuǎn)化為有效功的百分比。

一般增壓發(fā)動(dòng)機(jī)大于自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)。對于機(jī)械效率，渦量增壓大于機(jī)械增壓。

1-13影響有效燃料消耗率be的因素有哪些？降低be的途徑有哪些？解：影響因素：燃燒效率、機(jī)械效率、循環(huán)熱效率等。

降低途徑：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(gè)指標(biāo)表示？各指標(biāo)的意義為何？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(shí)際空氣量比理論空氣量。燃空當(dāng)量比：理論與實(shí)際空氣量之比?？杖急扰c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(shí)的化學(xué)計(jì)量比？具有化學(xué)計(jì)量比的可燃混合氣的過量空氣系數(shù)?a是多少，其空燃比alpha;又是多少？

解：燃料和空氣恰好能夠完全反應(yīng)時(shí)兩者的比值。具有化學(xué)計(jì)量比的可燃混合氣的過量空氣系數(shù)?a為1，其空燃比alpha;為14.2。

1-16基于Pe的綜合表達(dá)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(dòng)機(jī)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(shí)，式中各種參數(shù)怎樣變化？解：

（1）：上式中，、、三者為質(zhì)環(huán)節(jié)參數(shù)，其余為量環(huán)節(jié)參數(shù)。

（2）：發(fā)動(dòng)機(jī)由自然吸氣改為渦輪增壓時(shí)，如果燃燒組織得較好，、、、略有增加，、大幅增加，、、不變。

1-17一臺(tái)4缸四沖程火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)（缸徑D＝80mm，沖程s＝76.5mm）節(jié)氣門全開時(shí)在臺(tái)架上的測量結(jié)果如下：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=5900r/min；有效轉(zhuǎn)矩Ttq=107.1Nm；指示平均壓力pmi=1.19MPa。計(jì)算：

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（1）循環(huán)指示功Wi；

（2）指示功率Pi和有效功率Pe；（3）有效平均壓力pme；（4）機(jī)械效率?m；

（5）機(jī)械損失功率Pm和機(jī)械損失平均壓力pmm。解：

(1)

(2)

(3)(4)(5)

1-186135Q-1四沖程柴油機(jī)的沖程s＝140mm，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=2200r/min時(shí)的機(jī)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/（kWh）。已知柴油機(jī)低熱