《汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)原理（第5版）》 習(xí)題及答案匯 顏伏伍 第6-10章

第六章課后習(xí)題題1.研究發(fā)動(dòng)機(jī)特性的意義是什么？答：發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)隨調(diào)整情況及運(yùn)轉(zhuǎn)工況而變化的關(guān)系稱(chēng)為發(fā)動(dòng)機(jī)特性，其中隨調(diào)整情況而變化的又稱(chēng)調(diào)整特性，如柴油機(jī)供油提前角調(diào)整特性、汽油機(jī)點(diǎn)火提前角調(diào)整特性等均屬此類(lèi)；性能指標(biāo)隨運(yùn)行工況而變化的又稱(chēng)性能特性。特性用曲線(xiàn)表示稱(chēng)為特性曲線(xiàn)，它是評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的一種簡(jiǎn)單、方便、必不可少的形式。根據(jù)各種特性曲線(xiàn)，可以合理地選用發(fā)動(dòng)機(jī)，并能更有效地利用它。了解形成特性曲線(xiàn)的原因及其變化的影響因素，就可以按需要方向改造它，使發(fā)動(dòng)機(jī)性能進(jìn)一步提高，并設(shè)法滿(mǎn)足使用要求。2.如何測(cè)量燃油消耗量并計(jì)算出燃油消耗率？答：可以使用油耗儀進(jìn)行燃油消耗量測(cè)量，目前常用的有兩種方法，分別是容積法和質(zhì)量法。容積法是通過(guò)測(cè)定消耗一定容積Vr（mL）的燃油所需的時(shí)間t（sB=3.6V其中Pf——燃油密度（g/mLB——小時(shí)耗油量（kg/h）；而質(zhì)量法是通過(guò)測(cè)量消耗一定質(zhì)量m的燃油所花費(fèi)的時(shí)間t，然后按下式計(jì)算B=3.6m然后根據(jù)以下公式計(jì)算燃油消耗率bbe=B其中Pe——消耗一定量燃油時(shí)測(cè)得的發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率（kW3.發(fā)動(dòng)機(jī)主要做哪些臺(tái)架性能試驗(yàn)？答：發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)內(nèi)容十分廣泛，包括新產(chǎn)品或強(qiáng)化、改進(jìn)、變型、轉(zhuǎn)廠生產(chǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)性能及耐久可靠性試驗(yàn)；產(chǎn)品出廠前的性能調(diào)整及定期抽查試驗(yàn)；商業(yè)貿(mào)易中的驗(yàn)收試驗(yàn)以及各種研究性的試驗(yàn)等。4為什么對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)要進(jìn)行大氣修正？怎樣修正功率和燃油消耗率？答：大氣狀況是指發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行地點(diǎn)的環(huán)境大氣壓力、大氣溫度和相對(duì)濕度。當(dāng)大氣壓力降低、大氣溫度升高和相對(duì)濕度增大時(shí)，吸入氣缸的干空氣量都要降低，所以功率會(huì)減少，這就使同一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)由于在不同大氣狀況下使用，其性能差別很大。為了使功率標(biāo)定不至于混亂，產(chǎn)品質(zhì)量有統(tǒng)一的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也為了比較和選用發(fā)動(dòng)機(jī)方便，需要規(guī)定一種標(biāo)準(zhǔn)大氣基準(zhǔn)狀況，并且還應(yīng)有一種辦法，把在不同大氣狀況下試驗(yàn)所得的結(jié)果，換算成標(biāo)準(zhǔn)大氣基準(zhǔn)狀況下的數(shù)值。（1）功率修正設(shè)試驗(yàn)環(huán)境狀況下實(shí)測(cè)的功率為Pe（kW），修正到標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)狀況下的功率為Pe0P或P式中αα----αc----(2)燃油消耗率修正設(shè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境狀況下實(shí)測(cè)的燃油消耗率為be［g/(kW·h)］、標(biāo)定到標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)狀況下的燃油消耗率為beb式中β——燃油消耗率換算系數(shù)。5.試分析汽油機(jī)和柴油機(jī)負(fù)荷特性的區(qū)別。答：（1）汽油機(jī)的燃油消耗率普遍較高，且在從空負(fù)荷向中小負(fù)荷段過(guò)渡時(shí)，燃油消耗率下降緩慢，仍維持在較高水平，燃油經(jīng)濟(jì)性明顯較差。（2）汽油機(jī)排氣溫度普遍較高，且與負(fù)荷關(guān)系較小。（3）汽油機(jī)的燃油消耗量曲線(xiàn)彎度較大，而柴油機(jī)的燃油消耗量曲線(xiàn)在中、小負(fù)荷段的線(xiàn)性較好。6.試分析汽油機(jī)和柴油機(jī)速度特性中轉(zhuǎn)矩曲線(xiàn)的區(qū)別。答：汽油機(jī)速度特性中轉(zhuǎn)矩Ttq曲線(xiàn)基本上隨著轉(zhuǎn)速n的升高而降低，節(jié)氣門(mén)開(kāi)度越小，這種降低的趨勢(shì)越強(qiáng)烈，導(dǎo)致有效功率Pe曲線(xiàn)在高轉(zhuǎn)速時(shí)上升趨緩,甚至開(kāi)始下降；但柴油機(jī)的轉(zhuǎn)矩Ttq曲線(xiàn)都較為平坦，在油門(mén)關(guān)小后，T7.根據(jù)試驗(yàn)條件的不同，發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性有幾種形式？答：外特性根據(jù)試驗(yàn)條件不同有兩種：（1）發(fā)動(dòng)機(jī)僅裝備維持運(yùn)轉(zhuǎn)所必需的附件時(shí)所輸出的校正有效功率稱(chēng)總功率。（2）試驗(yàn)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)帶全套附件時(shí)所輸出的校正有效功率稱(chēng)凈功率或使用外特性。8.發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線(xiàn)陡，對(duì)車(chē)輛性能有什么影響？有什么辦法改善轉(zhuǎn)矩特性？答：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線(xiàn)陡，即隨著轉(zhuǎn)速的降低，轉(zhuǎn)矩Ttq增加較快，從而在不換擋的情況下，爬坡能力和克服短期超載能力強(qiáng)。汽油機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線(xiàn)陡可以滿(mǎn)足工作需要，柴油機(jī)中都采用油量校正裝置來(lái)改造外特性轉(zhuǎn)矩曲線(xiàn)9.為何汽油機(jī)不用調(diào)速器也能穩(wěn)定怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，而柴油機(jī)則不行？答：如果轉(zhuǎn)矩曲線(xiàn)變化平緩，甚至微微上傾，則在阻力變化急劇時(shí)，理論上雖可恢復(fù)穩(wěn)定工作，實(shí)際上轉(zhuǎn)速變化很大，恢復(fù)穩(wěn)定也慢，難以滿(mǎn)足正常工作的需要。這樣曲線(xiàn)實(shí)際上不具備自動(dòng)保持穩(wěn)定工作的能力。由速度特性曲線(xiàn)可知，汽油機(jī)工作穩(wěn)定性好，而柴油機(jī)頗差，所以柴油機(jī)無(wú)法在沒(méi)有調(diào)速器的情況下穩(wěn)定怠速運(yùn)轉(zhuǎn)。10.什么是發(fā)動(dòng)機(jī)的萬(wàn)有特性？它有什么作用？答：使用多參數(shù)特性曲線(xiàn)在一張圖上全面的表示發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，稱(chēng)為萬(wàn)有特性。萬(wàn)有特性能在一張圖上較全面地表示發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，可分析多工況下的性能。在萬(wàn)有特性圖中，最內(nèi)層的等燃油消耗率曲線(xiàn)是最經(jīng)濟(jì)的區(qū)域，耗油率最低。曲線(xiàn)愈向外，經(jīng)濟(jì)性愈差，從中很容易找出最經(jīng)濟(jì)的負(fù)荷和轉(zhuǎn)速。11.萬(wàn)有特性、負(fù)荷特性和速度特性有何實(shí)用意義？答：萬(wàn)有特性曲線(xiàn)實(shí)質(zhì)上是所有負(fù)荷特性和速度特性曲線(xiàn)的合成。它可以表示發(fā)動(dòng)機(jī)在整個(gè)工作范圍內(nèi)主要參數(shù)的變化關(guān)系，用它可以確定發(fā)動(dòng)機(jī)最經(jīng)濟(jì)的工作區(qū)域，當(dāng)然也可以確定某一排放污染物的最小值區(qū)域，等等。在發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)匹配過(guò)程中，通過(guò)參數(shù)匹配，使這些最佳性能區(qū)域落在最常用的工況范圍內(nèi)，這是發(fā)動(dòng)機(jī)性能匹配的重要原則之一。負(fù)荷特性和速度特性均應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)與車(chē)輛匹配的實(shí)踐中，是分析發(fā)動(dòng)機(jī)與車(chē)輛匹配的有效工具，可以有效提高車(chē)輛動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。12.汽車(chē)尾氣中的顆粒物按照粒徑是如何分類(lèi)的？答：汽車(chē)尾氣中的顆粒物按照粒徑一般可以分為兩類(lèi)：核態(tài)顆粒物和積聚態(tài)顆粒物。盡管采用顆粒物粒徑大小很難準(zhǔn)確區(qū)分這兩種模式，但一般認(rèn)為粒徑小于30nm的顆粒物稱(chēng)為核態(tài)顆粒物，而粒徑≥30nm的顆粒物稱(chēng)為積聚態(tài)顆粒物。核態(tài)顆粒物的主要成分為在排氣系統(tǒng)中由于冷卻和稀釋而形成的揮發(fā)性有機(jī)物和硫化物，但也可能包含一些在缸內(nèi)燃燒過(guò)程中形成的元素碳和金屬化合物。積聚態(tài)顆粒物的主要成分為元素碳或碳煙,但也可能包含一些冷凝或吸附的揮發(fā)性物質(zhì)。13.車(chē)用汽油機(jī)的顆粒物排放特性具有什么特點(diǎn)？答：，在不同負(fù)荷下，PFI汽油機(jī)的顆粒物排放呈現(xiàn)明顯的核態(tài)和積聚態(tài)顆粒物共存的雙峰分布特性，而且核態(tài)顆粒物數(shù)量所占總顆粒物數(shù)量的比重較大。與PFI汽油機(jī)相比，GDI汽油機(jī)的顆粒物排放也表現(xiàn)出類(lèi)似的雙峰分布特性，但核態(tài)顆粒物所占的比例有所下降。并與高壓共軌柴油機(jī)（CRD）對(duì)比，GDI汽油機(jī)的顆粒物總數(shù)要比PFI汽油機(jī)高約一個(gè)數(shù)量級(jí)，比高壓共軌柴油機(jī)要高。14.發(fā)動(dòng)機(jī)與汽車(chē)從哪些方面進(jìn)行匹配？汽車(chē)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)有何特殊要求？答：主要從動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性?xún)煞矫孢M(jìn)行匹配。汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境復(fù)雜多變，同一類(lèi)型的汽車(chē)在不同地區(qū)將面臨道路、氣候等條件的很大差別。我國(guó)國(guó)土遼闊，地形復(fù)雜，不同的氣候地理?xiàng)l件對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)提出了一些特殊的要求。例如在高原地區(qū)，希望采取增壓等功率恢復(fù)的措施或匹配更大排量的發(fā)動(dòng)機(jī)；寒冷地區(qū)需特別注意冷起動(dòng)性能；而在氣候炎熱地區(qū)，則要保證發(fā)動(dòng)機(jī)有足夠的冷卻能力。第七章復(fù)習(xí)思考題1試分析內(nèi)燃機(jī)增壓的優(yōu)勢(shì)。答：增壓具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）增壓能夠有效提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性能。2）增壓可以使發(fā)動(dòng)機(jī)在總質(zhì)量和體積基本保持不變的情況下，輸出功率得到大幅度的提高，升功率、比質(zhì)量功率和比體積功率都有較大增加，因而可以降低單位功率的造價(jià)。3）增壓柴油機(jī)一般采用較大的過(guò)量空氣系數(shù)，HC、CO和碳煙排放降低。4）柴油機(jī)增壓后，缸內(nèi)溫度和壓力水平提高，可以使滯燃期縮短，有利于降低壓力升高率和燃燒噪聲。5）增壓有利于高原稀薄空氣條件下恢復(fù)功率，因此增壓對(duì)補(bǔ)償高原功率損失十分有利。2比較內(nèi)燃機(jī)不同增壓方式的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)。答：根據(jù)壓氣機(jī)能量的來(lái)源分類(lèi)，可以分為機(jī)械增壓、氣波增壓、廢氣渦輪增壓和復(fù)合增壓：1）機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸直接驅(qū)動(dòng)機(jī)械增壓裝置（如螺桿式、離心式、滑片式、渦旋式、轉(zhuǎn)子活塞式等壓縮機(jī)），實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)氣的壓縮。機(jī)械增壓的特點(diǎn)是響應(yīng)速度快，缺點(diǎn)是要消耗發(fā)動(dòng)機(jī)的部分功率。2）氣波增壓利用排氣系統(tǒng)中的壓力波動(dòng)效應(yīng)來(lái)壓縮進(jìn)氣，如氣波增壓器（Comprex）?？勺冮L(zhǎng)度進(jìn)氣管可以直接利用進(jìn)氣壓力波和氣流慣性來(lái)增加缸內(nèi)進(jìn)氣量，某種意義上也是一種氣波增壓。氣波增壓的特點(diǎn)是利用了廢氣能量，效率高。3）廢氣渦輪增壓壓氣機(jī)與渦輪同軸相連，構(gòu)成渦輪增壓器，渦輪在內(nèi)燃機(jī)排氣能量的推動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)壓氣機(jī)工作，實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣增壓。內(nèi)燃機(jī)廢氣渦輪增壓系統(tǒng)包含壓氣機(jī)、渦輪機(jī)、中冷器等部件。廢氣渦輪增壓的特點(diǎn)是回收了原具有一定熱能、壓力能以及噪聲的廢氣能量，缺點(diǎn)是在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)和低速時(shí)響應(yīng)性差、能量回收率差。4）復(fù)合增壓復(fù)合增壓將上述多種增壓方式加以組合，以獲得更好的增壓效果。3分析廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化過(guò)程。答：發(fā)動(dòng)機(jī)排氣經(jīng)過(guò)渦輪機(jī)后，廢氣的熱能、壓力能和動(dòng)能轉(zhuǎn)換成為渦輪機(jī)軸的機(jī)械能；渦輪機(jī)與壓氣機(jī)同軸，從而渦輪機(jī)的機(jī)械能傳遞給壓氣機(jī)；在壓氣機(jī)中，壓氣機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為氣體的壓力能，從而提高新鮮氣體的壓力。4分析廢氣渦輪增壓器中氣體性能參數(shù)在壓氣機(jī)和渦輪機(jī)中的變化情況。答：空氣在壓氣機(jī)中的流動(dòng)時(shí)，整個(gè)變化過(guò)程如圖7-4所示，并且有以下結(jié)論：1）通過(guò)壓氣機(jī)后，氣體的壓力升高，，達(dá)到增加氣體壓力的目的。氣體壓力升高，則密度增加，所以經(jīng)過(guò)壓氣機(jī)壓縮的氣體進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道后壓力升高，進(jìn)氣密度增加，達(dá)到增壓的目的。2），壓氣機(jī)出口的氣體溫度升高，不利于氣體密度的提高，故需降低進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道的氣體溫度，所以在壓氣機(jī)出口到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道間可加裝中冷器，冷卻氣體。圖7-4空氣參數(shù)沿壓氣機(jī)通道的變化燃?xì)庠跍u輪機(jī)中的流動(dòng)時(shí)，由發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管中排出的氣體具有壓力、溫度、并以速度經(jīng)進(jìn)氣蝸殼流入噴嘴環(huán)。在噴嘴環(huán)上均勻的安裝了具有一定角度的葉片，這就使燃?xì)饨?jīng)過(guò)葉片間的通道后更具有方向性，使氣流更加均勻且有秩序的流入渦輪機(jī)工作輪。葉片間的通道面積是漸縮的，使部分壓力勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的動(dòng)能，即氣體的壓力降低到,溫度降低到，氣體流動(dòng)的速度增加到（見(jiàn)圖7-11）。圖7-11渦輪機(jī)中氣流參數(shù)的變化由于氣流在工作輪中是向心流動(dòng)的，所以在工作輪葉片之間的通道也是呈漸縮的形狀，氣體在通道中繼續(xù)膨脹，在工作輪出口處壓力下降到，溫度降低到，此時(shí)氣體的絕對(duì)速度下降到，工作輪后氣體的絕對(duì)速度遠(yuǎn)小于，這說(shuō)明燃?xì)庠趪娮熘信蛎浰@得的動(dòng)能已大部分傳給了工作輪。燃?xì)怆x開(kāi)工作輪時(shí)還具有一定的速度，即還有一部分動(dòng)能未能在渦輪機(jī)中得到充分利用，這部分動(dòng)能損失稱(chēng)為余速損失。5何謂壓氣機(jī)特性曲線(xiàn)？為什么要采用通用特性曲線(xiàn)？答：壓氣機(jī)流量特性指壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)速不變時(shí)，壓氣機(jī)增壓比和絕熱效率隨空氣流量的變化關(guān)系。將壓氣機(jī)不同轉(zhuǎn)速的流量特性表示在同一幅圖面上，并將效率線(xiàn)轉(zhuǎn)換成等效率線(xiàn)，可得到壓氣機(jī)的特性曲線(xiàn)。壓氣機(jī)特性曲線(xiàn)中的參數(shù)（）都是在實(shí)驗(yàn)條件的外界大氣狀況下測(cè)得的。當(dāng)大氣狀況變化時(shí)，這些參數(shù)以及由這些參數(shù)作出的壓氣機(jī)特性曲線(xiàn)也跟隨變化。為了使實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)與實(shí)踐應(yīng)用一致，引進(jìn)了相對(duì)的折合參數(shù)的概念，就是把實(shí)驗(yàn)測(cè)得的上述參數(shù)根據(jù)氣流動(dòng)力相似理論來(lái)?yè)Q算成標(biāo)準(zhǔn)大氣狀況（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓p=101.33kPa，標(biāo)準(zhǔn)大氣溫度T=293K）下的參數(shù)值。6分析廢氣渦輪增壓器發(fā)生喘振的原因。答：從壓氣機(jī)特性曲線(xiàn)圖7-7可以看出，隨著空氣流量的減小，初始階段增壓比增加，達(dá)到某一最大值以后，增壓比便下降，當(dāng)流量減小到低于一定數(shù)量時(shí)，壓氣機(jī)工作開(kāi)始變得不穩(wěn)定，流過(guò)壓氣機(jī)的氣流開(kāi)始出現(xiàn)強(qiáng)烈的脈動(dòng)，引起壓氣機(jī)產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，并有可能導(dǎo)致壓氣機(jī)的破壞，這個(gè)現(xiàn)象稱(chēng)為壓氣機(jī)的喘振。7分析廢氣渦輪增壓系統(tǒng)廢氣的利用方式，并進(jìn)行比較。答：廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的兩種基本型式是：1）恒壓系統(tǒng)如圖7-12a所示，這種增壓系統(tǒng)的特點(diǎn)是渦輪前排氣管內(nèi)壓力基本恒定。它把發(fā)動(dòng)機(jī)所有氣缸的排氣管都連接于一根排氣總管，而排氣總管的截面盡可能做得粗。排氣管實(shí)際上起了集氣箱的作用，這時(shí)雖然各氣缸的排氣時(shí)間是岔開(kāi)的，但是由于集氣箱的穩(wěn)壓作用，因而排氣總管內(nèi)的壓力振蕩較小。a)b)圖7-12渦輪增壓系統(tǒng)的兩種基本形式a)恒壓系統(tǒng)b)變壓系統(tǒng)2）變壓系統(tǒng)（脈沖系統(tǒng)）如圖7-12b所示，這種增壓系統(tǒng)的特點(diǎn)是使排氣管中的壓力造成盡可能大的壓力變動(dòng)。為此，把渦輪增壓器盡量靠近氣缸，把排氣管做得短而細(xì)，并且?guī)讉€(gè)氣缸（通常2缸或3缸）接一根排氣管。這樣在每一根排氣管中就形成幾個(gè)連續(xù)的互不干擾的排氣脈沖波（或稱(chēng)排氣壓力波）進(jìn)入廢氣渦輪機(jī)中。同時(shí)把渦輪的噴嘴環(huán)，根據(jù)排氣管的數(shù)目分組隔開(kāi)，使它們互不干擾。8分析恒壓渦輪增壓四沖程柴油機(jī)的理論示功圖。答：恒壓系統(tǒng)四沖程渦輪增壓柴油機(jī)的理論示功圖（見(jiàn)圖7-13）說(shuō)明了發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣能量的利用情況。圖中是柴油機(jī)的吸氣過(guò)程，進(jìn)氣壓力為。是柴油機(jī)氣缸中的壓縮、燃燒、膨脹過(guò)程。由于廢氣渦輪的存在，排氣背壓為。面積為充量更換正功。圖上為壓縮進(jìn)入柴油機(jī)氣缸空氣所需的能量。則為壓縮掃氣空氣所需的能量（為掃氣系數(shù)），故壓氣機(jī)消耗的總能量為。因?yàn)樵趶U氣渦輪增壓柴油機(jī)中，壓氣機(jī)由渦輪驅(qū)動(dòng)，而與柴油機(jī)無(wú)任何機(jī)械聯(lián)系，因此壓氣機(jī)消耗的功率必須等于渦輪機(jī)發(fā)出的功率。圖7-13四沖程增壓柴油機(jī)的理論示功圖排氣閥開(kāi)始打開(kāi)時(shí)，氣缸中燃?xì)鉅顟B(tài)。如果讓這些燃?xì)庠诶硐氲膬?nèi)燃機(jī)或渦輪機(jī)中（所謂理想的內(nèi)燃機(jī)或渦輪機(jī)指燃?xì)庠谄渲心軐?shí)現(xiàn)等熵膨脹而不出現(xiàn)任何損失的理想動(dòng)力機(jī)）完全膨脹到大氣壓力時(shí)，燃?xì)馑哂械淖鳈C(jī)械功的最大能力可在p－V圖上以三角形面積表示之，即稱(chēng)此面積為廢氣擁有的可用能量。從物理概念上看，它實(shí)際上是代表了廢氣渦輪理論上有可能從廢氣中取得并用來(lái)作功的最大能量。恒壓渦輪前的燃?xì)鈪?shù)以點(diǎn)表示。這是由于氣缸中的燃?xì)饨?jīng)過(guò)排氣閥節(jié)流和排氣管中不可逆的自由膨脹到所產(chǎn)生的結(jié)果。恒壓渦輪的功以面積表示，面積為掃氣空氣在渦輪中所作的功，因此恒壓渦輪的總功。渦輪所作功的能量來(lái)源由三部分組成的：1）面積是掃氣空氣提供的能量；2）面積是活塞強(qiáng)制推出廢氣所做的推出功，系發(fā)動(dòng)機(jī)活塞所給予；3）真正自廢氣中取得的能量?jī)H為面積，而廢氣擁有的可用能量為，因此，在恒壓系統(tǒng)中面積的可用能量是損失掉了。9簡(jiǎn)述增壓器匹配的原則以及工作范圍的確定方法。答：為了使渦輪增壓器與車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)能夠良好地配合，使它們?cè)诟鞣N工況下合理工作，首先是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的特定工況（如額定工況或最大轉(zhuǎn)矩工況）確定其在壓氣機(jī)特性曲線(xiàn)上的位置（即根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)選用合適型號(hào)的增壓器）；其次是要解決發(fā)動(dòng)機(jī)在整個(gè)運(yùn)行區(qū)與增壓器實(shí)現(xiàn)良好的配合。每一種渦輪增壓器都有確定的工作范圍。在小流量范圍，壓氣機(jī)受喘振限制；在大流量范圍，壓氣機(jī)因效率下降過(guò)多，亦受到限制；在增壓器的高速、高負(fù)荷范圍內(nèi)，可能由于廢氣能量過(guò)高，使渦輪增壓器超過(guò)機(jī)械強(qiáng)度允許的轉(zhuǎn)速，或者由于排氣溫度過(guò)高，超過(guò)了渦輪機(jī)葉片所能承受的溫度，使渦輪增壓器受到了超速或超溫的限制。由此可以大致確定渦輪增壓器的工作范圍。10分析增壓柴油機(jī)在結(jié)構(gòu)上的變動(dòng)。答：增大供油量、調(diào)整供油系；改變配氣相位；減小壓縮比、增大過(guò)量空氣系數(shù)；設(shè)置分支排氣管；冷卻增壓空氣；其他改動(dòng)部分。11分析增壓柴油機(jī)的性能特點(diǎn)。答：低速轉(zhuǎn)矩性能變化；加速性能變差；經(jīng)濟(jì)性有所改善；降低了排氣污染及噪聲；起動(dòng)與制動(dòng)有一定困難。12分析汽油機(jī)增壓的困難和解決方案。答：汽油機(jī)增壓的困難1）爆燃傾向增大增壓使壓縮終點(diǎn)及燃燒氣體的溫度與壓力升高，致使爆燃的傾向增大。2）熱負(fù)荷增高受爆燃限制，汽油機(jī)壓縮比較低，因而燃燒的膨脹比亦低，致使排氣溫度較高；其次，因?yàn)槠蜋C(jī)混合氣的濃度范圍窄（），與柴油機(jī)相比，燃燒時(shí)的過(guò)量空氣少，造成單位數(shù)量混合氣的發(fā)熱量大，再加上汽油機(jī)又不能用加大掃氣來(lái)冷卻受熱零件。因此導(dǎo)致增壓后的熱負(fù)荷偏高。3）汽油機(jī)增壓系統(tǒng)比柴油機(jī)復(fù)雜車(chē)用汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率范圍寬廣，工況變化頻繁，轉(zhuǎn)矩儲(chǔ)備大，這些在采用渦輪增壓后，如不采取特殊措施，很難保證車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。4）存在著“反應(yīng)滯后”現(xiàn)象非增壓汽油機(jī)的加速性一般比柴油機(jī)好，但采用增壓后，反應(yīng)滯后的現(xiàn)象卻比柴油機(jī)嚴(yán)重，因?yàn)樵鰤浩髟谶M(jìn)氣系統(tǒng)中與進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)的節(jié)氣門(mén)串接在一起，當(dāng)節(jié)氣門(mén)突然開(kāi)啟，要求混合氣量迅速變化時(shí)，增壓器供氣往往跟不上，特別是從節(jié)氣門(mén)關(guān)閉到全開(kāi)，空氣流量變化很大，也促使渦輪機(jī)的反應(yīng)滯后。隨著增壓汽油機(jī)強(qiáng)化水平的提高，發(fā)動(dòng)機(jī)加速性問(wèn)題更加突出。完全消除增壓后的“反應(yīng)滯后”現(xiàn)象比較困難，但合理的結(jié)構(gòu)可使反應(yīng)滯后減小。汽油機(jī)增壓系統(tǒng)的常用措施1）電控汽油噴射系統(tǒng)在增壓汽油機(jī)上應(yīng)用，成功地?cái)[脫了增壓器與化油器匹配的困難，為汽油機(jī)增壓技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。通過(guò)電控技術(shù)的應(yīng)用，還為在汽油機(jī)增壓系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)爆燃控制、放氣控制、排放控制、增壓器可變技術(shù)的應(yīng)用等綜合控制帶來(lái)了方便。另外，現(xiàn)代汽油機(jī)上多氣門(mén)機(jī)構(gòu)的普遍采用（如雙頂置凸輪軸四氣門(mén)機(jī)構(gòu)DOHC4），更加充分地發(fā)揮了增壓技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，對(duì)促進(jìn)整機(jī)高速動(dòng)力性起了重要的作用2）為克服因增壓而帶來(lái)爆燃傾向的增大，可采用為消除爆燃的點(diǎn)火提前角自適應(yīng)控制。3）增壓空氣進(jìn)行中冷，對(duì)增加充量、降低熱負(fù)荷和消除爆燃均十分有利。4）采用增壓壓力控制系統(tǒng)。第八章復(fù)習(xí)思考題1.NO的生成主要受那些因素影響？答：溫度、氧的濃度、反應(yīng)滯留時(shí)間。2.發(fā)動(dòng)機(jī)中HC的生成有幾條途徑，其中哪一條為HC的主要來(lái)源？答：未燃碳?xì)浠衔铮℉C）的生成與排出有三個(gè)渠道：其中HC總量的60%以上由廢氣（尾氣）排出，另外的25%左右由曲軸箱竄氣，從供油系統(tǒng)及其管路等處油蒸氣漏泄占15%左右。尾氣排出為主要來(lái)源。3.分析空燃比，點(diǎn)火時(shí)間對(duì)汽油機(jī)排放的影響？答：由汽油機(jī)有害排放物濃度與空燃比關(guān)系可以得知，由于CO是缺氧條件下的不完全燃燒產(chǎn)物，隨著空燃比增加，CO濃度逐漸下降；在大于理論空燃比以后，CO濃度已經(jīng)很低了。同時(shí)，NOx濃度兩頭低，中間高，NO濃度峰值出現(xiàn)在理論空燃比靠稀的一側(cè)，反映出高的NO生成率必須兼具高溫、富氧兩個(gè)條件，缺一不可。HC的走向則是兩頭高，中間低。當(dāng)濃混合氣逐漸變稀，在縫隙容積與激冷層中混合氣燃料比例減少，因此HC量減少。處于最佳燃燒的空燃比范圍內(nèi)，HC及油耗均為最低。但當(dāng)混合氣過(guò)稀，燃燒因不能穩(wěn)定運(yùn)行而失火，致使HC及油耗又重新回升。減少點(diǎn)火提前角對(duì)降低NO及HC均有利，但以犧牲動(dòng)力性為代價(jià)。減小點(diǎn)火提前角，不僅降低燃燒最高溫度、減少燃燒反應(yīng)滯留時(shí)間，對(duì)降低NO十分有利；而且由于點(diǎn)火推遲，膨脹時(shí)的溫度及排氣溫度均上升，這對(duì)降低HC也很有利。4.汽油車(chē)的蒸發(fā)及曲軸箱漏氣通常采取什么辦法控制？答：油蒸氣吸附裝置和曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)5.汽油機(jī)怠速，常用工況及全負(fù)荷時(shí)排氣溫度大致范圍為多少？答：400~800℃6.畫(huà)出汽油機(jī)三種有害排放污染物（CO、HC、NOX）生成量與過(guò)量空氣系數(shù)之間的關(guān)系曲線(xiàn)，并對(duì)曲線(xiàn)走勢(shì)進(jìn)行分析。答：略7.三元催化器在理論空燃比附近轉(zhuǎn)換效率最高的原因是什么？答：三元催化劑包含鉑（Pt）和銠（Rh）、鈀（Pd），此外還含稀土氧化物等材料。使用三元催化劑時(shí)，應(yīng)將混合氣成分嚴(yán)格控制在理論空燃比附近，這樣催化劑才能促使CO及HC的氧化反應(yīng)和NOx的還原反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，生成CO2、H2O及N2。8.與汽油車(chē)相比柴油車(chē)的排氣污染物有何特點(diǎn)？答：與汽油機(jī)不同的是，柴油機(jī)NO的生成濃度較高，NO生成率最高處仍出現(xiàn)在油量較大的高負(fù)荷工況，之后NO濃度隨空燃比增加而減少。柴油機(jī)排氣中有碳煙排出，隨著混合氣變濃，排煙濃度增多。9.柴油機(jī)的排氣污染物有哪些？簡(jiǎn)述NOx形成機(jī)理，分析噴油提前角、轉(zhuǎn)速、負(fù)荷等因素對(duì)NOx的影響，降低NOx的具體措施有哪些？答：柴油機(jī)的排氣污染物有HC、CO、NOx以及顆粒物。NOx：在燃燒完全、供氧充分及溫度較高的稀燃火焰區(qū)及油束心部產(chǎn)生較多。延遲噴油可減少NO的生成，但減小噴油提前角將導(dǎo)致燃燒效率下降，最高爆發(fā)壓力降低，因而使油耗及排氣煙度增加。在各種工況下，NO排放濃度都隨噴油速率的增加而降低；NO生成率最高處仍出現(xiàn)在油量較大的高負(fù)荷工況降低NOx的措施：使用分隔式燃燒室，推遲噴油。10.舉例說(shuō)明降低柴油機(jī)排放污染物的措施。答：1）柴油機(jī)排氣后處理采用兩類(lèi)氧化催化轉(zhuǎn)化器，凈化CO、HC的一般稱(chēng)為DOC（DieselOxidationCatalyst），凈化顆粒物的一般稱(chēng)為POC（ParticulateOxidationCatalyst）。2）三元催化轉(zhuǎn)化器。3）柴油機(jī)NOx凈化技術(shù)方案有氨類(lèi)選擇性催化還原NOx(NH3-SCR)、碳?xì)浠衔镞x擇性催化還原NOx(HC-SCR)、貯存一還原技術(shù)(NSR)、NOx和PM組合凈化技術(shù)和四效催化技術(shù)等。4）顆粒物過(guò)濾與捕集器。簡(jiǎn)述柴油機(jī)EGR系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)并說(shuō)明各部分的作用。答：使少量廢氣（5%～20%）再次循環(huán)進(jìn)入氣缸，降低燃燒溫度，可抑制NOx生成。對(duì)廢氣再循環(huán)量的控制方法有進(jìn)氣負(fù)壓控制式、排氣壓力控制式、負(fù)荷比例式及電子控制式。應(yīng)根據(jù)不同工況決定是否采用廢氣再循環(huán)，或確定廢氣再循環(huán)量的多少。簡(jiǎn)述發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的來(lái)源。答：發(fā)動(dòng)機(jī)是多聲源的復(fù)雜動(dòng)力機(jī)械，按照噪聲輻射的方式來(lái)分，可把發(fā)動(dòng)機(jī)的主要噪聲源分為直接向大氣輻射（空氣動(dòng)力噪聲）和通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)表面向外輻射（表面結(jié)構(gòu)噪聲）兩大類(lèi)。其中空氣動(dòng)力噪聲主要為進(jìn)、排氣噪聲和風(fēng)扇噪聲，它們是由氣流的振動(dòng)而產(chǎn)生的空氣動(dòng)力噪聲。表面結(jié)構(gòu)噪聲，根據(jù)產(chǎn)生的機(jī)理，分為燃燒噪聲和機(jī)械噪聲，是發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)的振動(dòng)而產(chǎn)生的噪聲，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的外表面以及與發(fā)動(dòng)機(jī)外表面剛性連接的零部件的振動(dòng)向大氣輻射。分析活塞敲擊噪聲的產(chǎn)生及控制措施。答：活塞對(duì)氣缸壁的敲擊往往是內(nèi)燃機(jī)最強(qiáng)的機(jī)械噪聲源。由于活塞與缸壁之間有間隙，在燃燒時(shí)氣體壓力及運(yùn)動(dòng)慣性力的作用下，使活塞對(duì)缸壁的側(cè)向推力在上下止點(diǎn)處改變方向，且呈現(xiàn)周期性變化，所產(chǎn)生的側(cè)壓力敲擊不但在上止點(diǎn)和下止點(diǎn)附近發(fā)生，而且也發(fā)生在活塞行程的其他位置上，從而形成活塞對(duì)缸壁的強(qiáng)烈敲擊聲。當(dāng)氣缸內(nèi)的最大壓力及缸壁間隙增大、轉(zhuǎn)速及負(fù)荷提高、缸壁潤(rùn)滑條件變差，則敲擊聲隨之增大。此外，活塞對(duì)氣缸壁的敲擊還能引起汽缸壁的高頻振動(dòng)。對(duì)于活塞敲缸噪聲，可以采取以下措施：1）減小活塞與氣缸壁的間隙（如采用可控膨脹活塞）。2）使活塞銷(xiāo)孔向氣缸壁的主推力面偏移。3）加長(zhǎng)活塞裙部和減少活塞環(huán)數(shù)量。4）增加氣缸套的剛度。5）增加活塞敲擊氣缸壁時(shí)的阻尼，如在裙部外表面增加潤(rùn)滑油的積存等方法可以降低活塞敲擊噪聲。14.分析降低發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的主要措施。答：1）控制燃燒最高壓力和壓力升高率、減少不正常燃燒2）控制轉(zhuǎn)速及減小慣性力3）減小配合零件的撞擊和振動(dòng)4）降低配氣機(jī)構(gòu)噪聲的措施5）降低風(fēng)扇的噪聲措施6）降低進(jìn)、排氣噪聲的措施7）采用隔聲、防振措施。第九章復(fù)習(xí)思考題電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力裝置有哪些種類(lèi)？各自的特點(diǎn)是什么？答：電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力裝置有純電動(dòng)汽車(chē)、混合動(dòng)力汽車(chē)和燃料電池汽車(chē)等三種種類(lèi)。純電動(dòng)汽車(chē)只使用動(dòng)力電池作為汽車(chē)能量來(lái)源。混合動(dòng)力至少使用兩種動(dòng)力來(lái)源作為能量源，通常情況下其中一種為電力驅(qū)動(dòng)。燃料電池汽車(chē)為使用燃料電池作為為動(dòng)力來(lái)源的汽車(chē)影響電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的主要因素是什么？有哪些可能的解決途徑？答：影響電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展主要的因素續(xù)航里程、充電時(shí)間和整車(chē)造價(jià)等部分。電動(dòng)汽車(chē)經(jīng)歷了上百年的發(fā)展，卻一直沒(méi)有受到重視，主要在于基礎(chǔ)材料性能的瓶頸。目前提升電動(dòng)汽車(chē)發(fā)張的途徑也還在于繼續(xù)開(kāi)發(fā)更加優(yōu)秀的基礎(chǔ)材料，提升整車(chē)?yán)m(xù)航里程和減少使用成本。什么是混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)？答：混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)是指由兩種或兩種以上的儲(chǔ)能器和能量轉(zhuǎn)換器作為驅(qū)動(dòng)能源，其中至少有一種能提供電能的車(chē)輛。一般意義上的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)是指在一輛汽車(chē)中同時(shí)采用了電動(dòng)機(jī)和內(nèi)燃機(jī)作為動(dòng)力裝置的汽車(chē)?；旌蟿?dòng)力電動(dòng)汽車(chē)與傳統(tǒng)汽車(chē)相比，具有什么優(yōu)勢(shì)？答：混合動(dòng)力汽車(chē)通過(guò)切換動(dòng)力使用模式，可以盡可能地保證內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行在良好配置燃油經(jīng)濟(jì)性的轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)。通過(guò)運(yùn)行模式的選擇盡可能降低排放和耗油量。燃料電池有哪些種類(lèi)？各自的特點(diǎn)是什么？答：堿性燃料電池（AlkalineFuelCell,AFC）、磷酸燃料電池（PhosphoricAcidFuelCell,PAFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MoltenCarbonateFuelCell,MCFC）、固體氧化物燃料電池（SolidOxideFuelCell,SOFC）、質(zhì)子交換膜燃料電池（ProtonExchangeMembraneFuelCell,PEMFC）其中，堿性燃料電池是最早進(jìn)入實(shí)用的燃料電池之一，美國(guó)在20世紀(jì)60年代就曾將堿性燃料電池用于阿波羅飛船，現(xiàn)在航天飛機(jī)和潛艇上也廣泛應(yīng)用堿性燃料電池，它是目前技術(shù)最為成熟的燃料電池。磷酸燃料電池是目前使用最多的燃料電池，以天然氣和甲醇為燃料的磷酸燃料電池多用于分散的發(fā)電站等。熔融碳酸鹽燃料電池和固體氧化物燃料電池的工作溫度都較高，而且燃料轉(zhuǎn)換效率較高，余熱利用率也高，主要用作電廠。質(zhì)子交換膜燃料電池以比功率與比能量高、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、無(wú)腐蝕性、可室溫快速啟動(dòng)、不受二氧化碳的影響、可按負(fù)載要求快速改變輸出功率等優(yōu)點(diǎn)，成為電動(dòng)汽車(chē)選擇較多的燃料電池。燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)與燃料電池的區(qū)別是什么？答：燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)是一整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)，包括整車(chē)控制器、燃料電池、燃料電池控制器、DC/DC變換器、DC/AC逆變器、電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)、電機(jī)控制器、蓄電池、電池管理系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)。使用燃料電池可以將電池化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。燃料電池只是一種可以釋放化學(xué)能的裝置，并不能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。質(zhì)子交換膜的特點(diǎn)是什么？答：質(zhì)子交換膜燃料電池以比功率與比能量高、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、無(wú)腐蝕性、可室溫快速啟動(dòng)、不受二氧化碳的影響、可按負(fù)載要求快速改變輸出功率等特點(diǎn)。質(zhì)子交換摸燃料電池最大的優(yōu)勢(shì)是工作溫度較低，其最佳工作溫度是80℃～90℃，但在室溫下也可以正常工作，所以特別適合用作交通車(chē)輛的移動(dòng)電源。什么是質(zhì)子交換膜燃料電池？答：質(zhì)子交換摸燃料電池單體主要由膜電極（陽(yáng)極和陰極、質(zhì)子交換膜）和集流板組成。PEMFC工作時(shí)，經(jīng)加濕的H2和O2分別進(jìn)入陽(yáng)極室和陰極室，經(jīng)電極擴(kuò)散層到達(dá)催化層和質(zhì)子交換膜的界面，分別在催化劑作用下發(fā)生氧化和還原反應(yīng)。陽(yáng)極反應(yīng)生成的質(zhì)子（H+）通過(guò)質(zhì)子交換膜傳導(dǎo)到達(dá)陰極，陽(yáng)極反應(yīng)產(chǎn)生的電子通過(guò)外電路到達(dá)陰極。電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力裝置中為什么要用DC/DC變換器？答：DC／DC變換器的基本功能有兩個(gè)：一是隨著輸入直流電壓在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，能按照負(fù)載的要求輸出變化范圍的直流電壓，譬如輸入電壓最低時(shí)也能達(dá)到最高輸出電壓，輸入電壓最高時(shí)也能達(dá)到最低輸出電壓等；二是能夠按照負(fù)載的要求輸出直流電流，即能夠輸出足夠的直流負(fù)載電流，允許在譬如從空載到滿(mǎn)載（電流從零到最大）等足夠?qū)挼呢?fù)載變化范圍的情況下，電壓穩(wěn)定、不損壞器件，設(shè)備能正常運(yùn)行。21世紀(jì)最有前途的汽車(chē)動(dòng)力裝置是什么？答:燃料電池汽車(chē)。燃料電池汽車(chē)由于工作方式的原因，轉(zhuǎn)換效率可達(dá)60%～70%，實(shí)際使用效率是內(nèi)燃機(jī)的兩倍。相對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)，其加注氫氣簡(jiǎn)單便捷，使用過(guò)程中能量來(lái)自自身化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)后生成的水完全不具有污染性，相對(duì)使用電網(wǎng)中電能的純電動(dòng)汽車(chē)而言發(fā)展前景更好。第十章復(fù)習(xí)思考題1.在0.2～0.3范圍內(nèi)給定幾個(gè)不同的連桿比λ，分別計(jì)算活塞的位移，速度和加速度，研究連桿比λ對(duì)活塞運(yùn)動(dòng)規(guī)律的影響？答:1）機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下：曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖2）需要的計(jì)算公式：活塞位移：X=R[活塞速度：V=R活塞加速度：ACC=R3）MATLAB計(jì)算代碼：clc;clear;%---賦初值---R=1;W=1;%R-曲柄半徑；W-旋轉(zhuǎn)角速度r=(0.2:0.02:0.3)';%連桿比λ0.2～0.3a=0:pi/180:2*pi;a1=0:1:360;%a-曲柄轉(zhuǎn)角；a1-繪圖橫坐標(biāo)%---計(jì)算位移x、速度v、加速度acc---x=R*(1-meshgrid(cos(a),ones(size(r)))+r/4*(1-cos(2*a)));%x=R*(1-repmat(cos(a),size(r))+r/4*(1-cos(2*a)));v=R*W*(meshgrid(sin(a),ones(size(r)))+r/2*sin(2*a));acc=R*W*W*(meshgrid(cos(a),ones(size(r)))+r*cos(2*a));%---繪圖---subplot(131);plot(a1,x);legend('\lambda=0.2','\lambda=0.22','\lambda=0.24','\lambda=0.26','\lambda=0.28','\lambda=0.30','Location','South');xlabel('曲軸轉(zhuǎn)角\alpha(°)');ylabel('位移');axis([a1(1),a1(end),0,2.5]);gridonsubplot(132);plot(a1,v);legend('\lambda=0.2','\lambda=0.22','\lambda=0.24','\lambda=0.26','\lambda=0.28','\lambda=0.30','Location','NorthEast');xlabel('曲軸轉(zhuǎn)角\alpha(°)');ylabel('速度');axis([a1(1),a1(end),-1.5,1.5]);gridonsubplot(133);plot(a1,acc);legend('\lambda=0.2','\lambda=0.22','\lambda=0.24','\lambda=0.26','\lambda=0.28','\lambda=0.30','Location','North');xlabel('曲軸轉(zhuǎn)角\alpha(°)');ylabel('加速度');axis([a1(1),a1(end),-1,1.5]);gridonsuptitle('連桿比\lambda:0.2~0.3活塞的運(yùn)動(dòng)規(guī)律');4）繪圖結(jié)果:5）結(jié)果討論：在連桿比λ在0.2～0.3范圍內(nèi)，活塞的位移曲線(xiàn)、速度曲線(xiàn)的變化較?。换钊募铀俣惹€(xiàn)在上、下止點(diǎn)附近有明顯不同；隨連桿比的增大，上止點(diǎn)處（α=0）的加速度絕對(duì)值增大，下止點(diǎn)處（α=180）的加速度絕對(duì)值減小。2.計(jì)算比較均勻發(fā)火和不均勻發(fā)火的兩缸機(jī)的總轉(zhuǎn)矩曲線(xiàn)，分別設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的平衡方案。答:（1）機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下：曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖（2）確定計(jì)算參數(shù)計(jì)算參數(shù)列表如下：表1.1參數(shù)統(tǒng)計(jì)表其中：m1—假設(shè)集中在連桿小頭中心處并只作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的連桿質(zhì)量m2—假設(shè)集中在大頭中心處并只作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的連桿質(zhì)量mp—活塞組零件的質(zhì)量mk—曲柄換算質(zhì)量mj—作往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量mr—作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的不平衡質(zhì)量R—曲柄半徑ρ—曲柄臂不平衡部分的質(zhì)心與曲鈾旋轉(zhuǎn)中心的距離a—缸心距L—連桿長(zhǎng)度L1—連桿質(zhì)心至小頭中心的距離λ—連桿比（3）確定總轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式對(duì)于單缸，已知：（1-1）（1-2）（1-3）（1-4）（1-5）T即為發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)氣缸所能發(fā)出的扭矩。其中：β—連桿擺角；Fj—往復(fù)慣性力；ω—曲柄旋轉(zhuǎn)角速度；Fg—?dú)怏w作用力；D—活塞直徑；Pg—?dú)飧變?nèi)的氣體壓力；Pg’—曲軸箱內(nèi)的氣體壓力。整理可得，（1-6）對(duì)于均勻點(diǎn)火的兩缸機(jī)：（1-7）對(duì)于非均勻點(diǎn)火的兩缸機(jī)：（1-8）在MATLAB中對(duì)往復(fù)慣性力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行數(shù)值模擬，程序及對(duì)應(yīng)圖像如下：clc;clear;addpath('E:\LGDOC\教學(xué)\精品課建設(shè)\發(fā)動(dòng)機(jī)原理教材\170929\Matlab');%---賦初值---%R=0.05;W=100;D=0.088;lambda=0.33;mj=0.879;%R-曲柄半徑；W-旋轉(zhuǎn)角速度;D-活塞直徑;lambda-連桿比;mj-作往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量;a=0:pi/360:4*pi;%a-曲柄轉(zhuǎn)角;%---計(jì)算均勻發(fā)火兩缸機(jī)總轉(zhuǎn)矩T1、不均勻發(fā)火兩缸機(jī)總轉(zhuǎn)矩T2---T0=Tcal(a);T1=Tcal(a)+Tcal(a+2*pi);T2=Tcal(a)+Tcal(a+pi);%---繪圖---A=0:0.5:720;%a-曲柄轉(zhuǎn)角;plot(A,T0,'B');holdon;plot(A,T2,'r');plot(A,T1,'g');gridon;xlabel('曲軸轉(zhuǎn)角(°)');ylabel('轉(zhuǎn)矩(N.m)');legend('單缸','不均勻','均勻');title('兩缸機(jī)往復(fù)慣性力扭矩合成');functionM=Tcal(S)%---賦初值---R=0.05;W=100;D=0.088;lambda=0.33;mj=0.879;%R-曲柄半徑；W-旋轉(zhuǎn)角速度;D-活塞直徑;lambda-連桿比;mj-作往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量;%---計(jì)算單缸機(jī)慣性力轉(zhuǎn)矩TjTjj1=-mj*R*W*(cos(S)-lambda*cos(2*S))*R*2.*sin(S).*(1+lambda*cos(S));Tjj2=2-lambda*lambda*sin(S).*sin(S);Tjj=Tjj1./Tjj2;%------M=Tjj;圖1.2發(fā)動(dòng)機(jī)慣性轉(zhuǎn)矩對(duì)比圖（4）設(shè)計(jì)平衡方案1）不均勻發(fā)火的兩缸機(jī)平衡方案對(duì)于不均勻發(fā)火的兩缸機(jī)，其發(fā)火間隔曲軸轉(zhuǎn)角為0°～180°：圖1.3不均勻發(fā)火兩缸機(jī)慣性力作用示意圖根據(jù)慣性力重要參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，算得系統(tǒng)所受的力與力矩如下：旋轉(zhuǎn)慣性力合力：（1-9）一階往復(fù)慣性力：（1-10）二階往復(fù)慣性力：（1-11）旋轉(zhuǎn)慣性力矩：（1-12）—階往復(fù)慣性力矩：（1-13）二階往復(fù)慣性力矩：（1-14）由公式可知，不均勻發(fā)火的兩缸機(jī)的二階往復(fù)慣性力、旋轉(zhuǎn)慣性力矩和一階往復(fù)慣性力矩未平衡，需要設(shè)計(jì)雙軸平衡系統(tǒng)才能完全平衡。系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖如下：圖1.4不均勻發(fā)火兩缸機(jī)平衡系統(tǒng)由圖可知，mprp用于平衡旋轉(zhuǎn)慣性力矩，mIrI用于平衡一階往復(fù)慣性力矩，mIIrII用于平衡二階往復(fù)慣性力。設(shè)b=1.5a，設(shè)平衡軸的長(zhǎng)度為b。對(duì)平衡重的質(zhì)徑積進(jìn)行計(jì)算：（1-15）（1-16）（1-17）2）均勻發(fā)火的兩缸機(jī)平衡方案對(duì)于均勻發(fā)火的兩缸機(jī)，其發(fā)火間隔曲軸轉(zhuǎn)角為0°～360°：圖1.5均勻發(fā)火兩缸機(jī)慣性力作用示意圖旋轉(zhuǎn)慣性力合力：（1-18）一階往復(fù)慣性力：（1-19）二階往復(fù)慣性力：（1-20）旋轉(zhuǎn)慣性力矩：（1-21）—階往復(fù)慣性力矩：（1-22）二階往復(fù)慣性力矩：（1-23）由圖可知，均勻發(fā)火的兩缸機(jī)的旋轉(zhuǎn)慣性力、一階往復(fù)慣性力和二階往復(fù)慣性力未平衡，需要設(shè)計(jì)雙軸平衡系統(tǒng)才能完全平衡。系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖如下：圖1.6均勻發(fā)火兩缸機(jī)平衡系統(tǒng)對(duì)平衡重的質(zhì)徑積進(jìn)行計(jì)算：（1-24）（1-25）（1-26）3）平衡方案比較由計(jì)算結(jié)果對(duì)比可知，除的質(zhì)徑積相等外，不均勻發(fā)火兩缸機(jī)各個(gè)平衡重的質(zhì)徑積均小于均勻發(fā)火兩缸機(jī)。綜合（3）、（4）結(jié)論，不均勻發(fā)火兩缸機(jī)相比均勻發(fā)火兩缸機(jī)具有工作穩(wěn)定，平衡重質(zhì)徑積小等優(yōu)勢(shì)。3.比較活塞運(yùn)動(dòng)規(guī)律的精確值與近似值的差異。能否設(shè)計(jì)多軸平衡系統(tǒng)，利用旋轉(zhuǎn)慣性力的疊加完全平衡往復(fù)慣性力?答:1）機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下：曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖2）由圖中幾何關(guān)系得：，令μ=-忽略展開(kāi)式高階項(xiàng)，取前二項(xiàng)，可得活塞加速度、往復(fù)慣性力的近似值：3）若是需要完全平衡往復(fù)慣性力，每一階往復(fù)慣性力都需要一對(duì)平衡軸來(lái)平衡，無(wú)窮階就要無(wú)窮對(duì)平衡軸，這顯然是不能夠?qū)崿F(xiàn)的?？紤]到二階以后的慣性力幅值很小，實(shí)際設(shè)計(jì)中一般只考慮前兩階往復(fù)慣性力。 4.計(jì)算過(guò)量平衡系統(tǒng)中，剩余離心力ΔF與一階往復(fù)慣性力的合力矢量。討論剩余離心力大小對(duì)合力矢量形狀的影響。答：1）僅考慮過(guò)量平衡質(zhì)量在α+180°的情況，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下左圖。曲柄上裝置較大的平衡重，此平衡重旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力Fp，不僅平衡了旋轉(zhuǎn)慣性力Fr，還存在剩余離心力。2）需要的計(jì)算公式：活塞加速度：ACC=R如右圖所示的復(fù)平面上：一階往復(fù)慣性力：F過(guò)量離心力：ΔF=ε3）MATLAB計(jì)算代碼：clc;clear;m=1;R=1;w=1;r