典型发动机原理 简答题及参考答案
第一章发动机的性能
  1、简述工质改变对发动机实际循环的影响。
  答：①工质比热容变化的影响：比热容Cp、Cv加大，k值减小，也就是相同加热量下，温升值会相对降低，使得热效率也相对下降。②高温热分解：这一效应使燃烧放热的总时间拉长，实质上是降低了循环的等容度而使热效率ηt有所下降。③工质分子变化系数的影响：一般情况下μ＞1时，分子数增多，输出功率和热效率会上升，反之μ＜l时，会下降。④可燃混合气过量空气系数的影响：当过量空气系数φa1时，ηt值将随φa上升而有增大。
  2、S/D〔行程/缸径〕这一参数对内燃机的转速、结构、气缸散热量以及与整车配套的主要影响有哪些？
  答：活塞平均运动速度?m?sn30，假设S／D小于1，称为短行程发动机，旋转半径减小，曲柄连杆机构的旋转运动质量的惯性力减小；在保证活塞平均运动速度?m不变的情况下，发动机转速n增加，有利于与汽车底盘传动系统的匹配，发动机高度较小，有利于在汽车发动机仓涡轮增压发动机优缺点
的布置； S／D值较小，相对散热面积较大，散热损失增加，燃烧室扁平，不利于合理组织燃烧等。反之假设S／D值较大，当保持?m不变时，发动机转速n将降低。S／D较大，发动机高度将增加，相对散热面积减少，散热损失减少等。
  3、内燃机的机械损失包括哪几局部？常用哪几种方法测量内燃机的机械损失？
  答：机械损失由活塞与活塞环的摩擦损失、轴承与气门机构的摩擦损失、驱动附属机构的功率消耗、流体节流和摩擦损失、驱动扫气泵及增压器的损失等组成。 测定方法有：①示功图法、②倒拖法、③灭缸法、④油耗线法等。
  4、简述单缸柴油机机械损失测定方法优缺点。
  答：测量单缸柴油机机械损失的方法有：示功图法，油耗线法，倒拖法等。用示功图法测量机械损失一般在发动机转速不是很高，或是上止点位置得到精确校正时才能取得较满意的结果。在条件较好的实验室里，这种方法可以提供最可信的测定结果。油耗线法仅适用干柴油机。此法简单方便，甚至还可以用于实际使用中的柴油机上。但用这种方法求得的Pm也是近似的，其可信程度取决于Pm值随负荷变化的恒定程度和曲线在空载附近的直线性。倒
拖法在具有电力测功器的条件下可以简便而迅速地进行。此法用于柴油机上时，由于一些原因，往往测得的结果要高于实际的机械损失值。对于废气涡轮增压柴油机，不能应用倒拖法，而只能应用示功图法和油耗线法。
  5、内燃机的强化指标有哪些？
  答：升功率——在标定工况下，每升发动机工作容积所输出的有效功率，即
  PL?PeiVs〔kW/L〕比
  1
  质量——发动机的干质量与标定功率之比，me?度乘积，pe?Cm
  m强化系数——即平均有效压力与活塞平均速Pe6、在一定假设条件下，可以把四冲程汽油机的实际工作过程简化为如题31图所示的理想循环的温—摘〔T—S〕图。
  试求：1．对应的压—容〔P—V〕图，并标出各热力过程的性质；
  2．循环的加热量和放热量在T—S图上用哪些面积表示？ 答案要点：
  题31图 定容加热循环的P—V图如下图
  其中1—2为绝热等熵压缩过程，2—3为等容加热过程，3—4为绝热等熵膨胀过程，4—1为等容放热过程。
  循环加热量用T—S图上面积6123456表示
  循环放热量用 T—S图上面程61456表示。
  ?7、简述真实循环特性对发动机实际循环热效率t的影响。
  答：〔1〕散热损失：实循环并非绝热过程，通过汽缸壁面、缸盖底面、活塞顶面向外散热。〔2〕时间损失：实际循环时，燃烧及向工质加热不可能瞬间完成，因此：存在点火〔喷油〕提前角，产生燃烧提前的时间损失；由于高温热分解，产生后燃损失。〔3〕换气损失：存在排气门早开的自由排气损失和进排气过程的泵气损失。〔4〕不完全燃烧损失：燃料、空气混合不良，燃烧组织不善而引起的燃料热值不能完全释放的损失。〔5〕缸内流动损失：压缩及燃烧、膨胀过程中，由于缸内气流〔涡流和湍流〕所形成的损失。〔６〕工质泄漏的损失：工作过程中，工质通过活塞外向外泄漏是不可防止的。由此产生泄漏损失。
  题31图
  相应的T—S〔温—熵〕图如右：
  8、简述提高汽油机充气效率的主要途径。
  答：①降低进气系统的阻力损失，提高气缸内进气终了时的压力。②降低排气系统的阻力损失，以减少缸内的剩余废气稀释。③减少高温零件在进气系统中对新鲜充量的加热，降低进气充量
  2
  的温度。
  第二章发动机的换气过程
  9、对于汽油机，均质燃烧系统与分层燃烧系统相比有何缺点？简述分层燃烧的原那么。
  答：与分层燃烧相比，均质燃烧系统有以下缺点：〔1〕容易发生爆燃；〔2〕汽油机功率
变化时，混合气仍需维持在点火范围内的浓度，使得空燃比不可能变化很大，这就决定了汽油机的负荷调节只能采取量调节，而不能采用质调节，低负荷时经济性更差；〔3〕汽油机始终以点火范围的混合气工作，热效率?t较低；〔4〕排气污染严重。
  分层燃烧的原那么：当点火的瞬间，在火花塞间隙的周围局部具有良好着火条件与较浓的混合气。而在燃烧室大局部地区具有较稀的混合气，在此二者之间，为了有利于火焰的传播，有从浓到稀各种空燃比混合气过渡，只要一旦形成火焰，在火焰传播过程中，即使是相当稀的混合气，还是能正常燃烧。因为将混合气浓度有组织地进行分层，所以称为分层燃烧系统。
  10、如何选择高速发动机和低速发动机的进气管长度？
  答：高速、大功率时的发动机，应配装粗短的进气管，短管内的反射压力波能满足高速惯性效应的要求；中低转速、最大扭矩时的发动机，应配装细长的进气管，长管内的反射压力波能满足中低速惯性效应的要求。进气管长度的增加或管径的减小，可使充量系数的峰值向发动机低速一侧移动，反之那么向高速侧移动。
  11、画出汽油机充气效率速度特性曲线，简述曲线的变化规律。
  答：作出汽油机不同节气门开度时的充气效率速度特性曲线。汽油机由于存在节气门及喉管(用化油器时)，进气阻力较大，因而?c随转速上升而较快下降。局部负荷节气门关小时，阻力更大，?c下降更急剧，其速度特性线如下图。
  12、简述发动机进、排气门提前开启、滞后关闭的原因。
  答：膨胀过程末期，缸内压力较高，如果到下止点才翻开排气门，由于开启初期气门上升缓慢，
  开度也小；再加上气流因惯性而不会马上高速流出，都会使排气不畅，排气损失和阻力增大，并间接影响充气量。因此，要求排气门提前开启，这就出现了排气早开角。如果排气门在上止点关闭，此时废气还具有一定的往外运动速度。为充分利用这—惯性，增大排气量，可适当晚关排气门，大约在缸内压力接近排气门外背压时关闭，那么可获最大的排气成效。这一延迟关闭角即排气晚关角。进气门假设在上止点开启，那么因开启初期气门上升缓慢，通过截面面积小，以及进气气流的加速需要一段时间等惯性的影响，会使缸内真空度加大，进气量减少，而进气损失增大。所以要求进气门适当提前开启，此即进气早开角。进气门晚关主要是为了充分利用下止点时高速进气气流的惯性，增大进气充量。进气门假设能推迟到
气缸压力接近气门外背压时关闭，将获得最大的惯性利用。进气门晚于下止点关闭的角度叫做进气晚关角。
  13、简述多缸机“进气抢气〞和“排气干预〞现象，如何防止？
  答：多缸机各缸的进、排气总管和歧管相互串联或并联。假设某一缸进气时，其它缸的疏波正巧到达，那么会降低此缸进气压力，使?c减小，此即所谓“抢气〞或“进气干预〞现象。同理，某缸排气时，正巧其它缸的排气密波到达，那么会使该缸排气背压上升，剩余废气量增多，也间接
  3
  使?c减小，此为“排气干预〞现象。多缸机各缸的上述现象各不相同，这就会出现多缸机各缸进气不均匀的现象。为了消除上述不利影响，可把各缸中进、排气时间根本不重叠的几个缸合成一组，使用相对独立的进、排气系统。譬如，传统工作顺序为1-5-3-6-2-4的六缸机，可分为1、2、3缸和4、5、6缸两组。各组的三个缸两两之间，进、排气相位均相差240°曲轴转角，接近各缸真实的进、排气总相位角。一缸气门开启，另两缸那么根本关闭，这就在某
种程度上排除了相互“干预〞的可能性。进一步还可以选择适宜的歧管长度，类似单缸机那样，充分利用其动态效应来改善各缸的进、排气性能。
  14、作出进气迟闭角分别为40o和60o时的充气效率?c?n曲线和有效功率Pe?n曲线，分析转速变化对进气迟闭角的影响？
  答： 要强化发动机，提高转速，加大输出功率时，进气晚关角应适当加大。要加大低速转矩，提高爬坡及低速加速能力时，进气晚关角应适当减小。目前出现的电控可变配气相位机构，就是根据这一原理开发的。
  15、气门的气流通过能力常用气门的开启“时间—断面〞表示，分析增加此“时间—断面〞’的主要措施有哪些？
  答案要点：〔１〕增加气门最大升程，但不可能无限制增大，当气门开启截面等于气门喉口断面
  时，再增大气门升程也没有什么用处了。〔２〕适当增加气门早开晚关角度。尽可能使用气门早开、晚关。但要从配气定时全面考虑，配气定时有一最正确值，气门也不能无限制地
早开、晚关。〔３〕合理设计凸轮型线改善气门运动规律，增大气门开启、关闭的速度，也可以增加时面值，但气门运动速度、加速度增大，冲击、噪声都将增加。磨损加剧。〔４〕气门头部、气道、喉口处的几何形状、尺寸的合理设计，如增加气门直径、采用多气门及合理选择气门锥角等扩大气流通路截面积亦可提高时面值。
  第三章燃料与燃烧
  17、发动机工作过程中，缸内不断变化的工质对发动机的各种性能以及燃烧工作模式有巨大影响，为什么？
  答：不断变化的工质对发动机的各种性能以及燃烧模式有着巨大的影响。 第一，缸内工质是热力循环中热功转换的传递物。
  第二，缸内燃料与空气组成的可燃混合气又是发动机能量输出的源泉。
  第三，燃料的理化特性在很大程度上决定了混合气形成、着火燃烧以及发动机负荷调节的不同模式。这一模式反过来又对循环效率、充量系数有重大的影响，即对动力、经济性能产生间接的重大的影响。
  此外，不同燃料的理化特性也影响到有害排放物的成分和数量。
  18、简述传统汽油机与柴油机工作模式的差异。
  答：第一，混合气形成方式的差异；汽油——易气化，在常温或稍加热的条件下易于在缸外与空气形成预制均匀混合气；柴油——难气化，缸内高压燃油喷射雾化与高温空气混合；
  第二，着火燃烧模式的差异；汽油机预制均匀混合气，只能适用外源强制点火，在混合气中进行火焰传播燃烧；柴油机高压喷雾混合，利用压缩高温空气使柴油自行着火，紧接着进行边喷油、边汽化混合的扩散燃烧；
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  第三，负荷调节方式的差异；汽油机均匀混合气能点燃的混合气浓度范围小，只能靠变化节气门开度，控制混合气进气量来调节负荷。这种方式称为负荷量调节；柴油机在较大的混合气浓度范围都可以压燃着火，所以靠改变循环供油量来调节负荷，由于进气量根本不变，也就是说靠改变混和气浓度来调节负荷，这种方式称为负荷质调节。
  19、简述预混合燃烧和扩散燃烧的主要特点。
  答：〔1〕扩散燃烧时，由于燃料与空气边混合边燃烧，因而燃烧速度取决于混合速度；而预混合燃烧时，因燃烧前已均匀混合，因而燃烧速度主要取决于化学反响速度，即取决于温度T和过量空气系数〔浓度〕。〔2〕扩散燃烧时，为保证燃烧完全，一般要求过量空气系数φa≥1.2，并在总体的φa＞6.8的条件下也能稳定燃烧〔稀燃〕；而预混合燃烧时，一般φa=0.8～1.2，可燃混合气浓度范围小，难以稀燃。〔3〕扩散燃烧时，混合气浓度和燃烧温度分布极不均匀，易产生局部高温缺氧现象，生成炭烟；而预混合燃烧时，由于混合均匀，一般不产生炭烟。〔4〕扩散燃烧时，由于有炭烟产生，碳粒的燃烧会发出黄或白的强烈辐射光，因此也称“有焰燃烧〞；而预混合燃烧时，无碳粒燃烧问题，火焰呈均匀透明的蓝，因此也称“无焰燃烧〞。〔5〕预混合燃烧由于燃烧前已形成可燃混合气，有回火的危险；而扩散燃烧一般无此危险。