发动机原理

1-5为什么发动机性能指标有指示指标与有效指标的分别？两种指标各在什么场合使用？为什么一般不把净指示功作为常用的指示功指标？

解：指示指标：不受循环过程中机械摩擦、附件消耗以及进排气和扫气流动损失的影响，直接反应缸内热功转换进行的好坏，因而在内燃机工作过程分析中广泛应用；有效指标：被用来直接评定发动机实际工作性能的优劣，因而在发动机生成和试验研究中广泛应用。因为净指示功难以直接测算得出，所以一般不把净指示功作为常用的指示功指标

1-6 发动机的动力、经济性能在生产使用中主要用哪几个指标来表示？如果要进行不同机型性能的对比，应该使用何种动力、经济性能指标？ 解：动力性：功率P、扭矩T、速度V；

经济性：有效效率、燃油消耗率、润滑油消耗率。 不同机型对比常用：有效平均压力、升功率和be。

1-13影响有效燃料消耗率be的因素有哪些？降低be的途径有哪些？ 解：影响因素：燃烧效率、机械效率、循环热效率等。

降低途径：增压小排量技术、稀薄燃烧、增大压缩比等。

1-15什么是燃料燃烧时的化学计量比？具有化学计量比的可燃混合气的过量空气系数?a是多少，其空燃比α又是多少？

解：燃料和空气恰好能够完全反应时两者的比值。具有化学计量比的可燃混合气的过量空气系数?a为1，其空燃比α为14.2。 第二章

2-1 缸内工质是从哪几个方面影响发动机的性能及其燃烧模式的？ 解：(1) 工质的各种热力参数——质

(2) 燃料热值（可燃混合气的热值）——量 (3) 燃料的理化特性——不同工作方式 (4) 燃料的组份——燃烧和排放

2-13 常规汽油机和柴油机在混合气形成、着火和负荷调节三方面有何差异？形成这些差异的主要原因是什么？

解：（1）混合气形成方式不同： 汽油—易气化，缸外低压喷射蒸发，与空气形成预制均质混合气 柴油—难气化，缸内高压喷雾成细小液滴，与空气形成非均质(分层)混合气 （2）着火及燃烧方式不同： 汽油—难自燃，易点燃(SI)，用高压电火花点燃预混燃烧，火焰传播， 可在?a =1的条件下完全燃烧 柴油—难点燃，易压燃(CI)，扩散燃烧，即边喷-边混-边燃，为了完全燃烧，必须?a >1.2

（3）负荷调节方式不同：

汽油机—预混合，?a基本保持不变，量调节 （控制节气门开度） 原因：燃料的理化特性不同。

2-14汽油可以压燃吗？如果可以，汽油压燃有什么优缺点？如果不可以，请说出理由。

解：汽油可压燃。例如稀混合气条件下的汽油匀质混合气压燃HCCI，以实现汽油机的高效低污染燃烧。

2-15为什么汽油机的残余废气系数?r一般比柴油机的大？而增压柴油机的?r很小？

答：汽油机?r偏高是因为压缩比ε小，压缩容积大，低负荷时进气节流强使新鲜充量下降；增压柴油机?r小是因为扫气效果强。

柴油机—分层混合，?a变化范围大（0~∞），质调节（控制循环喷油量）

第三章

3-2发动机的理论循环、理想循环和真实循环三者之间有何差别？为什么要把发动机的工作循环划分为三种循环进行分析？ 答：理论循环：理想气体，理想循环 理想循环：真实气体，理想循环 真实循环：真实气体，真实循环

理论循环最简化而又能突出发动机工作过程本质特征，理想循环是理论循环和真实循环之间的中间模型。为了完善循环分析，所以建立了三种模型。

3-6如何计算涡轮增压发动机和机械增压发动机的指示效率ηit和机械效率ηm？两者的ηit和ηm有何差别？与自然吸气原型机相比，增压发动机的ηit和ηm是加大了还是减小了？为什么？

解：指示效率可用指示功与消耗燃料的放热量的比值求得。机械效率为有效功与指示功的比值。涡轮增压发动机的机械效率一般比相应的自然吸气发动机的高。指示效率两者差别不大。指示效率变化不大，机械效率增大。

3-12机械损失由哪几部分组成？每部分损失的特点及其起主要作用的因素是什么？

解：（1）机械摩擦损失(50％～80％)：活塞组件、轴承、气门机构等。

（2）附件驱动消耗(～10％)：水泵、机油泵、燃油泵、点火装置等运转必不可少的辅助机构。

（3）泵气损失(5％～40％)。

3-13简述各种机械损失测定方法的原理和适用范围。为什么说除示功图法外，其余三种方法都不可避免地将泵气损失包括在测定值之内？ 解：内燃机机械损失的主要测定方法有：

（1）示功图法：由示功图计算得到的净指示功（增压机）或动力过程功（非增压机）Wi减去台架上测得的有效功We即得到机械损失功Wm，该方法适用于各种机型，但由于对上止点位置的标定精度要求很高，所以只适用于研发工作；

（2）倒拖法：是在发动机正常运转后断油或断火，用电机反拖发动机，从而测得的反拖功率即为机械损失功率，该方法适用于压缩比不高的汽油机和小型柴油机；

（3）灭缸法：此法仅适用于自然吸气式多缸柴油机，当内燃机调整到给定工况稳定工作后，先测出其有效功率Pe，然后依次将各缸灭火，灭火前后测功机测得的有效功率差值即为该缸的指示功率，各缸相加可得整台发动机的指示功率Pi，再减去发动机的有效功率Pe即得机械损失功率Pm；

（4）油耗线法：在转速不变的情况下，测出整机油耗随负荷的变化曲线。将此线外延直到与横坐标相交，则坐标原点与交点间的连线即为机械损失值，该方法适用于自然吸气式柴 油机和低增压柴油机。

上面这四种测定发动机机械损失的方法中只有示功图法可以得到净循环指示功，因而可以将泵气损失排除在机械损失之外；

高增压发动机：示功图法； 低增压发动机：可用油耗线法； 小型柴油机：用灭缸法和倒拖法； 汽油机：多用倒拖法

4-1什么是发动机的换气过程？合理组织换气过程的目的是什么？为什么说发动机的充量系数是研究换气过程的核心问题？

解：发动机排出废气和充入新鲜空气或可燃混合气的全过程叫换气过程。 合理组织换气过程的目的包括：

（1）保证在标定工况和全负荷工况下，吸入尽可能多的新鲜充量，以获得尽可能高的输出功率和转矩；

（2）保证多缸机各缸循环进气量的差异不超出应有的范围，以免对整机性能产生不利影响。

涡轮增压发动机：不能用倒拖法和灭缸法； 自然吸气：用油耗线法；

（3）应尽量减小换气损失，特别是占最大比例的排气损失。

（4）进气后在缸内所形成的湍流场，应能满足组织快速合理燃烧的要求。 发动机充量系数指单缸每循环吸入缸内的新鲜空气质量与按进气状态计算得到的理论充气质量的比值，该参数是决定发动机动力性能和进气过程完善程度的极为重要的评定指标，是换气过程的核心问题。

4-5 进气和排气为什么要早开和晚关？4个相位角中，哪两个角最重要？这两个角对发动机性能有何影响？气门重叠的作用是什么？比较汽油机与柴油机、增压发动机与自然吸气发动机气门重叠角的大小，并说明造成差异的原因。 解：早开晚关：进气充足、排气干净。

进气晚关角和排气早开角被认为是最重要的两个，这是因为进气晚关角对进气充量影响最大，排气早开角对换气损失影响最大。 气门重叠角：扫气以降低缸内的残余废气系数；降低发动机的热负荷。 汽油机的气门重叠角一般要比柴油机的小，这是因为若进气门开启过早，废气会倒入进气管，出现“回火”现象，且气门重叠角过大时可能造成新

鲜可燃充量直接排出排气管。 增压发动机的气门叠开角一般会比非增压发动机的大，这是因为增压发动机进气门外的压力高于排气背压，因而能够更好地实现燃烧室扫气，达到增加新鲜进气充量和降低燃烧室热负荷的目的。

4-6 为什么进、排气门开启和关闭4个相位角都存在最佳值？为什么4个相位

角的最佳值都随转速上升而加大？请逐一从物理概念上定性加以说明。 解：（1）排气早开角：当排气早开角小时，自由排气损失小而泵气损失大；排

气早开角大时，自由排气损失大而泵气损失小。 由于转速对膨胀线影响不大，但是经历相同自由排气时间所对应的转角必然是高转速时大，因此转速上升时，排气早开角的最佳值加大。

（2）排气晚关角：排气晚关角过小，排气惯性利用不足；排气晚关角过大，因活塞下行较多，造成废气倒流，排气量也会减少。所以排气晚关角也存在最佳值。 转速上升时，经历相同的利用排气惯性排气的时间所对应的转角也会增大，因此转速上升时，排气晚关角的最佳值加大。

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