发动机原理复习题参考答案

第一章发动机的性能

一、选择 1. C 2. B 9. A 10. A 3. A 11. C 4. C 12. A 5. B 13. A 6. B 14. C 7. B 15. A 8. D 二、填空 16. 加大 17. 不 变 18. 小 24. 降低 机械摩擦19. 损失 等压加热27. 循环 20. 加 大 21. 减 小 混合加22. 大 23. 高 25. 26. 等容加热循 环 热循环 驱动附30. 定容加31. 动力性28. 降 低 29. 件损失 热 能指标 三、名词解释

32. 平均有效压力：单位气缸工作容积所做的循环有效功称为平均有效压力。 33. 升功率：在标定工况下，每升发动机工作容积发出的有效功率称为升功率。

34. 活塞平均运动速度：发动机在标定转速下工作时，活塞往复运动速度的平均值称为活塞平均运动速度。 35. 机械效率：指示功减去机械损失功后，转为有效输出功的百分比称为机械效率。 36. 有效燃油消耗率：发动机每发出1kW?h的有效功所消耗的燃油量。 37. 燃烧效率：燃料化学能通过燃烧转为热能的百分比称为燃烧效率。

38. 平均指示压力：单位气缸工作容积所做的循环指示功称为平均指示压力。

39. 工质定压比热容：单位质量工质在定压过程中温度升高１℃所需的热量称为工质的定压比热容。

四、简答

40. 简述工质改变对发动机实际循环的影响。

答案要点：

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。

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。 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。

可燃混合气过量空气系数的影响：当过量空气系数φa<1时，部分燃料没有足够空气，或排出缸外，或生成CO，都会使ηt下降。而φa>1时，ηt值将随φa上升而有增大。

2) 3)

4)

41. 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？

答案要点：

活塞平均运动速度?m?sn30

若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。

反之若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。

42. 内燃机的机械损失包括哪几部分？常用哪几种方法测量内燃机的机械损失？

答案要点：

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：示功图法、倒拖法、灭缸法、油耗线法等。

1

43. 简述单缸柴油机机械损失测定方法优缺点。

答案要点：

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。

44. 内燃机的强化指标有哪些？

答案要点：

升功率——在标定工况下，每升发动机工作容积所做有效功，即PL?比质量——发动机的干质量与标定功率之比，me?m PePe（kW/L） iVs强化系数——即平均有效压力与活塞平均速度乘积，pe?Cm

45. 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？

题31图

答案要点：

（1）定容加热循环的P—V图如图所示 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。

（2）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。

46. 理论混合加热循环中，若压缩比，循环加热量Q1一定时，用T-S图说明压力升高

比入增加，循环热效率如何变化。

答案要点：

根据题意，ε、k及Q1值均不变，混合加热循环中压力升高比增加就意味着

?等容加热的比例增加，在图上分别作出混合加热循环acz2z2b2a、acz＇1z1b1a两种

循环的T—S图。

两种模式的压缩线相同，均为ac，且混合加热循环acz＇1z1b1a比混合加热循

＇＇环acz＇2z2b2a的等容加热比例大，则混合加热循环acz1z1b1a的等压加热线一定比混合加热循环acz2z2b2a的等压加

2

热线高，也就是等熵膨胀线z1b1一定在z2b2的左边，等容放热线b2a下包围的面积所代表的等容放热量一定大于等容放热线b1a下包围的面积所代表的等容放热量。由此，理论混合加热循环中，若压缩比，循环加热量Q1一定时，压力升高比增加，循环热效率增大。提高理论循环加热的“等容度”将使循环热效率增大。

47. 为便于分析，常将复杂的内燃机热力循环过程简化为理想工质的理想循环过程（理论循环），该模型的基本假定有

哪些？

答案要点：

模型的基本假定 （1）关于理想工质

①认为工质由单一的理想气体（单、双原子气体）即空气组成，忽略废气、燃油蒸气及燃烧中间产物的影响。

②认为工质（即空气）的比热容等热物性参数（cp、cv、?）为常数，不随压力、温度等状态参数变化。 （２）关于理想循环

①将发动机实际动力过程的开式（开口）系统简化为热力循环的闭式（闭口）系统（与外界无物质交换）。 ②燃烧放热当作由外界热源向系统加热。排气热当作系统向外界等容放热，并回到压缩始点。压缩过程、膨胀过程看成是绝热等熵压缩（工质与汽缸壁面无热交换）。

③忽略进排气流动损失，假定气门在上、下止点瞬间开闭（对增压和非增压机均只考虑动力过程功）。

48. 简述真实循环特性对发动机实际循环热效率t的影响。

?答案要点：

（1）散热损失

真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避免的。由此产生泄漏损失。

49. 画出与题31图相应的T—S（温—熵）图。

题31图

相应的T—S（温—熵）图如右：

3

50. 内燃机ε、k、循环加热量、燃烧效率ηc相同时，画出理想工质与理想循环相结合的三种基本热力循环的T-S图，

并对比三者的ηt大小。

答案要点：

?、?及Q1值均不变，分别作出等容加热循环acz1b1a、混合加热循环

'acz2z2b2a和等压加热循环acz3b3a三种循环的T—s图。

三种模式的压缩线相同，均为ac。由于等容线的斜率比等压线大，相同Q1加热量下，从左到右依次是z1b1、z2b2和z3b3线。因此放热量Q2必然是等压循环最大而等容循环最小。于是有，等容循环?TV＞混合循环?TM＞等压循环?TP。

这一结论就是提高循环加热“等容度”的具体体现。

五、论述

51. 现在某些新型发动机经常采用“可变技术”，以汽油机米勒循环为例说明为什么要采用“可变技术”，常用的还有哪

些？ 答案要点：

米勒循环的实质是膨胀比?e大于压缩比?。

汽油机应用米勒循环时主要是改善中、低负荷的经济性能。如自然吸气机型低负荷时的示功图所示，原机型泵气损失功由实线所示的封闭面积afrea表示。如果能加大节气门开度，甚至取消节气门，而又维持原工况进气量不变的话，则进气门只需开到点a?即可。此时的泵气功将减少为图上剖面线所示的封闭面积，而工况的?et值将得到提高。因为节气门开大和进气时间缩短双重因

素都使进气损失大为下降。进气门在点a?关闭后，活塞继续下行，绝热膨胀到

点a，再进行常规的动力过程，膨胀到点b后进行排气。这样的循环就是米勒

循环。因为，由点a?决定的实际压缩比已小于由点b确定的膨胀比。

米勒循环之所以能够实现，一个很重要的原因是由于有了电控技术的缘故。这反过来说明，电控技术的出现，不仅能够进行各种参数的最佳匹配，达到全工况性能的综合优化，而且也使过去原理正已证实、但难于实现的很多可变技术成为现实。电控与可变技术的结合，为提高?et改善综合性能，开辟了一条新的道路。

包括：可变压缩比、可变配气相位与气门升程、可变缸内旋流、可变进气管长度以及可变增压涡轮喷嘴截面等等。

六、计算

52. 已知一四行程柴油发动机，缸数为6，单缸气缸工作容积为2L，燃料燃烧热值为44000kJ/kg，发动机转速为

1500r/min，机械效率为0.8，有效功率为88.5kw，耗油量为20.3kg/h。 试计算：

①指示功率、指示热效率、指示燃油消耗率； ②有效热效率、有效燃油消耗率 解：

指示功率：由?m?PeP88.5，得Pi?e??110.625(kW) Pi?m0.8有效燃油消耗率：be?有效效率： ?e?

B20.3??1000?229.4(g/kW?h) Pe88.53.63.6?106??106?0.356 beH?229.4?440004

指示燃油消耗率：bi?指示效率：?i?B20.3??1000?(183.5g/kW?h) Pi110.6253.63.6?106??106?0.445 biH?183.6?4410053. 设计一台四冲程六缸柴油机，标定工况转速3000r/min，标定功率66.8KW，活塞平均速度vm=10m/s，平均指示压力

pmi=0.9Mpa，平均机械损失压力pmm=0.2Mpa。

试确定： （1）活塞行程s

（2）气缸直径

（3）标定工况下的机械效率ηm

（4）设活塞组摩擦损失占全部机械损失的40%；标定工况转速3000r/min时减小负荷，机械效率下降，当 ηm=0.5时，通过研究，活塞组摩擦损失可能降低25%，试问有效燃油消耗率be怎样变化？ 解：

（1） vm?2s?n?10?260

2s?30vm?102n?30?10?103000?10cm

（2）pme?pmi?pmm?0.9?0.2?0.7Mpa

p?Vs?i?nPe?me?120D?pme??D24120s?i?n

480?Pe480?66.8??0.90dm?9cm

0.7?1?6?3000?3.1412600?3.14p0.2?1?0.22222?0.778 （3） ?m?1?mm?1?pmi0.9?＃11m??m??c??t??mHU?c??t??＃?m??＃0.778?0.5mHUm（4）?????55.6％

110.5?c??t??mHU?m可能提高55.6％

54. 六缸四行程柴油机D?s=135*140mm，在2200r/min发动机的有效功率Pe=154Kw，有效燃油消耗率be=217g/Kw.h，

机械效率?m =0.75，求该工况下的指示功率Pi，平均有效压力pme，有效扭矩Ttq和有效效率?e（柴油机热值。 H?=42500 kJ/Kg）解：

指示功率：由?m?PeP154，得Pi?e??205.33(kW) Pi?m0.753.14?1352气缸工作容积：Vs??s?10??140?10?6?2(L)

44120Pe120?154??0.7(MPa) 平均有效压力：pme?Vs?i?n2?6?2200?3?D2 5

123.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？

答案要点：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。

124.简述传统汽油机与柴油机工作模式的差异。

答案要点：

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；

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，由于进气量基本不变，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。

125.简述预混合燃烧和扩散燃烧的主要特点。

答案要点：

（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应速度，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色的强烈辐射光，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色，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。

126.从提高发动机有效效率方面说明有哪些措施可以提高发动机的能量利用效率？

答案要点：

提高ηet的新途径：

第一，超膨胀发动机循环——米勒循环； 第二，汽油机向稀燃和缸内直喷的发展；

第三，汽、柴油机电子控制与可变技术的结合； 提高ηet的常规途径：

包括合理组织混合气和燃烧等提高燃烧效率、合理选择循环参数等提高热效率及减少摩擦损失、驱动附件损失和泵气损失等提高机械效率。

127.简述代用气体燃料在发动机燃料供给系统的可能使用方法。

答案要点：

内燃机常用的气体代用燃料有压缩天然气（CNG）和液化石油气（LPG），可能使用方法有：

11

（1）气体代用燃料与空气在缸外混合、火花点火。 （2）气体代用燃料与空气在缸外混合、柴油引燃。 （3）气体代用燃料缸内喷射、火花点火。 （4）气体代用燃料缸内喷射、柴油引燃。 （5）气体代用燃料缸外喷射、压缩自燃。 （6）气体代用燃料缸内喷射、压缩自燃。

第四章汽油机混合气的形成与燃烧

一、选择 128. D 129. B 130. C 131. C 132. C 133. D 134. D 135. B 136. B 140. C 141. D 142. B 143. B 144. D 145. A 二、填空 146. 着火落后期 152. 精确 147. 表面点火 153. 减小 148. 空燃比 154. 明显燃烧期 149. 增大 155. 缩短 150. 不正常 156. 各缸工作不均匀性 137. D 138. A 139. A 151. 充气 157. 表面点火 三、名词解释

158.火焰传播速度：火焰前锋面在法线方向上相对于未燃混合气的移动速度称为火焰传播速度。

159.爆燃：汽油机火花塞点火后，若缸内气体压力和温度过高，或其它原因，使得燃烧室内离点燃中心较远处的末端可

燃混合气发生自燃，由而造成的一种不正常燃烧叫爆燃。（在某种条件下燃烧变得不正常，缸内压力曲线出现高频大幅波动，在上止点附近压力增长率很高，火焰前锋形状发生急剧变化，同时发动机会产生一种高频金属敲击声，这就是不正常的燃烧现象）

160.表面点火：在汽油机中凡是不靠火花塞点火，而是由燃烧室内炙热表面点燃混合气的现象称为表面点火。 四、简答

161.汽油机的燃烧过程分哪几个阶段？影响点火提前角的因素有哪些？

答案要点：

汽油机的燃烧过程分滞燃期、急燃期、后燃期。

点火提前角的影响因素：转速、过量空气系数、进气压力、温度、残余废气系数、燃烧室结构、燃料品质、空燃比、点火能量、火花塞间隙等

162.为什么有大缸径的柴油机而无大缸径的汽油机？

答案要点：

汽油机气缸直径的增大主要受到爆燃的限制。缸径愈大，则火焰传播距离也愈大，爆燃倾向增加，所以一般没有大缸径的汽油机。在汽车上使用的汽油机气缸直径常小于100毫米。

163.简述汽油发动机爆燃的燃烧机理及爆燃产生的主要原因。

答案要点：

火花塞点火后，火焰前锋面呈球面波形状以30～70m／s的速度迅速向周围传播，缸内压力和温度急剧升高。燃烧产生的压力波(密波)以音速向周围传播，远在火焰前锋面之前到达燃烧室边缘区域，该区域的可燃混合气(即末端混合气)受到压缩和热辐射，其压力和温度上升，燃前化学反应加速，一般来说，这些都是正常现象，但如果这一反应过于迅速，则会使末端混合气在火焰锋面到达之前即以低温多阶段方式开始自燃。由于这种着火方式类似柴油机，即在较大面积上多点同时者火，因而放热速率极快，使局部区域的温度压力陡增。这种类似阶跃的压力变化，形成燃烧室内往复传播的激波，猛烈撞击燃烧室的壁面，使壁面产生振动、发出高频振音(即尖锐敲缸声)，这就是爆燃。

主要原因：（1）燃料的性质----抗暴性能好坏。（2）末端混合气的压力和温度过高导致爆燃的产生。（3）火焰传播距离过长，时间过长。

164.简述汽油机爆燃时的特征。

12

答案要点：

爆燃时，缸内压力曲线出现高频大幅度波动（锯齿波），同时发动机会产生一种高频金属敲击声，因此也称爆燃为敲缸（Knock）。

汽油机爆燃时一般出现以下外部特征：

1）发出3000～7000Hz的金属振音。

2）轻微爆燃时，发动机功率略有增加，强烈爆燃时，发动机功率下降，转速下降，工作不稳定，机身有较大振动。

3）冷却系统过热，气缸盖温度、冷却水温和润滑油温均明显上升。 4）爆燃严重时，汽油机甚至冒黑烟。

165.简述影响表面点火的因素和防止措施。

答案要点：

凡是能促使燃烧室温度和压力升高以及积碳形成的因素，都能促成表面点火。表面点火多发生在高压缩比（ε>9）的强化汽油机上。点火能量小的燃料也容易产生表面点火。苯、芳香烃、醇类燃料抗表火性较差；而异辛烷抗表火性好，抗爆性也好，是很优良的燃料成分。

防止表面点火的主要措施有：

（1）防止燃烧室温度过高，这包括与降低爆震同样的方法，如降低压缩比和减小点火提前角等。 （2）合理设计燃烧室形状，使排气门和火花塞等处得到合理冷却，避免尖角和突出部。 （3）选用低沸点汽油，以减少重馏分形成积碳。

（4）控制润滑油消耗率，因为润滑油容易在燃烧室内形成积碳；同时应选用成焦性较小的润滑油。 （5）有些汽油和润滑油添加剂有消除或防止积碳作用。 （6）提高燃料中抗表火性好的成分，如异辛烷等。

166.简述汽油机循环波动的影响因素及改善措施。

答案要点：

（1）过量空气系数φa的影响最大，一般在φa =0.8-1.0（最易点燃和燃烧范围）时的循环波动率最小，过浓或过稀都会使循环波动率增大，这也是稀薄燃烧汽油机须解决的主要问题。

（2）油气混合均匀程度有重要影响，而适当提高气流运动速度和湍流程度可改善混合气的均匀性。

（3）残余废气系数φr过大，则循环波动率增大，除合理控制残余废气量之外，通过燃烧室合理设计和组织扫气以防止火花塞周围废气过浓也很重要。

（4）发动机工况不同循环波动率不同，一般低负荷（φr会增大）和低转速（湍流程度会降低）时循环波动率增加。

（5）提高点火能量或采用多点点火可降低循环波动率。如采用双火花塞点火或新型火花塞，可使循环波动率由11%下降至4%，燃油消耗率be降低10%左右。

第五章柴油机混合气的形成和燃烧

一、选择 167. A 168. A 169. C 170. A 171. C 172. B 173. D 174. B 175. B 176. A 177. B 178. C 179. B 180. D 二、填空 181. 空间雾化混合 189. 减小 182. 喷雾锥角 190. 油膜蒸发混合 183. 增加 191. 减小 184. 涡流185. 喷雾室 粒径 192. 加大 193. 大 186. 贯穿距离 194. 减小 187. 怠速188. 预燃不稳 室 195. 缩短 196. 高 三、名词解释 197.稳定调速率：突卸负荷后柴油机的稳定空转转速减去突卸负荷前柴油机的标定工况转速的差值与标定转速之比称为

13

稳定调速率。

198.喷油规律：在喷油过程中，单位凸轮轴转角（单位时间）从喷油器喷入气缸的燃油量随凸轮轴转角（单位时间）的

变化关系称为喷油规律。

199.滚流：在进气过程中形成的绕垂直于气缸轴线的有组织大尺寸空气涡流称为滚流。 200.柴油机着火延迟期：从喷油器开始将燃油喷入燃烧室到气缸压力线与压缩线脱离对应的时间或曲轴转角称为柴油机

着火落后期。 四、简答

201.对于汽油机和柴油机而言，希望有怎样的放热规律？

为了兼顾发动机的各种性能，合理的燃烧过程应作到：

对于汽油机而言，着火点位置要适宜，燃烧持续期不过长，放热率曲线宜先缓后急； 对于柴油机则更具体为：滞燃期要缩短，速燃期不过急，缓燃期要加快，后燃期不过长。

202.从化学反应的角度看，改变哪些因素可以缩短柴油机的着火延迟期？

答案要点：

影响因数：

（1）压缩压力、温度提高，则燃料的物理、化学准备速度加快，着火延迟期?i会缩短；增压压力提高，?i缩

短

（2）喷油提前角?加大，则着火延迟期?i增加；?减小，?i会缩短（在小于工况最佳喷油提前角的范围内变化）

（3）发动机转速增加，?i缩短；负荷增加，?i缩短 （4）燃料十六烷值提高，?i缩短

203.简述压缩比?对汽油机及柴油机性能的影响及其选择的主要依据。

答案要点：

通过对理论循环的分析可知，当压缩比?增加时，柴油机、汽油机的循环热效率都增加。但当?已较大时，若再增加?，?t的增加将很小，但此时最大爆发压力和压力升高率均较大，发动机工作粗暴，零部件将受到更大的

机械负荷。

对柴油机而言，目前?已比较大（一般在16～22），从发动机工作可靠性、改善排放性能等方面考虑，压缩比?不再增加，甚至有降低?的趋势；但对汽油机，目前?仍不太高，一般在6～10，还有提高的潜力，但对?的增加受到爆燃的限制。

因此对柴油机?的选取只要能保证压缩终了时气缸内气体温度大于柴油的自然温度 200～300℃以保证起动的要求。对于汽油机的选取主要是考虑爆燃等因素。

204.简述放热规律对柴油机性能的影响及改善放热规律的措施。

答案要点：

柴油机如开始放热较快，dpd?上升快，产生操音大，发动机工作粗爆；如开始放热慢，dpd?上升慢，但由于燃料不能在上止点附近燃烧完全，造成后燃，经济性不好，be较高。所以，比较合适的放热规律是希望燃烧先

缓后急，即开始放热适中，满足放热柔和的要求；随后燃烧加快，使燃烧尽量在上止点附近完成。

改善放热规律的措施是：选用合适的喷油规律，放热开始时刻和放热持续时间，可由 喷油时刻和喷油时间在一定程度上加以控制。另外，改进燃烧室也是改善放热规律的重要方面。

205.简述柴油机的喷油提前规律及原因。

答案要点：

柴油机要求转速及负荷都提前。转速提前的原因是：油量调节杆位置不变时，高转速的着火落后角要比低转速大得多；再加上喷油持续角和相应的燃烧持续角也都加大（这是喷油特性所决定的），所以要求转速提前。但是转速不变喷油量加多时，主要由于喷油持续角的加大也要求适当提前。这一点与汽油机负荷减小时的真空提前正好相反。

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五、论述

206.对于电控柴油机而言，何谓时间控制？试述高压共轨系统原理和主要特点。 答案要点：

时间控制系统：在高压油路中利用一个或两个高速电磁阀的启闭控制喷油泵和喷油器的喷油过程。喷油量的控制由喷油器的开启时间长短和喷油压力大小决定，喷油定时由控制电磁阀的开启时刻确定，从而实现喷油量、喷油定时和喷油速率的柔性控制和一体化控制。

主要特点：

（1）喷油压力柔性可调，对不同工况可确定其最佳喷射压力，优化控制柴油机的综合性能 （2）可独立地柔性控制喷油定时，配合高的喷射压力，可同时控制有害物的排放

（3）柔性控制喷油速率变化，实现理想的喷油规律，降低柴油机NOX、dp/dφ保证优良的动力性与经济性 （4）电磁阀控制喷油，控制精度高，高压油路不会出现气泡和残压为零现象。

207.试述柴油机冷起动困难的原因及改善冷起动的措施。

答案要点：

柴油机冷起动困难的原因： （1）压缩终点温度过低

柴油机自燃着火的条件是，压缩终点温度应高于柴油自燃温度。随压力的下降，为保证着火所需的自燃温度升高。

在冷起动时，由于活塞与气缸的间隙较大，且缺少润滑油的辅助密封，引起压缩过程中漏气量增加；气缸及燃室壁面温度低，引起传热损失增大；上述原因造成压缩终点的温度及压力同时下降。压缩终点温度取决于环境温度、起动转速和燃烧室结构。不同燃烧室结构的柴油机，其冷起动特性不同。非直喷式柴油机的燃烧室比表面积大，散热损失也大，因而其冷起动特性比直喷式柴油机差。

（2）可燃混合气形成过慢

低温时燃料粘度增大，使雾化和蒸发速度降低，加之转速低使缸内气体运动较弱，这些均导致可燃混合气形成速度变慢。

混合气形成速度和化学反应速度的降低，使着火落后期明显拉长，最高燃烧压力和压力升高率均较正常燃烧时增高，甚至发出强烈的“敲缸”声和发生“冲缸垫”（急剧升高的燃烧压力使气缸垫被损并漏气）的故障。

（3）阻力过大

低温时的润滑油粘度大，机械摩擦功加大；加上蓄电池性能的下降，使起动电机工作转速降低，这些都增加了冷起动的困难。

改善冷起动的措施：

根据以上冷起动困难的主要原因，可以确定改善冷起动的主要思路是保证足够的着火温度压力和足够的可燃混合气量，同时降低润滑油粘度。为此，可采用以下措施。

（1）选择合适的起动转速

对不同类型的柴油机，其起动转速不同。起动转速过低，由于漏气量增加会导致压缩终点压力不足；但转速过高，燃油蒸发混合时间缩短，也不利于起动。

（2）适当增加循环喷油量

低温起动时，首先蒸发混合着火的是柴油中的轻馏分部分，循环喷油量增加，轻馏分增加，着火前形成的可燃混合气量增加。但循环喷油量过多会使混合气温度降低，反而不利于冷起动。

（3）适当推迟喷油提前角

越接近压缩上止点，缸内温度和压力越高，适当推迟喷油提前可改善冷起动。 （4）采用高性能燃料

采用高十六烷值的柴油，提高自燃性；采用与气温、季节相适应的柴油以保证蒸发混合。 （5）采用预热方法

对冷却水、进气进行预热可提高燃室温度，燃烧室设置电热塞也是常用的方法。其中对冷却水预热还可使机

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油粘度降低，由此降低起动阻力。机油粘度与起动阻力的关系如图7－11所示。

第六章发动机的特性

一、选择 208. B 209. C 210. C 211. A 212. A 213. C 214. B 215. D 216. B 220. C 221. A 222. C 223. A 224. A 225. A 226. D 227. D 228. B 232. C 233. C 234. B 235. D 236. C 217. A 229. A 218. D 230. D 219. D 231. B 二、填空 237. 转矩 238. 内 239. 低 240. 动力 241. 高于 242. 纵向 243. 不灵敏度 244. 较长 三、名词解释

245.调整特性：发动机在转速和油量调节位置（汽油机为节气门开度，柴油机是油量调节杆位置）不变条件下，各种性

能指标随调整参数而变化的规律称为调整特性。

246.柴油机负荷特性：柴油机运转，转速保持不变，各工况调整到最佳喷油提前角，水温、机油温度、机油压力等参数

保持正常稳定的范围，发动机的性能指标随负荷变化而变化的规律称为柴油机的负荷特性。

247.发动机特性：指在一定条件下，发动机性能指标和特性参数随各种可变因数的变化规律称为发动机特性。

248.转矩储备系数：发动机转矩外特性线上，最大转矩与标定功率点转矩的差值与标定转矩之比称为转矩储备系数。 249.柴油机速度特性：油机在油量调节机构保持不变（负荷一定），各工况调整到最佳喷油提前角，水温、机油温度、

机油压力等参数保持正常稳定的范围，柴油机的性能指标和特性参数随转速变化的规律称为柴油机的速度特性。 250.转矩适应性系数：发动机转矩外特性线上，最大转矩与标定功率点转矩之比称为转矩适应系数。

251.万有特性：发动机各工况调整到最佳值，水温、机油温度等参数保持正常稳定的范围，发动机负荷和转速都变化时

的性能指标和特性参数的变化规律称为发动机万有特性。

252.标定工况：发动机的铭牌上规定的最大输出功率Pemax及其对应转速nn所确定的工况称为发动机的标定工况（３

分）。

253.转速适应性系数：标定转速nn与外特性上最大转矩对应的转速nm之比称为转速适应性系数。

254.汽油机速度特性：汽油机节气门开度保持不变（负荷一定），各工况调整到最佳点火提前角，过量空气系数按理想

值配制，水温、机油温度、机油压力等参数保持正常稳定的范围，汽油机的性能指标和特性参数随转速变化的规律称为汽油机的速度特性。 255.发动机的工况平面：以负荷和转速为座标的平面称为发动机的工况平面。发动机实际工作区域可在这个平面上表示

出来（３分）。

B等随转速或256.调速特性：在调速器起作用时，保持调速手柄位置一定，柴油机的性能指标（主要指Ttq、Pe、be、

负荷变化的关系称为调速特性。

四、简答

257.何谓发动机工况？哪几个参数可以确定一种工况？

答案要点：

发动机的运行状况称为工况。发动机两个独立的运行特征参数可以确定一种工况。汽车的运行状况是由速度和行驶时克服的总阻力来表示的。相应的，发动机的工况则由转速和曲轴输出的功率表示。因此，一个确定的转速（n）和相应的输出功率（Pe）就表征发动机的一个运行工况。

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258.柴油机标定功率有哪几种？说明应用场合。

答案要点：

（１）15分钟功率

指发动机可连续运行15min仍保持正常状态的最大有效功率。汽车、摩托车、摩托艇等发动机使用最大功率的时间很短暂，多选用这种方法进行标定以获得更大的动力性能。

（２）1小时功率

允许发动机可正常连续运行１小时的最大有效功率。适于有较长时间重载使用的拖拉机、工程机械等发功机。

（３）12小别功率

允许发动机可正常连续运行12小时的最大有效功率。适于连续长达12小时左右重载工作的拖拉机、排灌、电站等发功机。

（４）持续功率

允许发动机长期正常连续运转的有效功率。适用于远洋船舶、日夜运行的铁路机车和排灌、发电机组的发动机。

259.简述汽油机的点火提前规律及原因。

答案要点：

作出汽油机的最佳点火提前特性图。

对于汽油机，最佳?ig角将随转速的上升而加大，称为转速提前；而又随进气管真空度的上升（负荷下降）而加大，称为真空提前。最佳点火提前角特性图表示了最佳?ig在n及负荷变化时的变化规律。这是因为，在节气门开度不变时，各个转速的着火落后期均变化不大。但转速上升后，相同落后期所占的转角将正比增加，于是高转速时的着火落后角显著加大。为保证最大压力点相位大致不变，必定要加大

最佳点火提前角特性图

(a)节气门全开 (b)n＝1600r?ig角。在转速不变时，随着节气门的减小，进气管真空度上升，残余废气系数?r将加大，使

min

得燃烧速度下降。这样，着火落后期和燃烧持续期都加大，就要求点火提前以保证加热中心接近上止点位置

260.举例简述研究调整特性的意义。

答案要点：

研究调整特性的意义在于对性能进行优化。从单一性能的角度提要求，均可找出调整的最优值，如汽油机动力、经济性的工况最佳点火提前角就是一例。但从综合性能的角度来看，单项最优未必能保证整体最优，一般要折衷选出合适数值以获得最佳的匹配。

从发动机发展的历程来看，对于一些重要的调整参数，早已使用了实时调控的装置来改善某些性能指标。利用化油器调控过量空气系数φa，利用汽油机的转速与真空点火提前器以及柴油机的自动供油提前器来调整点火及喷油提前角就是例证。但是传统发动机对于大多数的参数是无法实时调控的，只能在设计时选用一个折衷值而已。发动机电控技术的普及，使得更多参数有了实时自动调控的可能（汽油机电控、柴油机电控）。这不仅全方位地改

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善了发动机的性能，也使调整特性的研究更具有现实的意义。

261.简述发动机运行特性的分析思路。

答案要点：

先推导出发动机稳定运行条件下，有效输出功率Pe和有效燃油消耗率be的多因素综合解析式。考虑到发动机

实际运行中，式中的很多参数都是常数，若将各常量用一个统一的常系数来表示，则上述解析式可简化。

利用上述各式进行稳态特性曲线分析时，先要单独分析各因素随工况参数的变化规律和曲线，然后叠加在一起，再分析Pe、be、Ttq和B等指标随工况的变化规律和走向特点，并指出各单个因素影响的原因和程度，作为修正特性曲线和选择性能改进措施的依据。

五、论述

262.在外特性中，为什么柴油机的扭矩Ttq曲线比汽油机的平坦些？这对实际使用有何影响？

答案要点：

汽油机φc和ηm总体上随转速呈下降趋势，转矩Ｔtq线主要受φc和ηm的影响，在某一较低转速处有最大值，然后随转速上升而较快下降，转速愈高，降得愈快。指示效率ηit对曲线的影响不大，仅使高、低转速处的Ｔtq值略降低。

柴油机转矩Ｔtq速度特性线因gb及ηm线有相反变化的趋势而使总体上变化较平坦。ηit的影响虽不大，但可使两端加大一些下垂量。总体上看，低速有上升趋势，小负荷时上升加剧。而高速均略为下降，大负荷时下降多一些。

就同一排挡的加速和克服阻力的能力而言，相同标定点前提下，汽油机的动力性能明显优于柴油机，因为在低于标定转速下各点的转矩与功率，汽油机都比柴油机高。其次，就最高档可达到的最高转速，则是柴油机比汽油机更远离标定转速点，这是因为汽油机Ｔtq线下降急剧，而柴油机比较平缓的缘故。这恰恰是汽油机的优点。因为标定转速本来就足够高，过多超越就会带来超速或“飞车”的危险。

上述分析表明，汽油机的外特性线要比柴油机外特性线的动力适应性好，所以汽油机一般不进行外特性线的改造；柴油机则往往要在低于标定转速段处进行“校正”，使Ｔtq加大；而在高于标定转速段处进行“调速”，以避免超速“飞车”。

263.从发动机与汽车传动系的合理匹配的角度说明如何提高汽车动力性能？

汽车传统系统对动力性能的影响，主要反映在排挡的选择和速比的分配上面，从理论上说，传动系统实现无级传动将使整车具有最大的动力性能。无级传动的汽车以任何速度行驶都可使发动机在标定功率点运转，因此。无论最大转矩、最大车速以及总后备功率都会达到最高值。相同车速时，最低挡的最大驱动力：无级传动大于有级传动。最高档的最大车速：无级传动大于有级传动。车速由某一低速加速到某一较高车速时的总后备功率：无级传动大于有级传动。

按此推论，采用有级传功时，排挡愈多理论上愈有利于动力性能的提高。同时也愈有利于经济性的提高。近年来，轿车的手动变速器多已增至5～６个挡，专用重型汽车、牵引车甚至采用10～16个挡位，均与此有关系。对于只有少数档位的变速器，各档传动比及主减速比的选择，对动力性能有较大影响。低档速比应照顾克服最大阻力的能力；高档速比则要照顾所能达到的最高车速，而各档速比的分配，应按获得最佳加速性能和经济性能的要求来考虑。

264.从完善机、车配套和选择的角度说明如何提高汽车燃油经济性能？ 答案要点：

1）汽车的每一个工况（由车速和驱动力决定）都要消耗确定的驱动功率，即要求发动机输出一个确定的功率。如果实现无级传动，就可以选择发动机等功率线上的最低燃油消耗率bemin点来配套，这样就可达到最经济的要求。

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发动机的等功率线就是图上虚线所示的双曲线族。各线的bemin点就是该等功率线与等耗油率线的切点。于是这些切点的联线就是实现无级传动时发动机的最经济运行线，如图上黑点线所示。

2）对于大多数有级传动的车辆，合理匹配的关键是排挡数与各挡速比、主传动比的选择与分配。此时，由该点的n和汽车要求的Va来确定主传动比i0、排档传动比ik值，因为该点pme及be已知，则可求得最经济的g100值。

3）从发动机的角度，如何使全特性曲线更好地满足整车燃油经济性的要求是合理匹配的另一个重要方面。

265.在负荷特性中，为什么柴油机的有效燃料消耗率be曲线比汽油机的平坦些？

答案要点：

汽油机：

在转速不变时，ηit在高、低负荷两头均有下降，总体上则随负荷下降而变小。这是因为，随着节气门开度的减小，缸内循环进气量下降而使残余废气系数φr加大，从而燃烧速度下降；再加上负荷变小时过量空气系数φa变浓，燃烧不完全，以及燃料气化条件恶化(温度下降)和单位工质传热量增加(工质总量减少，但传热面积不变)等因素，均使ηit逐渐减小。但节气门开度高于85％左右时，由于功率混合气的要求。φa将逐渐加浓到０.85～０.90，因燃烧不完全致使ηit也降低。

指示燃油消耗率bi线：由ηit的倒数所决定，为两端上翘，总体上随负荷上升而略下降的曲线。 有效燃油消耗率be线：在bi线上，叠加ηm的影响。怠速时为无穷大（ηm＝０）；之后随负荷而急剧下降，约80%～85%负荷时达到最低值，以后由于“加浓”又有回升。

柴油机：

在转速不变时，ηit线高、低负荷两头均有下降趋势，总体上则随负荷降低而增加。此趋势与汽油机正相反。这是因为，作为质调节的发动机。一方面负荷减小意味着喷油量下降，喷油及燃烧持续时间都缩短，即等容度有所上升；另一方面喷油量下降也就是混合气变稀，以上都使热效率上升。但是负荷太小，缸内温度太低，燃烧反会恶化；负荷过大，混合气加浓到—定程度后混合气燃烧均不完善，因此，高、低负荷两头都有ηit下弯趋势，尤以超负荷时更为严重。

指示燃油消耗率bi线：由ηit的倒数所决定。总体上随负荷上升而加大，两头则有上翘趋势，大功率时增长较大。

有效燃油消耗率be线：由bi线叠加ηm线影响。从总趋势看与汽油机有相似之处。但值得注意的是，由于ηit线和ηm线的总变化趋势正好相反，因此be在中负荷区有较宽阔的平缓段，约接近80％～90％负荷率处获最低值，以后因燃烧恶化而上升。

266.比较题36图所示汽油机负荷特性曲线上A、B两点下列参数的大小。 (1)充气效率 (2)过量空气系数 (3)指示效率 (4)机械效率 (5)点火提前角

A

B

平均有效压力 平均有效压力

有效燃油消耗率 答案要点：

题36图

（1）A

（2）A=B（基本不变） （3）AB

267.何谓喷油提前角？说明它与供油提前角有何不同？分析喷油提前角对柴油机工作过程参数及性能有何影响？ 答案要点：

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有效燃油消耗率 喷油器针阀开启向气缸喷油至上止点这段曲轴转角叫喷油提前角。

供油提前角是指喷油泵开始向高压油管供油到上止点为止的这段曲轴转角。 供油提前角与喷油提前角之间的关系： 供油提前角＝喷油提前角＋喷油延迟角

喷油提前角太大，燃料在压缩过程中燃烧的数量就多，不仅增加了压缩负功，使燃油消耗率增高，马力下降，且由于喷油提前角过大，着火延迟期较长，压力升高率及最高燃烧压力均较大，使发动机工作粗暴。

若喷油提前角过小，则燃料不能在上止点附近迅速完全燃烧，后燃增加，燃油消耗率较高，排温升高，发动机过热。

因此有一最佳喷油提前角，此时油耗最低。最佳喷油提前角通常是在调试过程中，由试验最后选定。

268.试述速度特性曲线和负荷特性曲线的测取方法。 答案要点：

（１）速度特性测取方法（５分）

内燃机运转，柴油机在油量调节机构保持不变（负荷一定），各工况调整到最佳喷油提前角，水温、机油温度、机油压力等参数保持正常稳定的范围；汽油机节气门开度保持不变（负荷一定），各工况调整到最佳点火提前角，过量空气系数按理想值配制，水温、机油温度、机油压力等参数保持正常稳定的范围。调整测功器负荷, 使转速

达到预定值, 测量计算B、be、Pe和Ttq，在特性曲线图上标出该点。再调节测功器负荷，使转速达到第二个预定值, 再测量计算B、be、Pe和Ttq，并在特性曲线图上标出该点??将所有点用一条光滑曲线连接即为速度特性。 （２）负荷特性测取方法（５分）

内燃机运转，汽油机各工况调整到最佳点火提前角，过量空气系数按理想值配制，水温、机油温度、机油压力等参数保持正常稳定的范围，节气门开度固定到第一个预定值；柴油机各工况调整到最佳喷油提前角，水温、机油温度、机油压力等参数保持正常稳定的范围，油量调节杆固定到第一个预定值。调整测功器负荷, 使转速达到预定值。测量计算B、be和Pe，在特性曲线图上标出该点。再调节节气门开度或油量调节杆到第二个预定值，同时调节测功器负荷，使转速维持不变。再测量计算B、be和Pe，并在特性曲线图上标出该点??将所有点用一条光滑曲线连接即为负荷特性。

第七章车用发动机的废气涡轮增压

一、选择

269. A 270. B 271. B 272. D 二、填空 273. 恒压 274. 脉冲 275. 喘振 276. 废气涡轮增压 三、名词解释

277.增压比：标定工况时，增压器压气机压缩空气后的压力与压缩前空气压力的比值称为增压比。 278.增压度：在标定工况下，发动机增压前后输出功率的增加值与原功率的比值称为增压度。

四、简答

279.柴油发动机采用进气增压有何优点？

答案要点：

(1)提高动力性能：在排量和发动机质量基本不变的条件下，增压使输出功率大幅度提高。

(2)改善经济性能：柴油机增压后，要对喷油、进气和燃烧诸系统重新进行性能匹配，以保证不低于自然吸气原机的燃烧效率和循环热效率。实际上，增压机型的机械效率也提高了，这是总机械损失功率变化不大，而有效功率大幅上升的结果。增压机大都作泵气正功，这会使指示效率提高。再加上增压后，标定工况的过量空气系数都要加大(变稀)，这是因为热负荷、机械负荷加大以及进气量增多后应采取的措施。这些都使经济性能改善。

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