《汽车发动机原理》课程习题集参考答案

《汽车发动机原理》

习题集参考答案

第1章 发动机的性能

一、解释术语

1、指示热效率：实际循环指示功与所消耗的燃料热量之比。 2、压缩比：发动机总容积与燃烧室容积之比。 3、燃油消耗率：发动机发出单位功的耗油量。 4、平均有效压力：单位气缸容积发出的有效功。

5、有效燃料消耗率：发动机发出单位有效功的耗油量（或，发动机在1小时内发出1 kW功率

所消耗的燃油质量）。

6、升功率：单位气缸容积发出的有效功率。 7、有效扭矩：发动机曲轴输出的扭矩。

8、平均指示压力：单位气缸容积发出的指示功。

9、示功图：因为P-V图上曲线所包围的面积表示工质完成一个循环所做的有用功，故P-V图

被称为示功图。

二、选择题

1、A，2、B，3、D，4、C，5、B，6、C，7、C，8、B，9、D，10、D，11、B，12、B， 13、B，14、A，15、D，16、D，17、B。

三、填空题

1、示功图。 2、多变。

3、压缩冲程；膨胀。 4、指示功。 5、工作容积。 6、升功率。 7、比质量。

四、判断题

1、T，2、F。

五、简答题

1、解释发动机的指示指标和有效指标的联系和区别。

答：区别：指示指标是以工质对活塞做功为基础的性能指标，是用来评价其内部循环完善性，

反映气缸内工质对活塞的做功情况；而有效指标是以发动机曲轴端输出功为基础的性能指

标，是用来评价发动机整机性能的指标。

联系：指示指标是有效指标的基础，指示指标好，有效指标不一定好，但指示指标差，有效指标肯定差，指示指标不能综合反映发动机的整机性能，而有效指标不能准确指示发动机内部过程的完善程度。

2、什么是发动机的机械损失？它由哪些损失组成？

答：发动机曲轴输出的功或功率小于其气缸内气体膨胀所做出的功或功率，两者之差称为发动

机的机械损失。

发动机的机械损失主要由摩擦损失、附件驱动损失、泵气损失等组成。 3、发动机的指示指标有何作用？

答：发动机指示指标用于评价其内部循环完善性，反映气缸内工质对活塞的做功情况。它是有

效指标的基础，但不能综合反映发动机的整机性能；发动机的整机性能以曲轴输出的功为依据，但不能准确指示发动机内部过程的完善程度。

六、综述题

1、简述机械损失的组成及影响机械损失的因素。

答：发动机的机械损失主要由摩擦损失、附件驱动损失、泵气损失等组成。

影响因素：

（1）转速：转速增加，由于摩擦损失和泵气损失增加，驱动附件损耗加大，故机械损失上升，机械效率下降。

（2）负荷：负荷变化，发动机供油改变，机械损失基本不变，但机械效率则因为指示功率变化而有改变。

（3）发动机结构：气缸直径大或行程大，机械损失大，但发动机功率大，机械效率相对提高；气缸工作容积不变，减小行程，增加缸径，并保持其他条件不变，机械损失减少，机械效率提高；润滑状态好，摩擦环节少，运动质量小，摩擦面状态好，机械损失小，机械效率高。

（4）摩擦损失：摩擦损失减小，机械效率上升。

（5）冷却水和润滑情况：冷却水温度适当高一些，润滑油温度也相对提高，其粘度下降，润滑效果好，摩擦损失小，机械损失小，机械效率相对提高；润滑油品质好，同样润滑效果时粘度低，受温度影响小，机械损失少，机械效率高。

但润滑油粘度不能过低，否则会形成半干摩擦，反而增加机械损失。

2、讨论发动机实际循环和理论循环的差异。 答：（1）实际工质的影响Wk

理论循环假定工质比热容是定值。燃烧后生成CO2、H2O等气体，比热容增大,循环的最

高温度降低；还有泄漏使工质数量减少。 （2）换气损失Wr

换气时要消耗功以及有功的减少，成为换气损失。其中因工质流动是需要克服进、排气系统阻力所消耗的功，称为泵气损失. （3）燃烧损失WZ

实际循环中燃料燃烧需要一定的时间，所以喷油或点火在上止点前，并且燃烧还会延续到膨胀行程，由此形成非瞬时燃烧损失和补燃损失；实际循环中会有部分燃料由于缺氧产生不完全燃烧损失；在高温下部分燃烧产物分解而吸热。 （4) 传热损失Wb

实际循环中,气缸壁(包括气缸套、气缸盖、活塞环、气门、喷油器等)和工质有热交换，造成损失。

七、计算题

1、测量得到某柴油机的有效功率Pe ＝ 130 （ kW ），每小时消耗柴油量B ＝ 35 （ kg /

h ），求该柴油机的有效燃料消耗率 be 。

解：be?B35?1000??1000?269.2 g/(kW·h) Pe1302、某汽油机在转速n ＝ 5000 （ r / min ）时，测量出其有效功率Pe ＝ 120 （ kW ），求该汽油机的有效扭矩Teq。

解：Teq?

9550?Pe9550?120??22.8 N·m n5000第2章 发动机的换气过程

一、解释术语

1、配气相位：进、排气门的角度及其相对与上、下止点的关系，称为配气相位。

2、气门重叠：指换气过程中进、排气门同时开启的现象。

3、充气效率：充气效率是实际进入气缸的新鲜工质质量与进气状态下充满气缸工作容积的新

鲜工质质量的比值。

4、可变技术：发动机中采用的、随着发动机工况变化调整其结构参数的技术。 5、残余废气系数：发动机进气结束时缸内残余废气量与新鲜充量的比值。

二、选择题

1、C，2、C，3、A，4、C，5、D，6、C，7、C，8、B，9、A，10、D，11、D，12、C。

三、填空题

1、充量系数；换气损失。

2、换气损失；自由排气损失；强制排气损失。 3、强制排气；配气相位图。 4、进排气过程。 5、进气迟闭角。

四、判断题

1、F，2、F，3、F，4、T，5、T，6、F。

五、简答题

1、用什么参数评价发动机换气过程所消耗的功？为什么？

答：用泵气损失评价发动机换气过程所消耗的功。发动机的换气过程包括进气和排气过程，在

进气过程和强制排气过程中，发动机要消耗功才能完成进气和排气。 2、从哪些方面评价发动机换气过程的完善程度？为什么？

答：发动机换气过程的完善程度可从充量系数和换气损失两个方面进行评价。因为充量系数反

映了发动机气缸容积利用的有效程度，而换气损失反映了发动机换气过程中的能量损失，所以两者结合起来可完整反映发动机换气过程的完善程度。 3、何谓气门叠开？增压发动机为何可以有较大的气门叠开角？

答：气门叠开指换气过程中进、排气门同时开启的现象。

因为增压发动机进气管内气体压力高，采用较大的气门叠开角也不会发生废气倒流，可利用较大的气门叠开角清除残余废气，增加进气量；同时，增压发动机热负荷较高，采用较大的气门叠开角可降低高温零件的温度，所以增压发动机可以有较大的气门叠开角。 4、引起工质进气终了温度Ta高于进气状态温度Ts的原因是什么？

答：（1）新鲜工质被加热。新鲜工质与高温零件接触时，被高温零件加热。化油器式汽油机为了使燃料容易蒸发，与空气均匀地混合，需要对进气管加热，故空气经过进气管温度升高。 （2）新鲜工质与高温残余废气混合。 （3）流动摩擦将动能转化为热能。 5、分析发动机进、排气门提前开启和迟后关闭的原因。 答：排气门早开：①快排气；②减小排气损失。

排气门晚闭：惯性排气。

进气门早开：①增加截面；②可以扫气。 进气门晚闭：惯性进气。

6、泵气损失的含义是什么？与换气损失有何不同？ 答：发动机换气过程消耗的功即泵气损失，是强制排气损失与进气损失之和，为面积(X+Y-d)代表的负功。实际循环示功图中把（W+d）归到指示功中考虑这部分损失放在机械损失中。

换气损失即图中面积(X+Y+W)，由排气损失和进气损失两部分组成。泵气损失小于换气损失。从换气损失中扣除实际示功图不包含的部分d和提前排气损失W之后就是泵气损失。泵气损失与换气损失不同，后者表示实际循环与理论循环的差异。

第6题图

六、综述题

1、充量系数的定义是什么？试述影响发动机充量系数的主要因素。

答：充量系数是指实际进入气缸的新鲜工质质量与进气状态下充满气缸工作容积的新鲜工质质量的比值.

影响因素：

（1）进气系统阻力△pa。进气系统阻力增加，进气量减小，发动机充量系数下降； （2）进气终了温度Ta。进气终了温度升高，进气量减小，发动机充量系数下降； （3）残余废气系数。残余废气系数增加，充量系数降低；

（4）配气定时。配气定时应考虑ξ pa 具有最大值，可保证最高充量系数； （5）压缩比。压缩比对充量系数影响不大，提高压缩比，充量系数略微提高；

（5）进气（或大气）状态。进气压力提高或进气温度下降，则充量系数有所下降；但实际进入气缸的气体同步增加，故进气（或大气）状态只影响实际进气量，对充量系数影响不大。

七、分析题

1、提高充量系数的技术措施有哪些？

答：改进换气过程，即减小换气损失，提高充量系数。 （1）减少进、排气系统阻力

这方面的措施，主要是减少进气系统和排气系统的流动阻力。①减小气门处的流动损失：提高气门时面值、增加气门直径和气门数、改进气门升程规律、减少气门处的流动损失、降低进气门处的流动速度；②减小气道和气管的流动损失：尽量采用直的气管和气道；③减小换气系统附件的流动损失

（2）减少对进气充量的加热 （3）合理选择配气定时

配气定时从影响换气损失和充量系数两个方面影响发动机的性能，前者反映发动机动力性及经济性受到影响，后者影响发动机的燃烧过程，对发动机全部性能产生影响。试验表明，根据不同的工况，存在不同的最佳配气定时。

（4）采用配气系统可变技术：可变进气管技术、可变配气机构； （5）利用配气系统内动态效应。 2、请讨论减少换气损失的措施。

第3章 汽油机混合气的形成与燃烧

一、解释术语

1、燃烧速度：指单位时间燃烧的混合气量。

2、火焰速度：指火焰前锋相对于未燃混合气的推进速度。

3、汽油机滞燃期：从火花塞跳火到形成火焰中心开始火焰传播对应的时期。

4、着火延迟：火花引燃或燃料加热到自燃温度以上时，可燃混合气并不立即燃烧，需经过一

定的延迟时间，才出现明显的火焰，放出热量。这个延迟现象称为着火延迟

5、过量空气系数：燃料实际供给空气的数量与理论空气量之比。 6、空燃比： 燃烧时空气质量与燃料质量的比例即空燃比。

二、选择题

1、B，2、D，3、C，4、D，5、C，6、B，7、B，8、B，9、B，10、B，11、A，12、D， 13、D，14、C，15、B，16、D，17、D，18、B，19、C，20、C，21、B，22、C、23、D。

三、填空题

1、着火延迟期；明显燃烧器；后燃期。 2、化油器式；汽油喷射式。 3、爆燃。

4、结构紧凑，面容比小；充量系数高；组织适当气流运动；火焰传播距离短。 5、蒸发；混合。 6、细小液滴。

7、增大。

8、混合气数量；“量”。 9、减小。 10、上止点。 11、辛烷值。

四、判断题

1、T，2、F，3、F，4、T，5、T，6、T，7、T，8、F。

五、简答题

1、什么是汽油机的正常燃烧过程？

答：唯一地由火花定时点火开始，火焰前锋以正常速度传播到整个燃烧室的燃烧过程称为汽油

机的正常燃烧过程。 2、爆震燃烧产生的原因是什么？

答：远端混合气在火焰前锋尚未到达，受已燃气体的高温辐射和压缩作用，未燃混合气的温度

达到其自燃温度而着火燃烧（多点燃烧），从而造成汽油机的爆震燃烧。 3、试述混合气浓度对汽油机燃烧的影响。

答：?a ＝0.85－0.95 时，火焰传播速度最大，燃烧速度最快，发动机功率最大，这种混合气称为功率混合气。

?a ＝1.03 －1.1 时，火焰传播速度较大，氧气充足故燃烧完全，发动机经济性最好，这种混合气称为经济混合气。

?a > 1.3 - 1.4，混合气过稀，火焰不能传播，为火焰传播下限； ?a < 0.4 ~ 0.5，混合气过浓，火焰也不能传播，为火焰传播上限。 4、汽油机燃烧室设计时一般应注意哪几个原则？

答：①结构紧凑，面容比小；②充量系数高；③组织适当的气流运动；④火焰传播距离短。

六、综述题

1、请说明汽油机不规则燃烧的原因。 答：（1）循环间燃烧变动原因

火花塞附近混合气的混合比和气体紊流性质、程度在各循环均有变动，致使火焰中心形成所用的时间不同，即由有效着火时间变动而引起。

（2）各缸间燃烧差异原因

由于燃料分配不均，使各缸空燃比不一致；各缸进气量分配不均匀；各缸内空气运动不相同以及燃烧室结构的微小差异等等。 2、试述点火提前角对汽油机燃烧的影响？

答：点火提前角过大，则在压缩过程中燃烧的混合气增多，活塞上行的压缩功增加，发动机容易过热，有效功率下降，工作粗暴程度增加。同时，爆震倾向加大。点火提前角过小，则后燃严重，最高燃烧压力和温度下降，传热损失增多，排气温度升高，功率下降，耗油量增多。 3、为什么柴油机的压缩比通常比汽油机高？

答：柴油机使用的燃料——柴油是一种易自燃不易点燃的烃类燃料，因此柴油机采用压燃方式工作。为了保证柴油达到自燃温度必须采用较高的压缩比，同时柴油燃料是多点同时着火燃烧，

不存在爆燃的情况，因此柴油允许较高的压缩比，并且采用较高的压缩比可以提高发动机的经济性和动力性等性能。汽油机采用点燃方式进行工作且容易爆燃，所以不能采用过高压缩比。 4、为何汽油机在低负荷运转时的经济性和排放性能均会下降？

答：汽油机在低负荷运转时，空燃比增大，容易导致燃料燃烧不完全，严重时可能失火，并且在低负荷时，相对散热量增多，这将导致发动机经济性和排放性降低。

七、分析题

1、汽油机发生爆燃时有何外部特征？产生爆燃的机理是什么？影响爆燃的因素有哪些？ 答：爆燃的外部特征：

气缸内发出特别尖锐的金属敲击声，亦称为敲缸；严重时会产生冷却水过热；功率下降，油耗上升；排放污染增加（主要是排气冒黑烟）。

爆燃产生机理：

远端混合气在火焰前锋尚未到达，受已燃气体的高温辐射和压缩作用，未燃混合气的温度达到其自燃温度而着火燃烧（多点燃烧）。这种燃烧的速度极快，几乎是爆炸。

爆燃影响因素：

（1）汽油的品质。汽油的抗爆性越好，辛烷值越高，汽油机越不易爆燃；

（2）混合气成分。功率混合气的燃烧速度快，最高燃烧压力和温度、压力升高率都达最大值，但爆震倾向也最大；

（3）燃烧室结构型式。汽油机燃烧室结构型式是影响爆燃的最重要的外部条件，合理布置火花塞位置，对气缸适当冷却可减少爆燃的可能性；

（4）点火提前角。点火提前角过大，则在压缩过程中燃烧的混合气增多，活塞上行的压缩功增加，发动机容易过热，有效功率下降，工作粗暴程度增加。同时，爆震倾向加大；

（5）冷却液温度。冷却液温度应控制在合适范围内。冷却液温度过高、过低均影响混合气的燃烧和发动机的正常使用。冷却液温度过高，燃烧室壁面温度高，爆震及表面点火倾向增加。混合气温度升高，气缸充量减少，发动机动力性、经济性下降。

（6）压缩比。压缩比高，容易产生爆震。

（7）转速。转速增加时，火焰传播速度加快，爆震倾向减小。

（8）负荷。负荷减小，进入气缸的新鲜混合气量减小，而残余废气量不变，所占比例相对增加，残余废气对燃烧反应起阻碍作用，减轻了爆燃的倾向。

第4章 柴油机混合气的形成与燃烧

一、解释术语

1、喷油泵速度特性：喷油泵油量调节机构的位置不变，供油量随喷油泵转速变化的关系。 2、供油提前角：从出油阀升起开始供油到活塞到达上止点所对应的曲轴转角。 3、喷油提前角：从燃油喷入气缸到活塞到达上止点所对应的曲轴转角。 4、柴油机滞燃期：从喷油开始到压力线脱离压缩线所占用的曲轴转角。

5、喷油延迟：从高压油泵供油开始到喷油器针阀抬起开始喷油所对应的时期。 6、缓燃期：从最高燃烧压力到出现最高燃烧温度所对应的时期。

7、喷油规律：单位时间喷油器喷油量与喷油泵凸轮转角（时间）的关系。 8、着火方式：使燃料着火形成火焰的方式，有点燃方式和自燃方式等形式。

二、选择题

1、A，2、A，3、C，4、D，5、C，6、B，7、B，8、B，9、B，10、C，11、D，12、C， 13、B，14、A，15、A，16、D，17、D，18、A，19、A，20、B，21、A，22、D。

三、填空题

1、油束射程；喷雾锥角。 2、燃烧室；燃油油束；气流运动。

3、结构紧凑，面容比小；充量系数高；组织适当气流运动；燃油油束、气体运动与燃烧室三者要配合。 4、滞燃期 ；缓燃期；后燃期。 5、蒸发；混合。

6、燃烧放热起始时刻；燃烧放热规律曲线形状；燃烧持续时间。 7、细小液滴。 8、喷油时刻。 9、同时自燃。 10、循环供油量。 11、负校正。 12、轴针式。

13、针阀落座停止喷油。 14、主喷射。 15、上止点。 16、高压油管。 17、过量空气系数。

18、循环喷油量；混合气浓度；“质”调节。 19、定时；定量。

20、空间雾化混合；油膜蒸发混合。 21、抗爆性；凝点。

四、判断题

1、T，2、T，3、F，4、F，5、F，6、F，7、T，8、F。

五、简答题

1、柴油机燃烧室结构形式的要求是什么？

答：柴油机燃烧室结构形式的要求是：①结构紧凑，面容比小；②充量系数高；③组织适当气流运动；④燃油油束、气体运动与燃烧室三者要配合。 2、为什么柴油机的压缩比通常比汽油机高？

答：柴油机使用的燃料——柴油是一种易自燃不易点燃的烃类燃料，因此柴油机采用压燃方式

进行工作，为了保证柴油达到自燃温度必须采用较高的压缩比，同时柴油燃料是多点同时着火燃烧，不存在爆燃的情况，因此柴油允许较高的压缩比，采用较高的压缩比可以提高发动机的经济性和动力性等性能。汽油机采用点燃方式进行工作且容易爆燃，所以不能采用过高压缩比。 3、柴油机的燃烧过程分成哪几个阶段？它们的特点是什么？ 答：柴油机燃烧过程包括滞燃期、速燃期、缓燃期和后燃期。

滞燃期特点:过程复杂，有物理准备 — 形成混合气，有化学准备 — 氧化反应速度逐渐加快；缸内压力无明显升高。

速燃期特点:预混燃烧、多点燃烧；同时又形成混合气；缸内压力急剧升高。

缓燃期特点：扩散燃烧；可能有边喷射、边形成混合气、边燃烧；缸内压力下降慢。 后燃期特点：燃烧速度慢，燃烧放热因活塞下行不能利用，反而使排气温度升高。 4、何谓喷油泵的速度特性？对车用柴油机性能有何影响？

答：喷油泵速度特性是指油门位置不变，供油量随喷油泵转速变化的关系。

由于节流作用，回油量随转速增加而减少，转速增加，循环供油量增加。这种特性不符合发动机工作的要求：①可能出现“飞车”；②转速下降，循环供油量减少，不能爬坡；③与气缸进气量不配合。

5、燃料燃烧有哪些基本形式？各有何特点？

答：燃料燃烧有3种基本形式

（1）预混燃烧。在预混燃烧过程中，着火后，在火花附近形成大量活性粒子，促使这一区域的燃烧反应加速，并出现明显发热发光现象，形成火焰核心。然后，依靠火焰传播将全部混合气烧完。预混合气中的火焰传播和气体流动情况有很大关系，可分为层流火焰传播和紊流火焰传播。

（2）扩散燃烧。在相当部分燃料依然保持液态或固态，燃料没有全部蒸发就开始着火燃烧，这种燃烧称为扩散燃烧。实质上，扩散燃烧仍旧是燃料蒸汽和空气形成的混合气燃烧，燃烧过程中必须形成混合气，只是一边形成混合气，一边燃烧。由于混合气形成依赖于燃料蒸汽和空气的相互扩散，故称之为扩散燃烧。扩散燃烧时，混合气浓度分布不均匀，所以混合气燃烧界限比预混燃烧有所扩展。

（3）喷雾燃烧。喷雾燃烧是较大油滴群的扩散燃烧和预混合气的预混燃烧共存的一种复杂燃烧。

六、综述题

1、请说明柴油机不正常喷射的原因和防止措施。

答：不正常喷射原因：①高压作用下喷油系统有弹性形变；②高压作用下柴油具有可压缩性；③喷油系统有压力波的传播和反射。

防止措施：

（1）合理设计与选择柱塞式喷油泵燃油供给系统的参数，如缩短高压油管长度，减小高压油管内径；

（2）合理设计喷油泵柱塞直径和凸轮型线、出油阀结构与尺寸、喷油器喷孔尺寸和针阀开启压力等减少压力波动。

2、何谓柴油机的着火延迟期（滞燃期）？它对燃烧过程有何影响？影响滞燃期的主要因素是什么？

答：着火延迟期（滞燃期）指从喷油开始到压力线脱离压缩线所占用的曲轴转角。

着火延迟期（滞燃期）越长，在着火延迟期（滞燃期）内形成的可燃混合气越多，发动机同时着火燃烧的燃料越多，发动机工作越粗暴，

影响因素：

（1）十六烷值。十六烷值高，着火延迟期短。

（2）点火时的缸内气体状态。气体温度和压力越高，着火延迟期越短。

3、试述柴油机混合气形成的特点和方式。

答：柴油机混合气形成的特点是：①混合气形成时间短；②混合气不均匀；③空气过量；④多数情况下，需要组织空气运动。

柴油机混合气的形成方式可以分为空间雾化混合和油膜蒸发混合两种。 4、何谓供油提前角？其大小对柴油机性能有何影响？

答：供油提前角指从喷油泵出油到活塞运动到上止点所对应的曲轴转角。

供油提前角大，发动机滞燃期长，在速燃期就会有大量燃料着火燃烧，发动机压力升高率高，工作粗暴，同时压缩负功增多，发动机动力性、经济性下降；供油提前角小，后燃增多，发动机经济性、动力性下降，排放变差，对于每一工况，有一最佳提前角。

第5章 发动机的特性及试验

一、解释术语

1、速度特性：发动机负荷不变，发动机性能指标随转速变化的关系。

2、负荷特性：发动机转速不变，其性指标随负荷（可用有效功率Pe、有效转矩Teq或平均有效

压力pme等表示）的变化关系。

3、发动机特性：发动机性能指标随结构参数调整情况或运转工况而变化的关系。 4、调整特性：发动机性能指标随结构参数调整情况而变化的关系。 5、发动机工况：发动机的运行情况，简称工况。

二、选择题

1、B，2、B，3、D，4、C，5、D，6、C，7、B，8、B

三、填空题

1、模拟发动机负荷；吸收发动机输出的能量。 2、转速。

3、部分负荷速度特性。

4、发动机发出的转矩与工作机械阻力转矩。 5、转速。 6、转矩。

7、油量调节机构位置不变（汽油机是节气门位置，柴油机是油门拉杆位置）。 8、调速器

四、判断题

1、F，2、F，3、T，4、T，5、F，6、F，7、T，8、F。

五、简答题

1、发动机的特性有那些类型？

答：发动机特性包括性能特性和调整特性。性能特性是指发动机性能指标随运行工况而变化的关系；调整特性是指发动机性能指标随结构参数调整情况而变化的关系。

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