發(fā)動(dòng)機(jī)原理作業(yè)試題庫1-9章

/《汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理》作業(yè)題庫第一章1-1圖1-2示出了自然吸氣與增壓四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的示功圖,請(qǐng)問：〔1各自的動(dòng)力過程功、泵氣過程功指的是圖中哪塊面積？功的正負(fù)如何？〔2各自的理論泵氣功、實(shí)際泵氣功和泵氣損失功指的是圖中哪塊面積？功的正負(fù)如何？〔3各自的凈指示功和總指示功又是由圖中哪些面積組成？功的正負(fù)如何？〔4造成自然吸氣與增壓發(fā)動(dòng)機(jī)示功圖差異的原因是什么？解：由圖1-2,<1>自然吸氣：動(dòng)力過程功=面積aczbaWt=W1+W3,正功泵氣過程功=面積W2+W3,負(fù)功增壓：動(dòng)力過程功=面積aczbaWt=W1,正功泵氣過程功=面積brabWt=W2,正功<2>自然吸氣：理論泵氣功=0實(shí)際泵氣功=W2+W3,負(fù)功泵氣損失功W2+W3負(fù)功增壓：理論泵氣功=pk和pb間的矩形面積,正功實(shí)際泵氣功=W2,正功泵氣損失功=陰影面積,負(fù)功<3>自然吸氣：總指示功＝W1+W3,正功凈指示功＝<W1+W3>-<W2+W3>=W1-W2,正功增壓：總指示功=W1＋<pb-pk>*Vs,正功凈指示功=W1+W2,正功<4>差異的原因：增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣壓力高于排氣壓力,因此泵氣過程功為正。1-2增壓四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)在中、小負(fù)荷工況運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),有可能出現(xiàn)壓氣機(jī)后進(jìn)氣壓力pb小于渦輪前排氣壓力pk的情況,請(qǐng)畫出此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)循環(huán)的p-V圖,標(biāo)出上下止點(diǎn)、進(jìn)排氣門開關(guān)和著火時(shí)刻的位置,以及理論泵氣功和泵氣損失功面積,并判斷功的正負(fù)。解：p-V圖如下圖所示：理論泵氣功：綠線包圍的矩形面積,負(fù)功實(shí)際泵氣功：進(jìn)排氣線包圍的面積,負(fù)功泵氣損失功：兩塊面積之差,負(fù)功1-3假設(shè)機(jī)械增壓與渦輪增壓四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力過程功Wt和壓氣機(jī)后壓力pb均相同,請(qǐng)問兩者的示功圖有何異同？二者的泵氣過程功有何差異？為什么？解：渦輪增壓的理論排氣線為pk,機(jī)械增壓的理論排氣線為p0；且渦輪增壓的實(shí)際排氣線位于機(jī)械增壓實(shí)際排氣線的上方。機(jī)械增壓的泵氣功大,因?yàn)闄C(jī)械增壓的排氣壓力更低。1-4圖1-4曲軸箱掃氣二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的示功圖兩塊面積各表示什么含義？說明曲軸箱換氣功的形成過程,并判別功的正負(fù)。解：上圖-缸內(nèi)工質(zhì)對(duì)活塞做的功；下圖-曲軸箱內(nèi)工質(zhì)對(duì)活塞做的功。對(duì)于氣缸,排氣門先開啟排氣,然后掃氣門開啟開始掃氣,掃氣門關(guān)閉時(shí)掃氣結(jié)束,排氣門關(guān)閉后整個(gè)氣缸的換氣過程結(jié)束。對(duì)于曲軸箱,進(jìn)氣門從開啟到關(guān)閉為進(jìn)氣過程,掃氣門從開啟到關(guān)閉為掃氣過程。曲軸箱換氣功為負(fù)功。1-5為什么發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)有指示指標(biāo)與有效指標(biāo)的分別？兩種指標(biāo)各在什么場合使用？為什么一般不把凈指示功作為常用的指示功指標(biāo)？解：指示指標(biāo)：不受循環(huán)過程中機(jī)械摩擦、附件消耗以及進(jìn)排氣和掃氣流動(dòng)損失的影響,直接反應(yīng)缸內(nèi)熱功轉(zhuǎn)換進(jìn)行的好壞,因而在內(nèi)燃機(jī)工作過程分析中廣泛應(yīng)用；有效指標(biāo)：被用來直接評(píng)定發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工作性能的優(yōu)劣,因而在發(fā)動(dòng)機(jī)生成和試驗(yàn)研究中廣泛應(yīng)用。因?yàn)閮糁甘竟﹄y以直接測(cè)算得出,所以一般不把凈指示功作為常用的指示功指標(biāo)。1-6發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力、經(jīng)濟(jì)性能在生產(chǎn)使用中主要用哪幾個(gè)指標(biāo)來表示？如果要進(jìn)行不同機(jī)型性能的對(duì)比,應(yīng)該使用何種動(dòng)力、經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)？解：動(dòng)力性：功率、扭矩、速度；經(jīng)濟(jì)性：有效效率、燃油消耗率、潤滑油消耗率。不同機(jī)型對(duì)比常用：有效平均壓力、升功率和be。1-7為什么發(fā)動(dòng)機(jī)原理把有效平均壓力pme當(dāng)作一個(gè)極為重要的性能指標(biāo)？解：因?yàn)閜me與整機(jī)的功率、扭矩和功都成正比,又是可比指標(biāo),是表示動(dòng)力性能的最具代表指標(biāo)。1-8為什么說活塞平均速度νm是比轉(zhuǎn)速n更為本質(zhì)的動(dòng)力性能速度指標(biāo)？解：因?yàn)檗D(zhuǎn)速n只能作為同一機(jī)型的速度指標(biāo),不能用來判斷不同機(jī)型運(yùn)動(dòng)速度的快慢。1-9試推導(dǎo)以有效平均壓力pme表示的有效輸出功率Pe和有效轉(zhuǎn)矩Ttq的計(jì)算公式〔標(biāo)出各參數(shù)的量綱；比較同為動(dòng)力性指標(biāo)的Pe和Ttq有何區(qū)別；分析在發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)不變的前提下提高輸出功率Pe的途徑。解：和,其中：pme量綱為MPa,Pe量綱為kW,Ttq量綱為N.m。提高輸出功率Pe的途徑：提高轉(zhuǎn)速,增大平均有效壓力〔增壓,提高效率等。1-10為什么說發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n確定后輸出功率Pe〔或轉(zhuǎn)矩Ttq主要取決于有效效率ηet和循環(huán)可燃混合氣進(jìn)氣量〔汽油機(jī)或循環(huán)供油量〔柴油機(jī)？而有效燃料消耗率be則主要取決于有效效率ηet？解：當(dāng)轉(zhuǎn)速n確定后,單位時(shí)間內(nèi)做功的次數(shù)一定。決定做功快慢的主要因素變?yōu)橐淮巫龉Φ亩嗌佟６h(huán)可燃混合氣量和循環(huán)噴油量所產(chǎn)生的熱量與有效效率的乘積即為每循環(huán)做的功。因此,當(dāng)n確定后,循環(huán)可燃混合氣量和循環(huán)噴油量所產(chǎn)生的熱量與有效效率成為影響Pe主要指標(biāo)。1-11燃料低熱值Hu和混合氣熱值Hum有何異同？決定混合氣熱值的因素有哪些？解：燃料熱值：單位質(zhì)量的燃料在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,完全燃燒所能釋放的熱量。可燃混合氣熱值為單位質(zhì)量或體積的可燃混合氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下燃燒所釋放的熱量。取決于燃料的熱值和空燃比。1-12發(fā)動(dòng)機(jī)有效效率計(jì)算公式et=c·t·m中,c、t、m各自的物理含義是什么？自然吸氣、渦輪增壓和機(jī)械增壓四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的c、t和m有何區(qū)別？解：燃燒效率：燃料化學(xué)能通過燃燒轉(zhuǎn)化為熱能的百分比。循環(huán)熱效率：燃燒加熱量經(jīng)過發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)轉(zhuǎn)化為對(duì)活塞的指示功的百分比。機(jī)械效率：指示功減去機(jī)械損失后,轉(zhuǎn)化為有效功的百分比。一般增壓發(fā)動(dòng)機(jī)大于自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)。對(duì)于機(jī)械效率,渦量增壓大于機(jī)械增壓。1-13影響有效燃料消耗率be的因素有哪些？降低be的途徑有哪些？解：影響因素：燃燒效率、機(jī)械效率、循環(huán)熱效率等。降低途徑：增壓小排量技術(shù)、稀薄燃燒、增大壓縮比等。1-14可燃混合氣的濃與稀可以用哪幾個(gè)指標(biāo)表示？各指標(biāo)的意義為何？彼此間如何換算？解：空燃比：混合氣中空氣和燃料的質(zhì)量比。過量空氣系數(shù)：實(shí)際空氣量比理論空氣量。燃空當(dāng)量比：理論與實(shí)際空氣量之比?？杖急扰c當(dāng)量比互為倒數(shù)。過量空氣系數(shù)為空燃比與理論空燃比的比值。1-15什么是燃料燃燒時(shí)的化學(xué)計(jì)量比？具有化學(xué)計(jì)量比的可燃混合氣的過量空氣系數(shù)a是多少,其空燃比α又是多少？解：燃料和空氣恰好能夠完全反應(yīng)時(shí)兩者的比值。具有化學(xué)計(jì)量比的可燃混合氣的過量空氣系數(shù)a為1,其空燃比α為14.2。1-16基于Pe的綜合表達(dá)式〔1-40分析：〔1哪些參數(shù)屬于"質(zhì)"環(huán)節(jié)參數(shù)？哪些參數(shù)屬于"量"環(huán)節(jié)參數(shù)？〔2發(fā)動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)參數(shù)不變的情況下,由自然吸氣改為渦輪增壓時(shí),式中各種參數(shù)怎樣變化？解：〔1：上式中,QUOTE、QUOTE、QUOTE三者為"質(zhì)"環(huán)節(jié)參數(shù),其余為"量"環(huán)節(jié)參數(shù)?！?：發(fā)動(dòng)機(jī)由自然吸氣改為渦輪增壓時(shí),如果燃燒組織得較好,QUOTE、QUOTE、QUOTE、QUOTE略有增加,QUOTE、QUOTE大幅增加,QUOTE、QUOTE、QUOTE不變。1-17一臺(tái)4缸四沖程火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)〔缸徑D＝80mm,沖程s＝76.5mm節(jié)氣門全開時(shí)在臺(tái)架上的測(cè)量結(jié)果如下：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=5900r/min；有效轉(zhuǎn)矩Ttq=107.1N·m；指示平均壓力pmi=1.19MPa。計(jì)算：〔1循環(huán)指示功Wi；〔2指示功率Pi和有效功率Pe；〔3有效平均壓力pme；〔4機(jī)械效率m；〔5機(jī)械損失功率Pm和機(jī)械損失平均壓力pmm。解：QUOTEQUOTE<3><4>QUOTE<5>QUOTE1-186135Q-1四沖程柴油機(jī)的沖程s＝140mm,在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=2200r/min時(shí)的機(jī)械效率為m=0.75,有效輸出功率Pe=154kW,有效燃料消耗率為be=217g/〔kW·h。已知柴油機(jī)低熱值為Hu=42500kJ/kg。求此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的pme、Ttq、Pm、et和Wi各值。解：1-19一臺(tái)6缸四沖程柴油機(jī)〔缸徑D＝102mm；沖程s＝125mm,在全負(fù)荷時(shí)的臺(tái)架測(cè)量結(jié)果如下：21.22s內(nèi)消耗燃料體積200cm3,燃料密度0.83kg/dm3；30.1s內(nèi)消耗空氣體積5m3；環(huán)境空氣壓力0.1MPa；環(huán)境空氣溫度300K；有效轉(zhuǎn)矩424N·m；發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速2650r/min；機(jī)械損失平均壓力0.1758MPa；柴油低熱值42500kJ/kg。計(jì)算該測(cè)試條件下：〔1燃料體積流量和質(zhì)量流量；〔2空氣體積流量和質(zhì)量流量；〔3有效功率Pe；〔4有效燃料消耗率be和有效熱效率et；〔5指示燃料消耗率bi和指示熱效率it。解：1-20一臺(tái)排量為4.6L的四沖程V8汽油機(jī)采用了斷缸技術(shù),當(dāng)功率需求減小時(shí),切換成2.3L排量的V4工作模式。該發(fā)動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速為1750r/min時(shí),采用V8工作模式,此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的充量系數(shù)為0.51,機(jī)械效率為0.75,空燃比為14.5,發(fā)出的有效功率是32.4kW。發(fā)動(dòng)機(jī)在更高的轉(zhuǎn)速下切換成V4工作模式時(shí),充量系數(shù)為0.86,機(jī)械效率為0.87,空燃比為18.2。假定不同轉(zhuǎn)速下的指示熱效率相同,且燃燒效率為100%,空氣是在20℃和0.1MPa的條件下吸入氣缸的。計(jì)算：〔11750r/min時(shí),V8工作模式的進(jìn)氣質(zhì)量流量〔kg/s；〔21750r/min時(shí),V8工作模式的燃料消耗質(zhì)量流量〔kg/s；〔31750r/min時(shí),V8工作模式的有效燃料消耗率〔g/<kW·h>；〔4V4工作模式發(fā)出與V8工作模式相同有效功率所需的轉(zhuǎn)速〔r/min；上述V4工作模式時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的有效燃料消耗率〔g/<kW·h>。解：〔1根據(jù)pv=nRT,有以下關(guān)系式〔2〔3〔4因?yàn)橹皇菬嵝氏嗟?所以：〔5be*0.75/0.87=268g/kW.h第二章2-1缸內(nèi)工質(zhì)是從哪幾個(gè)方面影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能及其燃燒模式的？解：<1>工質(zhì)的各種熱力參數(shù)—質(zhì)<2>燃料熱值〔可燃混合氣的熱值—量<3>燃料的理化特性—不同工作方式<4>燃料的組份—燃燒和排放2-2什么是發(fā)動(dòng)機(jī)的常規(guī)燃料和代用燃料？代用燃料是如何分類的？為什么要加強(qiáng)代用燃料的研究和應(yīng)用？解：常規(guī)燃料：汽油、柴油。代用燃料：除石油汽油、柴油以外的烴類/醇類/醚類/酯類/氫氣等燃料；分類詳見表2-1。加強(qiáng)代用燃料研究主要出于能源安全和環(huán)境保護(hù)考慮。2-3醇、醚和酯類燃料都是含氧燃料,它們的分子結(jié)構(gòu)各有什么特點(diǎn)？分別列出1～2種常用的醇、醚和酯類代用燃料及其燃燒模式。解：醇類是烴類物質(zhì)中的氫被羥基取代的產(chǎn)物。常見醇類燃料有甲醇和乙醇。因其辛烷值較高,一般為點(diǎn)燃；醚類物質(zhì)是兩個(gè)烴基通過氧原子連接起來的化合物。常見醚類燃料為二甲醚,其十六烷值較高,一般為壓燃；酯類物質(zhì)是烴類物質(zhì)中的氫被羧基取代的產(chǎn)物。常見酯類燃料為生物柴油,其十六烷值較高,一般為壓燃。2-4分子結(jié)構(gòu)相同的烴燃料,其分子中碳原子數(shù)的多少對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能有何影響？原因何在？解：C越多,化學(xué)穩(wěn)定性差,著火溫度低,易自燃；但物理穩(wěn)定性好,不易氣化。因?yàn)楦逤烴結(jié)構(gòu)龐大冗長,易于裂解；但相對(duì)分子量較大,不易氣化。2-5成分相同但分子結(jié)構(gòu)不同的烴燃料對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能有何影響？原因何在？解：〔1鏈與環(huán)—環(huán)化學(xué)穩(wěn)定性好,不易自燃；〔2直鏈與支鏈〔或正烷與異烷—支鏈〔異烷的化學(xué)穩(wěn)定性好,抗爆好〔如正庚烷C7H16和異辛烷C8H18的辛烷值分別為0和100；〔3單鍵和多鍵—多鍵非飽和烴不易斷鏈,不易自燃,但安定性差,貯存中易氧化結(jié)膠<如烯烴>。2-6為什么對(duì)壓燃式柴油機(jī)是優(yōu)良的燃料,對(duì)點(diǎn)燃式汽油機(jī)則一般是不良的燃料？綜合考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力、經(jīng)濟(jì)性和排放要求,理想的汽油和柴油應(yīng)由何種結(jié)構(gòu)和成分的烴燃料組成？解：因?yàn)椴裼蜋C(jī)燃料一般有較高的十六烷值以便壓燃,高十六烷值意味著容易自燃,如果應(yīng)用在點(diǎn)燃式汽油機(jī)上,會(huì)引起嚴(yán)重的爆震,造成發(fā)動(dòng)機(jī)性能及壽命下降。汽油機(jī)使用的燃料要求有較高的辛烷值,以抑制爆震產(chǎn)生。另外柴油燃料一般不易氣化,不利于火焰?zhèn)鞑?會(huì)造成排放升高。從何考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的各種性能,理想的柴油機(jī)燃料應(yīng)由碳原子數(shù)為16左右的直鏈烷烴構(gòu)成,而汽油機(jī)燃料應(yīng)由碳原子數(shù)為8左右的異構(gòu)烷烴或環(huán)烷烴構(gòu)成。2-7正十六烷與α-甲基萘的十六烷值分別為多少？為什么兩者的著火特性有顯著差別？解：十六烷值CN=100,自燃性很好；α－甲基萘CN=0,自燃性很差。其著火特性與C原子數(shù)密切相關(guān)。2-8測(cè)定辛烷值時(shí),為什么有的燃料的辛烷值會(huì)大于100？為什么有的燃料的RON>MON,而有的燃料卻是RON<CON。解：說明抗爆性優(yōu)于異辛烷,若待測(cè)燃料比參比燃料更敏感,則RON>MON；反之,RON<MON。2-9汽油燃料蒸發(fā)曲線中,10％,50％,90％餾程的意義是什么？它們對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能有何影響？燃燒一種終餾點(diǎn)很高的汽油會(huì)出現(xiàn)什么結(jié)果？解：10％餾程<T10>—燃料中含有輕餾分的大概數(shù)量,反映汽油機(jī)的冷起動(dòng)性。50％餾程<T50>—燃料的平均蒸發(fā)性能,反映汽油機(jī)的工作穩(wěn)定性。90％餾程<T90>—燃料中的重質(zhì)餾分含量,反映汽油機(jī)燃燒完全性。EP高,易積碳,加劇磨損,燒機(jī)油。2-10什么是燃料的飽和蒸氣壓？汽油飽和蒸氣壓的過高和過低分別會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能帶來什么影響？解：飽和蒸氣壓：在規(guī)定條件下燃油和燃油蒸氣達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí),燃油蒸氣的壓力。蒸氣壓過低,發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)性能差,混合氣形成速度慢,不利于燃燒。蒸氣壓過高,在儲(chǔ)存和運(yùn)輸過程中易產(chǎn)生蒸發(fā)損失,著火的危險(xiǎn)性大；也容易在燃油供給系統(tǒng)中形成"氣阻Choking"。2-11芳烴和烯烴是理想的高辛烷值汽油組分,為什么在汽油標(biāo)準(zhǔn)中卻要限制它們的含量？解：〔1烯烴是汽油提高辛烷值的理想成分。但是由于烯烴有熱不穩(wěn)定性,導(dǎo)致它易形成膠質(zhì),并沉積在進(jìn)氣系統(tǒng)中,影響燃燒效果,增加排放?；顫娤N蒸發(fā)排放到大氣中會(huì)產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng),進(jìn)而引起光化學(xué)污染。〔2芳烴通常是汽油的高辛烷值組分,具有高能量密度。但是,芳烴會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生沉積物,增加尾氣排放,包括CO2。2-12為什么隨著燃料品質(zhì)等級(jí)的提高,燃料中硫的含量呈現(xiàn)大幅度下降的趨勢(shì)？解：硫天然存在于原油中。硫可明顯地降低催化轉(zhuǎn)化器中催化劑的功效,同時(shí)在高溫條件下對(duì)氧傳感器造成不良影響。高硫燃油會(huì)使車載診斷系統(tǒng)<OBD>失靈,使催化轉(zhuǎn)化器監(jiān)控裝置發(fā)送錯(cuò)誤的診斷碼,并向司機(jī)發(fā)出錯(cuò)誤的故障信號(hào)。2-13常規(guī)汽油機(jī)和柴油機(jī)在混合氣形成、著火和負(fù)荷調(diào)節(jié)三方面有何差異？形成這些差異的主要原因是什么？解：〔1混合氣形成方式不同：汽油—易氣化,缸外低壓噴射蒸發(fā),與空氣形成預(yù)制均質(zhì)混合氣柴油—難氣化,缸內(nèi)高壓噴霧成細(xì)小液滴,與空氣形成非均質(zhì)<分層>混合氣〔2著火及燃燒方式不同：汽油—難自燃,易點(diǎn)燃<SI>,用高壓電火花點(diǎn)燃預(yù)混燃燒,火焰?zhèn)鞑ァ？稍?a=1的條件下完全燃燒柴油—難點(diǎn)燃,易壓燃<CI>,擴(kuò)散燃燒,即邊噴-邊混-邊燃,為了完全燃燒,必須?a>1.2〔3負(fù)荷調(diào)節(jié)方式不同：汽油機(jī)—預(yù)混合,?a基本保持不變,量調(diào)節(jié)柴油機(jī)—分層混合,?a變化范圍大〔0~∞,質(zhì)調(diào)節(jié)原因：燃料的理化特性不同。2-14汽油可以壓燃嗎？如果可以,汽油壓燃有什么優(yōu)缺點(diǎn)？如果不可以,請(qǐng)說出理由。解：汽油可壓燃。例如稀混合氣條件下的汽油勻質(zhì)混合氣壓燃HCCI,以實(shí)現(xiàn)汽油機(jī)的高效低污染燃燒。2-15影響工質(zhì)比熱容的主要因素有哪些？影響趨勢(shì)如何？比熱容為什么對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力、經(jīng)濟(jì)性有重大影響？解：影響因素：溫度和分子的自由度數(shù)。cp、cV隨溫度T上升而增加,K隨溫度T上升而下降。分子自由度<原子數(shù)>增大,cp和cV增大,K減小。K越大,cp和cV越小,相同加熱量下,工質(zhì)溫升越高,循環(huán)熱效率高。2-16影響殘余廢氣系數(shù)r的主要因素有哪些？為什么汽油機(jī)的r一般比柴油機(jī)的大？而增壓柴油機(jī)的r很??？解：影響殘余廢氣系數(shù)的主要因素：進(jìn)排氣壓力、轉(zhuǎn)速、壓縮比、配氣相位和排氣系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性。汽油機(jī)r偏高是因?yàn)棣判?壓縮容積大,低負(fù)荷時(shí)進(jìn)氣節(jié)流強(qiáng)使新鮮充量下降；增壓柴油機(jī)r小是因?yàn)閽邭庑Ч麖?qiáng)。2-17燃料燃燒后分子數(shù)大于燃燒前分子數(shù)的主要原因是什么？為什么汽油機(jī)的分子變化系數(shù)比柴油機(jī)大？解：柴油機(jī)分子系數(shù)較小原因：一是由于平均過量空氣系數(shù)較大,混合氣中有較多空氣不參與反應(yīng)；另外,柴油含H量低。2-18可燃混合氣熱值有哪幾種表示方法？各自的物理意義是什么？哪一種表示方法更能反映工質(zhì)作功能力的大小？解：單位質(zhì)量或單位體積可燃混合氣發(fā)出的熱量<kJ/kg或kJ/m3>。<Hum>V代表混合氣的能量密度,越高則相同工作容積發(fā)出的功率越高<即pme高>。2-19為什么含氧液體燃料的熱值比汽、柴油低得多,但其可燃混合氣熱值卻相差不大？為什么天然氣的熱值比汽油大,但其可燃混合氣熱值反而低？解：氣體烴H/C高,Hu高,但本身是氣體〔密度小,加上H燃燒要求空氣多,Hum小。含氧燃料〔甲、乙醇本身含O,Hu低,但需空氣也少〔l0小,Hum與汽、柴油相近。2-20氫的可燃混合氣熱值很低,因此實(shí)用上都是向缸內(nèi)噴射液態(tài)氫以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的有效平均壓力,這是不是意味著增大了氫的可燃混合氣熱值呢？解：缸內(nèi)直接噴液態(tài)氫提高平均有效壓力,相當(dāng)于增壓的效果使混合氣的密度上升,每循環(huán)的發(fā)熱量也上升。2-21計(jì)算并對(duì)比汽油、柴油、天然氣、乙醇四種燃料的單位kJ發(fā)熱量對(duì)應(yīng)的CO2產(chǎn)生量。為減少CO2排放量和改善全球溫室效應(yīng),應(yīng)如何選擇汽車燃料?解：燃燒釋放單位kJ的熱量,汽油、柴油、天然氣和乙醇分別生成的的CO2質(zhì)量分別為：從以上數(shù)據(jù)可以看出,四種燃料中,天然氣燃燒釋放單位kJ的熱量所產(chǎn)生的CO2最少,從改善溫室效應(yīng)的角度看,車用燃料應(yīng)使用天然氣。2-22一臺(tái)小型3缸渦輪增壓車用發(fā)動(dòng)機(jī)燃用異辛烷燃料,發(fā)動(dòng)機(jī)吸入的空氣量為化學(xué)計(jì)量比空氣量的120%。計(jì)算此時(shí)混合氣的：〔1過量空氣系數(shù)；〔2空燃比；〔3燃空當(dāng)量比。解：<1>?α=l/l0=1.2<2>異辛烷C8H18l0=<8/3gc+8gH-go>/0.232=15.1<3>空燃比α=?α*l0=15.1*1.2=18.2<4>燃空當(dāng)量比QUOTE2-23一種燃料的組分構(gòu)成如下：40％〔wt正己烷〔C6H14；30％〔wt異辛烷〔C8H18；25％〔wt環(huán)己烷〔C6H12；5％〔wt苯〔C6H6。如果燃料混合氣的空燃比是17,計(jì)算此時(shí)混合氣的燃空當(dāng)量比。解：C6H14完全燃燒的化學(xué)反應(yīng)方程式為：C8H18完全燃燒的化學(xué)反應(yīng)方程式為：C6H12完全燃燒的化學(xué)反應(yīng)方程式為：C6H6完全燃燒的化學(xué)反應(yīng)方程式為：又由O2的摩爾質(zhì)量為32g/mol,O2在空氣中的質(zhì)量百分比為23.2%,所以1kg該種燃料完全燃燒所需要的理論空氣質(zhì)量為：即該種燃料的化學(xué)計(jì)量比為l0=14.9895,因而其過量空氣系數(shù)為：從而可得該種燃料的燃空當(dāng)量比為：2-24計(jì)算由甲醇和汽油組成的混合燃料〔甲醇占20％體積,汽油占80%體積燃燒時(shí)所需的化學(xué)計(jì)量空燃比,以及混合燃料的可燃混合氣質(zhì)量熱值和體積熱值。假設(shè)過量空氣系數(shù)為1.1,環(huán)境溫度為293K,環(huán)境壓力為0.1MPa,汽油密度為0.760kg/L,甲醇密度為0.795kg/L。解：混合燃料中甲醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：則汽油的質(zhì)量比為：g汽油=1-0.207=0.793混合燃料的化學(xué)計(jì)量空燃比為：混合氣的單位質(zhì)量低熱值為：查表取汽油的相對(duì)分子質(zhì)量為107.5,則混合燃料形成的混合氣在題目給定條件時(shí)的密度為：所以,單位體積混合氣熱值為：2-25甲烷〔CH4與空氣按化學(xué)計(jì)量比混合并完全燃燒,燃燒產(chǎn)物中只有二氧化碳〔CO2、水〔H2O和氮?dú)狻睳2,分別計(jì)算該燃燒反應(yīng)在定壓和定容條件下的絕熱燃燒溫度,并分析兩者產(chǎn)生差異的原因。假設(shè)初始反應(yīng)狀態(tài)為標(biāo)準(zhǔn)熱狀態(tài)〔298K,101.3kPa,燃燒產(chǎn)物CO2、H2O和N2的定壓比熱容在絕熱燃燒條件下分別取56.21、43.87和33.71kJ/<kmol·K>。解：<1>查得各物質(zhì)生成焓如下：QUOTE; QUOTE;QUOTE;QUOTE; QUOTE由QUOTE解得,該燃燒反應(yīng)在定壓條件下的絕熱燃燒溫度為<2>由QUOTE解得定容條件下的絕熱燃燒溫度為QUOTE,這是因?yàn)樵诙ㄈ輻l件下無膨脹功之故。第三章3-1應(yīng)用工程熱力學(xué)的公式和曲線對(duì)封閉熱力學(xué)系統(tǒng)熱力過程和狀態(tài)進(jìn)行分析時(shí),應(yīng)該滿足哪些必要的理想條件？分析發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力過程時(shí),能否滿足這些要求？解：準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)過程、內(nèi)部可逆。事實(shí)上,雖然導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)喪失狀態(tài)平衡的物理過程很快,但是瞬間恢復(fù)平衡的弛豫時(shí)間更短。因此,缸內(nèi)工質(zhì)可以作準(zhǔn)平衡態(tài)處理。缸內(nèi)不可逆因素不可避免,但因不可逆損失值與整個(gè)系統(tǒng)對(duì)外的熱功交換值相比極小,因此發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)可以作內(nèi)可逆過程處理。3-2發(fā)動(dòng)機(jī)的理論循環(huán)、理想循環(huán)和真實(shí)循環(huán)三者之間有何差別？為什么要把發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)劃分為三種循環(huán)進(jìn)行分析？解：〔1理論循環(huán)：工質(zhì)——理想氣體〔空氣,物性參數(shù)<比熱比,κ>為常數(shù),不隨溫度變化；循環(huán)——理想循環(huán)；封閉熱力循環(huán)：系統(tǒng)加熱→燃燒放熱；系統(tǒng)放熱→氣體交換<進(jìn)、排氣>；特殊熱力過程：絕熱壓縮和膨脹；等容或等壓加熱和放熱；〔2理想循環(huán)：工質(zhì)——真實(shí)工質(zhì)；循環(huán)——理想循環(huán)；〔3真實(shí)循環(huán)：工質(zhì)——真實(shí)工質(zhì)；循環(huán)——真實(shí)循環(huán)；理論循環(huán)最簡化而又能突出發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程本質(zhì)特征,理想循環(huán)是理論循環(huán)和真實(shí)循環(huán)之間的中間模型。為了完善循環(huán)分析,所以建立了三種模型。3-3分別在同一張p-V圖和T-S圖上畫出在加熱量和壓縮比相同條件下的等容循環(huán)、等壓循環(huán)和混合循環(huán),比較它們的循環(huán)熱效率大小,并說明原因。解：加熱量和壓縮比相同條件下.q2,p>q2,s>q2,v?ηt,p<ηt,s<ηt,v。因?yàn)閴嚎s比相同時(shí),等容循環(huán)的熱效率最高。3-4依據(jù)循環(huán)理論和汽、柴油機(jī)相關(guān)參數(shù)的實(shí)際范圍,利用T-S圖解釋為什么柴油機(jī)比汽油機(jī)熱效率高？解：從T-S圖上可以看到,如果初始條件相同,由于柴油機(jī)的壓縮比較高,壓縮終點(diǎn)的溫度也相對(duì)較高。高溫提高了能量的品質(zhì),使總的吸熱量/散熱量大大降低,因而,柴油機(jī)的熱效率高。3-5什么是發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)加熱的等容度？等容度與等容加熱是一回事嗎？等容度與預(yù)膨脹比是什么關(guān)系？為什么提高等容度可以提高循環(huán)熱效率？解：混合循環(huán)的等容度：各微循環(huán)真實(shí)壓縮比的算術(shù)平均值與理論壓縮比的比值。等容度反映了真實(shí)燃燒加熱過程接近上止點(diǎn)等容燃燒加熱的程度。等容度不等同于等容加熱,等容度與預(yù)脹比成反比。等容度越高,各個(gè)微循環(huán)的真實(shí)壓縮比就越大,因而每個(gè)微循環(huán)的熱效率就越高,綜合的熱效率也就越高。3-6如何計(jì)算渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的指示效率ηit和機(jī)械效率ηm？兩者的ηit和ηm有何差別？與自然吸氣原型機(jī)相比,增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的ηit和ηm是加大了還是減小了？為什么？解：指示效率可用指示功與消耗燃料的放熱量的比值求得。機(jī)械效率為有效功與指示功的比值。渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率一般比相應(yīng)的自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)的高。指示效率兩者差別不大。指示效率變化不大,機(jī)械效率增大。3-7柴油機(jī)的壓縮比比汽油機(jī)高很多,但為什么汽油機(jī)的燃燒最高溫度比柴油機(jī)高？為什么在相同條件下也是汽油機(jī)的有效平均壓力高于柴油機(jī)？解：雖然汽油機(jī)壓縮比較低,但由于混合氣較濃而且等容度也較高,所以最高燃燒溫度較高。且柴油機(jī)使用稀燃,空燃比較高,總的熱容比較大。簡述理論循環(huán),分析對(duì)改善內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力、經(jīng)濟(jì)性能的指導(dǎo)意義。解：〔1指出了改善發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性的基本原則和方向：提高壓縮比；提高等容度；增加等熵指數(shù)等?！?提供了發(fā)動(dòng)機(jī)之間進(jìn)行動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性對(duì)比的理論依據(jù)。3-9若將真實(shí)工質(zhì)特性替代理論循環(huán)的理想工質(zhì)特性,將在哪幾個(gè)方面對(duì)熱效率產(chǎn)生影響？影響趨勢(shì)如何？考慮真實(shí)工質(zhì)特性之后,高、低負(fù)荷條件下,汽油機(jī)和柴油機(jī)的熱效率的差距是加大了還是減小了？為什么？解：真實(shí)工質(zhì)對(duì)熱效率的影響：比熱容：真實(shí)工質(zhì)κ＜理想工質(zhì)κ→真實(shí)工質(zhì)ηt↓高溫?zé)岱纸猓喝紵艧釙r(shí)間拉長→等容度σ↓→ηt↓。工質(zhì)分子變化系數(shù)：影響不大〔4過量空氣系數(shù)：?a<1,未燃碳?xì)洹嘣印鶷↑→κ↓→ηt↓；?a>1,空氣↑→單雙原子↑→T↓→κ↑→ηt↑；考慮真實(shí)工質(zhì)特性后,汽、柴油機(jī)熱效率差距加大。3-10什么是相對(duì)熱效率ηrel？引入ηrel有何現(xiàn)實(shí)意義？解：相對(duì)熱效率是真實(shí)循環(huán)的指示效率與理想循環(huán)的熱效率之比,它反映了發(fā)動(dòng)機(jī)的真實(shí)動(dòng)力循環(huán)接近理想動(dòng)力循環(huán)的程度。真實(shí)循環(huán)比理想循環(huán)多增加了哪些損失？這些損失是怎樣產(chǎn)生的？解：〔1傳熱損失：真實(shí)循環(huán)并非絕熱過程,通過氣缸壁面、缸蓋底面、活塞頂面向外散熱?！?時(shí)間損失：實(shí)際燃燒及向工質(zhì)加熱不可能瞬間完成,因?yàn)椋捍嬖邳c(diǎn)火<噴油>提前,使有用功面積下降,ηt↓；pz出現(xiàn)在TDC后10°CA,而非等容加熱,使有用功面積減小?！?換氣損失：排氣門早開,造成膨脹功損失?！?不完全燃燒損失：正常燃燒時(shí),也有ηc≠100%；不正常燃燒、?a＜1等,ηt↓↓?！?缸內(nèi)流動(dòng)損失：流動(dòng)增強(qiáng)以及提高渦流與湍流程度,ηt↓,因?yàn)椋涸斐赡芰繐p失、散熱損失?！?工質(zhì)泄漏損失。3-12解：〔1機(jī)械摩擦損失<50％～80％>：活塞組件、軸承、氣門機(jī)構(gòu)等?！?附件驅(qū)動(dòng)消耗<～10％>：水泵、機(jī)油泵、燃油泵、點(diǎn)火裝置等運(yùn)轉(zhuǎn)必不可少的輔助機(jī)構(gòu)?！?泵氣損失<5％～40％>。3-13簡述各種機(jī)械損失測(cè)定方法的原理和適用范圍。為什么說除示功圖法外,其余三種方法都不可避免地將泵氣損失包括在測(cè)定值之內(nèi)？解：內(nèi)燃機(jī)機(jī)械損失的主要測(cè)定方法有：〔1示功圖法：由示功圖計(jì)算得到的凈指示功〔增壓機(jī)或動(dòng)力過程功〔非增壓機(jī)Wi減去臺(tái)架上測(cè)得的有效功We即得到機(jī)械損失功Wm,該方法適用于各種機(jī)型,但由于對(duì)上止點(diǎn)位置的標(biāo)定精度要求很高,所以只適用于研發(fā)工作；〔2倒拖法：是在發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)后斷油或斷火,用電機(jī)反拖發(fā)動(dòng)機(jī),從而測(cè)得的反拖功率即為機(jī)械損失功率,該方法適用于壓縮比不高的汽油機(jī)和小型柴油機(jī)；〔3滅缸法：此法僅適用于自然吸氣式多缸柴油機(jī),當(dāng)內(nèi)燃機(jī)調(diào)整到給定工況穩(wěn)定工作后,先測(cè)出其有效功率Pe,然后依次將各缸滅火,滅火前后測(cè)功機(jī)測(cè)得的有效功率差值即為該缸的指示功率,各缸相加可得整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的指示功率Pi,再減去發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率Pe即得機(jī)械損失功率Pm；〔4油耗線法：在轉(zhuǎn)速不變的情況下,測(cè)出整機(jī)油耗隨負(fù)荷的變化曲線。將此線外延直到與橫坐標(biāo)相交,則坐標(biāo)原點(diǎn)與交點(diǎn)間的連線即為機(jī)械損失值,該方法適用于自然吸氣式柴油機(jī)和低增壓柴油機(jī)。上面這四種測(cè)定發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失的方法中只有示功圖法可以得到凈循環(huán)指示功,因而可以將泵氣損失排除在機(jī)械損失之外；而其余三種測(cè)定方法由于無法排除泵氣過程的影響,所以只能將泵氣損失包含在機(jī)械損失的測(cè)定值內(nèi)。3-14說明油耗線法測(cè)量機(jī)械損失的原理。為什么汽油機(jī)不能應(yīng)用油耗線法測(cè)機(jī)械損失？解：油耗線法測(cè)量機(jī)械損失的原理：在轉(zhuǎn)速不變的情況下,測(cè)出整機(jī)油耗隨負(fù)荷的變化曲線。將此線外延直到與橫坐標(biāo)相交,則坐標(biāo)原點(diǎn)與交點(diǎn)間的連線即為機(jī)械損失值,該方法適用于自然吸氣式柴油機(jī)和低增壓柴油機(jī)。汽油機(jī)的燃油消耗率和負(fù)荷不成比例關(guān)系,故不適用。3-15自然吸氣汽油機(jī)、自然吸氣柴油機(jī)和渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)各適于使用何種機(jī)械損失測(cè)定方法？為什么？解：〔1汽油機(jī)多用倒拖法,不適合用滅缸法<影響進(jìn)氣均勻性>和油耗線法<不成直線>；〔2自然吸氣柴油機(jī)適合滅缸法、油耗線法,小型柴油機(jī)可以用倒拖法；〔3廢氣渦輪增壓柴油機(jī)無法使用倒拖法和滅缸法〔廢氣渦輪不能正常工作,低增壓可以用油耗線法〔接近自然吸氣柴油機(jī)。3-16發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速〔或活塞平均速度和負(fù)荷對(duì)機(jī)械效率有何規(guī)律性的影響？這一影響規(guī)律對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能提高和使用提出什么新的要求？解：〔1活塞平均速度：cm↑,摩擦阻力↑,泵氣損失↑,單靠提高轉(zhuǎn)速來提高功率受限；〔2負(fù)荷：負(fù)荷Pe↓,ηm↓；怠速ηm＝0；增壓機(jī)型ηm↑。提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的負(fù)荷率及降低中低負(fù)荷的機(jī)械損失,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能有重要意義。3-17發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油是如何進(jìn)行分類的？為保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常良好地運(yùn)行,對(duì)潤滑油的黏度提出什么要求？潤滑油的選擇和使用當(dāng)中如何滿足上述要求？解：發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油分類涵蓋粘度等級(jí)和質(zhì)量等級(jí)。選用原則：保證可靠潤滑的前提下,盡量選用低粘度的潤滑油以減少摩擦損失。3-18說明圖3-24能量轉(zhuǎn)換的各環(huán)節(jié)中能量利用效率下降的物理實(shí)質(zhì),并指出提高各環(huán)節(jié)能量利用效率的可能途徑。解：A-B：受卡諾循環(huán)熱效率的限制——提高燃燒溫度,降低放熱溫度；B-C：考慮真實(shí)工質(zhì)特性稀燃——低溫燃燒；C-D：相對(duì)熱效率采用壓燃提高等容度——絕熱燃燒；D-E：機(jī)械效率降低摩擦損失——可變配氣相位。3-19Miller循環(huán)與Atkinson循環(huán)有何異同？Miller循環(huán)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)是如何實(shí)現(xiàn)節(jié)能的？為什么Miller循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)一般都采用增壓技術(shù)？解：Atkinson循環(huán)是增加發(fā)動(dòng)機(jī)的膨脹沖程；Miller循環(huán)的實(shí)質(zhì)是膨脹比大于壓縮比,不增加沖程,靠控制進(jìn)氣終點(diǎn)提高熱效率。Miller循環(huán)常采用VVT技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能,并采用增壓技術(shù)以彌補(bǔ)進(jìn)氣門早關(guān)或晚關(guān)造成的進(jìn)氣充量損失。3-20為什么小排量"Downsizing"都同時(shí)采用增加技術(shù)？其節(jié)能的主要原因是什么？解：Downsizing并通過增壓,在保證輸出功率不變的前提下,提高發(fā)動(dòng)機(jī)的有效效率。節(jié)能的原因：排量減小,泵氣損失減少；機(jī)械損失減少；增壓還可回收排氣能量。3-21增壓發(fā)動(dòng)機(jī)每循環(huán)排氣的最大可利用能量是由哪幾部分組成的？為什么渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)不可能全部利用這些能量？缸內(nèi)每循環(huán)燃燒廢氣所具有的最大可利用能量是不是就是排氣的最大可利用能？為什么？解：見圖3-30,排氣可用能量包括：〔1bf1b：廢氣能夠絕熱等熵膨脹至大氣壓力點(diǎn)所做的功；〔254215：排氣過程中活塞推擠廢氣所做的功；〔33g’i23：掃氣部分轉(zhuǎn)入排氣中的能量。廢氣在到達(dá)渦輪機(jī)前總免不了有節(jié)流、不可逆膨脹、摩擦等損失。廢氣最大可用能不是排氣中可利用的總能量。廢氣最大可用能還包括活塞的推動(dòng)和掃氣部分的能量。3-22若渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)按定壓系統(tǒng)的理論循環(huán)運(yùn)行,請(qǐng)問輸入渦輪機(jī)的能量是否與壓氣機(jī)輸出能量相當(dāng)？渦輪機(jī)輸入能量最終消耗在哪幾個(gè)方面？解：實(shí)際進(jìn)入渦輪機(jī)的能量要比壓氣機(jī)輸出的能量大很多。因?yàn)橛邪l(fā)動(dòng)機(jī)泵氣過程中的各種流動(dòng)和機(jī)械損失的存在。3-23發(fā)動(dòng)機(jī)由冷卻介質(zhì)帶走的能量約占燃料總能量的1/3,如果燃燒系統(tǒng)能全部絕熱,是否就可以把此1/3熱量變?yōu)橛行Ч?？?qǐng)就此問題作一個(gè)全面分析,并從理論上解釋絕熱能提高有效效率的原因和存在的限制。解：絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)可提高熱量的品質(zhì),減少冷卻系統(tǒng)消耗的功率,從而提高有效效率。但同時(shí)廢氣帶走的能量也增加,降低了充氣系數(shù),增大了壓縮功,并需要高溫材料,帶來潤滑等問題。3-24依據(jù)圖3-23所示的自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)熱平衡圖,分析：〔1燃料總能量最終分為哪幾部分輸出去了？〔2總的機(jī)外傳熱及輻射損失熱量由哪幾部分構(gòu)成？解：〔1燃料的總能量分配：a.1/3弱為有效動(dòng)力輸出；b.1/3廢氣排出；c.1/3弱冷卻系統(tǒng)帶走；d.其余為驅(qū)動(dòng)附件、傳熱和輻射消耗?！?排氣系統(tǒng)向機(jī)外傳熱和輻射熱量；冷去系統(tǒng)和水套壁面向嘰歪傳熱和輻射熱量；機(jī)體、曲軸箱和其他部件向機(jī)外傳熱和輻射熱量；輔助機(jī)構(gòu)傳給冷卻水的熱量。3-25回?zé)岚l(fā)動(dòng)機(jī)從理論上為什么能大幅度提高循環(huán)熱效率？為什么到目前為止還沒有開發(fā)出實(shí)用的回?zé)岚l(fā)動(dòng)機(jī)？解：回?zé)岚l(fā)動(dòng)機(jī)直接把高溫?zé)崮芑厥兆鳛楦變?nèi)加熱量,可提高循環(huán)熱效率。但沒有實(shí)際開發(fā)是因?yàn)榛責(zé)嵫b置復(fù)雜、回?zé)嵝瘦^低等原因。3-26一臺(tái)壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比為15,計(jì)算具有相同壓縮比的Otto理論循環(huán)和Diesel理論循環(huán)的熱效率。假設(shè)Diesel理論循環(huán)壓縮始點(diǎn)溫度為18oC,空氣的加熱量等于燃料完全燃燒提供的能量,燃料燃燒時(shí)的空燃比28,燃料低熱值為44MJ/kg,空氣的定壓比熱容為1.01kJ/〔kg·K,等熵指數(shù)為1.4。解：忽略因燃料加入而對(duì)工質(zhì)〔空氣熱物理性質(zhì)的影響,則〔1Otto循環(huán)：〔2Diesel循環(huán)：壓縮至上止點(diǎn)時(shí),工質(zhì)溫度T2為燃料等壓放熱后,工質(zhì)的溫度T3為則預(yù)脹比ρ為則Diesel循環(huán)的熱效率為：3-27一臺(tái)高性能四沖程火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)的排量是875cm3,壓縮比為10:1,指示效率是Otto理論循環(huán)效率的55％。在8000r/min時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率是85％,充量系數(shù)0.9,空燃比13,燃料低熱值44MJ/kg。在溫度為20oC和壓力為0.1MPa的環(huán)境條件下空氣被吸入氣缸。計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)的：〔1有效效率和燃料消耗率；〔2空氣流量、功率和有效平均壓力。解：〔1有效熱效率ηet為：燃料消耗率be為：〔2空氣流量Aa為：有效功率Pe為：有效平均壓力pme為：3-28某一柴油機(jī)的理論工作循環(huán)相關(guān)參數(shù)如下：壓縮開始時(shí)的氣缸壓力為0.1MPa,溫度為296K；最大允許的氣缸壓力為9.5MPa；在燃燒期加入的總熱量為2120kJ/kg；壓縮比為17；工質(zhì)的摩爾質(zhì)量為28.97kg/kmol；等熵指數(shù)為1.4?！?確定該理論循環(huán)的類型；〔2在p-V圖和T-S圖上畫出該理論循環(huán)過程；〔3計(jì)算該理論循環(huán)允許達(dá)到的峰值溫度和熱效率。解：〔1若按等容循環(huán)運(yùn)行則等熵壓縮終點(diǎn)的壓力pc和溫度Tc為：等容加熱后的pz’和溫度Tz’為：很明顯最高壓力將超過容許壓力,所以不能按等容循環(huán)運(yùn)行,而按照等等壓循環(huán)運(yùn)行,則最高壓力小于容許壓力,欲使發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性最優(yōu),則應(yīng)按混合循環(huán)運(yùn)行。〔2混合循環(huán)的p-V圖和T-S圖如教材圖3-5所示。〔3若按混合循環(huán)運(yùn)行,在保證安全的前提下,經(jīng)濟(jì)型達(dá)到最優(yōu),則pz’應(yīng)為9.5MPa,此時(shí)對(duì)應(yīng)的Tz’為：工質(zhì)溫度從Tc定容上升到Tz’需吸收的熱量Q1為：定壓過程后工質(zhì)的溫度Tz為：絕熱膨脹后的溫度Tb為：3-29計(jì)算題3-28中理論工作循環(huán)的火用損失。若該循環(huán)采用下列放熱方式時(shí),其火用損失又是多少？〔1膨脹到大氣壓力,再進(jìn)行等壓放熱；〔2膨脹到大氣溫度,再進(jìn)行等溫放熱。在p-V圖和T-S圖上指出不同損失的區(qū)域,并分別計(jì)算膨脹到大氣壓力和膨脹到大氣溫度時(shí)的熱效率。解：參考教材圖3-8,則題3-28中理論工作循環(huán)的火用損失為"Ⅰ面積+Ⅱ面積"之和,理論工作循環(huán)〔1的火用損失為"Ⅱ面積",理論工作循環(huán)〔2的火用損失為0。圖中：Ⅰ面積+Ⅱ面積+Ⅲ面積QUOTEⅢ面積QUOTE所以,題3-28中理論循環(huán)的火用損失I3-28為：膨脹到大氣壓力,再b’-a定壓放熱：所以,Ⅱ面積+Ⅲ面積QUOTE故,理論工作循環(huán)〔1的火用損失I<1>為：熱效率為：膨脹到大氣溫度,再b’’-a定溫放熱：由圖可知,理論工作循環(huán)〔3的火用損失I<2>為:熱效率為：3-30一臺(tái)排量為3.3L的直列6缸柴油機(jī)按混合理論循環(huán)工作,其燃料為輕柴油,空燃比20,有一半的燃料在等容階段燃燒,另一半的燃料在等壓階段燃燒,且燃燒效率為100%。該柴油機(jī)的壓縮比為14,且壓縮始點(diǎn)的溫度為60℃,壓力為101kPa。計(jì)算：〔1循環(huán)中各狀態(tài)點(diǎn)的溫度；〔2循環(huán)中各狀態(tài)點(diǎn)的壓力；〔3預(yù)膨脹比；〔4壓力升高比；〔5指示熱效率；〔6燃燒過程中加入的熱量；〔7凈指示功。解：QUOTE1-2定熵過程2-3定容過程壓力升高比QUOTE3-4定壓過程預(yù)膨脹比QUOTE4-5定熵過程〔6所以,燃燒過程加入的熱量〔7第四章4-1什么是發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程？合理組織換氣過程的目的是什么？為什么說發(fā)動(dòng)機(jī)的充量系數(shù)是研究換氣過程的核心問題？解：發(fā)動(dòng)機(jī)排出廢氣和充入新鮮空氣或可燃混合氣的全過程叫換氣過程。合理組織換氣過程的目的包括：〔1保證在標(biāo)定工況和全負(fù)荷工況下,吸入盡可能多的新鮮充量,以獲得盡可能高的輸出功率和轉(zhuǎn)矩；〔2保證多缸機(jī)各缸循環(huán)進(jìn)氣量的差異不超出應(yīng)有的范圍,以免對(duì)整機(jī)性能產(chǎn)生不利影響?！?應(yīng)盡量減小換氣損失,特別是占最大比例的排氣損失。〔4進(jìn)氣后在缸內(nèi)所形成的湍流場,應(yīng)能滿足組織快速合理燃燒的要求。發(fā)動(dòng)機(jī)充量系數(shù)指單缸每循環(huán)吸入缸內(nèi)的新鮮空氣質(zhì)量與按進(jìn)氣狀態(tài)計(jì)算得到的理論充氣質(zhì)量的比值,該參數(shù)是決定發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能和進(jìn)氣過程完善程度的極為重要的評(píng)定指標(biāo),是換氣過程的核心問題。4-2畫出四沖程自然吸氣汽油機(jī)的低壓換氣過程p-V圖,標(biāo)出進(jìn)、排氣相位角的位置。比較大負(fù)荷與小負(fù)荷時(shí)的換氣損失,說明在膨脹損失、排氣損失以及進(jìn)氣損失等方面的不同。解：p-V圖如下圖所示。其中b’為EVO,d為IVO,r’為EVC,a’為IVC。實(shí)線為節(jié)氣門全開〔亦即大負(fù)荷工況,虛線為節(jié)氣門部分開啟〔亦即小負(fù)荷工況。膨脹損失：大負(fù)荷時(shí)膨脹損失較大。因?yàn)榇筘?fù)荷是缸內(nèi)溫度較高,傳熱損失較大。排氣損失：從圖上可以看出,小負(fù)荷時(shí)排氣損失較大。因?yàn)榇筘?fù)荷時(shí),自由排氣階段的排氣量較大,從圖上也可以看出大負(fù)荷是排氣門開啟后,排氣壓力迅速降低到比小負(fù)荷時(shí)的排氣壓力略小的水平,故排氣損失較小。進(jìn)氣損失：小負(fù)荷時(shí)進(jìn)氣損失較大。因?yàn)樾∝?fù)荷時(shí)節(jié)氣門部分開啟,增加了進(jìn)氣的泵氣損失。4-3自由排氣與強(qiáng)制排氣有何本質(zhì)差別？簡述超臨界、亞臨界和強(qiáng)制排氣三個(gè)階段中影響排氣流量的主要因素?？梢圆扇∧男┐胧﹣硖岣吲艢饬髁?？解：自由排氣和強(qiáng)制排氣的本質(zhì)差別在于,廢氣是在缸內(nèi)和大氣或渦輪機(jī)入口處的壓差作用下自由流出,還是依靠活塞強(qiáng)制推出。對(duì)于超臨界排氣,氣門口流速始終保持當(dāng)?shù)氐囊羲?故影響排氣量的主要因素是氣門口截面積。對(duì)于亞臨界排氣,氣門口流速小于音速,但排氣速度仍然較高。此時(shí)影響排氣量的主要因素是排氣流動(dòng)阻力。對(duì)于強(qiáng)制排氣,排氣壓力基本上等于排氣背壓。為了提高排氣量,可以采取的措施包括：〔1加快排氣門開啟的速度,增加自由排氣階段的排氣量；〔2減小排期流動(dòng)損失,降低排氣背壓,增加強(qiáng)制排氣階段的排氣量。4-4什么是氣門口壅塞現(xiàn)象？為什么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象？進(jìn)、排氣門口的此種現(xiàn)象會(huì)對(duì)進(jìn)、排氣及發(fā)動(dòng)機(jī)性能帶來什么影響？解：按氣體動(dòng)力學(xué)孔口流動(dòng)規(guī)律,當(dāng)孔口上游滯止壓力不變時(shí),在孔口流速達(dá)到音速后,無論孔口下游的壓力降到多低,孔口的流量都保持不變。這就是氣流的壅塞現(xiàn)象。進(jìn)氣門口壅塞會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)在提高轉(zhuǎn)速時(shí)進(jìn)氣流量不會(huì)加大,發(fā)動(dòng)機(jī)功率不僅不會(huì)加大,反而因機(jī)械損失的增加而下降,轉(zhuǎn)速的提高將失去其提高功率的價(jià)值。排氣門口壅塞會(huì)影響正常排氣,造成殘留廢氣系數(shù)過大,不利于燃燒的正常進(jìn)行。此外,進(jìn)排氣門壅塞都會(huì)增加進(jìn)排氣過程的換氣損失,影響發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。4-5進(jìn)氣和排氣為什么要早開和晚關(guān)？4個(gè)相位角中,哪兩個(gè)角最重要？這兩個(gè)角對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能有何影響？氣門重疊的作用是什么？比較汽油機(jī)與柴油機(jī)、增壓發(fā)動(dòng)機(jī)與自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)氣門重疊角的大小,并說明造成差異的原因。解：早開晚關(guān)：進(jìn)氣充足、排氣干凈。進(jìn)氣晚關(guān)角和排氣早開角被認(rèn)為是最重要的兩個(gè),這是因?yàn)檫M(jìn)氣晚關(guān)角對(duì)進(jìn)氣充量影響最大,排氣早開角對(duì)換氣損失影響最大。氣門重疊角：掃氣以降低缸內(nèi)的殘余廢氣系數(shù)；降低發(fā)動(dòng)機(jī)的熱負(fù)荷。汽油機(jī)的氣門重疊角一般要比柴油機(jī)的小,這是因?yàn)槿暨M(jìn)氣門開啟過早,廢氣會(huì)倒入進(jìn)氣管,出現(xiàn)"回火"現(xiàn)象,且氣門重疊角過大時(shí)可能造成新鮮可燃充量直接排出排氣管。增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門疊開角一般會(huì)比非增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的大,這是因?yàn)樵鰤喊l(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣門外的壓力高于排氣背壓,因而能夠更好地實(shí)現(xiàn)燃燒室掃氣,達(dá)到增加新鮮進(jìn)氣充量和降低燃燒室熱負(fù)荷的目的。4-6為什么進(jìn)、排氣門開啟和關(guān)閉4個(gè)相位角都存在最佳值？為什么4個(gè)相位角的最佳值都隨轉(zhuǎn)速上升而加大？請(qǐng)逐一從物理概念上定性加以說明。解：〔1排氣早開角：排氣損失由提前開啟的自由排氣損失和排氣沖程的泵氣損失組成。當(dāng)排氣早開角小時(shí),自由排氣損失小而泵氣損失大；排氣早開角大時(shí),自由排氣損失大而泵氣損失小。故排氣早開角必定存在最佳值。由于轉(zhuǎn)速對(duì)膨脹線影響不大,但是經(jīng)歷相同自由排氣時(shí)間所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)角必然是高轉(zhuǎn)速時(shí)大,因此轉(zhuǎn)速上升時(shí),排氣早開角的最佳值加大。〔2排氣晚關(guān)角：排氣晚關(guān)角過小,排氣慣性利用不足；排氣晚關(guān)角過大,因活塞下行較多,造成廢氣倒流,排氣量也會(huì)減少。所以排氣晚關(guān)角也存在最佳值。轉(zhuǎn)速上升時(shí),經(jīng)歷相同的利用排氣慣性排氣的時(shí)間所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)角也會(huì)增大,因此轉(zhuǎn)速上升時(shí),排氣晚關(guān)角的最佳值加大?！?進(jìn)氣早開角：過大會(huì)回火,過小則進(jìn)氣不足,故存在最佳值。轉(zhuǎn)速上升時(shí),進(jìn)氣門早開的時(shí)間相同,對(duì)應(yīng)的進(jìn)氣早開角會(huì)增大,因此轉(zhuǎn)速上升時(shí),進(jìn)氣早開角的最佳值加大?！?進(jìn)氣晚關(guān)角：過小不能充分利用進(jìn)氣慣性,過大則有可能把已充入缸內(nèi)的新鮮充量推回進(jìn)氣管,故存在最佳值。轉(zhuǎn)速上升時(shí),經(jīng)歷相同的利用進(jìn)氣慣性進(jìn)氣的時(shí)間所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)角也會(huì)增大,因此轉(zhuǎn)速上升時(shí),進(jìn)氣晚關(guān)角的最佳值加大。4-7增壓發(fā)動(dòng)機(jī)與自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)的c定義有何差異？增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的理論進(jìn)氣量如果按大氣環(huán)境條件計(jì)算,此時(shí)定義的c反映了什么？解：自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)的理論吸氣量計(jì)算時(shí)空氣密度按照環(huán)境狀態(tài)下的空氣密度計(jì)算,增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的理論吸氣量計(jì)算時(shí)空氣密度按照壓氣機(jī)后的空氣密度計(jì)算。增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的理論進(jìn)氣量如果按照大氣環(huán)境條件計(jì)算,此時(shí)定義的充量系數(shù)反映了增壓的強(qiáng)度〔例如,按照這種方法計(jì)算所得的充量系數(shù)為1.2,這意味著經(jīng)過增壓后,實(shí)際的進(jìn)氣量是環(huán)境條件下完全排氣和進(jìn)氣時(shí)的進(jìn)氣量的1.2倍,但不能反映增壓的效率。4-8渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)與自然吸氣原型發(fā)動(dòng)機(jī)相比,由于循環(huán)進(jìn)氣量大幅度增加,所以它的c也必然大幅度增加,這種說法對(duì)不對(duì)？為什么？渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)較自然吸氣原型機(jī)的c一般來說是加大還是減小？請(qǐng)列舉主要影響因素加以說明。解：這種說法不對(duì)。因?yàn)樽匀晃鼩獍l(fā)動(dòng)機(jī)的理論吸氣量計(jì)算時(shí)空氣密度按照環(huán)境狀態(tài)下的空氣密度計(jì)算,增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的理論吸氣量計(jì)算時(shí)空氣密度按照壓氣機(jī)后的空氣密度計(jì)算。所以增壓后循環(huán)進(jìn)氣量大幅增加不能說明充量系數(shù)也一定大幅增加。渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)比自然吸氣原型機(jī)的充量系數(shù)增大。因?yàn)椋哼M(jìn)氣終了壓力提高,掃氣降低了殘余廢棄系數(shù),同時(shí)減少了進(jìn)氣加熱作用,使充氣系數(shù)提高。4-9影響穩(wěn)定條件下發(fā)動(dòng)機(jī)c的主要因素有哪些？它們是如何影響c的？解：影響充量系數(shù)的主要因素包括：〔1進(jìn)氣流動(dòng)阻力的影響。進(jìn)氣流動(dòng)阻力的大小直接影響進(jìn)氣效率和進(jìn)氣量?！?進(jìn)氣溫升的影響。進(jìn)氣工質(zhì)的溫升加大,必然降低缸內(nèi)工質(zhì)的密度,從而降低充量系數(shù)?！?進(jìn)排氣相位角的影響。進(jìn)排氣相位角,特別是進(jìn)氣晚關(guān)角和排氣晚關(guān)角,對(duì)充量系數(shù)有影響。合理的進(jìn)排氣相位可以使進(jìn)氣充足、排氣干凈,提高充量系數(shù)。4-10評(píng)價(jià)進(jìn)氣道性能的指標(biāo)是什么？進(jìn)氣道的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是什么？旋流進(jìn)氣道與滾流進(jìn)氣道所起的作用有何差異？解：評(píng)價(jià)進(jìn)氣道性能的指標(biāo)是進(jìn)氣渦流強(qiáng)度和流通阻力。進(jìn)氣道的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是在基本滿足進(jìn)氣渦流要求的前提下,盡可能降低氣道的流動(dòng)阻力。旋流進(jìn)氣道進(jìn)氣時(shí)主氣流出現(xiàn)繞氣門中心的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；滾流進(jìn)氣道產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)中心線與氣缸中心線垂直的縱向滾動(dòng)氣流。兩者形成的氣流運(yùn)動(dòng)形式不同。滾流進(jìn)氣道主要用于實(shí)現(xiàn)稀燃缸內(nèi)直噴汽油機(jī)的分層混合氣。4-11什么是氣門口平均進(jìn)氣馬赫數(shù)Mam？說明φc隨Mam變化的規(guī)律及原因,為什么Mam大于0.5就使φc急劇下降？解：平均進(jìn)氣馬赫數(shù)的定義為通過氣門口的平均流速與當(dāng)?shù)匾羲俚谋戎?。充量系?shù)隨馬赫數(shù)的增加而下降,特別是馬赫數(shù)大于0.5時(shí),充量系數(shù)急劇下降。馬赫數(shù)增大時(shí),氣門口流速增大,使流動(dòng)阻力以平方關(guān)系提高,使充量系數(shù)下降。當(dāng)馬赫數(shù)達(dá)到0.5左右時(shí),雖然總體上未達(dá)到音速,但某些小升程段的氣流已接近壅塞,充量系數(shù)加速下降。4-12進(jìn)氣終了前工質(zhì)溫度的上升對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能有什么影響？一般來說,有哪些因素影響進(jìn)氣終了工質(zhì)溫度的變化量？影響大小及趨勢(shì)如何？解：進(jìn)氣工質(zhì)的溫升加大,必然降低缸內(nèi)工質(zhì)的密度,從而降低充量系數(shù),影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出。影響進(jìn)氣終了工質(zhì)溫度的變化量的因素包括：進(jìn)氣過程中高溫壁面?zhèn)鳠?；進(jìn)氣過程中壓力損失變?yōu)槟Σ翢?；殘余廢氣與新鮮充量混合；進(jìn)氣過程中燃料氣化吸熱。其中,前3個(gè)因素引起進(jìn)氣工質(zhì)溫度上升,第4個(gè)因素引起進(jìn)氣工質(zhì)溫度下降。在4個(gè)因素中,進(jìn)氣過程中高溫壁面?zhèn)鳠釋?duì)進(jìn)氣溫升的影響最大。且轉(zhuǎn)速越低,負(fù)荷越大,高溫壁面?zhèn)鳠嵋鸬臏厣酱蟆?-13為什么近代轎車汽油機(jī)普遍采用多氣門機(jī)構(gòu)？它有什么優(yōu)缺點(diǎn)？柴油機(jī)為什么較少采用多氣門？2氣門改為4氣門時(shí),為什么功率上升的百分比要比轉(zhuǎn)矩增加的百分比大得多？解：優(yōu)點(diǎn)：〔1增加了進(jìn)氣流通面積,減小進(jìn)氣阻力,提高進(jìn)氣充量；〔2對(duì)于汽油機(jī)來說,有利于采用火花塞中置的燃燒室布置。缺點(diǎn)：〔1使氣門機(jī)構(gòu)變得復(fù)雜?！?增加了成本。對(duì)于柴油機(jī),由于柴油機(jī)沒有節(jié)氣門,進(jìn)氣阻力相對(duì)較小,而汽油機(jī)在中小負(fù)荷時(shí)節(jié)氣門節(jié)流作用明細(xì),所以柴油機(jī)對(duì)進(jìn)氣流通面積的要求比汽油機(jī)低。2氣門改為4氣門時(shí),功率上升的百分比比轉(zhuǎn)矩增加的百分比大得多。這是因?yàn)椋簩?duì)于轉(zhuǎn)矩來說,改用4氣門主要的影響是增加了進(jìn)氣充量,從而對(duì)最大輸出轉(zhuǎn)矩有所提升。對(duì)于功率來說,除了在相同轉(zhuǎn)速的條件下增加了輸出轉(zhuǎn)矩,使功率上升之外,2氣門改為4氣門還有一項(xiàng)重要的影響：在發(fā)動(dòng)機(jī)高速工況下,由于進(jìn)氣壅塞現(xiàn)象,發(fā)動(dòng)機(jī)功率反而下降；而2氣門改用4氣門后,由于氣門流通面積大大增加,防止了進(jìn)氣壅塞現(xiàn)象,使得在高轉(zhuǎn)速下也能夠輸出較大扭矩,這樣由于轉(zhuǎn)速的提高,功率大大增加。在這兩種影響的綜合作用下,功率上升的百分比比轉(zhuǎn)矩增加的百分比大得多。4-14為什么說c—n進(jìn)氣外特性曲線是發(fā)動(dòng)機(jī)特別是汽油機(jī)極為重要的性能曲線之一？一般發(fā)動(dòng)機(jī)的c—n外特性曲線的變化趨勢(shì)有何特點(diǎn)？由哪些因素決定？進(jìn)氣晚關(guān)角是如何影響c—n曲線？為什么發(fā)動(dòng)機(jī)提高標(biāo)定轉(zhuǎn)速時(shí)要相應(yīng)加大進(jìn)氣晚關(guān)角？解：對(duì)于汽油機(jī),在有效效率變化不大的條件下,其輸出轉(zhuǎn)矩的大小主要取決于每循環(huán)進(jìn)入氣缸的充量。所以發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣外特性基本上決定了各工作轉(zhuǎn)速全負(fù)荷時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩和功率,也就是決定了整機(jī)的最大動(dòng)力性。對(duì)于柴油機(jī),由速度外特性決定的最大充量變化規(guī)律,限制了柴油機(jī)允許噴入的極限油量,即限制了可能達(dá)到的最大動(dòng)力性。汽油機(jī)充量系數(shù)隨轉(zhuǎn)速上升較快下降。當(dāng)部分負(fù)荷節(jié)氣門關(guān)小時(shí),充量系數(shù)下降更劇烈。柴油機(jī)進(jìn)氣速度特性相對(duì)汽油機(jī)變化平緩。當(dāng)負(fù)荷減小時(shí),進(jìn)氣速度特性線比進(jìn)氣外特性線略高一些。進(jìn)氣充量速度外特性曲線受進(jìn)氣工質(zhì)溫升、流動(dòng)總阻力、進(jìn)氣晚關(guān)角等因素影響。如果進(jìn)氣晚關(guān)角不隨轉(zhuǎn)速變化,則發(fā)動(dòng)機(jī)只有一個(gè)轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)最佳進(jìn)氣晚關(guān)角。當(dāng)轉(zhuǎn)速大于該轉(zhuǎn)速時(shí),不能充分利用進(jìn)氣慣性；當(dāng)轉(zhuǎn)速小于該轉(zhuǎn)速時(shí),進(jìn)入缸內(nèi)的新鮮充量部分流回進(jìn)氣管。兩種情況都是進(jìn)氣充量低于理想值。提高標(biāo)定轉(zhuǎn)速時(shí),由于轉(zhuǎn)速增加時(shí)最佳進(jìn)氣晚關(guān)角會(huì)相應(yīng)的增大,所以應(yīng)加大進(jìn)氣晚關(guān)角,從而可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速并加大輸出功率。4-15什么是可變氣門正時(shí)〔VVT？VVT是如何分類的？它影響發(fā)動(dòng)機(jī)的哪些性能？無凸輪VVT有何突出優(yōu)點(diǎn)？解：VVT通過改變進(jìn)、排氣門開啟和關(guān)閉時(shí)刻以及氣門升程,以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速和負(fù)荷工況下對(duì)進(jìn)、排氣流通特性的要求。VVT分為可變正時(shí)VVT、可變升程VVT和可變正時(shí)和升程VVT三類。VVT主要影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性〔增大充量系數(shù)和經(jīng)濟(jì)性〔減少泵氣損失。無凸輪VVT利用電磁或電液機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動(dòng)進(jìn)、排氣門的開啟和關(guān)閉,省去了凸輪軸,并且可以對(duì)氣門正時(shí)、氣門升程進(jìn)行全可變調(diào)節(jié),可使發(fā)動(dòng)機(jī)的性能得到最大程度的優(yōu)化。4-16什么是進(jìn)、排氣過程的動(dòng)態(tài)效應(yīng)？如何利用動(dòng)態(tài)效應(yīng)來提高發(fā)動(dòng)機(jī)的c？多缸發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)各缸進(jìn)氣不均勻的主要原因是什么？解：進(jìn)、排氣過程動(dòng)態(tài)效應(yīng)指進(jìn)氣管、排氣管中壓力波傳播對(duì)進(jìn)氣門端進(jìn)氣壓力和排氣門端排氣壓力的影響。進(jìn)氣門開啟時(shí),發(fā)出膨脹疏波,由管端第一次返回壓縮密波,利用壓縮密波可以增加進(jìn)氣量。類似的,排氣門開啟時(shí),發(fā)出壓縮密波,由管端第一次返回膨脹疏波,利用膨脹疏波可以增加排氣量。多缸機(jī)進(jìn)、排氣總管和歧管相互串聯(lián)或并聯(lián)。某一缸進(jìn)氣時(shí),其他缸進(jìn)氣產(chǎn)生的疏波或者密波會(huì)對(duì)此缸的進(jìn)氣壓力造成影響。同理,其他缸的排氣形成的疏波或密波也會(huì)對(duì)排氣缸的排氣壓力造成影響。這些會(huì)造成多缸機(jī)各缸進(jìn)氣不均勻的問題。4-17利用壓力波傳播理論解釋：氣門口開啟進(jìn)氣時(shí),為什么進(jìn)氣管中出現(xiàn)的是右行疏波〔取氣門口到進(jìn)氣管入口為右行正方向？若進(jìn)氣管入口是一個(gè)無空濾器全開口的管端,為什么上述疏波傳到開口管端時(shí)的反射波是全正反射的左行密波？若換為排氣門,氣門口開啟排氣時(shí),情況又如何？解：氣門口開啟進(jìn)氣時(shí),由于活塞下行,氣缸內(nèi)壓力較低,dpR為負(fù)值,故出現(xiàn)右行疏波。根據(jù)壓力波傳播理論和邊界條件性質(zhì),對(duì)于開口端,出現(xiàn)全負(fù)反射,即反射波性質(zhì)與來波相反,而幅值相同。故反射波是左行密波。對(duì)于排氣門,氣門開啟排氣時(shí),由于缸內(nèi)壓力比排氣背壓大,故出現(xiàn)右行密波。4-18什么是可變進(jìn)氣歧管長度系統(tǒng)？它主要用來改善發(fā)動(dòng)機(jī)的什么性能？高、低轉(zhuǎn)速下如何改變進(jìn)氣歧管的長度？解：可變進(jìn)氣歧管長度系統(tǒng),可以在不同的轉(zhuǎn)速下控制氣流沿不同長度的路徑進(jìn)入氣缸,從而可以在低速時(shí)獲得大轉(zhuǎn)矩,在高速時(shí)獲得大功率。主要改變發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能。高速時(shí)使用短的進(jìn)氣管長度,提高功率；低速時(shí)使用長的進(jìn)氣管長度,增加扭矩。4-19為了利用進(jìn)氣動(dòng)態(tài)效應(yīng)提高某一汽油機(jī)在n=5000r/min時(shí)的c,對(duì)其進(jìn)氣管進(jìn)行設(shè)計(jì),已知進(jìn)氣早開角和晚關(guān)角分別為30°CA和50°CA,設(shè)當(dāng)?shù)匾羲贋?50m/s,試計(jì)算并選定最佳進(jìn)氣管長度。解：本循環(huán)〔慣性效應(yīng)：設(shè)該汽油機(jī)的進(jìn)氣管長度為L,則若本循環(huán)壓力波對(duì)進(jìn)氣過程有正效應(yīng)時(shí)需滿足的條件為：,即式中為當(dāng)?shù)芈曀?為進(jìn)氣門總的開啟角度值；所以,〔1上循環(huán)〔波動(dòng)效應(yīng)上循環(huán)殘余壓力波動(dòng)的正壓波如能處于本循環(huán)進(jìn)氣時(shí)期,則會(huì)對(duì)有利。記氣門口處壓力波動(dòng)頻率為：進(jìn)氣門開啟頻率為：頻率比為1.5,2.5…,殘余正波到達(dá),對(duì)有利。所以有：；<2>管長L與轉(zhuǎn)速n要合理匹配：L太長,對(duì)c沒有影響；L過短,多次返回的密波和疏波相互抵消。由式<1>、<2>可知,最佳的進(jìn)氣管長度為L=1.4m。4-20有一常規(guī)的四缸四沖程汽油機(jī),在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上做試驗(yàn),下表是測(cè)得的數(shù)據(jù)。排量2.0dm3消耗400cm3燃料和3.38m3空氣的時(shí)間53.0s發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速4800r/min有效平均壓力0.951MPa環(huán)境溫度293K環(huán)境壓力0.1MPa殘余廢氣系數(shù)0.05假設(shè)氣門重疊很小,對(duì)換氣循環(huán)的影響可以忽略不計(jì)。已知汽油密度為0.76kg/L,低熱值為42MJ/kg,摩爾質(zhì)量為98kg/kmol。計(jì)算：<1>新鮮進(jìn)氣充量；<2>空燃比；<3>充量系數(shù)；<4>殘余廢氣質(zhì)量；<5>混合氣熱值；<6>有效效率。解：〔1每循環(huán)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣量：每循環(huán)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料量為：所以每循環(huán)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的新鮮充量為：〔2空燃比為：〔3充量系數(shù)為：〔4殘余廢氣質(zhì)量：〔5因空燃比小于理論空燃比,所以混合氣所能發(fā)出的熱值應(yīng)按空氣量計(jì)算：單位質(zhì)量混合氣熱值：混合氣密度為：混合氣的體積熱值為：〔6發(fā)動(dòng)機(jī)的有效熱效率為：4-21渦輪增壓和氣波增壓發(fā)動(dòng)機(jī)各自是如何利用廢氣能量的？為什么增壓中冷是發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的重要方向之一。解：渦輪增壓：高溫高速的廢氣進(jìn)入渦輪機(jī)后,低溫、低速排出,廢氣的焓差和動(dòng)能差轉(zhuǎn)化為渦輪機(jī)的機(jī)械功,用以驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī),提高發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣壓力。一方面加大了進(jìn)氣充量,提高輸出功率；另一方面,泵氣過程功為正功,同時(shí)機(jī)械效率相對(duì)提高,增加了整機(jī)有效效率。氣波增壓：利用管道中壓力波特性,是廢氣與新鮮空氣接觸,在相互不混合的前提下,直接將廢氣能量傳給低壓空氣,并提高其壓力,實(shí)現(xiàn)增壓。增壓中冷對(duì)增壓后較熱的空氣再進(jìn)行冷卻,降低其進(jìn)氣溫度,則輸出功率進(jìn)一步增大,排放、噪聲等性能也有所改善,所以增壓中冷是發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的重要方向之一。4-22什么是定壓增壓系統(tǒng)？什么是脈沖增壓系統(tǒng)？比較定壓增壓和脈沖增壓兩種系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn),并說明它們各自適用的場合。解：定壓渦輪增壓系統(tǒng)把所有氣缸的排氣歧管通向一個(gè)體積較大的排氣總管,排氣總管基本保持恒定壓力,起到了穩(wěn)壓的作用；廢氣按定壓由總管導(dǎo)入渦輪機(jī)的噴嘴環(huán)。脈沖渦輪增壓系統(tǒng)將各缸排氣歧管中的脈沖氣流直接導(dǎo)入渦輪機(jī)中,以盡量減少定壓系統(tǒng)的不可逆膨脹能量損失。兩者的比較：〔1定壓系統(tǒng)廢氣流入總管造成強(qiáng)烈的節(jié)流和不可逆膨脹損失,可用能利用率低?！?脈沖系統(tǒng)對(duì)掃氣有好處。〔3定壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程的響應(yīng)比脈沖系統(tǒng)慢,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的加速性能和排放性能不利?！?脈沖系統(tǒng)絕熱效率低于定壓系統(tǒng)。〔5脈沖系統(tǒng)瞬時(shí)最大流量高于定壓系統(tǒng)的穩(wěn)定流量。中、小型車用柴油機(jī)多為低增壓,采用脈沖系統(tǒng)較為有利；大型柴油機(jī)增壓比高,宜采用定壓系統(tǒng)；但是,車用柴油機(jī)從提高低速轉(zhuǎn)矩和加速性能角度考慮,即使增壓比較高,也常選用脈沖增壓系統(tǒng)。4-23為什么渦輪增壓柴油機(jī)的機(jī)械效率一般比原型自然吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的高？是不是所有工況都高？有沒有機(jī)械效率反而低的情況？為什么？解：增壓后發(fā)動(dòng)機(jī)由于利用廢氣能量做功增加了一塊泵氣正功,使其機(jī)械效率有所提高。不是所有工況都高。低速工況和動(dòng)態(tài)工況下機(jī)械效率可能機(jī)械效率反而低。低速工況時(shí),渦輪增壓效果較弱,機(jī)械效率較低,且低速轉(zhuǎn)矩特性不足。動(dòng)態(tài)工況下,氣流響應(yīng)需要時(shí)間,增壓器葉片也有較大慣性,動(dòng)態(tài)過渡過程過長,影響發(fā)動(dòng)機(jī)排放和經(jīng)濟(jì)性能。4-24為什么渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)出現(xiàn)壓氣機(jī)后增壓壓力pb小于渦輪機(jī)前入口壓力pk的情況？哪些工況會(huì)是這樣？pb大于pk是否就意味著會(huì)出現(xiàn)理論和實(shí)際泵氣正功？為什么？解：起動(dòng)工況、加速工況、低速小負(fù)荷工況下,可能壓氣機(jī)后增壓壓力反而小于渦輪機(jī)前入口壓力。起動(dòng)工況時(shí),渦輪增壓沒有介入；加速工況時(shí),由于壓氣機(jī)需要的響應(yīng)時(shí)間較長,增壓壓力上升比渦輪機(jī)前入口壓力的上升存在一定的遲滯；低速小負(fù)荷工況時(shí),渦輪增壓效率低。pb大于pk意味著理論泵氣正功,但實(shí)際泵氣不一定是正功,因?yàn)榭赡艽嬖谳^大的泵氣損失,使實(shí)際泵氣功為負(fù)。4-25采用哪些技術(shù)措施可以解決常規(guī)渦輪增壓柴油機(jī)的NOx排放高、低速轉(zhuǎn)矩特性差以及動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢等缺點(diǎn)？為什么？解：增壓中冷技術(shù)可以降低NOx排放,同時(shí)進(jìn)一步增大輸出功率。因?yàn)椴捎迷鰤褐欣湓黾恿诉M(jìn)氣量,同時(shí)降低了進(jìn)氣溫度。電控可變噴嘴環(huán)截面渦輪增壓技術(shù),可以有效增大低速轉(zhuǎn)矩。因?yàn)閷?shí)現(xiàn)了對(duì)增壓壓力和增壓器效率的優(yōu)化控制。電控燃油噴射技術(shù)可有效降低NOx排放和燃燒噪聲。因?yàn)閷?shí)現(xiàn)了可變?nèi)加蛧娚鋾r(shí)刻和噴射速率。此外,以上電控技術(shù)的應(yīng)用改善了柴油機(jī)的動(dòng)態(tài)性能。因?yàn)殡娍丶夹g(shù)的應(yīng)用使得對(duì)柴油機(jī)的瞬態(tài)控制更加靈活、迅速。4-26為什么汽油機(jī)采用渦輪增壓的比例越來越高？渦輪增壓汽油機(jī)是如何解決應(yīng)用中存在的相關(guān)問題的？解：因?yàn)楹筒裼蜋C(jī)類似,汽油機(jī)采用渦輪增壓可以提高動(dòng)力性能、改善經(jīng)濟(jì)性能、改善排放性能、降低燃燒及排氣噪聲、降低制造成本,所以汽油機(jī)采用渦輪增壓的比例越來越高。解決汽油機(jī)增壓應(yīng)用問題的主要措施包括：〔1應(yīng)用電控技術(shù),可以改善動(dòng)態(tài)特性、防止爆燃和降低熱負(fù)荷；〔2應(yīng)用增壓中冷技術(shù),可以提高動(dòng)力性、改善經(jīng)濟(jì)性,同時(shí)對(duì)消除爆燃、降低熱負(fù)荷以及減少NOx排放有利；〔3采用增壓壓力控制系統(tǒng),可以降低增壓比,避免爆燃和過高的熱負(fù)荷,并有利于高、低速轉(zhuǎn)矩特性的控制。〔4提高燃料辛烷值、改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)制造工業(yè)和增壓器葉片材質(zhì)等。4-27以曲軸箱掃氣式二沖程汽油機(jī)為例,說明二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣、壓縮、燃燒、排氣四個(gè)過程是如何在兩個(gè)沖程內(nèi)完成的。解：活塞向下移動(dòng)的沖程,先燃燒、膨脹做功,然后排氣孔打開,自由排氣,再往后掃氣孔打開,被壓縮的新鮮工質(zhì)從曲軸箱通過掃氣孔進(jìn)入氣缸,一邊向氣缸充氣,一邊幫助排氣,稱為掃氣?；钊蛏弦苿?dòng)的沖程,先是繼續(xù)掃氣,掃氣孔關(guān)閉后還繼續(xù)排氣,排氣孔關(guān)閉后則進(jìn)行壓縮,接近上止點(diǎn)時(shí)著火燃燒。活塞上行沖程的某一時(shí)刻,活塞下邊緣將掃氣孔打開,曲軸箱吸入新鮮工質(zhì),以備下一循環(huán)充氣、掃氣用。4-28二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)有哪幾種常用的掃氣系統(tǒng)？比較這些系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用場合。解：掃氣系統(tǒng)包括橫流掃氣、回流掃氣和直流掃氣。橫流掃氣掃氣孔和排氣孔分別布置在氣缸兩側(cè)。結(jié)構(gòu)簡單,但換氣效果不佳,兩側(cè)缸壁的熱負(fù)荷和受力都不均勻?；亓鲯邭鈷?、排氣孔布置在氣缸同側(cè)。掃氣效果要比橫流掃氣好很多,同時(shí)保留了結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)。直流掃氣在缸蓋上設(shè)置排氣門以代替排氣孔,掃氣孔沿切線排列。大大改善了換氣質(zhì)量,優(yōu)點(diǎn)很多。但由于增設(shè)了排氣門機(jī)構(gòu),換氣系統(tǒng)復(fù)雜,發(fā)動(dòng)機(jī)高度增加。4-29為什么二沖程汽油機(jī)沒有在汽車中得到廣泛應(yīng)用？如果想發(fā)展車用二沖程汽油機(jī),應(yīng)采用哪些技術(shù)措施？解：二沖程汽油機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是升功率高,動(dòng)力性好；其主要缺點(diǎn)是換氣效果差,經(jīng)濟(jì)性能和排放性能受限。發(fā)展車用二沖程汽油機(jī)需要找到高效的換氣〔掃氣技術(shù),改善換氣效果,提高充量系數(shù),同時(shí)減少掃氣過程中的HC排放。例如,可以采用換氣效果最好的直流掃氣技術(shù)代替目前常用的回流掃氣技術(shù)。第五章5-1汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的面工況是由哪些工況線所限定的？在Pe-n或Ttq-n工況面上畫出各限制線,并標(biāo)出常用的典型工況點(diǎn)。解：上緣的各轉(zhuǎn)速最大功率限制線；右側(cè)各負(fù)荷條件下的最高轉(zhuǎn)速限制線；左側(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)最低穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速限制線。5-2在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工況平面圖上定性準(zhǔn)確地畫出外特性轉(zhuǎn)矩線、最小等油耗線、最大等功率線和汽車四檔阻力線等四條曲線,并簡單說明每條曲線的變化特點(diǎn)。解：示意性的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工況運(yùn)行圖〔發(fā)動(dòng)機(jī)全特性圖如下所示：外特性轉(zhuǎn)矩線是在發(fā)動(dòng)機(jī)的供油量調(diào)節(jié)裝置處于最大供油位置時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速的變化曲線。轉(zhuǎn)矩線主要受充量系數(shù)和機(jī)械效率的影響,在某一較低轉(zhuǎn)速處有最大值,然后隨轉(zhuǎn)速上升而較快下降,轉(zhuǎn)速愈高,降得愈快。對(duì)于車用發(fā)動(dòng)機(jī),理想的最小等油耗線包圍的經(jīng)濟(jì)圈應(yīng)該位于最高擋阻力線中速略偏低的部位,并使最小等油耗線圈在橫向拉長一些。發(fā)動(dòng)機(jī)的功率正比于轉(zhuǎn)速和平均有效壓力,因而最大等功率線呈現(xiàn)出"蹺蹺板"的變化趨勢(shì),是一支雙曲線,且與外特性轉(zhuǎn)矩線相切。汽車的行駛阻力隨車速的上升呈平方增大趨勢(shì),因此在擋位一定的時(shí)候也隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的上升呈現(xiàn)出了平方增大的關(guān)系。5-3什么是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)定工況？轎車汽油機(jī)和重型載貨車柴油機(jī)確定標(biāo)定工況時(shí)的出發(fā)點(diǎn)是什么？二者的標(biāo)定功率,哪一個(gè)更接近發(fā)動(dòng)機(jī)的極限最大功率？解：標(biāo)定工況：發(fā)動(dòng)機(jī)銘牌上規(guī)定的最大輸出功率Pemax及其對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速所確定的工況。轎車使用15min功率。適用于短時(shí)間使用最大功率的發(fā)動(dòng)機(jī)。重型載貨車柴油機(jī)使用1h功率。適用于較長時(shí)間的重在使用。轎車更接近。5-4什么是發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性和調(diào)整特性？研究運(yùn)行特性和調(diào)整特性的意義各是什么？解：運(yùn)行特性：發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)工況條件下的特性。為了了解發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)與特性參數(shù)隨著各種可變因素變化的規(guī)律。調(diào)整特性：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和油量調(diào)節(jié)位置不變下,各種性能指標(biāo)隨調(diào)整參數(shù)變化的規(guī)律。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能進(jìn)行優(yōu)化。5-5發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行與動(dòng)態(tài)運(yùn)行最本質(zhì)的區(qū)別是什么？為什么轎車在市內(nèi)行駛時(shí)其動(dòng)態(tài)運(yùn)行所占比例要大大超過穩(wěn)態(tài)運(yùn)行？試舉三種動(dòng)態(tài)運(yùn)行的例子,并簡述其動(dòng)態(tài)過程。解：發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)運(yùn)行參數(shù)發(fā)生變化的是動(dòng)態(tài)特性,不變的是穩(wěn)態(tài)特性。因?yàn)槭袃?nèi)車輛較多,路況復(fù)雜,需要不斷調(diào)整運(yùn)行參數(shù)。5-6為什么汽油機(jī)和柴油機(jī)的指示效率ηit隨轉(zhuǎn)速n變化的速度特性曲線總是在高、低速兩端降低一些？為什么二者的ηit隨負(fù)荷變化的趨勢(shì)又相反？解：對(duì)汽油機(jī),低速時(shí),缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)減弱,火焰?zhèn)鞑ニ俣冉档?漏氣和散熱損失增加。高速時(shí),燃燒所占的曲柄轉(zhuǎn)角增大,等容度變小,燃燒不充分。對(duì)柴油機(jī),低速時(shí),燃料噴射壓力減小,缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)減弱,對(duì)混合氣形成和燃燒不利,且傳熱增加。高速時(shí),噴油及燃燒持續(xù)期增加,充量系數(shù)下降,過濃。對(duì)汽油機(jī),小負(fù)荷時(shí)節(jié)氣門開度小,殘余廢氣增加,燃燒速度變慢,負(fù)荷減小,過量空氣系數(shù)降低,燃燒不完全,氣化條件惡化和傳熱增加。對(duì)柴油機(jī),一方面小負(fù)荷意味著噴油量下降,噴油和燃燒持續(xù)期都降低,等容度上升；另一方面混合氣變稀,k上升。5-7為什么說柴油機(jī)的速度特性曲線主要是由油泵的供油速度特性曲線gb-n決定？而汽油機(jī)的速度特性曲線則是由充量系數(shù)的速度特性曲線φc-n決定？解：柴油機(jī)為質(zhì)調(diào)節(jié),空氣一般過量,做功多少主要由噴油量的多少?zèng)Q定。汽油機(jī)為量調(diào)節(jié),過量空氣系數(shù)在1附近,做功多少主要由進(jìn)氣量決定。5-8汽油機(jī)和柴油機(jī)的負(fù)荷特性曲線總體變化趨勢(shì)如何？有什么差別？為什么會(huì)有這些差別？解釋二者實(shí)際的使用燃料消耗率比標(biāo)定工況燃料消耗率相差更大的原因。解：指示效率都是中間高,汽油機(jī)更偏向大負(fù)荷。機(jī)械效率都隨負(fù)荷增加而增加。油耗與指示效率的變化正好相反。汽油機(jī)小負(fù)荷燃燒不好,泵氣損失高,隨著負(fù)荷增加得到改善。柴油機(jī)小負(fù)荷等容度高,k大,隨著負(fù)荷增加而惡化。負(fù)荷增加,機(jī)械損失增加較少,所以機(jī)械效率增加。5-9畫出汽油機(jī)和柴油機(jī)在全、中、小負(fù)荷三種情況下,Pe和Ttq的速度特性曲線〔汽油機(jī)及柴油機(jī)各畫一圖。對(duì)比說明兩種機(jī)型的速度特性曲線的變化特點(diǎn),并解釋造成差異的主要原因。兩種機(jī)型外特性線形狀對(duì)整車動(dòng)力性是有利還是不利？如不利,可采用什么措施加以改進(jìn)？畫出改進(jìn)后的特性曲線。解：汽、柴油機(jī)在全、中負(fù)荷和小負(fù)荷三種情況下Pe和Ttq的速度特性曲線分別如下圖所示：汽油機(jī)Ttq線總體上向下傾斜較大,低負(fù)荷時(shí)傾斜更大；而柴油機(jī)Ttq線總體變化平坦,低負(fù)荷時(shí)甚至上揚(yáng)。這主要是由于汽油機(jī)的轉(zhuǎn)矩Ttq主要取決于充量系數(shù)和機(jī)械效率的影響,而柴油機(jī)的轉(zhuǎn)矩主要由循環(huán)供油量gb和機(jī)械效率ηm決定。汽油機(jī)Pe外特性存在最大值點(diǎn),該點(diǎn)一般就是標(biāo)定功率點(diǎn),而柴油機(jī)Pe外特性可達(dá)到的最大值點(diǎn)的轉(zhuǎn)速很高。這種變化特點(diǎn)也同樣是由于傳統(tǒng)汽油機(jī)的φc速度特性和傳統(tǒng)柱塞式噴油泵的gb速度特性所決定的。就同一排擋的加速和克服阻力的能力而言,相同標(biāo)定點(diǎn)前提下,汽油機(jī)的動(dòng)力性能明顯優(yōu)于柴油機(jī),因?yàn)樵诘陀跇?biāo)定轉(zhuǎn)速下各點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩與功率,汽油機(jī)都比柴油機(jī)高；就最高擋可達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速而言,柴油機(jī)比汽油機(jī)更遠(yuǎn)離標(biāo)定轉(zhuǎn)速點(diǎn),這是因?yàn)槠蜋C(jī)的Ttq線下降急劇,而柴油機(jī)比較平緩的緣故,而這恰恰是汽油機(jī)的優(yōu)點(diǎn),因?yàn)闃?biāo)定轉(zhuǎn)速本來就足夠高,過多超越就會(huì)帶來超速或"飛車"的危險(xiǎn)。汽油機(jī)的外特性線要比柴油機(jī)外特性線的動(dòng)力適應(yīng)性好,所以汽油機(jī)一般不進(jìn)行外特性線的改造；而柴油機(jī)則往往要在低于標(biāo)定轉(zhuǎn)速段處進(jìn)行"校正",使Ttq加大；在高于標(biāo)定轉(zhuǎn)速段處進(jìn)行"調(diào)速",以避免超速飛車,如下圖所示。5-10什么是柴油機(jī)的冒煙極限功率？它與標(biāo)定功率有何關(guān)系？柴油機(jī)的標(biāo)定功率是否就是標(biāo)定轉(zhuǎn)速下的最大功率？汽油機(jī)是否也是如此？解：排煙達(dá)到法規(guī)限值的功率所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)。在標(biāo)定功率之后。不是。5-11為什么說汽車的動(dòng)力性主要是由發(fā)動(dòng)機(jī)的速度外特性所決定？分別用汽車動(dòng)力性的三個(gè)指標(biāo)來加以說明。解：車速越高,發(fā)動(dòng)機(jī)受到的行駛阻力越到。當(dāng)在某個(gè)車速下,行駛阻力與發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力平衡時(shí)到達(dá)最高車速。而發(fā)動(dòng)機(jī)各轉(zhuǎn)速動(dòng)力的大小主要取決于速度外特性。同理,對(duì)于加速能力和最大爬坡度也有相似的對(duì)應(yīng)關(guān)系。5-12什么是發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩適應(yīng)系數(shù)和轉(zhuǎn)速適應(yīng)系數(shù)？為什么這兩個(gè)系數(shù)加大時(shí),汽車的動(dòng)力性能都有所提高？為何載重車發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)這些系數(shù)的要求比轎車發(fā)動(dòng)機(jī)高？解：轉(zhuǎn)矩適應(yīng)系數(shù)：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩外特性上最大轉(zhuǎn)矩與標(biāo)定功率點(diǎn)轉(zhuǎn)矩之比。轉(zhuǎn)速適應(yīng)系數(shù)：標(biāo)定轉(zhuǎn)速與外特性曲線上的最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速之比。因?yàn)檫@兩個(gè)系數(shù)增大時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)克服阻力的能力增強(qiáng)。重載車對(duì)動(dòng)力性的要求比轎車高。5-13什么是轉(zhuǎn)矩校正？為什么汽油機(jī)不進(jìn)行校正而載重車用柴油機(jī)需要進(jìn)行校正？為什么載重車用柴油機(jī)一般都允許進(jìn)行校正？校正外特性曲線是否符合速度特性曲線的定義？它與標(biāo)準(zhǔn)的速度外特性曲線有何關(guān)聯(lián)？又有何差別？解：轉(zhuǎn)矩校正：通過一定的校正措施獲得更大的KT和Kn。首先,汽油機(jī)動(dòng)力性明顯優(yōu)于柴油機(jī),在低于標(biāo)定轉(zhuǎn)速下,汽油機(jī)各點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩和功率都比柴油機(jī)高。其次,最高檔可達(dá)到的最高穩(wěn)定轉(zhuǎn)速,柴油機(jī)的nd比汽油機(jī)的ng更遠(yuǎn)離標(biāo)定轉(zhuǎn)速點(diǎn)nn,這是因?yàn)槠蜋C(jī)的轉(zhuǎn)矩曲線隨速度的升高急劇下降,而柴油機(jī)比較平緩。滿足速度特性定義。是標(biāo)準(zhǔn)速度外特性曲線通過校正得到的。相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)速度外特性曲線有更大的KT和Kn。5-14為什么說汽油機(jī)的速度特性具有良好的自我調(diào)節(jié)能力以致于不需要進(jìn)行任何的校正和調(diào)速？形成這種良好的速度特性線的主要原因是什么？解：汽油機(jī)的轉(zhuǎn)矩速度特性曲線具有良好的自我調(diào)節(jié)能力。因?yàn)樵谌魏喂?jié)氣門位置,向下傾斜的轉(zhuǎn)矩速度特性曲線與向上傾斜的阻力矩線的交點(diǎn)都是能夠穩(wěn)定運(yùn)行、轉(zhuǎn)速變動(dòng)不大的工況點(diǎn)。即使是外特性曲線的最高空車轉(zhuǎn)速,也不會(huì)高到不能接受的程度。不存在飛車危險(xiǎn)。5-15為什么柴油機(jī)的速度特性曲線不進(jìn)行調(diào)速時(shí)會(huì)出現(xiàn)高速"飛車"以及低速運(yùn)行不穩(wěn)定的危險(xiǎn)？"飛車"是否是由于理論上無法穩(wěn)定運(yùn)行而造成的？形成柴油機(jī)這種外特性線的主要原因是什么？解：柴油機(jī)油量調(diào)節(jié)桿固定在較大油量位置時(shí),雖然理論上能穩(wěn)定在某一工況運(yùn)行,但因曲線較平坦,較小的負(fù)荷變化就會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)速大幅度變化。此時(shí),即使轉(zhuǎn)速能穩(wěn)定,也會(huì)因轉(zhuǎn)速高而出現(xiàn)飛車。當(dāng)油量調(diào)節(jié)桿固定在較小油量位置時(shí),將無法穩(wěn)定運(yùn)行。不是。柴油機(jī)的轉(zhuǎn)矩速度特性曲線是在油量調(diào)節(jié)桿的位置不變時(shí)獲得的。這條曲線受到循環(huán)供油量速度特性控制,變化平緩,在低速和小油量位置時(shí),甚至呈上升趨勢(shì)。5-16柴油機(jī)調(diào)速器最基本的功能是什么？實(shí)現(xiàn)調(diào)速的基本原理又是什么？解：主要作用是當(dāng)加速踏板位置不變而發(fā)動(dòng)機(jī)高于一定轉(zhuǎn)速后,轉(zhuǎn)矩會(huì)隨著n上升自動(dòng)下降。供油量在某一設(shè)定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)能夠隨著轉(zhuǎn)速的升高而自動(dòng)大幅下降。5-17什么是兩極調(diào)速模式？什么是全程調(diào)速模式？并簡要說明兩極調(diào)速和全程調(diào)速的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用場合。解：兩級(jí)調(diào)速：供油量在高速和低、怠速時(shí)隨轉(zhuǎn)速升高迅速下降的調(diào)試模式。全程調(diào)速：在加速踏板的任意位置,隨著轉(zhuǎn)速的上升,供油量先沿外特性變化到對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速后開始調(diào)速的調(diào)試模式。兩級(jí)調(diào)速：優(yōu)點(diǎn)：操作輕便,加速平穩(wěn),煙度較小。缺點(diǎn)：加速踏板位置頻繁切換,作業(yè)效率低。一般用于車用柴油機(jī)。全