汽车发动机原理课后习题答案

第二章发动机的性能指标

1.研究理论循环的目的是什么？理论循环与实际循环相比，主要作了哪些简化？

答:目的：1.用简单的公式来阐明内燃机工作过程中各基本热力参数间的关系，明确提高以理论循环热效率为代表的经济性和以平均有效压力为代表的动力性的基本途径2.确定循环热效率的理论极限，以判断实际内燃机经济性和工作过程进行的完善程度以及改进潜力3.有利于分析比较发动机不同循环方式的经济性和动力性

简化：1.以空气为工质，并视为理想气体，在整个循环中工质的比热容等物理参数为常数，均不随压力、温度等状态参数而变化2.将燃烧过程简化为由外界无数个高温热源向工质进行的等容、等压或混合加热过程，将排气过程即工质的放热视为等容放热过程3.把压缩和膨胀过程简化成理想的绝热等熵过程，忽略工质与外界的热交换及其泄露等的影响4.换气过程简化为在上、下止点瞬间开和关，无节流损失，缸内压力不变的流入流出过程。

2.简述发动机的实际工作循环过程。

四冲程发动机的实际循环由进气、压缩、燃烧、膨胀、排气组成

3.排气终了温度偏高的原因可能是什么？

有流动阻力，排气压力>大气压力，克服阻力做功，阻力增大排气压力增大,废气温度升高。负荷增大Tr增大；n升高Tr增大，∈+，膨胀比增大，Tr减小。

4.发动机的实际循环与理论循环相比存在哪些损失？试述各种损失

形成的原因。

答：1.传热损失，实际循环中缸套内壁面、活塞顶面、气缸盖底面以及活塞环、气门、喷油器等与缸内工质直接接触的表面始终与工质发生着热交换

2.换气损失，实际循环中，排气门在膨胀行程接近下止点前提前开启造成自由排气损失、强制排气的活塞推出功损失和自然吸气行程的吸气功损失

3.燃烧损失，实际循环中着火燃烧总要持续一段时间，不存在理想等容燃烧，造成时间损失，同时由于供油不及时、混合气准备不充分、燃烧后期氧不足造成后燃损失以及不完全燃烧损失

4.涡流和节流损失实际循环中活塞的高速运动使工质在气缸产生涡流造成压力损失。分隔式燃烧室，工质在主副燃烧室之间流进、流出引起节流损失

5.泄露损失活塞环处的泄漏无法避免

5.提高发动机实际工作循环效率的基本途径是什么？可采取哪些措施？

答：减少工质比热容、燃烧不完全及热分解、传热损失、提前排气等带来的损失。措施：提高压缩比、稀释混合气等

6.为什么柴油机的热效率要显著高于汽油机?

柴油机拥有更高的压缩比，

7.什么是发动机的指示指标？主要有哪些？

以工质在气缸内对活塞做功为基础，评定发动机实际工作循环质量的

好坏。指示压力、指示功率、指示热效率、指示燃油消耗率。

8.什么是发动机的有效指标？主要有哪些？

以曲轴对外输出功率为基础反映发动机整体性能的优劣

①动力性能指标：有效功率，有效转矩，平均有效压力，转速②经济性能：有效

热效率，有效燃料消耗率③强化指标：升功率和比质量，强化系数。

9.总结提高发动机动力性能和经济性能指标的基本措施？

①增大气缸直径，增加气缸数②增压技术③合理组织燃烧过程④提高充量系数⑤提高转速⑥提高机械效率⑦用二冲程提高升功率。

10.发动机的机械损失主要包括哪些？

摩擦损失，驱动各种附件损失，带动机械增压器损失，泵气损失

11.什么是机械效率？机械效率受哪些因素影响？有何意义？

比较机械损失所占比例的大小，有效功率与指示功率的比值。影响因素：①转速和活塞平均速度②负荷③润滑油温度和冷却水温度。

12.如何测定机械效率？适用于汽油机的是哪种方法？

通过发动机试验测定，常用方法有示功图法、倒拖法、灭缸法、油耗线法。倒拖法适用于汽油机。

13.研究发动机热平衡的意义何在？

第三章发动机的换气过程

1.四冲程换气过程

排气门开始到进气门关闭。包括进气、排气过程

2.四冲程柴油发动机与汽油发动机的换气过程有何不同？

汽油发动机排气提前角小，柴油机增压更大

3.气门叠开角对换气过程有何影响？

进排气门均提前开启迟后关闭，可以增加气门通过能力，利用气流流惯，减少换气损失，提高发动机性能。

4.换气损失怎样造成的？从哪些方面采取措施可以减少换气损失？ ：①排气损失（自由：排气门提前打开，排气压力线偏离理论循环膨胀线，引起膨胀功减少造成；强制：活塞将废气推出所消耗的功）②进气损失：进气过程气缸压力小于进气管压力造成损失。措施：①减少排气系统阻力以及排气门处流动损失②合理调整配气正时，加大进气门的流通截面积，正确设计进气及降低活塞平均速度。

5.什么是充量系数？试推导充量系数的解析式

每个循环实际吸入气缸的新鲜充量ml与进气状态下充满汽缸工作容积的新鲜充量msh之比。

6.残余废气系数和充量系数有什么关系？

7.分析影响充量系数的因素？

进气门关闭气缸内压力PA升高φc升高；转矩Ta升高φc减小；残余废气系数y升高φc减小；进排气相位角合适使PA升高，压缩比增加φc升高。

8.什么是进气马赫数？对充量系数有什么影响？

M进气门处气流平均速度V与该处声速a之比。在0.5左右，φc急剧下降。

9.为什么说进气迟闭角在配气正时中对充量系数影响最大？试分析

之

10．提高充量系数的措施

①降低进气系统的阻力②合理选择配位气③减少排气系统的阻力④减少对新鲜充量的热传导⑤进气系统采用电子控制技术。

11.充量系数的研究中，为什么常把注意力主要集中于进气系统？ φc是衡量不同发动机性能和进气过程完善程度的指标。

12.发动机转速变化时充量系数变化特征。

转速升高进气阻力增大φc减小；转速增加负荷不变，加热新气时间短，φc略上升；转速不变，负荷增加，新气加热多，充量系数下降。

13.发动机通过提高转速来提高功率时，从换气过程看会遇到什么困难？有何措施防止充量系数下降？

发动机转速提高，气体流速升高，Pa增大，φc减小，同时，进气门进气阻力，排气门排气终了废气压力增大，φc下降，增加排气损失。克服：适当增加进气门迟闭角，利用废气再循环系统，降低进排气系统的阻力，减少对进气充量的加热，合理选择进，排气相位角。

14.多气门结构有何功能和特点？

φc充量加大，最大转速提高功率加大百分比远超转矩的增加值。实现可变技术，改善低速，低负荷性能；布置紧凑燃烧室，火花塞放置在燃烧室中央，从而改善燃烧，减少运动件质量，利于高速化。

第四章燃料与燃烧

1.汽油和柴油的标号分别是根据什么指标确定的？

答：汽油标号的划分是按照抗爆系数，或者叫做辛烷值来划分的。所

谓90号、93号、97号无铅汽油，是指它们分别含有90%、93%、97%的抗爆震能力强的“异辛烷”。抗暴系数越大，汽油抗爆性越好。 柴油的标号是按照柴油的凝点来划分的。分为10号、5号、0号、-10号、-20号、-30号、-50号。代表其凝点不高于10℃、5℃„„

2.蒸发性不好和太好的汽油，在使用中各有什么缺点和可能产生的问题？

答：若汽油的蒸发性不太好，则混合气形成困难，启动、加速性能变差，燃烧不完全，油耗增加。

若汽油的蒸发性太好，则形成气阻的倾向性也越大。在炎热夏季以及大气压力较低的高原和高山地区使用时，容易使发动机的供油系统产生“气阻”，甚至发生供油中断。另外，在储存和运输过程中的蒸发损失也会增加；

3.试述汽油辛烷值和柴油十六烷值的意义

答：辛烷值用来表示汽油的抗爆性，抗爆性时指汽油在发动机气缸内燃烧时抵抗爆燃的能力。辛烷值是代表点燃式发动机燃料抗爆性的一个约定数值。在规定条件下的标准发动机试验中通过和标准燃料进行比较来测定。汽油的辛烷值越高，抗爆性越好。

柴油十六烷值时用来评定柴油的自燃性。将十六烷值规定为100的正十六烷和规定十六烷值为0的α-甲基萘按不同比列混合得出不同十六烷值的标准燃料，其十六烷值为该混合气中正十六烷的体积百分比。如果某种柴油与某标准燃料的自燃性相同，则该标准燃料的十六烷值即为该柴油的十六烷值。

4.什么是过量空气系数？它与混合气浓度有什么关系？

答：发动机工作过程中，燃烧1kg燃油实际共给的空气量与理论空气量之比，称为过量空气系数。过量空气系数大于1称为稀混合气，等于1称为标准混合气，小于1称为浓混合气。

5.燃料的燃烧热值和混合气热值有什么不同

答：燃料热值是指单位量的燃料完全燃烧时做释放的热量。单位：焦耳。分为高位热值H0（生成的水是液态）和低位热值Hu（生成水是气态）。汽油机和柴油的热值都是低位热值。

混合器热值Hm是指燃料的低热值与单位燃料混合气数量之比。单位：kJ/kmol。每循环加给工质的热量取决于单位可燃混合气热值。不仅仅与燃料热值有关。

6.简述燃料的着火机理。

答：按化学动力学的观点，着火机理可分为热自燃机理和链锁自燃机理两类。热自燃理：在着火的准备阶段，混合气进行着氧化过程，放出热量。放热的同时，由于温差的原因，会对周围介质散热。若化学反应所释放出的热量大于所散失的热量，混合气的温度升高，进而促使混合气的反应速率和放热速率增大。这种相互促进，最终导致极快的反应速率而着火。链锁自燃机理：通过链锁反应（即一个活化作用能引起很多基本反应）逐渐积累活化中心，使反映自动加速，直至着火。

7.为什么说柴油机的着火过程是低温多级着火，汽油机的着火过称是高温单级着火？

答：低温多阶段着火规律是退化支链反应引起的一种现象。通常称为“着火半岛”。烃燃料经历三个阶段：冷焰诱导阶段、冷焰阶段、蓝焰阶段。

高温单阶段着火规律：在较高温度下，着火过程不经过冷焰而直接进入蓝焰——热焰阶段。由于这两个阶段很短，也很难区分。所以统称为高温单阶段着火。

柴油机的压缩着火和汽油机的爆燃具有低温多阶段着火的特点，而汽油机的火花点燃和柴油机着火后喷入气缸内的燃料着火具有高温单阶段着火特性。

10、对柴油机性能有重要影响的柴油性能指标有哪些？

答：燃烧性、低温流动性、蒸发性、黏度、腐蚀性、安定性、清洁性。

11、对汽油机性能有重要影响的汽油性能指标有哪些？

答：抗爆性、蒸发性、氧化安定性、腐蚀性、无害性、清洁性

13、对比汽油机和柴油机燃烧方式的不同？

答;两者基本的结构相同，最大的不同就是燃料的点燃方式，汽油机是电火花点燃，柴油机是压燃。汽油机的工作压强不能太大，温度不能太高，因此热效率相对较低，燃料燃烧也相对不充分，但同时由于汽油机的压缩比小，活塞往复运动的距离较短，因而转速较高，且因工作温度和压力较低使得汽油机体积较小，轻便且噪声小。而柴油机是压燃式，结构相对简便，且工作压强和温度较高，热效率较高，燃料燃烧充分，污染小，但柴油机压缩比较大，转速比汽油机慢，但功率较高，由于柴油机体必须承受较高的压强和温度，强度要求高，因

此相对于汽油机显得笨重，工作噪声也较大。

14.如不慎将柴油当做汽油在汽油机中使用，会出现什么结果？反之又会出现什么结果？

答：若将柴油加在汽油机中，会出现爆燃。若将汽油加在柴油机中，则无法启动。

第五章汽油机混合气的形成与燃烧

1、画出汽油机燃烧过程的p-φ图，并简述各个时期的主要特点及相应要求。

图文见书109页

2.汽油机燃烧过程滞燃期的定义是什么，影响因素有哪些？

答：滞燃期是指由火花塞跳火的A点到气缸压力线脱离压缩线的B点这一阶段，也称作着火落后期。其长短用着火落后时间或者火落后角表示。

影响因数：燃料本身的分子结构和物理化学性能

开始点火时气缸内气体内气体的压力、温度。压缩比高时。

过量空气系数。试验证明，过量空气系数φa=0.85-0.95时滞燃期短 残余废弃量。残余废气量增加，φi稍有增加

混合气流动。气缸内混合气运动强，则φi稍有增加

火花能量。火花能量大，则φi减小

3.给出火焰传播的速率的定义

答：火焰传播速率定义为火焰前锋面沿法线方向上相对于未燃混合气的移动速度

4.什么是汽油机的爆燃？引起爆燃的机理是什么？爆燃对汽油机有何危害？影响汽油机爆燃的因数有哪些？（答案参考，以书为主） 答：爆燃：是汽油机最主要的一种不正常燃烧现象，常在压缩比比较高时出现。发生爆燃时，示功图压力曲线出现高频大幅波动，同时发动机发出高频尖叫的金属敲击声，因此也成爆燃为敲缸。

机理：爆燃着火方式类似于柴油机，同时在较大面积上多点着火，所以放热速率极快，局部区域的温度压力急剧增加，这种类似阶越的压力变化，形成燃烧室内往复传播的激波，猛烈撞击燃烧室壁面，使壁面产生振动，发出高频振音（即敲缸声）。

危害：爆燃会给汽油机带来很多危害，发生爆燃时，最高燃烧压力和压力升高率都急剧增大，因而相关零部件所受应力大幅增加，机械负荷增大；爆燃时压力冲击波冲击缸壁破坏了油膜层，导致活塞、气缸、活塞环磨损加剧，爆燃时剧烈无序的放热还使气缸内温度明显升高，热负荷及散热损失增加，这种不正常燃烧还使动力性和经济性恶化。 因素：燃料性质、运转因素（点火提前角、转速、负荷、混合气浓度、燃烧室沉积物的影响）。结构因素的影响（气缸直径、火花塞位置、气缸盖与活塞的材料、燃烧室结构）

5.什么是表面点火？如何产生？危害最大的表面点火是什么？

答：在汽油机中，不是靠火花塞点燃，而是由燃烧室内炽热表面点燃混合气的现象称为表面点火。

正常表面点火发生在发动机长时间高速高负荷运行之后，由火花塞绝缘体、电极或排气门高温引起。

程度严重或较长时间的早燃会引起爆燃性表面点火，及激爆 危害最大的表面点火——爆燃

6.何谓汽油机燃烧循环变动？燃烧循环变动对汽油机性能有何影响？如何减少燃烧循环变动？

答：燃烧循环变动是点燃式发动机燃烧过程的一大特征，是指发动机以某一工况稳定运转时，这一循环和下一循环燃烧过程的进行情况不断变化，具体表现在压力曲线、火焰传播情况及发动机功率输出均不相同。影响：由于存在燃烧循环变动，对于每一循环，点火提前角和空燃比等参数都不可能调整到最佳，因而使发动机油耗上升、功率下降，性能指标得不到充分优化。随着循环变动加剧，燃烧不正常甚至失火的循环次数逐渐增多，碳氢化合物等不完全燃烧产物增多，动 力性、经济性下降；

7.说明汽油机燃烧室设计的一般要求；

答：动力性能高；

8.比较汽油常见燃烧室特点； 第六章柴油机混合气的形成与燃烧；1、柴油机燃烧过程？压力升高率的影响？；答：燃烧过程：着火落后期，速燃期，缓燃期，后燃期；2、着火落后期及其影响因素？；答：着火落后期：滞燃期，影响因素：压缩温度和压力；3、放热规律三要素？柴油机合理的放热规律？；答：放热规律三要

力性、经济性下降。同时，由于燃烧过程不稳定，也使振动和噪声增大，零部件寿命下降，当采用稀薄燃烧时，这种循环变动情况加剧。减少措施：1）尽可能使фa=0.8～1.0，此时的循环变动最小。2）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，进而改善循环变动。3）改善排气过程，降低残余废气系数γ。4）避免发动机工作在低负荷、低转速工况下。5)多点点火有利于减少循环变动。6）提高点火能量，优化放电方式，采用大的火花塞间隙。

7.说明汽油机燃烧室设计的一般要求

答：动力性能高。燃油噪声小；排放污染少；避免爆燃和表面点火等不正常现象；工作柔和，燃烧噪声小；起动性好；允许燃烧较稀混合气。

8.比较汽油常见燃烧室特点

第六章柴油机混合气的形成与燃烧

1、柴油机燃烧过程？压力升高率的影响？

答：燃烧过程：着火落后期，速燃期，缓燃期，后燃期。压力升高率：宜高，但过高使柴油机粗暴，影响其工作可靠性和使用寿命，过急的压力升高会导致温度明显升高，使氮氧化物生成量明显增加。兼顾柴油机运转平稳性，不宜超过0.4MPa/（。CA），而为抑制氮氧化物的生成，还应更低。

2、着火落后期及其影响因素？

答：着火落后期：滞燃期，影响因素：压缩温度和压力（高则缩短）、喷油提前角、转速（高短）、油品（好短）

3、放热规律三要素？柴油机合理的放热规律？

答：放热规律三要素：燃烧放热始点、放热持续期、放热率曲线形状。柴油机合理的放热规律：燃烧要先缓后急，初期要缓慢以降低NOx，中期保持快速提高动经性，后期缩短燃烧以降低烟度和颗粒。

4、柴油机燃料喷射过程？以柱塞式喷油泵为例？

答：喷射延迟阶段：从喷油泵的柱塞顶封闭进油孔的理论供油始点起到

喷油器的针阀开始升起为止、主喷射阶段：从喷油始点到喷油器端压力开始急剧下降为止、喷射结束：从喷油器端压力开始急剧下降到喷油器针阀落座停止喷油为止。

5、供油提前角？喷油提前角？关系？性能影响？

答：供油提前角：供油系统的理论供油始点到上止点为止，曲轴转的角度。喷油提前角：喷油器的针阀开始升起曲轴转角。

关系：供油决定喷油，供+喷越+，两个不同时增大，差值为喷油延迟角。性能影响：喷延迟角限制转速，即转速+高压油管越长喷延迟角+，着火期喷入的油+，低压油+，燃油雾化变差，燃烧不充分，易产生积碳堵塞喷油孔降低柴油机性能。

6、什么是喷油嘴流通特性？说明喷油嘴有效流通截面对喷油过程和柴油机性能的影响？

答：喷孔流通截面积和针阀升程的关系。影响：喷油嘴的流通截面积随针阀上升而增大。初期流面增长快，则着火后期喷油量增多，低压油喷入气缸量增多，燃油雾化变差，燃烧不充分，易产生积碳堵塞喷油孔现象降低性能。

7、柴油机的异常喷射现象？可能出现在哪些工况？简述二次喷射产生的原因，危害和消除方法？

答：二次喷射（高速，大负荷），滴油现象（某一瞬间喷油泵的供油量小于喷油器喷出油量和填充针阀上升空出空间的油量之和），断续喷射，不规则喷射和隔次喷射（柴油机怠速工况）。

二次：燃油雾化变差，燃烧不充分，易产生积碳堵塞喷油孔现象降低性能。经济性下降，零部件过热。消除方法：缩短高压油管的长度，减少高压容积，以减缓压力波动，并合理选择喷射系统的参数。

8、喷雾特性和雾化质量的指标和参数有哪些？

答：喷雾特性：油束射程、喷雾锥角、油束的最大宽度、贯穿率。 雾化质量：油束中液滴的细度和均匀度。指标：平均粒径、索特粒径、粒径分布。

9、简述柴油机混合气的形成特点和方式？

答：特点：缸内进行，形成时间短，柴油本身蒸发性流动性差，不能与空气均匀混合，故用较大的过量空气系数，并组织各种形式的气体流动，以改善混合气的形成。

方式：空间雾化混合和壁面油膜蒸发混合

10、分析直喷式和非直喷燃烧室柴油机性能特点？

答：①非NO微粒排低，但低负荷C烟排大②非压力升高率和最高燃烧压力低，燃烧柔和，噪声小③直敏对转速感，故转速低④非散热损失大喷雾质量不高，冷启动不如直⑤非表面积和容积大，燃油消耗率高出10~15%⑥非对燃油不敏感，较强适应性。

11、.柴油机合理喷油规律？

答：开始喷油率不能太高，控制着火落后期内形成的可燃混合气，降低初期放热率，防止工作粗暴。燃烧开始后，应较高喷油率以缩短喷油持续期，加快燃烧速率，同时尽可能减少喷油系统中的燃油压力波动，以防止不正常喷射现象。

12、改善柴油机燃烧过程的主要途径？

答：①提高喷油压力②保证合适的喷油规律③合理选择喷油提前角④正确选择燃料⑤合理控制转速、负荷、冷却强度⑥选择排气再循环

13、和以往的电控喷油燃油系统相比，电控高压共轨式燃油喷射系统在控制参数和控制功能上有哪些优势？

答：这个太多了，看书

14、HCCI燃烧方式？HCCI发动机主要有哪些特点？

答：HCCI燃烧方式：均匀的可燃混合气在气缸内被压缩直至自行着火燃烧的方式。

特点：①超低的NO和PM排放②燃烧效率高③HCCI燃烧过程主要受燃烧化学动力控制④HCCI发动机运行范围较窄⑤HCCI发动机HC、CO排放偏高⑥冷启动和瞬态响应特性不理想

第八章发动机特性

1、研究发动机特性的意义是什么？

答：通过分析特性曲线，可以评价发动机在不同工况下的动力性、经济型及其运转特性，为合理调整与选用并有效的利用发动机提供依据，同时还根据特性曲线分析影响特性的因素，为寻求改进发动机特性的途径，使发动机的性能进一步提高

2、分析汽油机和柴油机负荷特性的区别：

答：1）汽油机的燃油效率普遍较高，且在从空负荷到中小负荷段过渡时，燃油效率下降缓慢，仍维持在高水平，燃油经济性明显较差。

2）汽油机排气温度普遍较高，且与负荷关系较小。3）汽油机的燃油消耗量曲线弯度较大，而柴油机的燃油消耗量曲线在中、小负荷的线性较好。

3、分析汽油机和柴油机速度特性中转矩曲线的区别？

答：柴油机在各种负荷的速度特性下的转矩特性曲线都比较平坦，汽油机的速度特性下的转矩曲线的曲率半径都比较小，节气门开度较小，转矩峰值向低速移动，且随转速变化的曲率很大。

4、什么是发动机的万有特性？有什么作用？

答：万有特性：为了能够在一张图上较全面地表示发动机各种性能参数的变化，经常应用多参数的特性曲线，称为万有特性。作用：

1）从万有特性图上可以清晰的了解到发动机各种工况下的性能，很容易找到最经济的负荷和转速。2）还可以看出一些特征点，如最大

转矩点及其对应的转速，最低稳定转速点及最低燃油消耗率点及其范围等。

5、万有特性，负荷特性和速度特性有何实用意义？

答：万有特性，负荷特性，速度特性：他们反映发动机的性能指标随运行工况的变化规律，从而可看出发动机的使用特性

6.、发动机转矩曲线陡，对车辆性能有什么影响?有什么办法改进转矩特性？答：发动机性能好，对外界阻距的适应能力越强。改善方法：让发动机工作在最大转矩转速ntq好最大功率转速np和标定转速nn之间。

7、为何汽油机不用调速器也能稳定怠速运转，而柴油机不能？ 答：①汽采用量调节方式工作②具有很好的自调节能力③最高空转转速也不会过分增高而产生飞车。因此汽不用，而柴转矩曲线随转速变化而平坦，在低速段和小油量位置时甚至呈上升趋势，这样的曲线实际上不具备自动保持稳定工作的能力因此要用。