内燃机学课后习题答案

2-4 平均有效压力和升功率在作为评定发动机的动力性能方面有何区别？

答平均有效压力是一个假想不变的压力，其作用在活塞顶上使活塞移动一个行程所做的功等于每循环所做的有效功，升功率是在标定的工况下，发动机每升气缸工作容积所发出的有效功率。区别：前者只反应输出转矩的大小，后者是从发动机有效功率的角度对其气缸容积的利用率作出的总评价，它与 Pme 和 n 的乘积成正比。（Pl=Pme·n/30T）

2-6

提升途径：1）采用增压技术，2）合理组织燃烧过程，提高循环指示效率，3）

改善换气过程，提高气缸的充量系数，4）提高发动机的转速，5）提高内燃机的机械效率，6)采用二冲程提高升功率，7）增加排量

2-9 内燃机的机械损失由哪些部分组成？详细分析内燃机机械损失的测定方法，其优缺点及适用场合。

答（1）机械损失组成：1 活塞与活塞环的摩擦损失。2 轴承与气门机构的摩擦损失。3.驱动附属机构的功率消耗。4 风阻损失。5 驱动扫气泵及增压器的损失。

（2）机械损失的测定：1 示功图法：由示功图测出指示功率 Pi，从测功器和转速计读数中测出有效功率 Pe，从而求得 Pm,pm 及ηm 的值。优：在发动机真实工作情况下进行，理论上完全符合机械损失定义。缺：示功图上活塞上止点位置不易正确确定，多缸发动机中各缸存在一定的不均匀性。应用：上止点位置能精确标定的场合。

2 倒拖法：发动机以给定工况稳定运行到冷却水，机油温度达正常值时，切断对发动机供油，将电力测功器转换为电动机，以给定转速倒拖发动机，并且维持冷却水和机油温度不变。这样测得的倒拖功率即为发动机在该工况下的机械损失功率。缺点：1 倒拖工况与实际运行情况相比有差别 2 求出的摩擦功率中含有不该有的 Pp 这一项。

3 在膨胀，压缩行程中，p-v 图上膨胀线与压缩线不重合。

4 上述因素导致测量值偏高。应用：汽油机机械损失的测定。

3 灭缸法：在内燃机给定工况下测出有效功率 Pe，然后逐个停止向某一缸供油或点火，并用减少制动力矩的办法恢复其转速。重新测定其有效功率。则各缸指示功率为（Pr）x=（Pe-Pe）x。总指示功率。Pi=∑(Pi)x。然后可求出Pm 和ηm.优点：无须测示功图，也无须电力测功器。缺点：要求燃烧不引起进排气系统的异常变化。应用：只适用于多缸发动机，且对增压机及汽油机不适用。

4 油耗线法：将负荷特性实验时获得的燃油消耗率曲线延长并求出横坐标的交点，就可得到 Pmm。优点：无须电力测功器和燃烧分析仪。缺点：只是近似方法，低负荷附近才可靠。应用：除节气门调节的汽油机和中高增压的柴油机

3-3.4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。采用和被测定燃料具有相同的抗爆性的标准燃料中异辛烷的体积百分比来表示。

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。

3-8 内燃机的实际循环与理想循环相比，存在着哪些损失？试述各种损失形成原因。

答：工质的影响；实际工质不是理想气体，其中 CO2.水蒸气等三原子气体在燃烧过程中不断增强，使工质比热容增大，且随温度升高而增大，使气体温度下降，同时燃烧产物存在高温分解及在膨胀过程中复合放热现象。传热损失：实际循环中，缸套内壁面、活塞顶面以及气缸盖底面等与缸内工质直接相接触的表面，始终与工质发生着热量交换，在压缩初期，缸壁对工质加热，但燃烧和膨胀期，工质大量向壁面传热。换气损失：理论循环中不考虑气体流动阻力损失实际循环中，在吸入新鲜充量及排出废气时有膨胀损失，活塞推出功损失和吸气功损失。燃烧损失：燃烧速度的有限性使压缩负功增加及最高压力下降另外还存在不完全燃烧损失。

11.内燃机实际循环与理论循环相比，存在哪些损失？

答： a) 工质造成的损失。 b) 工质与汽缸套、活塞、汽缸盖等设备间的传热损失。 c) 泵气损失。 d) 燃烧损失。 e) 漏气损失。

4-1 试分析内燃机进、排气门提前开启和迟后关闭的原因。其数值的大小与哪些因素有关？

答：排气提前：排气门提前开启可以增大在膨胀行程下止点时的流通面积，使排气顺畅，减小排气冲程的活塞推出功。排气门迟后关闭可避免排气流动截面积的过早减小而造成的排气阻力增加，使活塞推出功和缸内残余废气增加，另外还可以利用排气管内气体流动的惯性抽吸一部分废气，实现过后排气。进气门提前开启可增大开始充量进气时的进气截面积，减小气流阻力，增加进气气缸的新鲜充量。进气门迟后关闭可利用气流惯性实现向气缸的过后充气，增加缸内充量。汽油机排气门提前角小些，柴油机大些，增压柴油机更大。节气门调节的内燃机（点燃式）的进气提前角较小，柴油机进气提前角较大，增压则更大。另外，转速高的发动机有较大的气门提前角及迟闭角。所以影响因素有：机型，是否增压，转速高低。

4-2内燃机换气过程存在那些损失？增压和自然吸气发动机的泵气功和泵气损失各有什么特点？

内燃机换气过程：（1）排气门早开所造成的膨胀功损失（2）活塞强制排气的排气功损失（3）缸内的怠压造成的吸气功损失。自然吸气发动机：泵气功为负功，泵气损失在数值上等于它的泵气功，泵气功Wpw与泵气损失Wp数值上相等，Wp=Wpw=（X+Y)Lp。增压内燃机：泵气功大于0，泵气功和泵气损失不相等。

4-3 试述影响充量系数的各个主要因素以及提高充量系数的技术措施。

(1)影响充量系数的主要因素：进气阻力损失，排气阻力损失，高温零件对进气过程中新鲜充量的加热，配气正时及气门升程规律的影响。(2)提高充量系数的技术措施：1.降低进气系统的流动阻力。2.采用可变配气系统技术（可变凸轮机构，可变气门正时）。3.合理利用进气谐振。4.降低排气系统的流动阻力。5.减少对进气充量的加热。

5-3

5-4

5-5 爆燃的机理是什么？如何避免发动机出现爆燃？

答：机理：爆燃是终燃混合气的快速自燃，在正常火焰未到达前，终燃混合气内部最宜着火部位出现火焰中心，这些火焰中心以很高的速率传播火焰，迅速将终燃混合气燃烧完毕，使得压力升高率 dp/dt 急剧波动，出现爆燃。防止发动机爆燃措施：1 推迟点火。2 合理设计燃烧室形状及布置火花塞位置，缩短火焰传播距离。3 终燃混合气冷却。4 增加流动，使火焰传播速度增加。5 利用燃烧室扫气和冷却作用。

5-5爆燃的机理是什么？如何避免？

发生爆燃原因是终燃混合气的快速燃烧。措施：（1）推迟点火（2）缩短火焰传播距离（3）终燃混合气的冷却（4）增加流动（5）燃烧室扫气的冷却可减轻爆燃

5-7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。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。

5-11汽油机燃烧过程滞燃期的定义是什么？汽油机滞燃期影响因素有哪些？

点火花跳火以后，混合气并不马上产生火焰，而是过一段时间后才产生火焰核心，这一段时间称为滞燃期。因素：（1）本身分子结构和物理化学性能（2）开始点火时气缸的压力、温度（3）过量空气系数Φa （4）残余废气量增加（5）气缸内混合运动加强（6）火花能量大ti缩短

5-12分析柴油机燃烧过程的四个阶段：（

1）滞燃期，从喷油开始到压力急剧升高时为止（2）急燃期，压力急剧上升的阶段（3）缓燃期，从压力急剧升高的终点到压力开始下降点为止（4）后燃气，缓燃期的终点到燃烧基本上燃烧完全为止

5-13柴油机燃烧过程滞燃期定义是什么？柴油机滞燃期的影响因素有哪些？

定义：从喷油开始到压力急剧上升开始。正常运转的情况下，压缩温度和压力是影响滞燃期的主要因素，喷油提前角，转速及燃料性质对滞燃期也有很大的影响。

柴油机燃料供给与调节系统基本要求：（1能产生足够高的喷射压力，（2对柴油机的每一工况能精确及时的控制每循环喷入气缸的燃油量（3在运转整个工

况范围内，尽可能保持最佳喷油时刻，喷油持续期与理想喷油规律（4能保证

柴油机安全，可靠地工作

7-4简述几何供油规律和喷油规律的关系，并解释两者之间的区别与联系。

喷油规律由供油规律决定，但两者之间存在明显不同。喷油持续时间较供油持续长，最大喷油速率较大供油速率低，循环喷油量也低于循环供油量。2）供油规律是指供油速率随凸轮轴转角的变化关系；喷油规律是指喷油速率随凸轮轴转角的变化关系。

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7-6 以课本中图 7-10 为例，给出凸轮供油预行程与有效行程的定义，并分别说明预行程和有效行程大小对喷油过程及柴油机性能的影响？

答：供油预行程：从柱塞开始向上运动，柱塞的运动推挤燃油，燃油从进油孔被挤出，流回油管；直到进油孔被柱塞上端面挡住为止，这段时间内没有燃油喷出。这段升程称为预行程。供油有效行程：进油孔被柱塞上端面挡住后，柱塞继续上升，压缩燃油，当压力达到一定值后，燃油推开出油阀，喷出油泵；直到斜槽打开进油孔。这一行程称为柱塞的有效行程。柱塞总行程一定时，预行程越大有效行程越小，喷油越晚，泵油量越小，喷油量越少。这样导致柴油机的动力性能下降，且排放受影响。

7-10 说明压燃式内燃机有哪些异常喷射现象和它们可能出现的工况。简述二

次喷射产生的原因、造成的危害及消除方法。

答：（1)可能出现的工况：二次喷射：大负荷高速运转的情况下；气穴和穴蚀：小负荷；不稳定喷射：低怠速工况（2）二次喷射的原因：燃油在高压的作用下的可压缩性和压力波在高压油路中的传播和反射；危害：喷油持续期延长，雾化质量差，燃烧不完全且后燃严重，燃油消耗率及烟度增加，排温升高，性能恶化，零件过热，甚至产生喷孔积碳堵塞；消除措施：减少高压油路的容积，适当增大喷孔直径，适当增大出油阀弹簧刚度与开启压力，加大出油阀减压容积，采用阻尼或者等压式出油阀。

8-4 点燃式与压燃式内燃机之间在 CO、HC 和 NOx 生成机理方面有何异同？

（1）CO：点燃机主要是怠速加浓、加速加浓、加速加浓及全负荷时功率混合气偏浓时生成较多 CO。压燃机是由于混合气混合不均，燃烧室中局部缺氧或Φa 过大，燃烧室温度过低而产生较多 CO。（2）HC：点燃机生成 HC 与壁面淬熄，狭隙效应，润滑油膜的吸附和解吸，燃烧室中沉积物有关。柴油机生成 HC 主要是喷柱的外围形成过稀的混合气，使燃料始终不能完全燃烧，另外，压力室容积对排放影响较大。（3）NOx：都是高温富氧下的产物，点燃机是在Φa 从 0.9 增加时，氧分压增大效应大于温度下降效果而使 NOx 排放增大，在Φa=1.1 时出现峰值，压燃机是随负荷增大时，平均空燃比α减小而温度升高时，NOx 排放增加。点燃机中推迟点火与压燃机中推迟喷油均可降低 NOx 排放。

8-7柴油机碳烟排放与微粒排放之间有什么关系?

答：柴油机的微粒（Particulate Matter，缩写PM）。柴油机PM的组成取

决于运转工况，尤其是排气温度。当排气温度超过约500摄氏度时，PM基本上是碳质微球的聚集体，一般称为碳烟。当排气温度较低时，碳烟会吸附和凝聚多种有机物，称为有机可溶成分。柴油机排气中DS主要由柴油中含有的碳产生，其生成的条件是高温和缺氧。由于柴油机混合气成分不均匀，尽管总体是富氧燃烧，但局部缺氧还是会导致DS的生成。烃分子在高温缺氧的条件下发生部分氧化和热裂解，生成各种不饱和烃类，如乙烯、乙炔及其他较高阶的同系物和多环芳烃。它们不断脱氢，聚合成以碳为主的直径 2nm 左右的碳烟晶核。气相的烃和其他物质在这个晶核表面的凝聚，以及晶核相互碰撞发生聚集，使碳烟粒子增大，成为直径20~30的碳烟基元。最后，碳烟基元经聚集作用堆积成粒度1微米以下的链状或团絮状的聚集物。

8-8 柴油机的微粒与 NOx 排放之间存在什么矛盾？如何缓解此矛盾？

答：（1）增压的同时采取推迟喷油措施，增压可降低 PM，推迟喷油又防止NOx 排放增加。（2）优化喷油规律，初期用低喷油速率以抑制 NOx 的生成，喷油中期急速喷油，加速扩散燃烧，防止 DS 大量生成。（3）用低排放喷油器，合理安装喷油器，使每束油雾获得相同的与空气混合的条件，使燃料混合均匀，则 PM 和 NOx 均减少。（4）提高喷油压力，改善喷雾质量，也可使燃料与空气混合较好。（5）气流组织与多气门技术，使燃料与空气混合更均匀。（6）适当提高压缩比与推迟喷油相配合。

9-3内燃机的机械效率随转速和负荷如何变化?分析它对内燃机使用特性的影响。

答： a) 负荷：当负荷增大时，平均有效压力随负荷提高而增大，机械效率上升

较快。因此，机械效率随负荷增大而提高。 b) 速度：当柴油机的转速降低平均机械损失压力将逐渐减小，而平均有效压力虽也有变化，但其幅度小于平均机械损失压力的变化。所以机械效率随转速下降而升高，随转速升高而降

低。汽油机按外特性运行时，平均机械损失压力随转速提高而显著增大，而平均指示压力略有下降，机械效率将随转速提高而下降。同时机械效率随转速提高而下降的趋势，随节气门的关小而加快。

9-4 试比较柴油机和汽油机在负荷特性曲线和速度特性曲线走向的差异，并分析其原因。

（1）负特性曲线：汽油机负特性曲线（be 曲线）在柴油机上面，汽油机的曲线较陡，柴油机平坦，二者都是在中等偏大的负荷范围下，be 最低；原因：汽油机的压缩性比柴油机低，be 大，be 曲线在柴油机之上，在小负荷区，汽油机由于节气门的节流作用，造成较大的泵气损失，使 be 的上升比柴油机更快。（2）速度特性曲线：转矩：汽油机转矩随转速的增加而较快的降低，柴油机则较缓慢；功率：汽油机功率随转速的增大非线性增加，柴油机基本上呈线性增加；燃油消耗率：汽油机的 be 随转速的增加先缓慢下降，然后上升，柴油机类似变化但较平坦；原因：汽油机 Ttq 变化取决于φc、ηm、η的乘积，随η的变化而ηit 在中等转速时达到最大值，低速和高速均有下降，φc在中等低速达到最大值，n 大φc 下降，n 低φc 也下降，ηm 随 n 增大降低，所以汽油机外特性 Ttq 曲线随 n 的提高而下降，只是在最低速度范围才有一小段随 n 下降而下降的情况，汽油机 be 取决于ηit、ηm，由上分析也知汽油机 be 曲线随 n 变化的走向。

9-5请根据汽油机和柴油机的特性曲线，综合评价两种发动机的动力性和经济性。

（1）动力性：柴油机能输出较大的转矩汽油机能达到较大的转速，相同转速下柴油机能发出较大的功率。（2）经济性：柴油机经济性优于汽油机且柴油机经济工作范围较宽，且靠近中等负荷，汽油机经济工作区则靠近高负荷区。