内燃机第2版学习题答案周龙保

2-1内燃机的动力性能和经济性能指标为什么要分为指示指标和有效指标两大类？表示动力性能的指标有哪些？它们的物理意义是什么？它们之间的关系是什么？表示经济性能的指标有哪些？它们的物理意义是什么？它们之间的关系是什么？答：1）指示指标是用来评定实际循环进行情况的好坏，而有效指标是代表内燃机的整机性能的指标。2）动力性能指标有平均指示压力、指示功率。有效性能指标包括有效功率、有效扭矩和平均有效压力。3）平均指示压力pmi是发动机单位气缸工作容积的指示功。指示功率Pi是指发动机单位时间内所做的指示功。有效功率Pe是指发动机对外输出的功率，即指示功率Pi-机械损失功率Pm。有效扭矩Ttq是指发动机工作时由功率输出轴输出的扭矩。平均有效压力pme是发动机单位气缸工作容积输出的有效功。4）30inVpPsmii9550nTPetq31014.330stqsemeiVTniVPp5）经济性能指标有循环热效率、燃料消耗率、有效热效率和有效燃料消耗率。指示热效率ηi是指实际循环功与所消耗的燃料热量的比值。指示比油耗bi是指单位指示功的耗油量。有效热效率ηe是发动机的有效功与所消耗的燃料热量的比值。有效燃油消耗率be是单位有效功的耗油量。2-2、怎样求取发动机的指示功率、有效功率、平均指示压力和平均有效压力？答：1）指示功率：设发动机的气缸数为i，缸径为D（cm），行程S（cm），每缸工作容积为Vs（L），转速为n（r/min），平均指示压力为pmi（MPa），则每循环工质所做的指示功Wi（kj）为：32104SDpVpWmismii则发动机指示功率为：30260inVpinWPsmiii2）有效功率Pe即指示功率-机械损失功率，由试验测得。3）平均指示压力pmi：是发动机单位气缸工作容积指示功。simiVWp4)平均有效压力pme：是发动机单位气缸工作容积输出的有效功。31014.330stqsemeiVTinVPp6）6106.3uiihb6106.3ueehb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）2-5充量系数的定义是什么？充量系数的高低反映了发动机哪些方面性能的好坏？答（1）充量系数每个循环吸入气缸的空气量换算成的进气管状态下的体积。V1与活塞排量Vs之比（Φc=V1/Vs）（2）充量系数高低反映换气过程进行完善程度。2-6、试推导由吸入的空气量来计算平均有效压力的解析式及升功率的解析式，并分析提高发动机升功率的途径。答：已知充量系数c，过量空气系数01lgmba，所以每循环供油量0001lVlmlmgasscashcab（其中ρs为进气管状态下的空气密度）而sitsimiVQVWp1，setmeVQp1其中：01lHVHgQausscub，所以0lHpausetcme（Hu(J/kg)是燃料低热值,ρs(kg/m3),pme单位是（Pa））。将sssRTp代入，Ts单位为K，R=287J/(kg.K),得sasuetcmeTlpHp0287nlHnpPsmcuaitmeL1301300，因为燃料（Hu/l0）的比值变化不大，所以nKPsmaitcL11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2-8过量空气系数的定义是什么？在实际发动机上怎样求得？1）过量空气系数：燃烧1kg燃料的实际空气量与理论空气量之比。（2）实际发动机中Φa可由废气分析法求得，也可用仪器直接测得；对于自然吸气的四冲程内燃机，也可由耗油量与耗气量按下式求得（Φa=Aa/BLo）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。2-10、要设计一台6缸四冲程高速柴油机，设平均指示压力pmi=0.85MPa，平均机械损失压力pmm=0.15MPa，希望在2000r/min时能发出功率为73.5KW。解：1）为将活塞平均速度控制在8m/s，缸径与行程比取多大？2）为使缸径行程比为1：1.2，缸径与行程取多大？解：1）由cmrsmnCSSnCmm12min/2000/8303030MPaMPaMPapppmmmime70.015.085.0由LrMPaKWinpPVinVpPmeessmee05.1min/2000670.05.73120120120又SDVs42，所以cmcmcmSVDs55.101214.31005.14433所以D/S=10.55/12=0.882)由题意知，SDVs42和D/S=1：1.2得cmcmVDDVss37.1014.32.11005.142.142.1433333cmcmDS44.1237.102.12.12-11、有一台6135Q-1柴油机，D*S=135mm*140mm，6缸，在2200r/min，发动机的有效功率154KW，be=217g/（kW*h）。1）求发动机的pme、Ttq和ηet。2）当ηm=0.75时，试求bi、ηit、Pi、和Pm的值。3）当ηit、φc、φa均未变，ηm由0.75提高到0.8，此时PL、Pe和be的值。4）若通过提高φc使Pe提高到160kW，而ηit、Pm均未变化，则Pi、ηm、be值是多大？5）通过以上计算，你可以得出哪些结论？解：1）MParLKWinVPpinVpPsemesmee98.0min/220064/35.11541201201202由mNrKWnPTnTPetqtqe5.668min/2200154955095509550由)/(418.331000154)/(21710001000hkgKWhKWgPbBPBbeeee查表得Hu=42500kj/kg39.0/42500)/(418.33154106.3106.333kgkjhkgKWBHPueet2）KWKWPPPPmeiiem33.20575.0154由1000eePBb和1000iiPBb得)/(75.16275.0)/(217KWhgKWhgbbmei52.0/42500)/(418.3333.205106.3106.333kgkjhkgKWBHPuiitKWKWKWPPPeim33.5115433.2053）因为ηit、φc、φa均未变，所以指示功率Pi不变。又：KWKWPPPPmieiem26.1648.033.205KWLKWiVPPseL67.1344.135.114.3626.1642416.08.052.0mitet)/(62.203/42500416.0106.3106.366hkWgkgkjHbuete4)因为Pm不变，所以KWKWKWPPPmei33.21133.51160又78.033.211164KWKWPPiem4056.078.052.0mitet))/((8.208425004056.0106.3106.366hKWgHbuete5）当机械效率提高时，功率增加，燃油消耗率下降，升功率增高。当充量系数提高时，功率提高。3-2试推导混合加热理论循环热效率的表达式。答：)/'/()//'(1/1)'()'(11/21TaTzTaTzkTaTcTaTzTaTbTzTzkTcTzTaTbQQt3-7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。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。4-3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