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现代汽车发动机原理第126章习题参考答案第一章习题 参考答案 一、名词解释 1.理论循环：将发动机的实际循环进行若干简化，使其既近似于所讨论的实际循环，而又简化了实际循环变化纷繁的物理、化学过程，从而提出一种便于作定量分析的假想循环。 2.示功图：记录相对于不同活塞位臵或不同曲轴转角时气缸内工质压力的变化，有p-V示功图或p-j示功图两种。示功图是研究实际循环的依据，一般是由专门示功器在发动机运转条件下直接测出。 3.指示指标：指示指标是以工质对活塞做功为基础的性能指标，主要是衡量发动机工作过程的好坏。 4.有效指标：有效指标是以发动机输出轴上所得到的功率为基础的性能指标。主要是考虑到发动机自身所消耗的机械能，用来综合评价发动机整机性能的。 5.指示热效率：是实际循环指示功与所消耗的燃料热量之比值。 6.有效热效率：是实际循环有效功与所消耗的燃料热量之比值。 7.升功率：在标定工况下，发动机单位气缸工作容积所发出的有效功率。 8.比质量：发动机的净质量m与它所发出的额定功率Pe之比。 9.发动机强化系数：发动机平均有效压力pme与活塞平均速度vm的乘积称为强化系数，是评价发动机强化程度的指标。 10.机械效率：机械效率是有效功率与指示功率的比值。是为了比较各种不同的发动机机械损失所占比例的大小，引入机械效率的概念。 11.发动机热平衡：发动机的热平衡，就是给出燃料的总发热量转换为有效功和其他各项热损失的分配比例。从这些热量分配中，可以了解到热损失的情况，以作为判断发动机零件的热负荷和设计冷却系统的依据，并为改善发动机的性能指标指明了方向。 二、填空题 1示功 2. 提高率 3. 工质的影响 换气损失 传热损失 时间损失 燃烧损失 4. 实际 5. 发动机输出轴上所得到的 6. 实际循环指示 7. 实际循环有效 1 8Pe=Ttqn/9550 9平均有效压力pme 活塞平均速度vm 10下降 11. 可靠润滑 12. 有效功 其他各项热损失 三、思考题 1什么是发动机的理论循环？什么是发动机的实际循环？ 答题要点 发动机的理论循环是将发动机的实际循环进行若干简化，使其既近似于所讨论的实际 循环，而又简化了实际循环变化纷繁的物理、化学过程，从而提出一种便于作定量分析的假想循环。 发动机的实际循环是由进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个过程所组成，较之理论循环复杂得多，存在必不可免的许多损失，它不可能达到理论循环那样高的循环效率。 2画出四冲程发动机实际循环的示功图，说明它与理论循环示功图有什么不同？ 答题要点 由于工质的影响、换气损失、传热损失、时间损失、燃烧损失、涡流和节流损失、 泄漏损失等的存在，实际循环的示功图与理论循环示功图有很大的不同，如图所示为一台非增压四冲程柴油机理论循环与实际循环p-V示功图。其中实线表示实际循环示功图，而加了黑点的实线表示与之相对应的理论循环示功图。 2 3分析影响发动机实际循环热损失的主要因素。 答题要点 工质的影响 理论循环的工质是理想气体，在实际循环中，燃烧前的工质是新鲜空气和上一循环残留废气的混合气；燃烧过程中以及燃烧后，工质的成分变为燃烧产物，不仅成分有变化，而且容积数量即物质的量也发生变化；在1300°K以上燃烧产物有发生高温分解的现象，会降低最高燃烧温度，使循环热效率下降。 理论循环工质的比热是不随温度变化而变化的。实际循环工质是空气和燃烧产物的混合物，它们的比热随温度升高而上升，若加热量相同，则实际循环达到的最高温度较理论循环为低，其结果导致循环热效率的降低，循环所做的功减少。反应在示功图上为实际循环的燃烧膨胀线低于理论循环的燃烧膨胀线。 换气损失 在实际循环的换气过程中，排气门要提前开启，废气在下止点前便开始逸出，使示功图的有用功面积减小。在接着进行的排气和吸气过程中，由于流动阻力会产生进、排气推动功的差别。排气门提前开启造成的损失与进、排气推动功之差，这两部分损失之和就是实际循环的换气损失。 气缸壁的传热损失 理论循环假定气缸壁和工质之间无热交换。但在实际循环中，气缸壁和工质之间自始至终存在着热量交换。在压缩过程初期，气缸壁温度高于工质温度，工质吸热；在压缩过程后期，工质的温度超过缸壁温度，工质向缸壁散热。其平均多变压缩指数偏低，存在热量损失，使压缩过程的压力线低于理论循环的压缩线。此外，由于进气终了压力低于大气压力，因此，整个实际压缩线处于理论压缩线的下方。 4.泵气损失：泵气损失是换气损失的一部分，即图中面积。 5.充量：充量即充气量，它表示进入发动机气缸内新鲜气体的质量，常用每循环充量和单 位时间充量来表示。 6.充量系数：是评价发动机换气过程完善程度的指标。是每循环进入气缸的实际充量Dm 与在进气状态下充满气缸工作容积的理论充量Dms之比。 7.残余废气系数：残余废气系数是指每循环气缸内的残留废气质量与新鲜气体质量之比。 8.进气惯性效应：利用进气管内高速流动的气体惯性增加充气量的效应，称为惯性效应。 9.进气波动效应：进气过程中进气管内压力波动称为进气波动效应，对充量系数fc有一定 影响。 二、填空题 1. 缸内废气 新鲜空气 混合气 2. 充分 彻底 小 3. 自由排气 强制排气 进气 燃烧室扫气 4. 自由排气 5. 压力 气体状态 6. 排气 进气 7. 自由排气 强制排气 7 8. 增加 减少 9. 压缩比 进气状态 大气状态 进气终了状态 残余废气系数 配气相位 进气终了压力 10大 11越大 12提高 三、思考题 1四冲程发动机的换气过程包括哪几个阶段？这几个阶段是如何划分的？ 答题要点 根据气体流动的特点，换气过程可分为自由排气、强制排气、进气和燃烧室扫气等4个阶段。 从排气门开始开启，到气缸内压力降到接近排气管内压力，这个时期称为自由排气阶段。 从自由排气阶段结束，活塞上行强制排出缸内废气的阶段，称为强制排气阶段。 进气过程是指从进气门开始开启到进气门完全关闭的这段时间。 由于排气门的延迟关闭和进气门的提前开启，在排气行程上止点附近，存在进、排气门同时开启的现象，称为气门叠开。此期间进气管、气缸、排气管连通起来，可以利用气流压差和惯性，清除缸内残余废气，增加进气量。气门叠开期间，只要合理控制气流方向，废气的惯性排出会对新鲜空气或混合气有抽吸作用，新鲜空气或混合又驱赶废气并冷却燃烧室，这一过程称为燃烧室扫气。 2什么是换气损失？什么是泵气损失？ 答题要点 换气损失可定义为理论循环换气功和实际循环换气功之差。发动机换气损失由排气损失和进气损失两部分组成。泵气损失是换气损失的一部分，即图2.4中面积。 3评价发动机换气过程的常用指标有哪几个？ 答题要点 评价发动机换气过程的常用的评价指标是：充量、充量系数和残余废气系数。 4充量系数是如何定义的？分析影响充量系数的主要因素。 答题要点 每循环进入气缸的实际充量Dm与在进气状态下充满气缸工作容积的理论充量Dms之比，即： fc=DmDms 影响充量系数的因素有压缩比、进气状态或大气状态、进气8 终了状态、残余废气系数和配气相位等。其中，影响最大的是进气终了压力。 进气终了压力Pa 进气终了压力pa增大，充量系数fc提高。这是因为，在气缸容积、进气终了温度和残余废气量一定时，进气终了压力越大，缸内气体密度越大，意味着实际充气量就越多。进气终了温度 随着进气终了温度Ta升高，充量系数fc下降。这是因为，在气缸容积、进气终了压力和残余废气量一定时，进气终了温度越高，缸内气体密度越小，意味着实际充气量就越少。实际发动机的进气终了温度总是高于大气温度。新鲜气体进入气缸后，接触高温机件并与残余废气混合被加热。 残余废气系数fr 排气终了压力pr增大，残余废气密度增加，残余废气系数fr上升，使充量系数fc下降。 进气状态 Ts升高，ps下降，均使进气密度rs减小，因此，进气量减少,使充量系数fc下降。 压缩比e 随着压缩比e的增大，压缩终了容积相对减小，使气缸内残余废气量相对减少，充量系数fc有所提高。 配气相位 配气相位直接影响进、排气是否充分，即影响实际进气量和残余废气量，从而影响充量系数。配气相位中，进气迟闭角对充量系数的影响最大，其次是排气迟闭角。 5可采取什么措施来提高充量系数？ 答题要点 提高发动机充量系数的措施可以归纳为以下几点： 1）降低进气系统的阻力损失，提高气缸内进气终了压力pa； 2）降低排气系统的阻力损失，以减小缸内残余废气系数fr； 3）减少高温零件在进气系统中对新鲜充量的加热，降低进气终了温度Ta； 9 4）合理选择配气相位； 5）充分利用进气管内的动力效应。 6什么是进气管动态效应？怎样利用它提高充量系数？ 答题要点 发动机换气过程中，进气气流在一定长度的管道内流动时，具有相当的惯性和可压缩性，且进气过程是间断性和周期性进行的，根据流体力学的规律，气流在进气管内势必会引起一定的动力现象，这种动力现象称为进气管的动态效应。动态效应对发动机进气量有较大影响，利用进气管的动态效应，可以有效地提高发动机充量系数fc和改善转矩特性。 10 第三章习题 参考答案 一、填空题 1.缸外喷射系统是将喷油器安装在进气管或进气歧管上，以0.200.35MPa的喷射压力将汽油喷入进气管或进气道内。 2.电子控制汽油喷射系统主要由燃料供给系统、空气供给系统、控制系统三部分组成。 3.汽油机燃烧过程按其压力变化特点分成三个阶段，分别为：滞燃期、急燃期和补燃期。 4. 汽油机在稳定的正常运转情况下，不同气缸的燃烧情况以及不同循环的燃烧情况很难保持稳定，会产生燃烧上的差异，这种循环之间和气缸之间的燃烧差异称为不规则燃烧。 5. 汽油机燃烧过程中，如果火焰前锋未到达前，末端混合气温度达到了自燃温度，形成新的火焰中心，产生新的火焰快速传播，这种现象称为爆燃。 6. 点火提前角太小，燃烧过程过迟，后燃增加，最高燃烧压力和温度都降低，排气温度升高，功率和经济性都下降。 7. 实现汽油机分层燃烧有两种方式：进气道喷射的分层燃烧方式和缸内直喷分层燃烧方式。 二、思考题 1.电控汽油喷射系统如何实现对喷油量的控制？ 答：在汽油机电控汽油喷射系统中喷油量的控制是通过对喷油器喷油时间的控制来实现的。发动机工作时，ECU根据空气流量信号和发动机转速信号确定基本的喷油时间；再根据其他传感器对喷油时间进行修正，并按最后确定的总喷油时间向喷油器发出指令，使喷油器喷油或断油。 2. 汽油机正常燃烧过程分哪些阶段？各阶段有何特点？ 答：汽油机正常燃烧过程分成三个阶段：滞燃期、急燃期和补燃期。 各阶段特点： 1)滞燃期：从点火电极跳火开始到形成独立的火焰核心为止。电火花在上止点前跳火，火花塞放电时，两极电压在15000v以上，电火花能量4080mJ，局部温度达2000，从而使电极周围的预混合气热反应加速，使反应区温度急剧升高而使某处混合气着火，可燃混合气按高温单阶段方式着火后，经过一个阶段形成独立的火焰核心。压力和温度逐渐升高，缸内气体压力开始脱离压缩线，这标志着滞燃期结束。 2)急燃期：从形成独立的火焰核心开始到气缸内出现最高压力为止。这一阶段的燃烧是火焰从火焰核心向燃烧室整个空间传播的时期，一般急燃期约占2030A，火焰传播速度一般为5080m/s，燃油的8090在急燃期内基本烧完，燃烧室的温度和压力急剧上升，达到最高燃烧压力pmax，一般将pmax作为急燃期的终点。 3)补燃期：从最高燃烧压力到燃烧结束。混合气燃烧速率开始降低， 90%左右的燃烧放热已经完成，未燃烧的可燃混合气在火焰前锋面扫过整个燃烧室后继续燃烧放热。另外，高温裂解的产物(H2、CO等)在膨胀过程中随温度下降又部分化合而放出热量。 11 3. 何为汽油机的不规则燃烧?产生的原因是什么?对汽油机性能有什么影响？ 答：汽油机的不规则燃烧：汽油机在稳定的正常运转情况下，不同气缸的燃烧情况以及不同循环的燃烧情况很难保持稳定，会产生燃烧上的差异，这种循环之间和气缸之间的燃烧差异称为不规则燃烧。 产生的原因：1）各循环之间的燃烧差异出现燃烧循环变动现象，其主要原因是气流速度的变动，空燃比的变动，空气、燃料和废气混合情况；2）各缸间的燃烧差异，主要是由于燃料分配不均使空燃比不一致造成的。 对汽油机性能的影响：循环间的燃烧变动会使气缸的不同循环的示功图发生变化，意味着燃烧情况的不稳定，气缸的工作不能始终维持最佳状态，因此将导致油耗上升，功率下降，使整机的性能下降，特别是低负荷时情况更为严重；燃料分配不均可能使某气缸不正常燃烧倾向增大，从而提高了对燃料辛烷值的要求。分配不均还有可能使个别气缸中的活塞、气门过热，火花塞损坏，并使汽油机低速、低负荷工作稳定性变差。燃料分配不均，各缸混合气成分不同，使各缸不能同时处在最佳的混合比条件下工作，导致整机功率下降，油耗上升，排放性能恶化。 4. 爆燃的产生的机理是什么？影响爆燃的因素有哪些？ 答：爆燃的产生的机理：汽油机燃烧过程中，火焰前锋以正常的传播速度向前推进，燃烧产生的压力波以音速向周围传播，在火焰前锋面之前到达燃烧室边缘区域，使得火焰前方未燃的混合气受到已燃混合气强烈的压缩和热辐射作用，加速其先期反应，并放出部分热量，使本身的温度急剧升高。如果火焰前锋及时到达将其引燃，直到燃烧完为止，属正常燃烧。如果火焰前锋未到达前，末端混合气温度达到了自燃温度，形成新的火焰中心，产生新的火焰快速传播，这种现象称为爆燃。 影响爆燃的因素： 1)运转因素的影响：(1)点火提前角的影响：随点火提前角增加，爆燃倾向加大。(2)转速的影响：转速增加时，爆燃倾向减小。(3)负荷的影响：在转速一定而节气门开度小时，残余废气系数增大，气缸壁相对传热损失增加，缸内最高燃烧压力下降，爆燃倾向减小。(4)混合气浓度的影响：在fa= 0.80.9时爆燃倾向最大，过浓或过稀的混合气有助于减小爆燃。(5)燃烧室沉积物的影响：在发动机工作过程中，燃烧室内壁产生一层沉积物，沉积物的存在使爆燃倾向增加。 2)结构因素的影响：(1)气缸直径：气缸直径大，火焰传播距离长，同时由于燃烧室冷却面积与容积之比即面容比减小，因而爆燃倾向增大。(2)火花塞位臵：火花塞位臵影响火焰传播距离，也影响终燃混合气在气缸内所处位臵，从而影响终燃混合气的温度。(3)气缸盖与活塞的材料：由于铝合金导热好，因而用铝合金活塞、气缸盖可抑制爆燃，提高压缩比。燃烧室结构：燃烧室形状影响到火焰传播距离、湍流强度、向冷却水的散热量以及终燃混合气的数量和温度。凡是能使火焰传播距离缩短、湍流强度和火焰传播速率提高的燃烧室结构均有助于减小爆燃倾向。 5. 什么是热面点火？防止热面点火的主要措施有哪些? 12 答：热面点火：在汽油机中，凡是不靠电火花点火而由燃烧室炽热表面(如过热的火花塞绝缘体和电极、排气门、炽热的积炭等)点燃混合气面引起的不正常燃烧现象，称为热面点火。 防止热面点火的主要措施：凡是能降低燃烧室温度和压力升高率，减小积炭等炽热点形成的因素都有助于防止热面点火。主要措施有：(1)选用低沸点的汽油(高沸点馏分尤其是重芳香烃含量要少)和成焦性小的润滑油(高分子量、低挥发性的成分要少)。(2) 压缩比降低到8.5或以下。(3)避免长时间低负荷运行和汽车频繁加减速行驶。(4)在燃料中加入抑制热面点火的添加剂，如添加磷化物可改变沉积物的物理化学性质，降低其着火能力。 6. 影响燃烧过程的因素主要有哪些？分析点火提前角和混合气成分对燃烧过程的影响。 答：影响燃烧过程的因素：1)汽油的使用性能；2）混合气成分；3）点火提前角；4）发动机转速；5）发动机负荷；6）冷却水温度；7）燃烧室积炭；8）压缩比；9）燃烧室结构；10）大气状况 点火提前角对燃烧过程的影响：点火提前角的大小对燃烧压力、温度、热效率和排气有害成分的形成等都有很大影响。点火提前角太大，较多混合气在压缩过程中燃烧，消耗的压缩负功增加，功率和经济性达不到最佳，且最高燃烧压力升高，易发生爆燃，导致内燃机零件损坏，排放也将变坏；而点火过迟，燃烧过程过迟，后燃增加，最高燃烧压力和温度都降低，排气温度升高，功率和经济性同样下降。 混合气成分对燃烧过程的影响：使用功率混合气时，火焰传播速度最快，从火焰中心形成到火焰传播到末端混合气的时间缩短，使爆燃倾向减小。同时缸内压力、温度较高，压力升高率较大，使从火焰中心形成到末端混合气自燃发火的准备时间也缩短，又使爆燃倾向增大。因此，在各种混合气成分中，以供给最大功率混合气时最易产生爆燃，如汽车满载爬坡时容易产生爆燃。 7. 汽油机燃烧室的设计要求有哪些？ 答：汽油机燃烧室的设计要求： 1)燃烧室结构紧凑：火焰传播距离短，燃烧可在短时间内完成，使爆燃倾向减小，还可以提高发动机压缩比；同时，由于单位体积的表面积较小，相对散热面积小，热损失减少，发动机热效率高。另外A/V小，壁面淬熄效应减小，HC排放量减少，但结构过于紧凑又对NOx排放和噪声等不利。 2)火花塞位臵和点火性能 火花塞的位臵直接影响火焰传播距离的长短，从而影响抗爆性，也影响火焰面积扩展速率和燃烧速率；火花塞的点火性能对发动机性能与排放有重大影响。当火花塞间隙增加时，火核形成的位臵将离开壁面，可以避开停滞在壁面附近残余废气的影响，而且着火的概率也增加。当间隙增大时，消焰作用将减弱，因此，火花能点燃更稀的混合气。 3)燃烧室的容积分布 燃烧室的容积分布应配合火花塞的位臵统一考虑，最有利的分布是使燃烧过程初期压力升高率较小，发动机工作柔和，中期放热量最多，以获得较大的循环功；后期补燃较少，具13 有高的热效率。 4)形成适当的湍流运动 燃烧室内形成适当强度的气体流动可以加快火焰传播；增加末端混合气的冷却作用；减少循环间燃烧变动，扩大混合气体着火界限，利于燃烧更稀混合气；减少壁面淬熄层厚度使HC排放量降低。但湍流过强，向缸壁传热损失增加，还可能吹熄火核而失火，反而使HC排放增多。 5)有足够的进排气门流通截面 进排气门流通截面的增大，不仅使充气系数提高，还会使泵气损失下降。 8. 简述汽油机燃烧室的类型及各自的特点。 答：汽油机燃烧室的类型及各自特点： 1.楔型燃烧室：火花塞在楔形高侧的进排气门之间，可在火花塞附件形成较强的扫气气流，保证低速低负荷性能良好。结构紧凑，火焰传播距离短，挤气面积较大，对末端混合气冷却作用较强，使爆燃倾向减小。但同时由于挤气面积内的熄火区增大，HC排放量较多。但因混合气过分集中于火花塞处，使燃烧初期压力升高率较大，工作粗暴，NOx排放量较高。 2.浴盆形燃烧室：形状像椭圆形浴盆，在双侧或单侧设臵挤气面。高度相同，宽度略大于气缸范围，以便于加大气门直径。为防止壁面对气流的遮蔽作用，气门头部外形与燃烧室壁面之间需保持一定的距离(68mm)，因而，气门尺寸受限制。挤气面积比楔形的小，挤流效果比较差，适当增加挤气面积可改善发动机性能。燃烧室的面容比A/V较大，火焰传播距离相对较长，压缩比一般不超过7.5，由于燃烧时间拖长，使压力升高率较低，使动力性、经济性不高，HC排放较多，但工作柔和，NOx排放较少。 3.半球形燃烧室：形状大致呈半球形或蓬形，结构紧凑，面容比最小，加之火花塞布臵于燃烧室中央，火焰传播距离最短。进排气门均斜臵，允许较大气门直径，气门双行排列，多采用双顶臵凸轮轴，使配气机构结构复杂。进气道转弯最少，充气效率最高。火花塞附近容积较大，易使压力升高率过大，工作粗暴。湍流相对较弱，低速低负荷稳定性差。这种燃绕室没有挤气面，被压缩的混合气涡流较弱，易在低速大负荷时发生爆燃。 4.碗形燃烧室：碗形燃烧室是布臵在活塞中的一个回转体。采用平底气缸盖，工艺性好。燃烧室全部机械加工而成，有精确的形状和容积，燃烧室表面光滑、紧凑、挤流效果好，压缩比可高达11。由于A/V较大，散热增加。碗形燃烧室的火花塞正好在挤气流入燃烧室的通道口上，而且点火瞬间正处在挤流流速急剧变化的时候。因此，点火时刻的微小变动，将引起该时刻流过火花塞间隙处的流速的较大变化。所以，点火时刻的选择应比其他燃烧室更为仔细，使在点火时流速不致过大或过小。 14 第六章习题 参考答案 一、名词解释 1.发动机特性：是指发动机性能指标或工作过程参数随着调整情况或使用工况的变化关系，它反映了发动机的综合性能。 2.发动机工况：发动机的工况就是指发动机实际运行的工作状况，简称为发动机工况。 3.负荷特性：当发动机转速一定时，其经济性指标随负荷变化的关系，称为负荷特性。 4.速度特性：发动机固定油量调节机构位臵，其性能指标随转速变化的规律，称为发动机的速度特性。油量调节机构位臵固定在最大位臵对应的是全负荷速度特性，又称外特性。 5.转矩适应性系数：发动机外特性有效转矩曲线上，最大转矩Ttqmax与标定工况时的转矩Ttqn之比称为转矩适应性系数。 6.转矩储备系数：发动机外特性有效转矩曲线上，最大转矩Ttqmax与标定工况时的转矩Ttqn 的差值，与标定工况时的转矩Ttqn之比称为转矩适应性系数。 7.转速适应性系数：发动机标定转速nn与外特性的最大转矩点对应转速ntq的比值Kn， 称为转速适应性系数。 8.调速率：调速器的工作的好坏，通常用调速率来评定。根据测定条件不同，调速率可分稳定调速率和瞬时调速率两种。 9.ISO功率：在制造厂试验台的运转工况下，按制造厂规定调整或修正到标准基准状况下所测得的功率。 10.使用功率：在发动机使用的环境和运转工况下所发出的功率。 11.超负荷功率：在规定的环境状况下，在按持续功率运行后，立即根据使用情况，以一定的使用持续时间和使用频次，按照每12h运行1h的运行条件，可以允许发动机发出的功率。 12.油量限定功率：在对应于发动机用途的规定时期内，在规定的转速和环境状况下，限定发动机油量，使其功率不能再超出时所能发出的功率 13.持续功率：在制造厂规定的正常的维护保养周期内，在规定的转速和环境状况下，按照制造厂规定，进行维护保养，发动机能够持续发出的功率。 14.基本从属辅助设备：发动机持续或重复使用所必需的装备件。 15.非基本从属辅助设备：发动机持续或重复使用并非必需的装备件。 16.基本独立辅助设备：由发动机以外能源提供动力的装备件。 二、填空题 1. 节气门开度 量调节 2. 负荷 15 3. 节气门开度固定 转速 4. 节气门保持最大开度 5. 节气门在部分开度下所测得的速度特性 6. 一定时 7. 标定功率的循环供油量 8. 速度特性 9. 全套附件 8. 越强 10. 等功率曲线 11. 转速或负荷 三、思考题 1什么是发动机特性？发动机调整特性？使用特性？ 答题要点 发动机特性是指发动机性能指标或工作过程参数随着调整情况或使用工况的变化关系。它反映了发动机的综合性能。 发动机性能指标随着调整情况变化的关系，称为调整特性。 发动机性能指标随着使用工况变化的关系，称为使用特性 2发动机的常用工况有哪几种？ 答题要点 根据发动机的用途不同，发动机工况具有以下3种情况： 第一类工况，其特点是发动机的功率变化时，转速几乎保持不变，所以该工况又被称为恒速工况。例如，发电用发动机，其负荷呈阶跃式突变，并没有一定的规律，然而发动机的转速必须保持稳定，以保证输送电压和频率的恒定，反映在工况图上就是一条近似垂直线 第二类工况，其特点是发动机的功率与转速接近于幂函数关系。当发动机作为船用主机驱动螺旋桨时，发动机所发出的功率必须与螺旋桨吸收的功率相等，而吸收功率又取决于螺旋桨转速的高低，且与转速成幂函数关系，这样，发动机功率就呈现一种十分有规律的变化。 第三类工况，其特点是发动机功率与转速之间没有一定的函数关系，且功率与转速都独立的在很大范围内变化。如驱动汽车及其他陆地运输车辆的发动机，都属于这种工况。 3研究发动机特性有何意义？ 答题要点 通过对发动机特性曲线进行分析，可以评价发动机不同工况下的动力性、经济性及其他性能，为合理选则并有效使用发动机提供依据。另一方面，利用发动机特性曲线来分析影响特性的因素，寻求改进发动机特性的途径，进一步提高发动机的性能。 16 4什么是发动机负荷特性？画出汽油机、柴油机负荷特性曲线，并解释曲线变化趋势。 答题要点 当发动机转速一定时，其经济性指标随负荷变化的关系，称为负荷特性。 下图所示为汽油机某一转速下的负荷特性曲线。 发动机负荷特性曲线变化趋势以汽油机be曲线为例： 汽油机是通过改变节气门开度，进而改变进入气缸的混合气数量来实现负荷调节的，汽油机的这种负荷调节方式称为量调节。 改变节气门开度，fa变化不大。由式be=K3(hit×hm)可知，有效燃油消耗率be与指示热效率hit和机械效率hm的乘积成反比关系，因此be随负荷的变化规律取决于hit和hm随负荷的变化规律。 hit=f1(Pe) 小负荷时，残余废气量相对多，燃烧速度慢，散热损失及泵气损失相对增加， hit低； 负荷增加，残余废气量相对减少，hit增大； 节气门开度80左右时，出现hit最大值hitmax； 负荷再增加，hit下降。 17 hm=f2(Pe) 由hm=1-Pm，当转速一定，负荷增加时， Pm变化不大，而Pi随负荷增加成Pe+Pm比例加大，因此hm随负荷增加而迅速增加。 be=K3(hit×hm) hit、hm同时上升，be下降； hithm达到最大值时，be达到bemin hit下降，而hm上升缓慢，be又上升。 5如何用负荷特性分析发动机工作的经济性？ 答题要点 在负荷特性曲线上，最低燃油消耗率越小，低油耗区的be曲线越平坦，经济性越好。燃油消耗率be是随负荷增加而降低，在接近全负荷时，be达到最小。而且在低负荷区，be曲线变化得更快一些。与汽油机相比，柴油机的最低燃油消耗率低，且在低油耗区be曲线更平坦，部分负荷时低油耗区更宽。 6什么是发动机速度持性？画出汽油机和柴油机速度特性曲线，并解释其变化趋势。 答题要点 发动机固定油量调节机构位臵，其性能指标随转速变化的规律，称为发动机的速度特性。油量调节机构位臵固定在最大位臵对应的是全负荷速度特性，又称外特性。 某汽油机的外特性曲线如下图所示。 18 发动机速度特性曲线变化趋势以汽油机外特性曲线为例： 有效转矩Ttq曲线 由式Ttq=K2×fc×hit×hmfa可知，Ttq曲线取决于hit、hm、fc、fa随n的变化规律。当节气门开度一定时，过量空气系数fa基本不随n变化，可视为常数，因此Ttq曲线取决于hit、hm、fc随n的变化趋势。 hit：在某一中间转速时最大；在转速较低时，因气缸内气流扰动较弱，火焰传播速度较慢，散热损失增加，漏气增多，使得hit较低；在转速较高时，燃烧所占的曲轴转角大，传热损失增加，热利用率低，导致hit也较低。不过hit的变化比较平坦，对Ttq的影响不大。 hm：随着转速的升高明显下降，这是因为随着转速升高，机械损失功率增加。 fc：在某一中间转速时最大，这是因为一定的配气相位只适应此转速，低于或高于此转速时，fc均下降。 综合而言，在转速较低时，随着转速的升高，由于hit、fc提高，且其对Ttq的影响超过了hm下降对Ttq的影响，因此Ttq逐渐增大；对应于某一转速下Ttq达到最大值；当转速19 继续升高时，hit、hm、fc均下降，Ttq迅速下降，曲线变化较陡。 有效功率Pe曲线 由于Pe=Ttq×n9550，因此在Ttq小于其最大值的范围内，随着n升高，Ttq增大，则Pe迅速增加；此后随着n继续升高，Ttq下降，故Pe的增加速度有所减慢，直到某一转速下，n与Ttq的乘积达到最大，此时Pe达到最大值；若n再升高，Pe反而下降。 有效燃料消耗率be曲线 由式be=K3(hit×hm)可知，综合hit和hm随转速的变化关系，在某一中间转速时be最低；当转速高于此转速时，因hit和hm同时下降，则be上升；当转速低于此转速时，因hit的增加弥补不了hm的下降，则be也上升。 7什么是发动机万有特性？如何由各种转速的负荷特性做出万有待性？ 答题要点 表达发动机多参数的特性称为万有特性。应用较为广泛的万有特性曲线是以转速n为横坐标，以平均有效压力pme为纵坐标，在图上画出许多等燃油消耗率be曲线和等功率曲线。 20 1）将各转速的负荷特性曲线用同一比例尺，集中画在be-pme坐标图上，见图6.18的上方。 2）此图下方以相同pme比例尺布臵n-pme坐标图。 3）在n-pme坐标图上，作等燃油消耗率be曲线。 以be=231g/(KW×h)为例：先在上方图上作be=231g/(KW×h)的水平线，与各负荷特性曲线交于 a、b、 c、 d、 e 、f六点；再将此六点移到n-pme坐标图上；连接各点所形成的封闭曲线，就是所求的等燃油消耗率be曲线。 4）同理可以做出各等燃油消耗率be曲线族。为观察方便，把n-pme图转为pme-n图，就是图6.18所示的燃油消耗率be万有特性曲线。 21 5）根据Pe=pmeVsni´103=Kpmen的关系，做出等功率曲线，在pme-n坐标中，30t他们是一组双曲线，如图6.16和图6.17中的虚线。 8衡量发动机转矩特性的参数有哪几个？它们是如何定义的？ 答题要点 衡量发动机转矩特性的参数有：转矩储备系数、转矩适应性系数和转速适应性系数等三个。 发动机外特性有效转矩曲线上，最大转矩Ttqmax与标定工况时的转矩Ttqn之比称为转矩适应性系数。 发动机外特性有效转矩曲线上，最大转矩Ttqmax与标定工况时的转矩Ttqn的差值，与 标定工况时的转矩Ttqn之比称为转矩适应性系数。 发动机标定转速nn与外特性的最大转矩点对应转速ntq的比值Kn，称为转速适应性系数。 9转矩适应性系数KT、转速适应性系数的大小对发动机性能有何影响？ 答题要点 KT越大， 表明两转矩之差越大，即随着转速的降低，转矩Ttq增加较快，在不换挡的情况下，爬坡能力和克服短期超负荷的能力强。 ntq越低，Kn值越大，在汽车不换挡的情况下，发动机克服阻力的潜力越大。 22