发布时间 : 星期日 文章清华大学发动机原理思考题答案第一至四及十章十一章（仅供参考） - 图文更新完毕开始阅读
第一章
1、教材图1-1和图1-2分别示出自然吸气与增压四冲程发动机示功图，请问： 1）各自的动力过程功、泵气过程功指的是图中哪块面积？功的正负如何？
2）各自的理论泵气功、实际泵气功和泵气损失功指的是图中哪块面积？功的正负如何？ 3）各自的净指示功和总指示功又是由图中哪些面积组成？功的正负如何？ 4）比较自然吸气与增压发动机示功图的差异，并说明原因。 答：
1）自然吸气：动力过程功
增压：动力过程功
W1?W2(正)，泵气过程功W3?W2（负）。
W3?W2（负），泵气损失功W3?W2（负）。
W1（正），泵气过程功W2（正）。
2）自然吸气：理论泵气功0，实际泵气功增压：理论泵气功矩形（阴影部分+（负）。
3）自然吸气：净指示功
W2）（正），实际泵气功W2（正）和泵气损失功阴影部分
W1?W2（正），总指示功W1?W3(正)。
W?W2（正） 增压：净指示功1矩形面积（正），总指示功14）增压发动机与普通发动机在动力循环上的主要差别在于泵气过程功，增压发动机由于有进气增压，其理论泵气功为正，虽然有泵气损失，但泵气过程功仍为正，而自然吸气的泵气过程功是负的，这就是两者在动力循环上的主要区别。
2、教材图1-4曲轴箱扫气二冲程发动机的示功图两块面积各表示什么含义？说明曲轴箱换气功的形成过程及其正负值判断。
答：二冲程发动机没有单独的进排气冲程，所以（a）图中的面积相当于动力过程功（正），而（b）图中的面积是曲轴箱换气过程的功（负）。
曲轴箱换气功是由于活塞背面曲轴箱中的压力p也是变化的，根据循环的方向判断此功为负功。
3、为什么有指示指标与有效指标的分别？两种指标各在什么场合使用
答：只有与作功有关的指标，才有“有效”与“指示”之分。以工质对活塞作功为计算基准的指标称为指示指标，基于示功图算出，直接反映燃烧和热力循环组织的好坏，用于理论分析和科研；以曲轴输出功为计算基准的指标称为有效指标，由试验测出，直接反映产品最终性能，用于产品开发、生产和使用当中。
W?4、为什么内燃机原理中把平均有效压力me作为一个极重要的性能指标？
答：平均有效压力是指单位气缸工作容积所作的循环有效功，其量纲是压力的量纲，所以可看作是一个作用于活塞上的假想平均压力，此力作用于活塞时一个冲程之功正好是单缸有效功We。pme是一种可相对比较的循环有效功指标，可以用来方便的对各种不同机型的做功能力进行比较，所以把它作为一个极重要的性能指标。
5、为什么说活塞平均速度m是比转速n更为本质的动力性能指标？
答：从活塞往复运动做功的物理本质来看，确定功率大小的因素除了“力”以外，还有活塞的平均运动速度vm，它是评定发动机动力性能的速度指标。由于发动机通过曲轴旋转输出动力，所以曲轴转速n也是一种速度指标。n和vm的转化关系为：vm?2sn。
发动机标定工况条件下，不同机型允许的最高活塞平均速度受到表面磨损、热负荷、惯性负荷、机械效率等因素的制约，大都处于同一量级，变化不大。由前式我们可以看到，vm由冲程s和转速n两个因素决定。所以低转速、大冲程的大型机和高转速、小冲程的小型高速机，转速差别极大，但实际vm差别并不大。所以转速n只能作为同一大小机型的速度指标，不能用来判断
pv不同机型的“速度”快慢。因此说活塞平均速度vm是比转速n更为本质的动力性能指标。 6、试推导以pme表示的Pe和Ttq的计算公式(标出各参数的量纲，其中pme量纲为MPa，Pe量纲为kW，Ttq量纲为N.m)；并比较同为动力性指标的Pe和Ttq有何区别；分析在发动机设计参数不变的前提下提高输出功率的途径。
解：假设活塞在膨胀做功冲程所作的有效功为We(kW)，则平均有效压力为
We[kW]，其中Ｖｓ为气缸的工作容积。 31000Vs[m]2n[r/min]n[r/min]?单位时间内每个气缸的膨胀做功冲程数为
60?30?则对于i缸的发动机
n[r/min]in[r/min]Pe[kW]?iWe[kW]??1000pme[Mpa]Vs[m3]/100030?30?
in[r/min]?0.0333pme[Mpa]Vs[m3]?2?n[r/min]Ttq[Nm]/1000 又因为Pe[kW]?60pme[Mpa]?所以
Ttq[Nm]??30000Pe[kW]??n[r/min]30000?0.0333in[r/min]?pme[Mpa]Vs[m3]
?n[r/min]1000ipme[Mpa]Vs[m3]??主要的区别在于在平均有效压力一定的情况下，Pe与转速成正比，而Ttq与转速无关。 在设计参数不变的情况下，提高发动机的平均有效压力和转速就可以提高发动机的功率
7、为什么说内燃机转速确定后输出功率（转矩）主要取决于循环可燃混合气进气量（汽油机）或循环供油量（柴油机）？而有效燃油消耗率则主要取决于有效效率答：整机的有效输出功率的参数综合表达式是：
?et？
Pe??et??tmgbHu(2in?) （错了，应为yitac） （式子1）
Pe??etGmHum??c??tm(Hup2in)?cVs(s)() (式子2) ?al0RsTs?其中式子1和式子2可以相互转换，对任何发动机都适用。实际上，式子1更适合于柴油机，
因为柴油机的循环油量gb是一个可以直接测出的值，式子2则更适于汽油机。
从上面的式子可以看出，对柴油机，当内燃机转速以及各个环节的效率确定时，输出功率主要取决于gbHu，即取决于循环供油量。对汽油机，当内燃机转速以及各个环节的效率确定时，
?cVs(psH)可以理解为循环进入空气量，(u)可以理解为进入气缸的单位空气量分配到的燃RsTs?al0料热量，二者的乘积既是循环可燃混合气的燃料热量，在混合气的组成不变的情况下，它即取决于循环混合气的进气量。
有效燃油消耗率be?于有效效率?et。
1 在使用的燃料不变即Hu不变的情况下，有效燃油消耗率主要取决?etHu8、燃料低热值u和混合气热值mix有何异同？决定混合气热值的因素是哪些？
答：燃料低热值hu和混合气热值hmix是指单位燃料或可燃混合气在热标准状态下完全燃烧所释放的热量，不同点在于燃料低热值hu指的是燃料本身的放热量，而混合气热值hmix中还包含了其他气体。
由公式Hum?Hu/(1??al0)可知，决定混合气热值的因素有燃料低热值Hu，过量空气系数?a和单位质量的燃料完全燃烧所需的理论空气量l0。
9、内燃机有效效率公式
hh?et??c??tm中，?c、?t、?m各自的物理含义是什么？
Q1，其中Q1为每缸gbHu答：?c——燃烧效率，为化学能通过燃烧转化为热能的百分比，?c?每循环燃烧释放出的热量；
?t——循环热效率，为燃烧发出的热量Q1，静发动机热力循环转为工质对活塞所作指示功
Wi的百分比，?t?We。 WiWi； Q1?m——机械效率，为指示功Wi减去损失功Wm之后，转为有效输出功We的百分比，
?m?10、可燃混合气的浓与稀可以用哪几个指标表示？各指标的意义为何？彼此间如何换算？ (1)、过量空气系数?a
设单位质量的燃料完全燃烧所需的理论空气量为l0，而实际供给的空气量为l，则
?a?l1。燃空当量比： l0?a化学计量比：完全燃烧时空气与燃料的质量比，是无量纲数。即为：l0:1。 (2)、空燃比?：指混合气中空气质量与燃料质量之比。 (3)、燃空比?或
1?：指混合气中燃料质量与空气质量之比，是空燃比的倒数。
换算：???al0，??1 ?al011．画图：1）在p-V坐标图上画出四冲程增压柴油机的示功图，用箭头注明各过程进行方向，并在曲线上标出进、排气门早开、晚关和着火的五个点。2）在p-坐标图上对应画出上述示功图的压力变化图（整个循环）和上述对应的五个点。（注意：图画大一点。各曲线形状及对应关系要定性准确。坐标原点及上、下止点都要标出来。）
见书P4。
12. 基于Pe的综合表达式（1-31）分析：1）哪些参数属于质环节参数？哪些参数属于量环节参数？2）由自吸式改为增压式发动机时，式中各种参数怎样变化？能否提高Pe？
Pe??etGmHum??c?t?m(??c?t?m(Hup1??al02in)?cVs(s)()()1??al0RsTs?al0?Hup2in)?cVs(s)()?al0RsTs?
其中?c、?t、?m属于质环节，其余的参数属于量环节。 由自吸式改为增压式发动机时?et、?al0、?c要增大。 总体考虑：假设每缸每循环消耗的燃料质量为mf、则
Pe??et(HuH2in2in2in) )?cVs?s()??et(u)ma()??etHumf(??al0??al0?在mf不变的情况下，可以提高效率。
13、一台四冲程4缸火花点火发动机（缸径D＝80mm，冲程s＝76.5mm）节气门全开时
在台架上的测量结果如下：
发动机转速 5900 r/min，有效转矩 107.1 Nm，平均指示压力 1.19 MPa
计算：1) 循环指示功；2) 指示功率和有效功率；3) 平均有效压力；5) 机械效率；4) 机械损失功率和平均机械损失压力。 解：
1） 单缸工作容积：Vs??D244循环指示功：Wi?pmiVs?1.19?106?3.845?10?4?457.6J?0.4576kJ
2in2?4?5900?W??457.6?89993W?89.993kW 2）指示功率：Pii?4?605900?107.1?66172W?66.172kW 有效功率：Pe?2?nTtq?2???603）平均有效压力：
s???0.082?0.0765?3.845?10?4m3
4?60?66172?875078Pa?0.875MPa
2inVs2?4?5900?3.845?10?4WP661724）机械效率：?m?e?e??73.5%
WiPi899935）机械损失功率：Pm?Pi?Pe?89.993?66.172?23.821kW pme?Pe?平均机械损失压力：
?pmm??2inVsPm?4?60?23821?315016Pa?0.315MPa
2?4?5900?3.845?10?414、6135Q -1四冲程柴油机，冲程140mm，发动机转速2200r/min时的机械效率为0.75，输出功率为154kW，有效油耗为217g/kW.h。已知柴油机热值为42500kJ/kg。求此时的pme、Ttq、Pm、ηet和Wi各值。 解：
由型号6135Q -1可知该柴油机的缸径为：D?135mm，缸数为：i?6 所以单缸的工作容积为：Vs??D24s???0.13524?0.14?2.0?10?3m3