发布时间 : 星期二 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
7、为什么近代轿车普遍采用多气门机构？它有何优缺点？柴油机为什么采用的少一些？两气门改为四气门时，为什么功率上升的百分比要比转矩增加的百分比大很多？
答：要提高充量系数就要降低马赫数，从马赫数的表达式可以看出，增大气门口的有效通路面积是降低马赫数的最有效的措施，采用多气门的方案，可使进气门盘总面积显著增大，增大充量系数。
多气门的方案除了可以增大充量系数，由于其可以使火花塞或喷油器垂直布置在气缸中心线上，有利于提高压缩比（汽油机）或混合气形成质量（柴油机）；还可以减小系统运动件质量以适应转速提高的要求；两个以上气门还适于灵活控制进气漩流，有利于燃烧合理组织和排放控制。但是，多气门机构复杂，顶置凸轮结构使发动机总高度增加。但是总体上来说还是利大于弊。
对于柴油机来说，由于其对于增大进气量的要求不如汽油机迫切，因此采用的较少；而且汽油机的燃烧室大多采用篷形，采用双顶置凸轮轴的布置后，凸轮轴之间距离较大，而柴油机燃烧室大部分位于活塞内，燃烧室顶为平的，采用双凸轮轴之后凸轮轴之间距离太小，不利于布置。
两气门改为四气门后，因马赫数远离0.5的限值，标定转速允许进一步提高，因此功率上升的百分比要比转矩增加的百分比大很多。
8、为什么说φc—n进气外特性曲线是内燃机，特别是汽油机极为重要的性能曲线之一？一般φc—n速度特性曲线的变化趋势有何特点？由哪些因素决定？进气晚关角对φc—n曲线有何影响？为什么内燃机提高标定转速时要相应加大进气晚关角？ 答：1）a、进气外特性对动力性能的重大影响:
对于进行负荷量调节的汽油机，在有效效率变化不大的条件下，其发出的转矩Ttq的大小，主要取决于每循环进入气缸的充气量。所以发动机的进气外特性，基本上决定了全负荷时发出的转矩和功率，也就是决定了整机的最大动力性能。汽油车的最高车速、最大加速和爬坡能力都同这一特性密切相关。
对于进行负荷质调节的柴油机，尽管其最大动力性能主要取决于每循环喷入缸内的油量特性，而不是进气的绝对量。但是，由速度外特性决定的最大充气量变化规律，也限制了柴油机允许喷入的极限油量，即可能达到的最高动力性能。
b、进气速度特性与运转稳定性 汽油机由于存在节气门及喉管(用化油器时)，进气阻力较大，因而?c随转速上升而较快降。部分负荷节气门关小时，阻力更大，?c下降更急剧，其速度特性线见图。柴油机不存在节气门和喉管，进气阻力比汽油机小，曲线变化平缓，见图。
汽油机转矩Ttq随转速变化的曲线趋势，大致与进气速度特性线相似，并对发动机运稳定性有重大的影响。而柴油机则是供油速度特性线对运转稳定性有重大影响，进气速度特性线影响不大。
2）其特点为：在较低转速出现?c最大值点，此后?c随n上升而下降，超过nMa（nMa为进气平均马赫数大于0.5时的转速）后转而急剧下降。主要是由燃料气化、工质进气时的温升、进气总阻力和进气晚关角决定的。 3）发动机不同的转速都有对应的不同的进气门晚关角，图上c曲线是各转速都具有最佳进气晚关角的理想线。但实际上，一般的发动机进气晚关角是唯一的（可变配气相位的除外），所以只有一个转速具有最佳值，设为
nopt。当n>nopt时，由于晚关角偏小，不能充分利用进
气惯性，n 条件下的进气外特性曲线。 4）右图上各转速均具有最佳进气晚关角的C曲线实质上是具有单一进气晚关角的各条D曲线的外包络线。，D1、D2曲线各自的进气晚关角，分别为n1和n2两转速的最佳晚关角。D2比D1线的晚关角大。由图可知，进气晚关角加大，低速进气性能降低而高速进气性能改善。从图上与D1、D2曲线对应的功率线Pe1和Pe2可明显看出：D2线不仅标定转速增大，标定功率有更高的增长比。所以，内燃机提高标定转速时要相应加大进气晚关角。 9、什么是可变配气相位（VVT）技术？它影响发动机的哪些性能？无凸轮(camless) VVT 技术有何突出优点？ 答：可变配气相位技术就是可以根据工况的改变而改变提前角、延后角即改变配气相位。VVT可以提高充量系数，提高发动机的动力性和燃油经济性。 无凸轮(camless) VVT技术的突出优点: 1、更好的燃油经济性 2、增大输出扭矩 3、无需外部EGR 4、降低排放 10、压力波动对进、排气过程（充量系数、排气流率以及各缸进、排气不均匀性）的影响称为动态效应。 第二问不会 多缸机的进、排气管不是独立的，而是相互连通的，因而存在“进气干涉”（“抢气”）和“排气干涉”，造成各缸不均匀。 11、什么是可变管长进气系统？它主要用来改善发动机的什么性能？高、低转速下如何改变进气歧管的长度？ 1）为了充分利用进气波动效应和尽量所小发动机在高、低速运转时进气速度的差别，从而达到改善发动机经济性及动力性特别是改善中、低速和中、小负荷时的经济性和动力性的目的，要求发动机在高转速、大负荷时装备粗短的进气歧管；而在中、低转速和中、小负荷时配用细长的进气歧管。可变管长进气系统是为这种要求而设计的进气系统。 2）可使发动机很好地利用气体波动效应从而提高其充气效率及动力性能，而且由于它提高了发动机在中、低速运转时的进气速度，增强了气缸内的气流强度，从而改善了燃烧过程，即提高了燃油经济性。 3）当发动机低速运转时，发动机电子控制装置指令转换阀控制机构关闭转换阀，空气沿细长的进气歧管流进气缸。细长的进气歧管提高了进气速度，增强了气流的惯性，使进气量增多。 当发动机高速运转时，转换阀开启，空气直接进入粗短的进气歧管。粗短的进气歧管进气阻力小，也使进气量增多。 12、为了利用进气动态效应提高某一汽油机n=5000转/分时的充量系数，对其进气管进行设计，进气早开角和晚关角分别为30°和50°，设当地音速为350m/s，试计算最佳进气管长度。 答：发动机每循环进气门开启角度为30＋50＋180＝260 所以进气门开启时间?ts＝ 26026 ?5000?3603000602L??ts，所以，L<1.52m a30a2k?1＝，k＝1，2，?? nL2对本循环压力波效应，应使?t?对于上循环压力波效应，应使q?所以，L＝q?60a4.2? (2k?1)n2k?1K=1时，L＝1.4m；K=2时，L＝0.84m；K=3时，L＝0.6m；K=4时，L＝0.47m；K=5时，L＝0.38m。K越大，L越小，但L的实际取值要考虑布置，参考书上图可知，进气管长可取0.84m。 13、有一常规的四缸四冲程汽油机，在发动机台架上做实验，燃用优质汽油。下面是测得的数据： 排量 消耗400cm3燃油和3.38m3空气的时间 发动机转速 n 平均有效压力pme 环境温度 T0 环境压力 p0 残余废气率 2.0 53.0 4800 0.951 293 0.1 5 dm3 S 1/min MPa K MPa ％ 计算：(1) 气缸新鲜充量；(2) 空燃比；(3) 充量系数；(4) 残余废气质量；(5) 混合气热值；(6) 有效效率。假设：假设气门重叠很小，它对换气循环的影响可以忽略不计。 优质汽油 摩尔重量 (kg / kmol) 98 密度（15°C） (kg / dm) 0.76 3低热值 完全燃烧所需空气量 (kJ / kg) 42000 14.5 Vap0M解：1）每气缸新鲜充量：m???fVfRT0?0.51g 153n??42602）空燃比：??ma?mfVap0MRT0?fVf?13.24 3）充量系数：?c?VaV1??0.797 153nVsV??s2604）残余废弃质量：m'?5%m?25.5mg 5）混合气热值：Hum?Hu?2949.4kJ/kg 1??153n?pmeVsWe?260?100%?31.6% 6）有效效率：?et?HumfHumf14、增压内燃机是如何利用废气能量的？对比分析自然吸气与增压中冷柴油机的优缺点。 简述其原因并说明增压中冷为何是内燃机发展的重要方向之一。 答：增压内燃机主要的利用废气能量的方式是废气涡轮增压系统。就是利用高压的废气驱动涡轮，增大进气压力，减小泵气损失，提高充气系数，从而提高了发动机性能。 增压中冷柴油机与自然吸气相比，优点主要在于：增压和降低进气温度加大了进气充量，提高了输出功率，即提高了动力性能；增压使泵气损失减少，过量空气系数增大，提高了有效效率，即改善了经济性能；增压后，混合气变稀，有害HC、CO和烟尘排放减少，中冷技术使NOx排放减少，从而改善了排放性能；还可以降低燃烧及排气噪声；此外进气温度降低也有利于扫气时期降低关键部件的热负荷。缺点有：增大热负荷与机械负荷；低速转矩特性与动