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 W1 W2 （正），泵气过程功 W3 W2 （负）。增压：动力过程功 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 W3 W2（负），泵气损失功 W3 W2 （负）。 增压：理论泵气功矩形（阴影部分 +W2 ）（正），实际泵气功 W2 （正）和泵气损失功阴影部分 （负）。3）自然吸气：净指示功 W1 W2（正），总指示功 W1 W3 （正）。增压：净指示功 W1 矩形面积（正），总指示功 W1 W2 （正）4）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。4、为什么内燃机原理中把平均有效压力pme 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 vm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pme Mpa WekW3 ，其中 为气缸的工作容积。1000Vs m3 单位时间内每个气缸的膨胀做功冲程数为 2nr /min nr /min60 30则对于 i 缸的发动机PekW nr /min iWekW inr / min 1000pmeMpaVsm3/1000e 30 e 30 me a sinr /min 30.0333pmeMpaVsm3又因为 PekW 2 n r / min Ttq Nm/100060 所以TtqNm30000Pe kW nr / min30000 0.0333 in r /min pmeMpaVsm3nr / min31000ipmeMpaVsm3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 et ？ 答：整机的有效输出功率的参数综合表达式是：Pe et t mgbHu(2in )(错了，应为 yitac)(式子 1)PeetGmHumctm(Hu) cVs( ps )( 2in )(式子2)eet m umctm al0 c s RsTs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( ps )可以理解为循环进入空气量， (Hu )可以理解为进入气缸的单位空气量分配到的燃RsTsal0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 beetH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于有效效率 et 。8、燃料低热值 hu和混合气热值 hmix 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H u ，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et c t m 中， c 、 t、 m各自的物理含义是什么？答： c 燃烧效率，为化学能通过燃烧转化为热能的百分比， cQ1 ，其中 Q1为每缸gbHu 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，WiQ1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，m10、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l1 a 。燃空当量比：l0a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。1(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：1l，al0 ，al0a011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？HPeetGmHumc t m(1Hual0) cVs(ps )(1 al 0 )( 2in)RsTs)( al0 )( )Hc t m( Halu0 ) cVs(ps )(2in)RsTs )()其中 c、 t 、 m属于质环节，其余的参数属于量环节。 c 要增大。m f 、则 H u 2in 2inet( )ma( ) etH umf ( )et al0 a et u fct 由自吸式改为增压式发动机时 et 、 al0 、 总体考虑：假设每缸每循环消耗的燃料质量为Peet(Hu)cVs s(2in)e et al0 c s s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 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 ， 计算： 1) 循环指示功； 2) 指示功率和有效功率； 失功率和平均机械损失压力。解：D 80mm，冲程 s 76.5mm )节气门全开时平均指示压力 1.19 MPa3) 平均有效压力； 5) 机械效率； 4)机械损1) 单缸工作容积： Vs循环指示功：2)指示功率：有效功率： Pe 2 nTtq22D 0.08 4 3 s 0.0765 3.845 10 4 m3 44Wi pmiVs 1.19 106 3.845 10 4 457.6J 0.4576kJ2in 2 4 5900PiWi457.6 89993W 89.993kW4 6059002 107.1 66172W 66.172kW600.083)平均有效压力：pme2inVs4)机械效率：4 60Pe 2 4 5900 3.845 104 66172 875078Pa 0.875MPa5)机械损失功率：平均机械损失压力：pmmPm2inVsWe Pe 66172e e 73.5%Wi Pi 89993Pm Pi Pe 89.993 66.172 23.821kW4 604 23821 315016 Pa 0.315MPa2 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 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 Ttq、Pm、et 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 6D 20.13523 3s 0.14 2.0 10 3 m3 44所以单缸的工作容积为： Vs0.75，pme、