汽车发动机原理与汽车理论习题集

汽车发动机原理与汽车理论习题集（交通学院交通运输工程教研室）第一章 发动机的性能指标问题1、发动机的性能指标有哪些？理论循环的简化条件是什么？2、四行程发动机实际循环的基本组成是什么？实际循环与理论循环的差异有哪些？3、发动机的指示指标、有效指标和强化指标各如何定义的？答案一、主要有动力性能指标，经济性能指标及运转性能指标。简化条件如下：1） 假设工质为理想气体，其比热容为定值。比热：使1克物质的温度升高1c所吸收的热量。2） 假设工质的压缩与膨胀为绝热等熵过程。熵：不能利用来作功的热量，用热量的变化量除以温度的商来表示。3） 假设工质是在闭口系统中作封闭循环。4） 假设工质燃烧为定压或定容加热，放热为定容放热。5） 假设循环过程为可逆循环。 二、四行程发动机实际循环由进气、压缩、作功和排气四个行程所组成。其差别由以下几项损失引起。（1）实际工质影响理论循环中假设工质比热容是定值，而实际气体比热是随温度的增长而上升，且燃烧后生成CO2、H2O等多原子气体，这些气体的比热容又大于空气，使循环的最高温度降低。由于实际循环还存在泄露，使工质数量减少，这意味着同样的加热量，在实际循环中所引起的压力和温度的升高要比理论循环的低得多，其结果是循环热效率低，循环所作功减少，如图1-8中所示。（2） 换气损失燃烧废气的排出和新鲜空气的吸入是使循环重复进行所必不可少的，由此而消耗的功称为换气损失。由于进排气系统中的流动阻力而产生的损失如图中所示，换气过程中因排气门在下止点前必要的提前开启而产生的损失如图中面积所示。（3）燃烧损失1）实际循环中燃烧非瞬时完成，所以喷油或点火在上止点前，并且燃烧还会延续到膨胀行程，由此形成非瞬时燃烧损失和补燃损失，如图中所示。2）实际循环中会有部分燃料由于缺氧产生不完全燃烧损失。3）在高温下部分燃烧产物分解而吸热，即2CO2+热量2CO+O22H2O+热量2 H2+O2使循环的最高温度下降，由此产生燃烧损失。（4）传热损失实际循环中，气缸壁（包括气缸套、气缸盖、活塞、活塞环、气门、喷油器等）和工质间自始至终存在着热交换，由此造成损失如图中所示。由于上述各项损失的存在，使实际循环热效率低于理论循环。三、指示指标是以工质在气缸内对活塞作功为基础，用指示功、平均指示压力和指示功率评定循环的动力性_即作功能力。用循环热效率及燃油消耗率评定循环经济性。表1-2简要说明了发动机指示指标的定义及计算方法。有效指标是以曲轴对外输出的功率为基础，代表发动机的整机性能。表1-3列举有效指标定义及计算方法。强化指标用以评定发动机的强化程度。表1-4列举了发动机强化指标的定义及计算方法。第二章 发动机的换气过程问题1、四行程发动机的换气过程包括哪几个时期？换气损失由哪两部分组成？2、影响充气效率的因素有哪些？对充气效率各有什么影响？3、提高发动机充气效率的措施有哪些答案一、四行程发动机的换气过程包括从排气门开启到进气门关闭的全过程，约占410 480曲轴转角（简称CA）。换气过程可分为自由排气、强制排气、进气和燃烧室扫气四个阶段。换气损失，是由排气损失和进气损失两部分组成。二、影响因素有：进气状态、进气终了的气缸压力、温度、残余废气系数、压缩比及配气相位。（1）、进气终了压力的影响：值越大，值越大。（2）、进气终了温度的影响：越高，工质密度越小，越低。进气终了温度高于进气状态气体温度。转速和负荷都对有影响，负荷不变，转速越高，工质被加热的时间越短，降低。不变，负荷加大，缸壁温度升高，提高。（3）、残余废气系数的影响：汽油机在低负荷运转时，节气门开度小，高，燃烧恶化，工作不稳定。（4）、配气相位的影响：主要是进气门迟闭角的变化，迟闭角增加，会使新鲜充量的容积减小，但是，却可能因为新鲜充气量的惯性进气而增加。应选择合适的配气定时，使具有最大值。（5）、压缩比的影响：提高压缩比，使气缸余隙减小，从而提高。三、提高发动机充气效率的措施：减少进气系统的流动损失、减小对新鲜充量的加热、减小排气系统的阻力、合理地选择配气相位。第三章 发动机废气涡轮增压问题 1、根据驱动增压器所用能量的来源不同，增压方法有哪些？各有什么特点？ 2、柴油机选配涡轮增压器的要求是什么？答案一、根据驱动增压器所用能量的来源不同，增压方法基本上可以分为四类：1、机械增压系统增压器由发动机的曲轴通过机械传动系统直接驱动的称为机械增压器。增压器可用离心式压气机或罗茨式压气机等。进气压力为160170。因为进气压力越高，机械效率越低，产生的噪声越大，燃油消耗率增加，所以机械增压器仅适用于小功率柴油机。2、废气涡轮增压系统增压器与发动机无任何机械联系，压气机由内燃机废气驱动的涡轮来带动。在增压压力较高时，为了降低增压空气进入发动机气缸的温度，需要增设空气中间冷却器。该系统应用广泛，一般增压压力可达180200，最高甚至达到300。3、复合增压系统在某些发动机上废气涡轮增压与机械增压并用，这种增压系统称为复合增压系统。并用是为了保证二行程柴油机在起动和低速、低负荷时仍有必要的扫气压力、大功率柴油机上应用较多。另一种复合增压系统，多用于增压度较高的发动机，这种增压系统排气能量除驱动涡轮增压器外，尚有多余能量用于驱动低压动力涡轮，通过变速箱，将多余能量回送给曲轴。安装有复合式增压系统的发动机输出功率大，燃油消耗率低，噪声小，但结构复杂。4、气波增压系统发动机曲轴驱动一个特殊的转子，在转子中高压废气直接与空气接触，利用高压废气的脉冲气波迫使空气压缩，提高进气压力。它比涡轮增压低速性能好，结构简单，加工方便，对材料与工艺性要求不高，加速性好，工况范围大，但尺寸大，比较笨重，噪声大。二、柴油机选配涡轮增压器的要求1） 柴油机应能达到预定的功率和经济指标，涡轮增压器应能供给柴油机所需的增压压力和空气流量。2） 涡轮增加器应能在柴油机的各种工况下稳定的工作，压气机不应出现喘振或涡轮机不出现堵塞现象。3） 涡轮增压器在柴油机的各种工况下都能高效率的运行。柴油机和涡轮增压器的联合运行线应穿过压气机的高效区，且尽可能和压气机的等效率曲线相平行。4） 涡轮增压柴油机在各种工况下都能可靠的工作。如涡轮增压器在柴油机满负荷时不出现超速，柴油机不出现排气超温，从而保证涡轮进气不超温等。要满足上述要求，必须选择合适的涡轮增压器，使涡轮增压器与柴油机有良好的配合性能。在涡轮增压器和柴油机匹配时，一般要对柴油机和涡轮增压器的某些参数做必要的调整，才能获得良好的配合。改变柴油机的某些参数可以使联合运行线的位置发生变动；改变涡轮增压器的某些参数（如喷嘴环截面积、压气机叶片、扩压器叶片安装角等）也可以使联合运行线和喘振线位置发生移动。第四章 燃料与燃烧热化学问题 1、对柴油机性能有重要影响的柴油性能指标有哪些？2、对汽油机性能有影响的主要性能指标是什么？如何定义？答案一、 对柴油机性能有重要影响的柴油性能指标有：十六烷值、馏程、粘度、凝点。二、 对汽油机性能有影响的主要性能指标是辛烷值。辛烷值是表示汽油抗爆性的指标。燃料的抗爆性是指燃料对汽油机发生自然现象（爆燃）的抵抗能力。汽油的辛烷值高，则抗爆性好，有利于提高发动机压缩比。第五章 柴油机混合气的形成与燃烧问题1、 柴油机整个喷油过程分哪三个阶段？各如何定义的？2、 画出柴油机燃烧过程的展开示功图，说明燃烧过程的四个时期？3、 柴油机混合气的形成方式是什么？4、 试分析转速和负荷对柴油机燃烧过程的影响？答案 一、整个喷油过程分三个阶段：（1）喷油延迟阶段 从喷油泵压出燃油（供油始点）到喷油器针阀开始抬起（喷油始点）为止，这一阶段称为喷油延迟阶段。（2）主喷射阶段 从喷油始点到喷油器端压力开始急剧下降时为止，这一阶段称为主喷射阶段。（3）滴漏阶段 从喷油器端压力开始急剧下降到针阀完全落座（喷油终点）为止，这一阶段称为滴漏阶段。 二、根据燃烧过程进程的实际特征，一般把燃烧过程分为四个阶段。 第阶段，着火延迟阶段（段）。在压缩过程中，气缸中空气压力和温度不断升高，燃料的着火温度因压力升高而不上止点针阀升程断下降。309060306090120120第阶段 速燃期：压力急剧上升的段。在这一阶段中，由于在着火延迟期内喷入气缸的燃料几乎一起燃烧，而且是在活塞靠近上止点附近、气缸容积较小的情况下燃烧，因此气缸中压力升高特别快。第阶段 缓燃期：从压力急剧升高的终点（C点）起到压力开始急剧下降的D点为止。第阶段 后燃期：从缓燃期的终点（D点），到燃料基本完全燃烧时（点）为止。三、混合气形成的两种基本方式：1、空间雾化混合：将燃料喷向燃烧室空间，形成雾状混合物，为了使混合均匀，要求喷出的燃油要与燃烧室形状相配合，并利用燃烧室中空气运动。 2、油膜蒸发混合：将大部分燃油喷射到燃烧室壁面上，形成一层油膜，油膜受热汽化蒸发、在燃烧室中强烈的旋转气流作用下，燃料蒸发与空气形成均匀的可燃混合气。四、1、负荷的影响：当负荷增加时，循环供油量增加（空气量基本不变），过量空气系数减小，单位容积内混合气燃烧放出的热量增加，引起气缸内温度上升，缩短着火延迟期，使柴油机工作柔和。但是循环供油量加大，以及喷油延续角增加，使总的燃烧过程加长，并且减小，不完全燃烧现象会增加，均引起效率降低。负荷过大，值太小，因空气不能满足需要，燃烧恶化，排气冒黑烟，柴油机经济性进一步下降。2、转速的影响：转速增加，使空气的涡流运动加强，有利于燃烧蒸发、雾化和空气混合。但转速高，由于的下降和循环供油量增加，减小，且燃烧过程所占曲轴转角可能加大，因之热效率下降。转速过低也会由于空气涡流减弱，使热效率降低。第六章 汽油机混合气的形成与燃烧问题1、 什么叫汽油机的正常燃烧和不正常燃烧过程？2、 什么叫爆震燃烧？产生的原因是什么？3、 试分析点火提前角对汽油机燃烧过程的影响？4、 表面点火与爆燃的关系是什么？答案 一、汽油机的燃烧过程有正常燃烧和不正常之分。1、正常燃烧：在燃烧过程中，火焰核心以一定速率连续传遍整个燃烧室，且传播速率、火焰前锋的形状均没有剧烈变化。2、不正常燃烧：若燃烧不是由火花塞点燃或火焰传播速率不正常。 二、爆燃：对于汽油机，如果压缩比过高或点火太早，燃烧会变得不正常，火焰传播速度和火焰前锋形状都发生了急剧的变化，称为爆震燃烧，简称为爆燃。爆震产生原因：在正常火焰传播过程中，处于最后燃烧位置上的末端混合气受到进一步压缩和辐射的热作用，加速了先期反应。如果在火焰前锋未到之前便形成火焰中心，火焰传播速度可达1000m/s以上，使局部温度、压力迅速上升，并伴有压力冲击波。冲击波反复冲击缸壁产生敲击声，严重时破坏缸壁表面的附面气膜和油膜，使传热增加，缸盖、活塞顶的温度升高，冷却系过热，功率降低，油耗增加。三、在汽油机上，当保持节气门开度、转速和过量空气系数一定时，汽油机的有效功率、燃油消耗率等指标随着点火提前角改变而变化的关系称为点火提前角调整特性。对应于发动机每一工况都存在一个最佳点火提前角，这时发动机的功率最大，燃油消耗率最低。最佳点火提前角应使最高燃烧压力在上止点后曲轴转角使达到。若点火提前角过大，会引起压缩负功增大，使功率下降，爆发压力和末端混合气温度上升，爆燃倾向增加。若点火提前角过小，由于燃烧不及时，致使爆发压力和温度下降，传热损失增多，排气温度升高，功率和热效率降低，但爆燃倾向减小。四、表面点火与爆燃的关系：爆燃是火花塞跳火后末端混合气的自燃现象；而表面点火则是跳火前、后由炽热物点燃混合气所致。爆燃时火焰以压力波冲击；而表面点火火焰传播速度比较正常。爆燃时敲击声尖锐；而表面点火沉闷；严重的爆燃增加向缸壁的传热，促使燃烧室内炽热点的形成，导致表面点火。而早燃又使气缸压力升高率和最高燃烧压力增加，使未燃烧混合气受到较大的压缩和传热，从而促使爆燃发生。第七章 发动机的特性问题 1、什么叫汽油机的负荷特性？如何测取汽油机的负荷特性？ 2、试分析汽油机外特性曲线的形状特点？ 3、万有特性的意义是什么？答案 一、定义：当汽油机的转速保持不变，而逐渐改变节气门开度，同时调节测功器负荷，如改变水力测功器水量，以保持转速不变，每小时耗油量和耗油率随功率（或转矩、平均有效压力）变化而变化的关系称为汽油机的负荷特性。测取方法：测取前，应将汽油机的点火提前角和化油器均调整到最佳状况。冷却水温度、润滑油温度保持在最佳值。调节测功器负荷，并改变节气门开度，使汽油机的转速稳定在某一常数。测量各工况下的燃油消耗率、耗油量以及烟度、噪声、排气温度等参数值。二、（1）有效转矩曲线 由公式可知，有效转矩随转速的变化取决于、随转速的变化。 充气效率_节气门开度固定，在某一转速时最大，即在设计工况时最高，低于或高于设计工况时较低。 指示热效率_汽油机在某一转速时，指示热效率有最高值。当转速低时，燃烧室的空气涡流弱，火焰传播速度减慢，可燃混合气燃烧速度小，同时在转速低时，气缸的漏气多，散热快，指示效率低。转速过高时，燃烧延续时间相对长，燃烧效率低，指示热效率也降低。不过曲线变化平坦，对有效转矩的影响较小。机械效率_当转速提高时，因机械损失大而降低。在节气门开度一定时，基本不随转速变化。综合起来，转速由低逐渐升高，指示热效率、充气效率均上升，虽然机械效率略有下降，但总趋势有效转矩上升，到某一点取得最大值。随转速继续上升，由于、均下降，致使有效转矩迅速下降，变化较陡。（2）有效功率曲线 由功率公式可知，当转速提高时，开始转矩也增加，所以迅速上升，知道转矩到最大值以后，上升较平缓，当达到最大值时，达到最大值，此后转速再增加，已抵抗不过有效转矩的下降，故开始下降。（3）耗油率曲线 综合、的变化，在中间某一转速时最低。当转速高于此转速时、随转速上升同时下降，而增加。当转速低于此转速时，因上升弥补不了的下降，也上升，总之曲线变化不大，较平坦。三、万有特性的意义：选配发动机、确定发动机最高、最低允许使用的负荷限制线、检查发动机的工作状态是否超负荷，工作是否正常。第十章 汽车的动力性问题1、 汽车动力性的评价指标是什么？各如何定义的？2、 汽车的行驶阻力有哪些？写出驱动力与行驶阻力的平衡方程。3、 什么叫汽车的附着力？写出汽车行驶的驱动附着条件。4、 什么叫汽车的功率平衡？写出汽车的功率平衡方程、画出汽车的功率平衡图并分析。5、 试分析变速器参数对汽车动力性的影响。答案 一、汽车的动力性主要由汽车的最高车速、汽车的加速时间和汽车的最大爬坡度三方面指标来评定。1、最高车速汽车的最高车速是指在水平良好的混凝土或沥青路面上汽车所能达到的最高行驶速度，用表示，单位为km/h。2、加速时间汽车的加速时间表示汽车的加速能力。分为：原地起步加速时间与超车加速时间两种。3、最大爬坡度 汽车的上坡能力是用满载（或某一载质量）时汽车在良好路面上的最大爬坡度来表示的。二、汽车的行驶阻力有：滚动阻力Ff 、空气阻力Fw 、坡度阻力Fi、加速阻力Fj驱动力与行驶阻力的平衡方程：即： 三、附着力：地面对轮胎切向反作用力的极限值。汽车行驶的驱动附着条件： 四、汽车的功率平衡：汽车在行驶的每一时刻，发动机发出的功率始终等于机械传动损失与全部运动阻力所消耗的功率。汽车的功率平衡方程：汽车的功率平衡图： 汽车功率平衡图分析：由图可以看出：1、不同档位，发动机的功率大小不变，但各档发动机功率曲线所对应的车速位置不同。2、高档时车速高，速度变化区域宽；低档时车速低，速度变化区域窄。3、高档时，发动机功率曲线与阻力功率曲线交点的车速，为最高车速。4、后备功率：用来加速或爬坡。段。后备功率越大，动力性越好。五、变速器档数包括档数和变速器传动比。档数越多，越接近等功率发动机，若变速器档数无限增多，即采用无级变速器，则活塞式内燃机就可能总是在最大功率下工作。增加变速器档数，后备功率可以增加，但档数增多，变速器结构复杂，而操纵也困难。一般有级变速器的实际档数限制在三至五档变速器。 变速器传动比要分别考虑头档传动比和各档传动比。头档传动比越大，汽车所能克服的道路阻力越大，但驱动轮上的最大驱动力不能超过附着力。各档传动比分配要合理。使发动机经常在接近外特性最大功率处的大功率范围内运转，从而增加汽车的后备功率，提高汽车的加速和上坡能力。第十一章 汽车的燃油经济性问题1、 汽车燃油经济性的评价指标是什么？2、 试分析使用因素对汽车燃油经济性的影响。答案一、常用一定运行工况下汽车行驶百公里的燃油消耗量或一定燃油量能使汽车行驶的里程来衡量。二、使用因素为保持汽车完好的技术状况与正确的驾驶操作。对汽车燃油经济性的影响主要表现为：（一）正确的技术保养与调整1、发动机要保持良好的技术状况。1） 供油系的保养与检查，防止漏油，清除滤清器中的沉淀与杂质。2） 化油器的正确调整：化油器主量孔配剂针圈数的调整为关键；浮子室油面高度的调节。3） 燃烧室、活塞、进气管上的胶质与积碳。4） 发动机冷却系的正常温度。低，耗油增加；过高，爆震，充气系数下降，功率降低，耗油增加；5） 点火系的保养与检查：火花塞的清洁，电极间隙和断电触点间隙正确；根据燃油品种与工作地区选择点火提前角。6） 点火正时的调整：根据发动机混合气的浓度，越稀，点火适当提前。7） 分电器真空提前失效，离心提前失灵会使油耗大大增加。8） 气缸压力正常。2、汽车底盘方面1） 各总成的保养，以保持适当的滑行能力，以减少油耗。滑行距离可用来检查底盘的技术状况。2） 前轮定位、制动器的间隙调整、轮胎气压、轴承的紧度、润滑质量等。3） 离合器打滑，引起发热，增加发动机的转速，油耗增加。4） 变速器的跳档，会增加换档次数与中间档的使用时间，增加油耗。（二）驾驶操作技术1、正确选用行车速度，采用中速行驶是最经济的。2、在同一道路条件，同一车速下，尽量选用高档。3、保证安全的前提下，利用惯性滑行。装载质量为2.5t的汽车，在良好路面上以30km/h的车速开始摘档滑行，滑行距离应达到200250m。当滑行距离由200 m增加到250m时，油耗可降低7%。4、踩油门要轻，缓慢加油。否则，化油器的加速泵和省油装置都起作用，增加不必要的油耗。耗油量增加30%左右。（三）合理组织运输拖带挂车后，阻力增加，发动机的负荷率增加，使燃油消耗率下降。虽然燃油消耗量增加，但分摊到每吨货物的油耗下降了。第十二章 汽车动力装置参数的确定问题 1、发动机功率的选择原则是什么？ 2、如何选择汽车的主减速器传动比 答案一、功率一般先以保证汽车预定的最高车速来初步选择。最高车速是动力性中的一个重要指标，也反映了汽车的加速能力和爬坡能力。因为最高车速定得越高，发动机功率要求越大，汽车后备功率也越大，加速能力和爬坡能力也必然要得到提高。发动机功率应等于以最高车速行驶时的行驶阻力功率之和，即发动机也可利用汽车比功率来确定。汽车比功率是单位汽车总质量具有的发动机功率。比功率为：汽车比功率可以利用现有汽车统计数据来初步估计，从而确定发动机应有功率。货车一般在以上，中型货车越为；轻型货车动力性能较好，比功率较大；重型货车最高车速低，比功率较小。轿车最高车速一般在，比功率在之间。二、选择主减速器传动比应考虑以下几点：（1）最高车速 应选择到汽车的最高车速相当于发动机最大功率时的车速，这时，最高车速是最大的。（2）汽车的后备功率 增大，功率曲线左移，后备功率增大，动力性加强，但燃油经济性较差。（3）驾驶性能 指动力装置的转矩响应、噪声和振动。驾驶性能与喘振、加速不畅、迟缓、怠速不稳、爆震、回火、放炮等现象有关。由主观评价来确定第十三章 汽车的制动性问题1、什么叫汽车的制动性？评价指标是什么？2、制动时引起汽车跑偏的原因是什么？3、对汽车侧滑进行运动分析，说明为什么后轴侧滑比前轴侧滑更危险4、什么叫同步附着系数？对前、后制动器制动力分配的要求是什么？答案一、制动性：是指汽车行驶时能在短距离停车且维持行驶方向的稳定性和在下长坡时能维持一定车速的能力。评价指标制动效能、制动效能的恒定性、制动时汽车方向的稳定性。二、制动时引起汽车跑偏的原因：1、汽车左、右车轮，特别是左、右转向轮制动器制动力不相等。2、悬架导向杆系和转向系拉杆的运动不协调（跑偏的方向不变）。三、汽车侧滑时的运动分析 汽车侧滑时的运动情况a) 前轴侧滑 b)后轴侧滑1）前轴侧滑质心的离心力的方向与侧滑的方向相反。即能起到消减侧滑的作用。汽车在这种情况下处于稳定状态_行驶方向不变或变化不大。2）后轴侧滑此时后轮制动抱死而前轮滚动。若在侧向力作用下后轴发生侧滑，则侧滑方向与惯性力的方向基本一致。于是惯性力加剧后轴侧滑；后轴进一步侧滑又加剧惯性力的增大。此时，汽车将急剧转动，甚至甩尾。因此后轴侧滑是一种不稳定的、危险的工况。为消除侧滑，驾驶员可朝后轴侧滑方向适度转动方向盘，使回转半径加大，从而减小惯性力。四、同步附着系数：线与曲线在点相交，点的附着系数称为同步附着系数。对前、后制动器制动力分配提出以下要求：为了防止后轴抱死而发生危险的侧滑，汽车制动系的实际前、后制动力分配线（线）应始终在理想的制动力分配线（曲线）下方；为了减少制动时因前轮抱死而丧失转向能力的机会，提高附着效率，线应越靠近曲线越好。 第十四章 汽车的操纵稳定性问题1、 汽车操纵稳定性的评价方法是什么？2、 什么是轮胎的侧偏特性？答案一、汽车操纵稳定性的性能评价有主观评价和客观评价两种方法。1、主观评价（感觉评价）：让试验评价人员根据自己的感觉进行评价，并按规定的项目和评分办法进行平分。2、客观评价：通过测试仪器测出表征性能的物理量来评价操纵稳定性的方法。二、轮胎的侧偏特性主要是指侧偏力、回正力矩与侧偏角之间的关系，它是研究汽车操纵稳定性的基础。第十五章 汽车的平顺性及通过性问题1、 什么叫汽车的平顺性？平顺性的评价指标有哪些？ 2、什么是汽车的通过性？通过性的几何参数有哪些？答案一、平顺性：保持汽车在形式过程中，乘员所处的振动环境具有一定的舒适度的性能，对于载货汽车还包括保持货物的完好性能。平顺性的评价指标：1、疲劳工效降低界限2、暴露极限3、舒适降低界限二、 汽车的通过性是指汽车在一定装载质量下能以足够高的平均车速通过各种坏路和无路地带和各种障碍的能力。通过性的几何参数有：（1）最小离地间隙（2）纵向通过半径（3）横向通过半径（4）接近角（5）离去角