《内燃机学》课程作业习题（含答案）第三章 内燃机的工作循环

第三章习题与答案1、何谓内燃机的指示参数？何谓内燃机的有效参数？影响内燃机性能提高的主要因素是哪些？应如何提高内燃机的性能？答：内燃机的指示参数是用以表征燃料燃烧释放出来的热能转变为机械能完善程度的一组参数，只考虑了气缸内因燃烧不完全和传热等方面所引起的热量损失，而没有考虑各运动副间所存在的摩擦损失、泵气损失和辅助机械损失等。内燃机的指示参数主要包括内燃机的平均指示压力pi、指示功率Ni、指示效率ni以及指示油耗率gi。内燃机的有效参数包括平均有效压力pe、有效功率Ne、有效效率ne及有效油耗率ge。它们与指示参数的不同之处就是除指示参数考虑的热力损失外，还考虑了机械损失。内燃机的性能主要包括动力性、经济性、排放性、可靠性、运转性。其中动力性和经济性指标是最主要的性能指标，要提高内燃机的性能，可采用以下措施（1）采用增压技术(2）合理组织燃烧过程，提高循环指示效率Ⅱ让(3）改善换气过程，提高气缸的充量系数(4）提高发动机的转速（5）提高内燃机的机械效率(6）采用二冲程提高升功率2、何谓机械效率？提高机械效率有那些可行性的措施？答：在内燃机工作过程中，经曲轴输出的有效功率Ne总小于活塞所获得的指示功率Ni，其差值为机械损失功率Nm.而有效功率比上指示功率即定义为机械效率。提高机械效率的措施：(1)增压当发动机采用废气涡轮增压时，Ni随增压度成正比地增加，这时气缸中最大爆压虽有增加，但采取降低压缩比等措施，可使p.增加幅度低于Ni增加的幅度，减少机械损失，当采用机械增压时，机械损失的减少与否，将视压比的高低由泵气功与压气机耗功的和而定；此外，增压后，润滑油温度提高，使润滑油粘性阻力降低，并且燃烧较为柔和，减弱了轴承上的冲击负荷等。在这儿项综合影响下，若发动机转速不变，则机械损失功率将与非增压时大致相当。由于Ni值提高，所以涡轮增压及低压比的机械增压将使n.提高。(2)转速及平均活塞速度转速及活塞速度提高将使活塞摩擦损失及轴承摩擦损失迅速增加。此外非增压机的泵气损失、辅助机械损失、二冲程机的扫气泵驱动功率都随转速及活塞速度的提高而增加。虽然转速增加后，每循环相对损失的热量较少，润滑油枯性阻力有所降低，但综合的影响仍特使机械损失功率N.或p大大增加。(3)负荷虽然负荷增加，p，也随之加大，但机械损失也会增大，而且在高负荷时入增加的幅度应比低负荷时小：在涡轮增压发动机中，为控制Pz，一般采取降低压缩比的措施，使机械损失压力不致增加过大。同时，负荷增加，润滑油的温度提高，润滑油枯性阻力下降，综合这些因素，可以说负荷大小不会太大影响P。而负荷增大必然增加供油量，使p:成正比地增加

这样，机械效率n.也随之提高。p的增加导致n.的提高是机械效率随负荷加大而提高的主要因素。(4)润滑油温度和冷却水温度润滑油温度与冷却水温度对发动机机械损失功率有较大的影响。由于润滑油温度高则其粘度下降，因此，粘性阻力减少，机械损失或P减少。润滑油温度又决定于冷却水温度，水温高则油温高，所以提高水温也使N.或下降。(5）气缸尺寸和数目当气缸尺寸、n相同时，多缸机的n.比单缸机大，这是由于单缸机带动辅助机械所需的功率相对偏大，机械损失功率相对增加，所以n，下降。(6）工艺水平气缸套内壁、轴颈、轴承等摩擦表面加工精度对机械损失功率有较大影响。较高的表面加工精度可以提高机械效率。3、何谓内燃机强化？如何评价内燃机的强化程度？试分析内燃机强化的可行性与措施。答：为了评价发动机的承载能力、热负荷和机械负荷的应力水平以及工作容积的利用率，并对各种发动机进行对比，把气缸基本尺寸作为标定发动机承载或强化的基准。正如经济参数和动力参数一样，强化指标也是评价发动机性能的基本特性参数。内燃机的强化指标包括升功率Na和活塞功率Nk。单位气缸工作容积（1L）发动机所具有的标定功率就称为发动机的升功率Nel。单位活塞总面积（1m）上发动机所具有的标定功率就称为活塞功率Ne。按升功率强化内燃机来分析：按升功率对发动机进行强化是减轻发动机的质量并减小它的外形尺寸的重要措施之一。为了提高升功率可以来用下列基本方法：（1）：采用二冲程循环试验研究及对比计算表明，在其他各种参数都相等的情况下，二冲程发动机的升功率是四冲程发动机升功率的1.5—1.7倍。(2)增大压缩比&以提高指示效率ni(3)减小过量空气系数(4)提高发动机的转速n(5)在化油器式发动机中改用燃油直接喷射(6)利用进排气系统中的气动效应提高n.P,和nm(7）采用强制进气的增压措施增大n、P乘积值按增压强化发动机来分析：增压是最有效的提高NeL的措施，但增压后需考虑以下几个因素：（1）增压压力pk与机械负荷pz（2）热负荷与降低热负荷的措施在为了提高升功率Ne1而提高pk的同时，必须限制pz、Tmax及零件中的温度梯度。可以采取：①增大扫气重叠角，用扫气空气冷却受热零件。②在pk>0.15MPa，压气机后空气温度升高55～60K以上时，可采用空气冷却的办

法③除了用热交换器来冷却空气以外，还可用空气涡轮、喷水（蒸发冷却）及按照米勒循环的内部冷却来冷却空气。（3）供油与燃烧过程的组织①合理选择供油规律，使着火延迟期内的供油量少，而在下一阶段供入其余燃油，也即采用分级喷射。②选择混合气形成条件和燃烧室结构③减少供油提前角，使燃烧过程适度后移。若在很高pk下，大部分燃料在膨胀期间进行。（4）pk的最佳化4、增压、提高转速和压缩比是强化内燃机的基本措施，试分析其中的限制因素有哪些？答：（1）压缩比ε增大，指示效率n提高。但是，随着压缩比提高，机械损失增大，起动变得困难，并且必须提高燃料的辛烷值，所有这些部决定了把强制点火式发动机的压缩比提高到12以上是不适宜的。为了保证无爆燃的燃烧，在这种类型的增压式发动机中，压缩比不仅不能增大，而且是要减小，在柴油机中，的数值是以保证可靠起动及其零件所能承受的机械负荷这两个条件为出发点来选定的。进一步提高，正如经验所表明的那样，不仅不能使升功率增大，而且甚至因为机械效率降低反而会使它减小。（2）提高发动机的转速n有利也有弊。随着转速提高，充气系数减小．因此，随着发动机高速性的提高，必须相应地选定配气相位，增大进排气系统的流通截面，并改善压气机和燃气涡轮的效率。提高转速，发动机的摩擦损失及用于换气的功率消耗增大，因而机械效率降低。提高发动机转速将使活塞的平均速度增大，因而增加了由惯性力所引起的机城负荷。结果使摩擦损失、运动件的磨损、曲轴、连杆螺钉及发动机其他零件的应力都增大。（3）增压是最有效的提高NeL的措施，但增压后需考虑以下几个因素：a.增压压力p与机械负荷pb热负荷：在为了提高升功率N而提高p的同时，必须限制pz、T及零件中的温度梯度。供油与燃烧过程的组织cdp的最佳化增压时发动机有效功率的变化取决于指示功率N用来克服摩擦和系气行程所消耗的功率N、涡轮功率N压气机压缩空气所消耗的功率Nx。因此，当转速不变时，发动机的有效功率基本上与功率N,和Nx的变化特性有关5、内燃机热计算的作用和局限性有哪些？答：在设计过程中可以通过热计算预先绘制出理论示功图，根据理论示功图进行内燃机的动力和强度计算。，可以根据所需要的额定功率和转速利用热计算公式去确定选取气缸的尺寸和数目。对已制成试验机的新内燃机进行这种计算，以验证在内燃机调试中所测出的各项参数与热计算得到的参数相符合的程度，再对不合理的参数精心调整，提供可比较的依据。热计算的局限性体现在：（1)目前的科学水平和实验手段无法完全揭示其中能量转

换的过程，其庞大复杂众多因素之间的关系无法用数学方程完全放映。（2）热计算过程中选用的许多参数都是根据经验在一定范围内选取的，现有的参数选用范围无法包括新研制中的经验。（3）目前的热计算无法完全包括影响内燃机性能的的重大因素，如：进排气系统的气体流动情况，喷雾的及时性及雾化的好坏等等