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).doc

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(正)，泵气过程功（负）。 增压：动力过程功（正），泵气过程功（正）。 2）自然吸气：理论泵气功0，实际泵气功（负），泵气损失功（负）。 增压：理论泵气功矩形（阴影部分+）（正），实际泵气功（正）和泵气损失功阴影部分（负）。 3）自然吸气：净指示功（正），总指示功(正)。 增压：净指示功矩形面积（正），总指示功（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。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，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和的转化关系为：。 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，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，则平均有效压力为 ，其中为气缸的工作容积。 单位时间内每个气缸的膨胀做功冲程数为 则对于缸的发动机 又因为 所以 主要的区别在于在平均有效压力一定的情况下，与转速成正比，而与转速无关。 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： （错了，应为yitac） （式子1） (式子2) 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，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，可以理解为循环进入空气量，可以理解为进入气缸的单位空气量分配到的燃料热量，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 在使用的