发布时间 : 星期一 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4cde894bb7360b4c2e3f647a
4?60?154?1.4kJ
2in2?6?2200We1.4?1036平均有效压力：pme???0.7?10Pa?0.7MPa ?3Vs2.0?10P154000?60?668.8Nm 有效转矩：Ttq?e?2?n2???2200W1.4循环指示功：Wi?e??1.87kJ
?m0.752in2?6?2200?W??1.87?205kW 所以指示功率：Pii?4?60机械损失功率：Pm?Pi?Pe?205?154?51kW
单缸循环有效功：We??Pe?PePe103103?3.6????38% 有效效率：?et?bPBHueeHubeHu0.217?4250031015、一台四冲程6缸柴油机（缸径102mm；冲程125mm）在全负荷时的台架测量结果如下：
燃油体积 200 cm
燃油测量时间 21.22 s 燃油密度 0.83 kg/dm
空气体积 5 m
空气测量时间 30.1 s 环境空气压力 0.1 MPa 环境空气温度 300 K 最大有效转矩 424 Nm 发动机转速 2650 r/min 平均摩擦压力 0.1758 MPa 柴油热值 42800 kJ/kg
计算：1) 燃油体积流量和质量流量；2) 空气体积流量和质量流量；3) 有效功率；4) 有效比油耗和有效热效率；5）指示比油耗和指示热效率。 解：
1）：燃油体积流量：200?21.22?9.425cm/s 质量流量：9.425?0.83?7.823g/s 2）：空气体积流量：5?30.1?0.166m/s
33
3
3
30.1?106?29?193.14g/s 质量流量：0.166?8.314?3003）：有效功率：Pe?2?nTq?2?3.14?2650?60?424?117.6kw
4）：有效比油耗：be?B7.823g/s??239.5g/kw?h Pe117.6kw 摩擦消耗功率：Pm?错了：pmm
2inVs2?6?2650?60?pme???44?0.1022?0.125?0.1758?106?23.78kwPe117.6kw??0.351 BH?7.823?42800wB7.823g/s5）指示比油耗：bi???199.2g/kw?h
Pi117.6kw?23.78kwP?Pm117.6kw?23.78kw指示热效率：?i?e??0.422
BH?7.823?42800w 有效热效率：?et?第二章
1、为什么对压燃式柴油机是优良的燃料，对点燃式汽油机则是差劣的燃料？综合考虑发
动机的动力、经济性和排放要求，理想的汽油和柴油应由何种结构和成分的烃燃料组成？ 答：对压燃式柴油机是优良的燃料具有C较多，化学稳定性差，着火温度低，易自燃的特点。而对于汽油来说，要求有较好的抗爆性，较差的自燃性，故不合适。 燃烧方式：扩散——柴油机；火焰传播——汽油机
优质汽油主要含C5到C8，成分以烷烃（短链），芳烃为主，优质柴油主要含C15到C22，成分以链烃（长链），环烷烃，芳烃为主。
2、正十六烷与α-甲基萘的十六烷值分别为多少？为什么两者的着火特性有显著差别？ 答：正十六烷的十六烷值是100，α-甲基萘的十六烷值是0。两者诧异的原因是正十六烷是链状排列，而α-甲基萘是环状排列，再者正十六烷C与C之间是单键结合，而α-甲基萘是两个苯合并在一起，而且，C原子数越多，化学稳定性差，故α-甲基萘（11C）比正十六烷（16C）稳定，故不易着火。
3、汽油燃料蒸发曲线中，10％，50％，90％点的意义是什么？这与它们在发动机中的性能有何关系？燃烧一种终馏点很高的柴油会出现什么结果？ 答： 1）10％，50％，90％为汽油总量分馏的百分比，曲线中相对应的点分别表示在规定条件下10％，50％，90％汽油蒸发量所对应的温度。
2）10％：燃料中含有轻馏分的大概数量，反映汽油机的冷起动性。 50％：燃料的平均蒸发性能，反映汽油机的工作稳定性。 90％：燃料中的重质馏分含量，反映汽油机燃烧完全性。
3）终馏点很高的柴油不易蒸发，不利于完全燃烧，导致排气中的CO、CO2及炭烟、微粒等有害物质的增加，对环境的污染大，燃油消耗率增加。
4、芳烃和稀烃是理想的高辛烷值汽油组分，为什么在汽油燃油标准中需要限制它们的含量？
答：烯烃属于非饱和烃，稳定性差，长期储存容易氧化变质，烯烃还有热不稳定性，导致它易形成胶质，并沉积在进气系统中，影响燃烧效果，增加排放。活泼烯烃蒸发排放到大气中会产生光化学反应，进而引起光化学污染，从而影响汽油质量；芳香烃对接近地面的大气层中有害物质臭氧的形成影响较大，同时芳烃会导致发动机产生沉积物，增加尾气排放，包括CO2。因此在汽油燃油标准中需要限制它们的含量？
5、什么是燃油的饱和蒸气压？汽油饱和蒸气压的高或低会对发动机性能带来什么影响？ 答：燃油的饱和蒸气压是指在一定温度下燃油在气态下所能达到的最大压强。燃油的饱和蒸气压越高，其蒸发性能越好，既越容易气化。它直接影响到发动机宜于采用何种混和气形成
方式——缸外预制均匀混和气，还是缸内燃油高压喷雾混合；它也直接影响低温起动能力及高温下供油管路是否会出现气阻等不正常现象。
6、汽油机和柴油机在混合气形成，着火和负荷调节三方面有什么差别和特点。形成这些差异的主要原因是什么？
答：混合气形成：汽油机——缸外预制均匀混合气
柴油机——缸内燃油高压喷雾混合
着火： 汽油机——外源强制点火
柴油机——喷雾压燃
负荷调节： 汽油机——变化节气门开度，调节混合气的进气量
柴油机——改变喷油量
形成这些差异的主要原因：汽油和柴油的理化特性的差异（沸点，着火温度）。汽油沸点低，蒸发性好，燃点高，混和气能点燃的?a范围小。柴油沸点高（达180-360度），蒸发性能差，燃点低，混和气能点燃的?a范围大
7、汽油可以压燃吗？如果可以，汽油压燃有什么优缺点？如果不可以，请说出理由。 答：汽油可以压燃。 优点：汽油机压燃可以提高压缩比ε，从而提高了过量空气系数?a，降低了残余废气系数?r，这样就继而提高了燃料的绝热指数k。所以，从工质角度，汽油压燃可以提高绝热指数k；从循环角度，汽油压燃可以提高压缩比ε。 缺点：汽油的抗爆性很好，自燃性相对较差，所以汽油压燃还需要点燃措施。而且汽油的压缩会不可避免得出现爆震现象。
8．内燃机工作过程各个阶段中，气缸内的工质成分如何变化？ 答：
进气阶段：有新鲜气体进入气缸，对于汽油机位可燃混合气，对柴油机为纯空气。同时有少量残余废气。
压缩阶段：工质成分不发生变化，与进气结束时一样。
做功阶段：通过燃烧，燃料与空气生成二氧化碳和水，其余的组分布发生变化。 排气阶段：高压的废气从排气门排出，直到进气门打开，开始一轮新的循环。 9、什么是比热容cV、cp和比热比?？影响?值大小的因素是什么？
答：比热容是热量对温度的导数，即单位质量物质，温度每上升1K所需加入的热量。气体有比定容热容cV和比定压热容cp之分，表示定容和定压加热过程中之值。它们分别是气体比内能u和比焓h的函数，cV?du/dT,cp?dh/dT。cp与cV之比叫做等熵指数或比热比，
??cp/cV。
?的影响因素包括温度T和气体分子的自由度数，真实气体的cp和cV随温度的升高而增大，导致二者比值，即?减小；对于理想气体，气体分子的自由度数越大，cp和cV也越大，?越小。
10、单位燃料完全燃烧所需的空气量是如何确定的？l0和L0有何区别？ 解：设1kg燃料中的各元素组成为gc?gh?go?1 根据化学平衡得
l0?1?8?。 g?8g?gh0? l0表示1kg燃料完全燃烧所需的空气质量，单位（kg）?c0.232?3?1gcghgoL0?(??) L0表示1kg燃料完全燃烧所需的空气kmol数，单位为（kmol）。
0.2112432
11、使燃烧后的分子数大于燃烧前的分子数的主要原因何在？为什么汽油机的分子变化系数u比柴油机大？
答：主要原因是C燃烧后体积不变，而H燃烧后体积增大，所以燃烧后的分子数大于燃烧前的分子数。
汽油机μ＝1.07~1.12 > 柴油机μ＝1.03~1.06， 因为：1、汽油H含量大，燃后体积增大多一些",
2、柴油机φa大，有些空气不参加反应，其前后体积不变
12、影响残余废气系数φγ的主要因素有哪些？为什么汽油机φγ值一般比柴油机大？而增压柴油机φγ则很小？
解答：φ在无EGR时取决于压缩比，负荷大小及进排气相位等一系列因素。汽油机φ偏高，由于
γ
γ
压缩比偏小，而低负荷时节气门节流又使新鲜空气冲量明显下降。增压柴油机因为进气压力大于排气压力，进气时扫气作用加强，而使废气量减少。
13、甲醇的热值比汽油低得多，为什么混合气的热值却与汽油混合气热值相差不多？用甲醇替代汽油经过合理匹配后，其输出功率加大还是减小？为什么？
解答：虽然两者的低热值相差很多，但是甲醇中含有氧，对于外界氧气的需求量就少，所需的空气量就相应的少很多。所以混和气的热值两者相差很少。
用甲醇替代汽油，一方面甲醇的气化潜热比汽油大，进气温度可以降低，这样可以增大充气量。另一方面甲醇的辛烷值高于汽油，即抗爆性能好，这样就可以加大压缩比。可见，经过合理匹配后，输出功率会有一定的提高。
14、计算并对比汽油、柴油、天然气、乙醇四种燃料的单位kJ发热量对应的CO2产生量。为减少CO2排放量和改善全球温室效应，应如何选择汽车燃料?
解：汽油低热值H??44000kJ/kg，碳质量分数gc?0.855
144?0.855??7.125?105kg的co2
4400012柴油低热值H??42500kJ/kg，碳质量分数gc?0.87
所以汽油产生1kJ热量时产生
144?0.87??7.50?105kg的co2
4250012天然气低热值H??50050kJ/kg，碳质量分数gc?0.75
所以柴油产生1kJ热量时产生
144?0.75??5.49?105kg的co2
5005012乙醇低热值H??27000kJ/kg，碳质量分数gc?0.522
所以天然气产生1kJ热量时产生所以乙醇产生1kJ热量时产生
2
144?0.522??7.09?105kg的co2
2700012综上可知为减少CO排放量和改善全球温室效应，应选择天然气为汽车燃料。 15、一种燃料由下列组分组成：
Hexane(C6H14) 40 wt％ Octane(C8H18) 30 wt％
Cyclohexane(C6H12) 25 wt％ Benzene(C6H6) 5 wt％
如果燃料的空燃比是17，计算燃料的燃空当量比(Equivalence ratio)。 解：设有该燃料1kg。
该燃料中，C原子含量为：