第一章复习思考题1. 研究理论循环的目的是什么？理论循环与实际循环相比，主要作了哪些简化？答：目的：1）用简单的公式来阐明发动机工作过程中各基本热力参数间的关系，以明确提高以理论循环热效率为代表的经济性和以循环平均压力为代表的动力性。

2）确定循环热效率的理论极限，以判断实际发动机工作过程的经济性和循环进行的完善程度以及改进潜力。

3）有利于分析比较发动机各种热力循环方式的经济性和动力性。

简化：l）假设工质是理想气体，其物理常数与标准状态下的空气物理常数相同。

2）假设工质是在闭口系统中作封闭循环。

3）假设工质的压缩及膨胀是绝热等熵过程。

4）假设燃烧是外界无数个高温热源定容或定压向工质加热。

工质放热为定容放热。

2. 在p-V图上表示出三种理论循环，并在不同条件下进行循环热效率的比较。

答：图中，a-c为绝热压缩，c-z为等容或等压加热，z-b为绝热膨胀，b-a为等容放热。

习惯上的处理方式为，汽油机混合气燃烧迅速，近似为定容加热循环；高增压和低速大型柴油机，由于受燃烧最高压力的限制，大部分燃料在上止点以后燃烧，燃烧时气缸压力变化不显著，所以近似为定压加热循环；高速柴油机介于两者之间，其燃烧过程视为定容、定压加热的组合，近似为混合加热循环。

3. 试分析影响循环热效率、循环平均压力的主要因素。

答：循环热效率：1. 压缩比εc 、2. 等熵指数k3、压力升高比λp4、初始膨胀比ρ0。

循环平均压力：pt随进气终点压力pde、压缩比εc、压力升高比λp、初始膨胀比ρ0、等熵指数k和循环热效率的增加而增加；在混合加热循环中，如果循环加热量Q1不变，增加ρ0即减少λp，定压加热部分增加，而定容加热部分 下降，因而pt也降低。

减少，t4. 简述发动机的实际工作循环过程，并画出四冲程发动机实际循环的示功图。

答：1）进气过程：为了使发动机连续运转，必须不断吸入新鲜工质，即是进气过程。

此时进气门开启，排气门关闭，活塞由上止点向下止点移动。

2）压缩过程：此时进排气门关闭，活塞由下止点向上止点移动，缸内工质受到压缩、温度。

压力不断上升，工质受压缩的程度用压缩比表示。

3）燃烧过程：期间进排气门关闭，活塞在上止点前后。

作用是将燃料的化学能转化为热能，使工质的压力和温度升高，燃烧放热多，靠近上止点，热效率越高。

4)膨胀过程：此时，进排气门均关闭，高温高压的工质推动活塞，由上止点向下至点移动而膨胀做功，气体的压力、温度也随之迅速下降。

（5）排气过程：当膨胀过程接近终了时，排气门打开，废气开始靠自身压力自由排气，膨胀过程结束时，活塞由下止点返回上止点，将气缸内废气移除。

5. 压缩多变指数和膨胀多变指数是如何确定的，它们的变化规律如何？答：1）实际的近似计算中，常用一个不变的、平均的多变指数n1来取而代之，只要以这个指数n1计算而得的多变过程，其始点a和终点c的工质状态与实际压缩过程的初、终状态相符即可。

n1称为平均压缩多变指数；n1主要受工质与缸壁间的热交换及工质泄漏情况的影响。

当发动机转速提高时，因热交换的时间缩短，向缸壁的传热量及气缸泄露量减少，所以n1增大。

当负荷（即阻力矩变化而引起发动机油门的增减）增加、采用空气冷却以及气缸直径较大时，气缸温度增高及相应的传热量和泄漏量减少，n1增大。

而当泄漏量增加或气缸温度降低时，n1减小。

2）在计算中常用一个不变的平均膨胀多变指数n2来取而代之，只要以这个指数n2计算的多变过程，其始点z与终点b的状态与实际膨胀过程始、终点状态相同即可。

n2主要取决于补燃的多少、工质与缸壁间的热交换及漏气情况。

当转速增加，补燃增多，传热和漏气的时间缩短时，n2减小；混合气形成与燃烧不好，补燃增加，n2减小；当缸壁、活塞环磨损量大，漏气增加以及气缸直径小，相对散热表面积加大，工质传出热量增加时，n2增大。

6. 说明指示功和平均指示压力的概念和意义。

答：指示功是指气缸内完成一个工作循环所得到的有用功W i，指示功W i 反映了发动机气缸在一个工作循环中所获得的有用功的大小，它除了和循环中热功转换的有效程度有关外，还和气缸容积的大小有关；假如以一个假想的、大小不变的压力p mi作用在活塞上，使活塞移动一个行程，其所做的功等于循环的指示功，则此假想的压力即为平均指示压力，平均指示压力是从实际循环的角度评价发动机气缸工作容积利用率的一个参数。

p mi越高，同样大小的气缸容积可以发出更大的指示功，气缸工作容积的利用程度越佳。

平均指示压力是衡量发动机实际循环动力性能的一个很重要的指标。

7. 什么是发动机的指示指标？主要有哪些？答：以工质对活塞所作之功为计算基准的指标称为指示性能指标。

它主要有：指示功和平均指示压力.指示功率.指示热效率和指示燃油消耗率。

8. 什么是发动机的有效指标？主要有哪些？答：以曲轴输出功为计算基准的指标称为有效性能指标。

主要有：1）发动机动力性指标，包括有效功和有效功率.有效转矩.平均有效压力.转速n 和活塞平均速度；2）发动机经济性指标，包括有效热效率.有效燃油消耗率；3）发动机强化指标，包括升功率PL.比质量me 。

强化系数PmeCm.9. 平均有效压力和升功率都是评定发动机动力性能的指标，它们有何区别？答：平均有效压力p me （MPa ）是发动机单位气缸工作容积输出的有效功。

与平均指示压力相似，平均有效压力可看作是一个假想的、平均不变的压力作用在活塞顶上，使活塞移动一个行程所做的功等于每循环所做的有效功。

p me 反映了发动机单位气缸工作容积输出转矩的大小。

p me 值大，也说明单位气缸工作容积对外输出的功多，做功能力强。

升功率P L （kW ／L ）是发动机每升工作容积所发出的有效功率。

升功率P L 是从发动机有效功率的角度对其气缸工作容积的利用率作出的总评价，它与p me 和n 的乘积成正比。

P L 值越大，发动机的强化程度越高，发出一定有效功率的发动机尺寸越小。

10. 功率相同时，汽油机与柴油机相比，尺寸和重量哪个大，为什么？答：柴油机重，虽然汽油机相比柴油机零件多，但汽油机的零件大多设计的小巧而且材料都比较轻。

汽油机是靠火花塞点火的，柴油机是压缩点火，那么他就要借助外力，也就是要靠一个质量比较重的飞轮，这样它能借助飞轮的惯性来完成，吸气，压缩，排气这三个冲程。

汽油机是靠火花塞点火的，那么他也就不需要靠一个大质量的飞轮来维持惯性。

11. 发动机的机械损失主要由哪些部分组成？答：摩擦损失，驱动各种附件损失，带动机械增压器损失，泵气损失12. 什么是机械效率？它有什么意义？答：机械效率是有效功率与指示功率的比值。

影响因素：①转速和活塞平均速度②负荷③润滑油温度和冷却水温度，意义：比较机械损失所占比例的大小。

13. 如何测定机械损失？每种方法的特点是什么？答：通过发动机试验测定，常用方法有示功图法、倒拖法、灭缸法、油耗线法。

倒拖法适用于汽油机。

14. 为什么随着转速的升高，机械效率会降低？答：机械效率ηm 是有效功率和指示功率的比值。

发动机指示功率（kW ）（每秒所做指示功）为ττ30260in V p i n W P s i m i i ==指示功率与发动机转速成正比，与机械效率成反比。

转速越高，指示功率越高，从而机械效率越低。

15. 分析发动机实际循环的各种损失及在p-V图上的位置。

答：下图给出四冲程非增压发动机实际循环与理论循环的比较。

其差别由以下几项损失引起。

1. 实际工质的影响实际工质影响引起的损失如图1-21中W k所示。

这些影响使得发动机实际循环的指示热效率比理论循环热效率低。

2. 换气损失为了使循环重复进行，必须更换工质，由此而消耗的功称为换气损失，如图1-21中W r所示。

其中，因工质流动时需要克服进、排气系统阻力所消耗的功，称为泵气损失，如图1-21a中曲线rab’r所包围的面积。

因排气门在下止点前提前开启而产生的损失，如图1-21中面积W所示。

3. 燃烧损失1）非瞬时燃烧损失和补燃损失。

实际循环中燃料燃烧需要一定的时间，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1-21W z所示。

2）不完全燃烧损失。

3）吸热损失。

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，使压缩、膨胀线均脱离理论循环的绝热压缩、膨胀线，从而造成损失，如图1-21中W b所示。

5．缸内流动损失指压缩及燃烧、膨胀过程中，由于缸内气流（涡流与紊流）所形成的损失。

其表现为，在压缩过程中，多消耗压缩功；在燃烧膨胀过程中，一部分能量用于克服气流阻力，使作用于活塞上作功的压力减小。

16. 研究发动机热平衡有何意义？改善有效能量利用的途径是什么？答：发动机的热平衡，就是给出燃料的总发热量转换为有效功和其他各项热损失的分配比例。

从这些热量分配中，可以了解到热损失的情况，以作为判断发动机零件的热负荷和设计冷却系统的依据，并为改善发动机的性能指标指明了方向。

17. 已知一四冲程柴油机，缸数为6，单缸气缸工作容积为2L，燃料热值为44100kJ/kg，计算当转速为1500r/min，机械效率为0.8，有效功率为88.5kW，耗油量为20.3kg/h时的指示功率、有效转矩、平均指示和有效压力、指示和有效热效率、指示和有效燃料消耗率。

18. 要设计一台六缸四冲程高速柴油机，设平均指示压力为0.85MPa，平均机械损失压力为0.15MPa，希望在2000r/min时能发出的功率为73.5kW。

为将活塞平均速度控制在8m/s，缸径行程比取多大合适？为使缸径行程比为1：1.2，缸径与行程取多大？解：（1）平均有效压力Pme=Pmi-Pmm=0.85-0.15=0.7Mpa气缸工作容积：Vs=30t*Pe/（Pme*i*n）*10^6=1575000（mm^3）活塞行程：s=30Cm/n*1000=120（mm）气缸直径：D=[4*Vs/（π*s）]^1/2=129（mm）（2）s/D=1.2气缸直径：D=[4Vs/（1.2*π）]^1/3=119(mm)活塞行程：s=1.2D=143（mm）。