内容发布更新时间 : 2024/12/27 14:47:36星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

L排量的V4工作模式。该发动机在转速为1750 r/min时，采用V8工作模式，此时发动机的充量系数为0.51，机械效率为0.75，空燃比为14.5，发出的有效功率是32.4 kW。发动机在更高的转速下切换成V4工作模式时，充量系数为0.86，机械效率为0.87，空燃比为18.2。假定不同转速下的指示热效率相同，且燃烧效率为100%，空气是在20℃和0.1MPa的条件下吸入气缸的。计算：

（1）1750 r/min时，V8工作模式的进气质量流量（kg/s）； （2）1750 r/min时，V8工作模式的燃料消耗质量流量（kg/s）； （3）1750 r/min时，V8工作模式的有效燃料消耗率（g/(kW·h)）；

（4）V4工作模式发出与V8工作模式相同有效功率所需的转速（r/min）； （5） 上述V4工作模式时发动机的有效燃料消耗率（g/(kW·h)）。 解：

（1）根据pv=nRT，有以下关系式

（2）

（3）

（4）

因为只是热效率相等，所以：

（5）be*0.75/0.87=268g/kW.h

第二章

2-1 缸内工质是从哪几个方面影响发动机的性能及其燃烧模式的？ 解：(1) 工质的各种热力参数—质

(2) 燃料热值（可燃混合气的热值）—量

(3) 燃料的理化特性—不同工作方式 (4) 燃料的组份—燃烧和排放

2-2 什么是发动机的常规燃料和代用燃料？代用燃料是如何分类的？为什么要加强代用燃料的研究和应用？

解：常规燃料：汽油、柴油。

代用燃料：除石油汽油、柴油以外的烃类/醇类/醚类/酯类/氢气等燃料；分类详见表2-1。 加强代用燃料研究主要出于能源安全和环境保护考虑。

2-3 醇、醚和酯类燃料都是含氧燃料，它们的分子结构各有什么特点？分别列出1～2种常用的醇、醚和酯类代用燃料及其燃烧模式。

解：醇类是烃类物质中的氢被羟基取代的产物。常见醇类燃料有甲醇和乙醇。因其辛烷值较高，一般为点燃；

醚类物质是两个烃基通过氧原子连接起来的化合物。常见醚类燃料为二甲醚，其十六烷值较高，一般为压燃；

酯类物质是烃类物质中的氢被羧基取代的产物。常见酯类燃料为生物柴油，其十六烷值较高，一般为压燃。

2-4 分子结构相同的烃燃料，其分子中碳原子数的多少对发动机的性能有何影响？原因何在？

解：C越多，化学稳定性差，着火温度低，易自燃；但物理稳定性好，不易气化。因为高C烃结构庞大冗长，易于裂解；但相对分子量较大，不易气化。

2-5成分相同但分子结构不同的烃燃料对发动机的性能有何影响？原因何在？ 解：（1）链与环— 环化学稳定性好，不易自燃；

（2）直链与支链（或正烷与异烷）—支链（异烷）的化学稳定性好，抗爆好（如正庚烷C7H16和异辛烷C8H18的辛烷值分别为0和100）；

（3）单键和多键—多键非饱和烃不易断链，不易自燃，但安定性差，贮存中易氧化结胶(如烯烃)。

2-6 为什么对压燃式柴油机是优良的燃料，对点燃式汽油机则一般是不良的燃料？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？

解：因为柴油机燃料一般有较高的十六烷值以便压燃，高十六烷值意味着容易自燃，如果应用在点燃式汽油机上，会引起严重的爆震，造成发动机性能及寿命下降。汽油机使用的燃料要求有较高的辛烷值，以抑制爆震产生。另外柴油燃料一般不易气化，不利于火焰传播，会造成排放升高。从何考虑发动机的各种性能，理想的柴油机燃料应由碳原子数为16左右的直链烷烃构成，而汽油机燃料应由碳原子数为8左右的异构烷烃或环烷烃构成。

2-7 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？ 解：十六烷值CN = 100，自燃性很好； α－甲基萘 CN = 0，自燃性很差。其着火特性与C原子数密切相关。

2-8 测定辛烷值时，为什么有的燃料的辛烷值会大于100？为什么有的燃料的RON>MON，

而有的燃料却是RON

解：说明抗爆性优于异辛烷，若待测燃料比参比燃料更敏感，则RON>MON；反之，RON

2-9 汽油燃料蒸发曲线中，10％，50％，90％馏程的意义是什么？它们对发动机的性能有何影响？燃烧一种终馏点很高的汽油会出现什么结果？

解：10％馏程(T10) — 燃料中含有轻馏分的大概数量，反映汽油机的冷起动性。

50％馏程(T50) — 燃料的平均蒸发性能，反映汽油机的工作稳定性。 90％馏程(T90) — 燃料中的重质馏分含量，反映汽油机燃烧完全性。 EP高，易积碳，加剧磨损，烧机油。

2-10 什么是燃料的饱和蒸气压？汽油饱和蒸气压的过高和过低分别会对发动机性能带来什么影响？

解：饱和蒸气压：在规定条件下燃油和燃油蒸气达到平衡状态时，燃油蒸气的压力。

蒸气压过低，发动机冷起动性能差，混合气形成速度慢，不利于燃烧。

蒸气压过高，在储存和运输过程中易产生蒸发损失，着火的危险性大；也容易在燃油供给系统中形成“气阻Choking”。

2-11 芳烃和烯烃是理想的高辛烷值汽油组分，为什么在汽油标准中却要限制它们的含量？ 解：（1）烯烃是汽油提高辛烷值的理想成分。但是由于烯烃有热不稳定性，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。

（2）芳烃通常是汽油的高辛烷值组分，具有高能量密度。但是，芳烃会导致发动机产生沉积物，增加尾气排放，包括CO2。

2-12 为什么随着燃料品质等级的提高，燃料中硫的含量呈现大幅度下降的趋势？

解：硫天然存在于原油中。硫可明显地降低催化转化器中催化剂的功效，同时在高温条件下对氧传感器造成不良影响。高硫燃油会使车载诊断系统(OBD)失灵，使催化转化器监控装置发送错误的诊断码，并向司机发出错误的故障信号。

2-13 常规汽油机和柴油机在混合气形成、着火和负荷调节三方面有何差异？形成这些差异的主要原因是什么？ 解：（1）混合气形成方式不同：

汽油—易气化，缸外低压喷射蒸发，与空气形成预制均质混合气

柴油—难气化，缸内高压喷雾成细小液滴，与空气形成非均质(分层)混合气 （2）着火及燃烧方式不同：

汽油—难自燃，易点燃(SI)，用高压电火花点燃预混燃烧，火焰传播。可在?a =1的条件下完全燃烧

柴油—难点燃，易压燃(CI)，扩散燃烧，即边喷-边混-边燃，为了完全燃烧，必须?a >1.2 （3）负荷调节方式不同：

汽油机—预混合，?a基本保持不变，量调节

柴油机—分层混合，?a变化范围大（0~∞），质调节

原因：燃料的理化特性不同。

2-14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。 解：汽油可压燃。例如稀混合气条件下的汽油匀质混合气压燃HCCI，以实现汽油机的高效低污染燃烧。

2-15影响工质比热容的主要因素有哪些？影响趋势如何？比热容为什么对发动机的动力、经济性有重大影响？

解：影响因素：温度和分子的自由度数。

cp、cV随温度T上升而增加，K随温度T上升而下降。分子自由度(原子数)增大，cp和cV增大，K减小。K越大，cp和cV越小，相同加热量下，工质温升越高，循环热效率高。

2-16 影响残余废气系数?r的主要因素有哪些？为什么汽油机的?r一般比柴油机的大？而增压柴油机的?r很小？

解：影响残余废气系数的主要因素：进排气压力、转速、压缩比、配气相位和排气系统动态特性。汽油机?r偏高是因为ε小，压缩容积大，低负荷时进气节流强使新鲜充量下降；增压柴油机?r小是因为扫气效果强。

2-17燃料燃烧后分子数大于燃烧前分子数的主要原因是什么？为什么汽油机的分子变化系数比柴油机大？

解：柴油机分子系数较小原因：一是由于平均过量空气系数较大，混合气中有较多空气不参与反应；另外，柴油含H量低。

2-18可燃混合气热值有哪几种表示方法？各自的物理意义是什么？哪一种表示方法更能反映工质作功能力的大小？

解：单位质量或单位体积可燃混合气发出的热量(kJ/kg或kJ/m3)。

(Hum)V代表混合气的能量密度，越高则相同工作容积发出的功率越高(即pme高)。

2-19为什么含氧液体燃料的热值比汽、柴油低得多，但其可燃混合气热值却相差不大？为什么天然气的热值比汽油大，但其可燃混合气热值反而低？ 解：气体烃 H/C高，Hu高，但本身是气体（密度小），加上H燃烧要求空气多，Hum小。

含氧燃料（甲、乙醇）本身含O，Hu低，但需空气也少（l0小），Hum与汽、柴油相近。

2-20氢的可燃混合气热值很低，因此实用上都是向缸内喷射液态氢以提高发动机的有效平均压力，这是不是意味着增大了氢的可燃混合气热值呢？

解：缸内直接喷液态氢提高平均有效压力，相当于增压的效果使混合气的密度上升，每循环的发热量也上升。

2-21 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：燃烧释放单位kJ的热量，汽油、柴油、天然气和乙醇分别生成的的CO2质量分别为：

从以上数据可以看出，四种燃料中，天然气燃烧释放单位kJ的热量所产生的CO2最少，从改善温室效应的角度看，车用燃料应使用天然气。

2-22一台小型3缸涡轮增压车用发动机燃用异辛烷燃料，发动机吸入的空气量为化学计量比空气量的120%。计算此时混合气的：（1）过量空气系数；（2）空燃比；（3）燃空当量比。 解：(1)?α=l/l0=1.2

(2) 异辛烷C8H18 l0=(8/3gc+8gH-go)/0.232=15.1 (3) 空燃比α=?α* l0=15.1*1.2=18.2 (4) 燃空当量比

2-23 一种燃料的组分构成如下：40％（wt）正己烷（C6H14）；30％（wt）异辛烷（C8H18）；25 ％（wt）环己烷（C6H12）；5％（wt）苯（C6H6）。如果燃料混合气的空燃比是17，计算此时混合气的燃空当量比。

解：C6H14完全燃烧的化学反应方程式为：

19C6H14?O2?6CO2?7H2O;

2C8H18完全燃烧的化学反应方程式为：

C8H18?25O2?8CO2?9H2O;2

C6H12完全燃烧的化学反应方程式为：

C6H12?9O2?6CO2?6H2O;

C6H6完全燃烧的化学反应方程式为： 15C6H6?O2?6CO2?3H2O;2

又由O2的摩尔质量为32g/mol，O2在空气中的质量百分比为23.2%，所以1kg该种燃料完全燃烧所需要的理论空气质量为：

32g/mol0.4?1kg190.3?1kg250.25?1kg0.05?1kg15(?????9??)0.23286g/mol2114g/mol284g/mol78g/mol2?14.9895kg;

即该种燃料的化学计量比为l0=14.9895，因而其过量空气系数为：

?a?l17??1.1341,l014.9895

从而可得该种燃料的燃空当量比为：

??1?a?1?0.8818。1.1341