（2）
空燃比为：
??ma1.898??13.24 mf0.1434（3）
充量系数为：
3.38534800V?c?a?60?2?0.7972
Vs2?10?3（4）
残余废气质量：
mr??rm1?0.05?2.041?0.1021g
（5）
因空燃比小于理论空燃比，所以混合气所能发出的热值应按空气量计算： 单位质量混合气热值：
?Hum?m?m?13.24?44000l014.8???2764.197kJ/kg 1??1?13.24Hu?混合气密度为：
1??1?13.24??1.2721kg/m3
29313.24??1?1293???22.4???22.4?????29??107.5?273.15?MfMa?273.15混合气的体积热值为：
?Hum?V??Hum?m?m?2764.197?1.2721?3516.33kJ/m3
（6）
发动机的有效热效率为：
pmeVs0.951?106?2?10?3?e???0.3014
mfHu0.1434?44000
4-21 涡轮增压和气波增压发动机各自是如何利用废气能量的？为什么增压中冷是发动机发展的重要方向之一。
解：涡轮增压：高温高速的废气进入涡轮机后，低温、低速排出，废气的焓差和动能差转化为涡轮机的机械功，用以驱动压气机，提高发动机的进气压力。一方面加大了进气充量，提高输出功率；另一方面，泵气过程功为正功，同时机械效率相对提高，增加了整机有效效率。
气波增压：利用管道中压力波特性，是废气与新鲜空气接触，在相互不混合的前提下，直接将废气能量传给低压空气，并提高其压力，实现增压。
增压中冷对增压后较热的空气再进行冷却，降低其进气温度，则输出功率进一步增大，
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排放、噪声等性能也有所改善，所以增压中冷是发动机发展的重要方向之一。
4-22 什么是定压增压系统？什么是脉冲增压系统？比较定压增压和脉冲增压两种系统的优缺点，并说明它们各自适用的场合。 解：定压涡轮增压系统把所有气缸的排气歧管通向一个体积较大的排气总管，排气总管基本保持恒定压力，起到了稳压的作用；废气按定压由总管导入涡轮机的喷嘴环。
脉冲涡轮增压系统将各缸排气歧管中的脉冲气流直接导入涡轮机中，以尽量减少定压系统的不可逆膨胀能量损失。
两者的比较：
（1）定压系统废气流入总管造成强烈的节流和不可逆膨胀损失，可用能利用率低。 （2）脉冲系统对扫气有好处。
（3）定压系统动态过程的响应比脉冲系统慢，对发动机的加速性能和排放性能不利。 （4）脉冲系统绝热效率低于定压系统。
（5）脉冲系统瞬时最大流量高于定压系统的稳定流量。
中、小型车用柴油机多为低增压，采用脉冲系统较为有利；大型柴油机增压比高，宜采用定压系统；但是，车用柴油机从提高低速转矩和加速性能角度考虑，即使增压比较高，也常选用脉冲增压系统。
4-23 为什么涡轮增压柴油机的机械效率一般比原型自然吸气式发动机的高？是不是所有工况都高？有没有机械效率反而低的情况？为什么？
解：增压后发动机由于利用废气能量做功增加了一块泵气正功，使其机械效率有所提高。
不是所有工况都高。
低速工况和动态工况下机械效率可能机械效率反而低。
低速工况时，涡轮增压效果较弱，机械效率较低，且低速转矩特性不足。
动态工况下，气流响应需要时间，增压器叶片也有较大惯性，动态过渡过程过长，影响发动机排放和经济性能。
4-24 为什么涡轮增压发动机会出现压气机后增压压力pb小于涡轮机前入口压力pk的情况？哪些工况会是这样？pb大于pk是否就意味着会出现理论和实际泵气正功？为什么？ 解：起动工况、加速工况、低速小负荷工况下，可能压气机后增压压力反而小于涡轮机前入口压力。
起动工况时，涡轮增压没有介入； 加速工况时，由于压气机需要的响应时间较长，增压压力上升比涡轮机前入口压力的上升存在一定的迟滞；
低速小负荷工况时，涡轮增压效率低。
pb大于pk意味着理论泵气正功，但实际泵气不一定是正功，因为可能存在较大的泵气损失，使实际泵气功为负。
4-25 采用哪些技术措施可以解决常规涡轮增压柴油机的NOx排放高、低速转矩特性差以及动态响应慢等缺点？为什么？
解：增压中冷技术可以降低NOx排放，同时进一步增大输出功率。因为采用增压中冷增加了进气量，同时降低了进气温度。
电控可变喷嘴环截面涡轮增压技术，可以有效增大低速转矩。因为实现了对增压压力和增压器效率的优化控制。
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电控燃油喷射技术可有效降低NOx排放和燃烧噪声。因为实现了可变燃油喷射时刻和喷射速率。
此外，以上电控技术的应用改善了柴油机的动态性能。因为电控技术的应用使得对柴油机的瞬态控制更加灵活、迅速。
4-26 为什么汽油机采用涡轮增压的比例越来越高？涡轮增压汽油机是如何解决应用中存在的相关问题的？
解：因为和柴油机类似，汽油机采用涡轮增压可以提高动力性能、改善经济性能、改善排放性能、降低燃烧及排气噪声、降低制造成本，所以汽油机采用涡轮增压的比例越来越高。
解决汽油机增压应用问题的主要措施包括：
（1）应用电控技术，可以改善动态特性、防止爆燃和降低热负荷；
（2）应用增压中冷技术，可以提高动力性、改善经济性，同时对消除爆燃、降低热负荷以及减少NOx排放有利；
（3）采用增压压力控制系统，可以降低增压比，避免爆燃和过高的热负荷，并有利于高、低速转矩特性的控制。
（4）提高燃料辛烷值、改进发动机制造工业和增压器叶片材质等。
4-27 以曲轴箱扫气式二冲程汽油机为例，说明二冲程发动机的进气、压缩、燃烧、排气四个过程是如何在两个冲程内完成的。
解：活塞向下移动的冲程，先燃烧、膨胀做功，然后排气孔打开，自由排气，再往后扫气孔打开，被压缩的新鲜工质从曲轴箱通过扫气孔进入气缸，一边向气缸充气，一边帮助排气，称为扫气。活塞向上移动的冲程，先是继续扫气，扫气孔关闭后还继续排气，排气孔关闭后则进行压缩，接近上止点时着火燃烧。活塞上行冲程的某一时刻，活塞下边缘将扫气孔打开，曲轴箱吸入新鲜工质，以备下一循环充气、扫气用。
4-28 二冲程发动机有哪几种常用的扫气系统？比较这些系统的优缺点及应用场合。 解：扫气系统包括横流扫气、回流扫气和直流扫气。
横流扫气扫气孔和排气孔分别布置在气缸两侧。结构简单，但换气效果不佳，两侧缸壁的热负荷和受力都不均匀。
回流扫气扫、排气孔布置在气缸同侧。扫气效果要比横流扫气好很多，同时保留了结构简单的优点。
直流扫气在缸盖上设置排气门以代替排气孔，扫气孔沿切线排列。大大改善了换气质量，优点很多。但由于增设了排气门机构，换气系统复杂，发动机高度增加。
4-29 为什么二冲程汽油机没有在汽车中得到广泛应用？如果想发展车用二冲程汽油机，应采用哪些技术措施？
解：二冲程汽油机的主要优点是升功率高，动力性好；其主要缺点是换气效果差，经济性能和排放性能受限。
发展车用二冲程汽油机需要找到高效的换气（扫气）技术，改善换气效果，提高充量系数，同时减少扫气过程中的HC排放。例如，可以采用换气效果最好的直流扫气技术代替目前常用的回流扫气技术。
第五章
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5-1 汽车发动机的面工况是由哪些工况线所限定的？在Pe-n或Ttq-n工况面上画出各限制线，并标出常用的典型工况点。
解：上缘的各转速最大功率限制线；右侧各负荷条件下的最高转速限制线；左侧的发动机最低稳定工作转速限制线。
5-2 在汽车发动机工况平面图上定性准确地画出外特性转矩线、最小等油耗线、最大等功率线和汽车四档阻力线等四条曲线，并简单说明每条曲线的变化特点。 解：示意性的汽车发动机工况运行图（发动机全特性图）如下所示：
外特性转矩线是在发动机的供油量调节装置处于最大供油位置时发动机的转矩随转速的变化曲线。转矩线主要受充量系数和机械效率的影响，在某一较低转速处有最大值，然后随转速上升而较快下降，转速愈高，降得愈快。
对于车用发动机，理想的最小等油耗线包围的经济圈应该位于最高挡阻力线中速略偏低的部位，并使最小等油耗线圈在横向拉长一些。
发动机的功率正比于转速和平均有效压力，因而最大等功率线呈现出“跷跷板”的变化趋势，是一支双曲线，且与外特性转矩线相切。
汽车的行驶阻力随车速的上升呈平方增大趋势，因此在挡位一定的时候也随着发动机转速的上升呈现出了平方增大的关系。
5-3 什么是汽车发动机的标定工况？轿车汽油机和重型载货车柴油机确定标定工况时的出发点是什么？二者的标定功率，哪一个更接近发动机的极限最大功率？
解：标定工况：发动机铭牌上规定的最大输出功率Pemax及其对应转速所确定的工况。轿车使用15min功率。适用于短时间使用最大功率的发动机。重型载货车柴油机使用1h功率。适用于较长时间的重在使用。轿车更接近。
5-4 什么是发动机的运行特性和调整特性？研究运行特性和调整特性的意义各是什么？ 解：运行特性：发动机稳态工况条件下的特性。为了了解发动机的性能指标与特性参数随着各种可变因素变化的规律。
调整特性：发动机转速和油量调节位置不变下，各种性能指标随调整参数变化的规律。对发动机性能进行优化。
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5-5 发动机稳态运行与动态运行最本质的区别是什么？为什么轿车在市内行驶时其动态运行所占比例要大大超过稳态运行？试举三种动态运行的例子，并简述其动态过程。
解：发动机各个运行参数发生变化的是动态特性，不变的是稳态特性。因为市内车辆较多，路况复杂，需要不断调整运行参数。
5-6 为什么汽油机和柴油机的指示效率ηit随转速n变化的速度特性曲线总是在高、低速两端降低一些？为什么二者的ηit随负荷变化的趋势又相反？
解：对汽油机，低速时，缸内气流运动减弱，火焰传播速度降低，漏气和散热损失增加。高速时，燃烧所占的曲柄转角增大，等容度变小，燃烧不充分。对柴油机，低速时，燃料喷射压力减小，缸内气流运动减弱，对混合气形成和燃烧不利，且传热增加。高速时，喷油及燃烧持续期增加，充量系数下降，过浓。
对汽油机，小负荷时节气门开度小，残余废气增加，燃烧速度变慢，负荷减小，过量空气系数降低，燃烧不完全，气化条件恶化和传热增加。对柴油机，一方面小负荷意味着喷油量下降，喷油和燃烧持续期都降低，等容度上升；另一方面混合气变稀，k上升。
5-7 为什么说柴油机的速度特性曲线主要是由油泵的供油速度特性曲线gb-n决定？而汽油机的速度特性曲线则是由充量系数的速度特性曲线φc-n决定？ 解：柴油机为质调节，空气一般过量，做功多少主要由喷油量的多少决定。汽油机为量调节，过量空气系数在1附近，做功多少主要由进气量决定。
5-8 汽油机和柴油机的负荷特性曲线总体变化趋势如何？有什么差别？为什么会有这些差别？解释二者实际的使用燃料消耗率比标定工况燃料消耗率相差更大的原因。
解：指示效率都是中间高，汽油机更偏向大负荷。机械效率都随负荷增加而增加。油耗与指示效率的变化正好相反。
汽油机小负荷燃烧不好，泵气损失高，随着负荷增加得到改善。柴油机小负荷等容度高，k大，随着负荷增加而恶化。负荷增加，机械损失增加较少，所以机械效率增加。
5-9 画出汽油机和柴油机在全、中、小负荷三种情况下，Pe和Ttq的速度特性曲线（汽油机及柴油机各画一图）。对比说明两种机型的速度特性曲线的变化特点，并解释造成差异的主要原因。两种机型外特性线形状对整车动力性是有利还是不利？如不利，可采用什么措施加以改进？画出改进后的特性曲线。
解：汽、柴油机在全、中负荷和小负荷三种情况下Pe和Ttq的速度特性曲线分别如下图所示：
全中Ttq PeTtq小全中小Pe
汽油机Ttq线总体上向下倾斜较大，低负荷时倾斜更大；而柴油机Ttq线总体变化平坦，低负荷时甚至上扬。这主要是由于汽油机的转矩Ttq主要取决于充量系数和机械效率的影响，
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柴油机在不同油量调节杆位置时的速度特性曲线n