第四章 内燃机换气过程与增压
一、填空题（选做 20题）
1. 四冲程内燃机排气过程可以细分为：、、气。
2. 排气门提前开启的主要目的是：排气流通面积，减小排气阻力、减小活塞推挤废气的能量损耗 。
3. 进气门滞后关闭的主要目的是：以增大进气充量 。
4. 配气相位的四个角度中，对充量系数影响最大的是。
5. 发动机转速越高，一般进气门滞后关闭角应该越。
6. 当排气门截面小、发动机转速高时，排气门提前开启角应。
7. 四冲程内燃机的换气过程分为、、、气 、 过后吸气 等四个阶段。
8. 充量系数是内燃机每循环实际进气量与以状态充满气缸的工作容积的理论进气量之比。
9. 使内燃机充量系数增大的主要因素有：气缸内进气终了的压力 、 降低排气系统的阻力损失，减小缸内的残余废气系数 、 减少高温部件对进气的加热，以降低进气终了时的温度 、 合理的配气正时和气门升程规律 等。
10.汽油机随着负荷的减小，其充量系数将；随着转速的增加，其充量系数将 减小 。
11.对小型四冲程发动机，当进气Ma超过后，充量系数将急剧下降。
12.与四冲程内燃机相比，二冲程内燃机换气的特点有：、排气同时进行 、 扫气消耗的功大 等。
13.内燃机采用多气门技术的优点有：、、、等。
14.改善内燃机换气质量的主要措施有：、、、、等。
15.内燃机缸内气流的主要成分包括：、、、等。
16.普通废气涡轮增压柴油机的缺点有：、、等。
17.机械增压的主要优点有：、、等。
18.气波增压有何特点：、等。
19.采用可调废气涡轮增压器（VGT），主要是为了解决气压力低，动力性下降，响应差；高速高负荷时，超速超压 等问题。
20.压气机喘振的原因是：。
21.压气机堵塞的原因是：。
22.单纯增压，柴油机的排放将减少，排放将增加。
23.相对脉冲增压，定压增压对排气能量的利用率，涡轮效率高 。
24.汽油机采用增压的主要困难是：、重 、 对增压器有特殊要求 等。
25.车用柴油机宜采用涡轮增压系统的理由是：。
26.从对过渡工况的适应能力看，定压增压与脉冲增压哪一个较好？增压 。
27.车用柴油机常用增压系统，该类增压系统的涡轮效率 低 、加速性 好 。
二、论述与计算题（选做 10题）
1． 如何理解工况不同排气门的最佳提前开启角也会不同。
答：排气提前角的作用是增大排气截面面积，减少排气耗功；也就是使膨胀损失W和推出功损失X尽量小。不同工况时，使用不同的排气提前角正是为了使W与X的和最小。具体来看，当转速提高时应增大排气提前角。
2． 试解释内燃机换气要求与评价指标间的关系。
3． 在 P-V 坐标图上画出四冲程涡轮增压柴油机的换气过程——气
缸内气体压力的变化，并标出进、排气阀开启和关闭的近似位置
点，图上相关符号的意义。
4． 何为进气马赫数Z？试分析进气马赫数Z对充气效率λ的影响。
答：
平均进气马赫数Z定义为进气门座处的气流平均速度与进气门流通截面处气体声速的比值，即：Zvs
cs。进气马赫数综合了进气门大小、形状、升程规律
以及活塞速度等影响因素对进气的影响，用来衡量考察气门座处的流动情况。
当进气马赫数小于0.5时，对进气的影响不大；当进气马赫数大于0.5后，充量系数开始急剧下降，对进气造成不利影响。
5． 各配气相位角选择合理与否直接影响发动机换气过程的什么参
数？这些参数如何影响配气相位的选择？
6． 试论述气体波动效应改善发动机性能的机理与具体措施。
7． 解释说明利用进气管长度可变提高充气效率的原理。
答：
进气管长度对充气效率的影响主要体现在进气谐振对进气的影响：在发动机进气过程中，活塞的下行运动导致在进气管内产生膨胀波，该膨胀波在进气管的开口端反射，形成压缩波返回，向气缸方向传播。在一定的条件下（如一定的转速、进气管长度等），这种压缩波可以使得发动机进气过程将要结束时，进气门处的压力高于正常的进气压力，从而增加发动机的进气量，提高充量系数。实验得出：管径不变的条件下，随着转速的提高，最佳进气管长度逐渐减小。
8． 请详细列举说明提高充量系数的措施有哪些？
答：
1) 降低进气系统的阻力损失，提高气缸内进气终了时的压力；比如增加进
气门的数目，减小局部损失。
2) 降低排气系统的阻力损失，减小缸内的残余废气系数；比如采用多枝型
排气管或多排气管结构代替单排气管。
3) 减小高温零件对新鲜充量的加热，降低进气终了时的温度；比如进排气
管布置在发动机两侧。
4) 合理的配气正时和气门升程规律；比如采用可变气门系统。
9． 试分析内燃机进排气门提前开启和滞后关闭的原因。 在研制一台 新内燃机时， 你是如何考虑确定其进排气门提前开启和滞后关闭
角大小？其数值大小与哪些因素有关？
10．解释内燃机进排气门提前开启与滞后关闭的目的及何时应该增大配气相位角。
答：
进气提前角：增加进气流通面积，提高充量系数；
进气滞后角：利用进气流的惯性实现过后充气，提高充量系数；
排气提前角：增大排气流通面积，降低废气残余系数；降低气缸内的压力以减小强制排气时的推挤功；
排气滞后角：保持较大的排气流通截面积，减小排气阻力；利用排气流的流动惯性实现过后排气；实现扫气。
当发动机转速增加后，气流速度增大，换气时间缩短，应加大配气相位角；或者当发动机安装增压装置后，进气压力增大，应加大配气相位角。
11．试应用波动效应理论预测柴油机在哪几个转速时，充气效率 c
具有峰值。柴油机参数为：S195 型，单缸，S/D=115/95，工作
转速范围 n=15～34r/s，进气管长 2m，管径 d=42mm。
12．什么是断缸技术？
13．车用柴油机采用增压后要进行哪些调整？
答：
1) 压缩比与过量空气系数：发动机增压后应适当降低压缩比，适当加大过
量空气系数。
2) 供油系统：发动机增压后应增加每循环的供油量，以配合功率的增加；
适当减小喷油提前角，限制最高燃烧压力。
3) 配气相位：发动机增压后应合理的加大气门叠开角。
4) 进排气系统：发动机增压后进排气系统的设计要与增压系统的要求相一
致。
5) 增加空气冷却：发动机增压后，应对进气进行冷却，以提高充量系数，
降低排放。
14．什么是顺序增压？
15．为什么要追求涡轮、压气机可调？实现可调的措施有哪些？
16．增压后对柴油机的性能、工作粗暴度、排放等有什么影响？增加中冷后又如何？
答：
发动机采用增压后，指示热效率和机械效率略有提高，升功率增大，燃油消耗率降低，发动机的动力性和经济性均有提高。增压后缸内的工作压力和温度明显提高，机械负荷和热负荷加大，使得内燃机的可靠性和耐久性降低。另外，增压后，内燃机的HC、CO和颗粒物排放降低，氮氧化物排放增加。
增加中冷后，进气密度增加，充量系数进一步加大，发动机动力性提高。此外，发动机工作温度降低，有利于降低热负荷，降低排放。
17．论述汽油机增压的难点及实现方法。
答：
1) 爆燃：汽油机增压后，压缩始点压力温度提高，促使爆燃发生。可采用
降低压缩比、推迟点火时刻、进气中冷或者缸内直喷等方法实现增压，但可能会影响汽油机的性能。
2) 热负荷：汽油机增压后，平均工作温度提高，热负荷加大。可采用涡轮
前放气调节。
3) 对增压器的特殊要求：汽油机增压装置，要求体积小、耐高温性能好、
转动惯量小、有增压调节装置等。
18．一台车辆用多缸柴油机利用增压技术提高功率 20%时，试问采 用何种增压方式为宜， 原因何在？并指出发动机结构及工作过程 参数有何变化、原因何在？
19．将一台70kW的非增压柴油机通过增压技术使其功率达到88kW，使上述柴油机需要做哪些改动？
答：
1) 压缩比与过量空气系数：发动机增压后应适当降低压缩比，适当加大过
量空气系数。
2) 供油系统：发动机增压后应增加每循环的供油量，以配合功率的增加；
适当减小喷油提前角，限制最高燃烧压力。
3) 配气相位：发动机增压后应合理的加大气门叠开角。
4) 进排气系统：发动机增压后进排气系统的设计要与增压系统的要求相一
致。
5) 增加空气冷却：发动机增压后，应对进气进行冷却，以提高充量系数，
降低排放。
20．车用发动机采用增压时应进行哪些方面的调整？
21．说明增压柴油机扭矩适应性差的原因。 采用废气放气阀方案和可 调涡轮喷嘴面积方案解决扭矩适应性的问题在原理和性能上各
有何不同?
22．请说明柴油机脉冲增压系统的特点及何时应采用脉冲增压系统？ 答：
柴油机脉冲增压系统排气系统容量小，涡轮进口压力存在周期性脉动；节流损失小，排气能量利用率高；加速响应快。
因脉冲增压系统具有以上优点，所以常用于低增压，工况变化频繁，对增压器加速响应和转矩性能要求高的发动机中。
第四章 内燃机换气过程与增压
一、填空题（选做 20题）
1. 四冲程内燃机排气过程可以细分为：、、气。
2. 排气门提前开启的主要目的是：排气流通面积，减小排气阻力、减小活塞推挤废气的能量损耗 。
3. 进气门滞后关闭的主要目的是：以增大进气充量 。
4. 配气相位的四个角度中，对充量系数影响最大的是。
5. 发动机转速越高，一般进气门滞后关闭角应该越。
6. 当排气门截面小、发动机转速高时，排气门提前开启角应。
7. 四冲程内燃机的换气过程分为、、、气 、 过后吸气 等四个阶段。
8. 充量系数是内燃机每循环实际进气量与以状态充满气缸的工作容积的理论进气量之比。
9. 使内燃机充量系数增大的主要因素有：气缸内进气终了的压力 、 降低排气系统的阻力损失，减小缸内的残余废气系数 、 减少高温部件对进气的加热，以降低进气终了时的温度 、 合理的配气正时和气门升程规律 等。
10.汽油机随着负荷的减小，其充量系数将；随着转速的增加，其充量系数将 减小 。
11.对小型四冲程发动机，当进气Ma超过后，充量系数将急剧下降。
12.与四冲程内燃机相比，二冲程内燃机换气的特点有：、排气同时进行 、 扫气消耗的功大 等。
13.内燃机采用多气门技术的优点有：、、、等。
14.改善内燃机换气质量的主要措施有：、、、、等。
15.内燃机缸内气流的主要成分包括：、、、等。
16.普通废气涡轮增压柴油机的缺点有：、、等。
17.机械增压的主要优点有：、、等。
18.气波增压有何特点：、等。
19.采用可调废气涡轮增压器（VGT），主要是为了解决气压力低，动力性下降，响应差；高速高负荷时，超速超压 等问题。
20.压气机喘振的原因是：。
21.压气机堵塞的原因是：。
22.单纯增压，柴油机的排放将减少，排放将增加。
23.相对脉冲增压，定压增压对排气能量的利用率，涡轮效率高 。
24.汽油机采用增压的主要困难是：、重 、 对增压器有特殊要求 等。
25.车用柴油机宜采用涡轮增压系统的理由是：。
26.从对过渡工况的适应能力看，定压增压与脉冲增压哪一个较好？增压 。
27.车用柴油机常用增压系统，该类增压系统的涡轮效率 低 、加速性 好 。
二、论述与计算题（选做 10题）
1． 如何理解工况不同排气门的最佳提前开启角也会不同。
答：排气提前角的作用是增大排气截面面积，减少排气耗功；也就是使膨胀损失W和推出功损失X尽量小。不同工况时，使用不同的排气提前角正是为了使W与X的和最小。具体来看，当转速提高时应增大排气提前角。
2． 试解释内燃机换气要求与评价指标间的关系。
3． 在 P-V 坐标图上画出四冲程涡轮增压柴油机的换气过程——气
缸内气体压力的变化，并标出进、排气阀开启和关闭的近似位置
点，图上相关符号的意义。
4． 何为进气马赫数Z？试分析进气马赫数Z对充气效率λ的影响。
答：
平均进气马赫数Z定义为进气门座处的气流平均速度与进气门流通截面处气体声速的比值，即：Zvs
cs。进气马赫数综合了进气门大小、形状、升程规律
以及活塞速度等影响因素对进气的影响，用来衡量考察气门座处的流动情况。
当进气马赫数小于0.5时，对进气的影响不大；当进气马赫数大于0.5后，充量系数开始急剧下降，对进气造成不利影响。
5． 各配气相位角选择合理与否直接影响发动机换气过程的什么参
数？这些参数如何影响配气相位的选择？
6． 试论述气体波动效应改善发动机性能的机理与具体措施。
7． 解释说明利用进气管长度可变提高充气效率的原理。
答：
进气管长度对充气效率的影响主要体现在进气谐振对进气的影响：在发动机进气过程中，活塞的下行运动导致在进气管内产生膨胀波，该膨胀波在进气管的开口端反射，形成压缩波返回，向气缸方向传播。在一定的条件下（如一定的转速、进气管长度等），这种压缩波可以使得发动机进气过程将要结束时，进气门处的压力高于正常的进气压力，从而增加发动机的进气量，提高充量系数。实验得出：管径不变的条件下，随着转速的提高，最佳进气管长度逐渐减小。
8． 请详细列举说明提高充量系数的措施有哪些？
答：
1) 降低进气系统的阻力损失，提高气缸内进气终了时的压力；比如增加进
气门的数目，减小局部损失。
2) 降低排气系统的阻力损失，减小缸内的残余废气系数；比如采用多枝型
排气管或多排气管结构代替单排气管。
3) 减小高温零件对新鲜充量的加热，降低进气终了时的温度；比如进排气
管布置在发动机两侧。
4) 合理的配气正时和气门升程规律；比如采用可变气门系统。
9． 试分析内燃机进排气门提前开启和滞后关闭的原因。 在研制一台 新内燃机时， 你是如何考虑确定其进排气门提前开启和滞后关闭
角大小？其数值大小与哪些因素有关？
10．解释内燃机进排气门提前开启与滞后关闭的目的及何时应该增大配气相位角。
答：
进气提前角：增加进气流通面积，提高充量系数；
进气滞后角：利用进气流的惯性实现过后充气，提高充量系数；
排气提前角：增大排气流通面积，降低废气残余系数；降低气缸内的压力以减小强制排气时的推挤功；
排气滞后角：保持较大的排气流通截面积，减小排气阻力；利用排气流的流动惯性实现过后排气；实现扫气。
当发动机转速增加后，气流速度增大，换气时间缩短，应加大配气相位角；或者当发动机安装增压装置后，进气压力增大，应加大配气相位角。
11．试应用波动效应理论预测柴油机在哪几个转速时，充气效率 c
具有峰值。柴油机参数为：S195 型，单缸，S/D=115/95，工作
转速范围 n=15～34r/s，进气管长 2m，管径 d=42mm。
12．什么是断缸技术？
13．车用柴油机采用增压后要进行哪些调整？
答：
1) 压缩比与过量空气系数：发动机增压后应适当降低压缩比，适当加大过
量空气系数。
2) 供油系统：发动机增压后应增加每循环的供油量，以配合功率的增加；
适当减小喷油提前角，限制最高燃烧压力。
3) 配气相位：发动机增压后应合理的加大气门叠开角。
4) 进排气系统：发动机增压后进排气系统的设计要与增压系统的要求相一
致。
5) 增加空气冷却：发动机增压后，应对进气进行冷却，以提高充量系数，
降低排放。
14．什么是顺序增压？
15．为什么要追求涡轮、压气机可调？实现可调的措施有哪些？
16．增压后对柴油机的性能、工作粗暴度、排放等有什么影响？增加中冷后又如何？
答：
发动机采用增压后，指示热效率和机械效率略有提高，升功率增大，燃油消耗率降低，发动机的动力性和经济性均有提高。增压后缸内的工作压力和温度明显提高，机械负荷和热负荷加大，使得内燃机的可靠性和耐久性降低。另外，增压后，内燃机的HC、CO和颗粒物排放降低，氮氧化物排放增加。
增加中冷后，进气密度增加，充量系数进一步加大，发动机动力性提高。此外，发动机工作温度降低，有利于降低热负荷，降低排放。
17．论述汽油机增压的难点及实现方法。
答：
1) 爆燃：汽油机增压后，压缩始点压力温度提高，促使爆燃发生。可采用
降低压缩比、推迟点火时刻、进气中冷或者缸内直喷等方法实现增压，但可能会影响汽油机的性能。
2) 热负荷：汽油机增压后，平均工作温度提高，热负荷加大。可采用涡轮
前放气调节。
3) 对增压器的特殊要求：汽油机增压装置，要求体积小、耐高温性能好、
转动惯量小、有增压调节装置等。
18．一台车辆用多缸柴油机利用增压技术提高功率 20%时，试问采 用何种增压方式为宜， 原因何在？并指出发动机结构及工作过程 参数有何变化、原因何在？
19．将一台70kW的非增压柴油机通过增压技术使其功率达到88kW，使上述柴油机需要做哪些改动？
答：
1) 压缩比与过量空气系数：发动机增压后应适当降低压缩比，适当加大过
量空气系数。
2) 供油系统：发动机增压后应增加每循环的供油量，以配合功率的增加；
适当减小喷油提前角，限制最高燃烧压力。
3) 配气相位：发动机增压后应合理的加大气门叠开角。
4) 进排气系统：发动机增压后进排气系统的设计要与增压系统的要求相一
致。
5) 增加空气冷却：发动机增压后，应对进气进行冷却，以提高充量系数，
降低排放。
20．车用发动机采用增压时应进行哪些方面的调整？
21．说明增压柴油机扭矩适应性差的原因。 采用废气放气阀方案和可 调涡轮喷嘴面积方案解决扭矩适应性的问题在原理和性能上各
有何不同?
22．请说明柴油机脉冲增压系统的特点及何时应采用脉冲增压系统？ 答：
柴油机脉冲增压系统排气系统容量小，涡轮进口压力存在周期性脉动；节流损失小，排气能量利用率高；加速响应快。
因脉冲增压系统具有以上优点，所以常用于低增压，工况变化频繁，对增压器加速响应和转矩性能要求高的发动机中。