发动机原理试题以及答案

发动机原理试题以及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.下列理论循环中，压缩比和加热量相同时，热效率最高的是：A.奥托循环（等容加热）B.迪塞尔循环（等压加热）C.萨巴特循环（混合加热）D.卡诺循环2.过量空气系数φa=1.2的混合气属于：A.浓混合气（燃料过多）B.理论混合气（完全燃烧）C.稀混合气（空气过多）D.过稀混合气（无法点燃）3.四冲程发动机换气过程中，进排气门同时开启的现象称为：A.气门重叠B.气门早开C.气门晚关D.气门升程4.柴油机燃烧过程中，燃烧速率最快、缸内压力急剧上升的阶段是：A.滞燃期（着火延迟期）B.急燃期（速燃期）C.缓燃期（主燃期）D.后燃期5.汽油机爆燃（敲缸）的主要原因是：A.点火提前角过小B.末端混合气在火焰传播到达前自燃C.燃料辛烷值过高D.压缩比过低6.衡量发动机实际循环动力性能的重要指标是：A.平均指示压力（pmi）B.压缩比（ε）C.过量空气系数（φa）D.升功率（PL）7.下列措施中，不能提高充气效率的是：A.增大进气门流通截面积B.提高进气终了温度C.优化配气相位（推迟排气门关闭）D.采用涡轮增压技术8.柴油机喷油规律中，“先缓后急”的喷油方式主要目的是：A.减少滞燃期内喷入的油量B.增加最大爆发压力C.提高燃油雾化质量D.降低喷油器磨损9.发动机排放的主要污染物中，高温富氧条件下生成的是：A.碳氢化合物（HC）B.一氧化碳（CO）C.氮氧化物（NOx）D.颗粒物（PM）10.某四冲程六缸发动机，发火顺序为1-5-3-6-2-4，当第1缸处于做功冲程上止点时，第5缸的工作状态是：A.进气冲程B.压缩冲程C.做功冲程D.排气冲程二、填空题（每空1分，共20分）1.发动机实际循环由______、______、______、______、______五个过程组成。2.压缩比ε定义为______与______的比值，汽油机的压缩比通常为______，柴油机的压缩比通常为______。3.燃烧过程的三个阶段是______、______、______。4.评价发动机经济性的指标主要有______和______，单位分别为______和______。5.柴油机的燃烧方式属于______，汽油机的燃烧方式属于______；柴油机的负荷调节方式是______，汽油机的负荷调节方式是______。6.发动机排放的主要污染物包括______、______、______、______。三、简答题（每题8分，共40分）1.简述四冲程发动机与二冲程发动机的主要区别及各自优缺点。2.分析压缩比对发动机性能的影响（从动力性、经济性、排放和爆燃倾向等方面）。3.解释柴油机“滞燃期”的定义及其对燃烧过程的影响。4.说明废气再循环（EGR）系统的工作原理及其对发动机排放的影响。5.比较汽油机与柴油机在混合气形成、着火方式及负荷调节方式上的差异。四、计算题（每题10分，共20分）1.某四冲程汽油机，气缸数i=4，缸径D=80mm，行程S=90mm，转速n=3000r/min，平均指示压力pmi=0.8MPa，机械效率ηm=0.85。求：（1）发动机的指示功率Pi（kW）；（2）有效功率Pe（kW）；（3）平均有效压力pme（MPa）。2.某柴油机燃烧1kg柴油消耗16kg空气，柴油的理论空气量为14.3kg/kg。求：（1）过量空气系数φa；（2）空燃比（A/F）；（3）若该柴油机混合气过稀，分析其对燃烧效率和排放的影响。五、分析题（20分）结合发动机实际循环与理论循环的差异，分析影响发动机热效率的主要因素，并提出提高热效率的具体技术措施（至少5项）。答案及解析一、单项选择题1.A解析：奥托循环（等容加热）在压缩比和加热量相同时，热效率高于等压加热的迪塞尔循环；萨巴特循环介于两者之间；卡诺循环是理想循环，实际无法实现。2.C解析：φa>1为稀混合气，φa=1为理论混合气，φa<1为浓混合气。3.A解析：气门重叠指进排气门同时开启的现象，利用气流惯性增加充气量。4.B解析：急燃期内，已燃混合气膨胀推动活塞，缸内压力和温度急剧上升，燃烧速率最快。5.B解析：爆燃是末端混合气在火焰传播到达前因高温高压自燃，产生冲击波敲击缸壁。6.A解析：平均指示压力pmi反映单位气缸工作容积的指示功，是衡量实际循环动力性能的核心指标。7.B解析：充气效率ηv=实际进气量/理论进气量，进气终了温度升高会导致空气密度下降，ηv降低。8.A解析：“先缓后急”喷油可减少滞燃期内喷入的油量，降低急燃期的压力上升速率，减少燃烧噪声和NOx排放。9.C解析：NOx在高温（>1800K）、富氧条件下由N₂和O₂反应生成；HC和CO源于不完全燃烧，PM主要来自柴油机的碳烟。10.B解析：六缸发动机工作间隔角为720°/6=120°CA。1缸做功上止点时，5缸处于压缩冲程（1缸做功→5缸压缩，间隔120°CA）。二、填空题1.进气、压缩、燃烧、膨胀、排气2.气缸总容积（Va）、燃烧室容积（Vc）、8~12、15~223.滞燃期、急燃期、后燃期4.有效燃油消耗率（be）、指示燃油消耗率（bi）、g/(kW·h)、g/(kW·h)5.扩散燃烧、预混合燃烧、质调节（调节循环供油量）、量调节（调节节气门开度）6.CO、HC、NOx、PM（颗粒物）三、简答题1.四冲程与二冲程发动机的区别及优缺点：区别：四冲程完成一个工作循环需4个冲程（曲轴720°），二冲程需2个冲程（曲轴360°）。四冲程优点：换气彻底（进排气分开）、热效率高、噪声低；缺点：结构复杂、功率密度低。二冲程优点：结构简单、功率密度高（曲轴每转做功一次）；缺点：换气不彻底（部分新气随废气排出）、燃油消耗率高、排放差。2.压缩比对发动机性能的影响：动力性：压缩比↑→压缩终了压力/温度↑→燃烧速率↑→指示功↑→动力性↑（但过高可能因爆燃或压力过高限制）。经济性：压缩比↑→热效率ηt↑（ηt=1-1/ε^(k-1)）→燃油消耗率↓（但后燃期延长可能抵消部分收益）。排放：压缩比↑→燃烧温度↑→NOx↑；但燃烧更完全→HC/CO↓。爆燃倾向：汽油机压缩比过高→压缩终了温度↑→末端混合气易自燃→爆燃倾向↑（需匹配高辛烷值燃料）；柴油机压缩比高是必要的（压燃着火），但过高可能导致工作粗暴。3.柴油机滞燃期的定义及影响：滞燃期（着火延迟期）：从喷油开始到燃烧开始（压力偏离压缩线）的时间或曲轴转角。影响：滞燃期内喷入的油量决定了急燃期的燃烧速率和压力上升率（Δp/Δθ）。滞燃期过长→喷入油量多→急燃期压力上升率↑→燃烧噪声大（工作粗暴），且易导致NOx生成量增加；滞燃期过短→喷油与空气混合不充分→燃烧不完全→PM排放增加。4.EGR系统的工作原理及对排放的影响：原理：将部分废气引入进气系统，与新鲜空气混合后进入气缸。废气中的CO₂和H₂O比热容大，可降低燃烧温度；同时稀释混合气中O₂浓度，抑制NOx生成。影响：降低NOx排放（主要作用）；但EGR率过高→燃烧温度过低→HC/CO排放增加，甚至导致失火；柴油机大负荷时EGR率需限制（避免PM增加）。5.汽油机与柴油机的差异：混合气形成：汽油机在气缸外（进气歧管）通过化油器或喷油器形成预混合均匀混合气；柴油机在气缸内（压缩冲程末期）通过高压喷油器将燃油喷入高温空气，边混合边燃烧（扩散燃烧）。着火方式：汽油机为点燃式（火花塞点火）；柴油机为压燃式（压缩终了温度超过燃油自燃温度）。负荷调节：汽油机为量调节（通过节气门改变进气量，循环供油量基本不变）；柴油机为质调节（节气门全开，通过喷油泵改变循环供油量）。四、计算题1.（1）指示功率Pi计算：气缸工作容积Vh=πD²S/4=3.14×(0.08m)²×0.09m/4≈4.52×10⁻⁴m³=0.452L四冲程发动机指示功率公式：Pi=pmi×Vh×i×n/(120×10³)代入数据：Pi=0.8×10⁶Pa×4.52×10⁻⁴m³×4×3000/(120×10³)=0.8×4.52×4×3000/(120×10³)×10⁶×10⁻⁴=0.8×4.52×4×25×10⁻¹=0.8×4.52×10=36.16kW（2）有效功率Pe=Pi×ηm=36.16kW×0.85≈30.74kW（3）平均有效压力pme=pmi×ηm=0.8MPa×0.85=0.68MPa2.（1）过量空气系数φa=实际空气量/理论空气量=16kg/(14.3kg/kg×1kg)=16/14.3≈1.118（2）空燃比A/F=实际空气量/燃油量=16kg/1kg=16（3）混合气过稀（φa>1.1~1.2）的影响：燃烧效率：初期因空气充足，燃烧更完全，效率↑；但过稀（φa>1.3~1.4）时，火焰传播速度↓，可能导致失火或后燃，效率↓。排放：NOx生成量先因高温富氧↑，但过稀时燃烧温度↓（因混合气热值降低），NOx↓；HC/CO因燃烧不完全↑；柴油机过稀时，PM（碳烟）因缺氧减少（但需平衡喷油与混合）。五、分析题实际循环与理论循环的差异主要包括：①工质变化（实际工质为变比热容、燃烧产物的混合气体，理论循环假设为理想气体）；②燃烧非瞬时（实际燃烧需时间，理论循环假设等容/等压瞬时加热）；③传热损失（实际循环存在气缸壁、活塞等的热传导，理论循环假设绝热）；④换气损失（实际存在进气阻力、排气提前等损失，理论循环无换气过程）；⑤不完全燃烧（实际存在HC、CO等未燃成分，理论循环假设完全燃烧）。影响热效率的主要因素：①压缩比ε（ε↑→ηt↑，但受爆燃或机械强度限制）；②燃烧规律（滞燃期短、燃烧重心靠近上止点→热效率↑）；③传热损失（减少气缸壁散热→ηt↑）；④换气效率（充气效率ηv↑→实际循环功↑）；⑤工质比热容（低比热容工质→温度上升快→膨胀功↑）。提高热效率的技术措施：1.高压缩比技术（汽油机采用缸内直喷+可变气门正时，抑制爆燃；柴油机优化燃烧室设