2025年大学内燃机原理考试题及答案

2025年大学内燃机原理考试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.在内燃机理论循环中，若保持压缩比和加热量不变，混合加热循环的热效率与定容加热循环相比：A.更高B.更低C.相等D.无法确定2.柴油机喷油提前角过大时，最可能出现的现象是：A.燃烧噪音降低B.最高爆发压力下降C.冷启动困难D.后燃期延长3.汽油机过量空气系数φa=1.2时，燃烧产物中主要的有害成分为：A.CO和HCB.NOx和O3C.HC和NOxD.CO和NOx4.四冲程发动机换气过程中，进排气门重叠角的主要作用是：A.增加进气量B.减少排气阻力C.利用废气惯性排出残余废气D.降低泵气损失5.评价内燃机经济性能的常用指标是：A.平均有效压力B.指示热效率C.升功率D.比质量6.天然气发动机与汽油机相比，其燃烧速度较慢的主要原因是：A.燃料分子量较大B.燃料辛烷值较低C.可燃混合气热值较高D.燃料与空气的扩散速率较低7.柴油机喷油器针阀偶件的密封锥面磨损后，最可能导致：A.喷油压力升高B.喷油持续期缩短C.喷油雾化质量下降D.喷油提前角增大8.在内燃机热力循环中，若压缩过程的多变指数n1增大，膨胀过程的多变指数n2减小，则循环热效率将：A.升高B.降低C.不变D.先升后降9.某汽油机在中等负荷时，采用分层燃烧技术的主要目的是：A.提高压缩比B.降低泵气损失C.减少HC排放D.增强混合气湍流10.国七排放标准对柴油机颗粒物（PM）的限值较国六进一步降低，最有效的技术应对措施是：A.优化喷油规律B.增加EGR率C.采用颗粒捕集器（GPF）D.提高燃油十六烷值二、填空题（每空1分，共20分）1.内燃机理论循环中，定压加热循环的热效率主要取决于______和______。2.汽油机的燃烧过程可分为______、______和______三个阶段。3.柴油机的燃烧放热规律通常用______、______和______三个要素描述。4.评价换气过程质量的指标主要有______、______和______。5.内燃机的机械损失主要包括______、______、______和______。6.氢燃料发动机的主要排放物是______和______，几乎不含______和______。三、简答题（每题6分，共30分）1.简述四冲程柴油机与汽油机在工作过程中的主要差异。2.分析过量空气系数对汽油机燃烧过程及排放的影响。3.说明可变气门正时（VVT）技术改善发动机性能的原理。4.对比柴油机直喷（DI）与预燃室式（IDI）燃烧系统的优缺点。5.解释内燃机热效率难以突破55%的主要热力学限制。四、分析计算题（共20分）1.某四缸四冲程汽油机，气缸直径D=85mm，活塞行程S=90mm，标定转速n=5500r/min，有效功率Pe=85kW，燃油消耗率be=265g/(kW·h)，汽油低热值Hu=44000kJ/kg。（1）计算发动机排量Vh和平均有效压力pme；（6分）（2）计算有效热效率ηet；（4分）（3）若该发动机指示热效率ηit=0.38，机械效率ηm=0.85，判断是否合理并说明原因。（5分）2.某柴油机在标定工况下，喷油提前角为15°CABTDC，燃烧放热始点为5°CABTDC，燃烧重心位于10°CAATDC，燃烧持续期为40°CA。现需通过优化喷油参数将燃烧重心调整至8°CAATDC，分析可能的调整措施及其对发动机性能的影响。（5分）五、综合论述题（10分）结合当前内燃机技术发展趋势，论述“高热效率+低排放”目标下，汽油发动机与柴油发动机在技术路径上的异同。要求从燃烧系统设计、换气过程优化、后处理技术及燃料适应性等方面展开分析。答案一、单项选择题1.A2.C3.C4.C5.B6.D7.C8.A9.B10.C二、填空题1.压缩比；定压预胀比2.着火延迟期；明显燃烧期；后燃期3.放热速率；放热起始点；放热持续期4.充量系数；残余废气系数；泵气损失5.摩擦损失；驱动附件损失；泵气损失；泄漏损失6.水（H₂O）；氮氧化物（NOx）；一氧化碳（CO）；碳氢化合物（HC）三、简答题1.主要差异：（1）点火方式：汽油机为火花塞点火，柴油机为压燃；（2）混合气形成：汽油机在气缸外（或缸内）预混合，柴油机在缸内高压喷射雾化混合；（3）压缩比：柴油机压缩比（15-22）远高于汽油机（8-12）；（4）负荷调节：汽油机采用节气门调节（量调节），柴油机通过喷油量调节（质调节）；（5）燃烧特性：汽油机为均质混合气火焰传播燃烧，柴油机为扩散燃烧为主。2.影响：（1）φa<1（浓混合气）：燃烧不完全，CO、HC排放增加，火焰传播速度快，爆震倾向增大；（2）φa=1（理论混合气）：燃烧最完全，NOx排放达峰值；（3）1<φa<1.1（稀混合气）：燃烧速度略降，NOx减少，HC因淬熄效应可能增加；（4）φa>1.1（极稀混合气）：燃烧不稳定，循环变动加剧，HC排放显著上升，热效率因散热损失增加而下降。3.原理：通过调整进排气门的开启/关闭时刻，优化不同转速下的充气效率：（1）低速时增大进气门晚关角，利用进气惯性增加充量；（2）高速时减小晚关角，避免废气倒灌；（3）部分负荷时调整气门重叠角，利用内部EGR降低泵气损失；（4）协调进排气相位，改善缸内滚流/涡流强度，促进混合气均匀性，提升燃烧效率。4.直喷（DI）优点：热效率高（无预燃室热损失）、燃油消耗低、结构简单；缺点：燃烧噪声大、排放（尤其NOx、PM）控制难度高、对喷油系统要求高。预燃室式（IDI）优点：燃烧柔和（预燃室中部分燃烧降低主燃室压力升高率）、排放较低、对燃油品质敏感性低；缺点：热效率低（预燃室散热损失大）、燃油消耗高、启动性能差（冷机时预燃室温度低）。5.热力学限制：（1）卡诺循环效率限制：实际循环最高温度受材料耐温性（约2500K）和最低温度（环境温度约300K）限制，卡诺效率约88%，但实际循环为混合加热循环，效率远低于此；（2）传热损失：高温燃气与缸壁间的对流、辐射换热导致能量损失（约20%-30%）；（3）燃烧不完全损失：受混合均匀性、燃烧时间限制，存在未燃HC和CO；（4）排气损失：高温废气带走大量能量（约30%-40%）；（5）摩擦损失：机械部件摩擦功占指示功的10%-20%。四、分析计算题1.（1）排量Vh=πD²S/4×i=3.14×(0.085)²×0.09/4×4≈0.00206m³=2.06L；平均有效压力pme=30Pe×10³/(nVh×i/2)=30×85×10³/(5500×0.00206×4/2)≈30×85000/(5500×0.00412)≈30×85000/22.66≈1.13MPa（或通过pme=Pe/(Vh×n/120×i)计算，结果一致）。（2）有效热效率ηet=3.6×10³/(be×Hu)=3.6×10³/(265×44000)=3600/(11660000)≈0.308（30.8%）。（3）ηit=ηet/ηm=0.308/0.85≈0.362，与题目中ηit=0.38接近（误差可能来自计算近似），因此合理。说明机械损失占指示功的15%，符合四冲程汽油机机械效率（0.75-0.90）的范围。2.调整措施：（1）减小喷油提前角（如从15°CABTDC降至12°CABTDC），延迟喷油起始点，使燃烧放热始点后移；（2）提高喷油压力，增强雾化和混合速度，缩短着火延迟期，使燃烧重心提前；（3）优化喷油规律（如采用预喷射+主喷射），预喷射油量增加可提前释放部分热量，调整主喷射正时控制燃烧重心；（4）调整EGR率或进气充量，改变缸内温度和氧浓度，影响燃烧速率。影响：燃烧重心从10°CAATDC提前至8°CAATDC，可减少后燃期热量损失，提高热效率；但需避免压力升高率过大（>0.5MPa/°CA），否则导致燃烧噪音和机械负荷增加；同时需平衡NOx排放（燃烧温度升高可能增加NOx提供），可能需要配合EGR或后处理技术。五、综合论述题汽油与柴油发动机在“高热效率+低排放”目标下的技术路径异同：燃烧系统设计：汽油机：采用缸内直喷（GDI）+分层燃烧技术，提高混合气均匀性；优化压缩比（12-15），结合米勒循环（进气门早关）降低爆震倾向；开发高湍流燃烧室（如滚流比2.5-3.0），加速火焰传播。柴油机：推广高压共轨（2500-3000bar）+多次喷射（预喷、主喷、后喷），优化放热规律；采用浅ω型燃烧室（挤流比1.8-2.2），增强空气利用率；应用双VGT（可变截面涡轮）提高进气压力，改善扩散燃烧效率。换气过程优化：汽油机：广泛应用VVT+iVVL（可变气门升程），部分负荷通过闭缸技术（如2缸停缸）降低泵气损失；配合电动增压器（eBooster）解决涡轮迟滞，提升低速充量系数（目标>1.2）。柴油机：采用二级涡轮增压（高压级+低压级）+EGR冷却（水冷+空冷两级），实现大EGR率（30%-40%）下的低NOx燃烧；优化进排气道流动（流量系数>0.45），减少流动损失。后处理技术：汽油机：国七标准下需配置GPF（颗粒捕集器）+ASC（氨氧化催化器）的组合，解决GDI机型PM和NOx排放；部分机型采用48V轻混系统，利用电机辅助降低冷启动阶段排放。柴油机：升级DOC（氧化催化器）+DPF（柴油颗粒捕集器）+SCR（选择性催化还原）+ASC的集成后处理，SCR采用蜂窝陶瓷载体（400cpsi）和新型Cu-SSZ-13分子筛，NOx转化率>95%；DPF再生策略优化（主动再生温度<600℃），降低燃油消耗。燃料适应性：汽油机：兼容乙醇汽油（E10-E20）、甲醇汽油（M15），开发灵活燃料发动机（FFV）；探索HCCI（均质压燃）/RCCI（反应控制压燃）等新型燃烧模式，利用高辛烷值燃料（RON>98）实现低温燃烧。柴油机：推广生物柴油（B20）、HVO（氢化植物油）等可再生燃料，降低碳足迹；部分机型适配DME（二甲醚）或合成燃料（e-Fuel），需调整喷油系统（如DME粘度低，需专用