2025年4月发动机原理与结构习题与答案

2025年4月发动机原理与结构习题与答案一、选择题（每题2分，共20分）1.四冲程汽油机完成一个工作循环，曲轴转过的角度为（）。A.180°B.360°C.540°D.720°2.发动机压缩比的定义是（）。A.气缸工作容积与燃烧室容积之比B.气缸总容积与燃烧室容积之比C.气缸总容积与工作容积之比D.燃烧室容积与工作容积之比3.过量空气系数φa=1.2的混合气属于（）。A.浓混合气B.理论混合气C.稀混合气D.过浓混合气4.二冲程发动机与四冲程发动机相比，其主要缺点是（）。A.结构复杂B.换气质量差C.热效率高D.升功率低5.下列部件中，不属于曲柄连杆机构的是（）。A.活塞B.气门C.连杆D.曲轴6.柴油机燃烧过程中，“速燃期”的主要特征是（）。A.燃油喷入气缸B.火焰核形成C.压力急剧上升D.温度缓慢下降7.配气相位中，进气门早开的主要目的是（）。A.减少进气阻力B.增加进气量C.降低排气温度D.防止气门碰撞8.汽油机爆燃的根本原因是（）。A.点火过早B.混合气过稀C.末端混合气自燃D.燃烧室积碳9.发动机有效功率Pe与指示功率Pi的关系为（）。A.Pe>PiB.Pe=PiC.Pe<PiD.无固定关系10.水冷发动机中，节温器的作用是（）。A.控制冷却液流量B.提高机油压力C.调节进气温度D.降低排气背压二、简答题（每题8分，共40分）1.简述四冲程柴油机与汽油机工作循环的主要区别。答：四冲程柴油机与汽油机的工作循环均包含进气、压缩、做功、排气四个冲程，但存在以下核心差异：（1）进气冲程：汽油机吸入汽油与空气的混合气，柴油机仅吸入纯空气；（2）压缩冲程：汽油机压缩混合气（压缩比8-12），柴油机压缩纯空气（压缩比16-22），压缩终点温度更高；（3）做功冲程：汽油机通过火花塞点燃混合气，柴油机通过压缩空气的高温使燃油自燃（压燃）；（4）混合气形成：汽油机在气缸外（进气管）或缸内（直喷）预混合，柴油机在缸内高压喷射形成混合气。2.分析发动机充气效率的影响因素及提高措施。答：充气效率ηv是实际进入气缸的新鲜充量与理论充量的比值，影响因素包括：（1）进气系统阻力：进气管长度、直径、气门流通面积等增大阻力会降低ηv；（2）进气终了温度：温度越高，空气密度越低，ηv下降；（3）残余废气系数：排气不彻底导致残余废气增多，挤占新鲜充量；（4）配气相位：进气门早开晚关、排气门早开晚关可优化换气；提高措施：优化进排气道设计（减少阻力）、采用可变配气相位（VVT）、涡轮增压（增加进气压力）、降低进气温度（中冷器）、增大气门升程等。3.说明柴油机喷油器的作用及对其性能的要求。答：喷油器的核心作用是将高压燃油雾化成细小油滴，均匀分布在燃烧室中，促进与空气的混合和燃烧。对其性能要求包括：（1）喷射压力：满足雾化需求（通常100-200MPa）；（2）喷雾特性：油束锥角、射程与燃烧室形状匹配（如直喷式柴油机需小锥角、长射程）；（3）喷射规律：初期喷油率低（降低燃烧噪声），后期喷油率高（改善燃烧效率）；（4）密封性：针阀与阀座配合严密，防止滴漏（避免后燃和积碳）；（5）响应速度：快速开启和关闭，保证喷油正时精确。4.解释发动机爆燃的现象、危害及预防措施。答：爆燃是汽油机中，末端未燃混合气在火焰前锋到达前因高温高压自燃，产生多个火焰中心，导致局部压力剧烈波动的现象。危害：（1）气缸内产生尖锐金属敲击声（爆震声）；（2）发动机功率下降、油耗增加；（3）气缸壁温度升高，可能导致活塞、气门烧蚀；（4）加剧零件磨损。预防措施：（1）选用高辛烷值汽油（提高抗爆性）；（2）降低压缩比；（3）延迟点火提前角；（4）改善燃烧室设计（缩短火焰传播距离）；（5）控制进气温度（如中冷器降温）；（6）减少积碳（避免热点形成）。5.简述曲柄连杆机构的组成及各部分功能。答：曲柄连杆机构由机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组三部分组成：（1）机体组：包括气缸体、气缸盖、油底壳等，是发动机的骨架，提供气缸工作空间，支撑运动部件；（2）活塞连杆组：包括活塞、活塞环、活塞销、连杆等。活塞将燃气压力传递给连杆，活塞环密封气缸（气环）、刮油（油环），连杆将活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动；（3）曲轴飞轮组：包括曲轴、飞轮、扭转减振器等。曲轴将连杆的推力转化为扭矩输出，飞轮储存和释放能量（稳定转速），扭转减振器降低曲轴扭转振动。三、计算题（每题10分，共30分）1.某四冲程六缸汽油机，缸径D=85mm，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）发动机排量VL；（2）指示功率Pi；（3）有效功率Pe。解：（1）单缸工作容积Vh=πD²S/4=3.14×(0.085m)²×0.09m/4≈0.000510L（计算时注意单位转换，实际应为0.000510m³=0.510L）；发动机排量VL=6×Vh=6×0.510L=3.06L；（2）指示功率Pi=(pmi×VL×n)/(120×τ)，其中τ=4（四冲程）；代入数据：Pi=(0.8×10⁶Pa×0.00306m³×3000r/min)/(120×4)=(0.8×10⁶×0.00306×3000)/(120×4)=(7344000)/(480)≈15300W=15.3kW；（3）有效功率Pe=Pi×ηm=15.3kW×0.85≈13.0kW。2.某柴油机燃烧1kg燃油消耗16kg空气，已知理论空燃比为14.3。求过量空气系数φa，并判断混合气浓度。解：过量空气系数φa=实际空气量/理论空气量=16kg/14.3kg≈1.12；因φa>1，属于稀混合气。3.某发动机测得有效扭矩Te=250N·m，转速n=2000r/min，燃料低热值Hu=43000kJ/kg，小时耗油量Gt=18kg/h。求：（1）有效功率Pe；（2）有效燃油消耗率be。解：（1）有效功率Pe=Te×n/(9550)=250N·m×2000r/min/9550≈52.36kW；（2）有效燃油消耗率be=(Gt×1000)/Pe=(18kg/h×1000g/kg)/52.36kW≈343.8g/(kW·h)。四、综合分析题（20分）某车用汽油机在高负荷工况下出现动力不足、油耗升高，且排气管冒黑烟。结合发动机原理与结构知识，分析可能的故障原因及排查方法。答：可能的故障原因及排查方法如下：1.混合气过浓：原因：空气流量计故障（误报进气量）、喷油器泄漏（持续喷油）、燃油压力过高（燃油泵或油压调节器失效）、氧传感器故障（无法反馈空燃比信号）。排查：用诊断仪读取氧传感器信号（正常应在0.1-0.9V波动）；测量燃油压力（标准约0.25-0.3MPa）；检查喷油器是否滴漏（拆卸后通电测试）。2.点火系统故障：原因：火花塞间隙过大（点火能量不足）、点火线圈老化（次级电压降低）、点火正时过晚（燃烧推迟，热量损失大）。排查：检查火花塞积碳及间隙（标准0.8-1.0mm）；用示波器检测点火波形（正常峰值电压15-25kV）；读取曲轴位置传感器信号（确认点火提前角是否符合MAP图）。3.进气系统堵塞：原因：空气滤清器堵塞（进气量减少）、节气门积碳（开度不足）、增压器故障（涡轮增压机型，压气机效率下降）。排查：检查空气滤清器脏污程度；用内窥镜观察节气门开度（全负荷应接近90°）；测量进气压力（自然吸气约80-95kPa，增压机型应高于大气压）。4.排气系统不畅：原因：三元催化器堵塞（排气背压升高，残余废气增多）、排气管变形（局部节流）。排查：检测排气背压（正常应小于0.03MPa）；拆除三元催化器后测试动力是否恢复（临时判断）。5.气缸密封性下降：原因：活塞环磨损（漏气量增加）、气缸壁拉伤（缸压不足）、气门密封不良（高温燃气泄