發(fā)動機原理試題以及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.下列理論循環(huán)中，壓縮比和加熱量相同時，熱效率最高的是：A.奧托循環(huán)（等容加熱）B.迪塞爾循環(huán)（等壓加熱）C.薩巴特循環(huán)（混合加熱）D.卡諾循環(huán)2.過量空氣系數(shù)φa=1.2的混合氣屬于：A.濃混合氣（燃料過多）B.理論混合氣（完全燃燒）C.稀混合氣（空氣過多）D.過稀混合氣（無法點燃）3.四沖程發(fā)動機換氣過程中，進排氣門同時開啟的現(xiàn)象稱為：A.氣門重疊B.氣門早開C.氣門晚關D.氣門升程4.柴油機燃燒過程中，燃燒速率最快、缸內(nèi)壓力急劇上升的階段是：A.滯燃期（著火延遲期）B.急燃期（速燃期）C.緩燃期（主燃期）D.后燃期5.汽油機爆燃（敲缸）的主要原因是：A.點火提前角過小B.末端混合氣在火焰?zhèn)鞑サ竭_前自燃C.燃料辛烷值過高D.壓縮比過低6.衡量發(fā)動機實際循環(huán)動力性能的重要指標是：A.平均指示壓力（pmi）B.壓縮比（ε）C.過量空氣系數(shù)（φa）D.升功率（PL）7.下列措施中，不能提高充氣效率的是：A.增大進氣門流通截面積B.提高進氣終了溫度C.優(yōu)化配氣相位（推遲排氣門關閉）D.采用渦輪增壓技術8.柴油機噴油規(guī)律中，“先緩后急”的噴油方式主要目的是：A.減少滯燃期內(nèi)噴入的油量B.增加最大爆發(fā)壓力C.提高燃油霧化質(zhì)量D.降低噴油器磨損9.發(fā)動機排放的主要污染物中，高溫富氧條件下生成的是：A.碳氫化合物（HC）B.一氧化碳（CO）C.氮氧化物（NOx）D.顆粒物（PM）10.某四沖程六缸發(fā)動機，發(fā)火順序為1-5-3-6-2-4，當?shù)?缸處于做功沖程上止點時，第5缸的工作狀態(tài)是：A.進氣沖程B.壓縮沖程C.做功沖程D.排氣沖程二、填空題（每空1分，共20分）1.發(fā)動機實際循環(huán)由______、______、______、______、______五個過程組成。2.壓縮比ε定義為______與______的比值，汽油機的壓縮比通常為______，柴油機的壓縮比通常為______。3.燃燒過程的三個階段是______、______、______。4.評價發(fā)動機經(jīng)濟性的指標主要有______和______，單位分別為______和______。5.柴油機的燃燒方式屬于______，汽油機的燃燒方式屬于______；柴油機的負荷調(diào)節(jié)方式是______，汽油機的負荷調(diào)節(jié)方式是______。6.發(fā)動機排放的主要污染物包括______、______、______、______。三、簡答題（每題8分，共40分）1.簡述四沖程發(fā)動機與二沖程發(fā)動機的主要區(qū)別及各自優(yōu)缺點。2.分析壓縮比對發(fā)動機性能的影響（從動力性、經(jīng)濟性、排放和爆燃傾向等方面）。3.解釋柴油機“滯燃期”的定義及其對燃燒過程的影響。4.說明廢氣再循環(huán)（EGR）系統(tǒng)的工作原理及其對發(fā)動機排放的影響。5.比較汽油機與柴油機在混合氣形成、著火方式及負荷調(diào)節(jié)方式上的差異。四、計算題（每題10分，共20分）1.某四沖程汽油機，氣缸數(shù)i=4，缸徑D=80mm，行程S=90mm，轉(zhuǎn)速n=3000r/min，平均指示壓力pmi=0.8MPa，機械效率ηm=0.85。求：（1）發(fā)動機的指示功率Pi（kW）；（2）有效功率Pe（kW）；（3）平均有效壓力pme（MPa）。2.某柴油機燃燒1kg柴油消耗16kg空氣，柴油的理論空氣量為14.3kg/kg。求：（1）過量空氣系數(shù)φa；（2）空燃比（A/F）；（3）若該柴油機混合氣過稀，分析其對燃燒效率和排放的影響。五、分析題（20分）結合發(fā)動機實際循環(huán)與理論循環(huán)的差異，分析影響發(fā)動機熱效率的主要因素，并提出提高熱效率的具體技術措施（至少5項）。答案及解析一、單項選擇題1.A解析：奧托循環(huán)（等容加熱）在壓縮比和加熱量相同時，熱效率高于等壓加熱的迪塞爾循環(huán)；薩巴特循環(huán)介于兩者之間；卡諾循環(huán)是理想循環(huán)，實際無法實現(xiàn)。2.C解析：φa>1為稀混合氣，φa=1為理論混合氣，φa<1為濃混合氣。3.A解析：氣門重疊指進排氣門同時開啟的現(xiàn)象，利用氣流慣性增加充氣量。4.B解析：急燃期內(nèi)，已燃混合氣膨脹推動活塞，缸內(nèi)壓力和溫度急劇上升，燃燒速率最快。5.B解析：爆燃是末端混合氣在火焰?zhèn)鞑サ竭_前因高溫高壓自燃，產(chǎn)生沖擊波敲擊缸壁。6.A解析：平均指示壓力pmi反映單位氣缸工作容積的指示功，是衡量實際循環(huán)動力性能的核心指標。7.B解析：充氣效率ηv=實際進氣量/理論進氣量，進氣終了溫度升高會導致空氣密度下降，ηv降低。8.A解析：“先緩后急”噴油可減少滯燃期內(nèi)噴入的油量，降低急燃期的壓力上升速率，減少燃燒噪聲和NOx排放。9.C解析：NOx在高溫（>1800K）、富氧條件下由N?和O?反應生成；HC和CO源于不完全燃燒，PM主要來自柴油機的碳煙。10.B解析：六缸發(fā)動機工作間隔角為720°/6=120°CA。1缸做功上止點時，5缸處于壓縮沖程（1缸做功→5缸壓縮，間隔120°CA）。二、填空題1.進氣、壓縮、燃燒、膨脹、排氣2.氣缸總?cè)莘e（Va）、燃燒室容積（Vc）、8~12、15~223.滯燃期、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.擴散燃燒、預混合燃燒、質(zhì)調(diào)節(jié)（調(diào)節(jié)循環(huán)供油量）、量調(diào)節(jié)（調(diào)節(jié)節(jié)氣門開度）6.CO、HC、NOx、PM（顆粒物）三、簡答題1.四沖程與二沖程發(fā)動機的區(qū)別及優(yōu)缺點：區(qū)別：四沖程完成一個工作循環(huán)需4個沖程（曲軸720°），二沖程需2個沖程（曲軸360°）。四沖程優(yōu)點：換氣徹底（進排氣分開）、熱效率高、噪聲低；缺點：結構復雜、功率密度低。二沖程優(yōu)點：結構簡單、功率密度高（曲軸每轉(zhuǎn)做功一次）；缺點：換氣不徹底（部分新氣隨廢氣排出）、燃油消耗率高、排放差。2.壓縮比對發(fā)動機性能的影響：動力性：壓縮比↑→壓縮終了壓力/溫度↑→燃燒速率↑→指示功↑→動力性↑（但過高可能因爆燃或壓力過高限制）。經(jīng)濟性：壓縮比↑→熱效率ηt↑（ηt=1-1/ε^(k-1)）→燃油消耗率↓（但后燃期延長可能抵消部分收益）。排放：壓縮比↑→燃燒溫度↑→NOx↑；但燃燒更完全→HC/CO↓。爆燃傾向：汽油機壓縮比過高→壓縮終了溫度↑→末端混合氣易自燃→爆燃傾向↑（需匹配高辛烷值燃料）；柴油機壓縮比高是必要的（壓燃著火），但過高可能導致工作粗暴。3.柴油機滯燃期的定義及影響：滯燃期（著火延遲期）：從噴油開始到燃燒開始（壓力偏離壓縮線）的時間或曲軸轉(zhuǎn)角。影響：滯燃期內(nèi)噴入的油量決定了急燃期的燃燒速率和壓力上升率（Δp/Δθ）。滯燃期過長→噴入油量多→急燃期壓力上升率↑→燃燒噪聲大（工作粗暴），且易導致NOx生成量增加；滯燃期過短→噴油與空氣混合不充分→燃燒不完全→PM排放增加。4.EGR系統(tǒng)的工作原理及對排放的影響：原理：將部分廢氣引入進氣系統(tǒng)，與新鮮空氣混合后進入氣缸。廢氣中的CO?和H?O比熱容大，可降低燃燒溫度；同時稀釋混合氣中O?濃度，抑制NOx生成。影響：降低NOx排放（主要作用）；但EGR率過高→燃燒溫度過低→HC/CO排放增加，甚至導致失火；柴油機大負荷時EGR率需限制（避免PM增加）。5.汽油機與柴油機的差異：混合氣形成：汽油機在氣缸外（進氣歧管）通過化油器或噴油器形成預混合均勻混合氣；柴油機在氣缸內(nèi)（壓縮沖程末期）通過高壓噴油器將燃油噴入高溫空氣，邊混合邊燃燒（擴散燃燒）。著火方式：汽油機為點燃式（火花塞點火）；柴油機為壓燃式（壓縮終了溫度超過燃油自燃溫度）。負荷調(diào)節(jié)：汽油機為量調(diào)節(jié)（通過節(jié)氣門改變進氣量，循環(huán)供油量基本不變）；柴油機為質(zhì)調(diào)節(jié)（節(jié)氣門全開，通過噴油泵改變循環(huán)供油量）。四、計算題1.（1）指示功率Pi計算：氣缸工作容積Vh=πD2S/4=3.14×(0.08m)2×0.09m/4≈4.52×10??m3=0.452L四沖程發(fā)動機指示功率公式：Pi=pmi×Vh×i×n/(120×103)代入數(shù)據(jù)：Pi=0.8×10?Pa×4.52×10??m3×4×3000/(120×103)=0.8×4.52×4×3000/(120×103)×10?×10??=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）平均有效壓力pme=pmi×ηm=0.8MPa×0.85=0.68MPa2.（1）過量空氣系數(shù)φa=實際空氣量/理論空氣量=16kg/(14.3kg/kg×1kg)=16/14.3≈1.118（2）空燃比A/F=實際空氣量/燃油量=16kg/1kg=16（3）混合氣過稀（φa>1.1~1.2）的影響：燃燒效率：初期因空氣充足，燃燒更完全，效率↑；但過?。é誥>1.3~1.4）時，火焰?zhèn)鞑ニ俣取?，可能導致失火或后燃，效率↓。排放：NOx生成量先因高溫富氧↑，但過稀時燃燒溫度↓（因混合氣熱值降低），NOx↓；HC/CO因燃燒不完全↑；柴油機過稀時，PM（碳煙）因缺氧減少（但需平衡噴油與混合）。五、分析題實際循環(huán)與理論循環(huán)的差異主要包括：①工質(zhì)變化（實際工質(zhì)為變比熱容、燃燒產(chǎn)物的混合氣體，理論循環(huán)假設為理想氣體）；②燃燒非瞬時（實際燃燒需時間，理論循環(huán)假設等容/等壓瞬時加熱）；③傳熱損失（實際循環(huán)存在氣缸壁、活塞等的熱傳導，理論循環(huán)假設絕熱）；④換氣損失（實際存在進氣阻力、排氣提前等損失，理論循環(huán)無換氣過程）；⑤不完全燃燒（實際存在HC、CO等未燃成分，理論循環(huán)假設完全燃燒）。影響熱效率的主要因素：①壓縮比ε（ε↑→ηt↑，但受爆燃或機械強度限制）；②燃燒規(guī)律（滯燃期短、燃燒重心靠近上止點→熱效率↑）；③傳熱損失（減少氣缸壁散熱→ηt↑）；④換氣效率（充氣效率ηv↑→實際循環(huán)功↑）；⑤工質(zhì)比熱容（低比熱容工質(zhì)→溫度上升快→膨脹功↑）。提高熱效率的技術措施：1.高壓縮比技術（汽油機采用缸內(nèi)直噴+可變氣門正時，抑制爆燃；柴油機優(yōu)化燃燒室設