2025年大學(xué)內(nèi)燃機(jī)原理考試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.在內(nèi)燃機(jī)理論循環(huán)中，若保持壓縮比和加熱量不變，混合加熱循環(huán)的熱效率與定容加熱循環(huán)相比：A.更高B.更低C.相等D.無法確定2.柴油機(jī)噴油提前角過大時，最可能出現(xiàn)的現(xiàn)象是：A.燃燒噪音降低B.最高爆發(fā)壓力下降C.冷啟動困難D.后燃期延長3.汽油機(jī)過量空氣系數(shù)φa=1.2時，燃燒產(chǎn)物中主要的有害成分為：A.CO和HCB.NOx和O3C.HC和NOxD.CO和NOx4.四沖程發(fā)動機(jī)換氣過程中，進(jìn)排氣門重疊角的主要作用是：A.增加進(jìn)氣量B.減少排氣阻力C.利用廢氣慣性排出殘余廢氣D.降低泵氣損失5.評價內(nèi)燃機(jī)經(jīng)濟(jì)性能的常用指標(biāo)是：A.平均有效壓力B.指示熱效率C.升功率D.比質(zhì)量6.天然氣發(fā)動機(jī)與汽油機(jī)相比，其燃燒速度較慢的主要原因是：A.燃料分子量較大B.燃料辛烷值較低C.可燃混合氣熱值較高D.燃料與空氣的擴(kuò)散速率較低7.柴油機(jī)噴油器針閥偶件的密封錐面磨損后，最可能導(dǎo)致：A.噴油壓力升高B.噴油持續(xù)期縮短C.噴油霧化質(zhì)量下降D.噴油提前角增大8.在內(nèi)燃機(jī)熱力循環(huán)中，若壓縮過程的多變指數(shù)n1增大，膨脹過程的多變指數(shù)n2減小，則循環(huán)熱效率將：A.升高B.降低C.不變D.先升后降9.某汽油機(jī)在中等負(fù)荷時，采用分層燃燒技術(shù)的主要目的是：A.提高壓縮比B.降低泵氣損失C.減少HC排放D.增強(qiáng)混合氣湍流10.國七排放標(biāo)準(zhǔn)對柴油機(jī)顆粒物（PM）的限值較國六進(jìn)一步降低，最有效的技術(shù)應(yīng)對措施是：A.優(yōu)化噴油規(guī)律B.增加EGR率C.采用顆粒捕集器（GPF）D.提高燃油十六烷值二、填空題（每空1分，共20分）1.內(nèi)燃機(jī)理論循環(huán)中，定壓加熱循環(huán)的熱效率主要取決于______和______。2.汽油機(jī)的燃燒過程可分為______、______和______三個階段。3.柴油機(jī)的燃燒放熱規(guī)律通常用______、______和______三個要素描述。4.評價換氣過程質(zhì)量的指標(biāo)主要有______、______和______。5.內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械損失主要包括______、______、______和______。6.氫燃料發(fā)動機(jī)的主要排放物是______和______，幾乎不含______和______。三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述四沖程柴油機(jī)與汽油機(jī)在工作過程中的主要差異。2.分析過量空氣系數(shù)對汽油機(jī)燃燒過程及排放的影響。3.說明可變氣門正時（VVT）技術(shù)改善發(fā)動機(jī)性能的原理。4.對比柴油機(jī)直噴（DI）與預(yù)燃室式（IDI）燃燒系統(tǒng)的優(yōu)缺點。5.解釋內(nèi)燃機(jī)熱效率難以突破55%的主要熱力學(xué)限制。四、分析計算題（共20分）1.某四缸四沖程汽油機(jī)，氣缸直徑D=85mm，活塞行程S=90mm，標(biāo)定轉(zhuǎn)速n=5500r/min，有效功率Pe=85kW，燃油消耗率be=265g/(kW·h)，汽油低熱值Hu=44000kJ/kg。（1）計算發(fā)動機(jī)排量Vh和平均有效壓力pme；（6分）（2）計算有效熱效率ηet；（4分）（3）若該發(fā)動機(jī)指示熱效率ηit=0.38，機(jī)械效率ηm=0.85，判斷是否合理并說明原因。（5分）2.某柴油機(jī)在標(biāo)定工況下，噴油提前角為15°CABTDC，燃燒放熱始點為5°CABTDC，燃燒重心位于10°CAATDC，燃燒持續(xù)期為40°CA?，F(xiàn)需通過優(yōu)化噴油參數(shù)將燃燒重心調(diào)整至8°CAATDC，分析可能的調(diào)整措施及其對發(fā)動機(jī)性能的影響。（5分）五、綜合論述題（10分）結(jié)合當(dāng)前內(nèi)燃機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢，論述“高熱效率+低排放”目標(biāo)下，汽油發(fā)動機(jī)與柴油發(fā)動機(jī)在技術(shù)路徑上的異同。要求從燃燒系統(tǒng)設(shè)計、換氣過程優(yōu)化、后處理技術(shù)及燃料適應(yīng)性等方面展開分析。答案一、單項選擇題1.A2.C3.C4.C5.B6.D7.C8.A9.B10.C二、填空題1.壓縮比；定壓預(yù)脹比2.著火延遲期；明顯燃燒期；后燃期3.放熱速率；放熱起始點；放熱持續(xù)期4.充量系數(shù)；殘余廢氣系數(shù)；泵氣損失5.摩擦損失；驅(qū)動附件損失；泵氣損失；泄漏損失6.水（H?O）；氮氧化物（NOx）；一氧化碳（CO）；碳?xì)浠衔铮℉C）三、簡答題1.主要差異：（1）點火方式：汽油機(jī)為火花塞點火，柴油機(jī)為壓燃；（2）混合氣形成：汽油機(jī)在氣缸外（或缸內(nèi)）預(yù)混合，柴油機(jī)在缸內(nèi)高壓噴射霧化混合；（3）壓縮比：柴油機(jī)壓縮比（15-22）遠(yuǎn)高于汽油機(jī)（8-12）；（4）負(fù)荷調(diào)節(jié)：汽油機(jī)采用節(jié)氣門調(diào)節(jié)（量調(diào)節(jié)），柴油機(jī)通過噴油量調(diào)節(jié)（質(zhì)調(diào)節(jié)）；（5）燃燒特性：汽油機(jī)為均質(zhì)混合氣火焰?zhèn)鞑ト紵?，柴油機(jī)為擴(kuò)散燃燒為主。2.影響：（1）φa<1（濃混合氣）：燃燒不完全，CO、HC排放增加，火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?，爆震傾向增大；（2）φa=1（理論混合氣）：燃燒最完全，NOx排放達(dá)峰值；（3）1<φa<1.1（稀混合氣）：燃燒速度略降，NOx減少，HC因淬熄效應(yīng)可能增加；（4）φa>1.1（極稀混合氣）：燃燒不穩(wěn)定，循環(huán)變動加劇，HC排放顯著上升，熱效率因散熱損失增加而下降。3.原理：通過調(diào)整進(jìn)排氣門的開啟/關(guān)閉時刻，優(yōu)化不同轉(zhuǎn)速下的充氣效率：（1）低速時增大進(jìn)氣門晚關(guān)角，利用進(jìn)氣慣性增加充量；（2）高速時減小晚關(guān)角，避免廢氣倒灌；（3）部分負(fù)荷時調(diào)整氣門重疊角，利用內(nèi)部EGR降低泵氣損失；（4）協(xié)調(diào)進(jìn)排氣相位，改善缸內(nèi)滾流/渦流強(qiáng)度，促進(jìn)混合氣均勻性，提升燃燒效率。4.直噴（DI）優(yōu)點：熱效率高（無預(yù)燃室熱損失）、燃油消耗低、結(jié)構(gòu)簡單；缺點：燃燒噪聲大、排放（尤其NOx、PM）控制難度高、對噴油系統(tǒng)要求高。預(yù)燃室式（IDI）優(yōu)點：燃燒柔和（預(yù)燃室中部分燃燒降低主燃室壓力升高率）、排放較低、對燃油品質(zhì)敏感性低；缺點：熱效率低（預(yù)燃室散熱損失大）、燃油消耗高、啟動性能差（冷機(jī)時預(yù)燃室溫度低）。5.熱力學(xué)限制：（1）卡諾循環(huán)效率限制：實際循環(huán)最高溫度受材料耐溫性（約2500K）和最低溫度（環(huán)境溫度約300K）限制，卡諾效率約88%，但實際循環(huán)為混合加熱循環(huán)，效率遠(yuǎn)低于此；（2）傳熱損失：高溫燃?xì)馀c缸壁間的對流、輻射換熱導(dǎo)致能量損失（約20%-30%）；（3）燃燒不完全損失：受混合均勻性、燃燒時間限制，存在未燃HC和CO；（4）排氣損失：高溫廢氣帶走大量能量（約30%-40%）；（5）摩擦損失：機(jī)械部件摩擦功占指示功的10%-20%。四、分析計算題1.（1）排量Vh=πD2S/4×i=3.14×(0.085)2×0.09/4×4≈0.00206m3=2.06L；平均有效壓力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（或通過pme=Pe/(Vh×n/120×i)計算，結(jié)果一致）。（2）有效熱效率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，與題目中ηit=0.38接近（誤差可能來自計算近似），因此合理。說明機(jī)械損失占指示功的15%，符合四沖程汽油機(jī)機(jī)械效率（0.75-0.90）的范圍。2.調(diào)整措施：（1）減小噴油提前角（如從15°CABTDC降至12°CABTDC），延遲噴油起始點，使燃燒放熱始點后移；（2）提高噴油壓力，增強(qiáng)霧化和混合速度，縮短著火延遲期，使燃燒重心提前；（3）優(yōu)化噴油規(guī)律（如采用預(yù)噴射+主噴射），預(yù)噴射油量增加可提前釋放部分熱量，調(diào)整主噴射正時控制燃燒重心；（4）調(diào)整EGR率或進(jìn)氣充量，改變缸內(nèi)溫度和氧濃度，影響燃燒速率。影響：燃燒重心從10°CAATDC提前至8°CAATDC，可減少后燃期熱量損失，提高熱效率；但需避免壓力升高率過大（>0.5MPa/°CA），否則導(dǎo)致燃燒噪音和機(jī)械負(fù)荷增加；同時需平衡NOx排放（燃燒溫度升高可能增加NOx提供），可能需要配合EGR或后處理技術(shù)。五、綜合論述題汽油與柴油發(fā)動機(jī)在“高熱效率+低排放”目標(biāo)下的技術(shù)路徑異同：燃燒系統(tǒng)設(shè)計：汽油機(jī)：采用缸內(nèi)直噴（GDI）+分層燃燒技術(shù)，提高混合氣均勻性；優(yōu)化壓縮比（12-15），結(jié)合米勒循環(huán)（進(jìn)氣門早關(guān)）降低爆震傾向；開發(fā)高湍流燃燒室（如滾流比2.5-3.0），加速火焰?zhèn)鞑ァ２裼蜋C(jī)：推廣高壓共軌（2500-3000bar）+多次噴射（預(yù)噴、主噴、后噴），優(yōu)化放熱規(guī)律；采用淺ω型燃燒室（擠流比1.8-2.2），增強(qiáng)空氣利用率；應(yīng)用雙VGT（可變截面渦輪）提高進(jìn)氣壓力，改善擴(kuò)散燃燒效率。換氣過程優(yōu)化：汽油機(jī)：廣泛應(yīng)用VVT+iVVL（可變氣門升程），部分負(fù)荷通過閉缸技術(shù)（如2缸停缸）降低泵氣損失；配合電動增壓器（eBooster）解決渦輪遲滯，提升低速充量系數(shù)（目標(biāo)>1.2）。柴油機(jī)：采用二級渦輪增壓（高壓級+低壓級）+EGR冷卻（水冷+空冷兩級），實現(xiàn)大EGR率（30%-40%）下的低NOx燃燒；優(yōu)化進(jìn)排氣道流動（流量系數(shù)>0.45），減少流動損失。后處理技術(shù)：汽油機(jī)：國七標(biāo)準(zhǔn)下需配置GPF（顆粒捕集器）+ASC（氨氧化催化器）的組合，解決GDI機(jī)型PM和NOx排放；部分機(jī)型采用48V輕混系統(tǒng)，利用電機(jī)輔助降低冷啟動階段排放。柴油機(jī)：升級DOC（氧化催化器）+DPF（柴油顆粒捕集器）+SCR（選擇性催化還原）+ASC的集成后處理，SCR采用蜂窩陶瓷載體（400cpsi）和新型Cu-SSZ-13分子篩，NOx轉(zhuǎn)化率>95%；DPF再生策略優(yōu)化（主動再生溫度<600℃），降低燃油消耗。燃料適應(yīng)性：汽油機(jī)：兼容乙醇汽油（E10-E20）、甲醇汽油（M15），開發(fā)靈活燃料發(fā)動機(jī)（FFV）；探索HCCI（均質(zhì)壓燃）/RCCI（反應(yīng)控制壓燃）等新型燃燒模式，利用高辛烷值燃料（RON>98）實現(xiàn)低溫燃燒。柴油機(jī)：推廣生物柴油（B20）、HVO（氫化植物油）等可再生燃料，降低碳足跡；部分機(jī)型適配DME（二甲醚）或合成燃料（e-Fuel），需調(diào)整噴油系統(tǒng)（如DME粘度低，需專用