汽车发动机原理考试试题(答案)

即异辛烷的化学计量比为l0=15.1240；又由题意可知燃烧时的过量空气系数φa=1.2，因而空 燃比为：
α = φa ⋅ l0 = 1.2 × 15.1240 = 18.1488 ;
（2）由于过量空气系数φa已知，因而容易求得燃空当量比为：
ϕ = 1 = 1 = 0.8333 。 φa 1.2
2．（12 分）一台压缩比为 10.2 具有断缸技术的 5.6 升排量 V8 汽油机，在低负荷时发动机 由 8 缸切换为 4 缸工作。在 8 缸 1800r/min 运转时，其空燃比 A/F=14.9，充气效率 57％， 燃烧效率 91％，机械效率 92％。当发动机切换到 4 缸工作时，为了输出相同的有效功率， 需要增加发动机转速。假设发动机 4 缸工作时，其空燃比 A/F=14.2，充气效率 66％，燃烧 效率 99％，机械效率 90％。假设汽油机按 Otto 理想循环工作，进气充量比热比 1.35，密 度 1.181kg/m3，汽油低热值 43000kJ/kg。计算： （1）8 缸切换为 4 缸的有效燃油消耗率降低百分比； （2）4 缸工作时的发动机转速。 解：（1）由题意知，汽油机按 Otto 理想循环工作，因而其循环热效率ηt 为：
二、判断题（每题 1 分，共 10 分）（正确√，错误×）
1．燃料的 C/H 比越小，则燃料的燃烧越清洁，但燃料的热值越低。（ × ） 2．化学计量比 GDI 发动机不是稀燃，所以不能节能。（ × ）
3．在可变进气系统中，为利用波动效应，低速时使进气通过短管进入气缸，高速时使进气
通过长管进入气缸。（ × ） 4．转速一定，负荷增加时，内燃机的机械效率增加。（ √ ） 5．增大进气门晚关角有利于高速大功率，但会降低低速最大转矩。（ √ ）
论空气混合燃烧。计算发动机的：（1）空燃比；（2）燃空当量比。
解：（1）异辛烷（C8H18）完全燃烧的化学反应方程式为：
C 8 H 18
+
25 2
O2
=
8C O2
+
9 H 2O ;
因此1kg异辛烷完全燃烧所需要的理论空气质量为：
32 g / mol × 1kg × 25 = 15.1240kg ; 0.232 114g / mol 2
=179.7288−168.8765×100% 179.7288
=0.0604 = 6.04%;
（2）发动机在 8 缸 1800r/min 运转时，其有效功率 Pe,8 为：
Pe ,8
=
η
c
,8η
tη
m
,8
(
H α
u 8
)φ
c
,8V
s
(
ps RsTs
)( 2i8 n8 ) τ
当发动机切换为 4 缸且在转速 n4 下工作时，其输出的有效功率 Pe,4 为：
=
1000 × 3600
g / kW ⋅ h
0.91× 0.5564 × 0.92 × 43000
= 179.7288 g / kW ⋅ h ;
同理，当发动机切换为 4 缸工作时其有效燃油消耗率 be,4 为：
be,4
=
B Pe
=
1 η et ⋅ H u
=
1
η c,4 ⋅η t ⋅η m ,4 ⋅ H u
4．（10 分）画出汽油机理想化油器特性曲线，并解释汽油机稀燃带来的益处和存在的问题。
稀燃（lean-burn）的优点： （1）增加比热比 k，可以提高循环热效率； （2）稀燃爆震倾向减少，可以提高压缩比ε，进而提高循环热效率； （3）稀燃氧浓度高，燃烧更加完全； （4）稀燃传热损失减少。 总之，稀燃可以实现较大幅度的节能。 稀燃的问题： （1）高效成熟的三效催化剂不能用，如采用吸附 NOx 催化剂，则需要短期加浓产生还原气 氛，损失稀燃带来的节能优势，此外，吸附 NOx 催化剂对燃油中的硫含量非常敏感，要求 燃油中硫含量低于 50ppm； （2）燃烧火焰传播速度变慢，燃烧等容度降低，热效率降低。 5．（6 分）画出汽油机充量系数φc 在大、中、小负荷条件下随转速变化的规律，并解释原因。
3．转速不变，负荷增加时，（ c ）。 a）汽油机φa 增加，柴油机φa 基本不变 b）汽油机φa 减小，柴油机φa 增加 c）汽油机φa 基本不变，柴油机φa 减小 d）汽油机φa 基本不变，柴油机φa 增加
4．下列替代燃料中，属于可再生能源的是（ b ）。 a）LPG b）BTL c）CTL d）CNG
CVT
continuously variable transmission 无级变速器
PAH
polycyclic aromatic hydrocarbon 多环芳烃
BTDC
before top dead center
ICE
internal combustion engine
五、画图或问答题（共 40 分）
三、填空题（每空 0.5 分，共 10 分）
1．HCCI 汽油机采用（ 预混或均质 ）混合气形成方式和（ 压燃或自燃 ）着火方式。 2．从发动机工作特点来看，发动机特性有（静态或稳态 ）特性和（动态 ）特性之分；从 可变因素特点来看，则有（调整 ）特性与（ 运行 ）特性之别。 3．油门全开的发动机速度特性称之为（ 外特性 ）。 4．烃燃料依据分子结构不同可分为（烷烃）、（烯烃）、（炔烃）和（芳香烃）。 5．影响发动机充气系数的主要因素有（流动阻力或进气压力降或进气压力损失）、（进气温 升或温升）、（配气相位或进气晚关角）。 6．发动机单位气缸工作容积输出的有效功用（平均有效压力或 pme 或 BMEP）表示。 7．测量辛烷值的两种标准燃料是（正庚烷或 n-heptane）和（异辛烷或 iso-octane）。 8．根据工质和循环特征，内燃机循环模式可以分为（理论循环）、（理想循环）和（真实循 环）。
Pe ,4
=
η
c
,
4η
tη
m
,
4
(
H α
u 4
)φc ,4Vs
(
ps RsTs
)(
2i4 n4 τ
)
上面两个有效功率的表达式中，除带有下标 8，4 的项互不相等外，其余各项均相同。又因
为发动机 4 缸工作和 8 缸运转时具有相同的有效功率，即 Pe,8= Pe,4，所以有:
ηc,8
⋅ηm,8
⋅1 α8
ηt
= 1−
1 ε κ −1
=
1
−
1 1 0 .2 1 .3 5 −1
=
0 .5 5 6 4;
所以当发动机 8 缸工作时其有效燃油消耗率 be,8 为：
be ,8
=
B Pe
=
1 η et ⋅ H u
=
1
η c ,8 ⋅η t ⋅η m ,8 ⋅ H u
=
1
91% × 0.5564 × 92% × 43000 kJ / kg
四、专业英语（共 10 分）
1．将下表所列参数或名词译成英文（每词 0.5 分，共 5 分）
压缩比
compression ratio
比热容比 specific heat ratio
乙醇
ethanol
示功图
indicator diagram
泵气损失 pumping loss
节气门
throttle valve
2009 春季学期《汽车发动机原理》期中考试试题
姓名：
班级：
学号：
一、单项或多项选择题（每题 1 分，共 10 分）
1．我国汽油标号如 93＃代表汽油的（ b ）。 a）MON b）RON c）馏出温度 d）粘度
2．我国柴油标号如 0＃代表柴油的（ c ）。 a）闪点 b）十六烷值 c）凝固点 d）饱和蒸汽压
1．（6 分）画出增压四冲程柴油机一个循环的 p-ϕ图，并标出上下止点、进排气门开关和着 火时刻的位置。
2．（8 分）在同一张 T-S 图上画出在加热量和最高燃烧压力相同条件下的等容循环、等压循 环和混合循环，比较它们的循环热效率大小，并说明原因。
由于三种循环加热终了的状态点 z1、z2 和 z3 都在 pmax 线上，并且因为等容，等压线斜率 的差别，导致压缩终了的温度将是 Tc3>Tc2>Tc1,即压缩比ε3>ε2>ε1。于是在加热量 Q1 相同的 条件下，T-S 图上从左到右依次是 z3b3、z2b2、z1b1，放热量 Q2p>Q2m>Q2v，由此必然得出等压循 环ηtp>混合循环ηtm>等容循环ηtV 的结论。 3．（10 分）画出带两级调速器的直列泵柴油机在大、中、小三种负荷条件下，转矩、有效 功率和有效油耗随转速的变化规律。
8．下列柴油机喷射系统需要调速的是（ a, c ）。 a）机械分配泵 b）电控单体泵 c）电控直列泵 d）高压共轨
9．应用发动机 VVT 技术可以（ a, d ）。 a）提高充量系数 b）减小过量空气系数 c）减少机械摩擦损失 d）降低排气损失
10．提高循环等容度，意味着（ c ）。 a）增大加热量 b）减少放热量 c）靠近 TDC 加热 d）靠近 BDC 放热
汽油机由于存在节气门，进气阻力较大，因而φc 随转速上升而较快下降；部分负荷节气 门关小时，阻力更大，φc 下降更急剧，因而导致了不同负荷时充量系数φc 随转速上升呈现出 如上图所示的变化趋势。
六、计算题（共 20 分）
1．（8 分）在一台小型 3 缸增压车用汽油机上，用异辛烷（C8H18）作燃料，与 120％所需理
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
⋅φc,8
⋅ i8
⋅ n8
= ηc,4
⋅ηm,4
⋅1 α4
⋅φc,4
⋅ i4
⋅ n4
上式中除切换后的发动机转速 n4 未知外，其余各项均为已知，因而容易求得切换为 4 缸工 作时的发动机转速 n4 为：
n4
ηc,8 ⋅ηm,8 =
ηc,4 ⋅ηm,4
⋅1 α8 ⋅1 α4
⋅φc,8 ⋅ i8 ⋅φc,4 ⋅ i4
=
1
99% × 0.5564 × 90% × 43000 kJ / kg
=
1000 × 3600
g / kW ⋅ h
0.99 × 0.5564 × 0.90 × 43000
= 168.8765 g / kW ⋅ h ;
因而 8 缸切换为 4 缸的燃油消耗降低百分比为：
be,8 −be,4 be,8
×100%= 179.7288g / kW ⋅h−168.8765g / kW ⋅h×100% 179.7288g / kW ⋅h
5．机械损失功不包括（ b ）。 a）泵气损失功 b）发电机消耗功 c）冷却水泵消耗功 d）活塞摩擦消耗功
6．汽油机采用“Downsizing”技术后，可以（ a, d ）。 a）增加升功率 b）增加压缩比 c）减小面容比 d）减小摩擦损失
7．PFI 汽油车加速时，为了保持化学计量比运行，燃油喷射量应该（ c ）。 a）不变 b）减小 c）增加 d）先减小再增加
6．选择对转速不太敏感的燃料系统，可以使万有特性的最经济区域在横坐标方向变宽。
（√ ） 7．化学安定性越差的燃料，辛烷值越低。（ × ） 8．内燃机的换气损失包括进气损失、排气损失和泵气损失三部分。（ × ） 9．轿车用发动机的额定功率一般按 1 小时功率进行标定。（ × ） 10．发动机缸内涡流比越大，则充量系数越小。（ √ ）
进气道
intake port
排量
displacement
化学计量比 stoichiometric ratio
环境温度 ambient temperature
2．写出下表所列专业英文缩写的全称，并译为中文（每条 1 分，共 5 分）
BSFC
brake specific fuel consumption 有效燃油消耗
⋅ n8
= ηc,8 ηc,4
⋅ηm,8 ⋅ηm,4
⋅α4 ⋅α8
⋅φc,8 ⋅φc,4
⋅ i8 ⋅ i4
⋅ n8
= 91% × 92% ×14.2× 57% ×8 ×1800r / min 99% × 90% ×14.9× 66% × 4
= 2784r / min 。