清华大学X年春季学期汽车发动机原理期中考试试题答案.pdf

2009春季学期《汽车发动机原理》期中考试试题

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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

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

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

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

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。（√）

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。（√）

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p me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）。

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）

ratio

heat

压缩比 compression

ratio 比热容比 specific

diagram

乙醇 ethanol 示功图 indicator

泵气损失 pumping

valve

loss 节气门 throttle

port 排量 displacement

进气道 intake

temperature

ratio 环境温度 ambient

化学计量比 stoichiometric

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

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）

1．（6分）画出增压四冲程柴油机一个循环的p-?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p max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T c3>T c2>T c1,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。

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。

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（C 8H 18）完全燃烧的化学反应方程式为：

81822225

89;2

C H O C O H O +

=+ 因此1kg异辛烷完全燃烧所需要的理论空气质量为：

32/125

15.1240;0.232114/2

g mol kg kg g mol ××=

即异辛烷的化学计量比为l 0=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：

0 1.215.124018.1488;a l αφ=?=×=

（2）由于过量空气系数φa 已知，因而容易求得燃空当量比为：

1

1

0.83331.2

a

?φ=

=

=。 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/m 3

，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：

1

1.351

1

1

110.5564;10.2

t

κη

ε

??=?

=?

= 所以当发动机8缸工作时其有效燃油消耗率b e,8为：

,8,8

,811

1

91%0.556492%43000/10003600

/0.910.55640.9243000179.7288/;

e e

e t

u

c t m u

B b P H

H

k J k g

g k W h g k W h ηηηη=

=?=???=

××××=?×××=?

同理，当发动机切换为4缸工作时其有效燃油消耗率b e,4为：

,4,4

,411

199%0.556490%43000/10003600

/0.990.55640.9043000168.8765/;

e e

e t

u

c t m u

B b P H

H

k J k g

g k W h g k W h ηηηη=

=?=???=

××××=?×××=?

因而8缸切换为4缸的燃油消耗降低百分比为：

,8,4

,8

179.7288/168.8765/100%100%

179.7288/179.7288168.8765

100%

179.72880.06046.04%;

e e e b b g kW h g kW h

b g kW h

????×=

×??=×==

（2）发动机在8缸1800r/min 运转时，其有效功率P e,8为：

88,8,8,8,88

2(

)(

)(u

s e c t m c s s s H p i n

P V R T ηηηφατ

= 当发动机切换为4缸且在转速n 4下工作时，其输出的有效功率P e,4为：

44

,4

,4,4,442()()()u

s e c t m c s s s H p i n P V R T ηηηφατ

=

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P e,8= P e,4，所以有:

,8,8,888,4,4,4448

4

1

1

c m c c m c i n i n ηηφηηφαα??

???=??

???

上式中除切换后的发动机转速n 4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n 4为：

,8,8,888

48

,4,4,44

4

,8,84,888

,4,48,441

1

91%92%14.257%8

1800/min

99%90%14.966%42784/min c m c c m c c m c c m c i n n i i n i r r ηηφαηηφαηηαφηηαφ??

??=

???

??????=?????××××=

×××××=。