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)

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）MONb）RONc）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）LPGb）BTLc）CTLd）CNG5．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，但会降低低速昀大转矩。（√）6．选择对转速不太敏感的燃料系统，可以使万有特性的昀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）。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compressionratio比热容比specificheatratio乙醇ethanol示功图indicatordiagram泵气损失pumpingloss节气门throttlevalve进气道intakeport排量displacement化学计量比stoichiometricratio环境温度ambienttemperature2．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）BSFCbrakespecificfuelconsumption有效燃油消耗CVTcontinuouslyvariabletransmission无级变速器PAHpolycyclicaromatichydrocarbon多环芳烃BTDCbeforetopdeadcenterICEinternalcombustionengine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-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昀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Tc3Tc2Tc1,即压缩比ε3ε2ε1。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Q2pQ2mQ2v，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（C8H18）完全燃烧的化学反应方程式为：8182222589;2CHOCOHO+=+因此1kg异辛烷完全燃烧所需要的理论空气质量为：32/12515.1240;0.232114/2gmolkgkggmol××=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：01.215.124018.1488;alαφ=⋅=×=（2）由于过量空气系数φa已知，因而容易求得燃空当量比为：110.83331.2aϕφ===。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：11.35111110.5564;10.2tκηε−−=−=−=所以当发动机8缸工作时其有效燃油消耗率be,8为：,8,8,811191%0.556492%43000/10003600/0.910.55640.9243000179.7288/;eeetuctmuBbPHHkJkggkWhgkWhηηηη==⋅=⋅⋅⋅=××××=⋅×××=⋅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：,4,4,411199%0.556490%43000/10003600/0.990.55640.9043000168.8765/;eeetuctmuBbPHHkJkggkWhgkWhηηηη==⋅=⋅⋅⋅=××××=⋅×××=⋅因而8缸切换为4缸的燃油消耗降低百分比为：,8,4,8179.7288/168.8765/100%100%179.7288/179.7288168.8765100%179.72880.06046.04%;eeebbgkWhgkWhbgkWh−⋅−⋅×=×⋅−=×==（2）发动机在8缸1800r/min运转时，其有效功率Pe,8为：88,8,8,8,882()()()usectmcsssHpinPVRTηηηφατ=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：44,4,4,4,442()()()usectmcsssHpinPVRTηηηφατ=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:,8,8,888,4,4,4448411cmccmcininηηφηηφαα⋅⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅⋅⋅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：,8,8,88848,4,4,444,8,84,888,4,48,441191%92%14.257%81800/min99%90%14.966%42784/mincmccmccmccmcinniinirrηηφαηηφαηηαφηηαφ⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅⋅⋅××××=×××××=。