第一章 性能指標與影響因素

1、 以問題為導向學習本課程以問題為導向學習本課程 學習發(fā)動機原理的根本目的：學習發(fā)動機原理的根本目的： 汽車構造汽車構造 What（一體兩機構五系統(tǒng)一體兩機構五系統(tǒng)） 發(fā)動機原理發(fā)動機原理 Why How 2 2、載貨汽車為什么很少用汽油機？、載貨汽車為什么很少用汽油機？ 1 1、柴油車為什么冒黑煙？為什么比汽油車噪聲和振動大？、柴油車為什么冒黑煙？為什么比汽油車噪聲和振動大？ 4 4、為什么淘汰黃標車？國四標準到底影響多大？、為什么淘汰黃標車？國四標準到底影響多大？ （1）提高動力性（提高動力性（2）降低油耗（）降低油耗（3）改善排放）改善排放 3 3、汽油機采用電噴的優(yōu)點？柴油機采用共軌的優(yōu)

2、點？、汽油機采用電噴的優(yōu)點？柴油機采用共軌的優(yōu)點？ ？ 以發(fā)動機性能為研究對象以發(fā)動機性能為研究對象 課程特點課程特點 多學科的綜合應用多學科的綜合應用 熱力學、傳熱學、燃燒學、流體力學、化學反應動力學、機械學熱力學、傳熱學、燃燒學、流體力學、化學反應動力學、機械學 形散而意不散形散而意不散（圍繞三個目標，三個環(huán)節(jié)）（圍繞三個目標，三個環(huán)節(jié)）： 強動力降能耗減排放強動力降能耗減排放 燃料燃燒排放燃料燃燒排放 能量加入的能量加入的“量量”和能量轉化的和能量轉化的“質質” 燃料能量轉換的效率燃料能量轉換的效率 動力性經濟性指標的表達式動力性經濟性指標的表達式 多因素、多參數的綜合分析：多因素、多參

3、數的綜合分析： 一因多果和一果多因一因多果和一果多因 優(yōu)化、折衷、合理匹配的辨證觀念優(yōu)化、折衷、合理匹配的辨證觀念 發(fā)展觀點發(fā)展觀點: 關注新能源關注新能源 新技術新技術 教材和參考資料教材和參考資料 使用教材：使用教材： 王建昕、帥金石編著王建昕、帥金石編著，汽車發(fā)動機原理，汽車發(fā)動機原理，清華大學出版社，清華大學出版社， 2011年年3月第一版月第一版 1、周龍保主編，內燃機學，機械工業(yè)出版社，、周龍保主編，內燃機學，機械工業(yè)出版社，2011年年1月第三版月第三版 參考資料：參考資料： 出勤出勤+課堂：課堂： 10% 實驗成績：實驗成績： 10% 考試成績：考試成績： 70% 課堂教學：課

4、堂教學：22學時學時 實實 驗：驗：2學時學時 學時分配學時分配 考核方式考核方式 作業(yè)：作業(yè)： 10% 課程地位課程地位 本課程是車輛工程領域的本課程是車輛工程領域的主干課程，也是本專業(yè)的專業(yè)基礎課主干課程，也是本專業(yè)的專業(yè)基礎課。通過學。通過學 習使學生掌握汽油機、柴油機等常規(guī)動力的工作過程與工作原理，理解發(fā)動習使學生掌握汽油機、柴油機等常規(guī)動力的工作過程與工作原理，理解發(fā)動 機性能的各種影響因素，并了解發(fā)動機節(jié)能技術的前沿知識。本課程不僅為機性能的各種影響因素，并了解發(fā)動機節(jié)能技術的前沿知識。本課程不僅為 相關專業(yè)后繼課程的學習提供了相關專業(yè)后繼課程的學習提供了理論依據理論依據，而且為這

5、些專業(yè)學生日后的工作，而且為這些專業(yè)學生日后的工作 和科研打下堅實的和科研打下堅實的理論基礎理論基礎，這使本課程在本專業(yè)課程中處于重要地位。，這使本課程在本專業(yè)課程中處于重要地位。 與前面所學課程的聯(lián)系與前面所學課程的聯(lián)系: : 本課程是專業(yè)理論課，本課程是專業(yè)理論課，以以力學、電器、機械原理、工程力學、電器、機械原理、工程 制圖、汽車構造等基本課程制圖、汽車構造等基本課程為基礎為基礎。特別是汽車構造，根據。特別是汽車構造，根據專業(yè)專業(yè) 知識的銜接知識的銜接，學生需首先學習發(fā)動機基本的曲柄連桿機構和配氣機構的組成、，學生需首先學習發(fā)動機基本的曲柄連桿機構和配氣機構的組成、 結構、功用、工作原理

6、以及汽、柴油的燃油供給系統(tǒng)的組成、工作原理等構結構、功用、工作原理以及汽、柴油的燃油供給系統(tǒng)的組成、工作原理等構 造的基礎知識，對發(fā)動機有造的基礎知識，對發(fā)動機有感性認識感性認識之后，才能學習燃料的燃燒過程、配氣之后，才能學習燃料的燃燒過程、配氣 定時、噴油控制、發(fā)動機特性等定時、噴油控制、發(fā)動機特性等理論知識理論知識。因此本課程是對學生前兩年所學。因此本課程是對學生前兩年所學 工科知識和汽車構造知識的工科知識和汽車構造知識的綜合利用和提升。綜合利用和提升。 第一部分：動力輸出與能量利用第一部分：動力輸出與能量利用 第第1 1章章 性能指標與影響因素性能指標與影響因素 第第2 2章章 燃料、工

7、質與熱化學燃料、工質與熱化學 第第3 3章章 工作循環(huán)與能量利用工作循環(huán)與能量利用 第第4 4章章 換氣過程與進氣充量換氣過程與進氣充量 第第5 5章章 運行特性與整車匹配運行特性與整車匹配 第二部分：燃燒與排放第二部分：燃燒與排放 第第6 6章章 燃燒的基礎知識燃燒的基礎知識 第第7 7章章 柴油機混合氣形成與燃燒柴油機混合氣形成與燃燒 第第8 8章章 汽油機混合氣形成與燃燒汽油機混合氣形成與燃燒 第第9 9章章 有害排放物的生成與控制有害排放物的生成與控制 第第1010章章 新燃燒方式與替代燃料動力新燃燒方式與替代燃料動力 本書知識結構本書知識結構 1. 動力的獲取和輸出；動力的獲取和輸出

8、； 能量的消耗和利用能量的消耗和利用 2. 燃料能量轉換的燃料能量轉換的“質質” 環(huán)節(jié)；加入整機能量環(huán)節(jié)；加入整機能量 總量的總量的“量量”環(huán)節(jié)環(huán)節(jié) 第一章第一章 性能指標與影響因素性能指標與影響因素 1.1 1.1 工質對活塞所作功及示功圖工質對活塞所作功及示功圖 1.2 1.2 發(fā)動機的性能指標發(fā)動機的性能指標 1.3 1.3 影響動力經濟性指標的環(huán)節(jié)與因素影響動力經濟性指標的環(huán)節(jié)與因素 p- 圖圖 示功圖（四沖程）示功圖（四沖程） p-V 圖圖 BDC(下止點下止點 ) p pz p0 Vs V p 示功圖示功圖 壓力圖壓力圖/ / 展開示功展開示功 圖圖 要求會識圖和畫圖！要求會識圖和

9、畫圖！ 正負功確定原則：正負功確定原則： n 壓力方向與活塞運動方向一壓力方向與活塞運動方向一 致，工質對活塞作正功致，工質對活塞作正功 n 壓力方向與活塞運動方向相壓力方向與活塞運動方向相 反，工質對活塞作負功反，工質對活塞作負功 工質對活塞所作功：工質對活塞所作功： Compression 壓縮過程壓縮過程 W 0 Intake 進氣過程進氣過程 W 0 Exhaust 排氣過程排氣過程 W 1 ,稀稀(lean)混合氣混合氣 a 1, 濃濃(rich)混合氣混合氣 a =1, 化學計量比（化學計量比（stoichiometric ratio），），過去稱過去稱理論空燃比理論空燃比 1.3

10、.2 可燃混合氣濃度與熱值可燃混合氣濃度與熱值 0 理論1kg 實際供給1kg l l a 空氣量燃料完全燃燒需要的 的空氣量燃料燃燒 ）（國外用 2) 空燃比空燃比 (Air/Fuel ratio, A/F) 3) 燃空比燃空比 (Fuel/Air ratio, F/A) 0a )(l F A l 混合氣中燃料質量 混合氣中空氣質量 或 )( 1 1 0a l A F 可燃混合氣濃度與熱值可燃混合氣濃度與熱值 燃空當量比燃空當量比(equivalent ratio) 1 / a，歐美國家常用，歐美國家常用 1.3.3 混合氣混合氣(進氣進氣)充量充量 ss a c V m 充量系數充量系數(

11、容積效率容積效率) 每缸每循環(huán)每缸每循環(huán)實際吸入實際吸入缸內的新鮮空氣量缸內的新鮮空氣量與與按進氣系按進氣系 統(tǒng)前狀態(tài)計算而得的統(tǒng)前狀態(tài)計算而得的理論理論充氣量充氣量之比之比(75%-90%) l 大氣密度大氣密度(自然吸氣機型自然吸氣機型) l 增壓后空氣密度增壓后空氣密度(增壓機型增壓機型) 1.3.4 能量轉換效率能量轉換效率 ub 1 c Hg Q 1 i t Q W i e m W W 1) 燃燒效率燃燒效率 2) 循環(huán)熱效率循環(huán)熱效率 3) 機械效率機械效率 ub e mitmtcet Hg W 4) 有效效率有效效率 每缸每循環(huán)燃燒每缸每循環(huán)燃燒 時發(fā)出的熱量時發(fā)出的熱量 (kJ

12、) 單缸循環(huán)油量單缸循環(huán)油量(kg) 指示效率指示效率 正常燃燒：正常燃燒： 汽油機汽油機 c=95%98% 柴油機柴油機 c=98%99% 曲軸輸出功曲軸輸出功 總指示功總指示功 整機性能整機性能 熱功轉化熱功轉化 ) 2 )()( ss s sc 0a u mtcummete in TR p V l H HGP uetumitumtc e 111 HHH b 功率和油耗的表達式功率和油耗的表達式(課程總綱課程總綱) 燃燒效率燃燒效率 (第二部分第二部分) 循環(huán)熱效率循環(huán)熱效率 ( (第第3 3章章) ) 機械效率機械效率 ( (第第3 3章章) ) 進氣充量進氣充量 ( (第第4 4章章)

13、 ) 混合氣熱值混合氣熱值 ( (第第2 2章章) ) 1 、 工質對活塞所作功及示功圖工質對活塞所作功及示功圖 動力過程功：動力過程功：壓縮與燃燒膨脹沖壓縮與燃燒膨脹沖 程所作功之代數和程所作功之代數和 泵氣過程功：泵氣過程功：進氣與排氣沖程所進氣與排氣沖程所 作功之代數和作功之代數和 忽略流動阻力忽略流動阻力, 進、排氣沖程壓力進、排氣沖程壓力 所作功之代數和。自然吸氣發(fā)動所作功之代數和。自然吸氣發(fā)動 機進、排氣壓力相同（等于大氣機進、排氣壓力相同（等于大氣 壓力），即理論泵氣功為零壓力），即理論泵氣功為零 由于流動存在阻力，進氣壓力低由于流動存在阻力，進氣壓力低 于大氣壓，排氣壓力高于大

14、氣壓于大氣壓，排氣壓力高于大氣壓 力，造成進氣和排氣流動損失功，力，造成進氣和排氣流動損失功， 兩者之和為實際泵氣功兩者之和為實際泵氣功 W2+W3 負功負功 （實際泵氣功（實際泵氣功 理論理論泵氣功）泵氣功） W2+W3 負功負功 W1+W3 (W1+W3)-(W2+W3)=W1-W2 指示指標指示指標: 工質對活塞做功為基準的指標。工質對活塞做功為基準的指標。 直接反映直接反映燃燒和熱力循環(huán)組織的好壞燃燒和熱力循環(huán)組織的好壞 直接反映產品直接反映產品整機整機性能性能 循環(huán)循環(huán)( (總總) )指示功：指示功： 1 1、反映、反映熱功轉換熱功轉換的質量，而不是進、排氣系統(tǒng)阻力大小；的質量，而不

15、是進、排氣系統(tǒng)阻力大小； 2 2、難以將泵氣損失直接測出。、難以將泵氣損失直接測出。 3、可燃混合氣濃度表示方法：、可燃混合氣濃度表示方法： n過量空氣系數過量空氣系數 a：單位質量燃料完全燃燒單位質量燃料完全燃燒實際供給實際供給的空的空 氣量與氣量與理論所需理論所需空氣量之比；空氣量之比； n空燃比空燃比 (Air/Fuel ratio, A/F)； n燃空比燃空比 (Fuel/Air ratio, F/A)。 4、混合氣、混合氣(進氣進氣)充量：充量： 充量系數充量系數每缸每循環(huán)每缸每循環(huán)實際吸入實際吸入缸內的新鮮空氣缸內的新鮮空氣 量量與與按進氣系統(tǒng)前狀態(tài)計算而得的按進氣系統(tǒng)前狀態(tài)計算而得的理論理論充氣量充氣量之比。之比。 要求掌握：要