發(fā)動機原理與汽車理論第一章發(fā)動機原理基礎(chǔ)知識

1、2課程內(nèi)容概述課程內(nèi)容概述u第一章發(fā)動機原理基礎(chǔ)知識第一章發(fā)動機原理基礎(chǔ)知識u第二章發(fā)動機的換氣過程第二章發(fā)動機的換氣過程u第三章汽油機的燃料與燃燒第三章汽油機的燃料與燃燒u第四章柴油機的燃料與燃燒第四章柴油機的燃料與燃燒u第五章燃氣發(fā)動機的燃料與燃燒第五章燃氣發(fā)動機的燃料與燃燒u第六章發(fā)動機的特性第六章發(fā)動機的特性u第七章汽車的動力性第七章汽車的動力性u第八章汽車的制動性第八章汽車的制動性u第九章汽車的使用經(jīng)濟性第九章汽車的使用經(jīng)濟性u第十章汽車的操縱穩(wěn)定性第十章汽車的操縱穩(wěn)定性u第十一章汽車的舒適性第十一章汽車的舒適性u第十二章汽車的通過性第十二章汽車的通過性u第十三章汽車性能的合理使用第

2、十三章汽車性能的合理使用3第一章發(fā)動機原理基礎(chǔ)知識第一章發(fā)動機原理基礎(chǔ)知識第一節(jié)第一節(jié) 氣體的熱力性質(zhì)氣體的熱力性質(zhì)第二節(jié)第二節(jié) 熱力學第一定律熱力學第一定律第三節(jié)第三節(jié) 熱力學第二定律熱力學第二定律第四節(jié)第四節(jié) 發(fā)動機的循環(huán)發(fā)動機的循環(huán)第五節(jié)第五節(jié) 發(fā)動機的性能指標發(fā)動機的性能指標第六節(jié)第六節(jié) 發(fā)動機的機械效率發(fā)動機的機械效率4第一節(jié)第一節(jié) 氣體的熱力性質(zhì)氣體的熱力性質(zhì)一、基本概念一、基本概念 二、基本狀態(tài)參數(shù)二、基本狀態(tài)參數(shù) 三、理想氣體狀態(tài)方程三、理想氣體狀態(tài)方程5一、基本概念一、基本概念1.1.工質(zhì)工質(zhì): :實現(xiàn)熱能與機械能相互轉(zhuǎn)換的工作物質(zhì)（氣體）。實現(xiàn)熱能與機械能相互轉(zhuǎn)換的工作物質(zhì)

3、（氣體）。2.2.熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng)和和外界外界: :把作為研究對象的某一宏觀尺寸范圍內(nèi)的把作為研究對象的某一宏觀尺寸范圍內(nèi)的工質(zhì)總稱為熱力系統(tǒng)，如汽缸內(nèi)的氣體；把熱力系統(tǒng)以外和工質(zhì)總稱為熱力系統(tǒng)，如汽缸內(nèi)的氣體；把熱力系統(tǒng)以外和熱功轉(zhuǎn)換過程有關(guān)的其他物體統(tǒng)稱為外界，如汽缸體。熱功轉(zhuǎn)換過程有關(guān)的其他物體統(tǒng)稱為外界，如汽缸體。3.3.熱力狀態(tài)熱力狀態(tài): :把工質(zhì)在某一時刻所處的宏觀狀態(tài)稱為工質(zhì)的把工質(zhì)在某一時刻所處的宏觀狀態(tài)稱為工質(zhì)的“熱力狀態(tài)熱力狀態(tài)”，簡稱，簡稱“狀態(tài)狀態(tài)”。工質(zhì)的熱力狀態(tài)用物理量來。工質(zhì)的熱力狀態(tài)用物理量來描述，這些物理量稱為氣體的狀態(tài)參數(shù)，如溫度、壓力和比描述，這些物理量稱

4、為氣體的狀態(tài)參數(shù)，如溫度、壓力和比體積等。體積等。4.4.熱力過程熱力過程:將熱力系統(tǒng)中的工質(zhì)從某一初始狀態(tài)變化到另一將熱力系統(tǒng)中的工質(zhì)從某一初始狀態(tài)變化到另一狀態(tài)所經(jīng)歷的整個過程稱為熱力過程。狀態(tài)所經(jīng)歷的整個過程稱為熱力過程。6 開口系統(tǒng)：與外界不僅有能量交換，又有物質(zhì)交換開口系統(tǒng)：與外界不僅有能量交換，又有物質(zhì)交換的系統(tǒng)。的系統(tǒng)。 封閉系統(tǒng)：與外界只有能量交換而無物質(zhì)交換的系封閉系統(tǒng)：與外界只有能量交換而無物質(zhì)交換的系統(tǒng)。統(tǒng)。 絕熱系統(tǒng)：與外界沒有熱量交換的系統(tǒng)。絕熱系統(tǒng)：與外界沒有熱量交換的系統(tǒng)。 孤立系統(tǒng)：與外界既無能量交換，也無物質(zhì)交換的孤立系統(tǒng)：與外界既無能量交換，也無物質(zhì)交換的系

5、統(tǒng)。系統(tǒng)。熱力系統(tǒng)分類熱力系統(tǒng)分類7二、基本狀態(tài)參數(shù)二、基本狀態(tài)參數(shù)u氣體常用的狀態(tài)參數(shù)有氣體常用的狀態(tài)參數(shù)有6 6個，其中溫度（個，其中溫度（T T）、）、壓力（壓力（p p）和比體積（）和比體積（）這三個物理量，稱基）這三個物理量，稱基本狀態(tài)參數(shù)。本狀態(tài)參數(shù)。u內(nèi)能（內(nèi)能（U U）、熵（）、熵（S S）、焓（）、焓（H H）。）。8溫度溫度u溫度表示氣體的冷熱程度。按分子運動論，氣體的溫度是溫度表示氣體的冷熱程度。按分子運動論，氣體的溫度是氣體內(nèi)部分子不規(guī)則運動劇烈程度的物理量。氣體的溫度氣體內(nèi)部分子不規(guī)則運動劇烈程度的物理量。氣體的溫度越高，氣體內(nèi)部分子的平均動能就越大。越高，氣體內(nèi)部分

6、子的平均動能就越大。u熱力學溫度熱力學溫度: :開氏溫度，用符號開氏溫度，用符號T T表示，單位為開爾文，單表示，單位為開爾文，單位符號為位符號為“K” K” （基本溫標（基本溫標) )。熱力學溫度以水的三相點溫熱力學溫度以水的三相點溫度為基本定點溫度度為基本定點溫度(即水的固、液、氣三態(tài)共存時的溫度即水的固、液、氣三態(tài)共存時的溫度)，并規(guī)定其溫度為。于是并規(guī)定其溫度為。于是1K1K就是水的三相點溫度的。就是水的三相點溫度的。u工程上的溫度：攝氏溫度，用符號工程上的溫度：攝氏溫度，用符號t t表示，單位符號為表示，單位符號為“”。u攝氏溫度與開氏溫度的關(guān)系為：攝氏溫度與開氏溫度的關(guān)系為：t t

7、T T注意：只有開氏溫度才是狀態(tài)參數(shù)。注意：只有開氏溫度才是狀態(tài)參數(shù)。9u定義：定義：氣體在單位面積容器壁上的垂直作用力氣體在單位面積容器壁上的垂直作用力, ,用符號用符號p p表示，單表示，單位是帕斯卡，簡稱為帕（位是帕斯卡，簡稱為帕（PaPa）。由于帕很小，工程上常用千帕）。由于帕很小，工程上常用千帕（kPakPa）或兆帕（）或兆帕（MPaMPa）為單位。）為單位。 1 kPa =101 kPa =103 3Pa 1 MPa =10Pa 1 MPa =106 6PaPau壓力的表示方法：壓力的表示方法：1.1.絕對壓力：指氣體作用在容器壁上的真實壓力絕對壓力：指氣體作用在容器壁上的真實壓力

8、, ,用用p p表示。表示。2.2.表壓力：當氣體的絕對壓力高于大氣壓力時，壓力表指示的數(shù)值表壓力：當氣體的絕對壓力高于大氣壓力時，壓力表指示的數(shù)值就是表壓力。表壓力等于氣體的絕對壓力與大氣壓力就是表壓力。表壓力等于氣體的絕對壓力與大氣壓力p0的差值，用的差值，用p pg g表示。其關(guān)系式為表示。其關(guān)系式為pg=p-p0 。3.3.真空度：當氣體的絕對壓力低于大氣壓力時，真空表測量的數(shù)值真空度：當氣體的絕對壓力低于大氣壓力時，真空表測量的數(shù)值就是真空度。真空度等于大氣壓力與氣體絕對壓力的差值，用就是真空度。真空度等于大氣壓力與氣體絕對壓力的差值，用p pv v表表示。其關(guān)系式為示。其關(guān)系式為p

9、 pv v= =p p0 0p p。注意：只有絕對壓力才是狀態(tài)參數(shù)。注意：只有絕對壓力才是狀態(tài)參數(shù)。壓力壓力10比體積比體積u比體積：單位質(zhì)量的氣體所占的體積，稱為氣體的比體比體積：單位質(zhì)量的氣體所占的體積，稱為氣體的比體積。用符號積。用符號v v表示，單位為表示，單位為m3/kg。u密度：密度：單位體積單位體積的氣體的氣體所具有的質(zhì)量稱為密度，以符號所具有的質(zhì)量稱為密度，以符號 表示，其單位為表示，其單位為kg/m3。mVv Vm11三、理想氣體狀態(tài)方程三、理想氣體狀態(tài)方程u理想氣體：分子不占體積、分子之間沒有吸力的氣體。理想氣體：分子不占體積、分子之間沒有吸力的氣體。u理想氣體狀態(tài)方程式（

10、克拉貝隆方程式）：溫度、壓力、理想氣體狀態(tài)方程式（克拉貝隆方程式）：溫度、壓力、比體積之間關(guān)系式。比體積之間關(guān)系式。 1 1理想氣體：理想氣體： 理想氣體：理想氣體： 式中：式中：V Vm mkgkg理想氣體的總?cè)莘e，理想氣體的總?cè)莘e，V V= =mvmv。 R R氣體常數(shù)，其數(shù)值取決于氣體的性質(zhì)，單氣體常數(shù)，其數(shù)值取決于氣體的性質(zhì)，單 位為位為kJ/kJ/（kgKkgK）。）。 RTpv mRTpV 12第二節(jié)第二節(jié) 熱力學第一定律熱力學第一定律一、功、熱量和內(nèi)能一、功、熱量和內(nèi)能 二、熱力學第一定律二、熱力學第一定律13一、功、熱量和內(nèi)能一、功、熱量和內(nèi)能u1 1功功當氣體的壓力和容積發(fā)生

11、變化時，氣體與外界之間相互傳遞的當氣體的壓力和容積發(fā)生變化時，氣體與外界之間相互傳遞的機械能稱之為功，用機械能稱之為功，用W表示。單位為焦耳，單位符號為表示。單位為焦耳，單位符號為“J”J”或或“kJ”kJ”， 1kJ=101kJ=103 3J J。1kg1kg氣體容積（即比體積）的微小變化量為氣體容積（即比體積）的微小變化量為: : dv = Adx 1kg1kg氣體對外界所作的微元功為氣體對外界所作的微元功為: : dw= pAdx = pdv1kg1kg氣體對外界所作的功為氣體對外界所作的功為: :若汽缸內(nèi)的氣體為若汽缸內(nèi)的氣體為m mkgkg，其總?cè)莘e，其總?cè)莘eV=mv，則則m mkg

12、kg氣體從狀態(tài)氣體從狀態(tài)1 1變化到狀態(tài)變化到狀態(tài)2 2對外所作對外所作的功為的功為: : 21vvwpdv2211vVvVWmwpmdvpdV14一、功、熱量和內(nèi)能一、功、熱量和內(nèi)能u2 2熱量熱量熱量是由于溫度的不同，系統(tǒng)和外界之間穿越邊界而傳遞的能熱量是由于溫度的不同，系統(tǒng)和外界之間穿越邊界而傳遞的能量。量。熱量的國際單位與功一樣為焦耳，單位符號為熱量的國際單位與功一樣為焦耳，單位符號為“J”J”或或“kJ”kJ”。熱量通常用比熱來計算。比熱是指單位量的物質(zhì)溫度每變化熱量通常用比熱來計算。比熱是指單位量的物質(zhì)溫度每變化1K1K時吸收或放出的熱量，用符號時吸收或放出的熱量，用符號c c表示

13、，即表示，即式中：式中：d dq q單位量的物質(zhì)在溫度變化單位量的物質(zhì)在溫度變化d dT T時吸收或放出的熱量。時吸收或放出的熱量。1kg1kg氣體的溫度變化氣體的溫度變化d dT T時，吸收或放出的微元熱量時，吸收或放出的微元熱量d dq q為為:d:dq q= =c cd dT T1kg1kg氣體的溫度從氣體的溫度從T T1 1 T T2 2時，吸收或放出的熱量時，吸收或放出的熱量q q為為: :m mkgkg氣體的溫度從氣體的溫度從T T1 1 T T2 2時，吸收或放出的熱量時，吸收或放出的熱量Q Q為為: :規(guī)定規(guī)定: :氣體從外界吸收熱量為正，向外界放出熱量為負。氣體從外界吸收熱量

14、為正，向外界放出熱量為負。注意：功和熱量都不是狀態(tài)參數(shù)。注意：功和熱量都不是狀態(tài)參數(shù)。 dqcdT21TTqcdT21TTQmqmcdT15一、功、熱量和內(nèi)能一、功、熱量和內(nèi)能u3 3內(nèi)能內(nèi)能氣體的內(nèi)能是指氣體內(nèi)部所具有的各種能量的總和，由氣體分氣體的內(nèi)能是指氣體內(nèi)部所具有的各種能量的總和，由氣體分子運動的動能和分子間位能組成。子運動的動能和分子間位能組成。u內(nèi)能是氣體的狀態(tài)參數(shù)。內(nèi)能是氣體的狀態(tài)參數(shù)。u對于理想氣體，因假設(shè)其分子間沒有引力，其位能為零，所對于理想氣體，因假設(shè)其分子間沒有引力，其位能為零，所以其內(nèi)能僅指其內(nèi)部動能，它是溫度以其內(nèi)能僅指其內(nèi)部動能，它是溫度T T的單值函數(shù)。的單值

15、函數(shù)。1kg1kg氣體的內(nèi)能用符號氣體的內(nèi)能用符號u u表示，單位為表示，單位為J/kgJ/kg或或kJ/kgkJ/kg，則，則u = f（T）1kg1kg氣體的溫度從氣體的溫度從T1變化到變化到T2時，其內(nèi)能的變化量時，其內(nèi)能的變化量u為為: :u = u2u1 = f（T2）f（T1）mkg氣體的內(nèi)能用符號氣體的內(nèi)能用符號U U表示，單位為表示，單位為J J或或kJkJ，溫度從，溫度從T1變化到變化到T2時，其內(nèi)能的變化量時，其內(nèi)能的變化量U為為: :U = U 2U 1 =mf（T2）f（T1) 16二、熱力學第一定律二、熱力學第一定律u熱力學第一定律：熱和功可以相互轉(zhuǎn)換，為了要獲得一定

16、量的熱力學第一定律：熱和功可以相互轉(zhuǎn)換，為了要獲得一定量的功，必須消耗一定量的熱；反之，消耗一定量的功，必會產(chǎn)生一功，必須消耗一定量的熱；反之，消耗一定量的功，必會產(chǎn)生一定量的熱。定量的熱。u第一類永動機是不可能被成功地制造的。在熱能與其他能量的第一類永動機是不可能被成功地制造的。在熱能與其他能量的相互轉(zhuǎn)換過程中，能的總量保持不變相互轉(zhuǎn)換過程中，能的總量保持不變-遵循能量守恒原則遵循能量守恒原則。u1kg氣體由狀態(tài)氣體由狀態(tài)1 1變化到狀態(tài)變化到狀態(tài)2 2所經(jīng)歷的過程中，如果氣體與外所經(jīng)歷的過程中，如果氣體與外界交換的熱量為界交換的熱量為q1-2，機械功為，機械功為w1-2，內(nèi)能的變化量為，內(nèi)

17、能的變化量為u2u1，三，三者之間的平衡關(guān)系可用能量平衡方程表示為者之間的平衡關(guān)系可用能量平衡方程表示為: :q1-2= u2u1+ w1-2mkg氣體由狀態(tài)氣體由狀態(tài)1 1變化到狀態(tài)變化到狀態(tài)2 2所經(jīng)歷的過程中，則有所經(jīng)歷的過程中，則有Q1-2= U2U1+ W1-2u氣體狀態(tài)發(fā)生變化時，從外界吸收的熱量等到于其內(nèi)能的增加氣體狀態(tài)發(fā)生變化時，從外界吸收的熱量等到于其內(nèi)能的增加量與對外所作的機械功之和。量與對外所作的機械功之和。 17第三節(jié)第三節(jié) 熱力學第二定律熱力學第二定律一、熱力循環(huán)一、熱力循環(huán) 二、循環(huán)評定指標二、循環(huán)評定指標 三、熱力學第二定律三、熱力學第二定律 18一、熱力循環(huán)一、

18、熱力循環(huán)u定義定義: :工質(zhì)由某一初始狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)過一系列的狀工質(zhì)由某一初始狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)過一系列的狀態(tài)變化又重新回到初始狀態(tài)所經(jīng)歷的封閉過程，態(tài)變化又重新回到初始狀態(tài)所經(jīng)歷的封閉過程，簡稱循環(huán)。簡稱循環(huán)。u循環(huán)可分為正向循環(huán)和逆向循環(huán)。循環(huán)可分為正向循環(huán)和逆向循環(huán)。u循環(huán)過程可用循環(huán)過程可用pv圖圖表示。表示。19pv圖圖u循環(huán)中工質(zhì)所作的凈功為循環(huán)中工質(zhì)所作的凈功為: :w w0 0 u循環(huán)中工質(zhì)從外界吸收的凈熱量循環(huán)中工質(zhì)從外界吸收的凈熱量為為: : q1q2 u由于由于u u=0=0。根據(jù)熱力學第一定律。根據(jù)熱力學第一定律則可得出則可得出: :q1q2= w w0u結(jié)論結(jié)論: :循環(huán)中工質(zhì)從高溫熱源吸收循環(huán)中工質(zhì)從高溫熱源吸收熱量熱量q q1 1，只將其中的一部分轉(zhuǎn)換成，只將其中的一部分轉(zhuǎn)換成機械功機械功w w0 0，而另一部分熱量，而另一部分熱量q q2 2傳遞傳遞給低溫熱源。給低溫熱源。 umkg：Q1 Q2=W020二、循環(huán)評定指標二、循環(huán)評定指標1.1.循環(huán)熱效率循環(huán)熱效率t ：指循環(huán)中熱功轉(zhuǎn)換的效率，它等于循指循環(huán)中熱功轉(zhuǎn)換的效率，它等于循環(huán)中工質(zhì)對外界作的凈功與循環(huán)加熱量之比環(huán)中工質(zhì)對外界作的凈功與循環(huán)加熱量之比 （評價經(jīng)濟（評價經(jīng)濟性）。性）。2.2.循環(huán)平均壓