汽车发动机原理与汽车理论第一章

汽车发动机原理与汽车理论第一章第1页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第一章工程热力学基础2

第二章发动机的性能指标24

第三章发动机的换气过程38

第四章发动机废气涡轮增压59

第五章燃料与燃烧热化学77

第六章柴油机混合气的形成与燃烧87

第七章汽油机混合气的形成与燃烧116

第八章发动机的特性136

第九章发动机的排放与噪声156

第十章汽车发动机新技术189

第十一章发动机试验238

第十二章汽车的动力性260

第十三章汽车的燃油经济性303

第十四章汽车动力装置参数的确定314

第十五章汽车的制动性321第2页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第十六章汽车的操纵稳定性348

第十七章汽车的平顺性及通过性373

第一章

第二章第3页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第一章工程热力学基础2第4页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第一章工程热力学基础2第一节热功转换的基础知识2

第二节热力学第一定律7

第三节热力过程分析12

第四节热力学第二定律18第5页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第二章发动机的性能指标24第6页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第二章发动机的性能指标24第一节发动机的理论循环24

第二节四冲程发动机的实际循环28

第三节发动机的指示指标、有效指标和

第四节发动机的热平衡34

第五节发动机技术的现状与发展35第7页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第三章发动机的换气过程38第8页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第三章发动机的换气过程38第一节四冲程发动机的换气过程38

第二节四冲程发动机的充气效率42

第三节提高发动机充气效率的措施44

第四节二冲程发动机的换气过程49

第五节工程应用实例(文摘)53第9页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第四章发动机废气涡轮增压59第10页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第四章发动机废气涡轮增压59第一节概述59

第二节废气涡轮增压器的基本结构

第三节废气能量的利用66

第四节涡轮增压器与柴油机的匹配69

第五节工程应用实例(文摘)74第11页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第五章燃料与燃烧热化学77第12页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第五章燃料与燃烧热化学77第一节发动机的燃料及使用特性77

第二节燃烧热化学81

第三节燃烧的基础知识84第13页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第六章柴油机混合气的形成与燃烧87第14页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第六章柴油机混合气的形成与燃烧87第一节燃料喷射与雾化87

第二节柴油机的燃烧过程95

第三节可燃混合气的形成与燃烧室98

第四节影响燃烧过程的运转因素分析106

第五节影响燃烧过程的结构因素107

第六节工程应用实例(文摘)112第15页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第七章汽油机混合气的形成与燃烧116第16页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第七章汽油机混合气的形成与燃烧116第一节化油器的工作原理116

第二节汽油机的燃烧过程122

第三节汽油机的燃烧室128

第四节工程应用实例(文摘)131第17页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第八章发动机的特性136第18页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第八章发动机的特性136第一节发动机工况、性能指标与工作过程

第二节发动机的负荷特性138

第三节发动机的速度特性140

第四节柴油机的调速特性145

第五节发动机的万有特性148

第六节发动机有效功率和燃油消耗率

第七节发动机与动力装置的匹配153第19页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第九章发动机的排放与噪声156第20页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第九章发动机的排放与噪声156第一节排放物及危害156

第二节排放污染物的机内、机外

第三节排放法规及测试方法171

第四节柴油机的噪声182

第五节工程应用实例(文摘)187第21页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第十章汽车发动机新技术189第22页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第十章汽车发动机新技术189第一节汽油机的新型燃烧室189

第二节电控汽油喷射系统197

第三节电控电子点火系统210

第四节柴油机的电子控制214

第五节可变配气机构与可变进气管219

第六节工程应用实例一(文摘)222

第七节电控气体燃料喷射系统226

第八节工程应用实例二(文摘)233第23页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第十一章发动机试验238第24页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第十一章发动机试验238第一节发动机试验的种类及有关标准238

第二节功率与燃油消耗率的测量239

第三节发动机其他参数的测量251

第四节发动机台架试验255第25页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第十二章汽车的动力性260第26页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第十二章汽车的动力性260第一节汽车的动力性指标260

第二节汽车的驱动力261

第三节汽车的行驶阻力266

第四节汽车的动力方程273

第五节汽车行驶的驱动——附着条件277

第六节汽车的驱动力——行驶阻力平衡图

第七节汽车的功率平衡285

第八节装有液力变矩器的动力特性286

第九节影响汽车动力性的主要因素291

第十节汽车的驾驶性能294

第十一节汽车动力性试验297第27页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第十三章汽车的燃油经济性303第28页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第十三章汽车的燃油经济性303第一节汽车燃油经济性的评价指标303

第二节汽车在各工况下的燃油消耗304

第三节影响汽车燃油经济性的因素309第29页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第十四章汽车动力装置参数的确定314第30页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第十四章汽车动力装置参数的确定314第一节发动机功率的选择314

第二节传动比的选择315

第三节利用燃油经济性——加速时间曲线第31页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第十五章汽车的制动性321第32页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第十五章汽车的制动性321第一节制动性的评价指标321

第二节制动时车轮的受力分析322

第三节汽车的制动效能及其恒定性326

第四节制动时汽车的方向稳定性332

第五节前后制动器制动力的比例关系335

第六节自动防抱死系统342

第七节制动能量的回收343

第八节汽车行驶安全性发展动向345第33页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第十六章汽车的操纵稳定性348第34页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第十六章汽车的操纵稳定性348第一节概述348

第二节轮胎侧偏特性351

第三节线性二自由度汽车模型对前轮角

第四节汽车操纵稳定性与悬架、转向系

第五节汽车操纵稳定性的道路试验365

第六节操纵稳定性的主动控制369第35页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第十七章汽车的平顺性及通过性373第36页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第十七章汽车的平顺性及通过性373第一节汽车的平顺性373

第二节汽车的通过性377第37页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第一章第38页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第一章第一节热功转换的基础知识

第二节热力学第一定律

第三节热力过程分析

第四节热力学第二定律第39页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第一节热功转换的基础知识一、能量与能源

二、工质的热力状态及其基本状态参数

三、理想气体状态方程式

四、工质的比热容

五、热力过程第40页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1一、能量与能源世界由物质构成。一切物质都处于运动状态，能量是物质运动的度量。一切物质都具有能量，如果没有能量，世界就会永远处于静止状态，也就不会有生命。能量也是人类社会进步的动力。人类在日常生活和生产过程中需要各种形式的能量。随着人类社会的发展，人们对能量的认识和利用水平不断提高。到目前为止，人类所认识的能量主要有机械能、热能、电能、化学能、核能、辐射能等几种形式。能源是指能够直接或间接提供能量的物质资源第41页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1二、工质的热力状态及其基本状态参数1.热力系统

2.基本状态参数

3.压力ｐ

4.温度Ｔ

５.比体积ｖ

６.工质的平衡态第42页，课件共155页，创作于2023年2月05AA11.热力系统在热力学中，把某一宏观尺寸范围内的工质作为研究的具体对象，称为热力系统，简称系统。与该系统有相互作用的其他系统称为外界。包围系统的封闭表面就是系统与外界的分界面，称为边界(或界面)。边界可以是真实的，也可以是假想的。根据边界上物质和能量交换情况，热力系统分为下述几类：①开口系统，指与外界有物质交换的系统；②封闭系统，指与外界无物质交换的系统；③绝热系统，指与外界无热交换的系统；④孤立系统，指与外界既无物质交换，也无能量交换的系统。第43页，课件共155页，创作于2023年2月05AA12.基本状态参数标志气体热力状态的各个物理量叫做气体的状态参数。常用的状态参数主要有六个，即压力ｐ、温度Ｔ、比体积ｖ、内能Ｕ、焓H、熵S。其中ｐ、Ｔ、ｖ可以直接用仪表测量，且其物理意义易被理解，所以成为描述工质状态最常用的基本状态参数。第44页，课件共155页，创作于2023年2月05AA13.压力ｐ气体对单位面积容器壁所施加的垂直作用力称为压力ｐ。按分子运动论，气体的压力是大量分子向容器壁面撞击的统计量。压力单位为Ｐａ，被记做Ｎ／ｍ２，工程上亦常用ｋＰａ和ＭＰａ。容器内压力的大小有两种不同的表示方法。一种是指明气体施于器壁上压力的实际数值，叫绝对压力，记做ｐ；另一种是测量时压力计的读数压力，叫表压力，记做ｐｇ。第45页，课件共155页，创作于2023年2月05AA14.温度Ｔ温度表示气体的冷热程度。按照分子运动论，气体的温度是气体内部分子不规则运动激烈程度的量度，是与气体分子平均速度有关的一个统计量。气体的温度越高，表明气体分子的平均动能越大。第46页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1５.比体积ｖ比体积是单位质量的物质所占的体积第47页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1６.工质的平衡态为了对系统中能量转换情况进行分析计算，系统中气体各部分的温度和压力必须均匀一致(即处于热平衡和机械平衡)，且不随时间而变化，这样的状态称为热力学平衡状态(简称平衡态)。处于平衡态时，气体的所有状态参数都有确定的数值。只要知道两个独立的状态参数(如压力ｐ和温度Ｔ)，就可以确定气体所处的状态及参数。第48页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1三、理想气体状态方程式所谓理想气体就是假设气体内部分子不占有体积，分子间没有吸引力，这样的气体称为理想气体，在热力计算和分析中，常常把空气、燃气、烟气等气体近似的看作理想气体，因为气体分子间的平均距离要比固体和液体大得多，所以，气体分子本身的体积比气体所占的容积小得多，气体分子间的相互吸引力也很小。通常把实际气体近似地看作理想气体来进行各种热力计算，其结果极其相似。所以，对理想气体性质的研究在理论上和实际应用中都很重要。第49页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1四、工质的比热容(一)比热容与物质单位的关系

(二)比定压热容和比定容热容

(三)真实比热容和平均比热容

(四)定比热容第50页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1(一)比热容与物质单位的关系因为工质的计量单位可用ｋｇ、ｋｍｏｌ、ｍ３，所以工质的比热容有如下三种：比质量热容：ｃｋＪ／(ｋｇ·Ｋ)比摩尔热容：ｃｍｋＪ／(ｋｍｏｌ·Ｋ)比容积热容：ｃ′ｋＪ／(ｍ３·Ｋ)第51页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1(二)比定压热容和比定容热容气体在压力不变或体积不变的情况下被加热时的比热容，分别叫比定压热容和比定容热容，通常用脚标ｐ和V来标注。第52页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1(三)真实比热容和平均比热容根据大量精确的试验数据和量子力学理论，理想气体的比热容与压力无关，而应是温度的函数。第53页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1(四)定比热容表１-１理想气体的定值比摩尔热容和比热容比第54页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1五、热力过程图１-１第55页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1五、热力过程图１-2第56页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第二节热力学第一定律一、功、热量和内能

二、封闭系统能量方程式

三、开口系统稳定流动能量方程式与焓

四、熵及温熵图第57页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1一、功、热量和内能1.工质的膨胀功Ｗ

2.热量Ｑ

３.工质的内能第58页，课件共155页，创作于2023年2月05AA11.工质的膨胀功Ｗ图１-3可逆过程的体积变化功第59页，课件共155页，创作于2023年2月05AA12.热量Ｑ热力学中把热量定义为系统和外界之间仅仅由于温度不同而通过边界传递的能量。热量和功一样不是热力状态的参数，而是工质状态改变时对外的效应，即传递中的能量，没有能量的传递过程也就没有功和热量，因此说工质在某一状态下具有多少热量是毫无意义的。热量和功又有不同之处：功是两物体间通过宏观的运动发生相互作用而传递的能量；热量则是两物体间通过微观的分子运动发生相互作用而传递的能量；传热过程中不出现能量形态的转化；功转变成热量是无条件的，而热量转变成功是有条件的。第60页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1３.工质的内能工质内部所具有的各种能量，总称为工质的能量。由于工程热力学主要讨论内能和机械能之间的相互转换，不考虑化学变化和原子核反应的热力过程，故可以认为这两部分能量保持不变，而认为工质的内能是分子热运动的动能和克服分子间作用力的分子位能的总和。分子动能是由分子直线运动动能、旋转运动动能、分子内原子振动能、原子内电子振动能组成，由于工质内动能与内位能都与热能无关，故也称工质内部的热能。分子运动动能是温度Ｔ的函数，分子间的位能是比体积的函数。因此工质内能决定于工质的比体积和温度，即与工质的热力状况有关。一旦工质的状态发生变化，内能也跟着改变。第61页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1二、封闭系统能量方程式热力学第一定律应用到不同系统的能量转换过程中去，可得到不同的能量平衡方程式。现在讨论最简单的封闭系统的能量转换情况。第62页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1三、开口系统稳定流动能量方程式与焓图１-4开口系统示意图第63页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1四、熵及温熵图１)熵是一状态参数，如已知两个独立的状态参数，即可求出熵的值。

２)只有在平衡状态下，熵才有确定值。

３)与内能和焓一样，通常只需求熵的变化量，而不必求熵的绝对值。

４)熵是可加性的量，ｍｋｇ工质的熵是１ｋｇ工质的熵的ｍ倍，Ｓ＝ｍｓ。

５)在可逆过程中，从熵的变化过程中可判断热量的传递方向：ｄｓ＞０系统吸热；ｄｓ＝０系统绝热；ｄｓ＜０系统放热。

６)熵可以判断自然界一切自发过程的熵变。第64页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1四、熵及温熵图图１-5可逆过程的ｐ—Ｖ图和Ｔ—Ｓ图

ａ)ｐ—Ｖ图ｂ)Ｔ—Ｓ图第65页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第三节热力过程分析一、定容过程

二、定压过程

三、定温过程

四、定熵过程

五、理想气体的多变过程第66页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1一、定容过程(１)过程方程

(２)基本状态参数间关系式

(３)功量与热量分析计算

(４)ｐ—Ｖ图和Ｔ—Ｓ图根据过程方程可知，在p—Ｖ图上定容线是一条与横坐标垂直的直线，如图１-６ａ所示。第67页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1(１)过程方程ｖ＝定值第68页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1(２)基本状态参数间关系式ｖ２＝ｖ１第69页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1(３)功量与热量分析计算定容过程ｄｖ＝０，故定容过程膨胀功ｗ＝∫ｐｄｖ＝０(１-４４)定容过程的技术功ｗｔ为ｗｔ＝－∫ｖｄｐ＝ｖ(ｐ１－ｐ２)(１-４５)根据比定容热容定义，定容过程吸收的热量为ｑ＝ｃｖΔＴ(１-４６)或由热力学第一定律表达式ｑ＝Δｕ＋ｗ＝Δｕ＋０＝ｃｖΔＴ第70页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1(４)ｐ—Ｖ图和Ｔ—Ｓ图图１-6定容过程第71页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1二、定压过程(１)过程方程

(２)基本状态参数间关系式

(３)功量和热量分析计算

(４)ｐ—Ｖ图和Ｔ—Ｓ图根据过程方程知，在ｐ—Ｖ图上定压线为一条与纵坐标垂直的直线，如图１-７ａ所示。第72页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1(１)过程方程ｐ＝定值第73页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1(２)基本状态参数间关系式ｐ２＝ｐ１第74页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1(３)功量和热量分析计算定压过程ｄｐ＝０，则膨胀功和技术功为ｗ＝∫ｐｄｖ＝ｐ(ｖ２－ｖ１)(１-５１)ｗｔ＝－∫ｖｄｐ＝０(１-５２)类似于定容过程分析，定压过程吸热量ｑ＝ｃｐΔＴ＝Δｈ第75页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1(４)ｐ—Ｖ图和Ｔ—Ｓ图图１-7定压过程第76页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1三、定温过程(１)过程方程由定义知，定温过程温度保持不变，即Ｔ＝定值。

(２)基本状态参数间关系

(３)功量和热量的分析计算

(４)ｐ—Ｖ图和Ｔ—Ｓ图根据过程方程知，定温线在ｐ—Ｖ图上是等轴双曲线，如图所示。第77页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1(１)过程方程由定义知，定温过程温度保持不变，即Ｔ＝定值。第78页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1(２)基本状态参数间关系Ｔ２＝Ｔ１第79页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1(３)功量和热量的分析计算根据过程方程，过程的膨胀功为ｗ＝∫ｐｄｖ＝∫ｐｖｄｖｖ＝∫ＲＴｄｖｖ＝ＲＴｌｎｖ２ｖ１＝ｐ１ｖ１ｌｎｖ２ｖ１＝－ｐ１ｖ１ｌｎｐ２ｐ１(１-５７)根据理想气体热力性质，ΔＴ＝０，即Δｕ＝０，从而有ｑ＝Δｕ＋ｗ＝ｗ因此在理想气体的定温过程中，膨胀功、技术功和热量三者相等。第80页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1(４)ｐ—Ｖ图和Ｔ—Ｓ图图１-8定温过程第81页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1四、定熵过程(１)过程方程

(２)基本状态参数间的关系

(３)功量和热量的分析计算

(４)ｐ—Ｖ图和Ｔ—Ｓ图由定熵过程的过程方程ｐＶκ=定值可知，定熵过程在ｐ—Ｖ图上是一条幂指数为负的幂函数曲线(又称高次双曲线)。第82页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1(１)过程方程根据理想气体熵变的微分表达式和定熵过程熵不变的特点，有ｐｖκ＝定值第83页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1(２)基本状态参数间的关系ｄｐ＋κｄｖ＝０(１-６１)ｐ２ｖκ２＝ｐ１ｖκ１(１-６２)Ｔ２Ｔ１＝ｖ１ｖ２κ－１(１-６３)Ｔ２Ｔ１＝ｐ２ｐ１κ－１κ(１-６４)第84页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1(３)功量和热量的分析计算定熵过程的技术功为ｗｔ＝－∫ｖｄｐ＝ｐ１ｖ１－ｐ２ｖ２＋∫ｐｄｖ定熵过程是绝热可逆过程，故ｑ＝∫ｔｄｓ＝０第85页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1(４)ｐ—Ｖ图和Ｔ—Ｓ图图１-9绝热过程第86页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1五、理想气体的多变过程图１-１0多变过程第87页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第四节热力学第二定律一、自发过程的方向性与热力学第二定律的表述

二、热力循环与热效率

三、卡诺循环与卡诺定理

四、孤立系统的熵增原理第88页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1一、自发过程的方向性与热力学第二定律的表述１.自发过程的方向性

2.热力学第二定律的表述第89页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1１.自发过程的方向性所谓自发过程就是不需要任何外界作用而自动进行的过程。例如热量由高温物体传向低温物体就是一个自发过程，反之则不能自发进行，这是人所共知的常识。第90页，课件共155页，创作于2023年2月05AA12.热力学第二定律的表述热力学第二定律揭示了自然界中一切热过程进行的方向、条件和限度。自然界中热过程的种类很多，因此热力学第二定律的表述方式也很多。由于各种表述所揭示的是一个共同的客观规律，因而它们彼此是等效的。下面介绍两种具有代表性的表述。第91页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1二、热力循环与热效率1.热力循环

２.热效率第92页，课件共155页，创作于2023年2月05AA11.热力循环图１-１1正向循环示意图第93页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1２.热效率为了评价热力循环在能源利用方面的经济性，通常采用热力循环的净功Ｗ0与工质从高温热源受的热量ｑ１的比值作指标，称为循环热效率第94页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1三、卡诺循环与卡诺定理1.卡诺循环

２.卡诺定理第95页，课件共155页，创作于2023年2月05AA11.卡诺循环１)卡诺循环的热效率仅决定于高温热源和低温热源的温度。

２)由于Ｔ１不可能为无限大，Ｔ２不可能为零，所以卡诺循环的热效率不可能达到１。

３)无论采用什么工质和什么循环，也无论将不可逆损失减小到何种程度，在一定的温度范围Ｔ１到Ｔ２之间，不可能制造出热效率超过(１－)的热机。第96页，课件共155页，创作于2023年2月05AA11.卡诺循环图１-１２卡诺循环示意图第97页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1２.卡诺定理卡诺定理告诉我们，两个给定热源之间的所有循环中，以卡诺循环的热效率最高。一切工质的循环都是不可逆循环，因此实际循环的热效率必小于相同热源条件下卡诺循环的热效率。所以提高热效率的途径是减小过程的不可逆性，使实际循环尽量接近卡诺循环。卡诺定理还指出了两个给定热源之间所有卡诺循环的热效率都相等，与工质的性质无关，因此影响热效率的基本因素仅仅是热源的温度。提高热效率的另一个基本途径是提高高温热源的温度Ｔ１和降低低温热源的温度Ｔ２。为了提高热效率，现代热机就是沿着这条途径发展的。第98页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1四、孤立系统的熵增原理对于孤立系统，整个系统的熵变等于热源、冷源和工质三者熵变的代数和，即ΔＳ系统＝ΔＳ工质＋ΔＳ热源＋ΔＳ冷源。系统熵变与过程进行的方向之间有如下的关系即孤立系统的热力过程总是朝着系统的熵有所增加的方向进行，不可能出现使系统熵的总量减小的情况，在理想的可逆过程中可使系统熵的总量保持不变。第99页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第二章第100页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第二章第一节发动机的理论循环

第二节四冲程发动机的实际循环

第三节发动机的指示指标、有效指标和强化指标

第四节发动机的热平衡

第五节发动机技术的现状与发展第101页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第一节发动机的理论循环一、三种基本循环

二、循环热效率和循环平均压力

三、三种基本循环的比较第102页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1一、三种基本循环１)假设工质为理想气体，其比热容为定值。

２)假设工质的压缩和膨胀是绝热等熵过程。

３)假设工质是在闭口系统中作封闭循环。

４)假设工质燃烧为定压或定容加热，放热为定容放热。

５)假设循环过程为可逆循环。第103页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1图２-１发动机理论循环

ａ)混合加热循环ｂ)定容加热循环ｃ)定压加热循环第104页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1二、循环热效率和循环平均压力１.循环热效率ηｔ

２.循环平均压力ｐｔ第105页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1１.循环热效率ηｔ(１)压缩比ε随着压缩比ε的提高，三种循环的ηｔ都提高。

(２)等熵指数κ绝热指数κ对ηｔ的影响如图２-３所示。

(３)压力升高比λ在定容加热循环中，随着循环加热量Ｑ１的增加，λ值成正比加大。

(４)预膨胀比ρ在等压加热循环中，若ε保持不变，随着加热量Ｑ１增加ρ值加大。第106页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1１.循环热效率ηｔ图２-２定容加热循环效率与

压缩比ε的关系第107页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1(１)压缩比ε

随着压缩比ε的提高，三种循环的ηｔ都提高。当ε较低时，随着ε的提高，ηｔ增长很快；但当ε较大时，若再增加ε则效果不明显第108页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1(２)等熵指数κ

图２-３与κ、ε的关系第109页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1(３)压力升高比λ

图２-４压力升高比、预膨胀比对循环

热效率、循环平均压力的影响第110页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1(４)预膨胀比ρ

在等压加热循环中，若ε保持不变，随着加热量Ｑ１增加ρ值加大。在混合加热循环中，当循环总加热量Ｑ１和ε保持不变时，若ρ值增大，意味着等压加热部分增大(图２-４)，同样ηｔ下降。第111页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1２.循环平均压力ｐｔｐｔ(ｋＰａ)是单位气缸工作容积所做的循环功，用以评定发动机的循环做功能力。第112页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1三、三种基本循环的比较图２-５ε相同各种理想循环的热效率比较第113页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1三、三种基本循环的比较图２-６最高压力相同时三种理想

循环热效率的比较第114页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第二节四冲程发动机的实际循环一、进气行程

二、压缩行程

三、燃烧过程

四、做功行程

五、排气行程

六、理论循环与实际循环比较第115页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第二节四冲程发动机的实际循环图２-７四冲程发动机的示功图

ａ)进气过程ｂ)压缩过程ｃ)膨胀过程(做功过程)ｄ)排气过程第116页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1一、进气行程为使发动机连续运转，必须不断吸入新鲜工质。吸入新鲜工质的行程即是进气行程。进气过程中，进气门开启，排气门关闭，活塞从上止点向下止点运动，在气缸内形成真空，新鲜工质被吸入气缸。由于进气系统的阻力，进气终了时气缸内压力小于大气压力，约为０.０７５～０.０９ＭＰａ。因为流进气缸内的工质受到气缸壁、活塞顶等高温机件及上一次循环残余废气余热的加热，所以进气终了温度也升高到３７０～４００Ｋ。在图２-７中进气行程用曲线ｒａ表示。第117页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1二、压缩行程为使吸入气缸内的工质能迅速燃烧，以产生较大压力，使发动机做功，必须在做功行程之前将工质压缩，此即为压缩行程。在这个行程中，进、排气门均关闭，活塞由下止点向上止点运动。在图２-７中压缩行程用曲线ａｃ表示。压缩行程是一个复杂的多变过程，其间有热交换和漏气损失。第118页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1三、燃烧过程这个过程，活塞位于上止点前后，进、排气门均关闭。燃烧过程的作用是将燃料的化学能转化为热能，使工质的温度和压力升高。燃烧越靠近上止点，放出热量越多，热效率越高。汽油机的燃烧过程接近定容加热循环，原因是汽油机的可燃混合气是在火花塞点火之前已基本形成，火花塞在上止点前点火，火焰迅速传播到整个燃烧室，工质的温度、压力迅速上升。第119页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1四、做功行程在这个行程中，进、排气门仍旧关闭。当活塞接近上止点时，工质燃烧放出大量的热能。高温高压的燃气推动活塞从上止点向下止点运动，通过连杆使曲轴旋转并输出机械能，除了用以维持发动机本身继续运转外，其余的用于对外做功。在图２-７上用曲线zｂ表示。做功行程比压缩过程更复杂，除有热交换和漏气损失外还有补燃。因此，做功行程也是一个多变过程。第120页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1五、排气行程表２-１发动机实际循环各过程终点的压力和温度第121页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1六、理论循环与实际循环比较(一)实际工质影响

(二)换气损失

(三)燃烧损失

(四)传热损失第122页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1六、理论循环与实际循环比较图２-８内燃机实际循环与理论循环的比较

ａ)柴油机ｂ)汽油机

—实际工质影响引起损失—换气损失Ｗ—提前排气损失

—非瞬时燃烧和补燃损失—传热、流动损失第123页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1(一)实际工质影响理论循环中假设工质比热容是定值，而实际气体比热容是随温度的升高而上升，且燃烧后生成ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等多原子气体，这些气体的比热容又大于空气，使循环的最高温度降低。由于实际循环还存在泄漏，使工质数量减少，这意味着同样的加热量，在实际循环中所引起的压力和温度的升高要比理论循环的低得多，其结果是循环热效率低，循环所做的功减少，如图２-８中Ｗｋ所示。第124页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1(二)换气损失燃烧废气的排出和新鲜空气的吸入是使循环重复进行所必不可少的，由此而消耗的功称为换气损失。由于进、排气系统中的流动阻力而产生的损失如图２-８中Ｗｒ所示，换气过程中因排气门在下止点前必要的提前开启而产生的损失如图２-８中面积Ｗ所示。第125页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1(三)燃烧损失１)实际循环中燃烧非瞬时完成，所以喷油或点火在上止点之前，并且燃烧还会延续到膨胀行程，由此形成非瞬时燃烧损失和补燃损失，如图２-８中Ｗｚ所示。

2)实际循环中会有部分燃料由于缺氧产生不完全燃烧损失。

3)在高温下部分燃烧产物分解而吸热，即第126页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1(四)传热损失实际循环中，气缸壁(包括气缸套、气缸盖、活塞、活塞环、气门、喷油器等)和工质间自始至终存在着热交换，由此造成损失如图２-８中Ｗｂ所示。由于上述各项损失的存在，使实际循环热效率低于理论循环。第127页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第三节发动机的指示指标、有效指标和强化指标一、发动机的指示指标

二、发动机的有效指标

三、发动机强化指标

四、发动机的其他指标

五、典型车用发动机技术参数第128页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1一、发动机的指示指标表２-２发动机的指示指标定义及计算方法第129页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1二、发动机的有效指标表２-３有效指标定义及计算方法第130页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1三、发动机强化指标活塞平均速度ｃｍ对发动机的性能、工作可靠性和使用寿命有很大影响。一般说来，ｃｍ增大会使发动机的功率提高，但活塞组的热负荷和曲柄连杆机构的惯性负荷增大，运动件摩擦副的磨损加剧，寿命下降。同时，由于进、排气流速增大，进、排气阻力与气流速度的平方成正比例增加，会使充气系数ηｖ下降。所以，随着ｃｍ的提高，就有必要增大气门通路断面，增加气门个数，选用较好的材料、较高的加工精度，采用特殊的表面处理技术，设计高热负荷下工作可靠且结构轻巧的活塞组。目前，一般认为，汽油机的ｃｍ不宜大于１5ｍ／ｓ，柴油机不宜大于１3ｍ／ｓ。ｃｍ的上限在很大程度上受到燃烧系统的高速性能和摩擦功率随转速增长所制约。平均有效压力Ｐｍｅ和活塞平均速度ｃｍ都是表征活塞式发动机强化程度的重要参数，两者乘积通常称为发动机的强化系数。这两个主要参数应当慎重选择。第131页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1四、发动机的其他指标１.排气品质

2.噪声

3.结构空间

4.总质量

5.生产成本

6.使用成本第132页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1１.排气品质(１)排出有害气体目前有害气体排放主要是指氮氧化合物(ＮＯｘ)、各种碳氢化合物(ＨＣ)及一氧化碳(ＣＯ)这三种危害最大的气体排放量。

(2)排气颗粒排气颗粒指排气中除水以外任何液态和固态微粒，目前除美国外，其他国家均只限制炭烟的排放量。第133页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1(１)排出有害气体目前有害气体排放主要是指氮氧化合物(ＮＯｘ)、各种碳氢化合物(ＨＣ)及一氧化碳(ＣＯ)这三种危害最大的气体排放量。第134页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1(2)排气颗粒表２-４发动机的强化指标第135页，课件共155页，创作于2023年2月05AA12.噪声噪声使人心情烦燥、反应迟钝，甚至产生高血压和神经系统疾病。汽车是城市主要噪声源之一，发动机是汽车主要噪声源，故必须予以限制。我国噪声标准中规定轿车噪声不得大于84ｄＢ。第136页，课件共155页，创作于2023年2月05AA13.结构空间希望外形尺寸小，体积功率大，升体积小。第137页，课件共155页，创作于2023年2月05AA14.总质量要求总质量ｍ、比质量、升质量均小。第138页，课件共155页，创作于2023年2月05AA15.生产成本要求生产能耗小，材料费用降低，结构设计适于组织经济批量生产。第139页，课件共155页，创作于2023年2月05AA16.使用成本要求发动机的可靠性、耐久性好，使用油耗低，保养费少，提高汽车的有效利用程度。第140页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1五、典型车用发动机技术参数表２-５典型车用发动机技术参数第141页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1第四节发动机的热平衡一、发动机所耗燃油的热量ＱＴ(ｋＪ／ｈ)

二、转化为有效功的热量ＱＥ(ｋＪ／ｈ)

三、传递给冷却介质的热量ＱＳ(ｋＪ／ｈ)

四、废气带走的热量ＱＲ(ｋＪ／ｈ)

五、其他热量损失量ＱＬ(ｋＪ／ｈ)第142页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1一、发动机所耗燃油的热量ＱＴ(ｋＪ／ｈ)在发动机中，热量是由燃料燃烧产生的。假设燃料完全燃烧，则每小时所放出的热量ＱＴ为ＱＴ＝Ｂｈμ(２-６)第143页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1二、转化为有效功的热量ＱＥ(ｋＪ／ｈ)因为１ｋW·ｈ＝３.６×１０００ｋＪ所以ＱＥ＝３.６×１０００Ｐｅ(２-７)式中Ｐｅ——发动机有效功率(ｋＷ)。第144页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1三、传递给冷却介质的热量ＱＳ(ｋＪ／ｈ)这部分热量包括工质与缸壁的传热损失和通过废气及润滑油传给冷却介质的热量等。Ｑs＝Ｇsｃs(ｔ２－ｔ１)(２-８)式中Ｇs——通过发动机冷却介质散失的热量流量(ｋｇ／ｈ)；ｃs——冷却介质比热容(ｋＪ／(ｋｇ·℃))；ｔ１，ｔ２——冷却介质入口和出口温度(℃)第145页，课件共155页，创作于2023年2月05AA1四、废气带走的热量ＱＲ(ｋＪ／ｈ)废气带走的热量为ＱＲ＝(Ｂ＋Ｇ)(ｃｐｒｔ２－ｃｐｔ１)(２-９)式中Ｂ，Ｇ——每小时消耗的燃料量和空气量ｃｐｒ，ｃｐ——废气和空气的定压比热容ｔ２—