《汽车发动机原理（第5版）》 教案全套 颜伏伍 第1-10章 发动机性能-发动机动力学

《汽车发动机原理》教案章节第一章发动机性能理论授课时间6学时本单元的教学目标1.掌握发动机的三种基本理论循环及热效率的计算方法、影响因素及比较；2.掌握发动机的指示性能指标和有效性能指标；3.掌握机械效率的概念、机械损失的四种测定方法、影响机械效率的因素。本单元教学内容1、动机理论循环与实际循环的分析；2、发动机指示性能指标和有效性能指标；3、发动机机械效率的测定方法与影响因素;4、指示性能指标和有效性能指标的分析；5、提高发动机动力性和经济性的技术措施；6、发动机机械效率的测定方法；7、影响发动机机械效率的因素。本单元的教学方式（手段）课堂讲授，多媒体教学；对相关公式的推导采用板书演算。本单元师生活动设计讲授为主，配合重点内容提问本单元的讲课提纲、板书设计(一)导入新课我们经常听说某某车发动机动力强劲，马力大，加速性能好，这是如何评价出来的呢？以及如何界定的呢？这就是我们本章需要学习的内容。(二)新课教学1．发动机理论循环（1）三种基本循环发动机有三种基本空气标准循环，即定容加热循环、定压加热循环和混合加热循环。（2）循环热效率ηt①随着压缩比的增大，三种循环的ηt提高。因为可以提高循环平均吸热温度，降低循环平均放热温度，扩大循环温差，增大膨胀比。②等熵指数k对ηt的影响如图所示。随k值增大，ηt将提高。k值取决于工质的性质，双原子气体k=1.4，多原子气体k=1.33。（3）循环平均压力PtPt随进气终点压力Pde、压缩比εc、压力升高比λp、初始膨胀比ρ0、等熵指数k和循环热效率ηt的增加而增加。（4）三种基本循环的比较欲提高混合加热循环热效率，应增加定容部分的加热量（即增大λp）。对于高增压柴油机，因受零部件强度的限制，必须限制其最高循环压力。因而为了得到较高的热效率，宜按定压加热循环工作。2.四冲程发动机的实际循环（1）进气过程为了使发动机连续运转，必须不断吸入新鲜工质，即是进气过程。此时进气门开启，排气门关闭，活塞由上止点向下止点移动。因为气流受到发动机高温零件及残余废气的加热，进气终点的温度也总是高于大气温度或增压器出口温度。（2）压缩过程发动机进行压缩过程时，进排气门均关闭，活塞由下止点向上止点移动，缸内工质受到压缩，温度、压力不断上升，工质受压缩的程度用压缩比εc表示。（3）燃烧过程燃烧过程的是作用是将燃料的化学能转变为热能，使工质的压力、温度升高。放出的热量越多，放热时越靠近上止点，热效率越高。（4）膨胀过程进排气门均关闭，高温、高压的工作介质推动活塞，由上止点向下止点移动而膨胀做功，气体的压力、温度也随即迅速降低。（5）排气过程膨胀接近终了，排气门打开，废气开始靠自身压力自由排气；膨胀过程结束时，活塞移动由下止点返回上止点，将气缸内的废气排除。3.发动机指示性能指标（1）指示功Wi和平均指示压力pmi指示功是指气缸内完成一个工作循环所得到的有用功Wi。平均指示压力pmi（MPa）是发动机单位气缸工作容积一个循环所做的指示功。（2）指示功率Pi发动机单位时间所做的指示功，称为指示功率Pi。（3）指示热效率ηit和指示燃料消耗率bi指示热效率ηit是实际循环指示功与所消耗的燃料热量之比值。指示燃料消耗率bi（简称指示比油耗）是指单位指示功率的耗油量，通常以每千瓦小时的耗油量表示。4.发动机有效性能指标（1）动力性指标①有效功率Pe单位时间发动机曲轴对外输出的有效功。②有效转矩Ttq发动机工作时，由功率输出轴输出的转矩。③平均有效压力pme发动机单位气缸工作容积输出的有效功。④转速n和活塞平均速度Cm（2）经济性指标①有效热效率ηet发动机的有效功与所消耗的燃料热量之比值。②有效燃料消耗率be单位有效功率的耗油量（简称耗油率），通常以每千瓦小时的耗油量表示。（3）发动机强化指标①升功率PL发动机每升工作容积所发出的有效功率。②比质量me发动机的干质量与标定功率之比。③强化系数pmeCm平均有效压力与活塞平均速度的乘积。5.机械损失与机械效率（1）机械效率=有效功率/指示功率。（2）机械损失的测定①示功图法。在真实工况下进行的，只测录一个气缸作为代表。②倒拖法。在测功试验台上进行。③灭缸法。只停止一缸的燃烧不致引起进排气系统的异常变化。④油耗线法。在低负荷附近，油耗线为直线相当可靠。6.热平衡（1）发动机所耗燃油的热量QT（2)转化为有效功的热量QE（3）传递给冷却介质的热量Qs（4）废气带走的热量QR（5）燃料不完全燃烧热损失QB（6）其他热量损失QL本单元的重点和难点1.发动机的三种基本理论循环及热效率的计算方法、影响因素及比较；2.发动机的指示性能指标和有效性能指标；3.发动机机械效率的测定方法与影响因素；4.指示性能指标和有效性能指标的分析；5.提高发动机动力性和经济性的技术措施；6.影响发动机机械效率的因素；7.发动机机械效率的测定方法。本单元的补充内容为了了解实际循环的热量分配情况，寻找它的损失所在，应将实际循环与理论循环进行比较。这里用的理论循环是最简单的空气标准循环，它除了不可避免地向冷源放热外，没有其他损失。研究实际循环与空气标准循环的差异，就可找出热量损失所在。分析差异的原因，找到提高热量有效利用的途径。本单元需查询的文献1.《内燃机学》(第三版)，主编：周龙保出版社：机械工业出版社，出版或修订时间：2012年2.《工程热力学》，主编：朱明善，出版社：清华大学出版社，出版或修订时间：2011年3.《燃烧学导论：概念与应用》（第二版），主编：StephenR.Turns，姚强，李水清，王宇译，出版社：清华大学出版社，出版或修订时间2009年下本单元的作业布置1、发动机有哪三种基本空气标准循环？2、四冲程发动机的实际循环包含哪几个过程？3、发动机的指示性能指标包含哪几个指标？4、发动机有效性能指标包含哪几个指标？5、发动机动力性指标包含哪几个指标？6、发动机经济性指标包含哪几个指标？备注时间充足的话可以提出思考题：如何测定机械损失？每种方法的特点是什么？为什么随着转速的升高，机械效率会降低？分析发动机实际循环的各种损失及在p-V图上的位置。研究发动机热平衡有何意义？改善有效能量利用的途径是什么？《汽车发动机原理》教案章节第二章发动机的换气过程理论授课时间4学时教学目的和要求1.重点掌握四冲程发动机的换气过程；2.重点掌握四冲程发动机的充量系数；3.重点掌握提高发动机充量系数的措施；4.了解进气管的动态效应以及可变技术；5.了解二进程发动机的换气工程。教学重点1.四冲程发动机的换气过程；2.四冲程发动机的充量系数；3.提高发动机充量系数的措施。教学难点1.四冲程发动机的充量系数；2.提高发动机充量系数的措施。教学进程（含教学内容、时间分配、教学方法、辅助手段）§2-1四冲程发动机的换气过程一配气定时与工程热力学中介绍的不同,进排气门的开启、关闭也需要时间,故在下止点前排气－排气提前角40°～80°在上止点后关闭－排气迟闭角10°～35°在上止点前吸气－进气提前角0°～40°在下止点后关闭－进气迟闭角40°～80°进气提前角+排气迟闭角－气门叠开角二换气过程（一）排气过程1自由排气阶段A排开p>>p’p=p’靠缸内压力将气体挤出气缸，其中p－缸内压力,p’－排气管内压力。2强制排气阶段Bp=p’pp’靠活塞上行将废气挤出气缸。3超临界排气C排开p=1.9p’在气阀最小截面处,气体流速等于该地音速m/s。其流量与压差（p-p’）无关,只决定于排气阀开启面积和气体状态。4亚临界排气Dp=1.9p’排闭，其流量取决于压差（p-p’）。（二）进气过程和气门叠开角由于节流作用,缸内产生负压；（）使新鲜介质进入缸内。气阀叠开角：非增压：20～60CA。太大（引起）废气回流进气道。太小扫气作用不明显。增压：110～140CA。进气管p,扫气明显,气阀叠开角可以增大很多。如6135型高柴：非增压：40,增压：124。扫气的作用：1清除废气,增加气缸内的新鲜充量。2降低排气温度。3降低热负荷最严重处（如气阀、活塞等）的温度。三换气损失理论循环换气功与实际循环换气功之差。如图：换气损失功－X+（Y+W）,其中（W+Y）为排气损失功，X为进气损失功。（一）排气损失功YW是因排气门提前开启而损失的膨胀功,称为自由排气损失。Y是活塞作用在废气上的推出功,称为强制排气损失功。排气提前角W，Y。综合效果,要求（Y+W）,故（W+Y）有一个最佳值（W+Y）min。对应排气提前角亦有一个最佳值,n（W+Y）min。（二）进气损失功X进气损失功小于排气损失功，即X<Y（三）泵气损失功（X+Y-d）在实际示功图中,把（W+d）归到指示功中考虑。而把泵气损失功（X+Y-d）归到机械损失中考虑。§2-2四冲程发动机的充气效率一充气效率定义为比较不同大小、不同类型发动机的充气品质和换气过程的完善程度,不受气缸工作容积Vh的影响,引入充气效率的概念。由于有进气阻力等因素的影响,实际进入气缸中的新鲜充量必然小于理论上进气状态下充满工作容积的新鲜充量。二者之比称为充气效率二充气效率的分析式充入汽缸的新鲜充量=缸内气体的总质量－缸内残余废气质量（一）进气门关闭时缸内气体的总质量排气门关闭时缸内残余废气的质量其中－排气门关闭时缸内容积；－排气门关闭时缸内残余废气密度。充入汽缸的新鲜充量充气效率的分析式式中：p、T的下标s、a’、r’分别代表大气和进、排气门管比时缸内压力和温度的状态影响充气效率的各种因素一进气终了压力（一）进气阻力对的影响最大。进气系统的沿程阻力和局部阻力均会使增大。（二）转速n（三）负荷柴油机：负荷循环供油量（量调节）（与无关）热负荷（不大）汽油机：负荷节气们开度（质调节）二进气终了温度（一）转速负荷一定：n综合、的影响，n。（二）负荷转速一定：负荷热负荷柴油机：进、排气管分置。避免排气管对进气管加热，使汽油机：进、排气管同置。虽然，但燃油受热增发快，可以改善混合气形成。三排气终了压力残余废气量，排气门处的阻力，所以n（影响较小）四排气终了温度五压缩比公式仅为定性分析用的，是粗略的。还有许多因素未予考虑。如：压力升高比，绝热指数k，进气马赫数Ma，热传输和过量空气系数等。§2-3提高充气效率的措施减小进气系统阻力。沿程阻力，局部阻力（节流阻力）。汽油机：空气滤清器化油器进气管进气道进气门柴油机：空气滤清器进气管进气道进气门一减小流动阻力（一）进气门1进气门直径一般:0.20～0.25（影响大）（影响小）一般：>2四气门流通面积40%左右。但结构复杂，造价较高。（可达30%），3气门升程hh，时面值4阀顶过渡圆角RRR流动阻力R应适中。（二）进气管1表面光洁度和流通面积表面光洁度，流通面积沿程阻力2转弯和节流阻力转弯半径R，截面突变3截面形状考虑汽油机的雾化，蒸发，则管壁面积沉积蒸发混合气分配不均匀截面形状圆形矩形D形流动阻力小大中底部蒸发小中大柴油机不存在底部蒸发问题，故多采用流动阻力小的圆形进气管。（三）进气道转弯半径R，表面光洁度，各管口与垫片孔口对中流动阻力设计时还要考虑组织进气涡流。（四）空气滤清器通道面积，除尘效果流动阻力经常清洗，更换纸芯。（五）化油器喉口截面积流动阻力，但雾化效果。解决这对矛盾，采用双喉口。小喉口：雾化；大喉口：进气。二合理选择配气定时（一）配气定时的综合评定1良好的充气效率以保证发动机的动力性能。2合适的充气效率以适应发动机的扭矩特性。3较小的换气损失以适应发动机的经济性能。4必要的燃烧室扫气以保证高温零件的热负荷得以适当降低，达到可靠运行。5合适的排气温度。调整：1，2－进气迟闭角；3－排气提前角；4，5－气门叠开角（二）进气迟闭角1转速n一定时，总有一个进气迟闭角使得充气效率为最大。2n气流惯性缸内气体易倒流进气管n一部分气体来不及进入汽缸3对应的n所以，高速发动机转速大，要获得好的充气效率和动力性，进气迟闭角应大一些。4n（1）6学时（270’）为理论授课。（2）各部分时间分配可根据实际授课情况调整，总计时间不超过6学时（270’）。（3）采用多媒体课件教学，在多媒体教室讲授。（4）板书设计：左侧一栏中阴影部分为板书基本内容预习思考题1.叙述四冲程发动机的换气过程。2.为何进、排气门要提前打开和迟闭，对换气过程有何影响？3.什么是气门叠开现象？气门叠开角的大小对换气过程有何影响？4.什么是充气效率？提高充气效率的措施有哪些？5.充气效率的高低反映了发动机哪些方面性能的好坏？并解释为什么。6.如何利用进气管的动态效应有效提高发动机高转速时的充量系数？7.简述可变气门相位对发动机进气性能的影响。主要参考资料1.《汽车发动机原理教程》.刘峥，王建昕主编.清华大学出版社出版，20012.《发动机原理》.林学东主编.机械工业出版社出版，20083.《汽车发动机原理》.吴建华主编.机械工业出版社出版，2005备注《汽车发动机原理》第三章教案本章4学时（理论4学时）单元第三章燃料与燃烧理论授课时间4学时本单元的教学目标1、了解发动机的燃料特性（汽油、柴油、替代燃料）。2、掌握燃料特性（十六烷值、凝点、辛烷值等）对发动机的影响。3、了解燃料的燃烧热化学相关知识4、了解发动机混合气的着火与燃烧过程（预混燃烧、扩散燃烧，汽/柴油机燃烧过程）本单元的重点和难点教学重点：汽油柴油的性能指标；过量空气系数；3、着火过程；4、在预混气体中的火焰传播。教学难点：汽油、柴油性能差异对发动机的影响；汽油机和柴油机的燃烧过程；着火过程；在预混气体中的火焰传播。本单元教学内容第一节发动机的燃料一、汽油燃料特性二、柴油燃料特性三、替代燃料第二节燃料的使用特性一、柴油的使用特性影响发动机动力性能和经济性能的因素有：十六烷值、馏程、粘度、硫含量。二、汽油的使用特性影响汽油机性能的关键性指标主要是辛烷值和馏程。三、汽油、柴油性能差异对发动机的影响1．引起在混合气形成上的差异；2．着火方式与燃烧上的差异；3．负荷调节方式的差异。四、其它燃料1．醇类燃料；2．天然气和液化石油气；3．氢气；4．生物类燃料；5．二甲醚(DME)。第三节燃烧热化学一、1kg燃料完全燃烧所需的理论空气量二、过量空气系数α三、α＞l时完全燃烧产物的数量1．燃烧前混合气的数量；2．燃烧产物的数量。四、燃料热值与混合气热值1．燃料热值；2．混合气热值。第四节燃烧的基本知识着火过程1．烃的氧化反应2．自燃过程3．点燃过程二、在预混气体中的火焰传播1．层流火焰传播2．紊流火焰传播三、油滴与喷雾燃烧1．关于油滴的蒸发与燃烧2．喷雾燃烧本单元的教学方式（手段）本章采用多媒体课件进行教学，在多媒体教室讲授。通过视频、动画、图片展示主要教学内容，使课程内容更清晰。本单元师生活动设计综合本节课内容，请学生思考并回答问题：为什么有些国外车引进中国后，会出现爆震现象？（如，2007年从国外引进的福克斯车。）2008年那场大雪，为什么南方城市会出现大量货车停在高速公路上的现象？本单元的讲课提纲、板书设计发动机的燃料1、汽油2、柴油3、汽油、柴油性能差异对发动机的影响4、其它燃料燃烧热化学1、燃油完全燃烧的化学反应2、理论空气量3、过量空气系数α4、空燃比5、燃烧的热值发动机混合气的着火与燃烧1、着火机理2、发动机混合气的着火3、油滴与喷雾燃烧4、发动机的燃烧方式板书设计：汽油与柴油组份中的常用碳氢化合物的分子式：烷烃：CnH2n+2,环烷烃：CnH2n烯烃：CnH2n炔烃：CnH2n-2芳香烃（苯）：CnH2n-6(n≥6)。本单元的补充内容1.辛烷值和十六烷值的测试方法和标准；2.汽油机着火时火焰的变化过程。本单元需查询的文献1.《汽车发动机原理》第二版，主编：颜伏伍，出版社：机械工业出版社，出版或修订时间：20122.《内燃机学》(第三版)，主编：周龙保出版社：机械工业出版社，出版或修订时间：2012年3.《InternalCombustionEngineFundamental》，主编：HeywoodJB.，出版社：McGraw-Hill,Inc，出版或修订时间：1998本单元的作业布置1、叙述汽油、柴油性能差异对发动机的影响。2、分析过量空气系数对点燃式内燃机燃烧过程的影响。3、描述汽油机和柴油机的着火过程。4、对比预混燃烧和扩散燃烧的差别。备注本课程采用多媒体教学，应安排在多媒体教室上课。并配备内存较大、运转速度较快并能上网的计算机或提供笔记本接口。《汽车发动机原理》教案章节第四章汽油机混合气的形成和燃烧理论授课时间5学时本单元的教学目标掌握利用示功图研究发动机正常燃烧；掌握爆燃和表面点火两类不正常燃烧概念及其产生原因；掌握各种使用因素各自对燃烧产生什么样的影响及影响原因；掌握汽油机混合气的形成机理及最佳空燃比；掌握化油器及电喷控制原理；掌握电喷控制与传统化油器相比较的优势；掌握燃烧室的要求；掌握几种常见的燃烧室类型；掌握稀薄燃烧及缸内直喷式汽油机的概念及应用本单元教学内容汽油机的燃烧过程正常燃烧过程2）不正常燃烧3）使用因素对燃烧的影响汽油机混合气的形成1）汽油发动机对可燃混合气体的要求2）汽油喷射供给系统的类型3）化油器供油系统与汽油喷射供油系统的比较4）几种电子控制燃油喷射系统的基本原理5）电控燃油喷射系统的燃油控制3、汽油机的燃烧室1）传统发动机常见的几种燃烧室2）稀薄燃烧及缸内直喷式汽油机本单元的教学方式（手段）采用多媒体课件教学，在多媒体教室讲授。板书汽油机示功图，及重要公式。本单元师生活动设计讲授为主，配合重点内容提问本单元的讲课提纲、板书设计第一节汽油机的燃烧过程1）引出正常燃烧的概念强调：是发动机的一般工况研究正常燃烧意义：明确提高发动机动力性、经济性的途径及改进潜力。2）三个燃烧阶段a）着火落后期b）明显燃烧期c）后燃期板书汽油机示功图在对发动机进行正常燃烧阶段分析时：明显燃烧期平均压力升高率[MPa/(°)]可用下式表示:p2、p3——分别是第二阶段起点和终点的压力(MPa)；2、3————分别是第二阶段起点和终点相对于上止点的曲轴转角(°)。3）燃烧速度a）层流火焰燃烧速率b）紊流火焰燃烧速率m——混合气质量；——火焰燃烧速速率；——火焰前锋表面积；——未燃混合气密度；——层流火焰传播速度；——紊流火焰传播速度。4)不正常燃烧不正常燃烧包括爆燃和表面点火两个方面板书早燃示功图以及几种燃烧示功图的对比5）使用因素对燃烧的影响点火提前角、混合气浓度、负荷、转速四个方面的因素对燃烧会产生影响第二节汽油机混合气的形成引出燃油配制的概念给出化油器式和燃油喷射式两种配油方式2）汽油发动机对可燃混合气体的要求a）空燃比对发动机性能的影响b）发动机各种工况对混合气的要求（稳定工况和过度工况）板书不同空燃比下发动机的动力性、经济性3）汽油喷射供给系统的类型汽油喷射可以根据喷射位置、喷射控制装置、喷射方式、空气流量测量方法、信息流动的方式等可分为缸内喷射、进气管喷射、机械式、电控式等的汽油喷射系统4）化油器供油系统与汽油喷射供油系统的比较与淘汰的化油器供油相比，汽油喷射有很多优点，汽油喷射在动力性、经济性和排放方面都在化油器的基础上有所突破5）几种电子控制燃油喷射系统的基本原理a）D型电控汽油喷射系统b）L型电控汽油喷射系统c）Mono系统6）电控燃油喷射系统的燃油控制a）喷油时刻的控制b）喷油量的控制其中启动时和启动后喷油量的控制需要修正第三节汽油机的燃烧室1）引出燃烧室重要作用进而列出其要求a）结构紧凑b）具有良好的充气性能c）火花塞位置安排得当d）要产生适当的气体流动e）适当冷却末端混合气2）传统发动机常见的几种燃烧室a）楔形燃烧室b）浴盆形燃烧室c）半球形燃烧室楔形燃烧室有较好的经济性、动力性。浴盆形燃烧室燃烧时间长，经济性、动力性不好半球形燃烧室有较好的动力性能和经济性能，由于面容比小，HC排放量低，工作粗暴。NOx排放较多3）稀薄燃烧及缸内直喷式汽油机a）均质稀混合气的燃烧室b）分层燃烧c）缸内直喷式稀薄燃烧方式板书设计：汽油机示功图早燃示功图几种燃烧过程的示功图空燃比与动力性、经济性的关系本单元的重点和难点正常燃烧的三个阶段及燃烧速率；不正常燃烧与正常燃烧示功图的对比；使用因素对燃烧的影响；汽油机混合气形成机理；化油器与电喷控制的工作原理；电喷控制的优势体现；燃烧室要求及常见类型；稀薄燃烧与传统燃烧的差异及优势；缸内直喷实现方法及优势本单元的补充内容热力学第一定律：△U=Q+W。表示系统在过程中能量的变化关系。表述形式：热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不变。（是能量守恒定律和能量转换定律的热力学表述）。热力学第二定律：不可能把热量从低温物体传向高温物体而不引起其它变化（克劳修斯）；或者说：不可能制成一种循环动作的热机，从单一热源取热，使之完全变为功而不引起其它变化（开尔文）。状态方程：PV=NRT。爆震燃烧：爆震是一种由燃烧所释放的能量维持的激波，而燃烧过程本身又是由激波压缩产生的高温引起的，因而爆震综合了流体力学特性，激波和热化学过程（燃烧）等的交互作用。本单元需查询的文献1.《内燃机学》(第三版)，主编：周龙保出版社：机械工业出版社，出版或修订时间：2012年2.《工程热力学》，主编：朱明善，出版社：清华大学出版社，出版或修订时间：2011年3.《燃烧学导论：概念与应用》（第二版），主编：StephenR.Turns，姚强，李水清，王宇译，出版社：清华大学出版社，出版或修订时间2009年本单元的作业布置爆燃燃烧产生的原因是什么?它会带来什么不良后果?电控汽油喷射系统是如何实现喷油定时和喷油量的控制的?何谓稀薄燃烧、分层燃烧?稀薄燃烧、分层燃烧对汽油机有何益处?备注时间充足的话可以提出思考题：为什么理论上能够提高发动机理论循环热效率和平均压力的措施，在实际发动机上却不能实现呢？.汽油机电控系统常将什么作为其控制目标?《发动机动力学》教案（章节备课）章节第五章柴油机混合气的形成和燃烧理论授课时间5学时教学目的和要求掌握柴油机的燃烧过程与放热规律；了解柴油机与汽油机燃烧过程的异同；掌握柴油的喷射和雾化；掌握柴油机燃油喷射系统的电子控制；了解柴油机的有害排放物及震动和噪声的控制；掌握混合气的形成方法和特点及各种燃烧室的特点；掌握影响燃烧过程的因素；掌握HCCI技术的原理、主要特点、燃烧特性及放热时间的控制；了解HCCI技术的应用和尚待解决的问题。教学重点柴油机燃烧过程的4个阶段及各阶段的特点分析；柴油机着火延迟期的影响因素；柴油机燃烧放热规律的三要素及其控制；柴油机燃油喷射系统的电子控制；柴油的喷射过程，供油规律及其喷油规律；柴油机混合气形成的特点；柴油机燃烧过程的影响因素；HCCI燃烧技术的原理及特点。教学难点柴油机燃烧过程的各阶段特点；燃烧放热规律的三要素；燃油的喷射和雾化；柴油机燃烧室对混合气的形成影响；影响燃烧过程的因素；教学进程（含教学内容、教学方法、辅助手段）第一节柴油机燃烧过程一、燃烧过程概述燃烧的四个时期：即火延迟期（又称为滞燃期）、速燃期、缓燃期和补燃期。二、燃烧放热规律合理的燃烧过程应做到着火延迟期要缩短，速燃期不过急，缓燃期要加快，后燃期不要过长。柴油机与汽油机燃烧过程的对比四、柴油机的有害排放物和噪声振动1.柴油机的有害排放物；2.柴油机的噪声和振动来源；3.控制噪声与振动的措施。第二节柴油喷射及雾化一、供油系统和喷射过程1.柴油机供油系统；2.喷油泵速度特性及其校正；3.喷射过程1）.喷射延迟阶段；2）.主喷阶段；3）.喷射结束阶段。4.供油规律和喷油规律；5.不正常喷射现象和喷射系统中的穴蚀破坏；1）.二次喷射；2）.滴油现象；3）.断续喷射；4）.不规则喷射和隔次喷射。二、燃油的雾化和油束特性1.喷油雾化；2.油束特性。三、对喷射系统的要求1.避免出现不正常喷射现象和穴蚀破坏；2.根据不同的转速和负荷，控制最佳的喷油时刻和燃油量；3.应尽可能实现理想的喷油规律；4.良好的油束特性能满足具体燃烧室的要求；5.喷射系统的强化。四、柴油机电控喷射系统1.电控柴油喷射系统的分类及工作原理;1）.位置控制式喷油系统;2）.时间控制式喷油系统.2.电控柴油喷射系统的组成;3.电控柴油喷射系统的控制功能;1）.喷油量的控制;2）.喷油定时的控制;3）.怠速转速的控制;4）.起动喷油量的控制;5）.各缸喷油均匀性的控制;6）.过渡性能与烟度控制;7）.喷油规律与喷油压力的控制;8）.废气再循环的控制;9）扩展的功能。第三节混合气的形成和燃烧室一、柴油机混合气形成特点和方式1.柴油机混合气形成的三个条件；2.柴油机混合气形成方式。分隔式燃烧室1.涡流室燃烧室2.预燃室燃烧室3.分隔式燃烧室柴油机的性能持点。直喷式燃烧室1.开式燃烧室；2.半开式燃烧室中的空气运动；3.半开式燃烧室；4.直喷式燃烧室柴油机的性能特点。其他燃烧室1.球型油膜燃烧室；2.非回转体燃烧室。不同燃烧室的比较与选用1.重型汽车、大型工程机械用柴油机燃烧室选用；2.轿车柴油机燃烧室选用；3.中、轻型车柴油机燃烧室选用；4.小型拖拉机、农用运输车柴油机燃烧室选用。第四节燃烧过程的影响因素一、燃油喷射、气流运动与燃烧室形状间的配合在燃油喷射、气流运动与燃烧室形状间的配合中，一般应兼顾各方面的要求，并根据具体使用情况有所侧重，寻求一个较理想的折衷方案。二、影响燃烧过程的运转因素1.负荷；2.转速；3.供油提前角；4.燃油的十六烷值；5.废气再循环（EGR）；6.压缩比和增压度。第五节均质充量压缩着火燃烧（HCCI）发动机一、传统燃烧方式的局限性1.火花点火式；2.压燃式。二、均质充量压缩着火燃烧的原理及应用现状1.HCCI技术的基本原理；2.HCCI应用现状。三、HCCI发动机的主要特点四、HCCI的燃烧特性五、HCCI技术尚待解决的问题六、均质压燃燃烧放热时间的控制1.控制混合气在压缩行程结束时的温度；2.控制混合气的自燃温度；3.工况变化及冷起动时的燃烧时间控制。七、HCCI发动机工作范围受到的限制及扩展方法1.HCCI发动机工作范围在低负荷受到的限制及扩展方法；2.HCCI发动机工作范围在高负荷受到的限制及扩展方法。（1）5学时，为理论授课。（2）各部分时间分配可根据实际授课情况调整，总计时间不超过5学时（3）采用多媒体课件教学，在多媒体教室讲授。（4）板书设计：左侧一栏中阴影部分为板书基本内容教学方式和手段课堂讲授、现场提问等方式；多媒体辅助教学。本章教学小结本章主要介绍了柴油机的燃油系统，供油原理以及燃油的喷射与雾化过程；分析了柴油机燃烧过程的四个阶段，分析燃烧过程中的影响因素。同时介绍HCCI新型燃烧技术的原理及发展。其中燃油系统的供油与喷射工作原理比较复杂，需要结合图片动画来理解。作业题1.章节课后思考题：2.习题：一：判断题1，为了兼顾发动机的各种性能，合理的燃烧过程应做到着火延迟期要缩短，速燃期不过急，缓燃期要加快，补燃期不要过长。2，瞬时放热速率是指在燃烧过程中的某一时刻，单位时间内缸内燃烧的燃油造成的压力升高率。3，柴油机喷射过程是指喷油嘴开始喷油到喷油器停止喷油的过程。4，供油规律是单位时间内（或1°喷油泵凸轮轴转角内）喷油泵的供油量随时间（或喷油泵凸轮轴转角）的变化关系。有时候也可以称之为喷油规律。5，柴油机在进气过程中进入燃烧室的是可燃混合气，在压缩过程接近终了时混合气才开始燃烧。二：填空题6，燃烧过程是柴油机工作过程的核心部分，为便于分析，可将其人为地划分为四个阶段，即、、、。7，柴油机混合气形成的两种基本形式：、。8，柴油机电控喷油系统与汽油机类似，也由，，三部分组成。9，柴油机放热规律的三要素是，，。10，柴油机常见异常喷射现象包括：、、、。11，分隔式燃烧室的结构特点是除了位于活塞顶部的外，还有位于缸盖内的，两者之间有通道相连。燃油不直接喷入内，而是喷入内。12，柴油机废气中的有害排放物主要包括：、、以及等。13，油束的雾化质量一般是指油束中液滴的和。可以用液滴平均直径来表示。是指油束中液滴大小相同的程度以及液滴在油束内分布的均匀程度。14，废气再循环已得到了较多的实际应用，它是指将一部分已燃的再次引入燃烧室内参加燃烧。三：简答题15，缓燃期是在膨胀过程中进行的，从动力性和经济性的角度来说，缓燃期应该短些，通过什么方法可以缩短缓燃期？16，后燃现象为什么要尽量减少？17，简述控制噪声与振动的措施。简答18，简述什么是喷油器流通特性？并简略说明喷油器流通截面对喷油过程和柴油机性能影响。19，简述什么是燃油的雾化？为什么要将燃油雾化？20，直喷式燃烧室柴油机的性能特点21，燃油的十六烷值对柴油机燃烧过程有何影响？22，供油提前角为什么有一个最佳值？供油提前角太大或太小对柴油机燃烧过程各会产生哪些影响？23，柴油机着火需要哪些条件？为什么柴油机是多处着火？24，供油系统中穴蚀破坏一般发生在什么地方？其发生的主要原因是什么？25，电控柴油喷射系统可以实现哪些控制功能？主要参考资料1.《汽车发动机原理教程》.刘峥，王建昕主编.清华大学出版社出版，20012.《发动机原理》.林学东主编.机械工业出版社出版，20083.《汽车发动机原理》.吴建华主编.机械工业出版社出版，2005备注本课程采用多媒体教学，应安排在多媒体教室上课。本课程的多媒体课件含有较多图片和视频文件，数据较大；同时本课程可同步在课程网站和网络教学平台上发布课件、视频、案例、预习思考题、课后作业等。因此，应在该教室配备内存较大、运转速度较快并能上网的计算机或提供笔记本接口。《汽车发动机原理》教案章节第六章汽车发动机的特性理论授课时间4学时教学目的和要求重点掌握发动机的负荷特性、速度特性、万有特性等发动机重要特性；掌握发动机的调整特性、排放特性；学习发动机与车辆的匹配，重点学习动力性匹配以及经济性匹配，主要是如何从动力性以及经济性方面改善发动机的匹配；了解发动机的几种工况，了解发动机台架实验具体内容，主要是集中测功机的特性。教学重点发动机的工况；汽车发动机速度特性、负荷特性的定义，试验的作法，曲线的分析；万有特性的制取方法、万有曲线的应用；燃油消耗率的测量与计算方法；发动机排放特性以及调整特性；发动机与车辆匹配。教学难点1.汽车发动机速度特性、负荷特性的试验的作法；2.速度特性、负荷特性曲线的分析；3.万有特性的制取方法。教学进程（含教学内容、时间分配、教学方法、辅助手段）§6-1发动机工况和性能指标分析式一发动机工况 在绪论中我们已经介绍过工况的概念。有效功率和转速n决定了发动机的工作运行情况。 工况：有效功率，转速n。 发动机的工况分为点工况、线工况和面工况。二发动机性能指标分析式1、2、3、4、5、§6-2发动机速度特性 发动机节气门开度（或油门开度）不变，发动机性能指标随转速n变化的关系。 如：汽车爬坡或阻力变化时，节气门（或油门）开度不变，转速n随外界负荷的变化而变化。外界负荷大，n，外界负荷小，n，这时发动机沿速度特性工作。一汽油机的速度特性（一）定义 汽油机节气门开度固定不变，汽油机性能指标随转速n变化的关系。 外特性（全负荷的速度特性）：节气门全开（100%），测得的速度特性。部分速度特性：节气门固定在部分开启位置，测得的速度特性。（二）外特性曲线1曲线ng（不多）。（1）：n气流惯性；n节流损失。（2）：n气流运动混合气形成改善；n燃烧时间，燃烧恶化。（3）：n。（4）：低速时：n使变化不大，略有；高速时：n使。2曲线低速时：n（不大），但n；高速时：n（不大）。3曲线低速时：n，，大于（不大）；高速时：n，。有一个对应的n，整个曲线变化不大。通常75%节气门开度下的燃料经济性较好。4曲线低速时：n，n；高速时：n，n（不大）。曲线先陡后缓。（三）外特性的意义1后备功率 后备功率大，爬坡、加速性好。 但后备功率过大，则常用工况在低负荷区，经济性差。 图中A点，后备功率为零。2最大时的n 最大时的n越低，克服外界阻力能力越强。 A、B发动机的相同，但A机所对应的n比B机低。当外界阻力矩为R1时，A、B两机均在n1下稳定运转。当外界阻力矩增大至R2时，B机发出最大扭矩在n2B下稳定运转，此时A机则在n2A下稳定运转。当外界阻力矩再增大至R3时，A机发出最大扭矩在n3A下稳定运转，而B机无法克服外界阻力矩，只能熄火。二柴油机的速度特性（一）定义 油量调节机械（油门拉杆或齿条）位置固定不动，柴油机性能指标随转速n变化的关系。 外特性（全负荷的速度特性）—油量调节机构固定在标定功率循环油量位置时，测得的速度特性。 部分速度特性—油调节机构固定在小于标定功率循环供油位置时，测得的速度特性。（二）标定功率 对于非增压发动机来说，最大功率要受到平均有效压力和转速两方面的限制。一台发动机的功率究竟标定多大才适合，这要根据发动机特性和具体用途、使用特点及寿命和可靠性要求而人为确定，根据我国情况，国家标准规定了发动机标定功率分为下列四级115分钟功率：允许发动机连续运转15分钟的最大有效功率。21小时功率：允许发动机连续运转1小时的最大有效功率。312小时功率：允许发动机连续运转12小时的最大有效功率。4持续功率：允许发动机长期连续运转的最大有效功率。 每台发动机都应按用途在铭牌上标明上述四种功率的两种及相应的转速。 车用—常用15分钟，1小时或12小时功率中的两种作为铭牌功率。作为特性实验时，应把两种标定功率的外特性全做出来。 国家规定： 车用柴油机，除作外特性外，还应作标定功率的90%，75%，50%，25%的部分速度特性实验。 一般柴油机只作外特性就可以了。 时间越短，功率值应越大。如：15分钟功率比12小时功率大。（三）外特性曲线1曲线（1）：n；n。（2）g：ng（油泵速度特性）。（3）：ng，。（4）：n；n燃烧时间，。（5）：n。（6）：，不如快，。使曲线平缓。2曲线曲线平缓—基本是常数，则：n—几乎是成直线关系。3曲线低速时：n，（不大）；高速时：n，。有一个对应的n，整个曲线变化不大。4曲线低速时：n，；高速时：n，。整个曲线较陡。（四）扭矩储备系数和适应性系数K，Kn时，快不换档情况下，克服短期超载能力强。§6-3发动机负荷特性一汽油机的负荷特性转速n不变，发动机的经济性指标随负荷变化的关系。如：在不换档情况下，汽车上坡时加大油门，下坡时关小油门，而维持发动机转速n不变，这时发动机沿负荷特性工作。（一）定义转速n不变，汽油机的经济性指标随负荷—节气门开度变化的关系。（二）特性曲线1曲线负荷节气门开度，—曲线陡。负荷为发出最大功率<1，燃烧不完全。2曲线负荷。负荷，开度70～80%时化油器中省油器（或多腔分动化油器的副腔）开始起作用，使混合气变浓，=0.8～0.9。二柴油机的负荷特性（一）定义转速n不变，柴油机的经济性指标随负荷—油门开度变化的关系。（二）特性曲线1，曲线负荷g燃烧完全程度。负荷g，基本不变2曲线负荷g，。负荷g燃烧恶化，。指示燃料消耗率：负荷，，但比快，根据指示燃料消耗率的定义式可知，负荷。若负荷冒黑烟、积炭，发动机过热，故障，寿命。3曲线上的特征点1点：。2点：排黑烟，冒烟界限点。标定功率的选择：车用柴油机：定在冒烟界限处，即2点。拖拉机柴油机：定在冒烟界限2点以内。3点：点。过3点：，。选择气道、燃烧室结构，调整燃料供给系统，常以负荷特性作为标准。三汽油机与柴油机负荷特性曲线分析1同一n下：（1）经济性好。（2）曲线平缓—负荷变化较广时，能保持较好的经济性。柴油机比汽油机低，且曲线平缓。所以，柴油机的经济性比汽油机的好。2从负荷特性曲线可知，小负荷时，。所以，在功力性满足的前提下，不宜装功率过大的发动机，以求，避免大马拉小车。3全面评价经济性，应作出不同n下的许多负荷特性曲线—万有特性曲线。§6-4发动机万有特性一特性曲线外特性曲线：A－B－C－D。A：调速手柄最大位置，外界阻力矩R=0，最高空转转速点。B：发动机标定功率点，。C：最大或点，由此可得扭矩储备系数和适应性系数K。D：外特性上最低稳定转速点。最低空转点—怠速点，图中未标出。二曲线的制取（一）等曲线—做图法1在－n图上画出A－B－C－D外特性曲线—等曲线不能超出此范围。2－n图上的纵坐标与－图上的纵坐标比例尺必须相同。3在－图上做出数条负荷特性曲线，做直线—等曲线与这些负荷特性曲线相切、相交于一点或两点。从相切、相交点引平行线至－n图。从－n图上的相应n点引垂直线与平行线相交。用光滑曲线连接－n图上的这些交点，即为万有特性曲线的等曲线。（二）等曲线—解析法取一个值，可以做出一条曲线—等曲线，再取一个值，又可以做出一条等曲线…等曲线为一组双曲线。三分析1最内层的等曲线相当于最经济的区域。曲线越向外，越大。2若曲线沿横向较长，则说明在负荷变化不大，而n变化较大的范围内，变化较小。适于车用，其最经济区大约在万有特性曲线的中间偏上位置。若曲线沿纵向较长，则说明在n变化不大，而负荷变化较大的范围内，变化较小。适于拖拉机用，其最经济区大约在万有特性曲线的上部。3若万有特性不能满足使用要求，则需调机或重新选机。§6-5汽油机燃料调整特性在一定节气门开度和一定转速下，有效功率、有效比油耗随发动机燃料消耗量或过空气系数的变化关系。一调节化油器主量孔针阀位置或浮子室真空度以改变化油器的供油量。二记录和、。三曲线得：，曲线。（一）节气门全开A：功率混合气；B：经济混合气。（二）节气门部分开启1做出不同节气门开度下的，曲线。2做两组曲线的包络线—理想负荷特性四主量孔、空气量孔的调节和确定做不同主量孔及空气量孔尺寸的负荷特性试验，选择与理想负荷特性曲线拟合最好的作为主量孔和空气量孔的定型尺寸（配剂尺寸）。但转速不同，该配剂尺寸很难保证化油器在所有转速下均与理想负荷特性拟合好，这是化油器式发动机不能很好地与车用性能匹配的关键所在。§6-6发动机调速特性一装调速器的必要性为防止高速飞车和低速熄火。二全程式调速器在整个发动机工作范围内，调整扭矩特性。（一）工作原理1.调速手柄2.调速弹簧3.固定螺母4.油量调节拉杆5.推力盘6.调速飞球7.油调节螺钉8.怠速螺钉9.限制螺钉调速飞球在推力盘上的导向槽中滚动，两球始终相触，右边推力盘没有左右向移动，只有转动。共有12个飞球，一边6个，一共3付。1当发动机在某一转速n下运行时，飞球受离心力作用，对推力盘有一正压力，水平方向分力与弹簧力相平衡，油门拉杆固定在推力盘5上，转速就稳定在这种状态下。n小球受离心力作用加大，对推力盘的正压力加大当外界负荷使推力盘5带动油门拉杆向左移动供油量g，转速就稳定在这一新的状态下。n供油量g。2调速手柄1调整弹簧2的预紧力弹簧力平衡点变化调速器起作用的转速值改变。一定的预紧力对应于一定的转速范围。因此，在整个发动机工作范围内，均可调整扭矩特性。调速手柄受到怠速螺钉8和限速螺钉9的限制，也就限制了柴油机的最高和最低稳定转速。（二）特性曲线—大，。—小，。—=0，。、K调速较大，多用于拖拉机上。三两极式调速器为防止高速飞车和低速熄火。（一）工作原理1控制怠速转速，ng，不致过低而造成熄火。n，受软弹簧作用，W下行，带动点下行。为支点，由杠杆原理，点左移，点左移，由点点，为支点，点右移。由点点，gn回升，不致熄火。nW上行，当W接触到硬弹簧后，由于力大，使W停止上行，g不再调速器失去作用，发动机按外特性稳定运转。2限制飞车，ng，不致过高而造成飞车。n离心力大于和联合预紧力，W带动点上行点右行点右行点左行gn回降，不致飞车。点的左右移动取决于发动机的负荷，负荷点右移。（二）特性曲线曲线头段和末段调速器起作用曲线的作用点取决于弹簧和的预紧力，调速器本身不用换档。因此，中段曲线为柴油机的外特性曲线。四调速器的工作指标（一）调速率1稳定调速率式中：为突变前发动机的稳定转速；为突变后发动机的稳定转速；为发动机的标定转速。反映曲线陡缓程度。小曲线陡转速回复到稳定点的能力强。规定：农灌及工程机械要求：<8%；汽车、拖拉机10%；发电机<5%。2瞬时调速率式中：为外界阻力突变前发动机的稳定转速；为外界阻力突变时发动机的最大或最小瞬时转速；为发动机的标定转速。表示n波动的大小。大转速波动大，易游车。一般：；发电机：。不灵敏度式中：为负荷时，调速器开始起作用的转速；为负荷时，调速器开始起作用的转速；n为平均转速。式中：E为推力盘上的推力；R为推力盘上的摩擦力。取决于摩擦力。转速稳定性差；调速器失灵，易飞车。n。一般：1.2～2%；转速低时：10～13%。（1）4学时为理论授课。（2）各部分时间分配可根据实际授课情况调整，总计时间不超过6学时（270’）。（3）采用多媒体课件教学，在多媒体教室讲授。（4）板书设计：左侧一栏中阴影部分为板书基本内容预习思考题1.发动机工况的定义和表示方法是什么？2.什么是13工况？3.发动机的工作区域受到哪些限制？4.发动机工况分为几类？有何特点？5.什么是发动机的负荷特性？主要性能指标有哪些？各有什么特点？6.对比分析传统汽油机和柴油机的负荷特性中排气温度。7.什么是发动机速度特性、外特性？8.对比分析汽油机和柴油机的外特性中转矩曲线和油耗曲线。9.电控发动机的外特性有何特点？10.电涡流测功机和电力测功机各有什么特点？主要参考资料1.《汽车发动机原理教程》.刘峥，王建昕主编.清华大学出版社出版，20012.《发动机原理》.林学东主编.机械工业出版社出版，20083.《汽车发动机原理》.吴建华主编.机械工业出版社出版，2005备注《汽车发动机原理》教案单元第七章车用发动机废气涡轮增压理论授课时间4学时本单元的教学目标1.掌握增压对发动机动力性影响的因素分析2.车用发动机动力性3.理解机械增压、废气涡轮增压、复合增压、惯性增压、组合式涡轮增压、气波增压的原理、机构特点与优缺点。本单元教学内容1.车用发动机增压的原因2.增压系统比较本单元的教学方式（手段）主要采用多媒体播放PPT、动画和视频教学；本单元师生活动设计讲授为主，配合重点内容提问本单元的讲课提纲、板书设计7-1概述一提高发动机单机功率的方法根据：[kW]1改变发动机结构参数：缸数i，缸径D，冲程S，冲程数。2提高转速n及活塞平均运行速度。3提高平均有效压力。增压。其中：为充量密度。二增压的优点和主要技术困难（一）增压的优点1减少气缸数目和气缸直径，减小比重量，提高升功率。采用四气门机构，可大幅度减小比重量，提高升功率。2降低制造成本。3增大热效率，提高燃料经济性。4补偿高原地区的功率损失。5减少排气污染物和噪声。（二）主要技术困难1增压使发动机的机械负荷和热负荷增加。2小型涡轮增压器的效率偏低。3增压器对发动机的扭矩特性和变工况运行的适应性较差。三增压系统的分类根据驱动增压器的能源不同，分为三类。K—压气机，T—废气涡轮机。（一）机械增压系统用于小功率发动机，由发动机曲轴直接驱动，[MPa]。但消耗有效功率，若消耗的有效功率>10%，。（二）废气涡轮增压系统1广泛应用于柴油机。最大，[kW]。2缺点：（1）由于增压器在前，则必须应用汽油喷射系统或压力式化油器。（2）通常化油器不能感受由于增压压力变化而引起的空气密度的变化。因此，不能保证提供具有合适混合比的混合气。（3）由于节气门关闭时限制了增压器排气，容易导致增压器喘振。3缺点：（1）化油器与发动机之间隔了一个增压器。因此，化油器对发动机工况变化反应不敏感。（2）混合气运行长，燃料易在增压器中沉积。（三）复合增压系统四特性参数（一）增压比由公式：[kW]因为：所以：代入式，得：而平均有效压力代入式，得未增压时发动机功率的分析式：增压后，空气密度由未增压时的大气密度变为增压后的密度：代入式，得到增压后的发动机功率分析式：增压空气在增压器中压缩是按多变过程进行的。增压前：；增压后：。假定多变指数n=2，则时，才。压力增长很多而密度增大不多。这主要是因为增压后温度会升高的缘故，若增压后温度不变，则与p成线性关系。则：若在整个增压过程中，下降或保持为某一常数，则：此时：与成正比。增压比：；低增压：，[kPa]中增压：，[kPa]高增压：。[kPa]通常，为了不使过高，在增压器与发动机之间设置一个中冷器，对增压后的空气进行冷却，称为中间冷却。由图中可见，有中冷比无中冷时的增加很多。在的高增压时，必须有中冷装置，否则，太高，影响增压效果，使，并导致零件热负荷过高。但在的中、低增加时，没有必要设置中冷装置。（二）增压度为了说明发动机在采用增压后使功率提高的程度，引用增压度的概念：发动机增压后增长的功率与增压前的功率之比。四冲程增压柴油机，高的增压度已达=3.0以上。车用：=10～60%，普遍=20～30%。限制增压度提高的主要原因是机械负荷的问题。零件机械负荷寿命。增压比增压度。7-2废气涡轮增压器的工作原理涡轮增压器的分类：径流式涡轮：废气沿径向流入涡轮机。用于车用发动机，主要用于车用柴油机，部分能够承受950℃高温的径流式涡轮增压器可用于汽油机。轴流式涡轮：废气沿轴向流入涡轮机。用于大、中型柴油机。由于本章讲述车用发动机的废气涡轮增压，因此将仅讨论径流式涡轮增压器的工作原理和特性。径流式涡轮增压器组成部件：离心式压气机和径流式涡轮机。具有冷却系统和润滑系统。一径流式涡轮增压器的参数范围1流量：0.01~0.396[kg/s]；2最高增压比：3.4；3压气机叶轮直径：34~300[mm]；4最高转速：260000[r/min]；5质量：2.0~10.9[kg]；6配机功率：6~220[kW]；7配机机型：排量250ml以上的摩托车、微型轿车到重型载重汽车。二离心式压气机的工作原理（一）空气在压气机中的流动空气沿轴向流入压气机，沿径向流出压气机。空气在工作轮中流动的速度三角形如图所示。其中：为气流流入工作轮入口的绝对速度，为工作轮A-A截面处的旋转圆周速度，为气流流入工作轮叶片的相对速度。叶片前缘弯曲某一角度，使其与气流入口角基本一致；为工作轮外缘出口处的旋转圆周速度，为气流受离心力作用流出工作轮叶片的相对速度，为气流流入扩压入口的绝对速度。如图所示，空气经压气机压缩后，温度T，压力p和流速c均升高。（二）离心式压气机的特性1压气机效率式中：[kJ/kg]为压气机对空气所做的有用功，[kJ/kg]为空气经过压气机后的焓降。2压气机的增压比流量特性离心式压气机的特性曲线如图所示。特殊线：左侧为喘振边界线，上部为超速限制线，右侧为低效率限制线。–图的两组曲线：（1）等效率曲线椭圆形线圈为等效率曲线，曲线越向内，效率越高。越靠近喘振边界，压气机效率越高，应尽量使最内圈的高效率区的范围大一些。措施：采用无叶扩压器的压气机和后掠式工作轮，可使高效率区的范围扩大。（2）等转速曲线流量↓→增压比↑，效率↑；流量↓↓→增压比↓，效率↓；流量↓↓↓→压气机喘振。3通用特性曲线压气机的特性的四个参数中，增压比和效率是量纲一参数，将流量和转速换算成标准大气状况下的参数，得到的特性曲线即为压气机的通用特性曲线。即经过大气修正的特性曲线为通用特性曲线三径流式涡轮机的工作原理（一）废气在涡轮机中的流动如图所示，废气沿径向流入涡轮机，沿轴向流出涡轮机。1–进气涡壳2–喷嘴环3–工作轮4–出气道如图所示，废气经涡轮机后，温度T和压力p持续降低，流速c经喷嘴升高，经工作轮降低。说明废气的热能、压力和动能都对涡轮机做功，传递给了涡轮机的工作轮。废气经过涡轮机后，剩余的动能称为该涡轮机的余速损失。对于二级复合式增压系统，余速损失与剩余的热能和压力用来驱动二级涡轮机的工作轮。（二）径流式涡轮机的特性1涡轮机效率式中：为废气对涡轮机所做的有用功，[kJ/kg]；为废气经过涡轮机后的焓降，[kJ/kg]。涡轮机效率的范围：。2废气涡轮增压器的总效率式中：为废气涡轮增压器的机械效率。3涡轮机功率式中：为废气的质量流量，[kg/s]。4膨胀比式中：为涡轮机喷嘴入口处的压力，[kPa]；为大气压力，[kPa]。5涡轮机的膨胀比流量特性膨胀比↑→流量↑；膨胀比↑↑→流量达到最大值；膨胀比↑↑↑→流量不再增大，涡轮机阻塞。通常，涡轮机的工作范围比压气机大得多，因此一台涡轮机可以与多台不同型号的压气机配套使用。7-3废气能量的利用如图所示，非增压发动机的进气压力低于大气压力，排气压力高于大气压力，泵气循环为逆时针的逆向循环，因此有泵气损失；增压发动机的进气压力高于大气压力，排气压力低于大气压力，泵气循环为顺时针的正向循环，因此具有泵气功。废气能量利用有两种基本形式：恒压增压系统和脉冲增压系统，如图所示。a–恒压增压系统b–脉冲增压系统各缸发火顺序：1-5-3-6-2-4其中：为发动机缸内压力，为废气流入涡轮机前排气管内压力，为空气流出压气机后进气管内压力。一恒压增压系统如图a所示，增压器涡轮机安装于远离排气歧管的排气总管中，由于涡轮机前排气管的容积较大，所以排气管中的气体压力波动振幅较小，，趋近于恒压。当进气压力时，恒压增压系统可利用废气能量的12%~15%；当进气压力时，可利用废气能量的30%~35%。应用于增压比的高增压大型柴油机。二脉冲增压系统如图b所示，增压器涡轮机安装于接近排气歧管的排气总管中，由于涡轮机前排气管的容积较小，所以排气管中的气体压力波动振幅较大，各缸按发火顺序依次排气，脉冲流入涡轮机中，即脉冲增压系统可以充分利用排气管内的动态效应。但脉冲增压系统的结构比恒压增压系统的复杂。脉冲增压系统可利用废气能量的40%~50%。在排气管中气体的平均压力相同的情况下，脉冲增压系统的涡轮机功率比恒压增压系统的大30%左右。由于脉冲增压系统的气体压力波动振幅较大，所以扫气作用明显，加速性能好。但由于脉冲排气流速较高，所以流动损失增大，涡轮平均绝热效率比恒压增压系统的略低。应用于增压比的中、低增压柴油机。由于车用柴油机经常在部分负荷下运行，因此即使是在增压比的高增压柴油机上仍采用脉冲增压系统。7-4车用增压发动机的性能（一）动力性增压→指示功率↑，平均有效压力↑↑，有效功率↑↑，机械效率↑→比重量↓，升功率↑。（二）扭矩储备早期车用增压发动机的低速扭矩偏低，采用脉冲增压系统以后，增压发动机的低速扭矩得以提高。但增压后最大扭矩所对应的转速偏高，致使扭矩储备偏低。究其原因，是因为高速、高负荷工况废气能量过高，或压气机供气量过大所致。改善措施：放气调节。有两种方案，一是在压气机之后放掉一部分增压空气，二是在涡轮机之前放掉一部分废气。（三）加速性如果增压器对发动机的瞬变工况不能做到快速响应，则会致使增压后发动机的加速性能变差，排气烟度增大。改善措施：采用脉冲增压系统、放气调节、气门叠开角增大不多、利用车辆制动的高压空气向压气机的工作轮喷射等。（四）经济性增压→↑，↑↑，↑↑，↑，经济性改善。增压→发动机功率范围↑，高负荷的经济运行范围↑，经济性改善。增压→低负荷时换气阻力增大，使经济性变化不大。因此，增压对于满载的重型汽车的动力性、经济性和排放性改善明显。（五）排气污染及噪声1排气污染增压→过量空气系数↑→一氧化碳CO↓，碳氢化合物HC↓，通常仅为非增压发动机的1/3~1/2。增压，并采用高喷射率和延迟喷射→氮氧化合物↓。中冷增压→CO↓↓，HC↓↓，↓。2噪声增压→着火延迟期↓→压力升高率↓，最大爆发压力↓→燃烧噪声↓。增压→换气阻力↑→进、排气噪声↓。低负荷时，噪声改善不明显。通常，增压柴油机的总噪声声压级比非增压的低3~5dB。（六）起动性与制动性1起动性增压→换气阻力↑，压缩比↓→起动时压缩终了压力↓，温度↓→起动困难。2制动性增压→升功率↑→使制动力不足。改善措施：安装自动放气装置，在压缩冲程终了时打开排气阀放气，减少膨胀功，使制动时的升功率下降。但会增大HC排放量。§7-5汽油机增压概述一爆震燃烧增压→压缩终了压力↑，温度↑→爆燃趋势↑。改善措施：1点火提前角自适应控制采用点火提前角自适应控制器。当爆震传感器有爆震信号时，自动减小点火提前角，而当爆震传感器无爆震信号时，自动恢复点火提前角。2中冷中冷可使进气温度降低，从而抑制爆燃。3增压压力控制系统的应用采用进、排气放气控制，节流控制、可变喷嘴环截面等措施，控制增压压力，从而抑制爆燃。二热负荷高增压使进气压力提高，混合气密度增大，增大循环喷油量，可使燃烧剧烈。加之汽油机的燃烧温度本来就比柴油机的高，致使汽油机增压后的燃烧温度和排气温度均大幅度提高，热负荷增大。增压后汽油机的热负荷高是制约汽油机加装增压器的最大障碍。改善措施：1中冷中冷可使进气温度降低，从而降低汽油机的热负荷。2增压压力控制系统的应用采用进、排气放气控制，节流控制、可变喷嘴环截面等措施，控制增压压力，从而降低汽油机的热负荷。三增压系统复杂，增压器对汽油机的变工况运行反应滞后汽油机工况变化频繁，且范围大，加之进气系统有节气门和阻风门，因此，结构复杂，增压器对汽油机的变工况运行反应滞后，增压器与汽油机匹配困难。改善措施：1电控汽油喷射系统的应用电控汽油喷射系统应用传感器和微处理器，对汽油机的变工况运行进行有效控制，从而改善了增压器与汽油机的匹配问题。2增压压力控制系统的应用采用进、排气放气控制，节流控制、可变喷嘴环截面等措施，控制增压压力，改善增压器与汽油机的匹配问题。本单元的重点和难点1.增压对发动机动力性的影响因素2.车用发动机动力性计算3.车用发动机动力性计算中各公式的含义及相互联系本单元的补充内容1.结合实际机型，认识增压发动机；2.探秘涡轮增压的前世今生；本单元需查询的文献1.《机械振动与噪声》(第三版)，主编：杨拯民出版社：高等教育出版社，出版或修订时间：2011年2.《汽车构造（上）》（第六版），主编：史文库姚为民，出版社：人民交通出版社，出版或修订时间：2013年本单元的作业布置1.车用内燃机增压存在哪些技术难点？2.内燃机增压具有哪些优点？3.什么是增压比？它有何作用？4.什么是增压度？它有何作用？5.请针对发动机的不同增压方式进行对比分析。6.请针对废气涡轮增压发动机的动力性进行分析。备注时间充足的话可以提出思考题：分析增压柴油机的性能特点；分析汽油机增压的困难和解决方案。《汽车发动机原理》教案（章节备课）章节第八章发动机排气污染与噪声控制理论授课时间4学时教学目的和要求了解汽车排放物的危害及排放指标掌握有害排放物的生成过程掌握影响汽油机有害排放物生成的主要因素掌握影响柴油机有害排放物生成的主要因素学习排气净化的治理措施掌握车辆上常用的排气净化机外处理方法了解各国的排放法规了解我国的排放法规了解发动机噪声的来源了解控制噪声的措施教学重点汽车有害排放物的生成过程影响汽油机有害排放物生成的主要因影响柴油机有害排放物生成的主要因素车辆上常用的排气净化机外处理方法教学难点1.汽车有害排放物的生成过程2.影响汽油机有害排放物生成的主要因素3.影响柴油机有害排放物生成的主要因素教学进程（含教学内容、时间分配、教学方法、辅助手段）概述（15’）汽车排放物的危害及排放指标（15’）有害排放物的生成（40’）一、氮氧化物（15’）1.NO的产生：其主导反应过程（3’）2.影响NO的产生因素（12’）1）温度（3’）2）氧气浓度（3’）3）反应时间（6’）二、一氧化碳（10’）CO的生成机理及影响因素（10’）三、未燃碳氢化合物生成途径（10’）四、颗粒物的组成及生成途径（5’）影响汽油机有害排放物生成的主要因素（40’）混合气成分（空然比）的影响（10’）点火正时的影响（10’）吸人废气量的影响（10’）工况的影响（10’）第四节影响柴油机有害排放物生成的主要因素（40’）柴油机燃烧及排放物生成的特点（10’）1.柴油机燃烧特点（2’）2.未燃HC的产生条件（2’）3.CO的产生条件（2’）4.NOx的产生条件（2’）5.颗粒物的产生条件（2’）二、混合气成分的影响（10’）三、喷油时刻的影响（10’）四、燃烧室类型（10’）1．直喷式的影响（5’）2.分隔式的影响（5’）第五节发动机排放污染物的控制（50’）排气的后处理（35’）1.氧化型催化转化器（6’）2.三元催化转化器（6’）3.NOx还原催化转化器（15’）1）氨类选择性催化还原NOx(NH3-SCR)（6’）2）HC选择性催化还原NOx(HC-SCR)（3’）3）NOx贮存-还原技术(NOxStorage-Reduction，NSR)（3’）4）NOx和PM组合净化技术与四效催化剂（3’）4.颗粒物过滤与捕集器（8’）二、发动机的前处理（15’）1.曲轴箱强制通风系统（PCV系统）（5’）2.油蒸气吸附装置（5’）3.废气再循环装置（EGR）（5’）第六节排放法规与试验方法（45’）各国排放法规简介（15’）1.美国排放标准（5’）2.欧洲排放标准（5’）3.日本排放标准（5’）二、我国汽车的排放法规（30’）1.排放标准中的相关术语（5’）2.我国轻型汽车排放法规（10’）3.我国重型汽车排放法规（15’）第七节发动机噪声及其控制（40’）一、发动机噪声的来源（20’）1.燃烧噪声（5’）2.机械噪声（10’）3.进、排气噪声（3’）4.风扇噪声（2’）二、噪声控制措施（20’）1.控制燃烧最高压力和压力升高率、减少不正常燃烧（3’）2.控制转速及减小惯性力（3’）3.减小配合零件的撞击和振动（4’）4.降低配气机构噪声的措施（3’）5.降低风扇的噪声措施（3’）6.降低进、排气噪声的措施（2’）7.采用隔声、防振措施（2’）（1）4学时4为理论授课。（2）各部分时间分配可根据实际授课情况调整，总计时间不超过6学时（270’）。（3）采用多媒体课件教学，在多媒体教室讲授。（4）板书设计：左侧一栏中阴影部分为板书基本内容预习思考题本节共6学时，3次课，各次课的预习思考题：第1次课预习思考题1.汽车排放物有哪些各有什么危害？2.汽车排放物是如何生成的？3.影响汽油机有害排放物生成的主要因素有哪些？第2次课预习思考题1.影响柴油机有害排放物生成的主要因素有哪些？2.控制发动机排放的方式有哪些?第3次课预习思考题1.中国和欧洲排放法规之间的关系？2.我国轻型车和重型车排放法规的区别？3.发动机的噪声和震动的来源有哪些？4.如何减轻发动机的噪声和震动？作业题见章节思考题主要参考资料1.潘锁柱，裴毅强，宋崇林，等,汽油机颗粒物数量排放及粒径的分布特性[J].燃烧科学与技术，2012,18(2):181-185.2.李新令，黄震，王嘉松，等,柴油机排气颗粒浓度和粒径分布特征试验研究[J],内燃机学报，2007,25(2):113-117.备注本课程采用多媒体教学，应安排在多媒体教室上课。本课程的多媒体课件含有较多图片和视频文件，数据较大；同时本课程可同步在课程网站和网络教学平台上发布课件、视频、案例、预习思考题、课后作业等。因此，应在该教室配备内存较大、运转速度较快并能上网的计算机或提供笔记本接口。《汽车发动机原理》教案第9章新型汽车动力装置理论授课时间3学时本章的教学目标和基本要求1.重点掌握电动汽车动力装置结构特点及性能优势，掌握三种基本电动汽车工作原理；2.掌握纯电动汽车动力装置结构工作原理，学习电池、电机基本知识；3.掌握混合动力汽车三种基本结构特征和性能优势，重点学习三种混合动力汽车结构工作原理；4.学习燃料电池工作原理，质子交换膜工作特性和燃料电池动力装置特点。本章各节教学内容及学时分配§1新型汽车动力装置概述及纯电动汽车动力装置——1学时§2混合动力汽车动力装置——1学时§3燃料电池汽车动力装置——1学时本章教学内容的重点1.三种广义电动汽车——纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车2.纯电动汽车动力装置结构3.纯电动汽车关键零部件：动力电池、驱动电机4.混合动力汽车动力装置结构特征5.燃料电池汽车工作原理6.燃料电池汽车动力装置结构特性本章教学内容的难点1.混合动力汽车机械耦合方式2.燃料电池汽车工作机理本章教学内容的深化和拓宽本章内容中主要探讨了电动汽车动力装置，其中涉及到电机控制、电池控制和燃料电池结构工作原理等，需要学习者提高现代控制理论相关知识水平以及电化学相关知识。本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题本课程采用多媒体教学，应安排在多媒体教室上课。本课程的多媒体课件含有较多图片和视频文件，数据较大，应在该教室配备内存较大、运转速度较快的计算机或提供笔记本接口。本章的主要参考书目1.《汽车发动机原理》，主编：颜伏伍，出版社：人民交通出版社，出版或修订时间：2007年2.《新能源汽车动力系统控制原理及应用》，主编：朱军，出版社：上海科学技术出版社，修订或出版时间：2013年。本章的思考题和习题电动汽车相对内