山東理工大學交通與車輛工程學院劉從車發動機原理AutomotiveEngineFundamentals本學期的任務基本任務：基本課程、實習核心任務：為自己的前程確定方向{一條原則：為自己多創造路

找工作：學好專業課？了解多方信息、禮儀、權衡（單位地域、家庭、收入考研：報志愿、努力、學習方法、休息、心態、身體、營養、安排計劃、調劑發動機的用途很廣泛本課程定位_專業核心課程汽車發動機總體構造（一體兩機構五系統）奧迪A62.4T發動機前視圖奧迪A62.4T發動機后視圖奧迪A62.4T發動機上視圖以問題為導向學習本課程學習發動機原理的根本目的：汽車構造What（一體兩機構五系統）發動機原理WhyHow2、載貨汽車為什么很少用汽油機？1、柴油車為什么冒黑煙？為什么比汽油車噪聲和振動大？4、為什么淘汰黃標車？國四標準到底影響多大？（1）提高動力性（2）降低油耗（3）改善排放3、汽油機采用電噴的優點？柴油機采用共軌的優點？？？？？？？以發動機性能為研究對象課程特點多學科的綜合應用

熱力學、傳熱學、燃燒學、流體力學、化學反應動力學、機械學形散而意不散（圍繞三個目標，三個環節）：

強動力－降能耗－減排放 燃料－燃燒－排放能量加入的“量”和能量轉化的“質” 燃料能量轉換的效率

動力性經濟性指標的表達式多因素、多參數的綜合分析：

一因多果和一果多因 優化、折衷、合理匹配的辨證觀念發展觀點:

關注新能源新技術教材和參考資料使用教材：王建昕、帥金石編著，汽車發動機原理，清華大學出版社， 2011年3月第一版1、周龍保主編，內燃機學，機械工業出版社，2011年1月第三版參考資料：本課程教材體系介紹（篇章之邏輯關系）第一篇（基礎篇）動力輸出與能量利用---主線和核心第1章動力經濟性能指標與影響因素--發動機性能基本概念和指標，導出影響性能的四大類理論因素第2章燃料與工質--第2至第8章具體介紹影響性能的四大類因素（15個參數）第3章循環分析與能量利用第4章換氣過程與循環充量第二篇（基礎延伸篇）燃燒與排放---主線的延伸、派生問題第6章燃燒的基礎知識第7章柴油機的混合氣形成與燃燒過程第8章汽油機的混合氣形成與燃燒過程第9章有害污染物的生成與控制---如何控制發動機的排放，滿足法規要求第三篇（應用篇）運行特性與性能調控---發動機實際運轉特性及匹配問題第5章發動機運行特性與整車匹配----發動機如何與底盤匹配第四篇（創新及展望篇）新技術新結構新能源第10章新燃燒方法及替代燃料發動機----如何面對能源危機和環境污染出勤+課堂：10%實驗成績：10%考試成績：70%課堂教學：22學時實驗：2學時學時分配考核方式作業：10%課程地位

本課程是車輛工程領域的主干課程，也是本專業的專業基礎課。通過學習使學生掌握汽油機、柴油機等常規動力的工作過程與工作原理，理解發動機性能的各種影響因素，并了解發動機節能技術的前沿知識。本課程不僅為相關專業后繼課程的學習提供了理論依據，而且為這些專業學生日后的工作和科研打下堅實的理論基礎，這使本課程在本專業課程中處于重要地位。

與前面所學課程的聯系:

本課程是專業理論課，以《力學》、《電器》、《機械原理》、《工程制圖》、《汽車構造》等基本課程為基礎。特別是《汽車構造》，根據專業知識的銜接，學生需首先學習發動機基本的曲柄連桿機構和配氣機構的組成、結構、功用、工作原理以及汽、柴油的燃油供給系統的組成、工作原理等構造的基礎知識，對發動機有感性認識之后，才能學習燃料的燃燒過程、配氣定時、噴油控制、發動機特性等理論知識。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綜合利用和提升。第一部分：動力輸出與能量利用第1章性能指標與影響因素第2章燃料、工質與熱化學第3章工作循環與能量利用第4章換氣過程與進氣充量第5章運行特性與整車匹配第二部分：燃燒與排放第6章燃燒的基礎知識第7章柴油機混合氣形成與燃燒第8章汽油機混合氣形成與燃燒第9章有害排放物的生成與控制第10章新燃燒方式與替代燃料動力本書知識結構動力的獲取和輸出；能量的消耗和利用燃料能量轉換的“質”環節；加入整機能量總量的“量”環節第一章性能指標與影響因素★1.1工質對活塞所作功及示功圖1.2發動機的性能指標1.3影響動力經濟性指標的環節與因素邏輯關系：先說明發動機的做功過程，然后定義這一過程中的許多指標，再解釋在做功過程中，影響指標的因素。p-

圖★示功圖（四沖程）p-V

圖BDC(下止點)ppzp0VsVp示功圖壓力圖/展開示功圖要求會識圖和畫圖！正負功確定原則：壓力方向與活塞運動方向一致，工質對活塞作正功壓力方向與活塞運動方向相反，工質對活塞作負功工質對活塞所作功：Compression壓縮過程W<0Power作功過程W>0Intake進氣過程W>0Exhaust排氣過程W<0WpdV=ò循環功：動力過程功：壓縮與燃燒膨脹沖程所作功之代數和泵氣過程功：進氣與排氣沖程所作功之代數和(總)指示功＝動力過程功＋理論泵氣功(不考慮泵氣損失)凈指示功＝動力過程功＋泵氣過程功(考慮泵氣損失)進氣壓力pd大氣壓力p0排氣壓力pe

大氣壓力p0與泵氣有關的功：

理論泵氣功忽略流動阻力,進、排氣沖程壓力所作功之代數和。自然吸氣發動機進、排氣壓力相同（等于大氣壓力），即理論泵氣功為零

實際泵氣功(泵氣過程功)由于流動存在阻力，進氣壓力低于大氣壓，排氣壓力高于大氣壓力，造成進氣和排氣流動損失功，兩者之和為實際泵氣功

W2+W3

負功泵氣損失(Pumpingloss)

（實際泵氣功理論泵氣功）

W2+W3

負功★自然吸氣發動機作功分析：進氣壓力pd大氣壓力p0排氣壓力pe

大氣壓力p0與泵氣有關的功：

理論泵氣功忽略流動阻力,進、排氣沖程壓力所作功之代數和。自然吸氣發動機進、排氣壓力相同（等于大氣壓力），即理論泵氣功為零

實際泵氣功(泵氣過程功)由于流動存在阻力，進氣壓力低于大氣壓，排氣壓力高于大氣壓力，造成進氣和排氣流動損失功，兩者之和為實際泵氣功

W2+W3

負功泵氣損失(Pumpingloss)

（實際泵氣功理論泵氣功）

W2+W3

負功自然吸氣發動機作功分析：(總)指示功＝W1+W3凈指示功＝(W1+W3)-(W2+W3)=W1-W2

理論泵氣功

(pb–pk)Vs

正功

實際泵氣功

W2

正功

泵氣損失功

W2-(pb–pk)Vs

陰影面積負功

(總)指示功

W1＋(pb-pk)Vs

凈指示功

W1+W2渦輪增壓發動機作功分析實際進氣壓力pd＞實際排氣壓力pe＞大氣壓力p0記住：理論泵氣功和實際泵氣功可正、可負，但泵氣損失功永遠為負！1.動力性能指標（力量）功率(Power),轉矩(Torque),轉速(Revolution/Speed)有效平均壓力(BrakeMeanEffectivePressure,BMEP)2.經濟性能指標（消耗）有效燃料消耗率(BrakeSpecificFuelConsumption,BSFC)機油消耗率(Oil/LubricantConsumption)3.環保性能指標（負面）碳氫(HC),一氧化碳(CO),氮氧化物(NOx),二氧化碳(CO2)顆粒物(ParticulateMatter,PM),干碳煙(DrySoot,DS)噪聲振動沖擊(NoiseVibrationHarshness,NVH)4.使用性能指標（便捷）可靠性或耐久性(Robust/Reliability,Durability)檢測/維護(Inspection/Maintenance,I/M)1.2發動機性能指標★

1.2.1指示與有效指示指標:工質對活塞做功為基準的指標。直接反映燃燒和熱力循環組織的好壞有效指標：以曲軸對外輸出的功率為基礎。

直接反映產品整機性能★功：指示功：工質對活塞所作的功，有效功：飛輪對外輸出的功，機械損失功：功由活塞傳遞到飛輪過程中損失的功，包括機械摩擦損失、附件消耗和泵氣損失。循環指示功、循環有效功與機械損失功理論上：測量上：以自然吸氣內燃機為例：曲軸輸出的循環有效功循環凈指示功機械損失功＝摩擦損失功＋附件消耗功＋泵氣損失功循環(總)指示功這里，循環指示功是指循環總指示功!即泵氣損失功計算在機械損失功內！摩擦損失功＋附件消耗功曲軸輸出的循環有效功思考：反應發動機動力性能的指示功應為循環凈指示功循環(總)指示功？or1、反映熱功轉換的質量，而不是進、排氣系統的阻力大小；2、難以將泵氣損失直接測出。指示指標:

工質對活塞做功為基準的指標pWiVmis=注意：這里的壓力事實上就是物理上所說的壓強，N/m21、指示平均壓力定義：單位氣缸工作容積所作的循環指示功循環指示功可以認為是一個假想不變的壓力pmi作用在活塞上，使活塞移動一個沖程所作功指示平均壓力反映發動機作功能力的大小和強化程度。使不同發動機的動力性具有可比性2、指示功率Pi(kw)定義：發動機單位時間所作的指示功—指示功率Pmi(MPa)Vs(L)n(r/min)Wi(Kj)D、S（cm）τ行程數四行程τ=4二行程τ=24指示燃油消耗率bi:

定義：單位指示功的耗油量(g/kw.h)B---小時耗油量kg/h3指示（熱）效率ηi

定義：是實際

循環指示功與消耗的燃料熱量之比值有效指標：以發動機曲軸對外輸出的功率為基礎。1、有效功率Pe：單位時間輸出的有效功。2、有效平均壓力定義：單位氣缸工作容積所作的有效功。pWeVmis=3、有效熱效率ηe

定義：實際

循環有效功(J)與消耗的熱量(J)之比值4、有效燃油消耗率be:

定義：單位有效功的耗油量(g/kw.h)B---小時耗油量kg/h★指示指標與有效指標的比較：1.以工質對活塞作功為計算基準的指標稱為指示指標基于示功圖算出，直接反映燃燒和熱力循環組織的好壞用于理論分析和科研2.以曲軸輸出功為計算基準的指標稱為有效指標由試驗測出，直接反映產品最終性能用于產品開發、生產和使用當中只有與作功有關的指標，如功、功率、油耗、平均壓力、熱效率等才有“有效”與“指示”之分“指示”與“有效”★指示：活塞得到的燃料燃燒對其做功，燃料燃燒不可能把所有熱能轉化成機械能，熱能只是一部分轉化成機械能，這部分機械能就是活塞得到功，取名“指示功”；反映“熱功轉換”過程的好壞。有效：活塞擁有的指示功經過發動機一整套傳送過程，將功傳遞給飛輪，而在傳遞過程中，一部分要損失（如摩擦、附件），因此飛輪得到的功已經不再是活塞所擁有的指示功，而是指示功減去傳遞損失后剩余的功。飛輪對外做的功，是對外界有用的功，因而將飛輪所擁有的功取名“有效功”。反映“整機性能”，包含了燃燒過程和機械損失過程。燃料指示功有效功燃燒、熱功轉換機械傳遞指示效率機械效率

比功率(升功率,powerdensity)

PL—單位發動機排量發出的功率

(評價氣缸容積利用程度和緊湊性)

PL=Pe/Vs(kW/L)

比質量

me—單位有效功率所占發動機質量

(評價輕量化和緊湊性)

me=m/Pe(kg/kW)

比容積

Ve—單位有效功率所占發動機的體積

(評價緊湊性)

Ve=V/Pe(m3/kW)功率密度評價指標發動機轉速與活塞平均速度主要影響：慣性力引起的機械應力摩擦(磨損)熱負荷充氣效率噪聲活塞平均速度：(強化指標之一)注意：發動機轉速與活塞速度不完全是一個概念！活塞平均速度越高，說明發動機強化度越高1.3影響動力經濟性指標的環節與因素追求：pWeVmis=高高從燃料到We轉化傳遞過程中，什么因素決定其大小？一、油量多少；二、利用率（轉化率）高低具體：（1）Hu

油質本身1.3.2

（2）gb

用量1.3.3

（3）η

總效率1.3.41.3影響動力經濟性指標的環節與因素決定動力輸出的兩大環節設單位時間加入發動機的燃料總質量為B(kg/s)，燃料低熱值(lowheatvalue)為Hu(kJ/kg)，燃料能量轉換的總效率為et

，則有效功率Pe可表示為：

設單位時間進入發動機的混合氣總量為Gm(kg/s)，混合氣低熱值為Hum(kJ/kg)，則有效功率Pe也可表示為：與燃料熱值和混合氣濃度直接相關，不是定值！提高功率的兩大環節：

混合氣熱值Hum或燃料熱值Hu

單位時間實際吸入發動機的可燃混合氣總量Gm或燃料總量B

可燃混合氣能量或燃料能量轉換為有效輸出功的多少工作過程各環節效率或總效率et“質”的環節

“量”的環節

油/氣混合比(濃度)是影響發動機性能的重要參數：1)過量空氣系數

a（Excessairratio/Relativeair-fuelratio）設單位質量燃料完全燃燒所需理論空氣量為l0，而實際供給的空氣量為l，則a定義為：a

>1,稀(lean)混合氣a

<1,濃(rich)混合氣a

=1,化學計量比（stoichiometricratio），過去稱理論空燃比1.3.2可燃混合氣濃度與熱值2)空燃比

(Air/Fuelratio,A/F)3)燃空比(Fuel/Airratio,F/A)可燃混合氣濃度與熱值燃空當量比(equivalentratio)

＝1/a，歐美國家常用

1.3.3混合氣(進氣)充量充量系數(容積效率)定義：每缸每循環實際吸入缸內的新鮮空氣量與按進氣系統前狀態計算而得的理論充氣量之比(75%-90%)

大氣密度(自然吸氣機型)

增壓后空氣密度(增壓機型)充量系數是決定發動機動力性好經濟性和進氣過程完善程度的重要評價指標，第四章細述。1.3.4能量轉換效率1)燃燒效率2)循環熱效率3)機械效率4)有效效率每缸每循環燃燒時發出的熱量(kJ)單缸循環油量(kg)指示效率

正常燃燒：汽油機c=95%~98%柴油機c=98%~99%曲軸輸出功總指示功整機性能熱功轉化功率和油耗的表達式(課程總綱)燃燒效率(第二部分)循環熱效率(第3章)機械效率(第3章)進氣充量(第4章)混合氣熱值(第2章)本章總結：1、工質對活塞所作功及示功圖動力過程功：壓縮與燃燒膨脹沖程所作功之代數和泵氣過程功：進氣與排氣沖程所作功之代數和理論泵氣功忽略流動阻力,進、排氣沖程壓力所作功之代數和。自然吸氣發動機進、排氣壓力相同（等于大氣壓力），即理論泵氣功為零

實際泵氣功(泵氣過程功)由于流動存在阻力，進氣壓力低于大氣壓，排氣壓力高于大氣壓力，造成進氣和排氣