发动机原理教案解读

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1、发动机原理教案课程名称汽车发动机原理授课对象主讲教师教师所在院（部）、系（室）选用教材汽车发动机原理（吴建华主编）第1次课教学课型：理论课，实验课口习题课口实践课口技能课口其它口主要教学内容（注明：重点*#难点）：第一章发动机的性能第一节发动机理论循环*第二节四冲程发动机的实际循环*教学目的：通过学习掌握发动机的理论循环和发动机的实际循环，以及两者之间的差异。教学方法和教学手段：多媒体课堂讲授讨论、思考题、作业:1.简述发动机的实际工作过程?小结：本次课主要介绍了发动机的三种理论循环和四冲程发动机的实际循环过程，以及两者之间的差异和造成差异的原因。参考资料：多媒体材料，网络资料#备注讲稿内容第

2、一节发动机理论循环内燃机的实际热力循环：是燃料的热能转变为机械能的过程，由进气、压缩、燃烧、膨胀和排气等多个过程所组成。在这些过程中，伴随着各种复杂的物理、化学过程，同时，机械摩擦、散热、燃烧、节流等引起的一系列不可逆损失也大量存在。内燃机的理论循环：将非常复杂的实际工作过程加以抽象简化，忽略一些次要影响因素，并对其中变化复杂、难于进行细致分析的物理、化学过程如可燃混合气的准备与燃烧过程等进行简化处理，从而得到便于进行定量分析的假想循环或简化循环。一、研究理论循环的目的：1）用简单的公式来阐明内燃机工作过程中各基本热力参数间的关系，以明确提高以理论循环热效率为代表的经济性和以平均压力为代表的动

3、力性的基本途径。2）确定循环热效率的理论极限，以判断实际内燃机经济性和工作过程进行的完善程度以及改进潜力。3）有利于分析比较内燃机不同热力循环方式的经济性和动力性。二、发动机实际过程的简化实际循环（以车用柴油机为例）ra:进气过程ac:压缩过程初期：工质吸热；后期：工质放热。czz:燃烧过程zb:膨胀过程初期：工质放热；后期：工质吸热br：排气过程（pp0）简化原则：1假定工质为定比热的理想气体；2不计吸气和排气过程（工质的总质量保持不变），假设工质是在闭口系统中作封闭循环；3压缩、膨胀过程简化为绝热等燧过程；4把燃烧过程看作是外界对工质的加热过程，简化为等容加热过程或等压加热过程；5排气中的

4、实际放热过程简化为等容放热过程；6忽略过程损失，把循环的每一过程都假定为可逆过程，即假设循环过程为可逆循环。三、发动机的理论循环（一）混合加热循环（高速柴油机）（二）等容加热循环（汽油机）（三）定压加热循环（狄赛尔diesel循环）3讲 稿 内 容备注第二节四冲程发动机的实际循环实际循环与理想循环的主要差别：1、实际工质的影响：a.性质：理论上：理想气体。实际上：燃烧前：燃料+空气；燃烧后：燃烧产物b.比热：理论上：定比热实际上：温度TT比热CTc.数量：理论上：不变实际上：泄漏减少2、换气损失：定义：由于更换工质而消耗的功。理论上：忽略进、排气过程。实际上：进、排气门提前开启，迟后关闭。而且

5、有流动阻力。3、燃烧损失：a.非瞬时燃烧损失和补燃损失理论上：定容加热瞬间完成，膨胀过程无加热。实际上：燃烧需要时间，且会拖到膨胀过程。b.不完全燃烧损失理论上：燃料完全燃烧实际上：燃料燃烧不完全c.燃烧放热时间延长4、传热损失：理论上：压缩、膨胀过程为绝热过程。实际上：大量热量通过气缸壁传给冷却水或空气。传热损失是发动机中的最大损失，占总损失量的30%以上。因此，许多研究者致力于开发绝热发动机。5、缸内流动损失理论上：没有气体流动损失。实际上：缸内进气、挤压、燃烧涡流损失。#第2、3次课教学课型：理论课，实验课口习题课口实践课口技能课口其它口主要教学内容（注明：重点*#难点）：第三节发动机的

6、指示性能指标*第四节发动机的有效性能指标*第五节机械损失与机械效率#教学目的：通过教学掌握发动机的指示性能指标和有效性能指标的各种参数的定义，并能够熟练利用各参数之间的关系进行运算；掌握机械损失的定义和机械效率的测定方法。教学方法和教学手段：多媒体课堂讲授讨论、思考题、作业：发动机主要性能指标和有效性能指标有哪些？相互之间有什么样的关系?小结：本次课主要讲了发动机的主要性能指标、有效性能指标和机械损失的定义及其测定方法。参考资料：多媒体材料，网络资料5讲 稿 内 容备注讲稿内容第三节发动机的指示性能指标内燃机的指示性能指标是指以工质对活塞做功为计算基础的指标，简称指示指标。指示指标表征工质在汽

7、缸内部经历的循环的完善程度，以工质在汽缸内对活塞做功为基础，评价由燃烧到热功转换工作循环进行的质量。是从示功图测量计算得出的。示功图：发动机缸内压力p随汽缸容积V(p-V图，可用电子示波器直接从发动机上测出)或曲轴车专角(p-v图，多由气电式测功器或示波器测定)变化的图示。示功图是研究内燃机工作过程的重要试验数据。一、指示功和平均指示压力指示功是指气缸内完成一个工作循环所得到的有用功Wio指示功的大小可以由p-V图中闭合曲线所占有的面积求得。平均指示压力是指单位气缸容积一个循环所作的指示功(Pa)。式中，Wi-发动机一个工作循环的指示功，J;Vs-发动机气缸工作容积，m3。若Vs用L为单位，W

8、i用kJ为单位，则pmi(MPa)平均指示压力可以设想为一个恒定的压力作用于活塞顶上，使活塞移动一个行程所作的功，即循环的指示功Wi。二、指示功率：指示功率Pi:发动机单位时间内所作的指示功。3 Or若：一台内燃机的缸数i,每缸的工作容积Vs(L),平均指示压力为pmi(MPa),转速n(r/min),冲程数p。三、指示热效率和指示燃油消耗率指示热效率yit发动机实际循环指示功与所消耗燃料热量的比值。7对于一台发动机，若测得其指示功率Pi(kW)、每小时燃油消耗量B(kg/h)，则:%，=3.6x IO/；式中，3.6X1031kWh的热当量，kJ/(kWh);B-每小时发动机的耗油量，kg/

9、h；Hu所用燃料的低热值，kJ/kg。指示燃油消耗率g/(kWh)：指单位指示功的耗油量。通常以单位指示千瓦小时的耗油量来表示:第四节发动机的有效性能指标以曲轴输出功为计算基础的性能指标，称为有效性能指标，简称有效指标。有效指标被用来直接评定发动机实际工作性能的优劣，在实践中获得广泛的应用。二发动机动力性指标1、有效功和有效功率有效功：发动机每循环曲轴输出的单缸功量式中:Wi-循环净指示功Wm-循环实际机械损失功有效功率Pe=Pi-Pm式中：Pi指示功率Pm-实际机械损失功率机械损失：发动机内部摩擦损失；驱动附件损耗；泵气损失等。2、有效转矩发动机工作时由功率输出轴输出的转矩称为有效转矩，可由

10、测功器测得。Nm内燃机的有效功率Pe（kW）可以利用各种型式的测功器和转速计分别测出发动机在某一工况下曲轴的输出转矩Ttq及在同一工况下的发动机转速，按以下公式求得：Q5503、平均有效压力：发动机单位气缸工作容积所输出的有效功。与平均指示压力相似，平均有效压力是衡量发动机动力性能的一个很重要的参数。Ttq8Pmepme反映了发动机单位气缸工作容积输出转矩的大小。4、转速n和活塞平均速度、力仁=元式中，S为活塞行程（m）n为发动机转速（r/min）二、发动机经济性指标衡量发动机经济性能的重要指标是有效热效率yet和有效燃油消耗率be。有效热效率是实际循环的有效功与为得到此有效功所消耗的热量的比

11、值，即叱百讲稿内容有效燃油消耗率g/（kWh）是指单位有效功所消耗的燃油量，用be表示:beB103Pe般内燃机在标定工况下的be和刀et值大致在以下范围：低速柴油机中速柴油机高速柴油机be/g(kW-h)-1ret1902250.380.451952400.360.432152850.300.40（其中较低的be值属排气涡轮增压的四冲程、二冲程柴油机）四冲程汽油机二冲程汽油机2744100.300.204105450.200.15三、发动机强化指标升功率：在标定工况下（指标定转速、标定功率），发动机每升气缸工作容积所发出的有效功率p_Pmo力L3Ot式中，Pme为标定工况下的平均有效压力，M

12、Pa；n为标定转速，r/min。第五节机械损失和机械效率机械损失：发动机内部摩擦损失；驱动附件损耗；泵气损失等。一、机械效率平均机械损失压力Pmm发动机单位气缸工作容积一个循环所损失的功。机械效率：发动机的有效功率与指示功率之比。二、机械损失的测定1、示功图法2、倒拖法3、灭缸法4、油耗线法在以上所介绍的几种测定机械效率的方法中，倒拖法只能用于配有电力测功器的情况，因而不适用于大功率发动机，而较适用于测定压缩比不高的汽油机的机械损失。对于排气涡轮增压柴油机（pb0.15MPa）,由于倒拖法和灭缸法破坏了增压系统的正常工作，因而只能用示功图法、油耗线法来测定机械损失。对于排气涡轮中增压、高增压的

13、柴油机（pb0.15MPa）,除示功图外，尚无其他适用的方法可取代。第4、5次课教学课型：理论课，实验课口习题课口实践课口技能课口其它口主要教学内容（注明：重点*#难点）：第二章发动机的换气过程第一节四冲程发动机的换气过程*第二节四冲程发动机的充量系数#第三节提高发动机充量系数的措施#教学目的：通过教学掌握发动机的换气过程，工作原理；掌握充量系数的定义以及提高充量系数的措施教学方法和教学手段：多媒体课堂讲授讨论、思考题、作业：1、发动机换气过程的几个阶段的界定2、影响充量系数的因素小结：本次课主要介绍了发动机的换气过程和提高换气效率的方法，其中换气效率的计算比较抽象，公式较多，难以理解，须详细

14、讲授。参考资料：多媒体材料，网络资料9备注燃烧是做功之本。燃烧需要空气与燃料。上止点讲稿内容第二章发动机的换气过程重量比容积比燃料11液态空气151000气态燃料受机械控制，容易加入。而汽缸容积就那么大，要想多加空气就要困难得多。因此,对发动机换气过程的研究就显得尤为重要了。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I羽也需要时间，故在下止点前排气-排气提前角4080在上止点后关闭一排气迟闭角1035在上止点前吸气进气提前角040在下止点后关闭一进气迟闭角4080进气提前角+排气迟闭角一气门叠开角二换气过程（1） 排气过程1自由排气阶段A排开ppp=p靠

15、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=ppp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,讲稿内容（2） 进气过程和气门叠开角由于节流作用，缸内产生负压；（P0P）使新鲜介质进入缸内。气阀叠开角：非增压：2060CA。太大（引起）废气回流进气道。太小扫气作用不明显。增压：110140CA。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。

16、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时，一离心力为主，质点呈螺旋形向外运动。当400,向外运动。燃烧产物:1.3,大空气利用率空气停留时间NOyx(4) 结构简单，

17、散热面积，冷起动性好，经济性好。(二)的改进型1四角型日本五十铃公司研制。主要特点：(1)四孔喷油嘴，燃油在四角之前喷射。(2)油束沿气流方向下游燃料分布多，上游燃料分布少，使整个燃烧室内雾化均匀。2挤流口型英国泼金斯公司研制。主要特点：挤气面积挤流强度(三)球型1应用：黄河JN150,6120Q-1型柴油机等。2混合气形成方式：油膜蒸发(M过程)3主要结构参数dkVk,对球型燃烧室的影响可参阅型燃烧室。DVc4主要特点(1)螺旋进气道，进气涡流强。(2)采用单孔喷嘴=0.50.7mm,或双孔喷嘴=0.30.4mm。喷嘴与汽缸盖平面成70夹角，沿顺气流方向喷射。(3)由于油膜的隔热作用，缸壁温

18、度合适，200350C。(4) 值较小，=1.1左右，空气利用率。P(5) ,Pmax,工作柔和、平稳，噪声小。经济性、动力性较好。(6)冷起动性和低速性差，排污严重。(7)限制缸径D不可太大，一般在140mm之内。Dg油膜厚度蒸发不完全，燃烧恶化。(四)复合式(U型)天津大学史绍熙研制。1应用：新105系列，延安6130柴油机等。2混合气形成方式：空间雾化+油膜蒸发3主要结构参数：参阅型燃烧室。4主要特点(1)喷油基本垂直于气流方向(顺7)雾化好。(2)采用螺旋进气道，轴针式喷油嘴。(3)低速时，气流弱一空间分布燃料多改善了冷起动性和低速性。高速时，气流强一P.一.一壁面分布燃料多，Pmax

19、,工作柔和、平稳，噪声小。气流运动起重要作用。(4)高速性能较差，对增压适应性差。(5)喉口热负荷高。对进气道、挤气间隙S0敏感。三分隔式燃烧室主要用于高速柴油机。结构特点：整个燃烧室分隔成两个空间，主燃烧室设于活塞顶部，副燃烧室位于汽缸盖内，中间用通道连接。(一)涡流室型1应用：BJ130,495Q型柴油机等。2混合气形成方式：热混合3主要结构参数涡流比=涡流转速/发动机转速通道与涡流室相切，产生压缩涡流。喷油器安装在涡流室中，顺气流方向喷射。4工作原理压缩过程一活塞压迫空气经过通道流入涡流室，在涡流室中形成强烈的、有组织的压缩涡流，涡流流速随转速的提高而增高。燃烧过程一涡流室中喷油后，由于

20、离心力作用，燃油被带到燃烧室外围，部分燃油附着在壁面上，在通道口附近首先着火。在强烈的涡流作用下，燃烧产物(密度小于空气)被卷向涡流室中央，将新鲜空气挤向涡流室外围，形成良好的热混合。涡流室中混合气着火后，涡流室中的压力、温度迅速升高，燃油、空气、混合气和火焰一起经过通道高速喷向主燃烧室，壁面附近的浓混合气首先从涡流室中喷出。在活塞顶部开有浅的导流槽，形成强烈的燃烧涡流，即二次涡流，加速混合气的形成与燃烧。5主要特点(1)采用轴针式喷嘴=1mm,针阀开启压力9.812Mpa。(2)涡流强空气利用率(=1.11.3)。(3)n涡流强度高速性(4)压缩涡流、燃烧涡流使后期放热大工作柔和、平稳，噪声小。(5)相对散热面积，节流损失经济性，冷起动性。(二)预燃室型1应用：195-2型柴油机等。2主要结构参数通道个数多，截面积小，产生压缩紊流。喷油器安装在预流室中，燃油逆进入预流室的气流方向喷射。3工作原理压缩过程一活塞压迫空气经过通道流入预燃室，