《汽车发动机原理》教案

课程说明：

发动机原理是车辆工程、交通运输工程等专业学生必修的重要专业基础课，它以发动机的性能指标作为主要研究对象，把合理组织工作过程，提高整机性能作为中心内容，系统阐明发动机工作过程的基本理论、基本概念和基本试验方法，并深入到工作过程的各个阶段，分析影响性能指标的各种因素，从中找出提高发动机性能指标的一般方法和具体措施；也为更合理有效地选择和使用发动机提供必要的基本知识和实验技能。 本课程系统地讲授汽车拖拉机发动机工作过程的基本理论，内容包括工程热力学基础、发动机的性能指标、发动机的换气过程、发动机的燃料与燃烧、汽油机混合气的形成与燃烧、柴油机混合气的形成与燃烧、发动机的排放控制、发动机特性、发动机的排气涡轮增压等。

先修课程：

发动机构造、机械原理等。 参考教材：

《内燃机原理》 华中理工大学出版社 1992 刘永长 《内燃机原理》 机械工业出版社 1988 蒋德明 《汽车发动机原理》 人民交通出版社 2005 陈培陵 《汽车拖拉机发动机》 机械工业出版社 1999 董敬

《汽车发动机原理教程》 清华大学出版社 2001年 刘峥、王建 《火花点火发动机的燃烧》 西安交通大学出版社 1992年 蒋德明 《汽车新能源技术》 人民交通出版社 2003年 边耀璋

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授课章节：第1章 发动机的性能 一、教学目的和要求 知识目的： 1.掌握发动机的3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.了解发动机的其它性能；掌握机械效率的概念、机械损失的4种测定方法、影响机械效率的因素，了解提高发动机动力性和经济性能的途径，了解发动机热平衡的分析内容和意义。 能力目的： 1．能结合四冲程发动机的示功图分析理论循环与实际循环的差异。 二、教学重点和难点 教学重点： 对发动机理论循环与实际循环的分析，发动机指示性能指标和有效性能指标，汽车发 动机机械效率的测定方法与影响因素。 教学难点： 指示性能指标和有效性能指标的分析与提高发动机动力性和经济性的技术措施，汽车 发动机机械效率的测定方法，影响汽车发动机机械效率的因素。 三、授课学时 4课时 四、授课方式 讲授 五、教学内容与教学组织设计 (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，是如何评价出来的呢及如何界定的呢，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1

热循环。 （2）循环热效率 ①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）循环压力Pt Pt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 对发动机增压这类受机件强度限制，其循环最高燃烧压力不得过大的情况，提高εc 同时增 大定压加热部分的热量有利。 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Tde也总是高于大气温度T0或增压器出口温度Tk。 （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 发动机进行压缩过程时，进、排气门均关闭，活塞处是上止点前后。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 2

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，活塞由下止点返回上止点移动，将气缸内的废气排除。 3.发动机的指示性能指标 （1）指示功和平均指示压力 指示功指气缸内完成一个工作循环所得到的有用功Wi。反映气缸在一个工作循环中所获得的有用功的数量，它除了和循环中热功转换的有效程度有关外，还和气缸容积的大小有关。 （2）指示功率 （3）指示热效率和指示燃油消耗率 4.发动机有效性能指标 （1）动力性指标 ①有效功和有效功率。Pe ②有效转矩。Ttq ③平均有效压力。Pme（Mpa） ④转速n和活塞平均速度Cm。 （2）经济性指标 ①有效热效率。 ②有效燃油消耗率。 （3）发动机强化指标 ①升功率PL ②比质量Me ③强化系数PmeCm 5.机械损失与机械效率 （1）机械效率=有效功率/只是功率。 （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。只停止一刚的燃烧不致引起进排系统的异常变化。 ④油耗线法。在低负荷附近，油耗线为直线相当可靠。 3

6.热平衡 （1）发动机所耗燃油的热量。QT=BH。 （2)转化为有效功的热量QE=3.6*103Pe。 （3）传递给冷却介质的热量Qs=GsCs（t2-t1）。 （4）废气带走的热量QR=(B+Gk)（Cpr t2- Cpk t1） （5）燃烧不完全燃烧热损失QB。 （6）其他热量损坏QL。 六、总结 1．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。 2．四冲程发动机的实际循环，进气过程、压缩过程、燃烧过程、膨胀过程、排气过程。 3. 发动机的指示性能指标包含指示功和平均指示压力、、指示功率、指示热效率和指示燃油消耗率三个指标。 4. 发动机有效性能指标包含动力性指标、经济性指标、发动机强化指标。 5.发动机动力性指标包含有效功和有效功率、有效转矩、平均有效压力、转速n和活塞平均速度Cm。 6.发动机经济性指标包含有效热效率和有效燃油消耗率。 七、作业布置 1．发动机有三种基本空气标准循环是？ 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？ 八、教学答疑、记录 九、教学反思 4

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授课章节：第2章 发动机的换气过程 一、教学目的和要求 知识目的： 1．掌握四冲程内燃机换气过程特点。 2.熟悉影响充量系数的因素。 3.了解提高发动机充量系数的措施。 能力目的： 1．能够分析换气损失、泵气损失及其影响因素，。 二、教学重点和难点 教学重点： 汽油与柴油燃料的特性，汽油柴油燃料特性对发动机的影响，理论空气量及其计算。 教学难点： 汽油与柴油燃料的特性，汽油柴油燃料特性对发动机的影响。 三、授课学时 4课时 四、授课方式 讲授2课时，实操2课时 五、教学内容与教学组织设计 (一)导入新课 汽车发动机和人一样，在工作过程中要不断的吸入新鲜空气，排除废气，那么它是怎么工作的呢？ (二)新课教学 1．四冲程发动机的换气过程 （1）换气过程 ①自由排气阶段。 排气门打开到气缸压力接近排气管压力的时期。 ②强制排气阶段。 通过活塞的上行强制推出。 ③进气过程。 6

进气门开启面积足够大，新鲜空气顺利流入气缸。 ④气门重叠和燃烧室扫气。 排气门迟闭和进气门提前开启，存在进排气门同时打开。 （2）排气损失 排气门提前打开直至进气行程开始，缸内压力到达大气压力前循环功的损失称为排气损失。 自由排气损失和强制排气损失。 （3）进气损失 由于进气系统阻力，进气过程的气缸压力低于进气管压力，损失的功称为进气损失。 2.四冲程发动机的充量系数 （1）充量系数 衡量不同发动机动力性能和进气过程完善程度的重要指标。 充量效率或容积效率。 （2）影响充量系数的因素。 ①进气门关闭时缸内压力。 负荷变化时，柴油机汽油机进气门关闭时缸内压力变化不同。柴油机基本不发生变化，汽油机变化显著。 ②进气门关闭时缸内气体温度。 温度越高，充量系数越低。 ③残余废气系数。 废气增多会使燃烧恶化，充量系数下降。 ④进排气相位角。 进气门延迟关闭，充量系数减小，但是缸内压力有所增加，会提高充量系数，应选择合适的相位角。 ⑤压缩比。 压缩比增加，废气量少，充量系数增加。 ⑥进气状态。 进气温度和进气压力对充量系数有影响。 7

3.提高发动机充量系数的措施。 （1）降低进气系统的阻力。 ①减少进气门处的流动损失。 增加进气门数量，增多进气门直径。 ②减少进气道、进气管和空气滤清器的阻力。 提高进气道加工精度，改善进气道。 （2）减少对进气充量的加热。 （3）降低排气系统流通阻力。 （4）合理选择进排气相位角。 （5）谐振进气与可变进气歧管。 六、总结 1．四冲程发动机的换气过程包含自由排气阶段、强制排气阶段、进气过程和气门重叠和燃烧室扫气。 2．排气损失包含自由排气损失和强制排气损失。 3．影响发动机充量系数的因素有①进气门关闭时缸内压力。②进气门关闭时缸内气体温度。③残余废气系数。④进排气相位角。⑤压缩比。⑥进气状态。 4．提高发动机充量系数的措施有降低进气系统的阻力、减少对进气充量的加热、降低排气系统流通阻力、合理选择进排气相位角和谐振进气与可变进气歧管。 七、作业布置 1．四冲程发动机的换气过程 2．充量系数的定义是？ 3．影响发动机充量系数的因素有哪些？ 4．提高发动机充量系数的措施有哪些？ 5．降低进气系统的阻力的方法有哪些？ 八、教学答疑、记录 九、教学反思 8