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） 2 第 1 次课教学课型：理论课 实验课 习题课 实践课 技能课 其它主要教学内容（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，网络资料讲 稿 内 容备注第一节 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熵过程；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）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T 比热C c.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 习题课 实践课 技能课 其它主要教学内容（注明：重点* # 难点 ）：第三节 发动机的指示性能指标*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，网络资料讲 稿 内 容备注第三节 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）或曲轴转角（p-vf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Wi。指示功的大小可以由pV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，Wi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。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。三、指示热效率和指示燃油消耗率指示热效率it发动机实际循环指示功与所消耗燃料热量的比值。 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：式中，3.6l03 - 1kWh的热当量，kJ/(kWh)； B- 每小时发动机的耗油量，kg/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：讲 稿 内 容备注 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。一、 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:3、 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。 Ttqpme pme 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et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值，即讲 稿 内 容备注 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：般内燃机在标定工况下的be和et值大致在以下范围： beg (kWh)-1 et低速柴油机 190225 0.380.45中速柴油机 195240 0.360.43高速柴油机 215285 0.300.40(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 274410 0.300.20二冲程汽油机 410545 0.200.15三、 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式中，pme为标定工况下的平均有效压力，MPa； n为标定转速，rmin。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