發(fā)動(dòng)機(jī)原理與汽車(chē)?yán)碚摰谝徽掳l(fā)動(dòng)機(jī)原理基礎(chǔ)知識(shí)

1、2課程內(nèi)容概述課程內(nèi)容概述u第一章發(fā)動(dòng)機(jī)原理基礎(chǔ)知識(shí)第一章發(fā)動(dòng)機(jī)原理基礎(chǔ)知識(shí)u第二章發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程第二章發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程u第三章汽油機(jī)的燃料與燃燒第三章汽油機(jī)的燃料與燃燒u第四章柴油機(jī)的燃料與燃燒第四章柴油機(jī)的燃料與燃燒u第五章燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的燃料與燃燒第五章燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的燃料與燃燒u第六章發(fā)動(dòng)機(jī)的特性第六章發(fā)動(dòng)機(jī)的特性u(píng)第七章汽車(chē)的動(dòng)力性第七章汽車(chē)的動(dòng)力性u(píng)第八章汽車(chē)的制動(dòng)性第八章汽車(chē)的制動(dòng)性u(píng)第九章汽車(chē)的使用經(jīng)濟(jì)性第九章汽車(chē)的使用經(jīng)濟(jì)性u(píng)第十章汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性第十章汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性u(píng)第十一章汽車(chē)的舒適性第十一章汽車(chē)的舒適性u(píng)第十二章汽車(chē)的通過(guò)性第十二章汽車(chē)的通過(guò)性u(píng)第十三章汽車(chē)性能的合理使用第

2、十三章汽車(chē)性能的合理使用3第一章發(fā)動(dòng)機(jī)原理基礎(chǔ)知識(shí)第一章發(fā)動(dòng)機(jī)原理基礎(chǔ)知識(shí)第一節(jié)第一節(jié) 氣體的熱力性質(zhì)氣體的熱力性質(zhì)第二節(jié)第二節(jié) 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律第三節(jié)第三節(jié) 熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律第四節(jié)第四節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)第五節(jié)第五節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)第六節(jié)第六節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率4第一節(jié)第一節(jié) 氣體的熱力性質(zhì)氣體的熱力性質(zhì)一、基本概念一、基本概念 二、基本狀態(tài)參數(shù)二、基本狀態(tài)參數(shù) 三、理想氣體狀態(tài)方程三、理想氣體狀態(tài)方程5一、基本概念一、基本概念1.1.工質(zhì)工質(zhì): :實(shí)現(xiàn)熱能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的工作物質(zhì)（氣體）。實(shí)現(xiàn)熱能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的工作物質(zhì)

3、（氣體）。2.2.熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng)和和外界外界: :把作為研究對(duì)象的某一宏觀尺寸范圍內(nèi)的把作為研究對(duì)象的某一宏觀尺寸范圍內(nèi)的工質(zhì)總稱為熱力系統(tǒng)，如汽缸內(nèi)的氣體；把熱力系統(tǒng)以外和工質(zhì)總稱為熱力系統(tǒng)，如汽缸內(nèi)的氣體；把熱力系統(tǒng)以外和熱功轉(zhuǎn)換過(guò)程有關(guān)的其他物體統(tǒng)稱為外界，如汽缸體。熱功轉(zhuǎn)換過(guò)程有關(guān)的其他物體統(tǒng)稱為外界，如汽缸體。3.3.熱力狀態(tài)熱力狀態(tài): :把工質(zhì)在某一時(shí)刻所處的宏觀狀態(tài)稱為工質(zhì)的把工質(zhì)在某一時(shí)刻所處的宏觀狀態(tài)稱為工質(zhì)的“熱力狀態(tài)熱力狀態(tài)”，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱“狀態(tài)狀態(tài)”。工質(zhì)的熱力狀態(tài)用物理量來(lái)。工質(zhì)的熱力狀態(tài)用物理量來(lái)描述，這些物理量稱為氣體的狀態(tài)參數(shù)，如溫度、壓力和比描述，這些物理量稱

4、為氣體的狀態(tài)參數(shù)，如溫度、壓力和比體積等。體積等。4.4.熱力過(guò)程熱力過(guò)程:將熱力系統(tǒng)中的工質(zhì)從某一初始狀態(tài)變化到另一將熱力系統(tǒng)中的工質(zhì)從某一初始狀態(tài)變化到另一狀態(tài)所經(jīng)歷的整個(gè)過(guò)程稱為熱力過(guò)程。狀態(tài)所經(jīng)歷的整個(gè)過(guò)程稱為熱力過(guò)程。6 開(kāi)口系統(tǒng)：與外界不僅有能量交換，又有物質(zhì)交換開(kāi)口系統(tǒng)：與外界不僅有能量交換，又有物質(zhì)交換的系統(tǒng)。的系統(tǒng)。 封閉系統(tǒng)：與外界只有能量交換而無(wú)物質(zhì)交換的系封閉系統(tǒng)：與外界只有能量交換而無(wú)物質(zhì)交換的系統(tǒng)。統(tǒng)。 絕熱系統(tǒng)：與外界沒(méi)有熱量交換的系統(tǒng)。絕熱系統(tǒng)：與外界沒(méi)有熱量交換的系統(tǒng)。 孤立系統(tǒng)：與外界既無(wú)能量交換，也無(wú)物質(zhì)交換的孤立系統(tǒng)：與外界既無(wú)能量交換，也無(wú)物質(zhì)交換的系

5、統(tǒng)。系統(tǒng)。熱力系統(tǒng)分類熱力系統(tǒng)分類7二、基本狀態(tài)參數(shù)二、基本狀態(tài)參數(shù)u氣體常用的狀態(tài)參數(shù)有氣體常用的狀態(tài)參數(shù)有6 6個(gè)，其中溫度（個(gè)，其中溫度（T T）、）、壓力（壓力（p p）和比體積（）和比體積（）這三個(gè)物理量，稱基）這三個(gè)物理量，稱基本狀態(tài)參數(shù)。本狀態(tài)參數(shù)。u內(nèi)能（內(nèi)能（U U）、熵（）、熵（S S）、焓（）、焓（H H）。）。8溫度溫度u溫度表示氣體的冷熱程度。按分子運(yùn)動(dòng)論，氣體的溫度是溫度表示氣體的冷熱程度。按分子運(yùn)動(dòng)論，氣體的溫度是氣體內(nèi)部分子不規(guī)則運(yùn)動(dòng)劇烈程度的物理量。氣體的溫度氣體內(nèi)部分子不規(guī)則運(yùn)動(dòng)劇烈程度的物理量。氣體的溫度越高，氣體內(nèi)部分子的平均動(dòng)能就越大。越高，氣體內(nèi)部分

6、子的平均動(dòng)能就越大。u熱力學(xué)溫度熱力學(xué)溫度: :開(kāi)氏溫度，用符號(hào)開(kāi)氏溫度，用符號(hào)T T表示，單位為開(kāi)爾文，單表示，單位為開(kāi)爾文，單位符號(hào)為位符號(hào)為“K” K” （基本溫標(biāo)（基本溫標(biāo)) )。熱力學(xué)溫度以水的三相點(diǎn)溫?zé)崃W(xué)溫度以水的三相點(diǎn)溫度為基本定點(diǎn)溫度度為基本定點(diǎn)溫度(即水的固、液、氣三態(tài)共存時(shí)的溫度即水的固、液、氣三態(tài)共存時(shí)的溫度)，并規(guī)定其溫度為。于是并規(guī)定其溫度為。于是1K1K就是水的三相點(diǎn)溫度的。就是水的三相點(diǎn)溫度的。u工程上的溫度：攝氏溫度，用符號(hào)工程上的溫度：攝氏溫度，用符號(hào)t t表示，單位符號(hào)為表示，單位符號(hào)為“”。u攝氏溫度與開(kāi)氏溫度的關(guān)系為：攝氏溫度與開(kāi)氏溫度的關(guān)系為：t t

7、T T注意：只有開(kāi)氏溫度才是狀態(tài)參數(shù)。注意：只有開(kāi)氏溫度才是狀態(tài)參數(shù)。9u定義：定義：氣體在單位面積容器壁上的垂直作用力氣體在單位面積容器壁上的垂直作用力, ,用符號(hào)用符號(hào)p p表示，單表示，單位是帕斯卡，簡(jiǎn)稱為帕（位是帕斯卡，簡(jiǎn)稱為帕（PaPa）。由于帕很小，工程上常用千帕）。由于帕很小，工程上常用千帕（kPakPa）或兆帕（）或兆帕（MPaMPa）為單位。）為單位。 1 kPa =101 kPa =103 3Pa 1 MPa =10Pa 1 MPa =106 6PaPau壓力的表示方法：壓力的表示方法：1.1.絕對(duì)壓力：指氣體作用在容器壁上的真實(shí)壓力絕對(duì)壓力：指氣體作用在容器壁上的真實(shí)壓力

8、, ,用用p p表示。表示。2.2.表壓力：當(dāng)氣體的絕對(duì)壓力高于大氣壓力時(shí)，壓力表指示的數(shù)值表壓力：當(dāng)氣體的絕對(duì)壓力高于大氣壓力時(shí)，壓力表指示的數(shù)值就是表壓力。表壓力等于氣體的絕對(duì)壓力與大氣壓力就是表壓力。表壓力等于氣體的絕對(duì)壓力與大氣壓力p0的差值，用的差值，用p pg g表示。其關(guān)系式為表示。其關(guān)系式為pg=p-p0 。3.3.真空度：當(dāng)氣體的絕對(duì)壓力低于大氣壓力時(shí)，真空表測(cè)量的數(shù)值真空度：當(dāng)氣體的絕對(duì)壓力低于大氣壓力時(shí)，真空表測(cè)量的數(shù)值就是真空度。真空度等于大氣壓力與氣體絕對(duì)壓力的差值，用就是真空度。真空度等于大氣壓力與氣體絕對(duì)壓力的差值，用p pv v表表示。其關(guān)系式為示。其關(guān)系式為p

9、 pv v= =p p0 0p p。注意：只有絕對(duì)壓力才是狀態(tài)參數(shù)。注意：只有絕對(duì)壓力才是狀態(tài)參數(shù)。壓力壓力10比體積比體積u比體積：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的氣體所占的體積，稱為氣體的比體比體積：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的氣體所占的體積，稱為氣體的比體積。用符號(hào)積。用符號(hào)v v表示，單位為表示，單位為m3/kg。u密度：密度：?jiǎn)挝惑w積單位體積的氣體的氣體所具有的質(zhì)量稱為密度，以符號(hào)所具有的質(zhì)量稱為密度，以符號(hào) 表示，其單位為表示，其單位為kg/m3。mVv Vm11三、理想氣體狀態(tài)方程三、理想氣體狀態(tài)方程u理想氣體：分子不占體積、分子之間沒(méi)有吸力的氣體。理想氣體：分子不占體積、分子之間沒(méi)有吸力的氣體。u理想氣體狀態(tài)方程式（

10、克拉貝隆方程式）：溫度、壓力、理想氣體狀態(tài)方程式（克拉貝隆方程式）：溫度、壓力、比體積之間關(guān)系式。比體積之間關(guān)系式。 1 1理想氣體：理想氣體： 理想氣體：理想氣體： 式中：式中：V Vm mkgkg理想氣體的總?cè)莘e，理想氣體的總?cè)莘e，V V= =mvmv。 R R氣體常數(shù)，其數(shù)值取決于氣體的性質(zhì)，單氣體常數(shù)，其數(shù)值取決于氣體的性質(zhì)，單 位為位為kJ/kJ/（kgKkgK）。）。 RTpv mRTpV 12第二節(jié)第二節(jié) 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律一、功、熱量和內(nèi)能一、功、熱量和內(nèi)能 二、熱力學(xué)第一定律二、熱力學(xué)第一定律13一、功、熱量和內(nèi)能一、功、熱量和內(nèi)能u1 1功功當(dāng)氣體的壓力和容積發(fā)生

11、變化時(shí)，氣體與外界之間相互傳遞的當(dāng)氣體的壓力和容積發(fā)生變化時(shí)，氣體與外界之間相互傳遞的機(jī)械能稱之為功，用機(jī)械能稱之為功，用W表示。單位為焦耳，單位符號(hào)為表示。單位為焦耳，單位符號(hào)為“J”J”或或“kJ”kJ”， 1kJ=101kJ=103 3J J。1kg1kg氣體容積（即比體積）的微小變化量為氣體容積（即比體積）的微小變化量為: : dv = Adx 1kg1kg氣體對(duì)外界所作的微元功為氣體對(duì)外界所作的微元功為: : dw= pAdx = pdv1kg1kg氣體對(duì)外界所作的功為氣體對(duì)外界所作的功為: :若汽缸內(nèi)的氣體為若汽缸內(nèi)的氣體為m mkgkg，其總?cè)莘e，其總?cè)莘eV=mv，則則m mkg

12、kg氣體從狀態(tài)氣體從狀態(tài)1 1變化到狀態(tài)變化到狀態(tài)2 2對(duì)外所作對(duì)外所作的功為的功為: : 21vvwpdv2211vVvVWmwpmdvpdV14一、功、熱量和內(nèi)能一、功、熱量和內(nèi)能u2 2熱量熱量熱量是由于溫度的不同，系統(tǒng)和外界之間穿越邊界而傳遞的能熱量是由于溫度的不同，系統(tǒng)和外界之間穿越邊界而傳遞的能量。量。熱量的國(guó)際單位與功一樣為焦耳，單位符號(hào)為熱量的國(guó)際單位與功一樣為焦耳，單位符號(hào)為“J”J”或或“kJ”kJ”。熱量通常用比熱來(lái)計(jì)算。比熱是指單位量的物質(zhì)溫度每變化熱量通常用比熱來(lái)計(jì)算。比熱是指單位量的物質(zhì)溫度每變化1K1K時(shí)吸收或放出的熱量，用符號(hào)時(shí)吸收或放出的熱量，用符號(hào)c c表示

13、，即表示，即式中：式中：d dq q單位量的物質(zhì)在溫度變化單位量的物質(zhì)在溫度變化d dT T時(shí)吸收或放出的熱量。時(shí)吸收或放出的熱量。1kg1kg氣體的溫度變化氣體的溫度變化d dT T時(shí)，吸收或放出的微元熱量時(shí)，吸收或放出的微元熱量d dq q為為:d:dq q= =c cd dT T1kg1kg氣體的溫度從氣體的溫度從T T1 1 T T2 2時(shí)，吸收或放出的熱量時(shí)，吸收或放出的熱量q q為為: :m mkgkg氣體的溫度從氣體的溫度從T T1 1 T T2 2時(shí)，吸收或放出的熱量時(shí)，吸收或放出的熱量Q Q為為: :規(guī)定規(guī)定: :氣體從外界吸收熱量為正，向外界放出熱量為負(fù)。氣體從外界吸收熱量

14、為正，向外界放出熱量為負(fù)。注意：功和熱量都不是狀態(tài)參數(shù)。注意：功和熱量都不是狀態(tài)參數(shù)。 dqcdT21TTqcdT21TTQmqmcdT15一、功、熱量和內(nèi)能一、功、熱量和內(nèi)能u3 3內(nèi)能內(nèi)能氣體的內(nèi)能是指氣體內(nèi)部所具有的各種能量的總和，由氣體分氣體的內(nèi)能是指氣體內(nèi)部所具有的各種能量的總和，由氣體分子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子間位能組成。子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子間位能組成。u內(nèi)能是氣體的狀態(tài)參數(shù)。內(nèi)能是氣體的狀態(tài)參數(shù)。u對(duì)于理想氣體，因假設(shè)其分子間沒(méi)有引力，其位能為零，所對(duì)于理想氣體，因假設(shè)其分子間沒(méi)有引力，其位能為零，所以其內(nèi)能僅指其內(nèi)部動(dòng)能，它是溫度以其內(nèi)能僅指其內(nèi)部動(dòng)能，它是溫度T T的單值函數(shù)。的單值

15、函數(shù)。1kg1kg氣體的內(nèi)能用符號(hào)氣體的內(nèi)能用符號(hào)u u表示，單位為表示，單位為J/kgJ/kg或或kJ/kgkJ/kg，則，則u = f（T）1kg1kg氣體的溫度從氣體的溫度從T1變化到變化到T2時(shí)，其內(nèi)能的變化量時(shí)，其內(nèi)能的變化量u為為: :u = u2u1 = f（T2）f（T1）mkg氣體的內(nèi)能用符號(hào)氣體的內(nèi)能用符號(hào)U U表示，單位為表示，單位為J J或或kJkJ，溫度從，溫度從T1變化到變化到T2時(shí)，其內(nèi)能的變化量時(shí)，其內(nèi)能的變化量U為為: :U = U 2U 1 =mf（T2）f（T1) 16二、熱力學(xué)第一定律二、熱力學(xué)第一定律u熱力學(xué)第一定律：熱和功可以相互轉(zhuǎn)換，為了要獲得一定

16、量的熱力學(xué)第一定律：熱和功可以相互轉(zhuǎn)換，為了要獲得一定量的功，必須消耗一定量的熱；反之，消耗一定量的功，必會(huì)產(chǎn)生一功，必須消耗一定量的熱；反之，消耗一定量的功，必會(huì)產(chǎn)生一定量的熱。定量的熱。u第一類永動(dòng)機(jī)是不可能被成功地制造的。在熱能與其他能量的第一類永動(dòng)機(jī)是不可能被成功地制造的。在熱能與其他能量的相互轉(zhuǎn)換過(guò)程中，能的總量保持不變相互轉(zhuǎn)換過(guò)程中，能的總量保持不變-遵循能量守恒原則遵循能量守恒原則。u1kg氣體由狀態(tài)氣體由狀態(tài)1 1變化到狀態(tài)變化到狀態(tài)2 2所經(jīng)歷的過(guò)程中，如果氣體與外所經(jīng)歷的過(guò)程中，如果氣體與外界交換的熱量為界交換的熱量為q1-2，機(jī)械功為，機(jī)械功為w1-2，內(nèi)能的變化量為，內(nèi)

17、能的變化量為u2u1，三，三者之間的平衡關(guān)系可用能量平衡方程表示為者之間的平衡關(guān)系可用能量平衡方程表示為: :q1-2= u2u1+ w1-2mkg氣體由狀態(tài)氣體由狀態(tài)1 1變化到狀態(tài)變化到狀態(tài)2 2所經(jīng)歷的過(guò)程中，則有所經(jīng)歷的過(guò)程中，則有Q1-2= U2U1+ W1-2u氣體狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，從外界吸收的熱量等到于其內(nèi)能的增加氣體狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，從外界吸收的熱量等到于其內(nèi)能的增加量與對(duì)外所作的機(jī)械功之和。量與對(duì)外所作的機(jī)械功之和。 17第三節(jié)第三節(jié) 熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律一、熱力循環(huán)一、熱力循環(huán) 二、循環(huán)評(píng)定指標(biāo)二、循環(huán)評(píng)定指標(biāo) 三、熱力學(xué)第二定律三、熱力學(xué)第二定律 18一、熱力循環(huán)一、

18、熱力循環(huán)u定義定義: :工質(zhì)由某一初始狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)過(guò)一系列的狀工質(zhì)由某一初始狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)過(guò)一系列的狀態(tài)變化又重新回到初始狀態(tài)所經(jīng)歷的封閉過(guò)程，態(tài)變化又重新回到初始狀態(tài)所經(jīng)歷的封閉過(guò)程，簡(jiǎn)稱循環(huán)。簡(jiǎn)稱循環(huán)。u循環(huán)可分為正向循環(huán)和逆向循環(huán)。循環(huán)可分為正向循環(huán)和逆向循環(huán)。u循環(huán)過(guò)程可用循環(huán)過(guò)程可用pv圖圖表示。表示。19pv圖圖u循環(huán)中工質(zhì)所作的凈功為循環(huán)中工質(zhì)所作的凈功為: :w w0 0 u循環(huán)中工質(zhì)從外界吸收的凈熱量循環(huán)中工質(zhì)從外界吸收的凈熱量為為: : q1q2 u由于由于u u=0=0。根據(jù)熱力學(xué)第一定律。根據(jù)熱力學(xué)第一定律則可得出則可得出: :q1q2= w w0u結(jié)論結(jié)論: :循環(huán)中工質(zhì)從高溫?zé)嵩次昭h(huán)中工質(zhì)從高溫?zé)嵩次諢崃繜崃縬 q1 1，只將其中的一部分轉(zhuǎn)換成，只將其中的一部分轉(zhuǎn)換成機(jī)械功機(jī)械功w w0 0，而另一部分熱量，而另一部分熱量q q2 2傳遞傳遞給低溫?zé)嵩?。給低溫?zé)嵩础?umkg：Q1 Q2=W020二、循環(huán)評(píng)定指標(biāo)二、循環(huán)評(píng)定指標(biāo)1.1.循環(huán)熱效率循環(huán)熱效率t ：指循環(huán)中熱功轉(zhuǎn)換的效率，它等于循指循環(huán)中熱功轉(zhuǎn)換的效率，它等于循環(huán)中工質(zhì)對(duì)外界作的凈功與循環(huán)加熱量之比環(huán)中工質(zhì)對(duì)外界作的凈功與循環(huán)加熱量之比 （評(píng)價(jià)經(jīng)濟(jì)（評(píng)價(jià)經(jīng)濟(jì)性）。性）。2.2.循環(huán)平均壓