內(nèi)燃機(jī)原理第一章動力、經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)與影響因素

內(nèi)燃機(jī)原理WorkingPrincipleofInternalCombustionEngine現(xiàn)在是1頁\一共有54頁\編輯于星期三一、課中常用縮寫詞ICEInternalCombustionEngineNA-ICENaturallyAspiratedICE—自然吸氣內(nèi)燃機(jī)TC-ICETurbochargedICE—增壓內(nèi)燃機(jī)SI-ICESparkIgnitionICE—火花點火內(nèi)燃機(jī)CI-ICECompressionIgnitionICE—壓燃式內(nèi)燃機(jī)GDIGasolineDirectInjection—汽油缸內(nèi)直噴DIDirectInjection—缸內(nèi)直接噴射IDIIndirectInjection—間接噴射TDCTopDeadCenterBottomDeadCenterBDCOutlineHIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家現(xiàn)在是2頁\一共有54頁\編輯于星期三二、原理的重要性學(xué)習(xí)內(nèi)燃機(jī)原理的根本目的：構(gòu)造What原理WhyWere3W2、載貨汽車為什么很少用汽油機(jī)？1、改裝CNG和LPG內(nèi)燃機(jī)為什么動力不佳？3、柴油汽車為什么冒煙？？？？？？OutlineHIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家4、為什么國Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)推遲實施

？內(nèi)燃機(jī)如何面對能源與環(huán)境兩大挑戰(zhàn)？現(xiàn)在是3頁\一共有54頁\編輯于星期三三、學(xué)習(xí)方法1、理解且善于思考；2、做好每章的思考題；3、鍛煉分析問題能力；4、注意符號應(yīng)用和單位換算；5、做一些筆記；6、特別注意對應(yīng)用性、前沿性問題的了解；OutlineHIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家7、教材和講課PPT結(jié)合學(xué)習(xí)。現(xiàn)在是4頁\一共有54頁\編輯于星期三四、教材和參考資料使用教材：王建昕、帥金石編著，汽車發(fā)動機(jī)原理，清華大學(xué)出版社，2011年3月第一版1、周龍保主編，內(nèi)燃機(jī)學(xué)，機(jī)械工業(yè)出版社，2011年1月第三版參考資料：2、劉巽俊編著，內(nèi)燃機(jī)的排放與控制，機(jī)械工業(yè)出版社，2005年2月第一版3、許維達(dá)主編，柴油機(jī)動力裝置匹配，機(jī)械工業(yè)出版社，2000年10月第一版OutlineHIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家現(xiàn)在是5頁\一共有54頁\編輯于星期三OutlineHIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家五、教學(xué)內(nèi)容總體布局第一章動力、經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)與影響因素第二章燃料、工質(zhì)與熱化學(xué)第三章工作循環(huán)與能量利用第四章?lián)Q氣過程與進(jìn)氣充量第六章燃燒的基礎(chǔ)知識第七章柴油機(jī)的混合氣形成與燃燒過程第八章汽油機(jī)的混合氣形成與燃燒過程推導(dǎo)影響性能的理論因素第九章有害污染物的生成與控制第十章新燃燒方法及替代燃料發(fā)動機(jī)第五章運(yùn)行特性與整車匹配三種影響因素第四種影響因素如何控制ICE排放如何面對能源危機(jī)動力源如何匹配現(xiàn)在是6頁\一共有54頁\編輯于星期三平時成績：10%實驗成績：10%考試成績：80%課堂教學(xué)：56學(xué)時實驗：4學(xué)時OutlineHIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家六、學(xué)時分配七、考核方式現(xiàn)在是7頁\一共有54頁\編輯于星期三第一章動力性經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)及

影響因素現(xiàn)在是8頁\一共有54頁\編輯于星期三1、掌握各種概念；3、掌握NA-ICE和TC-ICE示功圖的畫法，以及各種功的

表達(dá)方法；5、掌握ICE性能指標(biāo)的測算方法；6、掌握性能指標(biāo)的理論推導(dǎo)過程，分析影響性能的主要因素；2、掌握ICE的主要評價指標(biāo)：動力性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保指標(biāo)；7、了解ICE的其它指標(biāo)。本章要求HIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家4、了解二沖程內(nèi)燃機(jī)的示功圖畫法；現(xiàn)在是9頁\一共有54頁\編輯于星期三一、ICE評價指標(biāo)（一）動力性指標(biāo)定義：ICE對外輸出功的能力。表達(dá)方式轉(zhuǎn)速(RevolutionorSpeed)：工程單位：r/min

轉(zhuǎn)矩(Torque)：工程單位：N·m

有效功率(BrakeEffectivePower)：工程單位：kW

加權(quán)平均功率：加權(quán)平均功率用于工況法測量內(nèi)燃機(jī)的污染物排放中第一節(jié)工質(zhì)對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家現(xiàn)在是10頁\一共有54頁\編輯于星期三評價指標(biāo)最高轉(zhuǎn)速：最大轉(zhuǎn)矩：標(biāo)定功率：注意：標(biāo)定功率是內(nèi)燃機(jī)可靠運(yùn)行的最大功率！標(biāo)定轉(zhuǎn)速不一定是內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行的最高轉(zhuǎn)速！第一節(jié)工質(zhì)對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家現(xiàn)在是11頁\一共有54頁\編輯于星期三（二）經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)定義：ICE對燃料和潤滑油的消耗程度。表達(dá)方式燃油消耗率：工程單位：kg/h

潤滑油消耗率：工程單位：g/h

有效燃油消耗率(BrakeSpecificFuelConsumption,BSFC)：工程單位：g/(kW·h)

評價指標(biāo)最低有效燃油消耗率：注意：最低有效燃油消耗率指外特性曲線上數(shù)值！第一節(jié)工質(zhì)對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家現(xiàn)在是12頁\一共有54頁\編輯于星期三（三）環(huán)境指標(biāo)定義：內(nèi)燃機(jī)的污染物排放和噪聲。表達(dá)：四種污染物THC、CO、NOx和PM(ParticulateMatter)的排放；內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行噪聲。評價指標(biāo)四種污染物的比排放量工程單位：g/(kW·h)

注意：國家標(biāo)準(zhǔn)有詳細(xì)的污染物排放和噪聲測量方法和限值！內(nèi)燃機(jī)的最大噪聲值工程單位：dB(A)第一節(jié)工質(zhì)對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家現(xiàn)在是13頁\一共有54頁\編輯于星期三（四）強(qiáng)化指標(biāo)定義：內(nèi)燃機(jī)承受機(jī)械和熱負(fù)荷的能力。表達(dá)方式升功率：在標(biāo)定工況下，內(nèi)燃機(jī)單位排量發(fā)出的功率。強(qiáng)化系數(shù)：在標(biāo)定工況下，內(nèi)燃機(jī)平均有效壓力與

活塞平均速度的乘積。工程單位：kW/L工程單位：MPa·m/s第一節(jié)工質(zhì)對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家現(xiàn)在是14頁\一共有54頁\編輯于星期三（五）緊湊性指標(biāo)定義：內(nèi)燃機(jī)單位標(biāo)定功率的質(zhì)量或者體積。表達(dá)方式比質(zhì)量：內(nèi)燃機(jī)干質(zhì)量與標(biāo)定功率的比值。比體積：內(nèi)燃機(jī)外廓體積與標(biāo)定功率的比值。工程單位：kg/kW工程單位：L/kW第一節(jié)工質(zhì)對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家現(xiàn)在是15頁\一共有54頁\編輯于星期三各種用途內(nèi)燃機(jī)比較r/ming/(kW·h)kW/Lkg/kWm/sSI摩托車四沖程5000～90008～11350～27030～704～110～20轎車NA4500～75008～12350～25035～653～1TC5000～70007～9380～28050～1003～1載貨車2500～50007～9380～27020～306～3CI轎車NA3500～500020～24320～24020～305～3TC2500～450020～24290～24030～404～2載貨車NA2000～400016～18240～21010～159～4TC2000～320015～17230～20515～208～3TC中冷1800～260014～16225～19520～255～3注意：現(xiàn)代貨車內(nèi)燃機(jī)多為CI-ICE第一節(jié)工質(zhì)對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家現(xiàn)在是16頁\一共有54頁\編輯于星期三（六）可靠性指標(biāo)定義：ICE在規(guī)定使用條件下正常持續(xù)工作的能力。表達(dá)方式：首次故障里程、平均故障時間間隔、故障率。ICE可靠性試驗方法，查看相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)。（七）耐久性指標(biāo)定義：ICE主要零部件磨損到不能持續(xù)工作的極限時間。ICE耐久性試驗方法，查看相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)。（八）工藝性指標(biāo)用于評價ICE的制造工藝學(xué)和維修方便性。第一節(jié)工質(zhì)對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家現(xiàn)在是17頁\一共有54頁\編輯于星期三第一節(jié)工質(zhì)對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家intakecompressionpowerexhaust四個沖程二、工質(zhì)對活塞作功及示功圖（IndicatedDiagramofWork）缸內(nèi)工質(zhì)曲軸箱內(nèi)工質(zhì)現(xiàn)在是18頁\一共有54頁\編輯于星期三第一節(jié)工質(zhì)對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家TDCBDC由于曲軸箱內(nèi)壓力不變，四沖程內(nèi)燃機(jī)各沖程功量相互抵消，在示功圖研究中不考慮曲軸箱工質(zhì)影響。intakeexhaust壓力與運(yùn)動方向相同為“+”；相反為“—”?，F(xiàn)在是19頁\一共有54頁\編輯于星期三（一）概念活塞運(yùn)動一個行程，缸內(nèi)工質(zhì)對活塞所作的功。壓縮和膨脹行程，工質(zhì)對活塞所作的功。進(jìn)氣和排氣行程，工質(zhì)對活塞所作的功。1、沖程功2、（循環(huán)）動力過程功3、泵氣功（泵氣過程功）第一節(jié)工質(zhì)對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家4、理論泵氣功無任何損失的泵氣功?，F(xiàn)在是20頁\一共有54頁\編輯于星期三5、泵氣功損失（PumpingLoss）理論泵氣功與實際泵氣功的差。6、（循環(huán)總）指示功動力過程功與理論泵氣功的代數(shù)和。第一節(jié)工質(zhì)對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家7、（循環(huán)）凈指示功動力過程功與實際泵氣功代數(shù)和。現(xiàn)在是21頁\一共有54頁\編輯于星期三第一節(jié)工質(zhì)對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家示功圖：內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)工質(zhì)壓力隨體積的變化關(guān)系。TDCBDCEVOIVCIVOEVCEVO：ExhaustValveOpenIgnitionEVC：ExhaustValveCloseIVO：IntakeValveOpenIVC：IntakeValveClose沖程（行程）≠過程（二）四沖程N(yùn)A-ICE示功圖現(xiàn)在是22頁\一共有54頁\編輯于星期三TDCBDCbarcz四個沖程的工質(zhì)壓力為：第一節(jié)工質(zhì)對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家排氣沖程功：現(xiàn)在是23頁\一共有54頁\編輯于星期三用面積表示：第一節(jié)工質(zhì)對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家現(xiàn)在是24頁\一共有54頁\編輯于星期三第一節(jié)工質(zhì)對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家（三）TC-ICE示功圖壓氣機(jī)渦輪機(jī)空氣入口排氣入口排氣出口空氣出口放氣閥現(xiàn)在是25頁\一共有54頁\編輯于星期三TDCBDCarcz四個沖程的工質(zhì)壓力為：由于掃氣，進(jìn)氣終點壓力和排氣始點壓力相同第一節(jié)工質(zhì)對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家現(xiàn)在是26頁\一共有54頁\編輯于星期三用面積表示：第一節(jié)工質(zhì)對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家現(xiàn)在是27頁\一共有54頁\編輯于星期三作用：燃燒分析思考：用圖如何得到

圖？

第一節(jié)工質(zhì)對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家TDCTDCBDCBDCTDC（四）示壓圖—展開示功圖intake現(xiàn)在是28頁\一共有54頁\編輯于星期三第一節(jié)工質(zhì)對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家TDCBDCTDCBDC（五）二沖程內(nèi)燃機(jī)示功圖排氣口進(jìn)氣口掃氣口兩個行程完成：換氣、壓縮、作功現(xiàn)在是29頁\一共有54頁\編輯于星期三第一節(jié)工質(zhì)對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家SPOIPCIPOSPCEPCEPOTDCBDCEPC:ExhaustPortCloseSPC:ScavengingPortCloseIPO:IntakePortOpenSPCSPOEPOEPCIPCIPOSPO:ScavengingPortOpenEPO:ExhaustPortOpenIPC:IntakePortCloseSpark缸內(nèi)工質(zhì)曲軸箱內(nèi)工質(zhì)TDCBDC（+）（-）面積：W1面積：W2現(xiàn)在是30頁\一共有54頁\編輯于星期三第一節(jié)工質(zhì)對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家缸內(nèi)工質(zhì)對活塞作功：曲軸箱內(nèi)工質(zhì)對活塞作功：凈指示功：現(xiàn)在是31頁\一共有54頁\編輯于星期三第一節(jié)工質(zhì)對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家自學(xué)思考幾個問題：1、二沖程內(nèi)燃機(jī)有什么優(yōu)缺點？2、二沖程內(nèi)燃機(jī)一般使用在什么場合？3、為什么汽車一般不用二沖程內(nèi)燃機(jī)？現(xiàn)在是32頁\一共有54頁\編輯于星期三一、概念1、指示指標(biāo)（Indicated）以工質(zhì)對活塞做功為計算基礎(chǔ)的指標(biāo)。以下腳標(biāo)表示2、有效指標(biāo)（Effective）以曲軸對外輸出功計算基礎(chǔ)的指標(biāo)。以下腳標(biāo)表示第二節(jié)動力性、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)HIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家只有與作功有關(guān)的指標(biāo)，存在“有效”、“指示”問題3、機(jī)械損失指標(biāo)（Mechanical）以ICE本機(jī)能量消耗為計算基礎(chǔ)的指標(biāo)。以下腳標(biāo)表示單位時間內(nèi)ICE缸內(nèi)工質(zhì)對活塞所作的功。4、指示功率現(xiàn)在是33頁\一共有54頁\編輯于星期三第二節(jié)動力性、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)HIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家5、有效功率單位時間內(nèi)由ICE曲軸輸出的功。6、機(jī)械損失功率單位時間內(nèi)ICE本機(jī)消耗的能量。單缸每循環(huán)工質(zhì)對活塞所做的功。7、（循環(huán)）指示功8、（循環(huán)）有效功單缸每循環(huán)曲軸對外輸出的功。9、機(jī)械損失功ICE正常運(yùn)行，單缸每循環(huán)本機(jī)消耗的功。現(xiàn)在是34頁\一共有54頁\編輯于星期三第二節(jié)動力性、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)HIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家——機(jī)械摩擦損失功；——驅(qū)動附件功；——泵氣損失功。10、指示平均壓力(IndicatedMeanEffectivePressure,IMEP)單位氣缸工作容積所做的指示功。11、有效平均壓力(BrakeMeanEffectivePressure,BMEP)單位氣缸工作容積所做的有效功?，F(xiàn)在是35頁\一共有54頁\編輯于星期三第二節(jié)動力性、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)HIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家12、機(jī)械損失平均壓力(MechanicalLossMeanEffectivePressure,MMEP)單缸氣缸工作容積ICE所消耗的能量。現(xiàn)在是36頁\一共有54頁\編輯于星期三第二節(jié)動力性、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)HIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家、表征了內(nèi)燃機(jī)的強(qiáng)化程度現(xiàn)在是37頁\一共有54頁\編輯于星期三第二節(jié)動力性、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)HIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家機(jī)型

（MPa）四沖程摩托車內(nèi)燃機(jī)～1.2賽車內(nèi)燃機(jī)（NA）～1.66賽車內(nèi)燃機(jī)（TC）～5.6轎車汽油機(jī)（NA）0.9～1.41轎車汽油機(jī)（TC）1.4～2.0轎車柴油機(jī)（TC）1.2～2.12卡車柴油機(jī)（TC）1.1～2.35大型柴油機(jī)1.5～2.94中型高速柴油機(jī)1.5～2.5十字頭二沖程柴油機(jī)1.5～1.82各種ICE的平均有效壓力比較現(xiàn)在是38頁\一共有54頁\編輯于星期三第二節(jié)動力性、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)HIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家13、（整機(jī)）燃油消耗率ICE單位時間內(nèi)消耗的燃料質(zhì)量。14、指示燃油消耗率（ISFC）單位時間單位指示功率所消耗的燃料質(zhì)量。15、有效燃油消耗率（BSFC）單位時間內(nèi)單位有效功率所消耗的燃料質(zhì)量?！獨飧讛?shù)—循環(huán)時間—沖程數(shù)—循環(huán)噴油量現(xiàn)在是39頁\一共有54頁\編輯于星期三第二節(jié)動力性、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)HIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家16、活塞平均速度表征ICE的強(qiáng)化程度ICE的高活塞平均速度的影響：高往復(fù)慣性引起的機(jī)械應(yīng)力；（）高耐磨損性能；高的熱負(fù)荷。分析：ICE最高轉(zhuǎn)速受活塞平均速度限制；加長沖程，必須降低ICE最高轉(zhuǎn)速；采用縮短沖程的方法，可以提高ICE最高轉(zhuǎn)速?，F(xiàn)在是40頁\一共有54頁\編輯于星期三第二節(jié)動力性、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)HIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家機(jī)型

（m/s）四沖程摩托車內(nèi)燃機(jī)～22賽車內(nèi)燃機(jī)（NA）～21.7賽車內(nèi)燃機(jī)（TC）～27轎車汽油機(jī)（NA）9.5～19.8轎車柴油機(jī)12.3～14.7卡車柴油機(jī)（TC）8.1～13.1大型柴油機(jī)7.0～12中速柴油機(jī)5.3～9.5十字頭二沖程柴油機(jī)5.7～7.8各種ICE的活塞平均速度比較現(xiàn)在是41頁\一共有54頁\編輯于星期三第二節(jié)動力性、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)HIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家17、過量空氣系數(shù)（Excessairratio），相對空燃比,單位質(zhì)量的燃料燃燒實際供給的干空氣質(zhì)量與理論完全燃燒所需的空氣量的比值。國外常用表示—實際空氣量，kg/kg空氣；—理論空氣量，kg/kg空氣。—濃混合氣（RichMixture）—化學(xué)計量比混合氣（StoichiometricRatio）—稀混合氣（LeanMixture）現(xiàn)在是42頁\一共有54頁\編輯于星期三第二節(jié)動力性、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)HIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家19、空燃比（Air-fuelRatio）混合氣中空氣質(zhì)量與燃料質(zhì)量之比。18、燃空當(dāng)量比（EquivalentRatio）（國外常用AF表示）歐美國家使用單位質(zhì)量的燃料理論上完全燃燒所需的空氣質(zhì)量與實際燃燒所需干空氣質(zhì)量的比值。20、充量系數(shù)（容積效率，VolumetricEfficiency）單缸每循環(huán)實際進(jìn)入氣缸的空氣量與按進(jìn)氣狀態(tài)計算得到的理論空氣量的比值?，F(xiàn)在是43頁\一共有54頁\編輯于星期三第二節(jié)動力性、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)HIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家NA-ICE：大氣密度TC-ICE：壓氣機(jī)后的空氣密度kJ/kg混合氣單位質(zhì)量的燃料在物理標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（25℃、0.1MPa）下定壓、定容完全燃燒所能放出的熱量。21、燃料的低熱值（LowHeatingValue）低熱值—H2O為氣態(tài)22、可燃混合氣質(zhì)量熱值（MixtureHeatingValue）單位質(zhì)量可燃混合氣的低熱值?，F(xiàn)在是44頁\一共有54頁\編輯于星期三第二節(jié)動力性、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)HIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家23、可燃混合氣流量單位時間內(nèi)進(jìn)入ICE的新鮮空氣質(zhì)量與燃料質(zhì)量之和。現(xiàn)在是45頁\一共有54頁\編輯于星期三24、有效效率（ICE的熱效率，EffectiveEfficiency）ICE燃料輸入熱量轉(zhuǎn)化為有效功的程度。燃燒效率ICE能量轉(zhuǎn)化過程：化學(xué)能熱能機(jī)械能熱力循環(huán)燃燒有用功內(nèi)部損耗——整機(jī)燃燒放熱率，J/s；——燃料熱值，J/g。——循環(huán)燃燒放熱量，J；——循環(huán)噴油量，g；第二節(jié)動力性、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)HIT規(guī)格嚴(yán)格功夫到家現(xiàn)在是46