汽车发动机原理与汽车理论第一章

汽车发动机原理与汽车理论,主编：冯健璋,05AA1,第一章工程热力学基础2第二章发动机的性能指标24第三章发动机的换气过程38第四章发动机废气涡轮增压59第五章燃料与燃烧热化学77第六章柴油机混合气的形成与燃烧87第七章汽油机混合气的形成与燃烧116第八章发动机的特性136第九章发动机的排放与噪声156第十章汽车发动机新技术189第十一章发动机试验238第十二章汽车的动力性260第十三章汽车的燃油经济性303第十四章汽车动力装置参数的确定314第十五章汽车的制动性321,05AA1,第十六章汽车的操纵稳定性348第十七章汽车的平顺性及通过性373第一章第二章,05AA1,第一章工程热力学基础2,05AA1,第一章工程热力学基础2,第一节热功转换的基础知识2第二节热力学第一定律7第三节热力过程分析12第四节热力学第二定律18,05AA1,第二章发动机的性能指标24,05AA1,第二章发动机的性能指标24,第一节发动机的理论循环24第二节四冲程发动机的实际循环28第三节发动机的指示指标、有效指标和第四节发动机的热平衡34第五节发动机技术的现状与发展35,05AA1,第三章发动机的换气过程38,05AA1,第三章发动机的换气过程38,第一节四冲程发动机的换气过程38第二节四冲程发动机的充气效率42第三节提高发动机充气效率的措施44第四节二冲程发动机的换气过程49第五节工程应用实例(文摘)53,05AA1,第四章发动机废气涡轮增压59,05AA1,第四章发动机废气涡轮增压59,第一节概述59第二节废气涡轮增压器的基本结构第三节废气能量的利用66第四节涡轮增压器与柴油机的匹配69第五节工程应用实例(文摘)74,05AA1,第五章燃料与燃烧热化学77,05AA1,第五章燃料与燃烧热化学77,第一节发动机的燃料及使用特性77第二节燃烧热化学81第三节燃烧的基础知识84,05AA1,第六章柴油机混合气的形成与燃烧87,05AA1,第六章柴油机混合气的形成与燃烧87,第一节燃料喷射与雾化87第二节柴油机的燃烧过程95第三节可燃混合气的形成与燃烧室98第四节影响燃烧过程的运转因素分析106第五节影响燃烧过程的结构因素107第六节工程应用实例(文摘)112,05AA1,第七章汽油机混合气的形成与燃烧116,05AA1,第七章汽油机混合气的形成与燃烧116,第一节化油器的工作原理116第二节汽油机的燃烧过程122第三节汽油机的燃烧室128第四节工程应用实例(文摘)131,05AA1,第八章发动机的特性136,05AA1,第八章发动机的特性136,第一节发动机工况、性能指标与工作过程第二节发动机的负荷特性138第三节发动机的速度特性140第四节柴油机的调速特性145第五节发动机的万有特性148第六节发动机有效功率和燃油消耗率第七节发动机与动力装置的匹配153,05AA1,第九章发动机的排放与噪声156,05AA1,第九章发动机的排放与噪声156,第一节排放物及危害156第二节排放污染物的机内、机外第三节排放法规及测试方法171第四节柴油机的噪声182第五节工程应用实例(文摘)187,05AA1,第十章汽车发动机新技术189,05AA1,第十章汽车发动机新技术189,第一节汽油机的新型燃烧室189第二节电控汽油喷射系统197第三节电控电子点火系统210第四节柴油机的电子控制214第五节可变配气机构与可变进气管219第六节工程应用实例一(文摘)222第七节电控气体燃料喷射系统226第八节工程应用实例二(文摘)233,05AA1,第十一章发动机试验238,05AA1,第十一章发动机试验238,第一节发动机试验的种类及有关标准238第二节功率与燃油消耗率的测量239第三节发动机其他参数的测量251第四节发动机台架试验255,05AA1,第十二章汽车的动力性260,05AA1,第十二章汽车的动力性260,第一节汽车的动力性指标260第二节汽车的驱动力261第三节汽车的行驶阻力266第四节汽车的动力方程273第五节汽车行驶的驱动附着条件277第六节汽车的驱动力行驶阻力平衡图第七节汽车的功率平衡285第八节装有液力变矩器的动力特性286第九节影响汽车动力性的主要因素291第十节汽车的驾驶性能294第十一节汽车动力性试验297,05AA1,第十三章汽车的燃油经济性303,05AA1,第十三章汽车的燃油经济性303,第一节汽车燃油经济性的评价指标303第二节汽车在各工况下的燃油消耗304第三节影响汽车燃油经济性的因素309,05AA1,第十四章汽车动力装置参数的确定314,05AA1,第十四章汽车动力装置参数的确定314,第一节发动机功率的选择314第二节传动比的选择315第三节利用燃油经济性加速时间曲线,05AA1,第十五章汽车的制动性321,05AA1,第十五章汽车的制动性321,第一节制动性的评价指标321第二节制动时车轮的受力分析322第三节汽车的制动效能及其恒定性326第四节制动时汽车的方向稳定性332第五节前后制动器制动力的比例关系335第六节自动防抱死系统342第七节制动能量的回收343第八节汽车行驶安全性发展动向345,05AA1,第十六章汽车的操纵稳定性348,05AA1,第十六章汽车的操纵稳定性348,第一节概述348第二节轮胎侧偏特性351第三节线性二自由度汽车模型对前轮角第四节汽车操纵稳定性与悬架、转向系第五节汽车操纵稳定性的道路试验365第六节操纵稳定性的主动控制369,05AA1,第十七章汽车的平顺性及通过性373,05AA1,第十七章汽车的平顺性及通过性373,第一节汽车的平顺性373第二节汽车的通过性377,05AA1,第一章,05AA1,第一章,第一节热功转换的基础知识第二节热力学第一定律第三节热力过程分析第四节热力学第二定律,05AA1,第一节热功转换的基础知识,一、能量与能源二、工质的热力状态及其基本状态参数三、理想气体状态方程式四、工质的比热容五、热力过程,05AA1,一、能量与能源,世界由物质构成。一切物质都处于运动状态，能量是物质运动的度量。一切物质都具有能量，如果没有能量，世界就会永远处于静止状态，也就不会有生命。能量也是人类社会进步的动力。人类在日常生活和生产过程中需要各种形式的能量。随着人类社会的发展，人们对能量的认识和利用水平不断提高。到目前为止，人类所认识的能量主要有机械能、热能、电能、化学能、核能、辐射能等几种形式。能源是指能够直接或间接提供能量的物质资源,05AA1,二、工质的热力状态及其基本状态参数,1.热力系统2.基本状态参数3.压力4.温度.比体积.工质的平衡态,05AA1,1.热力系统,在热力学中，把某一宏观尺寸范围内的工质作为研究的具体对象，称为热力系统，简称系统。与该系统有相互作用的其他系统称为外界。包围系统的封闭表面就是系统与外界的分界面，称为边界(或界面)。边界可以是真实的，也可以是假想的。根据边界上物质和能量交换情况，热力系统分为下述几类：开口系统，指与外界有物质交换的系统；封闭系统，指与外界无物质交换的系统；绝热系统，指与外界无热交换的系统；孤立系统，指与外界既无物质交换，也无能量交换的系统。,05AA1,2.基本状态参数,标志气体热力状态的各个物理量叫做气体的状态参数。常用的状态参数主要有六个，即压力、温度、比体积、内能、焓H、熵S。其中、可以直接用仪表测量，且其物理意义易被理解，所以成为描述工质状态最常用的基本状态参数。,05AA1,3.压力,气体对单位面积容器壁所施加的垂直作用力称为压力。按分子运动论，气体的压力是大量分子向容器壁面撞击的统计量。压力单位为，被记做，工程上亦常用和。容器内压力的大小有两种不同的表示方法。一种是指明气体施于器壁上压力的实际数值，叫绝对压力，记做；另一种是测量时压力计的读数压力，叫表压力，记做。,05AA1,4.温度,温度表示气体的冷热程度。按照分子运动论，气体的温度是气体内部分子不规则运动激烈程度的量度，是与气体分子平均速度有关的一个统计量。气体的温度越高，表明气体分子的平均动能越大。,05AA1,.比体积,比体积是单位质量的物质所占的体积,05AA1,.工质的平衡态,为了对系统中能量转换情况进行分析计算，系统中气体各部分的温度和压力必须均匀一致(即处于热平衡和机械平衡)，且不随时间而变化，这样的状态称为热力学平衡状态(简称平衡态)。处于平衡态时，气体的所有状态参数都有确定的数值。只要知道两个独立的状态参数(如压力和温度)，就可以确定气体所处的状态及参数。,05AA1,三、理想气体状态方程式,所谓理想气体就是假设气体内部分子不占有体积，分子间没有吸引力，这样的气体称为理想气体，在热力计算和分析中，常常把空气、燃气、烟气等气体近似的看作理想气体，因为气体分子间的平均距离要比固体和液体大得多，所以，气体分子本身的体积比气体所占的容积小得多，气体分子间的相互吸引力也很小。通常把实际气体近似地看作理想气体来进行各种热力计算，其结果极其相似。所以，对理想气体性质的研究在理论上和实际应用中都很重要。,05AA1,四、工质的比热容,(一)比热容与物质单位的关系(二)比定压热容和比定容热容(三)真实比热容和平均比热容(四)定比热容,05AA1,(一)比热容与物质单位的关系,因为工质的计量单位可用、，所以工质的比热容有如下三种： 比质量热容：() 比摩尔热容：() 比容积热容：(),05AA1,(二)比定压热容和比定容热容,气体在压力不变或体积不变的情况下被加热时的比热容，分别叫比定压热容和比定容热容，通常用脚标 和V来标注。,05AA1,(三)真实比热容和平均比热容,根据大量精确的试验数据和量子力学理论，理想气体的比热容与压力无关，而应是温度的函数。,05AA1,(四)定比热容,表-理想气体的定值比摩尔热容和比热容比,05AA1,五、热力过程,图-,05AA1,五、热力过程,图-2,05AA1,第二节热力学第一定律,一、功、热量和内能二、封闭系统能量方程式三、开口系统稳定流动能量方程式与焓四、熵及温熵图,05AA1,一、功、热量和内能,1.工质的膨胀功2.热量.工质的内能,05AA1,1.工质的膨胀功,图-3可逆过程的体积变化功,05AA1,2.热量,热力学中把热量定义为系统和外界之间仅仅由于温度不同而通过边界传递的能量。热量和功一样不是热力状态的参数，而是工质状态改变时对外的效应，即传递中的能量，没有能量的传递过程也就没有功和热量，因此说工质在某一状态下具有多少热量是毫无意义的。 热量和功又有不同之处：功是两物体间通过宏观的运动发生相互作用而传递的能量；热量则是两物体间通过微观的分子运动发生相互作用而传递的能量；传热过程中不出现能量形态的转化；功转变成热量是无条件的，而热量转变成功是有条件的。,05AA1,.工质的内能,工质内部所具有的各种能量，总称为工质的能量。由于工程热力学主要讨论内能和机械能之间的相互转换，不考虑化学变化和原子核反应的热力过程，故可以认为这两部分能量保持不变，而认为工质的内能是分子热运动的动能和克服分子间作用力的分子位能的总和。分子动能是由分子直线运动动能、旋转运动动能、分子内原子振动能、原子内电子振动能组成，由于工质内动能与内位能都与热能无关，故也称工质内部的热能。分子运动动能是温度的函数，分子间的位能是比体积的函数。因此工质内能决定于工质的比体积和温度，即与工质的热力状况有关。一旦工质的状态发生变化，内能也跟着改变。,05AA1,二、封闭系统能量方程式,热力学第一定律应用到不同系统的能量转换过程中去，可得到不同的能量平衡方程式。现在讨论最简单的封闭系统的能量转换情况。,05AA1,三、开口系统稳定流动能量方程式与焓,图-4开口系统示意图,05AA1,四、熵及温熵图,)熵是一状态参数，如已知两个独立的状态参数，即可求出熵的值。)只有在平衡状态下，熵才有确定值。)与内能和焓一样，通常只需求熵的变化量，而不必求熵的绝对值。)熵是可加性的量，工质的熵是工质的熵的倍，。)在可逆过程中，从熵的变化过程中可判断热量的传递方向：系统吸热；系统绝热；系统放热。)熵可以判断自然界一切自发过程的熵变。,05AA1,四、熵及温熵图,图-5可逆过程的图和图)图)图,05AA1,第三节热力过程分析,一、定容过程二、定压过程三、定温过程四、定熵过程五、理想气体的多变过程,05AA1,一、定容过程,()过程方程()基本状态参数间关系式()功量与热量分析计算()图和图根据过程方程可知，在p图上定容线是一条与横坐标垂直的直线，如图-所示。,05AA1,()过程方程,定值,05AA1,()基本状态参数间关系式,05AA1,()功量与热量分析计算,定容过程，故定容过程膨胀功 (-) 定容过程的技术功为 ()(-) 根据比定容热容定义，定容过程吸收的热量为 (-) 或由热力学第一定律表达式 ,05AA1,()图和图,图-6定容过程,05AA1,二、定压过程,()过程方程()基本状态参数间关系式()功量和热量分析计算()图和图根据过程方程知，在图上定压线为一条与纵坐标垂直的直线，如图-所示。,05AA1,()过程方程,定值,05AA1,()基本状态参数间关系式,05AA1,()功量和热量分析计算,定压过程，则膨胀功和技术功为 ()(-) (-) 类似于定容过程分析，定压过程吸热量 ,05AA1,()图和图,图-7定压过程,05AA1,三、定温过程,()过程方程由定义知，定温过程温度保持不变，即定值。()基本状态参数间关系()功量和热量的分析计算()图和图根据过程方程知，定温线在图上是等轴双曲线，如图所示。,05AA1,()过程方程,由定义知，定温过程温度保持不变，即定值。,05AA1,()基本状态参数间关系,05AA1,()功量和热量的分析计算,根据过程方程，过程的膨胀功为 (-) 根据理想气体热力性质，即，从而有 因此在理想气体的定温过程中，膨胀功、技术功和热量三者相等。,05AA1,()图和图,图-8定温过程,05AA1,四、定熵过程,()过程方程()基本状态参数间的关系()功量和热量的分析计算()图和图由定熵过程的过程方程=定值可知，定熵过程在图上是一条幂指数为负的幂函数曲线(又称高次双曲线)。,05AA1,()过程方程,根据理想气体熵变的微分表达式和定熵过程熵不变的特点，有 定值,05AA1,()基本状态参数间的关系,(-) (-) (-) (-),05AA1,()功量和热量的分析计算,定熵过程的技术功为 定熵过程是绝热可逆过程，故 ,05AA1,()图和图,图-9绝热过程,05AA1,五、理想气体的多变过程,图-0多变过程,05AA1,第四节热力学第二定律,一、自发过程的方向性与热力学第二定律的表述二、热力循环与热效率三、卡诺循环与卡诺定理四、孤立系统的熵增原理,05AA1,一、自发过程的方向性与热力学第二定律的表述,.自发过程的方向性2.热力学第二定律的表述,05AA1,.自发过程的方向性,所谓自发过程就是不需要任何外界作用而自动进行的过程。例如热量由高温物体传向低温物体就是一个自发过程，反之则不能自发进行，这是人所共知的常识。,05AA1,2.热力学第二定律的表述,热力学第二定律揭示了自然界中一切热过程进行的方向、条件和限度。自然界中热过程的种类很多，因此热力学第二定律的表述方式也很多。由于各种表述所揭示的是一个共同的客观规律，因而它们彼此是等效的。下面介绍两种具有代表性的表述。,05AA1,二、热力循环与热效率,1.热力循环.热效率,05AA1,1.热力循环,图-1正向循环示意图,05AA1,.热效率,为了评价热力循环在能源利用方面的经济性，通常采用热力循环的净功0与工质从高温热源受的热量的比值作指标，称为循环热效率,05AA1,三、卡诺循环与卡诺定理,1.卡诺循环.卡诺定理,05AA1,1.卡诺循环,)卡诺循环的热效率仅决定于高温热源和低温热源的温度。)由于不可能为无限大，不可能为零，所以卡诺循环的热效率不可能达到。)无论采用什么工质和什么循环，也无论将不可逆损失减小到何种程度，在一定的温度范围到之间，不可能制造出热效率超过()的热机。,05AA1,1.卡诺循环,图-卡诺循环示意图,05AA1,.卡诺定理,卡诺定理告诉我们，两个给定热源之间的所有循环中，以卡诺循环的热效率最高。一切工质的循环都是不可逆循环，因此实际循环的热效率必小于相同热源条件下卡诺循环的热效率。所以提高热效率的途径是减小过程的不可逆性，使实际循环尽量接近卡诺循环。卡诺定理还指出了两个给定热源之间所有卡诺循环的热效率都相等，与工质的性质无关，因此影响热效率的基本因素仅仅是热源的温度。提高热效率的另一个基本途径是提高高温热源的温度和降低低温热源的温度。为了提高热效率，现代热机就是沿着这条途径发展的。,05AA1,四、孤立系统的熵增原理,对于孤立系统，整个系统的熵变等于热源、冷源和工质三者熵变的代数和，即系统工质热源冷源。系统熵变与过程进行的方向之间有如下的关系即孤立系统的热力过程总是朝着系统的熵有所增加的方向进行，不可能出现使系统熵的总量减小的情况，在理想的可逆过程中可使系统熵的总量保持不变。,05AA1,第二章,05AA1,第二章,第一节发动机的理论循环第二节四冲程发动机的实际循环第三节发动机的指示指标、有效指标和强化指标第四节发动机的热平衡第五节发动机技术的现状与发展,05AA1,第一节发动机的理论循环,一、三种基本循环二、循环热效率和循环平均压力三、三种基本循环的比较,05AA1,一、三种基本循环,)假设工质为理想气体，其比热容为定值。)假设工质的压缩和膨胀是绝热等熵过程。)假设工质是在闭口系统中作封闭循环。)假设工质燃烧为定压或定容加热，放热为定容放热。)假设循环过程为可逆循环。,05AA1,图-发动机理论循环)混合加热循环)定容加热循环)定压加热循环,05AA1,二、循环热效率和循环平均压力,.循环热效率.循环平均压力,05AA1,.循环热效率,()压缩比随着压缩比的提高，三种循环的都提高。()等熵指数绝热指数对的影响如图-所示。()压力升高比在定容加热循环中，随着循环加热量的增加，值成正比加大。()预膨胀比在等压加热循环中，若保持不变，随着加热量增加值加大。,05AA1,.循环热效率,图-定容加热循环效率与压缩比的关系,05AA1,()压缩比,随着压缩比的提高，三种循环的都提高。当较低时，随着的提高，增长很快；但当较大时，若再增加则效果不明显,05AA1,()等熵指数,图-与、的关系,05AA1,()压力升高比,图-压力升高比、预膨胀比对循环热效率、循环平均压力的影响,05AA1,()预膨胀比,在等压加热循环中，若保持不变，随着加热量增加值加大。在混合加热循环中，当循环总加热量和保持不变时，若值增大，意味着等压加热部分增大(图-)，同样下降。,05AA1,.循环平均压力,()是单位气缸工作容积所做的循环功，用以评定发动机的循环做功能力。,05AA1,三、三种基本循环的比较,图-相同各种理想循环的热效率比较,05AA1,三、三种基本循环的比较,图-最高压力相同时三种理想循环热效率的比较,05AA1,第二节四冲程发动机的实际循环,一、进气行程二、压缩行程三、燃烧过程四、做功行程五、排气行程六、理论循环与实际循环比较,05AA1,第二节四冲程发动机的实际循环,图-四冲程发动机的示功图)进气过程)压缩过程)膨胀过程(做功过程)排气过程,05AA1,一、进气行程,为使发动机连续运转，必须不断吸入新鲜工质。吸入新鲜工质的行程即是进气行程。进气过程中，进气门开启，排气门关闭，活塞从上止点向下止点运动，在气缸内形成真空，新鲜工质被吸入气缸。由于进气系统的阻力，进气终了时气缸内压力小于大气压力，约为.。因为流进气缸内的工质受到气缸壁、活塞顶等高温机件及上一次循环残余废气余热的加热，所以进气终了温度也升高到。在图-中进气行程用曲线表示。,05AA1,二、压缩行程,为使吸入气缸内的工质能迅速燃烧，以产生较大压力，使发动机做功，必须在做功行程之前将工质压缩，此即为压缩行程。在这个行程中，进、排气门均关闭，活塞由下止点向上止点运动。在图-中压缩行程用曲线表示。压缩行程是一个复杂的多变过程，其间有热交换和漏气损失。,05AA1,三、燃烧过程,这个过程，活塞位于上止点前后，进、排气门均关闭。燃烧过程的作用是将燃料的化学能转化为热能，使工质的温度和压力升高。燃烧越靠近上止点，放出热量越多，热效率越高。 汽油机的燃烧过程接近定容加热循环，原因是汽油机的可燃混合气是在火花塞点火之前已基本形成，火花塞在上止点前点火，火焰迅速传播到整个燃烧室，工质的温度、压力迅速上升。,05AA1,四、做功行程,在这个行程中，进、排气门仍旧关闭。当活塞接近上止点时，工质燃烧放出大量的热能。高温高压的燃气推动活塞从上止点向下止点运动，通过连杆使曲轴旋转并输出机械能，除了用以维持发动机本身继续运转外，其余的用于对外做功。在图-上用曲线z表示。做功行程比压缩过程更复杂，除有热交换和漏气损失外还有补燃。因此，做功行程也是一个多变过程。,05AA1,五、排气行程,表-发动机实际循环各过程终点的压力和温度,05AA1,六、理论循环与实际循环比较,(一)实际工质影响(二)换气损失(三)燃烧损失(四)传热损失,05AA1,六、理论循环与实际循环比较,图-内燃机实际循环与理论循环的比较)柴油机)汽油机实际工质影响引起损失换气损失提前排气损失非瞬时燃烧和补燃损失传热、流动损失,05AA1,(一)实际工质影响,理论循环中假设工质比热容是定值，而实际气体比热容是随温度的升高而上升，且燃烧后生成、等多原子气体，这些气体的比热容又大于空气，使循环的最高温度降低。由于实际循环还存在泄漏，使工质数量减少，这意味着同样的加热量，在实际循环中所引起的压力和温度的升高要比理论循环的低得多，其结果是循环热效率低，循环所做的功减少，如图-中所示。,05AA1,(二)换气损失,燃烧废气的排出和新鲜空气的吸入是使循环重复进行所必不可少的，由此而消耗的功称为换气损失。由于进、排气系统中的流动阻力而产生的损失如图-中所示，换气过程中因排气门在下止点前必要的提前开启而产生的损失如图-中面积所示。,05AA1,(三)燃烧损失,)实际循环中燃烧非瞬时完成，所以喷油或点火在上止点之前，并且燃烧还会延续到膨胀行程，由此形成非瞬时燃烧损失和补燃损失，如图-中所示。2)实际循环中会有部分燃料由于缺氧产生不完全燃烧损失。3)在高温下部分燃烧产物分解而吸热，即,05AA1,(四)传热损失,实际循环中，气缸壁(包括气缸套、气缸盖、活塞、活塞环、气门、喷油器等)和工质间自始至终存在着热交换，由此造成损失如图-中所示。 由于上述各项损失的存在，使实际循环热效率低于理论循环。,05AA1,第三节发动机的指示指标、有效指标和强化指标,一、发动机的指示指标二、发动机的有效指标三、发动机强化指标四、发动机的其他指标五、典型车用发动机技术参数,05AA1,一、发动机的指示指标,表-发动机的指示指标定义及计算方法,05AA1,二、发动机的有效指标,表-有效指标定义及计算方法,05AA1,三、发动机强化指标,活塞平均速度对发动机的性能、工作可靠性和使用寿命有很大影响。一般说来，增大会使发动机的功率提高，但活塞组的热负荷和曲柄连杆机构的惯性负荷增大，运动件摩擦副的磨损加剧，寿命下降。同时，由于进、排气流速增大，进、排气阻力与气流速度的平方成正比例增加，会使充气系数下降。所以，随着的提高，就有必要增大气门通路断面，增加气门个数，选用较好的材料、较高的加工精度，采用特殊的表面处理技术，设计高热负荷下工作可靠且结构轻巧的活塞组。目前，一般认为，汽油机的不宜大于5，柴油机不宜大于3。的上限在很大程度上受到燃烧系统的高速性能和摩擦功率随转速增长所制约。 平均有效压力和活塞平均速度都是表征活塞式发动机强化程度的重要参数，两者乘积通常称为发动机的强化系数。这两个主要参数应当慎重选择。,05AA1,四、发动机的其他指标,.排气品质2.噪声3.结构空间4.总质量5.生产成本6.使用成本,05AA1,.排气品质,()排出有害气体目前有害气体排放主要是指氮氧化合物()、各种碳氢化合物()及一氧化碳()这三种危害最大的气体排放量。(2)排气颗粒排气颗粒指排气中除水以外任何液态和固态微粒，目前除美国外，其他国家均只限制炭烟的排放量。,05AA1,()排出有害气体,目前有害气体排放主要是指氮氧化合物()、各种碳氢化合物()及一氧化碳()这三种危害最大的气体排放量。,05AA1,(2)排气颗粒,表-发动机的强化指标,05AA1,2.噪声,噪声使人心情烦燥、反应迟钝，甚至产生高血压和神经系统疾病。汽车是城市主要噪声源之一，发动机是汽车主要噪声源，故必须予以限制。我国噪声标准中规定轿车噪声不得大于84。,05AA1,3.结构空间,希望外形尺寸小，体积功率大，升体积小。,05AA1,4.总质量,要求总质量、比质量、升质量均小。,05AA1,5.生产成本,要求生产能耗小，材料费用降低，结构设计适于组织经济批量生产。,05AA1,6.使用成本,要求发动机的可靠性、耐久性好，使用油耗低，保养费少，提高汽车的有效利用程度。,05AA1,五、典型车用发动机技术参数,表-典型车用发动机技术参数,05AA1,第四节发动机的热平衡,一、发动机所耗燃油的热量()二、转化为有效功的热量()三、传递给冷却介质的热量()四、废气带走的热量()五、其他热量损失量(),05AA1,一、发动机所耗燃油的热量(),在发动机中，热量是由燃料燃烧产生的。假设燃料完全燃烧，则每小时所放出的热量为 (-),05AA1,二、转化为有效功的热量(),因为W. 所以.(-) 式中发动机有效功率()。,05AA1,三、传递给冷却介质的热量(),这部分热量包括工质与缸壁的传热损失和通过废气及润滑油传给冷却介质的热量等。 sss()(-) 式中s通过发动机冷却介质散失的热量流量()； s冷却介质比热容()； ，冷却介质入口和出口温度(),05AA1,四、废气带走的热量(),废气带走的热量为 ()()(-) 式中，每小时消耗的燃料量和空气量 ，废气和空气的定压比热容 靠近排气门处的废气温度()； 进气管入口处工质温度()。,05AA1,五、其他热量损失量(),表-热平衡中各项数值范围,05AA1,第五节发动机技术的现状与发展,一、性能的强化和可靠性二、排放低污染化三、结构V型化四、燃料柴油化五、进气系统增压化六、燃料系统电控化七、控制系统综合化、网络化,05AA1,一、性能的强化和可靠性,目前汽车发动机的压缩比和发动机的转速都有所提高。就压缩比而言，20世纪70年代由于抗爆燃料和电子控制喷射技术的广泛采用，使汽油机的抗爆性能有很大改善，而压缩比普遍由.上升到.，同时转速不断向高速化发展。在结构上，二气门的传统结构正逐渐被三气门、四气门结构所代替，五气门的发动机已在德国正式投入生产，顶置凸轮轴和电控技术的采用使内燃机高速化成为可能。我国目前车用发动机的压缩比大体在.范围，且大部分在8以下；载重车在7左右，且强化程度还有待提高。,05AA1,二、排放低污染化,现在西方发达国家限制汽车尾气排放的法规越来越严格，人们的环保意识越来越强，这就对汽车的生产提出了更高的要求。如果汽车在排污方面不能达到排放指标的要求，产品就难以占领市场。,05AA1,三、结构V型化,目前国际上的发展趋势是四缸以上的发动机逐渐用“”型取代“直列式”。我国近几年引进的几种小轿车的发动机都是直列式，然而这些车型(桑塔纳、奥迪、捷达、高尔夫等)在国外的同类型产品都已采用了V型结构。采用V型结构后不仅在汽车总体布置上占优势，而且由于纵向尺寸短、整体刚性好、变形小，加工中也容易保证精度要求。另外，V型机有利于扩大缸径和增加缸数，使之可以构成功率范围更广泛的系列产品，工厂企业可以用最少的设备投资和最短的更新周期获得更高的经济效益和社会效益。因此，随着汽车工业的发展和频繁的变型，汽车发动机向V型化发展已成为必然趋势。,05AA1,四、燃料柴油化,早在十几年前，日本和美国两吨半以上的轻型卡车已经实现了柴油化，轿车少量采用了柴油机。大量采用柴油机的原因是因柴油机有良好的经济性，它的最低油耗率比汽油机低。而且柴油挥发性小，相对汽油来说在储存、运输等方面要安全得多。同时，柴油机电气部分简单，采用精密的高压系统，没有汽油机常见的油路和电路故障。,05AA1,五、进气系统增压化,利用各种方法提高发动机进气压力，增大循环充气量，以达到加大输出功率的目的，这就是发动机的增压。在其余参数不变条件下，进气压力与输出功率成正比关系。可见，增压技术是强化发动机最有效的手段，是发动机技术发展中的一个主要方向。当前，西方发达国家车用柴油机中大都采用了增压技术，汽油机中的应用也日益增多。,05AA1,六、燃料系统电控化,化油器对汽车的发展所起的作用是巨大的，随着电子技术的发展，近十几年来电子技术在汽车上的应用越来越普遍，欧美国家75%以上的汽油机已用电子喷射取代了传统的化油器。通过电子喷射，发动机可以根据各种不同工况精确地供给理论混合比的混合气，以实现内燃机节能和排气净化的要求，同时采用电子喷射可使汽油机增压更易于实现。采用电子喷射后还可有效地解决多缸混合气分配不均的问题。由于取消了化油器，可以大大提高发动机的充气效率及发动机的功率，故采用电子喷射技术是我国未来汽油机的发展方向。,05AA1,七、控制系统综合化、网络化,除了在燃料供给系统中采用电控喷射技术之外，电子控制技术还逐步渗透到内燃机的点火正时、废气再循环、可变配气正时系统中来，并与自动变速器、主动悬架、全自动空调、自动巡航、防抱死制动系统等实现协同控制，组成整车控制网络，控制系统综合化、网络化特点日益明显。,