汽车发动机原理

主要符号表

第1章 动力、经济性能指标与影响因素1

1.1 工质对活塞作功及示功图1

1.1.1 工质对活塞作功1

1.1.2 自然吸气四冲程发动机的示功图2

1.1.3 增压四冲程发动机的示功图3

1.1.4 泵气过程功--实际泵气功、理论泵气功和泵气损失功3

1.1.5 二冲程发动机的示功图与曲轴箱换气功3

1.2 动力、经济性能指标5

1.2.1 指示性能指标与有效性能指标5

1.2.2 主要指示指标与有效指标的定义与换算5

1.2.3 动力性能速度指标9

1.3 影响动力、经济性能指标的环节与因素10

1.3.1 决定动力输出的“量”与“质”两大环节10

1.3.2 燃料及可燃混合气的热值11

1.3.3 整机燃料消耗率与可燃混合气流量12

1.3.4 燃料的能量转换总效率--有效效率13

1.3.5 整机有效输出功率及燃料消耗率的综合表达式14

思考与练习题15

参考文献17

第2章 燃料、工质与热化学18

2.1 燃料及其理化特性18

2.1.1 车用燃料的要求及分类18

2.1.2 车用燃料的主要理化特性及评定20

2.1.3 烃燃料的成分与结构26

2.1.4 单烃的理化特性及其变化规律28

2.1.5 含氧燃料的结构与理化特性30

2.2 汽油、柴油的质量标准34

2.2.1 对汽油质量的要求35

2.2.2 对柴油质量的要求36

2.2.3 中国汽油质量标准37

2.2.4 中国柴油质量标准37

2.3 燃料特性对汽、柴油机工作模式的影响38

2.3.1 对混合气形成方式的影响38

2.3.2 对着火、燃烧模式的影响38

2.3.3 对负荷调节方式的影响38

2.4 工质的主要热力参数39

2.4.1 气体常数与摩尔质量单位39

2.4.2 比热容与等熵指数40

2.5 燃烧热化学41

2.5.1 燃料完全燃烧所需的空气量41

2.5.2 残余废气系数与废气再循环43

2.5.3 燃料燃烧的分子变化系数44

2.5.4 化学反应的热效应与燃料热值44

2.5.5 可燃混合气热值45

2.5.6 绝热燃烧温度46

2.5.7 化学平衡与燃烧平衡产物47

思考与练习题48

参考文献49

第3章 工作循环与能量利用51

3.1 发动机的热力过程与热机循环51

3.1.1 热力系统的简化51

3.1.2 热机循环与热效率52

3.1.3 热力过程的简化53

3.2 理想工质的理想循环53

3.2.1 模型的基本假设53

3.2.2 理论循环的类型及参数表达式54

3.2.3 循环参数对循环热效率的影响57

3.2.4 理论循环对改善动力、经济性的指导意义60

3.3 真实工质的理想循环62

3.3.1 模型的构成、特点与意义62

3.3.2 工质特性及其对热效率的影响62

3.3.3 理想循环条件下汽、柴油机热效率的对比64

3.4 真实工质的真实循环64

3.4.1 工质向外传热的损失64

3.4.2 燃烧提前的时间损失及后燃损失66

3.4.3 换气损失66

3.4.4 不完全燃烧损失66

3.4.5 缸内流动损失66

3.4.6 工质泄漏损失67

3.5 机械损失与机械效率67

3.5.1 机械损失的组成67

3.5.2 机械损失各部分所占份额68

3.5.3 机械损失的测量方法69

3.5.4 影响机械效率的主要因素71

3.6 发动机的能量分配与合理利用73

3.6.1 发动机的能量平衡73

3.6.2 发动机的能量合理利用74

思考与练习题82

参考文献84

第4章 换气过程与进气充量85

4.1 四冲程发动机的换气过程85

4.1.1 换气过程与换气系统85

4.1.2 换气过程的分期87

4.1.3 进、排气相位角及其对性能的影响88

4.2 充量系数及其影响因素90

4.2.1 充量系数的解析式90

4.2.2 影响充量系数的主要因素91

4.2.3 稳态条件下充量系数随转速的变化规律97

4.3 进、排气系统的动态效应102

4.3.1 管道中压力波传播的基础知识103

4.3.2 单缸机进气管中动态效应的利用105

4.3.3 单缸机排气管中动态效应的利用108

4.3.4 多缸机的动态效应与各缸进气不均匀108

4.4 发动机增压109

4.4.1 增压度与增压比110

4.4.2 增压方式与增压系统简介110

4.4.3 涡轮增压系统的两种基本形式113

4.4.4 涡轮增压柴油机性能分析115

4.4.5 汽油机涡轮增压技术的难点及解决措施118

4.5 二冲程发动机的换气问题119

4.5.1 换气过程与性能特点119

4.5.2 扫气基本形式120

4.5.3 换气质量指标及其影响因素121

思考与练习题123

参考文献124

第5章 运行特性与整车匹配125

5.1 工况、工况平面与功率标定125

5.1.1 发动机运行工况125

5.1.2 工况平面与发动机的工作区域126

5.1.3 发动机的功率标定127

5.2 发动机运行特性及其分析方法127

5.2.1 发动机特性的分类127

5.2.2 运行特性及其分析方法129

5.3 速度特性与配套汽车的动力性130

5.3.1 汽油机的速度特性130

5.3.2 柴油机的速度特性131

5.3.3 汽、柴油机速度特性曲线的对比133

5.3.4 发动机外特性曲线对汽车动力性影响133

5.3.5 外特性曲线的运行稳定性与柴油机的调速特性137

5.3.6 提高汽车动力性的措施140

5.4 负荷特性、全特性与配套汽车的燃油经济性142

5.4.1 汽油机的负荷特性143

5.4.2 柴油机的负荷特性143

5.4.3 汽、柴油机负荷特性曲线的对比145

5.4.4 发动机的全特性145

5.4.5 提高汽车燃油经济性的措施147

5.5 混合动力系统及其运行特性151

5.5.1 车用混合动力系统概述151

5.5.2 不同构型分类及能量流动分析152

5.5.3 按混合比例分类158

5.5.4 典型的混合动力系统158

思考与练习题160

参考文献163

第6章 燃烧的基础知识164

6.1 燃烧现象及其分类164

6.1.1 燃烧现象164

6.1.2 燃烧分类及其特征164

6.2 可燃混合气的着火与着火理论165

6.2.1 热着火理论165

6.2.2 链式着火理论167

6.3 湍流及其在内燃机燃烧中的作用168

6.4 均质混合气中的火焰传播169

6.4.1 层流火焰传播170

6.4.2 湍流火焰传播171

6.5 液体燃料的雾化与喷雾特性172

6.5.1 液体燃料的喷射雾化172

6.5.2 喷雾特性173

6.6 油滴的蒸发与燃烧176

6.6.1 单个油滴的蒸发与燃烧176

6.6.2 油束及油滴群的蒸发与燃烧177

6.7 示功图与燃烧放热率178

6.7.1 示功图178

6.7.2 燃烧放热速率178

6.7.3 累计放热率179

思考与练习题180

参考文献180

第7章 柴油机的混合气形成与燃烧181

7.1 柴油机的燃烧过程及其特性分析181

7.1.1 柴油机燃烧过程181

7.1.2 合理的燃烧放热规律184

7.2 柴油机燃油喷射及混合气形成185

7.2.1 喷油系统与喷油特性185

7.2.2 缸内气流运动191

7.2.3 柴油机的混合气形成方式193

7.3 柴油机的燃烧室及其特性197

7.3.1 直喷式燃烧室197

7.3.2 非直喷式燃烧室202

7.3.3 不同柴油机燃烧室的对比及选型203

7.4 柴油机的燃烧噪声205

7.5 柴油机电子控制燃油喷射系统207

7.5.1 燃油喷射系统类型与特点207

7.5.2 柴油机综合管理系统212

思考与练习题216

参考文献217

第8章 汽油机混合气形成及燃烧过程218

8.1 汽油机的燃烧过程及其特点218

8.1.1 汽油机燃烧过程分析218

8.1.2 汽油机与柴油机燃烧特性的比较221

8.2 汽油机的爆燃与循环波动223

8.2.1 爆燃223

8.2.2 表面点火225

8.2.3 循环波动227

8.2.4 各缸工作不均匀性229

8.3 汽油机混合气形成230

8.3.1 对汽油机混合气形成的基本要求230

8.3.2 汽油机燃油雾化方式分类231

8.3.3 化油器232

8.3.4 进气道喷射及混合气形成233

8.4 汽油机燃烧室及其特性237

8.4.1 汽油机燃烧室设计的基本原则237

8.4.2 典型燃烧室及其性能对比239

8.5 汽油机电子控制系统与控制技术240

8.5.1 汽油机电子控制系统结构及原理240

8.5.2 管理系统主要控制功能242

8.5.3 故障诊断系统248

8.6 稀薄燃烧与缸内直喷式汽油机252

8.6.1 稀薄燃烧的基本概念252

8.6.2 非直喷稀燃252

8.6.3 缸内直喷稀燃254

8.6.4 均质当量比GDI汽油机262

8.6.5 对汽油机稀燃与GDI技术的总结265

思考与练习题266

参考文献268

第9章 有害排放物的生成与控制269

9.1 有害排放物的生成机理269

9.1.1 有害排放物的种类及危害269

9.1.2 有害排放物的评价指标271

9.1.3 有害排放物的生成机理271

9.1.4 有害排放物生成的影响因素280

9.2 排放法规及测试方法284

9.2.1 排放法规分类284

9.2.2 轻型车排放法规285

9.2.3 重型车排放法规290

9.2.4 采样系统及方法293

9.2.5 有害排放物的测试方法294

9.3 汽油机排放的机内净化技术299

9.4 柴油机的机内净化技术303

9.4.1 柴油机排放控制技术分类303

9.4.2 柴油机低排放燃烧过程基本控制思路304

9.4.3 改善燃烧以降低柴油机排放的主要技术305

9.4.4 改善燃料以及含氧燃料设计311

9.4.5 对应不同排放法规的技术路线312

9.5 汽油机排气后处理技术314

9.5.1 汽油机排气后处理系统的工作原理314

9.5.2 汽油机冷起动排放及其技术对策318

9.5.3 NOx吸附还原催化剂319

9.6 柴油机排气后处理技术320

9.6.1 氧化催化器320

9.6.2 微粒捕集器321

9.6.3 NOx还原催化器323

9.6.4 四效催化剂325

9.6.5 重型柴油机后处理技术路线325

9.7 非排气污染物控制技术326

9.7.1 曲轴箱强制通风装置326

9.7.2 燃油蒸发控制系统327

思考与练习题328

参考文献330

第10章 新燃烧方法及替代燃料发动机331

10.1 均质混合气压缩着火331

10.1.1 内燃机可能的燃烧模式331

10.1.2 HCCI汽油机332

10.1.3 柴油机的HCCI燃烧339

10.2 均质混合气引燃342

10.2.1 基本思路342

10.2.2 燃烧特性342

10.2.3 主要性能对比343

10.3 气体代用燃料发动机343

10.3.1 燃气发动机分类343

10.3.2 天然气发动机344

10.3.3 氢燃料发动机349

10.3.4 二甲醚发动机350

10.4 液体代用燃料发动机351

10.4.1 生物柴油发动机351

10.4.2 甲醇发动机352

10.4.3 乙醇发动机354

10.4.4 合成柴油发动机356

思考与练习题357

参考文献357

附录A油品标准359

附录B排放法规363

附录C汽车排放物测试计算方法367

附录D本书所用主要缩

《汽车发动机原理》主要介绍了汽车最常用的汽油和柴油发动机的工作原理，包括主要性能指标与运行特性、燃料理化特性与热化学、热功转换与能量利用、换气过程与进气充量、混合气形成与燃烧过程、有害排放物生成机理与控制。根据近年来汽车节能减排技术的进步，加强了缸内直喷汽油机、发动机电控以及柴油机排气后处理等技术的介绍，同时简要介绍了混合动力系统基本概念、均质混合气压缩着火等新燃烧方法以及各种代用燃料的燃烧与排放特性。《普通高等教育“十一五”国家级规划教材·清华大学汽车工程系列教材：汽车发动机原理》可用作汽车专业及内燃机专业的本科生教材（有配套课件），也可供从事汽车发动机研究和开发工作的工程技术人员及研究生参考。