《汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)原理》教案

1、課程簡(jiǎn)介課程說(shuō)明：發(fā)動(dòng)機(jī)原理是車(chē)輛工程、交通運(yùn)輸工程等專(zhuān)業(yè)學(xué)生必修的重要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，它以發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)作為主要研究對(duì)象，把合理組織工作過(guò)程，提高整機(jī)性能作為中心內(nèi)容，系統(tǒng)闡明發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程的基本理論、基本概念和基本試驗(yàn)方法，并深入到工作過(guò)程的各個(gè)階段，分析影響性能指標(biāo)的各種因素，從中找出提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)的一般方法和具體措施；也為更合理有效地選擇和使用發(fā)動(dòng)機(jī)提供必要的基本知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能。 本課程系統(tǒng)地講授汽車(chē)拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程的基本理論，內(nèi)容包括工程熱力學(xué)基礎(chǔ)、發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)、發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程、發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料與燃燒、汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒、柴油機(jī)混合氣的形成與燃燒、發(fā)動(dòng)機(jī)的排放控制、發(fā)動(dòng)

2、機(jī)特性、發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣渦輪增壓等。先修課程：發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造、機(jī)械原理等。參考教材：內(nèi)燃機(jī)原理 華中理工大學(xué)出版社 1992 劉永長(zhǎng)內(nèi)燃機(jī)原理 機(jī)械工業(yè)出版社 1988 蔣德明 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)原理 人民交通出版社 2005 陳培陵 汽車(chē)拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī) 機(jī)械工業(yè)出版社 1999 董敬 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)原理教程 清華大學(xué)出版社 2001年 劉崢、王建 火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒 西安交通大學(xué)出版社 1992年 蔣德明汽車(chē)新能源技術(shù) 人民交通出版社 2003年 邊耀璋授課章節(jié)：第1章 發(fā)動(dòng)機(jī)的性能一、教學(xué)目的和要求知識(shí)目的：1.掌握發(fā)動(dòng)機(jī)的3種基本理論循環(huán)及熱效率的計(jì)算方法、影響因素及比較；2.掌握發(fā)動(dòng)機(jī)的指示性能指標(biāo)和有效

3、性能指標(biāo)；3.了解發(fā)動(dòng)機(jī)的其它性能；掌握機(jī)械效率的概念、機(jī)械損失的4種測(cè)定方法、影響機(jī)械效率的因素，了解提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性能的途徑，了解發(fā)動(dòng)機(jī)熱平衡的分析內(nèi)容和意義。能力目的：1能結(jié)合四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的示功圖分析理論循環(huán)與實(shí)際循環(huán)的差異。二、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)理論循環(huán)與實(shí)際循環(huán)的分析，發(fā)動(dòng)機(jī)指示性能指標(biāo)和有效性能指標(biāo)，汽車(chē)發(fā) 動(dòng)機(jī)機(jī)械效率的測(cè)定方法與影響因素。教學(xué)難點(diǎn)：指示性能指標(biāo)和有效性能指標(biāo)的分析與提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的技術(shù)措施，汽車(chē) 發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械效率的測(cè)定方法，影響汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械效率的因素。三、授課學(xué)時(shí)4課時(shí)四、授課方式講授五、教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)組織設(shè)計(jì)(一)導(dǎo)入新課 我們

4、經(jīng)常聽(tīng)說(shuō)某某車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力強(qiáng)勁，馬力大，加速性能好，是如何評(píng)價(jià)出來(lái)的呢及如何界定的呢，這就是我們本章需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。 (二)新課教學(xué)1發(fā)動(dòng)機(jī)理論循環(huán)（1）三種循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)有三種基本空氣標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)，即定容加熱循環(huán)、定壓加熱循環(huán)和混合加熱循環(huán)。（2）循環(huán)熱效率隨著壓縮比的增大，三種循環(huán)的t提高。因?yàn)榭梢蕴岣哐h(huán)平均吸熱溫度，降低循環(huán)平均放熱溫度，擴(kuò)大循環(huán)溫差，增大膨脹比。等熵指數(shù)k對(duì)t的影響如圖所示。隨k值增大，t將提高。K值取決于工質(zhì)的性質(zhì)，雙原子氣體k=1.4，多原子氣體k=1.33。（3）循環(huán)壓力PtPt隨進(jìn)氣終點(diǎn)壓力Pde、壓縮比c、壓力升高比p、初始膨脹比0、等熵指數(shù)k和循環(huán)熱效率t的增加而增

5、加。（4）三種基本循環(huán)的比較對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)增壓這類(lèi)受機(jī)件強(qiáng)度限制，其循環(huán)最高燃燒壓力不得過(guò)大的情況，提高c 同時(shí)增 大定壓加熱部分的熱量有利。2. 四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán)（1）進(jìn)氣過(guò)程為了使發(fā)動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須不斷吸入新鮮工質(zhì)，即是進(jìn)氣過(guò)程。此時(shí)進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟，排氣門(mén)關(guān)閉，活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動(dòng)。因?yàn)闅饬魇艿桨l(fā)動(dòng)機(jī)高溫零件及殘余廢氣的加熱，進(jìn)氣終點(diǎn)的溫度Tde也總是高于大氣溫度T0或增壓器出口溫度Tk。 （2）壓縮過(guò)程發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行壓縮過(guò)程時(shí)，進(jìn)排氣門(mén)均關(guān)閉，活塞由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)移動(dòng)，缸內(nèi)工質(zhì)受到壓縮，溫度、壓力不斷上升，工質(zhì)受壓縮的程度用壓縮比c表示。 （3）燃燒過(guò)程發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行壓縮過(guò)程時(shí)，進(jìn)、排氣門(mén)均關(guān)

6、閉，活塞處是上止點(diǎn)前后。燃燒過(guò)程的是作用是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使工質(zhì)的壓力、溫度升高。放出的熱量越多，放熱時(shí)越靠近上止點(diǎn)，熱效率越高。（4）膨脹過(guò)程進(jìn)排氣門(mén)均關(guān)閉，高溫、高壓的工作介質(zhì)推動(dòng)活塞，由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動(dòng)而膨脹做功，氣體的壓力、溫度也隨即迅速降低。（5）排氣過(guò)程膨脹接近終了，排氣門(mén)打開(kāi)，廢氣開(kāi)始靠自身壓力自由排氣，膨脹過(guò)程結(jié)束時(shí)，活塞由下止點(diǎn)返回上止點(diǎn)移動(dòng)，將氣缸內(nèi)的廢氣排除。3.發(fā)動(dòng)機(jī)的指示性能指標(biāo)（1）指示功和平均指示壓力指示功指氣缸內(nèi)完成一個(gè)工作循環(huán)所得到的有用功Wi。反映氣缸在一個(gè)工作循環(huán)中所獲得的有用功的數(shù)量，它除了和循環(huán)中熱功轉(zhuǎn)換的有效程度有關(guān)外，還和氣缸容積的大小

7、有關(guān)。（2）指示功率（3）指示熱效率和指示燃油消耗率4.發(fā)動(dòng)機(jī)有效性能指標(biāo)（1）動(dòng)力性指標(biāo)有效功和有效功率。Pe有效轉(zhuǎn)矩。Ttq平均有效壓力。Pme（Mpa）轉(zhuǎn)速n和活塞平均速度Cm。（2）經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)有效熱效率。有效燃油消耗率。（3）發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化指標(biāo)升功率PL比質(zhì)量Me強(qiáng)化系數(shù)PmeCm5.機(jī)械損失與機(jī)械效率（1）機(jī)械效率=有效功率/只是功率。（2）機(jī)械損失的測(cè)定示功圖法。在真實(shí)工況下進(jìn)行的，只測(cè)錄一個(gè)缸作為代表。倒拖法。在測(cè)功試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行。滅缸法。只停止一剛的燃燒不致引起進(jìn)排系統(tǒng)的異常變化。油耗線(xiàn)法。在低負(fù)荷附近，油耗線(xiàn)為直線(xiàn)相當(dāng)可靠。6.熱平衡（1）發(fā)動(dòng)機(jī)所耗燃油的熱量。QT=BH。（2)轉(zhuǎn)

8、化為有效功的熱量QE=3.6*103Pe。（3）傳遞給冷卻介質(zhì)的熱量Qs=GsCs（t2-t1）。（4）廢氣帶走的熱量QR=(B+Gk)（Cpr t2- Cpk t1）（5）燃燒不完全燃燒熱損失QB。（6）其他熱量損壞QL。六、總結(jié)1發(fā)動(dòng)機(jī)有三種基本空氣標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)，即定容加熱循環(huán)、定壓加熱循環(huán)和混合加熱循環(huán)。2四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán)，進(jìn)氣過(guò)程、壓縮過(guò)程、燃燒過(guò)程、膨脹過(guò)程、排氣過(guò)程。3. 發(fā)動(dòng)機(jī)的指示性能指標(biāo)包含指示功和平均指示壓力、指示功率、指示熱效率和指示燃油消耗率三個(gè)指標(biāo)。4. 發(fā)動(dòng)機(jī)有效性能指標(biāo)包含動(dòng)力性指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)、發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化指標(biāo)。5.發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性指標(biāo)包含有效功和有效功率、有效轉(zhuǎn)矩

9、、平均有效壓力、轉(zhuǎn)速n和活塞平均速度Cm。6.發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)包含有效熱效率和有效燃油消耗率。七、作業(yè)布置1發(fā)動(dòng)機(jī)有三種基本空氣標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)是？2四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán)包含哪幾個(gè)過(guò)程？3發(fā)動(dòng)機(jī)的指示性能指標(biāo)包含哪幾個(gè)指標(biāo)？4發(fā)動(dòng)機(jī)有效性能指標(biāo)包含哪幾個(gè)指標(biāo)？5發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性指標(biāo)包含哪幾個(gè)指標(biāo)？6發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)包含哪幾個(gè)指標(biāo)？八、教學(xué)答疑、記錄九、教學(xué)反思 授課章節(jié)：第2章 發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程一、教學(xué)目的和要求知識(shí)目的：1掌握四沖程內(nèi)燃機(jī)換氣過(guò)程特點(diǎn)。2.熟悉影響充量系數(shù)的因素。3.了解提高發(fā)動(dòng)機(jī)充量系數(shù)的措施。能力目的：1能夠分析換氣損失、泵氣損失及其影響因素，。二、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：汽油與柴

10、油燃料的特性，汽油柴油燃料特性對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的影響，理論空氣量及其計(jì)算。教學(xué)難點(diǎn)：汽油與柴油燃料的特性，汽油柴油燃料特性對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的影響。三、授課學(xué)時(shí)4課時(shí)四、授課方式講授2課時(shí)，實(shí)操2課時(shí)五、教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)組織設(shè)計(jì)(一)導(dǎo)入新課 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)和人一樣，在工作過(guò)程中要不斷的吸入新鮮空氣，排除廢氣，那么它是怎么工作的呢？(二)新課教學(xué)1四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程（1）換氣過(guò)程自由排氣階段。排氣門(mén)打開(kāi)到氣缸壓力接近排氣管壓力的時(shí)期。強(qiáng)制排氣階段。通過(guò)活塞的上行強(qiáng)制推出。進(jìn)氣過(guò)程。進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟面積足夠大，新鮮空氣順利流入氣缸。氣門(mén)重疊和燃燒室掃氣。排氣門(mén)遲閉和進(jìn)氣門(mén)提前開(kāi)啟，存在進(jìn)排氣門(mén)同時(shí)打開(kāi)。（2）排氣損失排氣

11、門(mén)提前打開(kāi)直至進(jìn)氣行程開(kāi)始，缸內(nèi)壓力到達(dá)大氣壓力前循環(huán)功的損失稱(chēng)為排氣損失。自由排氣損失和強(qiáng)制排氣損失。（3）進(jìn)氣損失由于進(jìn)氣系統(tǒng)阻力，進(jìn)氣過(guò)程的氣缸壓力低于進(jìn)氣管壓力，損失的功稱(chēng)為進(jìn)氣損失。2.四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的充量系數(shù)（1）充量系數(shù)衡量不同發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能和進(jìn)氣過(guò)程完善程度的重要指標(biāo)。充量效率或容積效率。（2）影響充量系數(shù)的因素。進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉時(shí)缸內(nèi)壓力。負(fù)荷變化時(shí)，柴油機(jī)汽油機(jī)進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉時(shí)缸內(nèi)壓力變化不同。柴油機(jī)基本不發(fā)生變化，汽油機(jī)變化顯著。進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉時(shí)缸內(nèi)氣體溫度。溫度越高，充量系數(shù)越低。殘余廢氣系數(shù)。廢氣增多會(huì)使燃燒惡化，充量系數(shù)下降。進(jìn)排氣相位角。進(jìn)氣門(mén)延遲關(guān)閉，充量系數(shù)減小，但是缸內(nèi)壓力

12、有所增加，會(huì)提高充量系數(shù)，應(yīng)選擇合適的相位角。壓縮比。壓縮比增加，廢氣量少，充量系數(shù)增加。進(jìn)氣狀態(tài)。進(jìn)氣溫度和進(jìn)氣壓力對(duì)充量系數(shù)有影響。3.提高發(fā)動(dòng)機(jī)充量系數(shù)的措施。（1）降低進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力。減少進(jìn)氣門(mén)處的流動(dòng)損失。增加進(jìn)氣門(mén)數(shù)量，增多進(jìn)氣門(mén)直徑。減少進(jìn)氣道、進(jìn)氣管和空氣濾清器的阻力。提高進(jìn)氣道加工精度，改善進(jìn)氣道。（2）減少對(duì)進(jìn)氣充量的加熱。（3）降低排氣系統(tǒng)流通阻力。（4）合理選擇進(jìn)排氣相位角。（5）諧振進(jìn)氣與可變進(jìn)氣歧管。六、總結(jié)1四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程包含自由排氣階段、強(qiáng)制排氣階段、進(jìn)氣過(guò)程和氣門(mén)重疊和燃燒室掃氣。2排氣損失包含自由排氣損失和強(qiáng)制排氣損失。3影響發(fā)動(dòng)機(jī)充量系數(shù)的因素有進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉時(shí)缸內(nèi)壓力。進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉時(shí)缸內(nèi)氣體