汽车发动机原理与汽车理论基本课件-第三章
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汽车理论
第一章 汽车的动力性汽车的动力性：指汽车在良好路面上直线行驶时，由汽车受到的纵向外力决定的、所能达到的平均行驶速度。
汽车的动力性指标：1.最高车速uamax 2.加速时间t 3.最大爬坡度imax 汽车的加速时间表示汽车的加速能力。
原地起步加速时间只汽车由1档或者2档起步，以最大的加速强度逐步换挡至最高档后到某一预定的距离或者车速所需要的时间。
驱动力Ft ：发动机产生的转矩经传动系传到驱动轮，产生驱动力矩Tt ，驱动轮在Tt 的作用下给地面作用一圆周力F0，地面对驱动轮的反作用力Ft 即为驱动力Tt —驱动力矩 Ft 与发动机转矩Ttq 、变速器传动比ig 、主减速器传动比 i0、传动系的机械效率ηT 和车轮半径 r 等因素有关。
传动系功率损失课分为机械损失和液力损失两大类 车轮的半径自由半径：车轮处于无载时的半径。
静力半径rs ：汽车静止时，车轮中心至轮胎与道路接触面间的距离。
滚动半径rr ：车轮几何中心到速度瞬心的距离。
传动系的机械效率ηTPin —输入传动系的功率；PT －传动系损失的功率等速行驶时 汽车的驱动力图 依据下面两式以及发动机外特性曲线做出的Ft - ua 关系图，即驱动力图汽车在行驶过程中将会遇到哪些行驶阻力？如何保证汽车可以加速或爬坡？ 滚动阻力Ff 空气阻力Fw 坡度阻力Fi 加速阻力Fj 汽车行驶总阻力 滚动阻力：车轮滚动时，轮胎与路面的接触区域产生法向、切向的相互作用力以及相应的轮胎和支撑面的变形。
轮胎的迟滞损失：轮胎在加载变形时所消耗的能量在卸载恢复时不能完全收回，一部分能量消耗在轮胎内部摩擦损失上，产生热量，这种损失称为轮胎的迟滞损失。
轮胎的两个最重要参数：极限速度和承载量驻波现象：在高速行驶时，轮胎离开地面后因变形所产生的扭曲并不立即恢复，其残余变形形成了一种波，这就是驻波。
此时轮胎周缘不再是圆形，而呈明显的波浪形。
轮胎刚离开地面时波的振幅最大，它按指数规律沿轮胎圆周衰减。
发动机原理与汽车理论发动机原理基础知识
10
燃烧过程
11
结论：膨胀
发动机的实际膨胀过程与压缩过程很相似，也是一 个复杂的热力过程（吸热量大于放热量、吸热量等于 放热量、吸热量小于放热量）。总体来说，缸内气体 的吸热量大于放热量。 膨胀过程不仅有散热损失和漏气损失，还有补燃损 失。 膨胀过程终了b点的压力和温度越低，说明气体膨胀 和热量利用越充分。
发动机原理与汽车理论 发动机原理基础知识
2
课程内容概述
第一章 发动机原理基础知识 第二章 发动机的换气过程 第三章 汽油机的燃料与燃烧 第四章 柴油机的燃料与燃烧 第五章 燃气发动机的燃料与燃烧 第六章 发动机的特性 第七章 汽车的动力性 第八章 汽车的制动性 第九章 汽车的使用经济性 第十章 汽车的操纵稳定性 第十一章 汽车的舒适性 第十二章 汽车的通过性 第十三章 汽车性能的合理使用
原子数，单：k=1.67，双：cvk=1.4，三：k=1.3。
根据热力学公式和循环平均压力可求出混合加热循环的平均 压力为：
pt
k 1
p1
k 1
1
k
1t
影响因素
定容加热循环。
由4个热力过程组成:（ρ=1）
循环净功为W 。
将ρ=1代入混合加热循环计算式中。
定容加热循环的热效率为：
t
1
1
k 1
定容加热循环的平均压力为： pt
k p1
1 k 1
1t
影响因素
18
4.理想循环的影响因素
（1）压缩比ε。ε提高,循环热效率ηt和平均压力pt提高。因 为ε提高，可以提高压缩终了的温度和压力，在定容加热量一定 时，缸内最高压力提高，使膨胀功增加。
(2）压力升高比λ和预胀比ρ。在定容加热循环中，压力升高比 λ增加，循放加热量增加(在ε一定时)，使循环净功W0和循环放 热量Q2均相应增加, 所以循环热效率不变，但循环平均压力提高； 在混合加热循环中(在ε和总加热量一定时) ，λ提高，预胀比 ρ减小，循环热效率和平均压力提高。
(完整版)汽车理论知识点.docx
第一章 汽车的动力性 1.1 汽车的动力性指标１）汽车的动力性指：汽车在良好路面上直线行驶时，由汽车受到的纵向外力决定的、所能达到的平均行驶速度。
2）汽车动力性的三个指标：最高车速、加速时间、最大爬坡度。
3）常用原地起步加速时间与超车加速时间来表明汽车的加速能力。
4）汽车的上坡能力是用满载时汽车在良好路面上的最大爬坡度 imax 表示的。
货车的imax=30% ≈ 16.7 °,越野车的 imax= 60%≈ 31 °。
1.2 汽车的驱动力与行驶阻力 1）汽车的行驶方程式F tF fF wF iF jT tq i g i0 TC A2duGf cosDu aG sinmr21.15dtT tq i g i0 TC D A 2durGf21.15u aGimdt2）驱动力 F t ：发动机产生的转矩经传动系传到驱动轮，产生 驱动力矩 T t ，驱动轮在 T t 的作用下给地面作用一圆周力 F 0 ，地面对驱动轮的反作用力F t 即为驱动力。
3）传动系功率 P T 损失分为机械损失和液力损失。
4）自由半径 r ：车轮处于无载时的半径。
静力半径 r s ：汽车静止时，车轮中心至轮胎与道路接触面间的距离。
滚动半径 r r ：车轮几何中心到速度瞬心的距离。
5)汽车行驶阻力 : F F f F w F i F j6)滚动阻力 Ff：在硬路面上，由轮胎变形产生；在软路面上，由轮胎变形和路面变形产生。
7）轮胎的迟滞损失指：轮胎在加载变形时所消耗的能量在卸载恢复时不能完全收回，一部分能量消耗在轮胎内部摩擦损失上，产生热量，这种损失称为轮胎的迟滞损失。
8）滚动阻力系数 f 指：车轮在一定条件下滚动时所需的推力与车轮负荷之比。
故Ff=W*f 。
9）驻波现象：在高速行驶时，轮胎离开地面后因变形所产生的扭曲并不立即恢复，其残余变形形成了一种波，这就是驻波。
此时轮胎周缘不再是圆形，而呈明显的波浪形。
汽车理论教案
（1）驱动轮的附着力：
前轮驱动汽车：Fφ1= FZ1φ
后轮驱动汽车：Fφ2= FZ2φ
全轮驱动汽车：Fφ1= FZ1φFφ2= FZ2φ
（2）汽车的附着力：
前轮驱动汽车：Fφ= FZ1φ
后轮驱动汽车:Fφ= FZ2φ
全轮驱动汽车：Fφ= FZφ=FZ1φ+FZ1φ
对前驱动轮Fx1≤FZ1φ
前驱动轮的附着率:Cφ1=
=10764N
Ft<Ff+FW+FI,不满足驱动条件;
综上所述，该车爬不上此坡。
整理得：
=Ff+Fw+ (1+ + ）m
= Ff+Fw+δm
设汽车在坡道上行驶：Ft=Ff+FW+Fi+δm
= Gcosαf + + Gsinα+δm
一、汽车行驶的驱动与附着条件:
1、驱动条件-首先得有劲
δm = Ft–（Ff+FW+Fi)≥0
Ft≥Ff+FW+Fi
2、附着条件—有劲还得使得上
用Fφ表示轮胎切向反力的极限，在硬路面上它与驱动轮所受的法向反力成正比：（φ为附着系数）
k=2，3，4,5
Ttq是变量（随负荷、转速变化）
Ft将随Ttq而变化
此多项式的计算机算法:
T := (（（a［k].n+a［k-1］)。n+a［k-2]）.n+…+a[0]即：
T:=0；for i：=k downto 0 do T:= T。n+a[i］；
⑵传动系的机械效率：ηt
ηt= ×100％= ×100%=（1— ）×100％
2K形车与短流线型相比，K形车的CD小；
前轮驱动汽车：Fφ1= FZ1φ
后轮驱动汽车：Fφ2= FZ2φ
全轮驱动汽车：Fφ1= FZ1φFφ2= FZ2φ
（2）汽车的附着力：
前轮驱动汽车：Fφ= FZ1φ
后轮驱动汽车:Fφ= FZ2φ
全轮驱动汽车：Fφ= FZφ=FZ1φ+FZ1φ
对前驱动轮Fx1≤FZ1φ
前驱动轮的附着率:Cφ1=
=10764N
Ft<Ff+FW+FI,不满足驱动条件;
综上所述，该车爬不上此坡。
整理得：
=Ff+Fw+ (1+ + ）m
= Ff+Fw+δm
设汽车在坡道上行驶：Ft=Ff+FW+Fi+δm
= Gcosαf + + Gsinα+δm
一、汽车行驶的驱动与附着条件:
1、驱动条件-首先得有劲
δm = Ft–（Ff+FW+Fi)≥0
Ft≥Ff+FW+Fi
2、附着条件—有劲还得使得上
用Fφ表示轮胎切向反力的极限，在硬路面上它与驱动轮所受的法向反力成正比：（φ为附着系数）
k=2，3，4,5
Ttq是变量（随负荷、转速变化）
Ft将随Ttq而变化
此多项式的计算机算法:
T := (（（a［k].n+a［k-1］)。n+a［k-2]）.n+…+a[0]即：
T:=0；for i：=k downto 0 do T:= T。n+a[i］；
⑵传动系的机械效率：ηt
ηt= ×100％= ×100%=（1— ）×100％
2K形车与短流线型相比，K形车的CD小；
汽车理论知识基础
曲轴与连杆
气门与气门弹簧
气门负责控制进气和排气的开启和关 闭，气门弹簧则提供气门关闭的回位 力。
曲轴将活塞的往复运动转化为旋转运 动，传递动力；连杆则连接曲轴和活 塞，传递动力和运动。
发动机的性能参数
01
02
03
马力与扭矩
马力表示发动机的功率， 扭矩则表示发动机的转矩 输出能力，两者是衡量发 动机性能的重要参数。
温度传感器
温度传感器用于检测发动机、变速器和冷却系统的温度，并将信号 传递给控制单元，以便及时采取措施保护发动机和车辆其他部分。
压力传感器
压力传感器用于检测气瓶压力、气瓶压力和机油压力等参数，以确保 发动机正常运转。
05 汽车维护与保养
汽车维护的基本知识
定期检查
定期对汽车进行检查，包 括发动机、刹车系统、轮 胎等关键部位，确保车辆 正常运行。
全。
04 汽车电气与电子系统
汽车电气系统的组成与功能
总结词
了解汽车电气系统的组成与功能是掌握汽 车理论知识的基础。
点火系统
点火系统负责在适当的时候产生高压电， 以点燃发动机内的可燃混合气。
蓄电池
蓄电池是汽车电气系统中的主要电源，负 责提供启动发动机、车灯、音响等设备的 电力。
启动系统
启动系统由启动机和相关控制电路组成， 用于启动发动机。
悬挂系统与行驶系统
悬挂系统的组成
悬挂系统主要由弹簧、减震器 和导向机构组成。
悬挂系统的功能
悬挂系统的主要功能是吸收和 缓冲来自路面的冲击，保持车 身稳定，提高乘坐舒适性。
行驶系统的组成
行驶系统主要由车轮、轮胎和 车架等组成。
行驶系统的功能
行驶系统的主要功能是传递和 承受汽车重量，实现汽车的行 驶，并承受和缓冲来自路面的
汽车发动机原理与汽车理论基本课件PPT课件
四、熵及温熵图
１)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。 ２)只有在平衡状态下，熵才有确定值。 ３)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。 ４)熵是可加性的量，ｍｋｇ工质的熵是１ｋｇ工质的熵 的ｍ倍，Ｓ＝ｍｓ。 ５)在可逆过程中，从熵的变化过程中可判断热量的传递 方向：ｄｓ＞０系统吸热；ｄｓ＝０系统绝热；ｄｓ＜ ０系统放热。 ６ ) 熵 可 以 判 断 自 然 界 一 切第1自6页发/共3过6页程 的 熵 变 。
1 ． 功 当气体的压力和容积发生变化时，气体与外界之间相互传
递的机械能称之为功，用W表示。单位为焦耳，单位符号
为“J”或“kJ”， 1kJ=103J。 1kg气体容积（即比体积）的微小变化量为:
dv = Adx
1kg气体对外界所作的微元功为:
dw= pAdx = pdv
1kg气体对外界所作的功为:w v2 pdv v1
开尔文一普朗克说法：“不可能建造一种循环工作的机器， 其作用只是从单一热源取热并全部转变为功，而不引起其他 变化。”(第二类永动机是不可能被成功制造的。) 为了连续地获得机械功，至少必须有两个热源，即高温热源 和低温热源。 克劳修斯说法：“不可能将热量由低温物体传向高温物体 而不引起其他变化。” 这一表述说明：不管利用什么机器，热量不可能自发地、不 花任何代价地从低温物体传向高温物体。各种制冷设备必须 消耗功并把这些功转换为热量和低温物体的热量一起传给高 温物体，以达到制冷的目的。 结论：自发过程具有方向性---一切自发实现的过程都是 不可逆的。
第25页/共36页
(４)ｐ—Ｖ图和Ｔ—Ｓ图
由定熵过程的过程方程ｐＶκ=定值可知，定熵过程在ｐ—Ｖ 图上是一条幂指数为负的幂函数曲线(又称高次双曲线)。
汽车发动机原理与汽车理论基本课件第十三章
等速行驶百公里燃油消耗量
• 等速百公里燃油消耗量，是常用的一种评 价指标，指汽车在一定的载荷下 （12545.1-2001、12545.2-2001），以最 高挡在水平良好路面上等速行驶100的燃油 消耗量。通常是测出每隔10／h速度间隔的 等速百公里燃油消耗量，然后在图上连成 曲线。
试验图片
等速油耗试验曲线
输成本中，汽车运行材料费 (燃料费、润滑油、轮胎费等) 所占比率最大（40％以上）。 其消耗和节约的研究，对提
高汽车使用经济性具有重要
作用。
在当前和今后相当长的一段时期，汽车燃 料仍将以石油产品为主。
例如，西欧工业发达国家交通运输消耗石 油产品的34～45％；美国交通运输部门消耗 国内石油产品的52％；我国的交通运输和邮 电通讯业消耗的石油产品约占其总量的16％， 每年消耗的汽油占其总消耗量的36％，柴油 约占27％ 。2000年我国汽车运输用油料缺口 约2000万吨，汽车用汽油和柴油缺口分别达 25％和60％。
这种试验结果能较好地反映车队的实际 情况，但难以真正做到准确地测量，同时也 浪费时间。
因此，它仅适合车型单一的运输企业使 用。
在道路试验中测量油耗时，若维持一个 或几个因素不变，则称作控制的道路试验。 例如，我国海南试验站进行的汽车质量检 查试验规定，应在一般路面、恶劣路面和 山区公路上测量百公里油耗。试验规范对 试验路线有较明确的规定。这种实验除了 大致规定了平均速度外，对试验中的交通 情况、驾驶习惯以及气温、风等并无规定。 这就是一种控制的道路试验。国内外的这 种汽车试验是专用试验场道路上进行类似 的油耗试验。
道路循环试验(包括等速油耗、加速油耗、制 动油耗、怠速油耗等)；
在室内实验，如汽车底盘测功机(即转鼓试验 台)上的循环试验。
发动机原理与汽车理论
柴油机： 0.6~1.0MPa 增压柴油机：0.9~2.2MPa
4.转速n和活塞平均速度Cm
Sn Cm 30
提高n，可增加单位时间的做功次数，使发动机体积小、 重量轻和功率大。
Cm大，则活塞组的热负荷和曲轴连杆机构的惯性力均 增大，磨损加剧，寿命下降。 Cm已成为表征发动机强化程 度的参数。一般汽油机不超过18m/s，柴油机不超过13m/s。
有效功（MPa）。 平均有效压力pe
Ne
=
PeVs i
30
n
103
(kW
)
Pe
=
30 Ne
Vs i n
103
(kPa)
Pe
=
Me Vs i
(kPa)
pe值大，说明单位工作容积输出的功多，做功能力强。 输出转矩变大。它是评定发动机动力性的重要指标。
Pe的一般范围是： 汽油机：0.7~1.3MPa
（4）加速阻力：汽车加速行驶时，需要克服其质量 加速运动时的 “惯性力”，这“惯性力”即为加速阻力， 用“Fj”表示。
4、汽车行驶的条件
（1）汽车的驱动条件： ①当 Ft＜Fƒ＋Fw＋Fi时，汽车将无法起步，正在行 驶的汽车也将减速行驶以至停车； ②当 Ft=Fƒ＋Fw＋Fi时， 汽车保持原来运动状态， 正在行驶的汽车将保持等速行驶； ③当 Ft＞ Fƒ＋Fw＋Fi时，汽车将加速行驶。因此， Ft≥ Fƒ＋Fw＋Fi是汽车行驶的必要条件，也称驱动条件。
（2）公式：Ni=Wi (2 n/ (60 τ)) i
= piVsni/30τ
(kW)
式中： Wi –每缸每循环工质所做的指示功(kJ)；
pi –平均指示压力 (MPa)；
汽车发动机原理与汽车理论基本课件
汽车的驱动力图
• 定义：在各个档位上，汽车的驱动力与 车速之间的函数关系曲线。
若已知发动机外特性曲线、 传动系的传动比、传动效率、 车轮半径等参数时，就可作 出汽车驱动力图。
作图步骤
• （1）建立坐标系； • （2）确定汽车传动系的传动比、传动效率η T和车 轮半径r； • （3）在发动机外特性曲线上任取一点B，确定这 一点的转速nB和对应的有效扭矩MeB； • （4）根据驱动力计算公式分别求出发动机扭矩为 MeB时，汽车以不同档位行驶时的驱动力FtⅠB、 F tⅡB、…
第一节 汽车的动力性指标
• 一、汽车的最高车速
• 二、汽车的加速能力
• 三、汽车的爬坡能力
汽车的最高车速vmax
最高车速是指在良好的水平路面（混凝 土或沥青）上汽车能达到的最高行驶车 速。 轿车：vmax=130～200km/h； 客车：vmax=90～130km/h； 货车：vmax=80～110km/h。 在使用中，将加速踏板踩到底，变速器 挂入最高档位。
汽车的加速能力
加速能力可用汽车以最大加速强度加速行驶时的加速度、加 速时间或加速行程来表示。在实际中评价汽车的加速能力最 常用的指标是加速时间。
分类：
• Ⅰ.原地起步加速时间： 由低档（I或II档）起步，以最大的 加速强度（包括选择恰当的换档时机）逐步换至最高档位后 达到某一预定距离或车速所需的时间。一般用0→400m或 0→100km/h的时间表示原地起步加速能力。
•部分负荷特性：节气门部分开启时，转矩 或功率等与转速的关系
•使用特性曲线：即带有附件时的负荷特性， 通常汽油机小15％，而柴油机小10％
传动系的传动效率
Pe P P T T 1பைடு நூலகம் T Pe Pe
发动机原理与汽车理论整套课件汇总完整版电子教案(全)
2）气体被压缩的程度用压缩比ε表示，压缩比等于压缩 初始气体的容积与压缩终了气体的容积之比，即
3）压缩比过低会使发动机动力性、经济性和排放性下 降，提高压缩比又受到机件强度和不正常燃烧的限制，一 般发动机的压缩比为:
4）经常测量压缩终了的压力(ｃ点的压力pc)，用于评 定发动机的性能或诊断故障。压缩终了的压力过低、会 导致发动机动力性、经济性下降，使用中出现动力不足、 起动困难、燃料消耗增加等故障现象。压缩终了的压力 过低，说明发动机汽缸密封不良，其主要原因一般是气 门密封表示，即
发动机的平均有效压力一般为
４. 升功率、比质量和强化系数 评定发动机结构和强化程度的指标。
1）升功率 在标定工况下，每升汽缸工作容积所发出的有效功率，
4）比热 单位量的物质，温度每变化1K时吸收或放出的热量，
用符号c表示，即
式中:dq — 单位量的物质在温度变化 dT 时吸收或放出
的热量。 mkg气体的温度从 T1变化到 T2时，吸收或放出的热
量 Q为
气体从外界吸收热量为正，气体向外界放出热量为负。
3. 内能 1）气体内部所具有的各种能量的总和，主要由气体分 子运动的动能和分子间的位能组成； 2）理想气体的内能仅指其内部动能，它是温度 T的单 值函数， 1kg气体的内能用符号 ｕ 表示,单位为J/kg或 者kJ/kg，则
只有开氏温度才是状态参数，开氏温度不可能有负值！
2. 压力
单位面积上所受的垂直作用力称为压力，即压强。
1）热力学中的压力是指气体分子对单位容器壁面产生 的实际作用力，称为绝对压力，用符号p表示，单位： 帕斯卡（Pa）
2）只有绝对压力p才是气体的状态参数，
以p0表示大气压力，则： 当p> p0时， p=pg + p0， pg为用压力表测得的表压力； 当p< p0时， p=p0 - pv ，pv为真空表测得的真空度。 3）气体的绝对压力与表压力和真空度的关系如图１-１
汽车发动机原理与汽车理论基本课件第二章
i t
3.6 106 bi Hu
一般内燃机的ηit和bi的统计范围如下：
ηit
bi／[g／(kW·h) -1]
四冲程柴油机 0.4l～0.48 210～175
二冲程柴油机 0.40～0.48 218～177
四冲程汽油机 0.25～0.40 344～218
二冲程汽油机 0.19～0.27 435～305
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
发动机的指示性能指标是指以工质对活塞做功为计算基础的指标，简称指示指标。
指示指标表征工质在汽缸内部经历的循环的完善程度，以工质在汽缸内对活塞做功为基础，评价 由燃烧到热功转换工作循环进行的质量。是从示功图测量计算得出的。
一）、 指示功和平均指示压力
分析条件：循环总加热量不变。
(1)c t
(2)0 t
(3)p t
2）等容加热循环热效率的分析
(1)c t
３）等压加热循环热效率的分析
(1)c t (2)0 t
4） 等熵指数对循环热效率的影响
(1)t
４、发动机实际工作条件对循环热效率提高
的约束和限制： p3~4
从理论循环的分析可知，提高压缩比εc和压力升高比λp对提高循环热效率ηt起着有利的作用，但发动 机实际工作条件约束和限制循环热效率提高。
一、三种基本理论循环: p1～ p6
1、研究理论循环的目的: p1 1)确定循环热效率的理论极限，以判断实际发动机经济性和工作过程进行的完善程度以及改进潜力。 2)分析比较发动机不同热力循环方式的经济性和动力性。 3) 确定提高以理论循环热效率为代表的经济性和以平均压力为代表的动力性的基本途径。
简化原则为: p1
发动机原理与汽车理论--武汉理工大学课件
发动机原理研究的内容包括工程热力学基础、 发动机的工作循环和性能指标、换气过程、燃 料与燃烧、汽油机和柴油机混合气的形成与燃 烧、发动机特性等。
第1章 工程热力学基础
《发动机原理与汽车理论》 课程主要内容
• 汽车理论是研究汽车主要使用性能的科学，是 在分析汽车运动基本规律的基础上研究汽车主 要使用性能与其结构之间的内在联系，分析汽 车主要使用性能的各种影响因素，从而指出正 确设计汽车和合理使用汽车的基本途径。
p p0 pg
第1章 工程热力学基础
压力的单位与表示方法
• 如果容器内气体的绝对压力低于外界大气压力时， 表压力为负数，仅取其数值，称之为真空度，记
做pv 。则有： p p0 pv
• 真空度的数值愈大，说明愈接近绝对真空。 • 表压力和真空度都是相对于大气压力的相对值。
当绝对压力高于大气压力时，它们的差值称为表 压力。当绝对压力低于大气压力时，它们的差值 称为真空度。只有绝对压力才能作为工质的状态 参数，它表示工质的真正状态。
• 故比热的大小随气体变化过程的特征而定。 在工程热力学中，常遇到定容加热过程和 定压加热过程。
第1章 工程热力学基础
定容比热与定压比热
• 定容加热过程是工质在加热过程中容积保持不变的过程。其 比热称为定容比热，用符号cv 表示。
• 定压加热过程是工质在加热过程中压力保持不变的过程。其 比热称为定压比热，用符号cp表示。
第1章 工程热力学基础
2．理想气体的状态方程
• 对于一定质量的气体的状态，一般可用气体所占 的体积V、压力p、温度T三个量来表示。在气体 平衡状态下，理想气体的压力、温度和比容三者 之间的关系式称为理想气体状态方程式，它是根 据分子运动学说导出的。
• 对于1kg理想气体，状态Biblioteka 程式为：pv RT1.429
第1章 工程热力学基础
《发动机原理与汽车理论》 课程主要内容
• 汽车理论是研究汽车主要使用性能的科学，是 在分析汽车运动基本规律的基础上研究汽车主 要使用性能与其结构之间的内在联系，分析汽 车主要使用性能的各种影响因素，从而指出正 确设计汽车和合理使用汽车的基本途径。
p p0 pg
第1章 工程热力学基础
压力的单位与表示方法
• 如果容器内气体的绝对压力低于外界大气压力时， 表压力为负数，仅取其数值，称之为真空度，记
做pv 。则有： p p0 pv
• 真空度的数值愈大，说明愈接近绝对真空。 • 表压力和真空度都是相对于大气压力的相对值。
当绝对压力高于大气压力时，它们的差值称为表 压力。当绝对压力低于大气压力时，它们的差值 称为真空度。只有绝对压力才能作为工质的状态 参数，它表示工质的真正状态。
• 故比热的大小随气体变化过程的特征而定。 在工程热力学中，常遇到定容加热过程和 定压加热过程。
第1章 工程热力学基础
定容比热与定压比热
• 定容加热过程是工质在加热过程中容积保持不变的过程。其 比热称为定容比热，用符号cv 表示。
• 定压加热过程是工质在加热过程中压力保持不变的过程。其 比热称为定压比热，用符号cp表示。
第1章 工程热力学基础
2．理想气体的状态方程
• 对于一定质量的气体的状态，一般可用气体所占 的体积V、压力p、温度T三个量来表示。在气体 平衡状态下，理想气体的压力、温度和比容三者 之间的关系式称为理想气体状态方程式，它是根 据分子运动学说导出的。
• 对于1kg理想气体，状态Biblioteka 程式为：pv RT1.429
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• 四冲程发动机的换气过程包括从排气门 开启到进气门关闭的整个时期。约占
410º~ 480º曲轴转角。p25 • 换气过程可分作自由排气、强制排气、
进气和燃烧室扫气四个阶段。
1、自由排气阶段
从排气门开启到气缸压力接近于排气管内压力的
时期，称为自由排气阶段。 排气提前角：从排气门开启到活塞行至下止点
5．压缩比
压缩比增加,压缩容积减小,残余废气量随之 减小,因而φc有所增加。 6. 进气状态
进气温度升高，进气压力下降均会使进入 气缸充量的密度减小，绝对进气量减少，对充 量系数影响不大。
结论
• 进气终了压力提高，充气效率提高。 • 进气终了温度提高，充气效率下降。 • 排气终了压力提高，充气效率下降。 • 排气终了温度变化对充气效率影响不大。 • 大气压力降低、大气温度升高，充气效率提高
。 • 压缩比提高，充气效率提高。 • 配气相位：进、排气迟后角过大或过小，充气
效率降低。
图３-4 不同节气门开度、不同转速时的进气终了气体压力
图３-5 三种国产发动机充气 效率随转速的变化关系
1—495Ｑ型柴油机 2—CA-３０型越野 汽车汽油机 3—CA-72型小客车汽油机
第三节 提高发动机充气效率的措施
•合理调整配气定时，加大进气门的流通截面、 正确设计进气管及进气道的流动路径以及降 低活塞平均速度等，都会使进气损失减少。
• 排气损失与进气损 失之和称为换气损 失 (W十Y十X) 。
• 泵气损失（X+Y-u） ：在实际循环示功 图中把面积(x+y- u) 相当的负功称为泵 气损失。这部分损 失放在机械损失中 加以考虑。
一）、排气损失 ，直到进气行程开始、缸
内压力到达大气压力之前 , 所损失的循环功。
• 构成:
a.自由排气损失W：由
于排气门提前打开而引起 的膨胀功的减少。
b.强制排气损失Y：活
塞上行强制推出废气所消 耗的功。
二）、进气损失X
• 进气损失主要是指进 气过程中，因进气系 统的阻力面引起的功 的损失，与排气损失 相比进气损失较小。
•措施：
将高温排气管与进气管分置于气缸两侧， 控制进气预热，适当加大气门叠开角等， 降低 Ta’。 •转速和负荷对Ta’的影响
1）转速：当负荷不变而转速增加时，由于 新鲜工质与缸壁等接触时间短，传热量少，所 以Ta’稍有下降。
2）负荷：当转速不变而增加发动机负荷时， 缸壁等零件温度升高，Ta’有所上升。
一、减少进气系统的流动损失 二、减小对新鲜充量的加热 三、减小排气系统的阻力 四、合理地选择配气相位
提高发动机充量系数的措施
降低进气系统的阻力
减少对进气充量的加热
提高充量系数措施
降低排气系统流通阻力
结构一定, 即εc一定
合理选择进、排气相位角 谐振进气与可变进气支管
一、降低进气系统的流动阻力
1．降低进气门处的流动损失
进气马赫数：进气门处气流平均速度V m 与该处声速 之比
M Vm
进气马赫数反映气体流动对充量系数 的影响。
ma mr m0
ma (r 1)m0
pa 1 Ta
T0 p0
1 r 1
充气效率不受汽缸工作容积的影响。当汽缸工作 容积一定时，充气效率越高，说明进气越充分， 每循环的实际充量越多，发动机的动力性好。
二、影响充气效率的因素及其分析
1．进气终了时缸内压力Pa’ Pa’对φc有重要影响，Pa’愈高，φc值愈大 Pa’=Ps－△Pa
的特殊现象，称为气门重叠，相应的角度是气门重
叠角，它是排气迟闭角与 进气提前角之和。
• 气门重叠角的选择以新鲜 充量不流入排气管为原则
。
• 增压柴油机的气门重叠角 一般为80º~160º(CA)；
• 非增压柴油机的气门叠开 角在20º~60º(CA)范围内。
二、换气损失与泵气损失 • 定义:从排气门提前开启
式中，△pa为气体流动时，克服进气系统阻力 而引起的压降(kPa)。
一般可写成
pa
v2
2
式中 ——管道阻力系数；
——进气状态下气体的密度；
V——管道内气体的流速（m/s）。
可见，△pa主要取决于各段管道的阻力
系数和气体流速。若大、 V高时，△pa增加，
使pa’下降。
•管道阻力系数、转速和负荷对进气压力的 影响
所对应的曲轴转角称为，一般为30º~80º曲轴转角。
2、强制排气阶段
自由排气阶段结束后，气缸内的废气将被上
行活塞强制推出，这一过程就是强制排气阶段。 排气提前角：从上止点到排气门完全关闭终了所
对应的曲轴转角，一般为10º~35º曲轴转角。
4、气门重叠和燃烧室扫气过程
在排气行程上止点附近出现进、排气门同时开启
1）管道阻力系数 管道阻力大，管道阻力系数大， △pa大，Pa’ 降低。
2）管道内气体的流速
负荷减小，发动机转速高，气体流速增 加， △pa大，引起Pa’下降。
2．进气终了的温度Ta’ Ta’高于进气状态温度， Ta’越高，充入气
缸的工质密度越小，φc值愈低。
•引起Ta’升高的原因是: 1）新鲜气混合而被加热。
3.残余废气系数 1） 增加， φc降低，燃烧恶化，油耗、
排放增加， 2）压缩比提高，残余废气系数减小。 3）排气压力高，废气多，充气效率降低。 4）排气系统阻力大，排气压力高，废气多。
4．进排气相位角
小,由但于Pa进’值气却门可迟能闭因而有气＜流1惯,性新而鲜使充进量气的有容所积增减
加,合适的配气定时应考虑ξPa’具有最大值。
第三章 发动机的换气过程
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
四冲程发动机的换气过程 四冲程发动机的充气效率 提高发动机充气效率的措施 二冲程发动机的换气过程 工程应用实例(文摘)
第一节 四冲程发动机的换气过程
一、换气过程 二、换气损失与泵气损失
上止点 下止点
第一节 四冲程发动机的换气过程
一、换气过程：
第二节 四冲程发动机的充气效率
一、充气效率ηｖ 二、影响充气效率的因素及其分析
一、充气效率
• 充气效率（ην）:指发动机每一工作循环的实际充 气量m与理论充气量m0 （进气状态下充满汽缸工作容
积的新鲜气体数量)的比值 。
v
m m0
ma mr m0
1 T0
1 p0
pa
Ta
pr Tr
v
410º~ 480º曲轴转角。p25 • 换气过程可分作自由排气、强制排气、
进气和燃烧室扫气四个阶段。
1、自由排气阶段
从排气门开启到气缸压力接近于排气管内压力的
时期，称为自由排气阶段。 排气提前角：从排气门开启到活塞行至下止点
5．压缩比
压缩比增加,压缩容积减小,残余废气量随之 减小,因而φc有所增加。 6. 进气状态
进气温度升高，进气压力下降均会使进入 气缸充量的密度减小，绝对进气量减少，对充 量系数影响不大。
结论
• 进气终了压力提高，充气效率提高。 • 进气终了温度提高，充气效率下降。 • 排气终了压力提高，充气效率下降。 • 排气终了温度变化对充气效率影响不大。 • 大气压力降低、大气温度升高，充气效率提高
。 • 压缩比提高，充气效率提高。 • 配气相位：进、排气迟后角过大或过小，充气
效率降低。
图３-4 不同节气门开度、不同转速时的进气终了气体压力
图３-5 三种国产发动机充气 效率随转速的变化关系
1—495Ｑ型柴油机 2—CA-３０型越野 汽车汽油机 3—CA-72型小客车汽油机
第三节 提高发动机充气效率的措施
•合理调整配气定时，加大进气门的流通截面、 正确设计进气管及进气道的流动路径以及降 低活塞平均速度等，都会使进气损失减少。
• 排气损失与进气损 失之和称为换气损 失 (W十Y十X) 。
• 泵气损失（X+Y-u） ：在实际循环示功 图中把面积(x+y- u) 相当的负功称为泵 气损失。这部分损 失放在机械损失中 加以考虑。
一）、排气损失 ，直到进气行程开始、缸
内压力到达大气压力之前 , 所损失的循环功。
• 构成:
a.自由排气损失W：由
于排气门提前打开而引起 的膨胀功的减少。
b.强制排气损失Y：活
塞上行强制推出废气所消 耗的功。
二）、进气损失X
• 进气损失主要是指进 气过程中，因进气系 统的阻力面引起的功 的损失，与排气损失 相比进气损失较小。
•措施：
将高温排气管与进气管分置于气缸两侧， 控制进气预热，适当加大气门叠开角等， 降低 Ta’。 •转速和负荷对Ta’的影响
1）转速：当负荷不变而转速增加时，由于 新鲜工质与缸壁等接触时间短，传热量少，所 以Ta’稍有下降。
2）负荷：当转速不变而增加发动机负荷时， 缸壁等零件温度升高，Ta’有所上升。
一、减少进气系统的流动损失 二、减小对新鲜充量的加热 三、减小排气系统的阻力 四、合理地选择配气相位
提高发动机充量系数的措施
降低进气系统的阻力
减少对进气充量的加热
提高充量系数措施
降低排气系统流通阻力
结构一定, 即εc一定
合理选择进、排气相位角 谐振进气与可变进气支管
一、降低进气系统的流动阻力
1．降低进气门处的流动损失
进气马赫数：进气门处气流平均速度V m 与该处声速 之比
M Vm
进气马赫数反映气体流动对充量系数 的影响。
ma mr m0
ma (r 1)m0
pa 1 Ta
T0 p0
1 r 1
充气效率不受汽缸工作容积的影响。当汽缸工作 容积一定时，充气效率越高，说明进气越充分， 每循环的实际充量越多，发动机的动力性好。
二、影响充气效率的因素及其分析
1．进气终了时缸内压力Pa’ Pa’对φc有重要影响，Pa’愈高，φc值愈大 Pa’=Ps－△Pa
的特殊现象，称为气门重叠，相应的角度是气门重
叠角，它是排气迟闭角与 进气提前角之和。
• 气门重叠角的选择以新鲜 充量不流入排气管为原则
。
• 增压柴油机的气门重叠角 一般为80º~160º(CA)；
• 非增压柴油机的气门叠开 角在20º~60º(CA)范围内。
二、换气损失与泵气损失 • 定义:从排气门提前开启
式中，△pa为气体流动时，克服进气系统阻力 而引起的压降(kPa)。
一般可写成
pa
v2
2
式中 ——管道阻力系数；
——进气状态下气体的密度；
V——管道内气体的流速（m/s）。
可见，△pa主要取决于各段管道的阻力
系数和气体流速。若大、 V高时，△pa增加，
使pa’下降。
•管道阻力系数、转速和负荷对进气压力的 影响
所对应的曲轴转角称为，一般为30º~80º曲轴转角。
2、强制排气阶段
自由排气阶段结束后，气缸内的废气将被上
行活塞强制推出，这一过程就是强制排气阶段。 排气提前角：从上止点到排气门完全关闭终了所
对应的曲轴转角，一般为10º~35º曲轴转角。
4、气门重叠和燃烧室扫气过程
在排气行程上止点附近出现进、排气门同时开启
1）管道阻力系数 管道阻力大，管道阻力系数大， △pa大，Pa’ 降低。
2）管道内气体的流速
负荷减小，发动机转速高，气体流速增 加， △pa大，引起Pa’下降。
2．进气终了的温度Ta’ Ta’高于进气状态温度， Ta’越高，充入气
缸的工质密度越小，φc值愈低。
•引起Ta’升高的原因是: 1）新鲜气混合而被加热。
3.残余废气系数 1） 增加， φc降低，燃烧恶化，油耗、
排放增加， 2）压缩比提高，残余废气系数减小。 3）排气压力高，废气多，充气效率降低。 4）排气系统阻力大，排气压力高，废气多。
4．进排气相位角
小,由但于Pa进’值气却门可迟能闭因而有气＜流1惯,性新而鲜使充进量气的有容所积增减
加,合适的配气定时应考虑ξPa’具有最大值。
第三章 发动机的换气过程
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
四冲程发动机的换气过程 四冲程发动机的充气效率 提高发动机充气效率的措施 二冲程发动机的换气过程 工程应用实例(文摘)
第一节 四冲程发动机的换气过程
一、换气过程 二、换气损失与泵气损失
上止点 下止点
第一节 四冲程发动机的换气过程
一、换气过程：
第二节 四冲程发动机的充气效率
一、充气效率ηｖ 二、影响充气效率的因素及其分析
一、充气效率
• 充气效率（ην）:指发动机每一工作循环的实际充 气量m与理论充气量m0 （进气状态下充满汽缸工作容
积的新鲜气体数量)的比值 。
v
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ma mr m0
1 T0
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