发动机原理与汽车理论--武汉理工大学课件
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发动机原理与汽车理论
01
自动驾驶技术的逐步成熟
随着传感器、计算平台等技术的不断发展，自动驾驶汽车将逐步实现商
业化应用。
02
车联网（V2X）技术的普及
车联网技术将实现车与车、车与基础设施、车与行人之间的智能互联，
提高交通效率和安全性。
03
Hale Waihona Puke 人工智能技术在汽车中的广泛应用
人工智能技术将在语音识别、图像识别等领域得到广泛应用，提升汽车
排放控制技术及其原理
机内净化技术
通过改进发动机燃烧过程，减少 有害物质的生成。如采用缸内直 喷技术、可变气门正时技术等。
机外净化技术
通过安装在发动机外部的净化装置， 将已生成的有害物质转化为无害物 质。如三元催化转化器（TWC）、
颗粒捕集器（DPF）等。
01
03
02 04
燃油蒸发控制技术
减少燃油蒸发排放，如采用活性 炭罐、燃油蒸汽回收装置等。
经济性评价指标及计算方法
01
经济性评价指标
02
百公里燃油消耗量：汽车在一定载荷下，以最高档在水平 良好路面上等速行驶100km的燃油消耗量。
03
等速百公里燃油消耗量曲线：不同车速下的百公里燃油消 耗量所绘制的曲线，用于评价汽车的经济性。
04
计算方法
05
通过试验测定：按照规定的试验条件，在道路上或底盘测 功机上进行等速行驶试验，测量百公里燃油消耗量。
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优化悬挂系统特性
提高动力系统平稳性
通过调整悬挂系统的刚度、阻尼等特性， 实现减振降噪的目的，提高汽车的平顺性 。
改进发动机和传动系统，降低功率和扭矩 波动，提高汽车的操纵稳定性和平顺性。
汽车发动机原理与汽车理论第十章PPT课件
05aa10
(一)喷油定时的控制
图10-31 喷油定时图 a)单点喷射系统喷油定时图 b)顺序喷射时刻图 c)同时喷射时刻图 d)分两组喷射时刻图 e)分三组喷射时刻图 05aa10
(二)喷油量的控制
1.起动工况的喷油控制 2.起动后喷油控制
05aa10
1.起动工况的喷油控制
在发动机起动时，由于起动转速波动较大，空气流 量计不能精确检测进气量，所以起动时不根据吸入 空气量计算喷油持续时间，而是根据发动机温度从 计算机存储器“温度—喷油时间”表中查找出该温 度下的基本喷油持续时间，再根据进气温度与蓄电 池电压加以修正，得到这种工况的喷油持续时间。 这一部分喷射为同步喷射。除此之外，起动过程中， ＥＣＵ还控制喷油器根据发动机温度向各缸同时进 行一定量的异步喷射，以改善发动机起动性能。
第一节 汽油机的新型燃烧室
一、均质稀混合气燃烧室 二、分层给气燃烧室 三、缸内直喷式稀薄燃烧方式
05aa10
第一节 汽油机的新型燃烧室
图１０-１ 火球燃烧室布置 05aa10
一、均质稀混合气燃烧室
1.高压缩比紧凑型燃烧室 2.TGP燃烧室 3.双火花塞燃烧室
05aa10
1.高压缩比紧凑型燃烧室
三、缸内直喷式稀薄燃烧方式
1.福特ＰＲＯＣＯ稀燃系统 2.三菱4G系列缸内直喷稀燃发动机 3.丰田Ｄ—４缸内直喷稀燃发动机 4.大众公司Ｅ１１１型ＧＤＩ发动机
05aa10
1.福特ＰＲＯＣＯ稀燃系统
图１０-１１ 福特ＰＲＯＣＯ稀燃系统 05aa10
2.三菱4G系列缸内直喷稀燃发动机
图１０-１２ 三菱公司ＧＤＩ发动机结构图 05aa10
表１０-１ 火球型燃烧室与其他燃烧室排放比较
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(一)喷油定时的控制
图10-31 喷油定时图 a)单点喷射系统喷油定时图 b)顺序喷射时刻图 c)同时喷射时刻图 d)分两组喷射时刻图 e)分三组喷射时刻图 05aa10
(二)喷油量的控制
1.起动工况的喷油控制 2.起动后喷油控制
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1.起动工况的喷油控制
在发动机起动时，由于起动转速波动较大，空气流 量计不能精确检测进气量，所以起动时不根据吸入 空气量计算喷油持续时间，而是根据发动机温度从 计算机存储器“温度—喷油时间”表中查找出该温 度下的基本喷油持续时间，再根据进气温度与蓄电 池电压加以修正，得到这种工况的喷油持续时间。 这一部分喷射为同步喷射。除此之外，起动过程中， ＥＣＵ还控制喷油器根据发动机温度向各缸同时进 行一定量的异步喷射，以改善发动机起动性能。
第一节 汽油机的新型燃烧室
一、均质稀混合气燃烧室 二、分层给气燃烧室 三、缸内直喷式稀薄燃烧方式
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第一节 汽油机的新型燃烧室
图１０-１ 火球燃烧室布置 05aa10
一、均质稀混合气燃烧室
1.高压缩比紧凑型燃烧室 2.TGP燃烧室 3.双火花塞燃烧室
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1.高压缩比紧凑型燃烧室
三、缸内直喷式稀薄燃烧方式
1.福特ＰＲＯＣＯ稀燃系统 2.三菱4G系列缸内直喷稀燃发动机 3.丰田Ｄ—４缸内直喷稀燃发动机 4.大众公司Ｅ１１１型ＧＤＩ发动机
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1.福特ＰＲＯＣＯ稀燃系统
图１０-１１ 福特ＰＲＯＣＯ稀燃系统 05aa10
2.三菱4G系列缸内直喷稀燃发动机
图１０-１２ 三菱公司ＧＤＩ发动机结构图 05aa10
表１０-１ 火球型燃烧室与其他燃烧室排放比较
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武汉理工大学汽车理论复习——武汉理工车辆课件PPT
制动过程的阶段，制动距离定义、分析计算 制动时的方向稳定性分析 I线、β线、r线组、f线组 同步附着系数（空载、满载有何不同） 制动过程分析 ABS， ABS的作用和理论依据
Ch5 汽车的操纵稳定性
汽车的稳态转向特性的三种类型，对汽车稳态 转向特性的要求
车辆坐标系与轮胎坐标系 侧偏刚度、侧偏刚度的影响因素 线性二自由度模型 稳定性因数的计算；稳态转向特性的五种判断
与步骤 汽车燃油经济性的影响因素
Ch3 汽车动力装置参数的选定
比功率，比功率的确定（轿车、货车） 传动系最小传动比、最大传动比的概念及确
定方法 汽车各档传动比的确定方法
Ch4 汽车的制动性
汽车制动性的评价指标 地面制动力、制动器制动力和路面附着力之间的
关系
附着系数（制动力系数、侧向力系数）与滑动率 的关系
方法；特征车速和临界车速的计算 中性转向点和静态储备系数
Ch6 汽车的行驶平顺性
三种感觉界限 机械振动对人体的影响方面 人最敏感的振动频率范围 路面统计特性：计算公式 振动系统的简化：汽车悬挂质量分配系数 单质量振动系统的幅频特性图，振动频率和相对
阻尼系数对振动的影响；
计算和试验测定汽车车身部分固有频率及阻尼比 的方法
Hale Waihona Puke Ch7 汽车的通过性汽车间隙失效、间隙失效形式 通过性几何特性参数的含义，失效与通过性
几何参数的关系 越台、跨沟能力的计算，且由驱动轮决定
填空 名词解释 判断 简答 分析 计算
题型
《汽车理论》复习
2011-12-28
Ch1 汽车动力性
汽车动力性的评价指标 驱动力和四项行驶阻力的定义、存在条件和计
算公式 汽车行驶方程式 三种分析汽车动力性的方法 动力因数 汽车的驱动附着条件 附着力 汽车的功率平衡、汽车后备功率
Ch5 汽车的操纵稳定性
汽车的稳态转向特性的三种类型，对汽车稳态 转向特性的要求
车辆坐标系与轮胎坐标系 侧偏刚度、侧偏刚度的影响因素 线性二自由度模型 稳定性因数的计算；稳态转向特性的五种判断
与步骤 汽车燃油经济性的影响因素
Ch3 汽车动力装置参数的选定
比功率，比功率的确定（轿车、货车） 传动系最小传动比、最大传动比的概念及确
定方法 汽车各档传动比的确定方法
Ch4 汽车的制动性
汽车制动性的评价指标 地面制动力、制动器制动力和路面附着力之间的
关系
附着系数（制动力系数、侧向力系数）与滑动率 的关系
方法；特征车速和临界车速的计算 中性转向点和静态储备系数
Ch6 汽车的行驶平顺性
三种感觉界限 机械振动对人体的影响方面 人最敏感的振动频率范围 路面统计特性：计算公式 振动系统的简化：汽车悬挂质量分配系数 单质量振动系统的幅频特性图，振动频率和相对
阻尼系数对振动的影响；
计算和试验测定汽车车身部分固有频率及阻尼比 的方法
Hale Waihona Puke Ch7 汽车的通过性汽车间隙失效、间隙失效形式 通过性几何特性参数的含义，失效与通过性
几何参数的关系 越台、跨沟能力的计算，且由驱动轮决定
填空 名词解释 判断 简答 分析 计算
题型
《汽车理论》复习
2011-12-28
Ch1 汽车动力性
汽车动力性的评价指标 驱动力和四项行驶阻力的定义、存在条件和计
算公式 汽车行驶方程式 三种分析汽车动力性的方法 动力因数 汽车的驱动附着条件 附着力 汽车的功率平衡、汽车后备功率
发动机原理与汽车理论课件
通的重要方向之一。
智能驾驶技术
自动驾驶
自动驾驶技术利用传感器、计算机视觉和人工智能等技术实现车辆自主行驶。随着算法和 硬件的不断发展，未来自动驾驶汽车将更加安全、高效和舒适。
车联网
车联网技术通过无线通信将车辆与周围环境、其他车辆以及基础设施连接起来，实现信息 共享和协同驾驶。这将有助于提高道路安全、减少交通拥堵和提高出行效率。
发动机原理与汽车理论课件
contents
目录
• 发动机原理 • 汽车理论 • 发动机与汽车的关系 • 未来发展趋势
01
发动机原理
发动机类型
01
02
03
04
汽油发动机
利用汽油与空气混合后的气体 燃烧产生动力。
柴油发动机
利用柴油与空气混合后的气体 压缩后点火产生动力。
燃气发动机
利用燃气产生动力。
混合动力发动机
汽车动力学
行驶稳定性
分析汽车的行驶稳定性， 包括纵向、横向和垂向的 稳定性。
操纵稳定性
分析汽车的操纵稳定性， 包括转向灵敏度、转向回 正性和抗侧倾能力等。
舒适性
评估汽车的舒适性，包括 振动、噪声和空气动力学 特性等。
03
发动机与汽车的关系
发动机对汽车性能的影响
发动机是汽车动力的来源，其性能直接影响汽车的行驶速度、加速性能和爬坡能力 。
人工智能在驾驶辅助中的应用
人工智能在驾驶辅助中的应用包括但不限于自动泊车、车道偏离预警、行人识别等。这些 技术的应用将使驾驶更加便捷和安全。
THANKS
感谢观看
介绍底盘和车身的结构特点，包括 悬挂系统、转向系统和制动系统等 。
汽车性能
01
02
03
武汉理工大发动机原理(课堂PPT)
7
理想循环的三种形式
a）定容循环； b）定压循环； c）混合循环
8
理想循环示功图
9
定容循环
• 将燃烧过程假想为在容积不变的情况下对工 质加热的循环。工质从a点开始绝热压缩到c 点，自c点定容吸热到z点，然后从z点绝热膨 胀到b点，最后沿b-a线定容散热再回到a点， 从而完成一个工作循环。
• 在压缩过程中，工质容积的变化用压缩比ε表 示，压缩和膨胀过程工质状态的变化用 pvk=C表示。工质以定容方式先沿c-z线吸热 Q1，再沿b-a线放热Q2。
式中：pa——压缩始点压力（kPa）
14
分析
（1）增加ε，可提高ηt，但提高率将随ε值的不 断增大而逐渐降低；
（2）绝热指数k越大，则ηt越高； （3）增大pa可提高pt，但pa增大会导致ηt降低； （4）增大λ可提高ηt； （5）ε和λ的增长，将导致最高压力pz急剧上升，
由于受到发动机结构强度、燃烧条件和机械效 率等方面的制约，ε和λ的提高是有限度的。
10
定容循环的参数计算
• •
压力升高比λ 热效率ηtv为：
＝
pz pc
t
v＝1－
1
k1
ε——压缩比， Va Vs Vc Va——气缸总容积（Vc L）Vc； Vc——气缸压缩容积（L）； VS——气缸工作容积（L）； k ——绝热指数，空气的k=1.4。
11
定压循环
• 与定容循环的不同之处仅在于加热过程是在
2
• 发动机从燃料的化学能转换为有效输出功的过程，是决 定发动机动力性能、经济性能的关键所在，而循环热效 率是其核心环节，因为作为热力循环的热功转换是热能 动力机械最本质的体现。
• 热力循环的分析，是发动机原理最基本的内容。 • 本章介绍的热力循环两个层次不同的模型-—理想循环
理想循环的三种形式
a）定容循环； b）定压循环； c）混合循环
8
理想循环示功图
9
定容循环
• 将燃烧过程假想为在容积不变的情况下对工 质加热的循环。工质从a点开始绝热压缩到c 点，自c点定容吸热到z点，然后从z点绝热膨 胀到b点，最后沿b-a线定容散热再回到a点， 从而完成一个工作循环。
• 在压缩过程中，工质容积的变化用压缩比ε表 示，压缩和膨胀过程工质状态的变化用 pvk=C表示。工质以定容方式先沿c-z线吸热 Q1，再沿b-a线放热Q2。
式中：pa——压缩始点压力（kPa）
14
分析
（1）增加ε，可提高ηt，但提高率将随ε值的不 断增大而逐渐降低；
（2）绝热指数k越大，则ηt越高； （3）增大pa可提高pt，但pa增大会导致ηt降低； （4）增大λ可提高ηt； （5）ε和λ的增长，将导致最高压力pz急剧上升，
由于受到发动机结构强度、燃烧条件和机械效 率等方面的制约，ε和λ的提高是有限度的。
10
定容循环的参数计算
• •
压力升高比λ 热效率ηtv为：
＝
pz pc
t
v＝1－
1
k1
ε——压缩比， Va Vs Vc Va——气缸总容积（Vc L）Vc； Vc——气缸压缩容积（L）； VS——气缸工作容积（L）； k ——绝热指数，空气的k=1.4。
11
定压循环
• 与定容循环的不同之处仅在于加热过程是在
2
• 发动机从燃料的化学能转换为有效输出功的过程，是决 定发动机动力性能、经济性能的关键所在，而循环热效 率是其核心环节，因为作为热力循环的热功转换是热能 动力机械最本质的体现。
• 热力循环的分析，是发动机原理最基本的内容。 • 本章介绍的热力循环两个层次不同的模型-—理想循环
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)。
【汽车理论-武汉理工课件】1.2
15
Chapter 1 Acceleration Performance
（1）Rolling Resistance —— F（f 滚动阻力） load(W ) / KN
D
C
deflection of tire(h) / mm
Radial Deflection Curve of Tire 轮胎径向变形曲线
11
Chapter 1 Acceleration Performance
Ft Tractive Force驱动力
Ft1 Ft 2
Ft 3
Ft 4
车速，ua
Graph of Tractive Force(汽车驱动力图)
12
Chapter 1 Acceleration Performance
F t/N
Pe Ttq n ，Unit：Pe [W] ；Ttq [N·m]；n[rad/s]
radian：弧度
1000Pe
Ttq
2
60
n
Pe
Ttq n 9550
, Unit：Pe[kW] ；Ttq[N·m]； n[r/min]。
6
Chapter 1 Acceleration Performance
（2）Efficiencies of Driveline(Transmission) 传动系统机械效率
由于轮胎内部橡胶分子的摩擦转化为热能。
17
Chapter 1 Acceleration Performance
Rolling
resistance
torque
—
T
（滚动阻力偶矩）
f
Tf FZ a
ua
a
FZ
18
汽车发动机原理与汽车理论第1章课件
单原子气体 双原子气体 多原子气体
cV,m
3/2Rm
5/2Rm
cp,m
5/2Rm
7/2Rm
κ
1.66
1.40
7/2Rm 9/2Rm 1.29
第一节 热功转换的基础知识
五、热力过程 热力过程是指热力系统从一个状态向另一个状态变化时
所经历的全部状态总和。 在热力学中,常用两个彼此独立的状态参数构成坐标图来
用符号c表示比热容,根据定义有
c=
q dT
(1-12)
式中 δq——某工质在某一状态下温度变化dT所吸收或放
出的热量,单位为kJ或J。
第一节 热功转换的基础知识
四、工质的比热容 1.比热容与物质单位的关系 因为工质的计量单位可以是kg、kmol、m3,所以工质的 比热容有以下三种: 比质量热容: c kJ/(kg·K) 比摩尔热容: cm kJ/(kmol·K) 比容积热容: c' kJ/(m3·K)
• 根据热力学第一定律,要想得到机械能就必须花费热能或其 他能量,那种不花费任何能量就可以产生动力的机器只能是 一种幻想而已。因此,热力学第一定律也可以表述为:不花 费任何能量就可以产生功的第一类永动机是不可能被成功 制造的。
• 热力学第一定律适用于一切热力系统和热力过程,不论是开 口系统还是闭口系统,热力学第一定律均可表达为
进行热力学分析。例如,以p为纵坐标,V为横坐标组成的坐标 图,即为压容图,如图1-1所示。
可逆过程:假设系统经历平衡过程1—2,由状态1变化到状
态2,并对外做膨胀功W,如图1-2所示。
图1-1
图1-2
第二节 热力学第一定律
• 热力学第一定律的实质就是热力过程中的能量守恒和转换 定律,它建立了热力过程中的能量平衡关系,是热力学宏观 分析方法的主要依据之一。热力学第一定律可表述为:在热 能与其他形式能的互相转换过程中,能的总量始终不变。
cV,m
3/2Rm
5/2Rm
cp,m
5/2Rm
7/2Rm
κ
1.66
1.40
7/2Rm 9/2Rm 1.29
第一节 热功转换的基础知识
五、热力过程 热力过程是指热力系统从一个状态向另一个状态变化时
所经历的全部状态总和。 在热力学中,常用两个彼此独立的状态参数构成坐标图来
用符号c表示比热容,根据定义有
c=
q dT
(1-12)
式中 δq——某工质在某一状态下温度变化dT所吸收或放
出的热量,单位为kJ或J。
第一节 热功转换的基础知识
四、工质的比热容 1.比热容与物质单位的关系 因为工质的计量单位可以是kg、kmol、m3,所以工质的 比热容有以下三种: 比质量热容: c kJ/(kg·K) 比摩尔热容: cm kJ/(kmol·K) 比容积热容: c' kJ/(m3·K)
• 根据热力学第一定律,要想得到机械能就必须花费热能或其 他能量,那种不花费任何能量就可以产生动力的机器只能是 一种幻想而已。因此,热力学第一定律也可以表述为:不花 费任何能量就可以产生功的第一类永动机是不可能被成功 制造的。
• 热力学第一定律适用于一切热力系统和热力过程,不论是开 口系统还是闭口系统,热力学第一定律均可表达为
进行热力学分析。例如,以p为纵坐标,V为横坐标组成的坐标 图,即为压容图,如图1-1所示。
可逆过程:假设系统经历平衡过程1—2,由状态1变化到状
态2,并对外做膨胀功W,如图1-2所示。
图1-1
图1-2
第二节 热力学第一定律
• 热力学第一定律的实质就是热力过程中的能量守恒和转换 定律,它建立了热力过程中的能量平衡关系,是热力学宏观 分析方法的主要依据之一。热力学第一定律可表述为:在热 能与其他形式能的互相转换过程中,能的总量始终不变。
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
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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第二定律； 3．根据热力学基本定律和工质的热力性质，分析实
现热能和机械功相互转换的基本热力过程，阐明使 热能以更大的百分率转变为机械功的途径。
第1章 工程热力学基础
一些基本概念
• 在工程热力学中，把实现热能与机械功相 互转换的工作物质称为工质。
• 汽车发动机是通过燃料的燃烧变热能为机 械功的，在整个转变过程中，总是以气体 作为媒介物质，这些气体便是工质。
式中：dq为某工质在某一状态下温度变化 时所吸收或放出的热量。单位是kJ或J。
第1章 工程热力学基础
C
C f (T )
T
气体的比热随温度变化的关系
第1章 工程热力学基础
气体的比热与加热过程的关系
• 气体的比热与加热过程有关。在不同的过 程中，使1kg质量的气体温度升高1K，所 需加入的热量是不同的。
《发动机原理与汽车理论》
武汉理工大学汽车工程学院
余晨光
2011-2
《发动机原理与汽车理论》 课程主要内容
发动机原理是研究发动机主要使用性能的科学， 是在分析发动机工作原理的基础上研究发动机 主要使用性能与其结构之间的内在联系，分析 发动机主要使用性能的各种影响因素，从而指 出正确设计和使用发动机的基本途径。
• 了解工质的热力状态及其基本参数；了解 热力学基本定律在分析热机工作性能方面 的作用。
第1章 工程热力学基础
工程热力学的主要内容
• 工程热力学是热力学最早发展起来的一个分支，它 研究热能和机械功互相转换的规律。
• 其主要内容有： 1．介绍常用工质（如空气、可燃混合气等）的热力
性质； 2．介绍热力学基本定律：热力学第一定律、热力学
• 对汽车提出的使用性能的要求是多方面的，汽 车理论主要研究汽车的动力性、燃油经济性、 制动性、通过性、操纵稳定性和平顺性等。
第1章 工程热力学基础
第1章 工程热力学基础
学习目标
• 通过本章的学习，重点掌握工质在各种热 力过程中其初态参数与终态参数间的关系 以及能量转换的特点；
• 掌握用理想气体状态方程分析热力过程的 方法；
• 表明工质状态特征的各个物理量，称为工质的状态参数。 汽车发动机在变热为功的整个过程中，工质的状态总是 不断地变化着，可以用压力p、温度T、比容v、内能U、 焓H、熵S六个状态参数来描述。 其中p、T、v 可以直 接用仪表测量，且其物理意义易于理解，故成为描述工 质状态的基本状态参数。
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。
• 热机的运转是靠气态工质及在特定的条件下不断地改变 它的热力状态，执行某一具体的热功转换过程来实现的。 如发动机工作时，就是将燃料燃烧的热能，通过工质的 膨胀转化为机械功的。
• 常用的气态工质基本上可分为两类：气体和蒸汽。气体 是指远离液态、不容易液化的气态物质，蒸汽是指刚由 液态转变过来或较容易液化的气态物质。内燃机的工质 是气体。
• 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。
所需加入或放出的热量称为工质的比热， 用符号C表示，单位为千焦耳/千克度 （础
气体的比热
气体的比热一般是随着温度的升高而增大 的，如图所示。不同的温度，气体比热的 数值也不同。在每一个温度下所对应的比 热称为真实比热。气体在某一温度下的真 实比热为：
c dq dT
• 燃料燃烧前，工质为空气（柴油机）或空 气和汽油的混合气（汽油机）。燃烧后， 工质主要是二氧化碳和水蒸气等。
第1章 工程热力学基础
1.1 气体的热力性质
1.1.1 热与比热 • 实验表明，热现象是物体内部分子和原子不规则运动的总体
表现，这种运动的剧烈程度决定了物体的冷热程度，其外在 表现为温度的高低。 • 这就是说，物体内部分子运动的平均速度越高，则物体的受 热程度越大，表现出来的温度就越高。 • 热能可由工质通过传导、对流或辐射等方式来进行传递。例 如，高温的发动机缸体与水道中低温的冷却水接触时，缸体 材料里运动比较剧烈的分子之间的不断碰撞，影响了邻近的 水分子，这时，温度较高的缸体传热至受热较低的水，前者 温度降低，后者温度升高。若两物体达到同一温度时，传热 就会停止，这种现象称为传热。
第1章 工程热力学基础
质量热容比
在工程热力学的计算中，定压比热与定容 比热之比，称为比热比——质量热容比， 用符号 k表示。即： c p k cv
对于空气来说，其定压比热cp为 1.0046kJ/kg·K，定容比热cv为 0.7158kJ/kg·K，k为1.4。
第1章 工程热力学基础
1.1.2 工质的热力状态及其基本参数
• 从定容加热过程和定压加热过程的特点可知，在定容加热过 程中，气体没有膨胀做功，所加入的热量将完全用来增加气 体分子运动的功能，外在表现为气体的温度升高。在定压加 热过程中，气体可以膨胀做功。因此，气体所加入的热量除 了一部分用来增加气体分子运动的动能外，另一部分用来克 服外力做功。对同样质量的气体而言，要将气体加热到某一 温度，则在定压加热过程中所加入的热量比定容加热过程所 加入的热量要多，即定压比热大于定容比热。
第1章 工程热力学基础
“热”的实质
• “热”实质上是物质运动的一种表现形式， 也是能量传播的一种形式。
• 热量的单位是焦耳（J）。焦耳这个单位 较小，使用不方便，在计算中往往采用千 焦耳（KJ）单位。
第1章 工程热力学基础
2．工质的比热——质量热容
• 在热力工程中，热量的计算常利用比热。 • 使质量为1千克的物体温度升高或降低1K
现热能和机械功相互转换的基本热力过程，阐明使 热能以更大的百分率转变为机械功的途径。
第1章 工程热力学基础
一些基本概念
• 在工程热力学中，把实现热能与机械功相 互转换的工作物质称为工质。
• 汽车发动机是通过燃料的燃烧变热能为机 械功的，在整个转变过程中，总是以气体 作为媒介物质，这些气体便是工质。
式中：dq为某工质在某一状态下温度变化 时所吸收或放出的热量。单位是kJ或J。
第1章 工程热力学基础
C
C f (T )
T
气体的比热随温度变化的关系
第1章 工程热力学基础
气体的比热与加热过程的关系
• 气体的比热与加热过程有关。在不同的过 程中，使1kg质量的气体温度升高1K，所 需加入的热量是不同的。
《发动机原理与汽车理论》
武汉理工大学汽车工程学院
余晨光
2011-2
《发动机原理与汽车理论》 课程主要内容
发动机原理是研究发动机主要使用性能的科学， 是在分析发动机工作原理的基础上研究发动机 主要使用性能与其结构之间的内在联系，分析 发动机主要使用性能的各种影响因素，从而指 出正确设计和使用发动机的基本途径。
• 了解工质的热力状态及其基本参数；了解 热力学基本定律在分析热机工作性能方面 的作用。
第1章 工程热力学基础
工程热力学的主要内容
• 工程热力学是热力学最早发展起来的一个分支，它 研究热能和机械功互相转换的规律。
• 其主要内容有： 1．介绍常用工质（如空气、可燃混合气等）的热力
性质； 2．介绍热力学基本定律：热力学第一定律、热力学
• 对汽车提出的使用性能的要求是多方面的，汽 车理论主要研究汽车的动力性、燃油经济性、 制动性、通过性、操纵稳定性和平顺性等。
第1章 工程热力学基础
第1章 工程热力学基础
学习目标
• 通过本章的学习，重点掌握工质在各种热 力过程中其初态参数与终态参数间的关系 以及能量转换的特点；
• 掌握用理想气体状态方程分析热力过程的 方法；
• 表明工质状态特征的各个物理量，称为工质的状态参数。 汽车发动机在变热为功的整个过程中，工质的状态总是 不断地变化着，可以用压力p、温度T、比容v、内能U、 焓H、熵S六个状态参数来描述。 其中p、T、v 可以直 接用仪表测量，且其物理意义易于理解，故成为描述工 质状态的基本状态参数。
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。
• 热机的运转是靠气态工质及在特定的条件下不断地改变 它的热力状态，执行某一具体的热功转换过程来实现的。 如发动机工作时，就是将燃料燃烧的热能，通过工质的 膨胀转化为机械功的。
• 常用的气态工质基本上可分为两类：气体和蒸汽。气体 是指远离液态、不容易液化的气态物质，蒸汽是指刚由 液态转变过来或较容易液化的气态物质。内燃机的工质 是气体。
• 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。
所需加入或放出的热量称为工质的比热， 用符号C表示，单位为千焦耳/千克度 （础
气体的比热
气体的比热一般是随着温度的升高而增大 的，如图所示。不同的温度，气体比热的 数值也不同。在每一个温度下所对应的比 热称为真实比热。气体在某一温度下的真 实比热为：
c dq dT
• 燃料燃烧前，工质为空气（柴油机）或空 气和汽油的混合气（汽油机）。燃烧后， 工质主要是二氧化碳和水蒸气等。
第1章 工程热力学基础
1.1 气体的热力性质
1.1.1 热与比热 • 实验表明，热现象是物体内部分子和原子不规则运动的总体
表现，这种运动的剧烈程度决定了物体的冷热程度，其外在 表现为温度的高低。 • 这就是说，物体内部分子运动的平均速度越高，则物体的受 热程度越大，表现出来的温度就越高。 • 热能可由工质通过传导、对流或辐射等方式来进行传递。例 如，高温的发动机缸体与水道中低温的冷却水接触时，缸体 材料里运动比较剧烈的分子之间的不断碰撞，影响了邻近的 水分子，这时，温度较高的缸体传热至受热较低的水，前者 温度降低，后者温度升高。若两物体达到同一温度时，传热 就会停止，这种现象称为传热。
第1章 工程热力学基础
质量热容比
在工程热力学的计算中，定压比热与定容 比热之比，称为比热比——质量热容比， 用符号 k表示。即： c p k cv
对于空气来说，其定压比热cp为 1.0046kJ/kg·K，定容比热cv为 0.7158kJ/kg·K，k为1.4。
第1章 工程热力学基础
1.1.2 工质的热力状态及其基本参数
• 从定容加热过程和定压加热过程的特点可知，在定容加热过 程中，气体没有膨胀做功，所加入的热量将完全用来增加气 体分子运动的功能，外在表现为气体的温度升高。在定压加 热过程中，气体可以膨胀做功。因此，气体所加入的热量除 了一部分用来增加气体分子运动的动能外，另一部分用来克 服外力做功。对同样质量的气体而言，要将气体加热到某一 温度，则在定压加热过程中所加入的热量比定容加热过程所 加入的热量要多，即定压比热大于定容比热。
第1章 工程热力学基础
“热”的实质
• “热”实质上是物质运动的一种表现形式， 也是能量传播的一种形式。
• 热量的单位是焦耳（J）。焦耳这个单位 较小，使用不方便，在计算中往往采用千 焦耳（KJ）单位。
第1章 工程热力学基础
2．工质的比热——质量热容
• 在热力工程中，热量的计算常利用比热。 • 使质量为1千克的物体温度升高或降低1K