發(fā)動機原理

前言

　　我國汽車工業(yè)在飛速發(fā)展，已經(jīng)成為世界第一大汽車生產(chǎn)國和消費國。社會對汽車類人才需求在不斷增加，除了研發(fā)類人才以外，應用型、職業(yè)型人才的需求增長也很快，設置車輛工程、交通運輸、汽車運用等專業(yè)的院校也越來越多，還有更多的院校（科技學院或二級學院）招收三本學生。傳統(tǒng)上，上述專業(yè)在學習發(fā)動機原理課程之前，應開設工程熱力學、傳熱學等課程，但這兩門課程內(nèi)容多、課時長、難度大。由于教學改革的需要，上述課程被壓縮了學時，也有的院校取消了這兩門課程?！　栏裾f來，學習發(fā)動機原理，沒有熱力學方面的知識作基礎會有較大的難度，也給以后的工作帶來許多不便。因此，與國內(nèi)同類教材相比，本書增加熱力發(fā)動機基本理論部分，包括第一章“熱機與熱功轉(zhuǎn)換的基本規(guī)律”和第二章“發(fā)動機的理論循環(huán)”。該部分主要講述熱力學基本知識，注重工程實際，緊密結(jié)合汽車用往復活塞式內(nèi)燃機，知識點以夠用為度。另外，由于很多院校的這方面專業(yè)不再開設“發(fā)動機設計”課程，所以本書增加發(fā)動機基本力學的內(nèi)容，即第十二章“發(fā)動機動力學”，以保證汽車類專業(yè)學生知識結(jié)構(gòu)的基本完整性?！　榱耸箤W生在學習過程中抓住主線和重點，本書按照“熱功轉(zhuǎn)換的基本規(guī)律一動力的輸出與能量利用一燃燒與排放一發(fā)動機性能的測試、調(diào)控與應用一往復活塞式內(nèi)燃機力學分析”的知識脈絡安排教學，并注重介紹與實驗有關的內(nèi)容。每章前配有“學習要點”，章后配有“本章小結(jié)”以及思考題和習題?！　≡趯Πl(fā)動機新技術的介紹方面，本書以加強針對性和應用性為原則，密切跟蹤發(fā)動機新技術發(fā)展趨勢，對新舊技術內(nèi)容進行合理銜接和取舍。例如，縮減化油器內(nèi)容但保留其對一定空燃比混合氣制備的基本思想，著重介紹汽油機電控、柴油機電控、新的內(nèi)燃機燃燒系統(tǒng)和燃燒模式、混合動力驅(qū)動技術等。在介紹發(fā)動機新技術時，根據(jù)其特點適當安排章節(jié)，如新的內(nèi)燃機燃燒系統(tǒng)和燃燒模式分別合并于汽油機、柴油機的有關燃燒與排放章節(jié)；混合動力驅(qū)動技術作為“發(fā)動機運行特性與車輛匹配”這一章的一節(jié)內(nèi)容。

內(nèi)容概要

本書為2l世紀普通高等院校汽車專業(yè)系列教材之一，針對應用型本科學生而編寫。以突出應用性為原則，按照“熱功轉(zhuǎn)換的基本規(guī)律一動力的輸出與能量利用一燃燒與排放一發(fā)動機性能的測試、調(diào)控與應用一往復活塞式內(nèi)燃機力學分析”的知識脈絡為主線，介紹發(fā)動機工作的有關原理。與國內(nèi)其他教材相比，《發(fā)動機原理》在第一章、第二章介紹了熱機與熱功轉(zhuǎn)換的基本規(guī)律和發(fā)動機的理論循環(huán)，主要講述熱力學基本知識，為學習發(fā)動機原理奠定基礎。根據(jù)發(fā)動機新技術發(fā)展趨勢，對新舊技術內(nèi)容進行合理銜接和取舍，如縮減化油器內(nèi)容，但保留其對一定空燃比混合氣制備的基本思想，著重介紹汽油機電控、柴油機電控、新的內(nèi)燃機燃燒系統(tǒng)和燃燒模式、混合動力驅(qū)動技術等?！　”緯勺鳛檐囕v工程、交通運輸、汽車運用等專業(yè)教材，也可供?？粕?+2等層次的汽車類專業(yè)學生選用。

書籍目錄

緒論 車用動力發(fā)展史　第一節(jié) 蒸汽機的發(fā)明和作為汽車動力的使用　　一、人類對自行走式車輛的探索　　二、蒸汽機的發(fā)明與改進和作為汽車動力的使用　第二節(jié) 四行程理論與內(nèi)燃機的發(fā)明　　一、四行程理論及其實現(xiàn)　　二、內(nèi)燃機在汽車上的應用　第三節(jié) 車用內(nèi)燃機的發(fā)展歷程　　一、車用內(nèi)燃機的主要標志性技術　　二、車用內(nèi)燃機的發(fā)展方向　第四節(jié) 電力驅(qū)動在汽車上的應用　　一、電動汽車的研發(fā)歷史　　二、電動汽車的種類第一章 熱機與熱功轉(zhuǎn)換的基本規(guī)律　第一節(jié) 熱能在熱機中轉(zhuǎn)換為機械功的過程　第二節(jié) 熱功轉(zhuǎn)換的工質(zhì)及其參數(shù)　　一、工質(zhì)及狀態(tài)參數(shù)　　二、狀態(tài)參數(shù)的坐標圖　　三、功和熱量　　四、熱力學　第一定律　第三節(jié) 理想氣體的熱力過程　　一、理想氣體的熱力性質(zhì)　　二、理想氣體的熱力過程及參數(shù)計算　　三、理想氣體熱力過程的痧一可圖及T-s圖　第四節(jié) 熱功轉(zhuǎn)換的效率　　一、熱機循環(huán)　　二、熱力學　第二定律　本章小結(jié)　思考題和習題第二章 發(fā)動機的理論循環(huán)　第一節(jié) 四行程發(fā)動機理論循環(huán)的計算　　一、對發(fā)動機實際工作過程的簡化　　二、理論循環(huán)的熱效率和平均指示壓力的計算　第二節(jié) 理論循環(huán)熱效率和平均指示壓力的影響因素　第三節(jié) 理論循環(huán)熱效率比較　本章小結(jié)　思考題和習題第三章 發(fā)動機實際循環(huán)與評價指標　第一節(jié) 四行程發(fā)動機的實際循環(huán)　　一、發(fā)動機的示功圖　　二、發(fā)動機的實際循環(huán)過程　　三、發(fā)動機實際循環(huán)的損失　第二節(jié) 發(fā)動機的指示性能指標　　一、發(fā)動機工作的評價指標　　二、指示功　　三、發(fā)動機的指示性能指標的計算　第三節(jié) 發(fā)動機的有效性能指標　　一、有效扭矩、有效功率和有效功　　二、發(fā)動機有效性能指標的計算　第四節(jié) 發(fā)動機的強化指標與運轉(zhuǎn)性能　　一、發(fā)動機速度指標　　二、發(fā)動機強化指標　　三、發(fā)動機的耐久可靠性　第五節(jié) 機械損失與機械效率　　一、機械損失的組成　　二、機械效率　　三、機械損失的測定方法　　四、機械損失和機械效率的影響因素　第六節(jié) 發(fā)動機的熱平衡和能量的合理利用　　一、發(fā)動機熱平衡　　二、發(fā)動機能量的合理利用　第七節(jié) 提高發(fā)動機性能指標的途徑　　一、決定動力輸出的“量”與“質(zhì)”的兩大因素　　二、燃料與可燃混合氣　　三、燃料及可燃混合氣的利用效率與性能指標的關系　　四、影響發(fā)動機動力性、經(jīng)濟性的因素　本章小結(jié)　思考題和習題第四章 發(fā)動機換氣過程　第一節(jié) 四行程發(fā)動機的換氣過程　　一、換氣過程的各階段　　二、換氣損失　第二節(jié) 四行程發(fā)動機的充量系數(shù)　　一、充量系數(shù)解析式　　二、影響充量系數(shù)的因素　第三節(jié) 提高發(fā)動機充量系數(shù)的措施　　一、降低進氣系統(tǒng)的阻力　　二、合理設計配氣定時　　三、采用可變配氣定時技術　　四、有效利用進排氣動態(tài)效應　本章小結(jié)　思考題和習題第五章 發(fā)動機燃料與燃燒　第一節(jié) 發(fā)動機的傳統(tǒng)燃料　　一、烴的分類、構(gòu)成和性質(zhì)　　二、汽油和柴油的使用特性　　三、燃料特性引起的發(fā)動機工作模式上的差異　第二節(jié) 發(fā)動機代用燃料　　一、氣體燃料　　二、液體燃料　第三節(jié) 燃燒熱化學　　一、lkg燃料完全燃燒所需的理論空氣量　　二、過量空氣系數(shù)9I。>1時完全燃燒產(chǎn)物的數(shù)量　　三、燃料熱值與混合氣熱值　第四節(jié) 燃燒的基礎知識　　一、著火與燃燒　　二、烴的氧化反應　　三、自燃與點燃　　四、發(fā)動機的燃燒模式　本章小結(jié)　思考題和習題第六章 汽油機混合氣的形成和燃燒　第一節(jié) 汽油機的燃燒過程　　一、正常燃燒過程　　二、不規(guī)則燃燒　　三、不正常燃燒　　四、運轉(zhuǎn)因素對燃燒的影響　第二節(jié) 汽油機混合氣制備原理　　一、汽油機混合氣濃度與性能的關系　　二、汽油機各工況下的理想混合氣濃度　　三、汽油機混合氣的形成方法　第三節(jié) 電控汽油噴射系統(tǒng)　　一、電控汽油噴射系統(tǒng)控制原理　　二、電控汽油噴射系統(tǒng)基本組成　第四節(jié) 汽油機的燃燒室和燃燒系統(tǒng)　　一、汽油機對燃燒室的要求　　二、汽油機燃燒室內(nèi)的氣體流動　　三、汽油機燃燒系統(tǒng)的發(fā)展　本章小結(jié)　思考題和習題第七章 柴油機混合氣的形成與燃燒　第一節(jié) 柴油機燃燒與放熱　　一、柴油機燃燒過程　　二、柴油機燃燒放熱規(guī)律　第二節(jié) 柴油機混合氣的形成原理　　一、燃油的噴射與霧化　　二、燃燒室與混合氣形成　第三節(jié) 柴油機燃燒過程的優(yōu)化　　一、燃燒優(yōu)化過程的基本原則　　二、噴射過程的優(yōu)化　　三、柴油機的預混合燃燒　第四節(jié) 柴油機電控噴射技術　　一、位置控制式燃油噴射系統(tǒng)　　二、時間控制式電控燃油噴射系統(tǒng)　本章小結(jié)　思考題和習題第八章 發(fā)動機的排放　第一節(jié) 發(fā)動機排放物的種類及危害　　一、概速　　二、發(fā)動機排放污染物的危害　第二節(jié) 發(fā)動機有害排放物的生成機理　　一、汽油機、柴油機有害排放物比較　　二、有害排放物的生成機理　　……第九章 發(fā)動機運行特征與車輛匹配第十章 發(fā)動機性能參數(shù)的調(diào)節(jié)與控制第十一章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓第十二章 發(fā)動機動力學

章節(jié)摘錄

　　以上探索和實踐導致了一個現(xiàn)代實用簡便交通工具——自行車的發(fā)明。1790年，法國人塞呼拉克發(fā)明了自行車。但這些交通工具仍然受制于一個現(xiàn)實：動力不夠強大和穩(wěn)定，依然要靠人力等。也就是說自行走式車輛的行駛需要一個合適的動力機?！　∑囀侨祟?0世紀最偉大的發(fā)明之一，而汽車的概念及其發(fā)展是從蒸汽機的發(fā)明開始的。作為汽車動力的發(fā)動機，從蒸汽機開始，其發(fā)展歷程遵從了“適者生存”的法則，在車用動力小型化、輕量化、高功率、高效率化的要求下，從蒸汽汽車發(fā)展到內(nèi)燃汽車，推動了汽車動力不斷發(fā)展?！　《?、蒸汽機的發(fā)明與改進和作為汽車動力的使用　　16世紀末至17世紀初，當時物理學上進行了關于蒸汽、大氣和真空的相互作用三個重大實驗，即英國包爾塔的蒸汽壓力實驗、托里拆利（流體力學奠基人之一）和帕斯卡的大氣壓力實驗以及那末格里凱的真空作用實驗，為蒸汽動力技術的產(chǎn)生奠定了實驗科學基礎。　　法國著名物理學家、工程師巴本（Denis Papin，1647-1712），從煉鐵廠使用的活塞式風箱中受到啟發(fā)，將風箱變?yōu)槠?，風箱中的活塞變?yōu)槠字械幕钊?。先向汽缸底部注入少量的水，再把汽缸放到火上加熱。當汽缸?nèi)的水沸騰后，蒸汽推動活塞上升；然后把火從汽缸下抽掉，讓汽缸內(nèi)的蒸汽冷凝，汽缸內(nèi)產(chǎn)生真空，在大氣壓推動下，活塞下降。通過這一實驗，巴本總結(jié)出兩個重要結(jié)論：　?、倮谜羝麎毫Α⒋髿鈮毫?、真空的相互作用，可以推動活塞及其活塞桿做往復直線運動?！　、谶\動產(chǎn)生的機械動力可以帶動其他機械運動。　　由此發(fā)明了帶有活塞的蒸汽泵，之后，考慮到蒸汽壓力過大可能會引起汽缸爆炸，所以又發(fā)明了安全閥。　　繼巴本之后，英國機械工程師賽維利（T.Save~y，1650-1715）根據(jù)包爾塔的蒸汽壓力原理，汽缸內(nèi)不采用活塞，只接有吸水管、排水管和進氣管。當鍋爐里的蒸汽經(jīng)過進氣管進入汽缸后被冷卻，造成的真空把礦井中的水經(jīng)吸水管吸出，再將蒸汽注入汽缸，所產(chǎn)生的壓力就把水從排水管排出。其實，這是一個蒸汽泵?！　⊥旭R斯·紐卡門（Tlaomas Newcomen）在賽維利蒸汽泵的基礎上引入巴本的活塞裝置，先使蒸汽進入汽缸推動活塞，再通過水龍頭向汽缸內(nèi)噴濺冷水進行冷卻，使活塞返回。這樣，在蒸汽壓力、大氣壓力和真空度的相互作用下，活塞可做往復運動。經(jīng)過反復試制，1712年紐卡門蒸汽機問世?！　≌羝麢C的問世，激發(fā)了許多科學家的創(chuàng)造性思維。1764年，瓦特研究了紐卡門蒸汽機的兩大缺點，即燃料消耗量大、效率低，且只能做往復直線運動，除了用于礦井抽水之外，再也沒有其他用途，而蒸汽浪費達八成以上。為此，瓦特提出了采用與汽缸分離的冷凝器設計方案，并在汽缸外面加絕熱套，使汽缸保持高溫狀態(tài)。同時，在冷凝器與汽缸之間用一個調(diào)節(jié)閥相連接，使二者既能連通又能分開。這樣，既能把做功后的蒸汽引入汽缸外的冷凝器進行冷卻，使汽缸內(nèi)產(chǎn)生真空，又避免了汽缸在冷、熱過程中的熱量損失。1769年，瓦特因發(fā)明冷凝器而獲得他在革新紐卡門蒸汽機過程中的第一項專利。

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