發(fā)動(dòng)機(jī)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(fèi)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(yīng)用型、職業(yè)型人才的需求增長也很快，設(shè)置車輛工程、交通運(yùn)輸、汽車運(yùn)用等專業(yè)的院校也越來越多，還有更多的院校（科技學(xué)院或二級學(xué)院）招收三本學(xué)生。傳統(tǒng)上，上述專業(yè)在學(xué)習(xí)發(fā)動(dòng)機(jī)原理課程之前，應(yīng)開設(shè)工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)等課程，但這兩門課程內(nèi)容多、課時(shí)長、難度大。由于教學(xué)改革的需要，上述課程被壓縮了學(xué)時(shí)，也有的院校取消了這兩門課程?！　?yán)格說來，學(xué)習(xí)發(fā)動(dòng)機(jī)原理，沒有熱力學(xué)方面的知識作基礎(chǔ)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(dòng)機(jī)基本理論部分，包括第一章“熱機(jī)與熱功轉(zhuǎn)換的基本規(guī)律”和第二章“發(fā)動(dòng)機(jī)的理論循環(huán)”。該部分主要講述熱力學(xué)基本知識，注重工程實(shí)際，緊密結(jié)合汽車用往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)，知識點(diǎn)以夠用為度。另外，由于很多院校的這方面專業(yè)不再開設(shè)“發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)”課程，所以本書增加發(fā)動(dòng)機(jī)基本力學(xué)的內(nèi)容，即第十二章“發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力學(xué)”，以保證汽車類專業(yè)學(xué)生知識結(jié)構(gòu)的基本完整性?！　榱耸箤W(xué)生在學(xué)習(xí)過程中抓住主線和重點(diǎn)，本書按照“熱功轉(zhuǎn)換的基本規(guī)律一動(dòng)力的輸出與能量利用一燃燒與排放一發(fā)動(dòng)機(jī)性能的測試、調(diào)控與應(yīng)用一往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)力學(xué)分析”的知識脈絡(luò)安排教學(xué)，并注重介紹與實(shí)驗(yàn)有關(guān)的內(nèi)容。每章前配有“學(xué)習(xí)要點(diǎn)”，章后配有“本章小結(jié)”以及思考題和習(xí)題?！　≡趯Πl(fā)動(dòng)機(jī)新技術(shù)的介紹方面，本書以加強(qiáng)針對性和應(yīng)用性為原則，密切跟蹤發(fā)動(dòng)機(jī)新技術(shù)發(fā)展趨勢，對新舊技術(shù)內(nèi)容進(jìn)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(jī)電控、柴油機(jī)電控、新的內(nèi)燃機(jī)燃燒系統(tǒng)和燃燒模式、混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)技術(shù)等。在介紹發(fā)動(dòng)機(jī)新技術(shù)時(shí)，根據(jù)其特點(diǎn)適當(dāng)安排章節(jié)，如新的內(nèi)燃機(jī)燃燒系統(tǒng)和燃燒模式分別合并于汽油機(jī)、柴油機(jī)的有關(guān)燃燒與排放章節(jié)；混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)技術(shù)作為“發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)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(jì)普通高等院校汽車專業(yè)系列教材之一，針對應(yīng)用型本科學(xué)生而編寫。以突出應(yīng)用性為原則，按照“熱功轉(zhuǎn)換的基本規(guī)律一動(dòng)力的輸出與能量利用一燃燒與排放一發(fā)動(dòng)機(jī)性能的測試、調(diào)控與應(yīng)用一往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)力學(xué)分析”的知識脈絡(luò)為主線，介紹發(fā)動(dòng)機(jī)工作的有關(guān)原理。與國內(nèi)其他教材相比，《發(fā)動(dòng)機(jī)原理》在第一章、第二章介紹了熱機(jī)與熱功轉(zhuǎn)換的基本規(guī)律和發(fā)動(dòng)機(jī)的理論循環(huán)，主要講述熱力學(xué)基本知識，為學(xué)習(xí)發(fā)動(dòng)機(jī)原理奠定基礎(chǔ)。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)新技術(shù)發(fā)展趨勢，對新舊技術(shù)內(nèi)容進(jìn)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(jī)電控、柴油機(jī)電控、新的內(nèi)燃機(jī)燃燒系統(tǒng)和燃燒模式、混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)技術(shù)等?！　”緯勺鳛檐囕v工程、交通運(yùn)輸、汽車運(yùn)用等專業(yè)教材，也可供?？粕?+2等層次的汽車類專業(yè)學(xué)生選用。

書籍目錄

緒論 車用動(dòng)力發(fā)展史　第一節(jié) 蒸汽機(jī)的發(fā)明和作為汽車動(dòng)力的使用　　一、人類對自行走式車輛的探索　　二、蒸汽機(jī)的發(fā)明與改進(jìn)和作為汽車動(dòng)力的使用　第二節(jié) 四行程理論與內(nèi)燃機(jī)的發(fā)明　　一、四行程理論及其實(shí)現(xiàn)　　二、內(nèi)燃機(jī)在汽車上的應(yīng)用　第三節(jié) 車用內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展歷程　　一、車用內(nèi)燃機(jī)的主要標(biāo)志性技術(shù)　　二、車用內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展方向　第四節(jié) 電力驅(qū)動(dòng)在汽車上的應(yīng)用　　一、電動(dòng)汽車的研發(fā)歷史　　二、電動(dòng)汽車的種類第一章 熱機(jī)與熱功轉(zhuǎn)換的基本規(guī)律　第一節(jié) 熱能在熱機(jī)中轉(zhuǎn)換為機(jī)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(biāo)圖　　三、功和熱量　　四、熱力學(xué)　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(jì)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(jī)循環(huán)　　二、熱力學(xué)　第二定律　本章小結(jié)　思考題和習(xí)題第二章 發(fā)動(dòng)機(jī)的理論循環(huán)　第一節(jié) 四行程發(fā)動(dòng)機(jī)理論循環(huán)的計(jì)算　　一、對發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)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(jì)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(xí)題第三章 發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)與評價(jià)指標(biāo)　第一節(jié) 四行程發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán)　　一、發(fā)動(dòng)機(jī)的示功圖　　二、發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán)過程　　三、發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)的損失　第二節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)的指示性能指標(biāo)　　一、發(fā)動(dòng)機(jī)工作的評價(jià)指標(biāo)　　二、指示功　　三、發(fā)動(dòng)機(jī)的指示性能指標(biāo)的計(jì)算　第三節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)的有效性能指標(biāo)　　一、有效扭矩、有效功率和有效功　　二、發(fā)動(dòng)機(jī)有效性能指標(biāo)的計(jì)算　第四節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)的強(qiáng)化指標(biāo)與運(yùn)轉(zhuǎn)性能　　一、發(fā)動(dòng)機(jī)速度指標(biāo)　　二、發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化指標(biāo)　　三、發(fā)動(dòng)機(jī)的耐久可靠性　第五節(jié) 機(jī)械損失與機(jī)械效率　　一、機(jī)械損失的組成　　二、機(jī)械效率　　三、機(jī)械損失的測定方法　　四、機(jī)械損失和機(jī)械效率的影響因素　第六節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)的熱平衡和能量的合理利用　　一、發(fā)動(dòng)機(jī)熱平衡　　二、發(fā)動(dòng)機(jī)能量的合理利用　第七節(jié) 提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)的途徑　　一、決定動(dòng)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(biāo)的關(guān)系　　四、影響發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性的因素　本章小結(jié)　思考題和習(xí)題第四章 發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過程　第一節(jié) 四行程發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)充量系數(shù)的措施　　一、降低進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力　　二、合理設(shè)計(jì)配氣定時(shí)　　三、采用可變配氣定時(shí)技術(shù)　　四、有效利用進(jìn)排氣動(dòng)態(tài)效應(yīng)　本章小結(jié)　思考題和習(xí)題第五章 發(fā)動(dòng)機(jī)燃料與燃燒　第一節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)工作模式上的差異　第二節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)代用燃料　　一、氣體燃料　　二、液體燃料　第三節(jié) 燃燒熱化學(xué)　　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(shí)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(chǔ)知識　　一、著火與燃燒　　二、烴的氧化反應(yīng)　　三、自燃與點(diǎn)燃　　四、發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒模式　本章小結(jié)　思考題和習(xí)題第六章 汽油機(jī)混合氣的形成和燃燒　第一節(jié) 汽油機(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)因素對燃燒的影響　第二節(jié) 汽油機(jī)混合氣制備原理　　一、汽油機(jī)混合氣濃度與性能的關(guān)系　　二、汽油機(jī)各工況下的理想混合氣濃度　　三、汽油機(jī)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(jī)的燃燒室和燃燒系統(tǒng)　　一、汽油機(jī)對燃燒室的要求　　二、汽油機(jī)燃燒室內(nèi)的氣體流動(dòng)　　三、汽油機(jī)燃燒系統(tǒng)的發(fā)展　本章小結(jié)　思考題和習(xí)題第七章 柴油機(jī)混合氣的形成與燃燒　第一節(jié) 柴油機(jī)燃燒與放熱　　一、柴油機(jī)燃燒過程　　二、柴油機(jī)燃燒放熱規(guī)律　第二節(jié) 柴油機(jī)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(jī)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(jī)的預(yù)混合燃燒　第四節(jié) 柴油機(jī)電控噴射技術(shù)　　一、位置控制式燃油噴射系統(tǒng)　　二、時(shí)間控制式電控燃油噴射系統(tǒng)　本章小結(jié)　思考題和習(xí)題第八章 發(fā)動(dòng)機(jī)的排放　第一節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)排放物的種類及危害　　一、概速　　二、發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物的危害　第二節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)有害排放物的生成機(jī)理　　一、汽油機(jī)、柴油機(jī)有害排放物比較　　二、有害排放物的生成機(jī)理　　……第九章 發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行特征與車輛匹配第十章 發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)的調(diào)節(jié)與控制第十一章 發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣渦輪增壓第十二章 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力學(xué)

章節(jié)摘錄

　　以上探索和實(shí)踐導(dǎo)致了一個(gè)現(xiàn)代實(shí)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(gè)現(xiàn)實(shí)：動(dòng)力不夠強(qiáng)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(gè)合適的動(dòng)力機(jī)。　　汽車是人類20世紀(jì)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(jī)的發(fā)明開始的。作為汽車動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)，從蒸汽機(jī)開始，其發(fā)展歷程遵從了“適者生存”的法則，在車用動(dòng)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(dòng)了汽車動(dòng)力不斷發(fā)展?！　《?、蒸汽機(jī)的發(fā)明與改進(jìn)和作為汽車動(dòng)力的使用　　16世紀(jì)末至17世紀(jì)初，當(dāng)時(shí)物理學(xué)上進(jìn)行了關(guān)于蒸汽、大氣和真空的相互作用三個(gè)重大實(shí)驗(yàn)，即英國包爾塔的蒸汽壓力實(shí)驗(yàn)、托里拆利（流體力學(xué)奠基人之一）和帕斯卡的大氣壓力實(shí)驗(yàn)以及那末格里凱的真空作用實(shí)驗(yàn)，為蒸汽動(dòng)力技術(shù)的產(chǎn)生奠定了實(shí)驗(yàn)科學(xué)基礎(chǔ)?！　》▏锢韺W(xué)家、工程師巴本（Denis Papin，1647-1712），從煉鐵廠使用的活塞式風(fēng)箱中受到啟發(fā)，將風(fēng)箱變?yōu)槠祝L(fēng)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。?dāng)汽缸內(nèi)的水沸騰后，蒸汽推動(dòng)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(dòng)下，活塞下降。通過這一實(shí)驗(yàn)，巴本總結(jié)出兩個(gè)重要結(jié)論：　?、倮谜羝麎毫?、大氣壓力、真空的相互作用，可以推動(dòng)活塞及其活塞桿做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)?！　、谶\(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械動(dòng)力可以帶動(dòng)其他機(jī)械運(yùn)動(dòng)?！　∮纱税l(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(jī)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(jìn)氣管。當(dāng)鍋爐里的蒸汽經(jīng)過進(jìn)氣管進(jìn)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(shí)，這是一個(gè)蒸汽泵?！　⊥旭R斯·紐卡門（Tlaomas Newcomen）在賽維利蒸汽泵的基礎(chǔ)上引入巴本的活塞裝置，先使蒸汽進(jìn)入汽缸推動(dòng)活塞，再通過水龍頭向汽缸內(nèi)噴濺冷水進(jìn)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(fù)運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過反復(fù)試制，1712年紐卡門蒸汽機(jī)問世?！　≌羝麢C(jī)的問世，激發(fā)了許多科學(xué)家的創(chuàng)造性思維。1764年，瓦特研究了紐卡門蒸汽機(jī)的兩大缺點(diǎn)，即燃料消耗量大、效率低，且只能做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，除了用于礦井抽水之外，再也沒有其他用途，而蒸汽浪費(fèi)達(dá)八成以上。為此，瓦特提出了采用與汽缸分離的冷凝器設(shè)計(jì)方案，并在汽缸外面加絕熱套，使汽缸保持高溫狀態(tài)。同時(shí)，在冷凝器與汽缸之間用一個(gè)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(jìn)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(jī)過程中的第一項(xiàng)專利。

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