汽车发动机原理与汽车理论 第八章
汽车发动机原理8章2(王建昕)
8.4 PFI汽油机的燃烧室
（a）浴盆形（Bathtub type）燃烧室
形状像椭圆形浴盆，在双侧或单侧（右图）设置挤气面；
Department of Automotive Engineering Tsinghua University
8.4 PFI汽油机的燃烧室
汽油机的燃烧室设计直接影响充气系数、燃烧放热速率、散热损 失、循环波动以及爆燃等，从而影响动力性、经济性和排放性。
8.3.4 PFI汽油机混合气形成过程
混合气形成过程包含喷雾、液 滴的破碎-蒸发、油束碰壁、油膜的 蒸发-剥离-流动，以及混合气的湍 流运动。
以最具代表性的进气门关闭喷射（闭 阀喷射）为例，其混合气形成过程可分为 两个阶段：
进气道中的喷油雾化蒸发
缸内蒸发混合
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微观油气混合更均匀 形成足够的湍流强度以加快火焰传播速度 减小壁面淬熄层厚度以降低HC排放 扫除火花塞处的废气 注意：气流运动过强无必要，反而增加流动和散热损失，使着火困难。
(5) 足够的进排气门流通截面
以使提高ηv （提高功率），降低进气阻力（降低油耗）
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第8章 汽油机的混合气形成及燃烧过程
主要内容： 汽油机的燃烧过程及其特点
汽油机的不正常燃烧
汽油机的混合气形成
汽油机燃烧室及其特性
汽油机电子控制系统与控制技术
稀薄燃烧与缸内直喷式汽油机
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第八章 汽车发动机、动力学基础
喷油提前角 发动机负荷 发动机转速
燃料性质
1.2 发动机的性能指标
1.发动机指示性能指标
发动机指示性能指标是用来 衡量工质工作循环进行得好坏的 指标。常用的动力性指示指标有 平均指示压力和指示功率，经济 性指示指标有指示燃料消耗率和 指示热效率。
1.2 发动机的性能指标
2.发动机有效性能指标
1.1 发动机的燃烧过程
1.汽油机的燃烧
2）汽油机的非正常燃烧 汽油在气缸内的非正常燃烧主要有爆燃和表面点火。 （1）爆燃 当火花塞点火后，正常火焰传来之前，处在末端还未燃烧的混合气由于受到压缩和热辐射 的作用，温度不断升高，最终导致自燃并急速燃烧的现象称为爆燃。 （2）表面点火 由燃烧室内的炽热部分（排气门头端面、火花塞电极、金属凸出点或积炭等）点燃混合气 的现象称为表面点火。
2.1 汽车受力分析
3.附着力
在汽车技术中，把车轮与路面的相互 摩擦以及轮胎花纹与路面凸起部分的相互 作用综合在一起，称为附着作用。由附着 作用所决定的阻碍车轮打滑的路面反作用 力的最大值就称为附着力。
附着力的大小，取决于路面对驱动轮 的法向反作用力和车轮与路面间附着性能 的附着系数。附着系数的大小受路面与轮 胎的附着情况（路面的种类和状况、轮胎 的结构和气压）、汽车行驶速度等因素的 影响。
机关事业单位技术工人等级 考试教材：汽车驾驶员
第八章 汽车发动机、动力学基础
目录
CONTENTS
1
发动机原理与汽油在气缸内正常燃烧过程
Ⅰ—备燃期；Ⅱ—速燃期；Ⅲ—后燃期
1.1 发动机的燃烧过程
1.汽油机的燃烧
1）汽油机的正常燃烧 汽油在气缸内燃烧时间很短 ，要求在上止点附近迅速完成燃烧 （若以转速5 000 r/min为例，不 到6 ms内燃烧需完成）。根据汽 油在气缸内正常燃烧过程中气缸压 力的变化及其点火因素的不同，燃 烧过程可分为备燃期、速燃期和后 燃期三个阶段，如果8-1所示。
《发动机原理及汽车理论》课程教案
《发动机原理及汽车理论》课程教案第一章：发动机概述1.1 发动机的定义与功能1.2 发动机的分类1.3 发动机的性能指标1.4 发动机的发展历程第二章：内燃机工作原理2.1 内燃机的工作循环2.2 内燃机的四个冲程2.3 内燃机的燃烧过程2.4 内燃机的排放控制第三章：发动机主要部件3.1 气缸体与气缸盖3.2 活塞与连杆3.3 曲轴与飞轮3.4 配气机构3.5 燃油系统第四章：汽车理论4.1 汽车的动力学4.2 汽车的阻力4.3 汽车的制动4.4 汽车的操控性第五章：发动机的维修与保养5.1 发动机的维护保养知识5.2 发动机的故障诊断5.3 发动机的维修方法5.4 发动机的更换部件第六章：汽油发动机燃油喷射系统6.1 燃油喷射系统的作用6.2 开环燃油喷射系统6.3 闭环燃油喷射系统6.4 直喷式与歧管喷射式燃油喷射系统第七章：柴油发动机原理与技术7.1 柴油发动机的特点7.2 柴油发动机的工作原理7.3 柴油发动机的喷油泵与喷油器7.4 柴油发动机的排放控制技术第八章：发动机电子控制单元（ECU）8.1 ECU的功能与结构8.2 ECU的工作原理8.3 ECU的编程与升级8.4 ECU在发动机控制中的应用第九章：汽车动力系统匹配与优化9.1 动力系统匹配的原则9.2 发动机与变速箱的匹配9.3 动力系统的优化方法9.4 动力系统的节能与环保技术第十章：汽车发动机发展趋势与新技术10.1 混合动力发动机10.2 燃料电池发动机10.3 发动机轻量化材料10.4 发动机智能化与自动化重点和难点解析一、发动机的定义与功能：重点关注发动机的功能，以及它在汽车中的重要性和作用。
补充和说明发动机不仅是汽车的动力源泉，还直接关系到汽车的性能、燃油经济性和排放水平。
二、内燃机的工作循环：重点关注内燃机的工作循环和四个冲程。
补充和说明内燃机的工作循环是发动机运行的基础，对其深入了解有助于理解发动机的性能和效率。
《发动机原理及汽车理论》课程教案
《发动机原理及汽车理论》课程教案第一章：发动机概述1.1 发动机的定义与作用解释发动机的概念阐述发动机在汽车中的重要性1.2 发动机的分类介绍往复式发动机和旋转式发动机比较四冲程发动机和二冲程发动机1.3 发动机的主要性能参数介绍发动机排量、功率、扭矩等参数解释这些参数对发动机性能的影响第二章：发动机的工作原理2.1 往复式发动机的工作原理解释四个冲程的作用和顺序阐述燃烧过程和能量转化过程2.2 旋转式发动机的工作原理介绍旋转式发动机的结构和工作原理比较旋转式发动机与往复式发动机的优缺点2.3 发动机的效率解释发动机效率的概念分析影响发动机效率的因素第三章：发动机的构造与设计3.1 发动机的组成部分介绍气缸、活塞、曲轴等主要部件阐述各部件的作用和相互关系3.2 发动机的设计与制造介绍发动机设计的原则和方法阐述发动机制造的工艺和流程3.3 发动机的维修与保养介绍发动机的维修方法和注意事项强调定期保养对发动机性能的重要性第四章：汽车理论4.1 汽车的动力学解释牛顿运动定律在汽车运动中的应用阐述汽车的加速度、速度和制动距离等概念4.2 汽车的操纵性和平稳性介绍汽车操纵性和平稳性的评价指标分析影响汽车操纵性和平稳性的因素4.3 汽车的经济性和环保性解释汽车燃油消耗和排放物的概念阐述提高汽车经济性和环保性的措施和方法第五章：发动机与汽车的关系5.1 发动机与汽车的匹配介绍发动机选型和汽车设计的关系阐述发动机与汽车性能的匹配原则5.2 发动机的改装与优化介绍发动机改装的方法和注意事项阐述改装对发动机性能的影响5.3 新能源汽车与发动机技术介绍新能源汽车的类型和特点分析新能源汽车对发动机技术的影响和挑战第六章：内燃机燃烧过程与排放控制6.1 内燃机燃烧过程解释燃烧过程的四个阶段分析燃烧效率与发动机性能的关系6.2 排放控制技术介绍排放控制的基本原理阐述催化转化器、微粒过滤器等排放控制装置的作用6.3 排放标准与环保要求解读国内外排放标准分析环保要求对发动机设计和制造的影响第七章：电喷发动机技术7.1 电喷发动机概述解释电喷发动机的工作原理阐述电喷技术在提高发动机性能方面的优势7.2 电喷系统的组成与工作原理介绍电喷系统的核心部件分析电喷系统的工作流程和控制策略7.3 电喷发动机的维修与诊断介绍电喷发动机的维修注意事项阐述电喷发动机故障诊断的方法和技巧第八章：涡轮增压技术8.1 涡轮增压技术概述解释涡轮增压的工作原理阐述涡轮增压技术在提高发动机性能方面的优势8.2 涡轮增压系统的组成与工作原理介绍涡轮增压系统的核心部件分析涡轮增压系统的工作流程和控制策略8.3 涡轮增压发动机的维修与保养介绍涡轮增压发动机的维修注意事项强调涡轮增压发动机保养的重要性第九章：混合动力汽车技术9.1 混合动力汽车概述解释混合动力汽车的工作原理阐述混合动力技术在提高汽车性能和环保方面的优势9.2 混合动力系统的组成与工作原理介绍混合动力系统的核心部件分析混合动力系统的工作流程和控制策略9.3 混合动力汽车的维修与保养介绍混合动力汽车的维修注意事项强调混合动力汽车保养的重要性第十章：未来发动机技术发展趋势10.1 发动机节能与减排技术介绍节能减排技术的研究方向分析这些技术对发动机性能的影响10.2 新型发动机技术阐述氢发动机、电动汽车等新型发动机技术分析这些技术在汽车行业中的应用前景10.3 发动机技术与汽车产业的可持续发展讨论发动机技术在促进汽车产业可持续发展方面的作用分析可持续发展对发动机技术和汽车产业的影响第十一章：发动机控制系统11.1 发动机控制系统的概述解释发动机控制系统的功能和重要性阐述发动机控制系统的基本组成11.2 电子控制单元（ECU）介绍ECU的作用和功能分析ECU在发动机控制中的作用11.3 发动机控制策略阐述发动机的燃油喷射、点火时机等控制策略分析这些策略对发动机性能的影响第十二章：发动机试验与测试技术12.1 发动机试验概述解释发动机试验的目的和方法阐述发动机试验的重要性12.2 发动机试验设备与技术介绍发动机试验设备及其功能分析发动机试验技术的应用和发展12.3 发动机测试与诊断阐述发动机测试的方法和技巧分析发动机诊断技术的应用和发展第十三章：汽车动力系统集成与优化13.1 汽车动力系统集成解释汽车动力系统集成的概念和重要性阐述动力系统集成的方法和策略13.2 汽车动力系统优化介绍动力系统优化的目标和方法分析优化技术在提高汽车性能方面的作用13.3 动力系统集成与优化的挑战与发展方向讨论动力系统集成与优化的挑战和难题阐述未来动力系统集成与优化的研究方向和发展方向第十四章：汽车动力性能仿真与分析14.1 汽车动力性能仿真概述解释动力性能仿真的概念和重要性阐述动力性能仿真的方法和应用14.2 动力性能仿真软件与技术介绍动力性能仿真软件及其功能分析动力性能仿真技术的应用和发展14.3 动力性能仿真与实验的对比与结合讨论动力性能仿真与实验的优缺点阐述如何将仿真与实验相结合以提高汽车性能第十五章：汽车动力系统故障诊断与维修15.1 汽车动力系统故障诊断概述解释动力系统故障诊断的概念和重要性阐述动力系统故障诊断的方法和技巧15.2 故障诊断工具与技术介绍故障诊断工具及其功能分析故障诊断技术的应用和发展15.3 动力系统维修与保养阐述动力系统维修的原则和方法强调定期保养对动力系统性能的重要性重点和难点解析本文档详细介绍了《发动机原理及汽车理论》课程的教案，涵盖了发动机概述、工作原理、构造与设计、与汽车的关系、燃烧过程与排放控制、电喷发动机技术、涡轮增压技术、混合动力汽车技术、未来发动机技术发展趋势、发动机控制系统、发动机试验与测试技术、汽车动力系统集成与优化、汽车动力性能仿真与分析以及汽车动力系统故障诊断与维修等十五个章节。
自考《汽车发动机原理与汽车理论》复习题(汽车发动机原理部分)(含答案)
第二章发动机工作循环及性能指标一、选择题：1、在机械损失中，占比例最大的的是_____D__。
A.驱动附属机构的损失B.排气损失C.进气损失D.摩擦损失2、单位气缸工作容积的循环有效功称之为____A_____。
A.升功率B.有效热效率C.有效扭矩D.平均有效压力3、当发动机油门位置固定，转速增加时____A______。
A.平均机械损失压力增加，机械效率减小B.平均机械损失压力减小，机械效率增加C.平均机械损失压力减小，机械效率减小D.平均机械损失压力增加，机械效率增加4、发动机的有效功We与所消耗的燃油发出的热量Q1的比值称之为_____B_____。
A.有效燃油消耗率B.有效热效率C.有效扭矩D.平均有效压力5、关于发动机性能指标的描述不正确的是______B____。
Ａ.指示指标是以工质在气缸内对活塞做功为基础的性能指标。
Ｂ.指示指标是考虑到机械损失的指标。
]Ｃ.有效指标它是以曲轴对外输出的功为基础的性能指标。
D.有效指标用来评定发动机性能的好坏。
6、发动机单位气缸工作容积每循环做的指示功称为______A____。
A.平均指示压力B.循环指示功C.有效功率D.平均有效压力7、评价发动机经济性的指标是_____D_____。
A.平均有效压力B.有效扭矩C.有效功率D.有效热效率8、评价发动机动力性的指标是____D______。
A.有效燃油消耗率B.有效热效率C.每小时的油耗量D.平均有效压力9、发动机负荷一定，当转速增加时，则______A____。
A.机械效率下降B.平均机械损失压力下降C.指示功率增加D.平均指示压力增加第三章发动机的换气过程一、选择题：1、发动机的整个换气过程约占曲轴转角的______D______CA。
Ａ.180~270 Ｂ.300~360 Ｃ.340~400 Ｄ.410~480(2、关于发动机换气过程的描述不正确的是_______A______。
Ａ.强制排气阶段排出的废气量大于自由排气阶段排出的废气量。
现代汽车发动机原理第8章 发动机增压
1915 瑞士 Alfred Buchi 排气涡轮增压发动机 1921年，装有压气机的汽油机第一次使用 年 现代内燃机增压技术： 现代内燃机增压技术： 增压压力、温度、 增压压力、温度、流量 排气温度、 排气温度、涡轮转速 增压器电子控制技术
8.2 废气涡轮增压器 组成：涡轮和压气机。 工作过程：废气经排气管进入涡轮，对涡轮 做功，涡轮叶轮与压气机叶轮同轮，从而带 动压气机吸入外界空气并压缩后送至发动机 进气管。增压中冷发动机在压气机出口和发 动机进气管入口之间增设中间冷却器。 分为两大类：径流式涡轮增压器和轴流式涡 轮增压器。一般大型柴油机多采用轴流式； 而车用发动机多采用径流式，以适应高转速 及较高响应性能的要求。
机械增压器 (COMPRESSOR)
Roots supercharger
Twin-screw supercharger
机械增压器( 机械增压器 COMPRESSOR)
Sliding Vane Compressor
Spiral Supercharger
机械增压器( 机械增压器 COMPRESSOR)
机械负荷及热负荷增加 加速响应性能变差 对低速转矩有不利的影响 增压发动机性能的进一步 优化， 优化，受到增压器及中冷 器的限制 。
8.1.3增压技术的发展与现状
1907 美国 Louis Renault 机械增压发动机 1910 Murray Wi11at 二冲程旋转式汽油机， 二冲程旋转式汽油机，
废气涡轮增压（turbocharging） 废气涡轮增压（turbocharging）
TURBOCHARGOR） 废气涡轮增压器 （TURBOCHARGOR）
8.2.1离心式压气机的工作原理与特性
CENTRIFUGAL COMPRESSOR PEFORMANCE
发动机原理第八章发动机特性
柴油机经济性比汽油机好， gemin大约 低20-30%。
2、找出提高汽车经济性的途径
提高汽车的负荷率。 在动力性足够时，尽量提高发动机工作时的 负荷率，选用功率较小的发动机。
3、柴油机功率标定
? ↓，燃速↑-ηi↑ 机械损失相对 ↓-ηm↑ →ge↓ 直至 gemin。 负荷再增加 , α↓-ηi↓ ge又上升。
负荷↑↑混合气量↑ α↓ 所以Gf↑
二、柴油机的负荷特性
（一）定义： 当柴油机保持转速不变，
改变循环供油量 ? g时，ge随 负荷而变化的关系。
性
ge
?
k1'
?
?i
1
?? m
汽油机点火提前角调整特性
随运转情况而变化的关系称性能特性(或使用特性 ) 发动机主要特性包括： 负荷特性、速度特性、调
速特性、万有特性、烟度特性、排放特性等。
第一节 负荷特性
定义：
转速不变时，其经济性指标随负荷而变化 的关系。
用曲线表示→负荷特性曲线。 负荷率：发动机发出的扭矩与在该转速下 最大扭矩之比，用百分数表示。
第三节 柴油机的调速特性
一、柴油机上安装调速性的必要性
1、怠速转速不稳； 2、怠速易熄火； 3、高速易飞车
造成上述问题的根本原因是Δg随转速的增加 而增加，所以调速器工作时，Δg应随转速的增 加而减少。
二、全程式调速器
1、定义：
从最低 转速到 最高转 速都起 作用的 调速器。
调速弹簧 加速
推力盘
一、汽油机的速度特性
（一）外特性
1 节气门开 、 度一定， 主 α基本不随 要 n而变化 工