《内燃机学》课程教学大纲
课程编号：
适用专业：汽车服务工程专业
学时数：32
学分数：2.0
执笔者：
编写日期：2013年9月
一、课程的性质和目的
《汽车发动机原理》是四年制本科生汽车服务工程专业的一门学科基础课。本课程的任务是使学生获得发动机的基本工作循环和性能、发动机的换气过程与增压技术、发动机混合气形成和燃烧、发动机性能的评价、发动机特性及发动机性能试验方法等知识。通过本课程的学习，使学生掌握发动机性能提高和合理使用的基本原理，以及发动机实验的基本技能，为本专业学生日后的工作打下坚实的基础。
二、课程的教学内容和学时分配
第一章 概论（2学时）
教学内容：
发动机的分类，对汽车动力装置的要求，新型汽车能源。
教学要求：
了解发动机的分类和现代发动机的发展，了解对汽车动力装置的要求及汽车常用的能源。
重点：
发动机的分类。
难点：
无。
第二章 发动机的工作循环和性能（4学时）
教学内容：
发动机理论循环，发动机的实际循环，指示指标，有效指标，指标测量，机械损失及测量，热平衡。
教学要求：
了解发动机的理论循环和实际循环过程，掌握发动机理论循环与实际循环的差异，熟记指示指标、有效指标和机械损失，掌握发动机两类指标和机械损失的测量方法，了解发动机的热平衡。
重点：
发动机的实际工作循环，指示指标、有效指标及机械损失。
难点：
实际循环的各项损失，熟记各项性能指标。
第三章 发动机的换气过程与增压（4学时）
教学内容：
增压技术基础，发动机的换气过程，充气效率，影响因素，换气损失，提高充气效率和降低换气损失的措施，废气涡轮增压器的组成及工作原理，车用发动机的增压系统。
教学要求：
了解增压的基本概念和增压方式，掌握发动机的换气过程、充气效率及其影响因素，掌握提高发动机充气效率和降低换气损失的措施，了解废气涡轮增压器的组成及工作原理，了解车用发动机的增压系统。
重点：
发动机的换气过程，充气效率及其影响因素，提高充气效率和降低换气损失的措施。
第二章发动机的性能指标1.研究理论循环的目的是什么？理论循环与实际循环相比，主要作了哪些简化？答:目的：1.用简单的公式来阐明内燃机工作过程中各基本热力参数间的关系，明确提高以理论循环热效率为代表的经济性和以平均有效压力为代表的动力性的基本途径2.确定循环热效率的理论极限，以判断实际内燃机经济性和工作过程进行的完善程度以及改进潜力3.有利于分析比较发动机不同循环方式的经济性和动力性简化：1.以空气为工质，并视为理想气体，在整个循环中工质的比热容等物理参数为常数，均不随压力、温度等状态参数而变化2.将燃烧过程简化为由外界无数个高温热源向工质进行的等容、等压或混合加热过程，将排气过程即工质的放热视为等容放热过程3.把压缩和膨胀过程简化成理想的绝热等熵过程，忽略工质与外界的热交换及其泄露等的影响4.换气过程简化为在上、下止点瞬间开和关，无节流损失，缸内压力不变的流入流出过程。2.简述发动机的实际工作循环过程。四冲程发动机的实际循环由进气、压缩、燃烧、膨胀、排气组成3.排气终了温度偏高的原因可能是什么？有流动阻力，排气压力>大气压力，克服阻力做功，阻力增大排气压力增大,废气温度升高。负荷增大Tr增大；n升高Tr增大，∈+，膨胀比增大，Tr减小。4.发动机的实际循环与理论循环相比存在哪些损失？试述各种损失
形成的原因。答：1.传热损失，实际循环中缸套内壁面、活塞顶面、气缸盖底面以及活塞环、气门、喷油器等与缸内工质直接接触的表面始终与工质发生着热交换2.换气损失，实际循环中，排气门在膨胀行程接近下止点前提前开启造成自由排气损失、强制排气的活塞推出功损失和自然吸气行程的吸气功损失3.燃烧损失，实际循环中着火燃烧总要持续一段时间，不存在理想等容燃烧，造成时间损失，同时由于供油不及时、混合气准备不充分、燃烧后期氧不足造成后燃损失以及不完全燃烧损失4.涡流和节流损失实际循环中活塞的高速运动使工质在气缸产生涡流造成压力损失。分隔式燃烧室，工质在主副燃烧室之间流进、流出引起节流损失5.泄露损失活塞环处的泄漏无法避免5.提高发动机实际工作循环效率的基本途径是什么？可采取哪些措施？答：减少工质比热容、燃烧不完全及热分解、传热损失、提前排气等带来的损失。措施：提高压缩比、稀释混合气等6.为什么柴油机的热效率要显著高于汽油机?柴油机拥有更高的压缩比，7.什么是发动机的指示指标？主要有哪些？以工质在气缸内对活塞做功为基础，评定发动机实际工作循环质量
《发动机原理》课后习题答案
第⼀章
1简述发动机的实际⼯作循环过程。
发动机的实际循环是由进⽓、压缩、燃烧、膨胀和排⽓五个过程组成的，较理论循环复杂很多。
1) 进⽓过程。为了使发动机连续运转，必须不断吸⼊新鲜⼯质，此时进⽓门开启，排⽓门关闭，活塞由上⽌点向下⽌点移动。、
2) 压缩过程。此时进排⽓门均关闭，活塞由下⽌点向上⽌点移动，缸内⼯质受到压缩，温度、压⼒不断上升，增⼤作功过程的温差，获得最⼤限度的膨胀⽐，提⾼热功转化效率，为燃烧过程创造有利条件。
3) 燃烧过程。此时进排⽓门均关闭，活塞处在上⽌点前后，作⽤是将燃料的化学能转变为热能，使⼯质的压⼒、温度升⾼。
4) 膨胀过程。也称作功过程，此时进排⽓门均关闭，⾼温、⾼压的⼯质推动活塞，由上⽌点向下⽌点移动⽽膨胀作功，⽓体的压⼒和温度也随即迅速降低。
5) 排⽓过程。当膨胀过程接近终了时，排⽓门打开，废⽓开始靠⾃⾝压⼒⾃由排⽓，膨胀过程结束后，活塞由下⽌点返回上⽌点，将⽓缸内的废⽓排除。2画出四冲程发动机实际循环的⽰功图，它与理论⽰功图有什么不同？说明指⽰功的概念和意义。
图a、b分别为柴油机和汽油机实际循环和理论循环的⽰功图⽐较，理论循环中假设⼯质⽐热容是定值，⽽实际⽓体随温度等因素影响会变⼤，⽽且实际循环中还存在泄露损失。换⽓损失燃烧损失等，这些损失的存在，会导致实际循环放热率低于理论循环。指⽰功时指⽓缸内完成⼀个⼯作循环所得到的有⽤功Wi，指⽰功Wi反映了发动机⽓缸在⼀个⼯作循环中所获得的有⽤功的数量。
3 提⾼发动机实际⼯作循环热效率的基本途径是什么？可采取哪些基本措施？
提⾼实际循环热效率的基本途径为：减⼩⼯质传热损失，燃烧损失，换⽓损失，不完全燃烧损失，⼯质流动损失，⼯质泄漏损失，提⾼⼯质的绝热指数。
可采取的基本措施是：1）减⼩燃烧室⾯积，缩短后燃⽓能减⼩传热损失。2）
采⽤最佳点⽕提前⾓和供油提前⾓能减少提前燃烧损失或后燃损失。3）采⽤多⽓门，最佳配⽓相位和最优进排⽓系统能减少换⽓损失。4）加强燃烧室⽓流运动，改善混合器均匀性，优化混合⽓浓度能减少不完全燃烧损失。5）优化燃烧室结构减少缸内流动损失。6）采⽤合理的配缸间隙，提⾼各密封⾯的密封性减少⼯质泄漏损失。
作业：
哪种发动机是均质混合气内燃机，哪种是分层混合气内燃机？缸内直喷发动机是哪个类型？
解答：
内燃机按混合气形成方式可分为均质混合气内燃机和分层混合气内燃机。
（1）均质混合气内燃机
均质混合气内燃机是指进入燃烧室的燃油，在进气行程与压缩行程中完成与空气的充分混合，并在点火的一刹那使缸内行程较为均匀的混合气，确保稳定点火。
最古老的化油器汽车均采用均质混合气燃烧。
单点汽油机喷射系统就是属于均质混合气内燃机，因为单点汽油机喷射汽油机将喷油器安装在节气门前的区段中，是将汽油喷射到进气总管，之后与空气混合流入进气歧管，进入气缸时燃料已与空气充分混合接近均匀状态。
多点电喷（岐管喷射，进气道喷射）也是属于均质混合气内燃机，因为多点电喷（岐管喷射）将喷油嘴安装在进气歧管进气门口处，汽油喷射到进气管内进气门背面，与空气混合之后进入燃烧室。
缸内直喷进气冲程早喷汽油机属于均质燃烧汽油机，在进气冲程燃料便喷入气缸内，在进气和压缩冲程燃油有足够的时间和空气混合，在可燃混合气燃烧时，已达到均质混合。
均质混合是比较传统的混合器形成方式，像本田丰田很多款汽车依然坚持多点电喷均值混合，如：丰田5GR-FE，丰田4T-GTE发动机。
（2）分层混合气内燃机
分层混合气内燃机是指在压缩行程喷入燃油，随着压缩行程的进行燃油与空气混合，直至点火时刻，从火花塞到缸壁，燃油浓度由浓到稀。保证其有效点火，火焰传播也正常，从而提高燃油经济性。 柴油机将喷油嘴安装在气缸顶部，将燃料直接喷入气缸。二冲程柴油机燃料浓度不均，属于分层燃烧。
缸内直喷压缩冲程晚喷汽油机属于分层燃烧汽油机，因在压缩冲程将燃料喷入气缸，故燃油来不及和空气混合便压缩点火。
常见的分层混合气内燃机如：马自达PE-VPR，日产MP20DD，福特1.6LECOBoost，大众EA211，奔驰V6的发动机。
（3）缸内直喷发动机
缸内直喷发动机分为进气冲程早喷的均质混合气内燃机，和压缩冲程晚喷的分层混合气内燃机，原理与典型例子上文已介绍，不再赘述。
