发动机原理

林学东

博士，1959年出生，吉林大学汽车学院教授、博士生导师。1982年1月吉林工业大学内燃机专业毕业后留校任教，先后获得硕士学位和博士学位。19931995年公派到日本ISUZU汽车公司大型柴油机设计部进修;1998-1999年受国家委派作为高级访问学者到日本九州大学工学部合作研究DI-CNG发动机燃烧机理;2007-2008年以专家身份受聘于韩国机械研究院合作研究清洁发动机燃烧技术。长期以来主要从事内燃机燃烧过程优化控制、电子控制技术、内燃机噪声控制及整车动力匹配方面的研究。发表论文80余篇，出版《车用发动机电子控制技术》《汽车动力匹配技术》《现代汽车动力传动装置的控制技术》等专著和教材4部，参编《汽车构造》等教材2部。

前言

第一章绪论1

第一节内燃机的发展1

一、内燃机概念的形成1

二、从内燃机草图到蒸汽机2

三、蒸汽革命——蒸汽汽车时代3

四、四冲程理论与内燃机的发明5

五、内燃机汽车的问世6

第二节内燃机在汽车上的应用8

一、汽车的基本结构8

二、三种动力的竞争9

三、内燃机汽车发展的几个阶段10

第三节电动汽车的盛衰11

一、电动汽车的发明11

二、电动汽车衰落的原因14

三、电动汽车的复兴14

第四节电动汽车用电机的类型及特点15

一、直流电机15

二、交流电机16

三、无刷直流电机17

四、开关磁阻电机18

第五节电池的类型及特点19

一、蓄电池20

二、燃料电池24

第二章内燃机的循环及性能评价

指标34

第一节概述34

第二节内燃机的理论循环35

一、卡诺循环与内燃机的动力循环35

二、三种理论循环36

三、理论循环的评价37

四、理论循环的比较38

第三节内燃机的实际循环及其评价指标40

一、实际循环40

二、评价指标42

第四节内燃机的有效性能指标43

一、动力性指标44

二、经济性指标46

三、排放指标47

第五节机械损失49

一、机械效率49

二、内燃机的机械损失49

三、机械损失的测定50

第六节曲柄连杆机构的动力传递原理51

一、活塞的运动规律51

二、曲柄连杆机构的受力分析53

三、多缸机曲轴输出转矩特性55

第七节热平衡56

第三章内燃机的换气过程59

第一节四冲程内燃机的换气过程59

一、排气过程59

二、进气过程61

三、配气定时及气门叠开现象61

四、换气损失62

第二节充气效率及影响因素63

一、充气效率63

二、影响充气效率的因素64

第三节提高充气效率的措施66

一、减小进气系统阻力66

二、合理选择配气定时70

三、有效利用进气管的动态效应74

四、有效利用排气管的波动效应78

第四节增压技术78

一、增压器的类型和增压内燃机的特点78

二、废气涡轮增压器的能量回收82

三、增压器的工作原理及其特性曲线85

第五节排气再循环系统89

一、概述89

二、排气再循环系统的分类90

第四章内燃机的燃料与燃烧96

第一节内燃机燃料及其提炼96

一、石油中烃的分类及性质96

二、燃料的提炼方法及其对燃料性能的

影响98

三、代用燃料及其特性98

第二节内燃机燃料及其使用特性102

一、柴油102

二、汽油105

三、汽油、柴油性能的差异对发动机

性能的影响108

第三节燃烧热化学109

一、1kg燃料完全燃烧所需的理论

空气量109

二、过量空气系数110

三、a＞1时完全燃烧的产物及数量111

四、燃料热值与混合气热值112

第四节燃烧的基本知识112

一、自燃着火理论112

二、内燃机的燃烧方式118

第五节内燃机燃料及燃烧方式的发展

趋势122

一、内燃机燃料的发展趋势122

二、内燃机燃烧方式的发展趋势124

第五章汽油机混合气的形成和燃烧127

第一节汽油机混合气形成及热功转换

特点127

一、外部形成混合气的特点127

二、缸内直喷式混合气的形成特点130

三、空燃比与发动机性能的关系131

第二节汽油机的燃烧过程133

一、点火过程133

二、正常燃烧过程134

三、不正常燃烧141

四、使用因素对燃烧过程的影响143

第三节汽油机燃料喷射量的控制144

一、电控汽油喷射系统145

二、质量流量式电控汽油喷射系统的

喷射量控制147

三、速度密度式电控汽油喷射系统的

喷射量控制156

第四节汽油机燃烧组织方式及燃烧室160

一、对燃烧室的基本要求160

二、燃烧室内的气流特性162

三、典型燃烧室163

四、汽油机分层给气和稀薄燃烧系统164

第五节汽油机的有害排放物及其控制172

一、汽油机的有害排放物及其产生

机理172

二、影响汽油机排放特性的因素176

三、汽油机排放控制技术178

四、汽油机的增压及米勒循环179

第六章柴油机混合气的形成和燃烧182

第一节柴油机热功转换的特点182

第二节柴油机的燃烧过程183

一、燃烧阶段的划分184

二、燃烧放热规律185

三、柴油机有害排放物的生成机理186

四、柴油机排放控制策略192

五、柴油机的燃烧噪声193

六、冷起动特性193

第三节燃油喷射和雾化194

一、对燃料喷射系统的要求194

二、燃油喷射雾化特性195

三、喷射系统197

第四节柴油机混合气的形成与燃烧室217

一、柴油机混合气的形成方式218

二、高速直喷燃烧室结构及其混合气的

形成特点220

三、燃烧室内气流特性及其评价方法222

第五节燃烧过程的影响因素224

一、喷雾特性与燃烧室内气流特性的

匹配224

二、影响燃烧过程的运转因素230

第六节柴油机的排放控制技术232

一、机内措施233

二、后处理技术236

第七章发动机的特性242

第一节概述242

一、发动机的工况242

二、发动机的试验台架243

三、发动机的试验方法249

四、发动机特性的分析方法250

第二节发动机的负荷特性252

一、汽油机的负荷特性252

二、柴油机的负荷特性253

三、汽油机和柴油机负荷特性的区别254

第三节发动机的速度特性255

一、汽油机的速度特性255

二、柴油机的速度特性257

三、汽油机和柴油机速度特性的比较260

第四节发动机的万有特性261

第五节增压器与发动机的性能匹配264

一、增压比的选择265

二、增压中冷265

三、涡轮增压器与发动机的匹配原理.....266

第六节EGR对发动机性能的影响.........272

第八章发动机与汽车动力传动系统的匹配275

第一节现代汽车动力传动系统275

第二节汽车动力传动装置及主要参数的确定278

一、动力传动装置及其作用278

二、动力传动系统主要性能参数的选择283

第三节汽车行驶基本原理及特性286

一、牵引力286

二、汽车的行驶特性.287

第四节发动机与动力传动装置的匹配289

一、发动机性能与汽车性能之间的关系290

二、汽车万有特性及评价292

三、整车性能匹配方法294

第五节燃油车整车性能的改进途径305

一、发动机性能的改进305

二、合理选择底盘参数310

三、行车速度的控制312

参考文献313

适读人群 ：能动、车辆工程等专业高校师生

本书遵循教育部教指委相关指导文件和高等院校学生学习规律编写而成。践行四新理念，融入思政元素，注重理论与实践相结合。

本书结合汽车动力源多元化的发展趋势, 在全面、系统地介绍不同动力源 (内燃机、电动机) 及电池的类型、基本工作原理的基础上, 着重阐述四冲程内燃机热功转换的基本原理、特点、性能分析方法, 不同燃料发动机的混合气形成及燃烧机理, 有害排放物及其生成机理, 并从整车性能匹配与评价角度, 讲述汽车动力传动系统的匹配方法和改善发动机性能的技术措施。全书共八章, 主要内容包括: 车用动力源 (能源) 的类型及其发展史、四冲程内燃机能量转换的理论循环与实际循环、换气过程及提高充气效率的具体措施、燃料与燃烧、汽油机混合气的形成和燃烧、柴油机混合气的形成和燃烧、发动机特性曲线的分析、发动机与汽车动力传动系统的匹配等。书中内容以电控发动机控制策略为主, 以提高整车性能为目标, 强调发动机工作过程的控制方法和节能减排途径。