内燃机原理

一、课程介绍

本课程面向能源与动力工程（汽车发动机方向）专业本科生，是在完成“工程热力学”和“内燃机构造”课程之后开设的一门主要专业必修课。

本课程的目的是使学生掌握内燃机的性能指标及评价方法、内燃机工作过程及能量转化和耗损原理，内燃机燃烧过程组织及其对性能和有害物排放的关联性，车用内燃机典型工况特性以及影响因素；了解提高内燃机性能指标的途径和代表性技术，为合理使用、正确标定和优化设计内燃机以及能源转化利用、燃烧优化控制领域深入研究打下一定的理论基础，并初步掌握车用内燃机的试验方法和实验技能。

Introduction

“Principles of Internal-Combustion Engine”, offered after specified courses of “Engineering Thermodynamics” and “Internal-Combustion Engine Conformation”, is a compulsory course for the undergraduate students majored in Energy and Power Engineering (automotive engine branch).

This course mainly discusses the internal combustion engine about the work mechanism, evaluation indexes, performances and their determining or modifying factors, and helps the students to get a deeper understanding about some effective technologies to improve internal-combustion engine’s performance and grasp the main theories about the combustion and energy conversion. What’s more, some basic test methods and skills of automotive engine test will be mentioned briefly.

课程基本信息

二、教学大纲

1. 教学目的

本课程的目的是使学生掌握内燃机的性能指标及评价方法指标、内燃机工作过程及能量转化和耗损原理，内燃机燃烧过程组织及其对性能和有害物排放的关联性，车用内燃机使用工况典型内燃机的特性以及影响因素；了解提高内燃机性能指标的途径和代表性技术措施，为合理使用、正确调整标定和优化设计内燃机以及深入研究打下一定的理论基础，并初步掌握车用内燃机的试验方法和实验技能。

2. 教学要求

1、掌握内燃机的性能指标、工作过程及能量转化及耗损原理、燃烧组织及优化原则、内燃机典型工况特性以及影响因素。

2、了解内燃机节能减排的途径、措施和代表性技术。

3、掌握合理使用，正确调整和设计内燃机以及能源转化及利用、燃烧优化及控制领域深入研究的理论基础。

4、初步掌握内燃机的试验方法并培养其基本实验技能。

3. 预备知识或先修课程要求

本课程是能源与动力工程专业本科生继工程热力学和内燃机构造课程之后的一门主要专业理论课，是能源与动力工程专业（汽车发动机方向）本科生的必修课。先修课程包括：工程制图、理论力学、材料力学、工程材料、机械制造技术基础、机械原理、机械设计、机械精度设计基础、工程流体力学、工程热力学、传热学和内燃机构造。

4. 教学方式

   以课堂讲授为主，课后自习和大作业为辅，同时配合4个实验（柴油机喷油参数调整试验、柴油机负荷特性实验、汽油机燃烧参数调整试验、汽油机总功率特性试验）。

5. 实验环境和设备

   实验在能源与动力大楼实验室进行。设备包含完整的进气道喷射汽油机、增压直喷汽油机、增压直喷共轨柴油机全参数测控试验平台及有害物排放测试、内燃机监控参数测试设备、内燃机燃烧参数柔性调节标定系统等。

6．课程教学内容及学时分配

第1章 绪论（2学时）

1.1 内燃机在国民经济中的作用（1学时）

1.2 内燃机的发展历史、关键进展、目前面临的挑战与今后努力方向（0.5学时）

1.3 本课程的任务、要求和学习方法（0.5学时）

教学重点：绪论应着重介绍内燃机在国民经济中的重要作用以及内燃机的发展历史、面临挑战及努力方向。通过本章学习，使学生了解内燃机的发展历程，正确对待内燃机及其他动力装置相互依存关系，明确课程学习的具体要求和方法，培养对课程学习的兴趣。

习题作业：无

学习要求：了解内燃机在国民经济中的重要性、面临挑战及努力方向，提升该课程学习的积极性。

第2章 内燃机的性能指标（4学时）

2.1 内燃机性能指标分类、内涵、分类及计算公式（3学时）

2.2内燃机其它性能简介（1学时）

教学重点：通过部分的讲授和学习，使学生掌握内燃机的性能指标定义、物理意义，计算公式。了解内燃机性能指标的广泛性、全面性、规范性；明确内燃机性能提升的综合性和矛盾性。

习题作业：明确内燃机性能的综合性及矛盾性（可选）

学习要求：了解内燃机性能指标内涵及分类，掌握内燃机测试循环分类及制定规则，明确油耗法规、排放法规发展历史及当前限值，了解内燃机其它性能测试方法。

第3章 内燃机工作过程及能量耗损原理（10学时）

3.1 四冲程内燃机循实际工作过程、环理论抽象及能量损耗分析（3学时）*A

3.2内燃机换气过程及换气损失（3学时）

3.3 内燃机压缩、膨胀过程特征及能量损耗（2学时）

3.4 内燃机燃烧过程要求及能量损耗（1学时）

3.5 内燃机热/能量平衡（1学时）

教学重点：以四冲程内燃机实际工作循环各阶段为切入点，与卡诺循环、奥托循环、迪塞尔循环等理想热力循环为比对，通过换气、压缩膨胀、燃烧、能量传递等各个环节工作历程讲授内燃机作为热功转化动力机械的能量转化、耗损原理。

习题作业：内燃机理论循环、实际工作过程热力参数计算方法及对性能影响规律（可选）

学习要求：掌握内燃机工作循环的独特性、高效性及能量耗损机制。

第4章 燃料与燃烧（6学时）

4.1 内燃机燃料的一般知识（0.5学时）

4.2 汽油的使用指标（1学时）

4.3 柴油的使用指标（1学时）

4.4 燃烧化学（1.5学时）

4.5 燃烧理论初步（2学时）

教学重点：本部分的学习和讲授，使学生了解碳氢化合物中碳原子数和分子结构对燃料理化特性的影响及发动机燃料的生产方法；掌握汽油的馏出温度、汽油辛烷值的概念和意义及提高汽油辛烷值的措施，柴油低温流动性、蒸发性、粘度、十六烷值的概念及其对柴油使用性能的影响；掌握理论空气量、过量空气系数、燃料热值及混合气热值计算公式；掌握热力自燃和链锁反应的概念，以及传播式燃烧、扩散燃烧和混合燃烧的概念。

习题作业：基于燃烧化学的混合气参数计算（可选）

学习要求：了解碳氢化合物中碳原子数和分子结构对燃料理化特性的影响及发动机燃料的生产方法；掌握汽油10%、50%、90%馏出出温度，汽油辛烷值的概念和意义及提高汽油辛烷值的措施；掌握理论空气量、过量空气系数、燃料热值及混合气热值的概念和计算公式；掌握热力自燃和链锁反应的概念，以及传播式燃烧、扩散燃烧和混合燃烧的概念。

第5章 汽油机燃烧过程（6学时）

5.1 汽油机燃烧过程分析（1学时）

5.2 汽油机爆震燃烧和表面点火（1学时）

5.3 汽油机循环燃烧变动及多缸机进气充量分配的均匀性（1学时）

5.5 使用、调整因素对汽油机燃烧过程的影响（1.5学时）

5.6 汽油机混合气制备及燃烧室（1.5学时）

教学重点：本部分的学习和讲授，使学生掌握汽油机正常燃烧过程中着火落后期（滞燃期）、火焰传播期（明显燃烧期）、后燃期的划分和特点，火焰传播速度、质量燃烧速度、平均压力升高率的概念和影响因素；掌握汽油机爆震燃烧、表面点火现象产生的原因、危害、影响因素和抑制的原则和措施；掌握汽油机循环变动的概念、危害、产生原因及减少循环变动的措施，汽油多缸机进气充量分配不均匀性的概念、产生原因及对汽油机性能的影响和实现均匀分配的主要措施；掌握点火提前角、混合气成分、转速和负荷对汽油机燃烧过程的影响，汽油机点火提前角调整特性、燃料调整特性的定义、制取方法和曲线历程分析，掌握最佳点火提前角的概念及其随转速和负荷的变化关系；掌握汽油机燃烧室设计的要求，设计要点及典型燃烧室的特点。

习题作业：汽油机不同燃烧状态示功图及放热率曲线对比（可选）

学习要求：掌握汽油机正常燃烧过程中，着火落后期、火焰传播期、后燃期的划分和特点。掌握火焰传播速度、质量燃烧速度、平均压力升高率的概念和影响因素；掌握汽油机爆震燃烧、表面点火现象产生的原因、危害、影响因素和消除的原则和措施；掌握汽油机循环变动的概念、危害、产生原因及减少循环变动的措施。掌握汽油多缸机进气充量分配不均匀性的概念、产生原因及对汽油机性能的影响和实现均匀分配的主要措施。（4）掌握点火提前角、混合气成分、转速和负荷对汽油机燃烧过程的影响。掌握汽油机点火提前角调整特性、燃料调整特性的定义、制取方法和曲线历程分析。掌握最佳点火提前角的概念及其随转速和负荷的变化关系。（5）掌握汽油机燃料供给系基本工作原理，燃烧室设计的要求，设计要点及对典型燃烧室的分析。

第6章 柴油机燃烧过程与燃烧室（6学时）

6.1 柴油机的混合气制备及特征（1学时）

6.2 柴油机的燃烧过程（1学时）

6.3 使用、调整因素对柴油机燃烧过程的影响（2学时）

6.4 柴油机燃料供给系和燃烧室（2学时）

教学重点：本部分的学习和讲授，使学生掌握柴油机混合气形成的特点与方式、喷雾的形式、特性及影响因素，空气运动对混合气形成的影响；掌握柴油机燃烧过程的进行与四个阶段的划分，柴油机工作粗暴产生的原因，影响因素及控制途径；掌握燃料、供油提前角、转速和负荷对柴油机燃烧过程的影响；掌握直喷式燃烧室的结构特点、参数选择、气流运动和混合气形成方式及主要优缺点；掌握涡流室式燃烧室混合气形成方式和特点及涡流室的设计要点和主要优缺点；掌握予燃室式燃烧室混合气形成的特点，予燃室设计要点及主要优缺点；掌握各种燃烧室的特点及柴油机燃烧室选型要点。

习题作业：柴油机示功图、放热率曲线特征（可选）

学习要求：（１）掌握柴油机混合气形成的特点与方式、喷雾的形式、特性及影响因素，掌握空气运动对混合气形成的影响；掌握柴油机燃烧过程的进行与四个阶段的划分。柴油机工作粗暴产生的原因，影响因素及控制途径；了解柴油机燃料供给系基本原理，直喷式燃烧室的结构特点、参数选择、气流运动和混合气形成方式及主要优缺点；了解分割式燃烧室混合气形成方式及其主要优缺点。

第7章 内燃机典型工况特性（6学时）

7.1 内燃机常用工况及特性（1学时）

7.2 典型工况内燃机特性（2学时）

7.3 整车工况匹配要求及实现方法（2学时）

7.4 标准测试循环及内燃机标定方法简介（1学时）

教学重点：通过本部分的学习，使学生掌握固定式发动机、船用主机、车用发动机工况特点、发动机特性的概念及发动机动力性和经济性指标与工作过程参数之间的关系；掌握万有特性的制取方法及基于万有特性的工况匹配途径；简述车用内燃机平衡原理；工况多变性、瞬变性性能劣化机制；测试循环局限性及整机标定原则。

习题作业：万有特性绘制（可选）

学习要求：掌握固定式发动机、船用主机、车用发动机工况特点、发动机特性的概念及发动机动力性和经济性指标与工作过程参数之间的关系；掌握万有特性的制取方法、工况匹配及整机标定原则。

7、实验项目内容、学时分配、实验小组

8、考核要求、考核方式及成绩评定标准

课程最终成绩由期末成绩与平时综合成绩两部分构成，其中期末成绩占70%，采用闭卷考试形式进行考核；平时综合成绩由作业、课堂讨论、实验报告等综合评定，占总成绩的30%。

课程最终成绩采用百分制进行评分。

9、其他说明

根据行业发展最新动态，授课内容可以有所更新。

授课过程中引入“内燃机节能减排典型技术”课间引导式讨论环节，讨论内容包括但不限于如下方面：节能减排基本原则；典型节能减排技术原理及效果。

讨论重点：从内燃机能量转化及耗损、有害物生成条件及机理、排放后处理系统必要性和典型装置入手讨论节能减排技术的必要性及与内燃机工作循环的关联性。

习题作业：典型节能减排技术文献报告（可选）。

学习要求：了解典型节能减排技术原理、必要性、发展现状及前景。