北航《汽车发动机原理》教学大纲

《汽车发动机原理》教学大纲总学时：34

学分：2

一、课程的性质、目的和任务

汽车发动机原理是以发动机性能指标为主要研究对象的一门理论性较强的专业课程，是车辆工程、热能与动力工程和交通运输工程专业的核心课程。通过本门课程的学习，要使学生通过汽车构造的学习知道“是什么”的基础上，深入学习“为什么”，并在学习中掌握汽车发动机工作过程各项性能指标的概念和内涵及其影响因素，熟悉汽车发动机基本理论、一般工作过程和实际工作循环的特点，学习内燃机的充量更换、燃料供给与调节、混合气的形成与燃烧以及污染物的生成与排放控制等方面的工作原理及影响因素，能运用所学知识，分析提高内燃机各种工作性能指标、降低排放的技术措施和适用条件，了解当今国内外内燃机技术的新发展，同时进一步掌握发动机方面的英文专业词汇。初步具有利用发动机的基本原理解决实际问题的专业技术应用能力，培养熟知汽车发动机原理的研究型或设计型人才。本课程不仅为车辆工程、热能与动力工程和交通运输工程专业后继课程的学习提供了理论依据，而且为学生日后的工作打下坚实的基础。

根据近年来发动机的发展动向及该专业的培养目标，结合所选教材，讲授时可对各章节的内容作适当调整，必须注意在传授知识的同时着重培养能力。

二、课程的基本要求和主要内容

1、课程的基本要求

本课程主要讲授汽车发动机动力性、经济性指标及影响因素；汽车发动机使用的燃料特性以及汽车发动机的循环分析和能量利用程度分析；汽车发动机换气过程和影响循环充量的因素；汽车发动机增压技术原理；汽车发动机混合气的形成过程和燃料燃烧过程及其影响因素；汽车发动机的特殊燃烧问题及影响因素；汽车发动机燃料调节与控制技术；汽车发动机的燃烧室和调节参数优化；汽车发动机的运行特性以及与汽车的匹配；汽车发动机电子控制技术等。在实验环节教学中，介绍汽车发动机试验手段和方法、实验报告撰写规范以及对实验数据的处理分析。要求学生掌握：

1、汽车发动机中的基本概念和性能计算方法；

2、发动机燃料特性及其对影响；

3、发动机混合气的形成，不同燃烧方式特点和影响发动机燃烧特性的因素；

4、发动机燃料供给调节技术；

5、提高汽车发动机性能的方式；

6、目前汽车发动机存在的问题及发展方向；

7、汽车发动机运行特性及与汽车的匹配。

本课程教学的基本要求是：通过本课程的教学，使学生能过达到熟练掌握汽车发动机工作过程的性能指标，把握点燃式发动机和压燃式发动机的混合气形成、燃烧及排放等工作过程的特点，掌握充量更换规律、现代汽车发动机燃料供给与调节方式，学会分析各种因素对汽车发动机冲量更换、燃烧、排放的影响，能够综合运用发动机原理的知识分析实际工程中出现的问题，并提出相应解决问题的方法，在此基础上，能够对运用所学汽车发动机原理知识，分析汽车发动机强化、降低油耗和减少排放等各项技术的工作机理和工程实际的可行性。

本课程的重点和难点是气体流动特性分析；增压技术；燃烧过程和机理分析及对发动机性能的影响；发动机运行调节方法等。

先修课程：工程热力学、流体力学、传热学、内燃机构造等。

后续课程：内燃机设计、内燃机测试技术、内燃机排放及其控制、汽车发动机电子控制技术。

2、课程的主要内容绪论（2学时）

内容：本课程教学大纲教学计划及课程安排介绍，汽车发动机发展历史及技术发展情况，汽车发动机的分类和特点。

知识点：汽车发动机的技术发展历史[3]，汽车发动机的分类和特点[2]。

难点：无。第一章

性能指标与影响因素（4学时）

内容：1.示功图与指示性指标；2.发动机有效性能指标；3.机械损失与机械效率；4.提高汽车发动机动力性能与经济性能的途径。

知识点：示功图表示方法与制取，指示指标和有效指标及机械损失概念及个指标的计算方法[1]，提高发动机动力性能与经济性能的主要途径[2]*。

难点：各性能指标的影响因素分析。第二章

发动机工作循环（4学时）

内容：1.理论循环；2.实际循环；3.热力学模型。

知识点：内燃机的理论循环、实际循环及其差别[2]，各种循环热效率分析[1]，循环参数对发动机性能的影响分析[1]，实际循环的各种损失分析[2]，热力学模型的理论分析[3]*。

难点：循环热效率分析，循环参数对发动机性能的影响分析。第三章发动机燃料特性（2学时）

内容：1.发动机能源概述；2.燃料及其热化学性质；3.燃料燃烧化学分析。

知识点：目前世界汽车能源状况介绍[3]，碳氢燃料分类[3]，汽油与柴油燃料的特性[1]，汽油柴油燃料特性对发动机的影响[1]，理论空气量和化学计量空燃比计算[2]；残余废气系数的概念及影响因素[2]。

难点：汽油与柴油燃料的特性，汽油柴油燃料特性对发动机的影响，理论空气量及其计算。第四章

换气过程（5学时）

内容：1.四冲程内燃机进排气过程；2.内燃机增压技术；3.二冲程内燃机换气过程。

知识点：四冲程内燃机换气过程[1]；换气损失、泵气损失及其影响因素，充量系数及其影响因素[1]；增压对发动机动力性与经济性的影响，增压的主要方式，增压技术的优劣[1]；涡轮增压器与发动机的匹配[2]；二冲程发动机换气过程[3]；二冲程发动机实际压缩比、几何压缩比及冲程损失系数的概念，换气方式的分类与应用，换气质量评价[1]。

难点：四冲程内燃机换气过程；换气损失、泵气损失及其影响因素，充气效率及其影响因素。第五章

混合气形成和燃烧（8学时）

内容：1.缸内的气体流动；2.点燃式内燃机的燃烧分析；3.点燃式内燃机的燃烧室；4.压燃式内燃机的燃烧分析，5.压燃式内燃机的燃烧室。

知识点：缸内的空气运动,涡流、挤流、滚流和湍流[1]*；切向气道、螺旋气道及气道评价方法，湍流及其尺寸，湍流影响因素[3]*；火化塞点火过程，燃烧机理[1]；扩散燃烧与预混燃烧各自特点，着火条件及其影响因素[1]；点燃式内燃机的正常燃烧各个过程分析[1]；火焰传播速率，层流、湍流火焰传播速度极影响因素[2]；不同工况下燃烧过程的特点，点火提前角影响因素分析[1]；点燃式内燃机的非正常燃烧分析[1]；点燃式内燃机的燃烧室[2]*；压燃式内燃机的燃烧个过程分析[1]；压燃式内燃机的燃烧室设计要求、主要形式；燃烧室结构的匹配[3]*。

难点：扩散燃烧与预混燃烧各自特点，着火条件及其影响因素；正常燃烧各个过程分析；火焰传播速率，层流、湍流火焰传播速度极影响因素；不同工况下燃烧过程的特点，点火提前角影响因素分析；非正常燃烧分析。第六章

发动机燃料供给与调节（5学时）

内容：1.供给系统概述；2.燃料喷射过程；3.喷油泵结构与参数选择；4.喷油器结构与参数选择；5.异常喷射；6.调速器的工作特性与匹配分析；7.点燃式内燃机供给系统；8.柴油机电控高压喷射系统。

知识点：燃料供给与调节要求，系统的组成与工作原理[1]；柱塞泵燃料喷射过程，几何供油规律和喷油规律以及喷油规律的分析[1]；喷油泵、喷油器结构与参数选择[3]*；异常喷射—二次喷射、穴蚀、不稳定喷射[2]；速度特性与校正方法、机械式调速器工作特性[1]；柴油机电控高压喷射系统、原理、组成和优缺点[2]；点燃式内燃机供给系统—原理、组成[3]。

难点：柱塞泵燃料喷射过程，几何供油规律和喷油规律以及喷油规律的分析，异常喷射；速度特性与校正方法、机械式调速器工作特性。第七章

发动机使用特性与匹配（4学时）

内容：1.发动机的特性；2.发动机与工作机械的匹配。

知识点：发动机运行工况特点[3]；发动机速度特性、负荷特性和万有特性分析[1]；万有特性曲线绘制和应用[2]*；发动机功率标定与大气修正方法[2]*；如何更好地发挥发动机的动力性和经济性[1]；发动机与汽车之间的合理匹配[1]；发动机性能参数的调整和优化[2]。

难点：发动机速度特性、负荷特性和万有特性分析；如何更好地发挥发动机的动力性和经济性；发动机与汽车之间的合理匹配。

2、考核要求

1．了解内燃机的发展历史、现状及趋势。掌握指示指标的意义，指示功、平均指示压力、指示功率、指示热效率和指示燃油消耗率的定义和计算公式。掌握有效指标的意义，有效功率、平均有效压力、有效扭矩、活塞平均速度、有效功率和有效燃油消耗率、升功率、比重量的定义和计算公式。掌握发动机排放、噪声和冷起动性等性能的评价。掌握发动机机械损失的组成、各部分所占比例，掌握测定机械损失的方法，机械损失功率、平均机械损失压力、机械效率的定义及随发动机结构、转速、负荷和冷却水、润滑油温度的变化关系。掌握提高发动机动力性和经济性的主要途径和方向。

2．了解四行程发动机换气过程的进行及气体流动的特点，掌握配气定时，换气损失，泵气损失的概念及影响因素。掌握充气效率的定义及影响因素，每循环充量与每小时充量与发动机性能的关系。掌握残余废气系数的概念及影响因素。掌握在结构设计方面提高充气效率的措施。了解二冲程发动机换气过程的特点，掌握示功图、实际压缩比和几何压缩比及冲程损失系数的概念，换气方式的分类与应用，换气质量的评价。理解发动机进排气管内动态效应对提高充气效率的影响。掌握废气涡轮增压器的结构与工作原理、增压系统的两种基本形式、废气的能量利用、增压柴油机的特点与汽油机增压。

3．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%镏出温度、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、理论分子变更系数、实际分子变更系数的概念和计算公式，掌握燃料热值及混合气热值的概念。

4．掌握扩散燃烧和混合燃烧的概念。掌握汽油机正常燃烧过程中，着火落后期、火焰传播期、补燃期的划分和特点。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。了解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。了解汽油机燃烧室设计的要求，设计要点及对典型燃烧室的分析。掌握汽油机对混合气成分的要求。掌握汽油机电控供油系统在各个工况下的运行与控制策略。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。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。了解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。了解涡流室式燃烧室混合气形成方式和主要优缺点。了解预燃室式燃烧室混合气形成的主要优缺点。通过比较了解各种燃烧室的特点及柴油机燃烧室选型要点。

5．掌握几何供油规律、喷油规律的概念及喷油规律的测量方法，了解柱塞泵的工作原理，喷油泵参数选择及其对柴油机性能的影响。掌握油泵的速度特性及其校正方法。掌握喷油器的参数选择及其对柴油机性能的影响。掌握断续喷射、二次喷射、穴蚀和不规则喷射等现象产生的原因及消除措施。掌握电控柴油机燃料供给系统的组成、工作原理、控制策略。

6．了解固定式发动机、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。掌握发动机负荷特性的定义、用途及制取方法，汽油机、柴油机负荷特性分析和比较。掌握发动机速度特性及外特性的定义、制取方法和曲线历程分析。掌握外特性的意义、发动机扭矩储备系数、功率储备的概念。掌握柴油机使用调速器的必要性、二速调速器和全速调速器的工作原理和优缺点、调速特性的定义、制取和曲线历程分析、调速器的工作指标。掌握万有特性的制取方法和应用，理解发动机与汽车的匹配分析。

三、学时分配

1、课堂教学学时分配表章内

容参考课时讲

课实

验上

机0概论2

1性能指标与影响因素4

2发动机工作循环4

3发动机的燃料特性2

4换气过程5

5混合气形成和燃烧8

6燃料供给与调节5

7发动机的使用特性与匹配4

论述专题

合

计34

2、课外学时要求

至少达到课内学时的1.5倍。

四、关于能力培养的说明

通过本课程的教学,应使学生初步具备以下能力:

1.能够独立地阅读当今国内外汽车发动机方面的教材、参考书和文献资料,并能理解其主要内容和观点。

2.掌握汽车发动机原理的基本概念和基本理论,学会运用所学的知识分析发动机实际问题，掌握解决问题的一般性方法。

3.学会分析比较不同类型汽车发动机特点和用途，能够结合相关的知识灵活分析、综合判断、评价发动机工作的基本问题，掌握提高发动机的一般性途径。

4.要特别注意培养学生综合分析问题的能力,理论联系实际的能力和发现问题、提出问题、分析问题和初步解决问题的能力。

五、实验和习题

1、实验教学

汽车发动机实验教学的要求和内容在内燃机测试技术课程中给出，这里仅给出需要进行的实验。

发动机试验分类：基础实验（8个）、演示实验（5个）、仿真实验（4个）、自主实验（2个）、综合性实验（2个）。

基础试验包括：压力传感器、温度传感器等测试仪器仪表试验。

演示试验包括：发动机缸内压力测量，发动机振动噪声测量，发动机特性调整试验，发动机转速信号测量，燃烧分析试验。

仿真试验包括：发动爆震试验，发动机万有特性试验，发动机振动试验，缸内压力测量。

自主试验包括：进气流量系数和涡流比测量；喷油泵特性试验。

综合实验：发动机速度特性试验和负荷特性试验。

试验的基本要求为：学生应当在内燃机测试技术课程学习中，应完成基础实验、仿真试验、自主试验和综合实验。

在发动机台架、气道试验台和油泵试验台进行的实验如下：

实验一：柴油机进气测量(4学时)

进气流量系数及进气涡流比的测定

实验二：柴油机喷油泵特性实验（6学时）

喷油泵供油速度特性与各缸均匀性

实验三：汽油机速度特性与负荷特性（4学时）

[1]汽油机的速度特性

[2]汽油机的负荷特性

实验四：柴油机的速度特性和负荷特性（4学时）

[1]柴油机的速度特性

[2]柴油机的负荷特性

2、习题及分析论述专题

习题数量:约2～3题/学时，同时为方便学生复习和熟练掌握教学内容，学生可在习题库中自选部分习题。

分析论述专题：1.分析汽车排放控制法规对汽车发动机技术进展的影响。

2.分析能源战略对汽车发动机未来发展的影响。

六、教学参考书和媒体资料

教学参考书和媒体资料是建立在数字技术的发展以及网络教育基础上的，随着教学观念的更新，各种教学媒体的呈现方式日趋多样化，促进了教学向立体化、个性化方向发展。以提高教学能力为目标，以传统纸质教材为基础，以学科课程为中心，以多媒介、多形态、多用途、多层次的教学资源和多种教学服务为内容的结构性配套教学出版物的集合的立体化教材也逐渐地发展起来。为了适应当前的教育发展的形势，也为了促进立体化教材的发展，同时体现教师的教学特色，汽车发动机原理课程中不强调严格意义上的教材。仅是为便于教学管理和统一考试，而指定统一的主要教学参考书。

为了不同层次学生的自学需要，我们列出以下的参考书目供同学在教师的指导下选择：教材：

《内燃机学》主编：周龙保

出版社：机械工业出版社(第二版)

出版或修订时间：2000年参考书：

《柴油机原理》主编：刘元诚、吴锦翔、崔可润

出版社：大连海运学院出版社，1992

《内燃机原理》主编：刘永长

出版社：华中理工大学出版社，1992

《内燃机原理》主编：蒋德明

出版社：机械工业出版社，1988

《内燃机的排气净化》主编：崔心存、金国栋

出版社：华中理工大学出版社，1991

《柴油机设计》主编：陈大荣

出版社：国防工业出版社，1988

《Internalcombustionenginefundamentals》主编：John.B.Heywood出版社：McGraw-HillCompany,1988

《汽车发动机原理》主编：陈培陵

人民交通出版社

《汽车拖拉机发动机》主编：董敬、庄志、常思勤（第三版）,机械工业出版社；1999.3

《汽车发动机原理教程》主编：刘峥、王建昕（第一版），清华大学出版社，2001.9

《火花点火发动机的燃烧》主编：蒋德明

西安交通大学出版社，1992

《内燃机燃烧与排放学》主编：蒋德明

西安交通大学出版社，2001

《汽车新能源技术》主编：边耀璋

人民交通出版社，2003

《内燃机习题集》主编：[日]竹内龙三主编

中国农业机械出版社，1991

《汽车发动机原理课件》编制：徐

斌

《汽车发动机习题库》编制：徐

斌

关于大纲的一般性说明

随着现代技术的飞速发展,各学科交叉融合产生许多新生的技术和工程分析方法，科技信息量的激增和知识更新速度的加快对人才培养提出了更高的要求,导致高等院校工科教育思想向更加重视基础教育和素质教育的方向转变，在此背景下针对汽车技术发展的时代对汽车技术人才的要求，结合我校教学科研的实际情况，特制定了适用于汽车工程、热能动力与工程和交通运输工程专业的《汽车发动机原理教学大纲》(以下简称大纲).。大纲根据各专业对学生知识结构的不同要求和特点，结合专业课程设置提出不尽相同的教学规范，以提高教学效率，有利于对学生加强能力培养和科学素质教育。

本次大纲的制定在指导思想上，力求能够反映目前汽车工程及汽车发动机专业教学改革的总体趋势，即：立足于培养21世纪创新型汽车及发动机方面的高级工程技术人才，满足汽车技术的发展和社会进步对科学技术的需要，充分发挥北航在航空航天领域的教学、科研和学科建设的优势，培养和提高学生分析问题解决问题能力和素质，为本科汽车类专业的学生打下坚实的专业理论知识基础，实现汽车发动机原理教学内容的科学化、信息化和现代化。

汽车类学生的《汽车发动机原理》教学内容的现代化主要体现于两个方面：增加近年来汽车用发动机最新技术发展的知识内容；重视以现代的观念和方法组织原理课程的内容体系，其信息化主要体现在：应用现代化的教学手段，增加课堂和试验教学内容的信息量，学生可以更多的接触现代最先进的研究成果，通过网络平台，增加教与学的沟通。考虑到目前学校的教材、教学手段、教学方法及师资等因素，在大纲制定过程中，对教学上的可行性和实用性也给予了充分考虑。

本大纲按照专业学生知识结构的要求分为两类：车辆、交通专业类和热能与动力工程类，为不同专业类的汽车发动机原理课程提供了不同的教学规范和教学要求，对于其他专业类学生和选修第二专业的学生，可参考汽车、交通专业类的教学要求、内容和培养目标选用大纲。

根据新版培养计划的要求，各专业类的课时数都有不同程度的减少，相应的教学内容变动是根据各类专业培养目标要求和后续课程的设置需要以及车辆类本科生应具备的知识结构等因素进行增删的，主要区别是：车辆、交通运输专业类：删去发动机燃烧室设计相关