《汽车发动机原理》系统阐述了汽车发动机原理，共分8章。全书以热机理论（第1章）为基础，讲述发动机理论循环和性能参数评价体系（第2章），深入研究实际循环的换气过程和燃烧过程（第3、4章）；然后与第2章相呼应，研究性能参数的变化规律和调控原理（即发动机特性，第5章）；最后介绍了体现当前发动机技术热点与发展趋势的专题技术（排放控制、气体燃料发动机和混合动力技术等，第6、7、8章）。
    《汽车发动机原理》增加了很多新技术内容，既强调先进性和实用性，又具备理论体系完整和简练的特点，热机理论和专题技术自成体系，独立成章，可任意选择。《汽车发动机原理》既可作为车辆工程、汽车运用工程、汽车服务工程及相关专业的本科生教材，也可供从事发动机技术的人员参考，或者汽车发动机爱好者阅读。

　　基于拓宽理论基础和专业方向，本书既包含了发动机原理内容，又有关于发动机的浓缩的预备基础（工程热力学、传热学等）和专题技术（排放控制技术、气体燃料发动机技术、混合动力装置技术）.
基于先进性，本书删除了部分陈旧内容，如化油器和调速器等；增加了新技术的内容，如汽油机电控技术、柴油机时间控制式喷射系统、可变参数技术、新燃烧方式以及燃料电池等；修正了部分概念，如发动机特性；更新了部分传统内容。
基于突出创造能力和创新意识，本书不是平铺直叙地传授知识，而是注重学生能力的培养，注重分析解决问题的思路。例如本书并不介绍众多的柴油机时间控制式电控喷射系统，而是与传统喷射系统相比，分析其所具有的共同的显著特点，即先进的喷射系统就是将产生高压燃油的功能和控制喷油规律的功能分开，分别由不同部件完成，体现了一种将复杂问题通过分解简化后再加以解决的思路。
本书努力简化抽象的繁复的理论推导，强化具体的概念，如讲述电控技术时不强调具体结构，不罗列大量的传感器，而是针对发动机面临“节能减排”的严峻挑战，依据基本理论重点分析运用电控技术所采取的对策。
在发动机理论循环模型的建立中，需要抽象简化。本书不是采用“武断”的假定，或者难以使人信服的假定（如认为进、排气过程工质的状态参数相差不大，所以可以假定发动机循环是封闭的）；而是采取类似数学上的分解方法，将高温废气的排出过程分解为工质的排出以及相应热量的排出。前者与进气工质相抵，因此可以认为没有工质的交换，据此可假定循环为封闭的。
基于科学性，作者发现，学生普遍缺乏运用已学过的高等数学、物理、化学等基础理论和专业基础理论解决发动机具体工程问题的能力，因此本书把重点放在引导读者如何将基础理论应用于分析汽车发动机原理上，而不是简单地堆砌专业知识。比如，利用物理学中的功的基本概念，推演出发动机工作循环的示功图，即压力-容积图。
基于实用性，本书注重理论联系实际，比如通过强化机械效率的测试方法，提高解决工程实际问题的能力。分析机械效率时，不忽略润滑油的选用和冷却液温度的控制，以及发动机使用过程中的技术状态。本书注重实用，分析压缩过程和压缩比时，结合了发动机的实际运行和维护（气缸的密封性），以及故障诊断（气缸压缩压力的检测）.
在教学实践中，学生反映教学内容“太散、太多”，因此本书调整了编写逻辑结构，将汽油机和柴油机燃烧归并一章，将其中燃烧的共性内容合并单列成节，个性内容分别成节。全书分3个层次，最外层是预备基础和专题技术，中间层是发动机性能指标（对发动机的要求）及其变化规律、测取和调控，最里层是换气和燃烧过程，具体结构如下:
外层预备基础--热机基础知识（第1章）
中间层发动机性能（第2章）
内层发动机的换气过程（第3章）
发动机的燃烧过程（第4章）
发动机的特性及其调控原理(第5章)
专题技术（排放控制、气体燃料发动机、混合动力装置分别为第6、7、8章）
本书以国标、部标以及专业委员会所规定的技术术语和符号为准，并采用国际单位制,避免单位换算（除特别注明外）.
汽车发动机原理前言徐兆坤教授撰写了本书的第2、5、6、7、8章，张珏成撰写了第1章，第3章由张珏成、徐兆坤和任洪娟共同完成，第4章由张珏成和徐兆坤共同完成。张驰云参与了第3、4章的部分前期工作，郭辉、黄鹏参与了第4章的部分工作，黄臻参与了第4、5章的部分工作，李聪博士为第8章的编写提供了大量资料，张海波、曾帅和张娜参与了制作部分插图、校对和其他大量辅助工作。编写过程中，张珏成对各章提出了宝贵的意见，最后由徐兆坤教授对全书进行了修改、补充和定稿。张珏成和李博对书稿进行了认真校核。
感谢上海交通大学邬静川教授（博士生导师，上海内燃机工程学会秘书长）和同济大学钱人一教授（上海内燃机工程学会理事）对本书的精心审阅，同时也感谢清华大学出版社和汽车工程学院的大力支持。
作者自知才疏学浅，错误与遗漏在所难免，因此，敬祈读者不吝赐教。在本书编写过程中，参考了大量有关著作和文献资料，在此一并向有关作者和编者表示真诚的感谢！作 者
2009年10月
于上海

第1章 热机基础知识 3
1.1 热力学基本概念3
1.2 热力学第一定律5
1.3 理想气体7
1.4 理想气体的基本热力过程8
1.5 热力学第二定律11
1.6 气体的稳定流动13
1.7 发动机的理论循环15
1.8 热量传递过程20
1.8.1 热量传递现象20
1.8.2 导热20
1.8.3 对流换热22
1.8.4 辐射换热24

第2章 发动机性能 28
2.1 发动机的实际循环28
2.2 实际循环的评价指标（指示指标）31
2.2.1 实际循环的动力性指标31
2.2.2 实际循环的经济性指标33
2.3 发动机的性能指标（有效指标）33
2.3.1 发动机的动力性指标34
2.3.2 发动机的经济性指标35
2.3.3 发动机的强化指标和负荷指标36
2.3.4 发动机的环境指标37
2.4 机械损失与机械效率37
2.4.1 机械损失的组成37
2.4.2 机械效率的主要影响因素38
2.5 热平衡40

第3章 发动机的换气过程 43
3.1 四冲程发动机换气过程43
3.1.1 排气过程44
3.1.2 进气过程45
3.1.3 气门重叠和燃烧室扫气过程45
3.2 换气损失和泵气损失46
3.3 四冲程发动机的充量系数48
3.3.1 充量系数的解析式48
3.3.2 充量系数的影响因素49
3.3.3 充量系数与运行工况的关系51
3.4 改善换气过程的基本措施52
3.4.1 减小进气系统的阻力53
3.4.2 减小排气系统的阻力56
3.4.3 合理确定配气定时57
3.5 配气系统动态可变技术58
3.5.1 管内气流动态效应的概念及其利用58
3.5.2 可变进气管与进气道61
3.5.3 可变配气定时机构61
3.5.4 可变排气管64
3.6 二冲程发动机的换气过程65
3.6.1 二冲程发动机的工作过程65
3.6.2 二冲程发动机的扫气泵与扫气形式67
3.6.3 二冲程发动机换气过程特点和评价参数68
3.7 废气涡轮增压70
3.7.1 废气涡轮增压的基本概念70
3.7.2 废气涡轮增压器的工作过程71
3.7.3 废气能量的利用73
3.8 废气再循环系统75
3.8.1 废气再循环的作用75
3.8.2 汽油机废气再循环系统76
3.8.3 柴油机的废气再循环系统77

第4章 发动机的燃烧过程 81
4.1 发动机的燃料81
4.2 燃烧过程与燃烧热化学83
4.2.1 燃烧过程83
4.2.2 燃烧热化学87
4.2.3 柴油与汽油在混合气形成与燃烧方式上的主要差异89
4.3 发动机气缸内的气体运动91
4.3.1 缸内气体运动的作用91
4.3.2 缸内气体运动形式92
4.4 汽油机的燃烧过程95
4.4.1 汽油机的混合气形成过程95
4.4.2 汽油机的正常燃烧过程100
4.4.3 汽油机的不正常燃烧过程104
4.4.4 典型汽油机燃烧室107
4.4.5 使用因素对汽油机燃烧过程的影响112
4.5 柴油机的燃烧过程114
4.5.1 柴油机燃油喷射系统的特点和发展115
4.5.2 柴油机的燃烧过程116
4.5.3 燃油喷射系统119
4.5.4 柴油机的混合气形成过程131
4.5.5 柴油机的燃烧室132
4.5.6 柴油机燃烧过程的影响因素137
4.6 发动机新型燃烧方式140

第5章 发动机的特性及其调控原理 144
5.1 运行工况144
5.2 发动机台架试验147
5.3 发动机运行特性 149
5.4 运行特性的断面特征之一——发动机负荷特性150
5.5 运行特性的断面特征之二——发动机速度特性153
5.6 调控原理155
5.6.1 基本形式及其分析156
5.6.2 基本原理158
5.6.3 控制内容及功能159
5.6.4 控制策略160
5.6.5 控制流程162
5.7 试验163
5.7.1 发动机试验的分类 163
5.7.2 试验标准164
5.7.3 机械效率测试165

第6章 发动机排放控制技术 168
6.1 概述168
6.1.1 汽车污染物的来源、分类和危害168
6.1.2 影响排放的因素和评价指标170
6.2 汽油机排放污染物170
6.2.1 一氧化碳生成机理和影响因素171
6.2.2 氮氧化物生成机理和影响因素172
6.2.3 碳氢生成机理和影响因素173
6.2.4 汽油机排放特性175
6.3 柴油机排放污染物177
6.3.1 微粒生成机理和影响因素177
6.3.2 碳氢生成机理178
6.3.3 气态有害排放物的影响因素178
6.3.4 柴油机排放特性179
6.4 降低汽油机排放污染的对策181
6.4.1 废气再循环装置181
6.4.2 曲轴箱强制通风装置182
6.4.3 燃油蒸发控制装置183
6.4.4 三效催化转化器184
6.5 降低柴油机排放污染的对策186
6.5.1 机内处理方法186
6.5.2 机外处理方法189
6.6 排放法规191
6.6.1 排放法规简介191
6.6.2 排放法规的测试规范与有害物排放限值192

第7章 气体燃料发动机技术 197
7.1 概述197
7.2 缸外进气管混合器式供气系统200
7.2.1 基本工作原理200
7.2.2 核心部件201
7.3 缸外进气阀处喷射供气系统204
7.3.1 基本工作原理205
7.3.2 气体燃料喷射器205
7.4 燃料理化特性对发动机性能的影响206
7.5 CNG/柴油双燃料发动机209
7.6 LPG/汽油两用燃料发动机特性211
7.7 发展趋势212

第8章 混合动力装置 214
8.1 电动驱动和混合驱动的发展背景214
8.2 蓄电池纯电动汽车动力装置215
8.3 蓄电池+燃油发动机混合动力装置218
8.4 燃料电池汽车动力装置221
8.4.1 燃料电池的基本原理221
8.4.2 燃料电池的分类222
8.4.3 质子交换膜燃料电池的特点224
8.4.4 燃料电池动力系统的管理226
8.4.5 燃料电池混合动力装置227
8.4.6 燃料电池的应用及前景228
参考文献 230

    排出发动机气缸内的已燃废气，并吸入新鲜充量的过程称为换气过程。换气过程的完善程度是决定发动机整体性能的基础，这是因为：在不考虑其他因素的前提下，只有每一工作循环气缸中进入更多的新鲜空气，才有可能燃烧更多的燃油，从而使发动机动力性增加。从这个意义上说，发动机的最大功率基本上取决于空气的量。另一方面，充足的空气也可以使燃油燃烧更充分，减少有害排放物，改善发动机经济性和排放性能；充足的空气使最高燃烧温度下降，更多的空气还可通过扫气，冷却发动机冷却系统难以冷却的燃烧室等重要零部件，降低发动机的热负荷，提高发动机的可靠性。因此换气过程是一个非常重要的过程。可以说，发动机技术发展的100多年历史，同时也是换气过程发展的历史。
    然而完成换气存在许多困难：①换气时间短，车用发动机转速可达6000r／min，每转仅占0.01s；②空气体积大，混合气由空气和燃油组成，1kg燃油完全燃烧需要大约15kg空气，换言之，按体积计算，混合气中空气体积是燃油体积的10000倍左右；③影响因素多，比如气体流动阻力、配气相位与发动机工况的匹配等。
    换气过程的基本要求如下。
    （1）在发动机全负荷工况下，力求吸入尽可能多的新鲜充量，以获得更高的动力性和经济性。这是换气过程所追求的首要目标。
    （2）尽可能减小由于换气而引起的发动机有用功的损失，特别是占较大比例的排气损失。
    （3）进气后在缸内所形成的气体流动，能满足充分而又快速燃烧的要求。
    （4）进气后缸内气体的成分、温度等能满足低排放的要求，特别是氮氧化物的排放要求。
    围绕这4点，换气过程的改善涉及增压中冷技术、各种可变参数技术和动态效应的利用，以及不同形式的气道（如螺旋气道等）和废气再循环等方面的技术。
    3.1四冲程发动机换气过程
    以自然吸气四冲程发动机为例说明换气过程。四冲程发动机换气过程从排气门开启开始，至进气门关闭结束，整个过程包括排气过程和进气过程，如图3-1所示，约占410度～480度曲轴转角（表示为℃A，余同），排气过程和进气过程之间存在气门叠开过程。