第二章发动机性能指标

1、汽车发动机原理汽车发动机原理课件课件 第二章第二章 发动机实际循环与评价发动机实际循环与评价 指标指标 目录 第一节 四冲程发动机的实际循环四冲程发动机的实际循环 第二节 发动机的指示指标发动机的指示指标 第三节 发动机的有效指标发动机的有效指标 第四节 机械损失与机械效率机械损失与机械效率 第五节第五节 提高发动机的有效效率的途径提高发动机的有效效率的途径 第一节 四冲程发动机的实际循环 一、发动机实际循环 四冲程发动机的实际循环是由进气、压缩、燃烧、 膨胀、排气5个热力过程组成、通常用气缸内的气体 压力P随比容V(或曲轴转角)而变化的图形（称为示 功图）来表示工质在气缸中的实际工作情况。

2、四冲程发动机的p-v与图和p-图 1进气过程 进气过程是指充量进入气缸的过程(图2-1(a)中 rra线)。在进气过程中，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 活塞在气缸内压缩工质的过程，即为压缩过程(图 2-1(a)的acc线)。压缩过程进、排气门均关闭，活塞从 下止点向上止点移动，缸内工质受压后温度和压力不 断上升，压缩过程的目的是增大工作过程的温差，使 工质获得最大限度的膨胀比，提高循环热效率，同时 为着火燃烧创造有利条件。 3燃烧过程 在上止点前混合气着火燃烧(图2-1(b)中的cz线)。 燃烧越完全，放出的热量越多，放热时越靠近上止点， 则热效率越高。 4

3、膨胀过程 膨胀过程是燃烧后的高温、高压气体在气缸内膨胀， 推动活塞由上止点向下止点移动而做功的过程。(图2- 1(a)中的zb线)随着气缸容积增大，气体的压力、温度 迅速下降。 5排气过程 排气过程如图2-1(a)所示中的bbr曲线。在膨胀过 程末期，活塞接近下止点(图2-1(a)中的b时排气门开 启，废气高速排出。当活塞由下止点向上止点移动时， 缸内废气继续排出，直到排气门关闭，排气过程结束。 由于排气系统的阻力,排气终了时的压力高于大气压。 二、发动机实际循环与理论循环比较 发动机的实际循环存在许多不可避免的损失，使其 不可能达到理论循环的热效率和平均压力数值。为 了改善实际循环，有必要分

4、析两种循环之间的差异 和引起各项损失的原因。 （一）换气损失（ Wr + W ） （二）燃烧损失（Wz +不完燃烧损失+高 温热分解损失） （三）实际工质影响引起损失（Wk ） （四）传热、流动损失（Wb ） 发动机实际循环与理想循环的差别 第二节 发动机的指示指标 发动机的指示指标是以工质对活塞作功的基础上建立 的，用以评价发动机实际循环的好坏。 一、发动机的示功图 1指示功 指示功是指气缸内完成一个工作循环所得到的有 用功Wi。指示功的大小可以由图2-5中闭合曲线包 围的面积baczb求得 指示功可由下式求出： ii abAW （kJ） 式中：Ai 示功图中指示功面积，mm2 ； a 示功

5、图纵坐标比例尺，kPa/mm； b 示功图横坐标比例尺，mm3/mm。 2平均指示压力 指示功反映了发动机在一个工作循环中获得的有用功数 量，它除了与循环中热功转换的有效程度有关外，还与 气缸容积大小有关。为了比较不同气缸工作容积的发动 机循环的热功转换有效程度，引入平均指示压力的概念。 平均指示压力pmi是指单位气缸工作容积所作的指示功。 pmi = Wi/vs (kPa) 3指示功率 发动机在单位时间内所做的全部的指示功，称为 发动机的指示功率，用Pi表示。 一台发动机的气缸数为i，每缸工作容积为vs，转 速为n(r/min)，平均指示压力为pmi (kPa)，则每缸、 每循环工质的指示功

6、为： smii VpW 4指示燃油消耗率 单位指示功所消耗的燃油量指示燃油消耗率。 通常以每千瓦小时指示功的耗油量表示。当测量的发 动机的指示功率为pi (kW)，每小时耗油量为B(kg/h)时， 则指示燃油消耗率 i b 为： i i p B b 1000 (g/kWh) 第三节 发动机的有效指标 发动机的有效指标是以曲轴输出功率为基础的指标， 用来评价发动机的整机性能和设计与制造水平，它比 指示指标更有实用价值。 一、动力性指标 1有效功率Pe 2有效转矩Ttq 3平均有效压力Pme 二、经济性指标 1有效热效率2有效燃料消耗率 三、发动机强化程度 1升功率 升功率 PL 的定义是：在标定

7、工况下，发动机每升气 缸工作容积所发出的有效功率。即发动机的标定功 率PeB 与总工作容积 ivs 之比。 2比质量 比质量是发动机的质量与标定功率PeB之比，即 3强化系数 用平均有效压力与活塞平均速度的乘积即PmeCm表示。 强化系数越大，则发动机强化程越高。 四、发动机其他性能评定指标 发动机除要求具有良好的动力性、经济性和较高的 强化程度外，还必需具有良好的排气清净性、较低 的噪声度、较小的振动和可靠的低温起动性。 （1）排气品质 （2）噪声 （3）起动性 第四节 机械损失与机械效率 一、机械损失功率与机械效率 发动机气缸内产生的指示功率在通过发动机曲轴输 出之前，要损失掉一部分，因此

8、，实际输出的功率，称 为有效功率。指示功率与有效功率之差称为机械损失功 率。机械损失主要包括如下部分。 （一）摩擦损失 （二）驱动附件的损失 （三）泵气损失 （四）驱动压气机和扫气泵的损失 机械效率 )(1 memm PPP 有效功率与指示功率的比值，即 i e m P P e P i P 有效功率 指示功率 二、机械效率的测定 有效功率与指示功率之比称为机械效率。比较 精确地测定机械损失功率的数值，寻求降低机械损 失的途径，对研制的发动机或改进已有发动机都是 十分重要的，而要精确地测出机械损失功率却是比 较困难的。目前常用的测量方法主要有倒拖法、灭 缸法及油耗线法。 三、影响机械效率的因素

9、发动机的运转因素、结构因素以及机内外的状态条件都对 机械效率 值有不同程度的影响。现就影响较大的因素 分述如下。 m （一）转速(活塞平均速度)的影响 （二）负荷的影响 （三）润滑条件的影响 第五节 提高发动机的有效效率的途径 一、发动机的能量平衡 发动机热平衡图 二、发动机的能量分配与合理利用 发动机的有效动力输出一般只占燃料总能量的1/3， 另有2/3的能量散失在机外。因此，发动机能量的合 理利用包括两方面的意思，即进一步提高有效效率 和机外散失能量的再利用。 三、提高发动机性能的有效途径 (1)超膨胀发动机循环 (2)汽油机向稀燃和缸内直喷的发展 首先开展了均质混合气“稀燃”的研究。“稀

10、燃”就 是让汽油机在更稀空燃比条件下工作，其首要目的是 解决排放问题，同时也改善了经济性能。 传统汽油机经济性能低于柴油机的原因，是汽 油机预制均匀混合气的点火、火焰传播的燃烧方式， 易导致“爆燃”，限制了压缩比的提高；二是预制均 匀混合气的方式使空燃比过浓，负荷愈低愈浓，造成 部分燃料的不完全燃烧；三是节气门负荷量调节的方 式，加大了进气阻力，泵气损失增大。 (3)汽、柴油机的电子控制与可变技术 米勒循环和缸内直喷技术之所以能够实现，重要原 因是出于有了电控技术的缘故。这反过来说明，电 控技术的出现，不仅能够进行各种参数的最佳匹配， 达到全工况性能的综合优化，而且也使过去原理上 已证实，但难

11、于实现的很多可变技术成为现实。 (4)提高有效热效率的常规途径 提高有效热效率的新途径反映了当前发动 机开发、研究的新的深度。但并不意味着一些 常规的措施已不起作用。相反，现实产品的设 计、开发和使用中，并不都能达到已有的最佳 水平，还要求在燃烧匹配、性能优化、降低机 械损失诸多环节，进行更实际、更深入细微的 工作，这恰恰是大多数发动机技术人员最经常 从事的工作。 四、发动机散失能量的再利用 (1)废气涡轮增压 由冷却介质和废气带走的热量各占燃料总能量的 1/3左右。但是，它们再利用的可能性和幅度是不相同 的。 根据热力学第二定律，能量有品质的差别。当工质 温度愈接近环境温度时，其所携带的热能的品质就愈 差，可利用的百分比就愈低。 (2)复合式发动机 (3)低散热发动机 (4)低品位热量的利用 1.1.柴油机和汽油