发动机课件第一二章

1、福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering1机械工业出版社 林学东 编著 主讲：沈英主讲：沈英福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering参考书目 汽车发动机原理，清华大学出版社，徐兆坤主编 汽车发动机原理，人民交通出版社，张志沛主编福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程

2、系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering 上课时间：32(实验4学时) 考核方式：出勤率10%； 点名三次缺席取消考试资格 作业10% 实验 10% 考试70%考试时间初步定在4.8号左右学时和考核方式福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering1.1 内燃机的发展1.2 内燃机在汽车上的应用第1章 绪论福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Veh

3、icle EngineeringVehicle Engineering3 3、汽油机的压缩比为什么要低于柴油机？、汽油机的压缩比为什么要低于柴油机？1 1、汽油机和柴油机的区别？、汽油机和柴油机的区别？2 2、汽油机热效率高还是柴油机热效率高，为什么？、汽油机热效率高还是柴油机热效率高，为什么？燃料性质和点燃方式燃料性质和点燃方式混合气形成特点和负荷调节方式混合气形成特点和负荷调节方式柴油机，因为压缩比高柴油机，因为压缩比高思考题思考题福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle E

4、ngineering1.1 概述1.2 内燃机的理论循环1.3 内燃机实际循环及其评价指标1.4 内燃机有效性能指标1.5 机械损失1.6 热平衡第2章 内燃机循环及性能评价指标福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering1.11.1 概述概述1.1.1 1.1.1 基本概念：基本概念：内燃机：内燃机：将燃烧化学能转化成机械能的热机，燃料在将燃烧化学能转化成机械能的热机，燃料在发动机内部燃烧并转化为气体的热能，经过气体膨胀，发动机内部燃烧并转化为气体的热能，经

5、过气体膨胀，再将热能转化为机械能再将热能转化为机械能两个过程：化学能两个过程：化学能热能热能机械能机械能 福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering空气空气燃料燃料混合气混合气Q1Q1WtWtWiWiWeWeQ1Q1：燃料完全燃烧放出的总热量：燃料完全燃烧放出的总热量WtWt：机械功，理论值，不考虑损失：机械功，理论值，不考虑损失WiWi：指示功，实际推动活塞所做的功，燃烧损失：指示功，实际推动活塞所做的功，燃烧损失WeWe：有效功，对外输出功，摩擦损失：有

6、效功，对外输出功，摩擦损失循环热效循环热效率率实际燃烧过程中的能量损失实际燃烧过程中的能量损失机械传递过程中的能量损失机械传递过程中的能量损失ttjmjm福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering1.1.2 1.1.2 三大环节三大环节1. 1. 混合气形成并导入气缸的过程混合气形成并导入气缸的过程2. 2. 燃烧放热过程燃烧放热过程3. 3. 能量传递过程能量传递过程福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工

7、程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering1. 1. 混合气形成并导入气缸的过程混合气形成并导入气缸的过程影响燃烧效影响燃烧效率和动力性率和动力性汽油机混合方式：主要应用于进气道多点喷射的外部扩散混合燃烧预混合燃烧柴油机非均匀混合的分层燃烧均匀混合燃烧汽油机式缸内直喷的内部混合方混合气形成方式福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering2. 2. 燃烧放热过程燃烧放热过程等容加热循环等容加热循环等压加热循环等压加

8、热循环混合加热循环混合加热循环控制放热规控制放热规律律福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering汽油机汽油机 混合气燃烧迅速，气缸内温度压力增长很快，可以认为其燃烧过程基本是在容积不变的条件下进行的，即可简化为定容加热循环。高增压和低速大型高增压和低速大型柴油机柴油机高速柴油机高速柴油机 混合加热循环混合加热循环定压加热循环定压加热循环定容加热循环定容加热循环 由于受燃烧最高压力的限制，大部分燃料是在上止点以后燃烧，燃烧时气缸压力变化不显著，是在压力基本上一

9、定的情况下进行，即可简化为等压加热循环。 介于两者之间，其燃烧过程可认为是先定容加热后定压加热的组合，即可简化为混合加热循环。思考题：汽油机和柴油机分别可以简化为哪思考题：汽油机和柴油机分别可以简化为哪种加热循环，为什么？种加热循环，为什么？福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering3. 3. 能量传递过程能量传递过程1QWtttjiWWimeWW机械功机械功指示功指示功有效功有效功热能经曲柄连杆机构转热能经曲柄连杆机构转化为机械能化为机械能混合气不均匀、不

10、完全燃混合气不均匀、不完全燃烧损失，燃烧时间损失烧损失，燃烧时间损失活塞与气缸之间摩擦活塞与气缸之间摩擦曲轴和轴承之间摩擦曲轴和轴承之间摩擦福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering发动机的理论循环发动机的理论循环: :将非常复杂的实际工作过程将非常复杂的实际工作过程加以抽象简化，忽略一些次要影响因素，并对其加以抽象简化，忽略一些次要影响因素，并对其中变化复杂、难于进行细致分析的物理、化学过中变化复杂、难于进行细致分析的物理、化学过程程如可燃混合气的准备与燃

11、烧过程等如可燃混合气的准备与燃烧过程等进行简进行简化处理，得到便于进行定量分析的循环，称发动化处理，得到便于进行定量分析的循环，称发动机的理想循环。机的理想循环。1.21.2 内燃机的理论循环内燃机的理论循环福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering1.2.11.2.1卡诺循环与内燃机的动力循环卡诺循环与内燃机的动力循环研究目的研究目的提高热力动力机械装置的热效率提高热力动力机械装置的热效率卡诺循环与实际循环的区别？卡诺循环与实际循环的区别？卡诺循环率取决于

12、什么？卡诺循环率取决于什么？福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering绝热压缩过程绝热压缩过程等温加热过程等温加热过程绝热膨胀过程绝热膨胀过程等温放热过程等温放热过程1 1）卡诺效率取决于高温热源温度和低温热源温度差）卡诺效率取决于高温热源温度和低温热源温度差2 2）实际循环效率往往低于卡诺效率）实际循环效率往往低于卡诺效率卡诺循环卡诺循环福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle

13、EngineeringVehicle Engineering热效率（卡诺效率）热效率（卡诺效率）1212121111TTQQQQQQWtcp提高动力循环的主要途径，是如何提高高低热源提高动力循环的主要途径，是如何提高高低热源的温度差的温度差p任何实际循环的热效率都不可能超过卡诺效率，任何实际循环的热效率都不可能超过卡诺效率，为实际内燃机动力装置的燃烧放热过程的组织指明为实际内燃机动力装置的燃烧放热过程的组织指明方向方向福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineerin

14、g四冲程内燃机实际循环热效率取决于什么？四冲程内燃机实际循环热效率取决于什么？混合气形成方式和放热规律，汽油机：均匀混合混合气形成方式和放热规律，汽油机：均匀混合气火焰传播，燃烧速度快；柴油机：预混合燃烧气火焰传播，燃烧速度快；柴油机：预混合燃烧和扩散燃烧，在气缸容积膨胀过程燃烧，压力升和扩散燃烧，在气缸容积膨胀过程燃烧，压力升高率低高率低压缩比的匹配压缩比的匹配福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering1.2.2 三种理论循环三种理论循环1、研究理论循环的

15、目的、研究理论循环的目的:1) 1) 确定循环热效率的确定循环热效率的理论极限理论极限，以判断实际发动机经，以判断实际发动机经济性和工作过程进行的完善程度以及改进潜力。济性和工作过程进行的完善程度以及改进潜力。2) 2) 比较发动机不同热力循环方式的比较发动机不同热力循环方式的经济性和动力性经济性和动力性。3) 3) 确定确定提高提高以理论循环热效率为代表的经济性和以平以理论循环热效率为代表的经济性和以平均压力为代表的动力性的基本途径。均压力为代表的动力性的基本途径。福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle Engi

16、neeringVehicle Engineering1 1 忽略进排气损失，将实际开口循环简化为忽略进排气损失，将实际开口循环简化为闭口循环闭口循环；2 2 压缩过程和膨胀过程简化为理想的压缩过程和膨胀过程简化为理想的绝热等熵过程绝热等熵过程；3 3 将燃烧过程简化为将燃烧过程简化为等容、等压加热等容、等压加热或混合加热过程，或混合加热过程，排气过程简化为等容放热过程；排气过程简化为等容放热过程；4 4 工质可视为工质可视为理想气体理想气体，在整个循环过程中其物理化，在整个循环过程中其物理化学性质保持不变，比热容为常数；学性质保持不变，比热容为常数；2、简化原则、简化原则福州大学福州大学Fuz

17、hou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering3、发动机的理论循环、发动机的理论循环 发动机理论循环的三种形式：a) c)。福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering1.2.3 理论循环的评价理论循环的评价1、循环热效率、循环热效率(简称简称热效率热效率) ：1212111QQQQQQWt式中：式中： 工质所做工质所做循环功（循环功（J） 循环加热

18、量（循环加热量（J） 工质在工质在循环中放出的热（循环中放出的热（J）tW1Q2Q理论循环是用理论循环是用循环热效率循环热效率和和循环平均压循环平均压力力来评定。来评定。评定循环的经济性福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering压力升高率压力升高率预胀比预胀比压缩比压缩比czPP /zzVVcaVV /福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle

19、Engineering2、循环平均压力、循环平均压力 ：sstVQVWp1ttp评定循环的动力性(kPa)式中： 循环所做的功（J） 气缸工作容积（L）WsV福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering3理想循环的指标理想循环的指标 ) 1() 1(1111kkkttktkkpp11111混合加热循环混合加热循环：) 1(1.111kkkttktkkpp) 1(.1.11定压加热循环定压加热循环：111kttktkpp) 1(1.11定容加热循环定容加热循环：

20、等熵指数等熵指数压力升高率压力升高率预膨胀比预膨胀比压缩比压缩比三种理论循环的热效率三种理论循环的热效率均与压缩比和等熵指数均与压缩比和等熵指数有关有关福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering) 1() 1(1111kkkttktkkpp11111混合加热循环混合加热循环：三种理论循环的热效率三种理论循环的热效率均与压缩比和等熵指数均与压缩比和等熵指数有关有关u提高压缩比可以扩大循环高低温热源的温差，增加膨胀提高压缩比可以扩大循环高低温热源的温差，增加膨胀

21、比，从而提高循环热效率，但当压缩比大于比，从而提高循环热效率，但当压缩比大于14后，随压缩后，随压缩比的增加，热效率增加率减小，而机械负荷和热负荷却成比的增加，热效率增加率减小，而机械负荷和热负荷却成比例增加比例增加u空气的等熵指数空气的等熵指数k=1.4，但实际循环是工质而非纯空气的，但实际循环是工质而非纯空气的多变过程。一般多变指数多变过程。一般多变指数nk，提高多变指数使其接近纯空，提高多变指数使其接近纯空气，可提高热效率气，可提高热效率福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehic

22、le Engineering 从理论循环的分析可知，提高压缩比从理论循环的分析可知，提高压缩比和压力升和压力升高比高比对提高循环热效率对提高循环热效率t起着有利的作用，但发动起着有利的作用，但发动机实际工作条件机实际工作条件约束和限制约束和限制循环热效率提高。循环热效率提高。发动机实际工作条件对循环热效率提高循环发动机实际工作条件对循环热效率提高循环热效率的约束和限制：热效率的约束和限制：1)零件的强度和可靠性的限制零件的强度和可靠性的限制 2)机械效率的限制机械效率的限制3)燃烧方面的限制燃烧方面的限制福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工

23、程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering1、压缩比及加热量分别相同时比较、压缩比及加热量分别相同时比较c压缩比压缩比 相同相同加热量加热量 相同相同初态初态1 1相同相同VmpQQQ222 等容加热循环热效率最高，而等压加热循环的等容加热循环热效率最高，而等压加热循环的均最低。欲提高混合加热循环的热效率均最低。欲提高混合加热循环的热效率 ，应增加等，应增加等容加热循环的等容部分。容加热循环的等容部分。1Q绝热压缩绝热压缩等容加热等容加热等压加热等压加热福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系

24、车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering2、加热量及循环的最高压力分、加热量及循环的最高压力分别相同时比较别相同时比较加热量加热量 相同相同初态初态1 1相同相同循环的最高压力相同循环的最高压力相同1Qvmp 对于高增压柴油机，为了得到较高的热效率，对于高增压柴油机，为了得到较高的热效率，宜按等压加热循环工作。宜按等压加热循环工作。tvtmtp福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering3、最高温度、最高压力分别相

25、同时、最高温度、最高压力分别相同时比较比较1pmvQQQ22243222TmaxTmax和和PmaxPmax相同，则放相同，则放热量相同热量相同加热量、压缩比不同加热量、压缩比不同1v1m1pQQQtvtmtp 当气缸内最高压力或者最高温度受到限制时，当气缸内最高压力或者最高温度受到限制时，适当提高工质的压缩程度，增加等压加热部分，适当提高工质的压缩程度，增加等压加热部分，有利于提高循环热效率有利于提高循环热效率福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineeringac

26、zz1b1bu对于等容循环，当压对于等容循环，当压缩比不变时，增大压力缩比不变时，增大压力升高率能提高热效率吗？升高率能提高热效率吗？为什么？为什么？当压力升高比增加时，循环加热量当压力升高比增加时，循环加热量Q1增加，最高压力和增加，最高压力和温度相应提高，导致温度相应提高，导致Q2/Q1不变，所以热效率不变。不变，所以热效率不变。czPP /1212111QQQQQQWt福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering回顾回顾1、a混合加热循环，可将高速柴油机

27、简化为混合加热循环混合加热循环，可将高速柴油机简化为混合加热循环2、b等容加热循环，可将汽油机简化为等容加热循环等容加热循环，可将汽油机简化为等容加热循环3、c等压加热循环，可将低速柴油机机简化为等压加热循环等压加热循环，可将低速柴油机机简化为等压加热循环福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering卡诺循环可简化为哪四个个过程？卡诺循环可简化为哪四个个过程？压力升高率压力升高率预胀比预胀比压缩比压缩比 zzVVczPPcaVV福州大学福州大学Fuzhou Un

28、iversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering1.3 内燃机实际循环及其评价指标内燃机实际循环及其评价指标发动机的实际循环发动机的实际循环1、进气冲程、进气冲程 图图a）2、压缩冲程、压缩冲程 图图b）3、做功冲程、做功冲程 图图c）（燃烧和膨胀过程）（燃烧和膨胀过程）4、排气冲程、排气冲程 图图d）福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering1 1、进气行程、

29、进气行程 进气过程开始时，进气门打开，排气门关闭，活塞由进气过程开始时，进气门打开，排气门关闭，活塞由上止点向下止点移动。上止点向下止点移动。对于非增压发动机：对于非增压发动机： 由于进气系统的阻力，进气终了压力由于进气系统的阻力，进气终了压力 因为气流受到内燃机高温零件及残余废气的因为气流受到内燃机高温零件及残余废气的加热，进气终了的温度加热，进气终了的温度0ppa0TTa1.3.1 实际循环分析实际循环分析220vpppaa进气流动损失进气流动损失 为进气系统的流动阻力系数；为进气系统的流动阻力系数； 为进气密度，为进气密度， 为为进气气流的平均流速进气气流的平均流速 v福州大学福州大学F

30、uzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering汽油机汽油机 09 . 08 . 0ppa）（KTa380340柴油机柴油机 095. 085. 0ppa）（KTa340300增压柴油机增压柴油机 00 . 19 . 0ppa）（KTa380320福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering2 2、压缩行程、压缩行程 进、排气门均关闭，活塞由下止点

31、向上止点移动。进、排气门均关闭，活塞由下止点向上止点移动。 理论循环中压缩过程是绝热的，实际上，内燃机的压缩理论循环中压缩过程是绝热的，实际上，内燃机的压缩过程是一个复杂的过程是一个复杂的多变过程（非纯空气的工质与气缸壁面进多变过程（非纯空气的工质与气缸壁面进行热交换，并存在漏气现象），常用平均多变系数行热交换，并存在漏气现象），常用平均多变系数 表表示示 。 进气终了压力温度进气终了压力温度 在柴油机中，其压缩终了的压力和温度均比汽油机高许在柴油机中，其压缩终了的压力和温度均比汽油机高许多。这是由于柴油机的多。这是由于柴油机的 比汽油机大的原因比汽油机大的原因。1n1nacpp11nacTT

32、福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering汽油机汽油机MPa0 . 28 . 0cPMPa53cPK750600cTK1000750cT 柴油机柴油机38. 132. 11n4 . 138. 11n1272214福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering3 3、做功行程、做功行程实际循环的做功行程包括实际循环的做功行程包括

33、燃烧过程和膨胀过程燃烧过程和膨胀过程。燃烧过程的作用是：将燃料的化学能转变为热能，使工质燃烧过程的作用是：将燃料的化学能转变为热能，使工质的压力、温度升高，的压力、温度升高，放出的热量越多，放热时越靠近放出的热量越多，放热时越靠近上止点，热效率越高。上止点，热效率越高。柴油机因为压缩比高，燃烧最高爆发压力很高，但因相对于柴油机因为压缩比高，燃烧最高爆发压力很高，但因相对于燃油的空气量大，所以最高燃烧温度反而比汽油机低。燃油的空气量大，所以最高燃烧温度反而比汽油机低。汽油机汽油机柴油机柴油机燃烧过程燃烧过程：进排气门均关闭，活塞在上止点附近。：进排气门均关闭，活塞在上止点附近。MPa5 . 63

34、cPMPa95 . 4cPK28002200cTK22001800cT福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering由于柴油机膨胀比大，转化为有用功的热量多，热效率高，由于柴油机膨胀比大，转化为有用功的热量多，热效率高，所以，膨胀终了的温度和压力均比汽油机小。所以，膨胀终了的温度和压力均比汽油机小。 汽油机汽油机柴油机柴油机进排气门均关闭，高温、高压的工质推动活塞，由上止进排气门均关闭，高温、高压的工质推动活塞，由上止点向下止点移动，膨胀做功，气体的压力、温度迅

35、速降低。点向下止点移动，膨胀做功，气体的压力、温度迅速降低。 膨胀过程比压缩过程更为复杂，除有热交换和漏气损失膨胀过程比压缩过程更为复杂，除有热交换和漏气损失外，还有外，还有补燃现象补燃现象。所以，膨胀过程也是一个。所以，膨胀过程也是一个多变过程多变过程。膨胀过程膨胀过程MPa6 . 03 . 0cPMPa5 . 02 . 0cPK15001200cTK12001000cT福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering4 4、排气过程、排气过程 膨胀过程结束，排

36、气门打开，活塞由下止点返回膨胀过程结束，排气门打开，活塞由下止点返回上止点移动，将气缸内的废气排除。上止点移动，将气缸内的废气排除。 由于排气系统有阻力，排气终了的压力由于排气系统有阻力，排气终了的压力p pr r大于大大于大气压力气压力p p0 0，阻力愈大，排气终了的压力愈大，残留在，阻力愈大，排气终了的压力愈大，残留在气缸中的废气就多气缸中的废气就多 。福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering 柴油机柴油机比汽油机低，其工作过程进行得好，比汽油机低，

37、其工作过程进行得好，转变为有用功的热量多。转变为有用功的热量多。汽油机汽油机柴油机柴油机0)2 . 105. 1 (PPrK1100900rTK900700rT0)2 . 105. 1 (PPr判断发动判断发动机燃烧程机燃烧程的好坏的好坏福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering四冲程发动机换气过程中汽油机与柴油机温度四冲程发动机换气过程中汽油机与柴油机温度的区别与比较？的区别与比较？温度温度原因原因进气进气汽油机高于柴油机汽油机高于柴油机汽油机排气温度高汽

38、油机排气温度高压缩压缩柴油机高于汽油机柴油机高于汽油机柴油机压缩比大柴油机压缩比大燃烧燃烧汽油机高于柴油机汽油机高于柴油机柴油机空气量大柴油机空气量大膨胀膨胀汽油机高于柴油机汽油机高于柴油机柴油机热功转化多柴油机热功转化多排气排气汽油机高于柴油机汽油机高于柴油机柴油机热效率高柴油机热效率高福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering残余废气系数残余废气系数 排气终了后，由于在结构上余隙容积的存在，气缸排气终了后，由于在结构上余隙容积的存在，气缸内的废气不能排净

39、而保留一部分。这一部分被保留在气内的废气不能排净而保留一部分。这一部分被保留在气缸内的废气称为残余废气。缸内的废气称为残余废气。1mmrr判断气缸内换判断气缸内换气过程进行的气过程进行的完善程度完善程度式中，式中， 为残余废气量为残余废气量 为新鲜充量为新鲜充量rm1m福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering1.3.2 内燃机性能评价指标内燃机性能评价指标内燃机性能的评价指标包括内燃机性能的评价指标包括指示性指标指示性指标和和有效性指标有效性指标指示性指标

40、：指示性指标：以活塞做功为基础，评价气缸以活塞做功为基础，评价气缸内热工转内热工转换换的完善程度的指标的完善程度的指标有效性指标：有效性指标：以曲轴飞轮端对外输出的有效功为基础，以曲轴飞轮端对外输出的有效功为基础，从实用角度评价从实用角度评价对外做功能力对外做功能力的指标的指标福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering指示性指标指示性指标1.实际循环实际循环做功能力做功能力的评价指标的评价指标2.实际循环的经济性指标实际循环的经济性指标指示功率平均指示压力指

41、示燃油消耗率指示热效率 平均指示压力平均指示压力是指单位气缸容积一个循环所作的指示是指单位气缸容积一个循环所作的指示功功(Pa) 。simiVWp式中式中， Wi 发动机一个工作循环的指示功，发动机一个工作循环的指示功，J； Vs 发动机气缸工作容积，发动机气缸工作容积，m3。 福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering 平均指示压力可以平均指示压力可以设想为一个恒定的压力设想为一个恒定的压力作用于活塞顶上，使活作用于活塞顶上，使活塞移动一个行程所作的塞移动

42、一个行程所作的功，即循环的指示功功，即循环的指示功Wi 。 平均指示压力平均指示压力是衡量发动机实际循环是衡量发动机实际循环动力性能的一个很重要的指标。动力性能的一个很重要的指标。图图115 指示功与平均指示压力指示功与平均指示压力 福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering42SDpVpabAWmismiii式中式中，A为示功图面积为示功图面积 a、b分别为示功图纵、横坐标的比例尺分别为示功图纵、横坐标的比例尺 D和和S分别为气缸直径和活塞行程分别为气缸直

43、径和活塞行程若若Vs用用L为单位，为单位，Wi用用kJ为单位，则为单位，则Pmi (MPa)福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering指示性指标指示性指标1.实际循环做功能力的评价指标指示功率平均指示压力指示功率指示功率Pi ：发动机单位时间内所作的指示功。：发动机单位时间内所作的指示功。30260n iVpinWtWPsmiiii若若：一台内燃机的缸数：一台内燃机的缸数i，每缸的工作容积，每缸的工作容积Vs (L) ，平，平均指示压力为均指示压力为pmi

44、(MPa ) ，转速，转速n(r/min)，冲程数冲程数 。(kw )福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering指示性指标指示性指标1.实际循环做功能力的评价指标2.实际循环的经济性指标指示功率平均指示压力指示燃油消耗率指示热效率1QWiit式中，式中， Q Q1 1 得到指示功得到指示功W Wi i所消耗的热量所消耗的热量( J)( J)发动机实际循环指示功与所消耗燃料热发动机实际循环指示功与所消耗燃料热量的比值。量的比值。福州大学福州大学Fuzhou U

45、niversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering 对于一台发动机，若测得其指示功率对于一台发动机，若测得其指示功率Pi (kW)、每小时燃油消耗量、每小时燃油消耗量B(kg/h) ，则：，则：BHuPiit3106 . 3式中式中，3.6l03 1kWh的热当量，的热当量，kJ/(kWh)； B 每小时发动机的耗油量，每小时发动机的耗油量，kg/h； Hu 所用燃料的低热值，所用燃料的低热值，kJ/kg。福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程

46、系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering指示性指标指示性指标1.实际循环做功能力的评价指标2.实际循环的经济性指标指示功率平均指示压力指示燃油消耗率指示热效率指示燃油消耗率指示燃油消耗率：指单位指示功的耗油量。通常以单位指：指单位指示功的耗油量。通常以单位指示千瓦小时的耗油量来表示。示千瓦小时的耗油量来表示。g(kWh) ：iiPBb1000福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering 表示实际循环的经济性指标表

47、示实际循环的经济性指标itit和和b bi i之间存在着之间存在着以下关系：以下关系：uit iHb6106 . 3uit iHBP3106 . 3iiPBb1000福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering一般内燃机的一般内燃机的it和和bi的统计范围如下：的统计范围如下： it big(kWh) -1四冲程柴油机四冲程柴油机 0.40.5 170205二冲程柴油机二冲程柴油机 0.400.5 218177 四冲程汽油机四冲程汽油机 0.30.4 2053

48、20二冲程汽油机二冲程汽油机 0.20.3 435305 从统计范围可以看出：柴油机的指示热效率高于汽油从统计范围可以看出：柴油机的指示热效率高于汽油机，四冲程发动机的指示热效率高于二冲程发动机。机，四冲程发动机的指示热效率高于二冲程发动机。福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering1.4 内燃机有效性能指标内燃机有效性能指标以曲轴输出功为计算基础以曲轴输出功为计算基础的性能指标，称的性能指标，称为有效性能指标，简称有效指标。为有效性能指标，简称有效指标。

49、有效指标被用来有效指标被用来直接评定发动机实际工作直接评定发动机实际工作性能性能的优劣的优劣( (包括动力性、经济性和排放包括动力性、经济性和排放性性) )。福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering1.4.1 动力性指标动力性指标1、有效功率、有效功率Pe 有效功率：指示功率克服运动件的摩擦损失功率有效功率：指示功率克服运动件的摩擦损失功率以及驱动冷却风扇、机油泵等附件所消耗的功率以及驱动冷却风扇、机油泵等附件所消耗的功率损失后，经损失后，经曲轴对外输出曲

50、轴对外输出的有用功率。的有用功率。 动力性指标是评价内燃机对外做功的能力。动力性指标是评价内燃机对外做功的能力。主要有：主要有：。福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering其中，机械损失其中，机械损失Pm包括：发动机内部摩擦损失；包括：发动机内部摩擦损失； 驱动附件损耗和泵气损失等。驱动附件损耗和泵气损失等。miePPP式中：式中： Pi 指示功率指示功率 Pm 实际机械损失功率实际机械损失功率( kw )福州大学福州大学Fuzhou UniversityF

51、uzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering机械效率：机械效率：发动机的有效功率与指示功率之比。发动机的有效功率与指示功率之比。mimmieiemPPWWPP1式中：式中： Pmm 平均机械损失压力平均机械损失压力 Pmi 平均指示压力平均指示压力内部动力传递内部动力传递过程中动力损过程中动力损失的大小失的大小福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering发动机实际工作时，通过试

52、验手段直接测量发动机实际工作时，通过试验手段直接测量曲轴输出的有效转矩曲轴输出的有效转矩Ttq和发动机转速，则和发动机转速，则有效功率有效功率Pe可按下式求得可按下式求得95501000602nTnTPtqtqe福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering2、平均有效压力、平均有效压力Pme：发动机单位气缸工作容积所输出的有效功。发动机单位气缸工作容积所输出的有效功。与平均指示压力相似；与平均指示压力相似；是衡量发动机动力性能的一个很重要是衡量发动机动力性能的

53、一个很重要的参数。的参数。tqstqseseeTiVTinVpVWP3m1014. 330 冲程数；冲程数； Vs (L)Vs (L)每缸的工作容积；每缸的工作容积； i i一台内燃机的缸数；一台内燃机的缸数； n(r/min)n(r/min)转速转速。福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle EngineeringMpa3 . 17 . 0mePMpa0 . 16 . 0mePMpa9 . 29 . 0meP汽油机汽油机柴油机柴油机增压柴油机增压柴油机思考题：为什么汽油机的平均

54、有效压力比柴油机大？ Ttqpme ，对于结构一定的发动机对于结构一定的发动机，pme 反映反映了发动机单位气缸工作容积输出转矩的大小。了发动机单位气缸工作容积输出转矩的大小。福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering 单位气缸工作容积所输出的额定功率。单位气缸工作容积所输出的额定功率。30meLp nP式中，式中，pme为标定工况下的平均有效压力，为标定工况下的平均有效压力，MPa； n为标定转速，为标定转速，rmin。(kWL)seLV iPP 3、升功

55、率、升功率PL：pL值越大，气缸工作容积的利用效率越好，发动值越大，气缸工作容积的利用效率越好，发动机强化程度越高，输出一定有效功率的发动机尺机强化程度越高，输出一定有效功率的发动机尺寸就越小。寸就越小。福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering强化程度评价指标强化程度评价指标npmeCm增加，活塞的热负荷机惯性动力增加，磨损加剧，增加，活塞的热负荷机惯性动力增加，磨损加剧，减小寿命。减小寿命。 30SnCm活塞平均速度活塞平均速度30meLp nP发动机的

56、升功率与平均有效压力和转速的乘积成正比发动机的升功率与平均有效压力和转速的乘积成正比。福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering发动机的类型发动机转速n(r/min）活塞平均速度Cm(m/s)汽油机 3600-800010-24柴油机2000-50009-18增压柴油机1500-40008-1表表116 强化系数范围强化系数范围 30SnCm为了限制为了限制Cm，可以适当减小活塞的行程可以适当减小活塞的行程S，以，以减小行程与缸径比减小行程与缸径比S/D。但

57、是。但是S/D过小，影响燃过小，影响燃烧室结构，使其高度降低，直接影响混合气的烧室结构，使其高度降低，直接影响混合气的行程和燃烧过程。行程和燃烧过程。 福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering1.4.2 发动机经济性指标发动机经济性指标 经济性指标是从发动机对外做功的角度，经济性指标是从发动机对外做功的角度，衡量发动机输出一定的有用功所消耗的能源衡量发动机输出一定的有用功所消耗的能源的代价。的代价。 衡量发动机经济性能的重要指标是衡量发动机经济性能的重要指

58、标是福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering1QWeetueetBHP3106 . 3式中，式中，B为每小时燃油消耗量，为每小时燃油消耗量，kg/h； Hu为燃料的低热值，为燃料的低热值，kJ/kg。1、有效热效率、有效热效率 实际循环的有效功与为得到此有效功所消实际循环的有效功与为得到此有效功所消耗的热量的比值耗的热量的比值福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle Engine

59、eringVehicle Engineering310eeBbP63.6 10eetubH 可见，有效燃油消耗率与有效热效率成反可见，有效燃油消耗率与有效热效率成反比。因此，尽可能减小实际循环及动力传递过比。因此，尽可能减小实际循环及动力传递过程中的损失，可以改善燃油经济性。程中的损失，可以改善燃油经济性。2、有效燃油消耗率、有效燃油消耗率指单位有效功所消耗的燃油量，指单位有效功所消耗的燃油量， g(kWh)福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Vehicle EngineeringVehicle Engineering一般内燃

60、机在标定工况下的一般内燃机在标定工况下的be和和et值大致在以下范围：值大致在以下范围： beg (kWh)-1 et低速柴油机低速柴油机 190225 0.380.45中速柴油机中速柴油机 195240 0.360.43高速柴油机高速柴油机 215285 0.300.40(其中较低的其中较低的be值属排气涡轮增压的四冲程、二冲程柴油机值属排气涡轮增压的四冲程、二冲程柴油机)四冲程汽油机四冲程汽油机 274410 0.300.20二冲程汽油机二冲程汽油机 410545 0.200.15福州大学福州大学Fuzhou UniversityFuzhou University车辆工程系车辆工程系Veh