第2章发动机实际循环及评价指标

1、一、四冲程发动机理想循环一、四冲程发动机理想循环 四冲程发动机的工作过程由进气、压缩、燃烧膨四冲程发动机的工作过程由进气、压缩、燃烧膨胀、排气四个过程组成。理想循环的基本假设：胀、排气四个过程组成。理想循环的基本假设：（1）缸内热力系统为）缸内热力系统为闭口系统闭口系统；（2）加热过程为）加热过程为定容或定压加热定容或定压加热，放热简化为，放热简化为定容定容放热放热过程；过程；（3）压缩和膨胀过程近似为）压缩和膨胀过程近似为绝热过程绝热过程；（4）工质为）工质为理想气体理想气体；（5）气缸内无摩擦损失，简化为）气缸内无摩擦损失，简化为可逆过程可逆过程；第二章发动机工作循环与评价指标第二章发动机

2、工作循环与评价指标根据根据加热方式加热方式的不同的不同 发动机理想循环分类发动机理想循环分类n定容循环定容循环n定压循环定压循环n混和循环混和循环 1 - 2 绝热压缩绝热压缩 2 - 3定容加热定容加热 3 - 4绝热膨胀绝热膨胀 4 - 1定容放热定容放热1、定容循环、定容循环 吸热前压缩气体，提高平均吸热温度是提高热效率的吸热前压缩气体，提高平均吸热温度是提高热效率的重要措施，是卡诺循环，第二定律对实际循环的指导重要措施，是卡诺循环，第二定律对实际循环的指导。1 - 2 绝热压缩绝热压缩 2 - 3定压加热定压加热 3 - 4绝热膨胀绝热膨胀 4 - 1定容放热定容放热2、定压循环、定压

3、循环1 - 2 绝热压缩绝热压缩 2 - 3定容加热定容加热 3 - 4定压加热定压加热 4 - 5绝热膨胀绝热膨胀 5 - 1定容放热定容放热 3、混合循环、混合循环汽油机采用定容加热循环汽油机采用定容加热循环 汽油发动机，混和气燃烧迅速，气缸内汽油发动机，混和气燃烧迅速，气缸内压力和温度增长很快，可以认为燃烧过程压力和温度增长很快，可以认为燃烧过程基本符合容积不变。基本符合容积不变。问问1：汽油机采用哪种形式的加热循环：汽油机采用哪种形式的加热循环问问2：柴油机采用哪种形式的加热循环：柴油机采用哪种形式的加热循环柴油机采用定压和混合加热循环柴油机采用定压和混合加热循环高增压和低速大型柴油机

4、，大部分燃料是在高增压和低速大型柴油机，大部分燃料是在 上止点以后燃烧，可认为燃烧过程压力不变上止点以后燃烧，可认为燃烧过程压力不变 高速柴油机，介于两者之间，可认为燃烧高速柴油机，介于两者之间，可认为燃烧过程先定容后定压（混和）循环过程先定容后定压（混和）循环 三种基本循环的比较三种基本循环的比较 各种活塞式发动机的工作原理是不同的，各种活塞式发动机的工作原理是不同的，因此对于不同形式的发动机必须采取相应的因此对于不同形式的发动机必须采取相应的工作循环，相应得到最大的热效率。工作循环，相应得到最大的热效率。 汽油机，压缩比的最大值由于所用燃料汽油机，压缩比的最大值由于所用燃料的确定而定。因此

5、按的确定而定。因此按压缩比一定压缩比一定来比较其各来比较其各种理想循环的热效率。种理想循环的热效率。 三种基本循环的比较三种基本循环的比较 柴油机，在工作条件一定时，其压缩比柴油机，在工作条件一定时，其压缩比也基本上确定，但是其压缩比一般较高，其也基本上确定，但是其压缩比一般较高，其压缩终了压力也较高，为避免其工作粗暴、压缩终了压力也较高，为避免其工作粗暴、噪声及振动，必须控制其最高压力。因此应噪声及振动，必须控制其最高压力。因此应按按一定的最高压力为条件一定的最高压力为条件来比较其各种理想来比较其各种理想循环的热效率。循环的热效率。二、二、四冲程发动机的实际循环四冲程发动机的实际循环 1.1

6、.进气过程进气过程进气过程中进气终点的压力和进气过程中进气终点的压力和温度的范围温度的范围: : P0 K汽油机汽油机 0.800.92 340380 柴油机柴油机 0.800.95 300340 二、二、四冲程发动机的实际循环四冲程发动机的实际循环 2.2.压缩过程压缩过程 压缩终了汽缸内压缩终了汽缸内压力和温度的范围压力和温度的范围: : MPa MPa K K汽油机汽油机 0.82.0 600750 柴油机柴油机 3.05.0 7501000 增压柴增压柴 5.08.0 9001100 二、二、四冲程发动机的实际循环四冲程发动机的实际循环 燃烧的最高爆发压力及最燃烧的最高爆发压力及最高温

7、度的范围：高温度的范围： （MPaMPa） （K K）汽油机汽油机 3.08.0 22002800柴油机柴油机 4.59.0 180022003.3.燃烧过程燃烧过程 4.4.膨胀过程膨胀过程二、二、四冲程发动机的实际循环四冲程发动机的实际循环 排气终了的压力（排气终了的压力（MPaMPa）、）、温温度（度（K K）范围：范围： MPa MPa K K汽油机汽油机 0.1050.125 9001100 柴油机柴油机 0.1030.108 700900 5.5.排气过程排气过程（a a） 柴油机柴油机 （b b） 汽油机汽油机实际循环与理论循环的比较实际循环与理论循环的比较 汽油机汽油机Wk 实

8、际工质影响实际工质影响引起损失引起损失Wr 换气损失换气损失Wz 非瞬时燃烧和非瞬时燃烧和补燃损失补燃损失Wb 传热和流动损失传热和流动损失W 提前排气损失提前排气损失1 1、实际工质的影响（、实际工质的影响（Wk） n理论循环假设工质比热容是定值，工质理论循环假设工质比热容是定值，工质是双原子气体，实际上燃烧后生成三原是双原子气体，实际上燃烧后生成三原子气体居多，使循环的最高温度降低。子气体居多，使循环的最高温度降低。n实际循环还存在泄漏，使工质数量减少，实际循环还存在泄漏，使工质数量减少，意味着同样的加热量，实际循环中所引意味着同样的加热量，实际循环中所引起的压力和温度的升高比理论循环低得

9、起的压力和温度的升高比理论循环低得多，使循环所做功减少。多，使循环所做功减少。2 2、换气损失（、换气损失（Wr ）n燃烧废气的排出和新鲜空气的吸入是使循环重燃烧废气的排出和新鲜空气的吸入是使循环重复进行必不可少的，因此而消耗的功称为换气复进行必不可少的，因此而消耗的功称为换气损失。损失。n由于进排气系统中的流动阻力而产生的损失。由于进排气系统中的流动阻力而产生的损失。n换气过程中因排气门在下止点前必要的提前开换气过程中因排气门在下止点前必要的提前开启而产生的损失叫启而产生的损失叫提前排气损失提前排气损失W。n实际循环中燃烧非瞬时完成，所以喷油或点实际循环中燃烧非瞬时完成，所以喷油或点火在上止

10、点前，并且燃烧还会持续到膨胀行火在上止点前，并且燃烧还会持续到膨胀行程，由此形成非瞬时燃烧损失和补燃损失程，由此形成非瞬时燃烧损失和补燃损失Wz 。n实际循环中会有部分燃料由于缺氧产生不完实际循环中会有部分燃料由于缺氧产生不完全燃烧损失。全燃烧损失。n高温下部分燃烧产物分解而吸热，使循环的高温下部分燃烧产物分解而吸热，使循环的最高温度下降，产生燃烧损失。最高温度下降，产生燃烧损失。3 3、燃烧损失、燃烧损失n实际循环中，气缸壁（包括气缸套、气实际循环中，气缸壁（包括气缸套、气缸盖、活塞、活塞环、气门、喷油器等）缸盖、活塞、活塞环、气门、喷油器等）和工质间自始至终存在着热交换，由此和工质间自始至

11、终存在着热交换，由此产生损失产生损失Wb 。4 4、传热损失、传热损失你能说出现在有哪些你能说出现在有哪些提高热效率的方法提高热效率的方法n化油器化油器 -电喷车电喷车n降低进排气门阻力降低进排气门阻力n合理选择配气相位合理选择配气相位nV型发动机，增大缸径和汽缸数目型发动机，增大缸径和汽缸数目2.3 发动机的指示指标发动机的指示指标 以工质在汽缸中对活塞所作功以工质在汽缸中对活塞所作功为计算基为计算基准的指标是指示性指标。准的指标是指示性指标。 用用指示功、平均指示压力和指示功率指示功、平均指示压力和指示功率评评定循环的动力性。定循环的动力性。 用用指示热效率、指示燃油消耗率指示热效率、指示

12、燃油消耗率评定循环评定循环的经济性。的经济性。 发动机的指示性能指标发动机的指示性能指标 1.1.指示功和平均指示压力指示功和平均指示压力 ( (a) a) 四冲程非增压发动机四冲程非增压发动机 ( (b) b) 四冲程增压发动机四冲程增压发动机 在气缸内完成一个循环工质对活塞所做有用功为指示功在气缸内完成一个循环工质对活塞所做有用功为指示功 平均指示压力平均指示压力 simiVWp指示功指示功 42mismiiSDpVpW 平均指示压力是发动机单平均指示压力是发动机单位汽缸工作容积所做的指位汽缸工作容积所做的指示功。示功。2.2.指示功率指示功率 32104iSiiSpDVpW 发动机的指示

13、功率发动机的指示功率指发动机单位时间内所做指发动机单位时间内所做的指示功的指示功 发动机每缸每循环所做的指示功发动机每缸每循环所做的指示功31030260inVpinWtWPsiii3.3.指示热效率和指示燃油消耗率指示热效率和指示燃油消耗率 63iit106 . 31000106 . 3ninihgkJhgkJQW 的范围一般是的范围一般是 柴油机柴油机 0.43 0.430.500.50 汽油机汽油机 0.25 0.250.400.40 it指示热效率指示热效率指实际循环指示功与所消耗的指实际循环指示功与所消耗的燃油热量的比值燃油热量的比值热功当量热功当量1千瓦千瓦.小时的功小时的功需要消

14、耗的热量需要消耗的热量n单位指示功的耗油量，称为单位指示功的耗油量，称为指示燃油消耗率指示燃油消耗率 )(103iihkwgPmgh 值得大致范围是值得大致范围是柴油机柴油机 170 170200 200 g/(kWh)g/(kWh)汽油机汽油机 230 230340 340 g/(kWh)g/(kWh) ign动力性指标动力性指标 1.1.有效功和有效功率有效功和有效功率 mieWWWmiePPP发动机的有效指标发动机的有效指标 以曲轴输出功以曲轴输出功为计算基准的指标为计算基准的指标发动机工作时，由功率输出轴输出的扭矩称为有效扭矩发动机工作时，由功率输出轴输出的扭矩称为有效扭矩 )(101

15、047. 09550106023tq3tqeKwnTnTnTPtq发动机的有效指标发动机的有效指标 2.2.有效扭矩有效扭矩)(9550mNnPTetq3.3.平均有效压力平均有效压力 )(10303seekwniVpP)(10303seeakpinVPp平均有效压力是发动机单位汽缸工作容积输出的有效功平均有效压力是发动机单位汽缸工作容积输出的有效功)(101047. 03eKwnTPtq代入上式代入上式)(14. 3seatqkpiVTp得得将将n发动机经济性指标发动机经济性指标 1.1.有效热效率有效热效率 实际循环有效功与所消耗的燃油热量的比值实际循环有效功与所消耗的燃油热量的比值63e

16、106 . 31000106 . 3neneehgkJhgkJQWn发动机经济性指标发动机经济性指标 2.2.有效燃油消耗率有效燃油消耗率 )./(103eehkwgPmgh 单位有效功的耗油量。单位有效功的耗油量。ege 和和 都可比较不同发动机和不同工况经都可比较不同发动机和不同工况经济性，但是济性，但是 更具有实际意义。更具有实际意义。egu 转速和活塞平均速度转速和活塞平均速度 30260nssnvmcn发动机强化指标发动机强化指标 )/(103010303e3sseseLhkwnpiVinVpiVPPu 升功率升功率 每升工作容积所发出的有效功率每升工作容积所发出的有效功率u 比质量

17、比质量 eePmm 2.5 机械损失与机械效率机械损失与机械效率 机械损失的组成机械损失的组成 u机械摩擦损失机械摩擦损失活塞组件的摩擦活塞组件的摩擦轴承摩擦轴承摩擦气门机构摩擦气门机构摩擦其他损失其他损失u辅助设备辅助设备( (附件附件) )驱动功率的消耗驱动功率的消耗u泵气损失泵气损失2.5 机械损失与机械效率机械损失与机械效率 imimiem1ppPPPppi机械效率机械效率有效功率与指示功率的比值有效功率与指示功率的比值机械功率是衡量发动机机械损失的重要指标，研究机械功率是衡量发动机机械损失的重要指标，研究机械损失的目的是为了寻求提高机械效率的有效途机械损失的目的是为了寻求提高机械效率的有效途径。径。影响机械效率的主要因素影响机械效率的主要因素u 转速（活塞平均速度）的影响转速（活塞平均速度）的影响 所有