第3章循环分析与能量利用模版课件

点燃式和压燃式内燃机工作过程、燃烧理论、性能分析及参数调控陈勋宁夏大学汽车工程系汽车发动机原理AutomotiveEngineFundamentals点燃式和压燃式内燃机陈勋宁夏大学汽车工程系汽车发1.循环模式与热效率2.机械损失与机械效率3.能量分配与合理利用循环热效率和机械效率质环节讲课内容第一部分：动力输出与能量利用第1章性能指标与影响因素第2章燃料、工质与热化学第3章工作循环与能量利用第4章换气过程与进气充量第5章运行特性与整车匹配第二部分：燃烧与排放第6章燃烧的基础知识第7章柴油机混合气形成与燃烧第8章汽油机混合气形成与燃烧第9章有害排放物的生成与控制第10章新燃烧方式与替代燃料动力1.循环模式与热效率循环热效率和机械效率质环节讲课内循环模式分类根据工质和循环特征分类:1)理论循环(TheoreticalCycle)工质——理想气体(空气)，物性参数(比热比,k)为常数，不随温度变化循环——理想循环：封闭热力循环：系统加热燃烧放热；系统放热气体交换(进排气)

特殊热力过程：绝热压缩和膨胀；等容或等压加热和放热

2)理想循环(IdealCycle)工质——真实工质循环——理想循环

3)真实循环(RealCycle)工质——真实工质循环——真实循环Q2Q1等熵压缩等容/等压加热等熵膨胀等容放热工质和循环模式是决定循环热效率的两大因素循环模式分类根据工质和循环特征分类:Q2Q1等熵压缩等容/等循环热效率(Cycle

thermalefficiency)ht211qq=-htt1wq=0=12321tqq

w-=pVTswtwtq2q1示功图温熵图温熵图(T-s)是分析循环热效率的一种有效而又直观的方法w

pdV

Tds

dut==-òòò循环功(动力过程功）热力学第一定律循环热效率:Tdsdq=循环热效率(Cyclethermalefficiency理论循环分类根据加热过程进行分类：1)等容加热→等容循环(Otto循环)2)等压加热→等压循环(Diesel循环)3)混合(等容＋等压)加热→混合循环(Sabathe循环)1-2:等熵压缩(isentropic)2-3:等容/等压加热(isochoric/isobaric)3-4:等熵膨胀(isentropic)4-1:等容放热(isochoric)理论循环分类根据加热过程进行分类：1-2:等熵压缩(is等容循环(Isochoriccycle)VspT3q1q1q22411234V1V2q2q2q1奥托循环(OttoCycle):早期汽油机转速低，燃烧接近等容放热压力升高比

＝p3/p2压力升高比对等容循环的热效率没有影响！等容循环效率:()()hhhkkkt21t,vv41v321412321221134143t,v122111qq1cTTcTT1TTT1TTT1TTVVVVTT1TT1VV=-=---=--æèçöø-æèçöø=æèçöø=æèçöø==-=-æèçöø---het,v111=--kççççç等容循环(Isochoriccycle)VspT3q1q1加热时刻对循环的影响(等容度)q1=const.q133

3

3q13*4*41q222*3*4*4q212*2TpsVTDC加热:1-2-3-4BTDC加热:1-2*-3*-3’-4*-1ATDC加热:1-2-2*-3*-4*-1ht211qq=-偏离上止点加热，t增大or减小?等容度：VcmVs等容加热≠100％等容度q2增加，t减小Vc加热时刻对循环的影响(等容度)q1=const.q133等压循环(Isobariccycle)q13341q224q212Tpq1p2V2V1sV4狄赛尔循环(DieselCycle):早期柴油机在上止点喷油燃烧t,p=容积预膨胀比:

=V3/V2预膨胀比与等容度是什么关系？等压循环(Isobariccycle)q13341q224混合循环与其他循环的比较q1p241q2,vvT21q134q2,v等容循环pq12341q2,pvTs21q14q2,p等压循环3s3t,s=现代汽油机和柴油机的实际工作循环是混合循环。相对而言，传统汽油机更接近于等容循环，传统柴油机更接近于等压循环。3pq1,p241q2,svs21q1,p34q2,sq1,v3¢q1,v3¢T混合循环混合循环与其他循环的比较q1p241q2,vvT21q134理论循环热效率的比较20161284000.20.40.60.8hte等容循环等压循环混合循环150bar70barp3=40bark=1.4q*=9.14p1=1barq*qcT1p1=在加热量、压缩比相同的条件下，等容循环具有最高的热效率，因此，提高等容加热比例是提高热效率的有效途径理论循环热效率的比较20161284000.20.40.60压缩比和等熵指数对热效率的影响20161284000.20.40.60.8ht,vk

=1.41.31.2e结论：1)压缩比ε越大,热效率越高压缩比由8增加为12，热效率能提高10～15％。但ε>20，热效率提高不明显2)等熵指数越大,热效率越高等熵指数由1.2提高到1.4,热效率可增加40％(q1和不变,,cp和cv,工质温升,效率)循环参数对热效率的影响四大循环参数:1)压缩比;2)等熵指数;3)压力升高比;4)预膨胀比压缩比和等熵指数对热效率的影响20161284000.20.压力升高率和预膨胀比对热效率影响:1)＝1,等容循环,对t无影响2)＝1,等压循环,增大,t明显下降3)混合循环：不变：随上升，t略有增加

再增大，t不受影响不变：随增大，t明显下降结论：减少等压加热；增加等容加热循环参数对热效率的影响压力升高率和预膨胀比对热效率影响:结论：循环参数对热效率的影理论循环分析的指导意义1）指出了改善发动机动力性、经济性的基本原则和方向在允许的条件下,尽可能提高压缩比

,尤其是汽油机合理组织燃烧,提高循环加热等容度（减少预膨胀比、合理选择燃烧始点、压燃同时着火）保证工质具有较高的等熵指数（稀燃）2）提供了发动机之间进行动力性、经济性对比的理论依据同一机型不同加热模式的对比、及q1不变：等容循环t>混合循环t>等压循环t不同机型(汽、柴油机)的对比pmax及q1相同：等压循环t>混合循环t>等容循环t理论循环分析的指导意义1）指出了改善发动机动力性、经济性的理论循环分析的指导意义

汽、柴油机负荷变化(q1不同)时的对比

部分负荷柴油机:缸内喷射扩散燃烧,喷油时间缩短,初期等容放热变化不大,即基本不变而减小,t提高

部分负荷汽油机:预混燃烧,燃烧速度下降,燃烧时间加长,即下降而上升,t下降结果：中、低负荷工况,柴油机使用油耗较汽油机低30％～50％。理论循环分析的指导意义汽、柴油机负荷变化(q1不同)时的对理想循环假设：1)保持理论循环中关于循环的假设(简化)2)工质特性按真实情况考虑：循环过程中成分是变化的工质的热力参数随温度、分子结构及混合气浓度等变化研究理想循环的目的：1)工质特性对热效率的影响(与理论循环相比)2)理想循环代表了人类努力所能达到的水平(与真实循环相比)相对热效率：真实循环的指示效率与理想循环热效率之比。反映了实际发动机指示效率接近理想水平的程度。压缩过程:空气+燃料蒸气+残余废气膨胀过程:废气+空气理想循环假设：研究理想循环的目的：相对热效率：真实循环的指示真实工质对热效率的影响1)比热容

cv,cp=f（T,分子结构）

ΔQv=cv×ΔT，ΔQp=cp×ΔT

T↑cv和cp↑

↓ΔT↓t↓

多原子分子↑cv和cp↑

↓ΔT↓t↓

即：真实工质

＜理想工质

真实工质t↓

例如：柴油机汽油机；稀薄燃烧化学计量比燃烧2)高温热分解高温时，原子间的结合力减弱，产生热分解（吸热过程）。

CO2→CO+O2H2O→H2+O2

低温膨胀及排气时，反向燃烧放热。因此，燃烧放热时间拉长等容度↓

t↓。*T越高，p越小热分解越严重，因此，汽油机热分解＞柴油机热分解。真实工质对热效率的影响1)比热容真实工质对热效率的影响1.401.351.301.251.204006008001000K温度Temperaturek=cp/cvAira=2.0a=1.25a=0.83a=0.67a=1.0w/oexhaustgasresidual3)工质分子变化系数液体燃料发动机燃烧后，>1，p和t↑

气体燃料发动机燃烧后，1，p和t↓（气体燃料分子计入燃前分子总数）总的来说，

的影响不大4)过量空气系数

a1，未燃碳氢↑多原子↑T↑

↓

t↓

a>1，空气↑单双原子↑T↓

t真实工质对热效率的影响1.401.351.301.251.2汽油机与柴油机理想循环热效率的比较1)高负荷柴油机a>汽油机a柴油机t>汽油机t

汽油机混合气浓且等容度高，Tmax↑，残余废气↑

↓，热分解↑汽油机t

↓

汽油机

>柴油机，但影响不大2)低负荷汽油机a更小，而柴油机a更大汽油机t

↓↓

汽油机r↑，柴油机r不变，汽油机

↓，燃烧速度↓汽油机t↓

汽油机高、低负荷温差小，Tmax↑

↓汽油机t↓考虑真实工质特性后，汽、柴油机热效率差距加大：汽油机与柴油机理想循环热效率的比较1)高负荷考虑真实工质特真实循环1)传热损失(总加热量的6％)真实循环并非绝热过程,通过气缸壁面、缸盖底面、活塞顶面向外散热。散热量Qw=∫αFw（T-Tw）dτ式中，α—传热系数

Fw—散热面积,Fw=f（）

T—缸内工质温度,T=f（）

Tw—燃烧室壁面温度,可设为定值压缩过程:前期吸热,后期散热,使压缩线略下降(有利)。燃烧及膨胀过程:温差大,散热强烈,使pz和膨胀线下降(不利)。燃烧膨胀线的下降幅度远大于压缩线,使动力过程功减小。真实循环1)传热损失(总加热量的6％)真实循环2)时间损失实际燃烧及向工质加热不可能瞬间完成：存在点火(喷油)提前，使有用功面积下降，t↓。pz出现在TDC后10CA，而非等容加热，使有用功面积减小。3)换气损失排气门早开，造成膨胀功损失。泵气损失功(W2＋W3)4)不完全燃烧损失正常燃烧时，也有c≠100%

不正常燃烧、a

＜1等，

t↓↓5)缸内流动损失流动增强以及提高涡流与湍流程度，

t↓

因为：造成能量损失、散热损失例如：流动损失，非直喷式柴油机＞直喷式柴油机6)工质泄漏损失

真实循环2)时间损失真实循环与理论循环的比较总结：由于工质和循环方面的差别，使得:

理论循环ηt-实际循环ηt=10~20百分点两者之间的差别指出了改善内燃机ηt的基本原则真实循环与理论循环的比较总结：1.循环模式与热效率2.机械损失与机械效率3.能量分配与合理利用讲课内容第一部分：动力输出与能量利用第1章性能指标与影响因素第2章燃料、工质与热化学第3章工作循环与能量利用第4章换气过程与进气充量第5章运行特性与整车匹配第二部分：燃烧与排放第6章燃烧的基础知识第7章柴油机混合气形成与燃烧第8章汽油机混合气形成与燃烧第9章有害排放物的生成与控制第10章新燃烧方式与替代燃料动力1.循环模式与热效率讲课内容第一部分：动力输出与能量利用机械损失与机械效率1)机械效率的定义2)机械损失的组成与份额3)机械损失的测量4)机械效率的影响因素机械损失与机械效率1)机械效率的定义机械损失与机械效率(1)机械摩擦损失(50％～80％)活塞组件、轴承、气门机构等(2)附件驱动消耗(～10％)水泵、机油泵、燃油泵、点火装置等运转必不可少的辅助机构(3)泵气损失(5％～40％)1)机械效率的定义2)机械损失的组成与份额3)机械损失的测量4)机械效率的影响因素

为什么泵气损失包含在机械损失中？机械损失与机械效率(1)机械摩擦损失(50％～80％)1)机械损失与机械效率1)机械效率的定义2)机械损失的组成与份额3)机械损失的测量4)机械效率的影响因素无凸轮轴（Camless）发动机测量机械损失时可以剔除泵气损失吗？(1)机械摩擦损失(50％～80％)活塞组件、轴承、气门机构等(2)附件驱动消耗(～10％)水泵、机油泵、燃油泵、点火装置等运转必不可少的辅助机构(3)泵气损失(5％～40％)电控气门机械损失与机械效率1)机械效率的定义无凸轮轴（Camles机械损失与机械效率标定工况：自吸式汽油机:m=0.8~0.9

自吸式柴油机:m=0.78~0.85

涡轮增压式柴油机:m=0.80~0.921)机械效率的定义2)机械损失的组成与份额3)机械损失的测量4)机械效率的影响因素

在相同排量和标定工况条件下，比较涡轮增压发动机、机械增压发动机和自然吸气发动机的机械效率，哪个大？哪个小？(1)机械摩擦损失(50％～80％)活塞组件、轴承、气门机构等(2)附件驱动消耗(～10％)水泵、机油泵、燃油泵、点火装置等运转必不可少的辅助机构(3)泵气损失(5％～40％)机械损失与机械效率标定工况：1)机械效率的定义在相同排量机械损失与机械效率(1)示功图法由总指示功Wi，减去台架上测得的有效功We只适用研发：(a)上止点难以精确测量：偏差1CA，误差10～15％(b)各缸不均匀，需要同时测量1)机械效率的定义2)机械损失的组成与份额3)机械损失的测量4)机械效率的影响因素机械损失与机械效率(1)示功图法1)机械效率的定义机械损失与机械效率(2)倒拖法发动机正常运转后。断油或断火，用电机反拖发动机，测得的反拖功率误差：(a)无燃烧，缸内压力低，活塞与缸套间隙加大；润滑油粘度加大，摩擦损失增大(b)排气阻力加大，泵气损失变化(c)压缩、膨胀线不重合，增大pmm汽油机压缩比小，所以误差小1)机械效率的定义2)机械损失的组成与份额3)机械损失的测量4)机械效率的影响因素机械损失与机械效率(2)倒拖法1)机械效率的定义机械损失与机械效率(3)灭缸法用于多缸机本质上也是倒拖法（N-1缸拖1缸），但更接近真实状态新问题：灭缸后进排气波动效应的影响两大数相减得到小数，误差加大1)机械效率的定义2)机械损失的组成与份额3)机械损失的测量4)机械效率的影响因素机械损失与机械效率(3)灭缸法1)机械效率的定义机械损失与机械效率(4)油耗线法转速不变，测出整机燃料消耗率随负荷的变化曲线。将此线外延到与横坐标相交的a点，则a0之值为机械损失值。适合柴油机，不适合汽油机1)机械效率的定义2)机械损失的组成与份额3)机械损失的测量4)机械效率的影响因素（参看公式1-41和图2-16）机械损失与机械效率(4)油耗线法1)机械效率的定义（参看机械损失与机械效率小结：

(1)汽油机多用倒拖法，不适合用灭缸法(灭缸不安全)和油耗线法(不成直线)(2)自然吸气柴油机适合灭缸法、油耗线法，小型柴油机可以用倒拖法

(3)废气涡轮增压柴油机无法使用倒拖法和灭缸法，低增压可以用油耗线法。1)机械效率的定义2)机械损失的组成与份额3)机械损失的测量4)机械效率的影响因素机械损失与机械效率小结：1)机械效率的定义机械损失与机械效率(1)活塞平均速度

cm↑，摩擦阻力↑，泵气损失↑(2)负荷负荷Pe↓，m↓

怠速m＝0

增压机型m↑(3)润滑条件机油粘度：冷起动和低温不能过高；高负荷不能过低水温80～95C，机油温度85～110C1)机械效率的定义2)机械损失的组成与份额3)机械损失的测量4)机械效率的影响因素机械损失与机械效率(1)活塞平均速度1)机械效率的定义美国汽油机油API分级等级使用对象油品性能SA一般低负荷汽油机和柴油机不含添加剂或只加降凝剂与抗泡剂SB中负荷汽油机加入某些抗氧剂与抗磨剂SC用于1964-1967年生产的汽油车加入清净分散剂与抗氧防腐剂SD用于1968-1971年生产的汽油车具有更好的减少低温油泥防锈性能SE用于1972年以后生产的汽油车具有更好的高温氧化及抗低温油泥性能SF用于1980年以后生产的汽油车具有比SE更高的高温氧化及抗磨性SG用于1989-1993年以后生产的汽油车具有更好的高温抗氧化变稠性能及清净性和好的低温油泥分散性SH用于1994年以后生产的汽油车引入CMA试验规范，因而比SG的水平苛刻10%左右SJ用于1996年以后生产的汽油车发动机性能与SH一样，节能试验，由VI变为VI-A，油中磷含量＜0.1%SL用于2000年以后生产的汽油车改善催化转化器的保护，由GF-2的128×103km延长到16×103km万公里，通过锈球试验，ⅢF、ⅤG、ⅣAⅧ、ⅥB台架等级使用对象油品性能GF-1用于使用SH油的汽油车质量等级相当于SH，并要求通过程序Ⅵ

P＜0.12%GF-2用于使用SJ油的汽油车质量等级相当于SF，并要求通过程序Ⅵ-A

P＜0.1%GF-3用于使用SL油的汽油车质量等级相当于SL，并要求通过程序Ⅳ-B

P＜0.1%ILSAC汽油机油分类汽油机油的质量等级美国汽油机油API分级等级使用对象油品性能SA一般低负荷汽油SAE黏度等级使用环境温度范围（℃）0W-45～155W-40～1010W-35～515W-25～020W-20～525W-15～1020-10～30300～304010～405W/40-35～3010W/40-30～3015W/40-20～4020W/40-10～40润滑油的黏度等级SAE黏度等级使用环境温度范围（℃）0W-45～155W-41.循环模式与热效率2.机械损失与机械效率3.能量分配与合理利用

(讨论课)讲课内容第一部分：动力输出与能量利用第1章性能指标与影响因素第2章燃料、工质与热化学第3章工作循环与能量利用第4章换气过程与进气充量第5章运行特性与整车匹配第二部分：燃烧与排放第6章燃烧的基础知识第7章柴油机混合气形成与燃烧第8章汽油机混合气形成与燃烧第9章有害排放物的生成与控制第10章新燃烧方式与替代燃料动力1.循环模式与热效率讲课内容第一部分：动力输出与能量利用讨论课思考题发动机燃烧释放的能量有多大比例转化为有效输出功？比较汽油机和柴油机的有效效率？并说明造成差异的原因。根据图3-24所示的某四冲程柴油机能量利用率递减图例，给出内燃机节能的途径和努力方向。超膨胀循环发动机节能的理论依据是什么？实际发动机是如何应用这一理论实现节能的？试举例进行说明。什么是稀燃发动机？它有什么优缺点？增压容易导致汽油机爆燃，但为什么越来越多的车用汽油机采用涡轮增压技术？发动机燃烧系统绝热之后，会带来哪些益处和问题？为什么绝热发动机的热效率难以大幅度提高？什么是回热发动机？它有什么优缺点？讨论课思考题发动机燃烧释放的能量有多大比例转化为有效输出功？点燃式和压燃式内燃机工作过程、燃烧理论、性能分析及参数调控陈勋宁夏大学汽车工程系汽车发动机原理AutomotiveEngineFundamentals点燃式和压燃式内燃机陈勋宁夏大学汽车工程系汽车发1.循环模式与热效率2.机械损失与机械效率3.能量分配与合理利用循环热效率和机械效率质环节讲课内容第一部分：动力输出与能量利用第1章性能指标与影响因素第2章燃料、工质与热化学第3章工作循环与能量利用第4章换气过程与进气充量第5章运行特性与整车匹配第二部分：燃烧与排放第6章燃烧的基础知识第7章柴油机混合气形成与燃烧第8章汽油机混合气形成与燃烧第9章有害排放物的生成与控制第10章新燃烧方式与替代燃料动力1.循环模式与热效率循环热效率和机械效率质环节讲课内循环模式分类根据工质和循环特征分类:1)理论循环(TheoreticalCycle)工质——理想气体(空气)，物性参数(比热比,k)为常数，不随温度变化循环——理想循环：封闭热力循环：系统加热燃烧放热；系统放热气体交换(进排气)

特殊热力过程：绝热压缩和膨胀；等容或等压加热和放热

2)理想循环(IdealCycle)工质——真实工质循环——理想循环

3)真实循环(RealCycle)工质——真实工质循环——真实循环Q2Q1等熵压缩等容/等压加热等熵膨胀等容放热工质和循环模式是决定循环热效率的两大因素循环模式分类根据工质和循环特征分类:Q2Q1等熵压缩等容/等循环热效率(Cycle

thermalefficiency)ht211qq=-htt1wq=0=12321tqq

w-=pVTswtwtq2q1示功图温熵图温熵图(T-s)是分析循环热效率的一种有效而又直观的方法w

pdV

Tds

dut==-òòò循环功(动力过程功）热力学第一定律循环热效率:Tdsdq=循环热效率(Cyclethermalefficiency理论循环分类根据加热过程进行分类：1)等容加热→等容循环(Otto循环)2)等压加热→等压循环(Diesel循环)3)混合(等容＋等压)加热→混合循环(Sabathe循环)1-2:等熵压缩(isentropic)2-3:等容/等压加热(isochoric/isobaric)3-4:等熵膨胀(isentropic)4-1:等容放热(isochoric)理论循环分类根据加热过程进行分类：1-2:等熵压缩(is等容循环(Isochoriccycle)VspT3q1q1q22411234V1V2q2q2q1奥托循环(OttoCycle):早期汽油机转速低，燃烧接近等容放热压力升高比

＝p3/p2压力升高比对等容循环的热效率没有影响！等容循环效率:()()hhhkkkt21t,vv41v321412321221134143t,v122111qq1cTTcTT1TTT1TTT1TTVVVVTT1TT1VV=-=---=--æèçöø-æèçöø=æèçöø=æèçöø==-=-æèçöø---het,v111=--kççççç等容循环(Isochoriccycle)VspT3q1q1加热时刻对循环的影响(等容度)q1=const.q133

3

3q13*4*41q222*3*4*4q212*2TpsVTDC加热:1-2-3-4BTDC加热:1-2*-3*-3’-4*-1ATDC加热:1-2-2*-3*-4*-1ht211qq=-偏离上止点加热，t增大or减小?等容度：VcmVs等容加热≠100％等容度q2增加，t减小Vc加热时刻对循环的影响(等容度)q1=const.q133等压循环(Isobariccycle)q13341q224q212Tpq1p2V2V1sV4狄赛尔循环(DieselCycle):早期柴油机在上止点喷油燃烧t,p=容积预膨胀比:

=V3/V2预膨胀比与等容度是什么关系？等压循环(Isobariccycle)q13341q224混合循环与其他循环的比较q1p241q2,vvT21q134q2,v等容循环pq12341q2,pvTs21q14q2,p等压循环3s3t,s=现代汽油机和柴油机的实际工作循环是混合循环。相对而言，传统汽油机更接近于等容循环，传统柴油机更接近于等压循环。3pq1,p241q2,svs21q1,p34q2,sq1,v3¢q1,v3¢T混合循环混合循环与其他循环的比较q1p241q2,vvT21q134理论循环热效率的比较20161284000.20.40.60.8hte等容循环等压循环混合循环150bar70barp3=40bark=1.4q*=9.14p1=1barq*qcT1p1=在加热量、压缩比相同的条件下，等容循环具有最高的热效率，因此，提高等容加热比例是提高热效率的有效途径理论循环热效率的比较20161284000.20.40.60压缩比和等熵指数对热效率的影响20161284000.20.40.60.8ht,vk

=1.41.31.2e结论：1)压缩比ε越大,热效率越高压缩比由8增加为12，热效率能提高10～15％。但ε>20，热效率提高不明显2)等熵指数越大,热效率越高等熵指数由1.2提高到1.4,热效率可增加40％(q1和不变,,cp和cv,工质温升,效率)循环参数对热效率的影响四大循环参数:1)压缩比;2)等熵指数;3)压力升高比;4)预膨胀比压缩比和等熵指数对热效率的影响20161284000.20.压力升高率和预膨胀比对热效率影响:1)＝1,等容循环,对t无影响2)＝1,等压循环,增大,t明显下降3)混合循环：不变：随上升，t略有增加

再增大，t不受影响不变：随增大，t明显下降结论：减少等压加热；增加等容加热循环参数对热效率的影响压力升高率和预膨胀比对热效率影响:结论：循环参数对热效率的影理论循环分析的指导意义1）指出了改善发动机动力性、经济性的基本原则和方向在允许的条件下,尽可能提高压缩比

,尤其是汽油机合理组织燃烧,提高循环加热等容度（减少预膨胀比、合理选择燃烧始点、压燃同时着火）保证工质具有较高的等熵指数（稀燃）2）提供了发动机之间进行动力性、经济性对比的理论依据同一机型不同加热模式的对比、及q1不变：等容循环t>混合循环t>等压循环t不同机型(汽、柴油机)的对比pmax及q1相同：等压循环t>混合循环t>等容循环t理论循环分析的指导意义1）指出了改善发动机动力性、经济性的理论循环分析的指导意义

汽、柴油机负荷变化(q1不同)时的对比

部分负荷柴油机:缸内喷射扩散燃烧,喷油时间缩短,初期等容放热变化不大,即基本不变而减小,t提高

部分负荷汽油机:预混燃烧,燃烧速度下降,燃烧时间加长,即下降而上升,t下降结果：中、低负荷工况,柴油机使用油耗较汽油机低30％～50％。理论循环分析的指导意义汽、柴油机负荷变化(q1不同)时的对理想循环假设：1)保持理论循环中关于循环的假设(简化)2)工质特性按真实情况考虑：循环过程中成分是变化的工质的热力参数随温度、分子结构及混合气浓度等变化研究理想循环的目的：1)工质特性对热效率的影响(与理论循环相比)2)理想循环代表了人类努力所能达到的水平(与真实循环相比)相对热效率：真实循环的指示效率与理想循环热效率之比。反映了实际发动机指示效率接近理想水平的程度。压缩过程:空气+燃料蒸气+残余废气膨胀过程:废气+空气理想循环假设：研究理想循环的目的：相对热效率：真实循环的指示真实工质对热效率的影响1)比热容

cv,cp=f（T,分子结构）

ΔQv=cv×ΔT，ΔQp=cp×ΔT

T↑cv和cp↑

↓ΔT↓t↓

多原子分子↑cv和cp↑

↓ΔT↓t↓

即：真实工质

＜理想工质

真实工质t↓

例如：柴油机汽油机；稀薄燃烧化学计量比燃烧2)高温热分解高温时，原子间的结合力减弱，产生热分解（吸热过程）。

CO2→CO+O2H2O→H2+O2

低温膨胀及排气时，反向燃烧放热。因此，燃烧放热时间拉长等容度↓

t↓。*T越高，p越小热分解越严重，因此，汽油机热分解＞柴油机热分解。真实工质对热效率的影响1)比热容真实工质对热效率的影响1.401.351.301.251.204006008001000K温度Temperaturek=cp/cvAira=2.0a=1.25a=0.83a=0.67a=1.0w/oexhaustgasresidual3)工质分子变化系数液体燃料发动机燃烧后，>1，p和t↑

气体燃料发动机燃烧后，1，p和t↓（气体燃料分子计入燃前分子总数）总的来说，

的影响不大4)过量空气系数

a1，未燃碳氢↑多原子↑T↑

↓

t↓

a>1，空气↑单双原子↑T↓

t真实工质对热效率的影响1.401.351.301.251.2汽油机与柴油机理想循环热效率的比较1)高负荷柴油机a>汽油机a柴油机t>汽油机t

汽油机混合气浓且等容度高，Tmax↑，残余废气↑

↓，热分解↑汽油机t

↓

汽油机

>柴油机，但影响不大2)低负荷汽油机a更小，而柴油机a更大汽油机t

↓↓

汽油机r↑，柴油机r不变，汽油机

↓，燃烧速度↓汽油机t↓

汽油机高、低负荷温差小，Tmax↑

↓汽油机t↓考虑真实工质特性后，汽、柴油机热效率差距加大：汽油机与柴油机理想循环热效率的比较1)高负荷考虑真实工质特真实循环1)传热损失(总加热量的6％)真实循环并非绝热过程,通过气缸壁面、缸盖底面、活塞顶面向外散热。散热量Qw=∫αFw（T-Tw）dτ式中，α—传热系数

Fw—散热面积,Fw=f（）

T—缸内工质温度,T=f（）

Tw—燃烧室壁面温度,可设为定值压缩过程:前期吸热,后期散热,使压缩线略下降(有利)。燃烧及膨胀过程:温差大,散热强烈,使pz和膨胀线下降(不利)。燃烧膨胀线的下降幅度远大于压缩线,使动力过程功减小。真实循环1)传热损失(总加热量的6％)真实循环2)时间损失实际燃烧及向工质加热不可能瞬间完成：存在点火(喷油)提前，使有用功面积下降，t↓。pz出现在TDC后10CA，而非等容加热，使有用功面积减小。3)换气损失排气门早开，造成膨胀功损失。泵气损失功(W2＋W3)4)不完全燃烧损失正常燃烧时，也有c≠100%

不正常燃烧、a

＜1等，

t↓↓5)缸内流动损失流动增强以及提高涡流与湍流程度，

t↓

因为：造成能量损失、散热损失例如：流动损失，非直喷式柴油机＞直喷式柴油机6)工质泄漏损失

真实循环2)时间损失真实循环与理论循环的比较总结：由于工质和循环方面的差别，使得:

理论循环ηt-实际循环ηt=10~20百分点两者之间的差别指出了改善内燃机ηt的基本原则真实循环与理论循环的比较总结：1.循环模式与热效率2.机械损失与机械效率3.能量分配与合理利用讲课内容第一部分：动力输出与能量利用第1章性能指标与影响因素第2章燃料、工质与热化学第3章工作循环与能量利用第4章换气过程与进气充量第5章运行特性与整车匹配第二部分：燃烧与排放第6章燃烧的基础知识第7章柴油机混合气形成与燃烧第8章汽油机混合气形成与燃烧第9章有害排放物的生成与控制第10章新燃烧方式与替代燃料动力1.循环模式与热效率讲课内容第一部分：动力输出与能量利用机械损失与机械效率1)机械效率的定义2)机械损失的组成与份额3)机械损失的测量4)机械效率的影响因素机械损失与机械效率1)机械效率的定义机械损失与机械效率(1)机械摩擦损失(50％～80％)活塞组件、轴承、气门机构等(2)附件驱动消耗(～10％)水泵、机油泵、燃油泵、点火装置等运转必不可少的辅助机构(3)泵气损失(5％～40％)1)机械效率的定义2)机械损失的组成与份额3)机械损失的测量4)机械效率的影响因素

为什么泵气损失包含在机械损失中？机械损失与机械效率(1)机械摩擦损失(50％～80％)1)机械损失与机械效率1)机械效率的定义2)机械损失的组成与份额3)机械损失的测量4)机械效率的影响因素无凸轮轴（Camless）发动机测量机械损失时可以剔除泵气损失吗？(1)机械摩擦损失(50％～80％)活塞组件、轴承、气门机构等(2)附件驱动消耗(～10％)水泵、机油泵、燃油泵、点火装置等运转必不可少的辅助机构(3)泵气损失(5％～40％)电控气门机械损失与机械效率1)机械效率的定义无凸轮轴（Camles机械损失与机械效率标定工况：自吸式汽油机:m=0.8~0.9

自吸式柴油机:m=0.78~0.85

涡轮增压式柴油机:m=0.80~0.921)机械效率的定义2)机械损失的组成与份额3)机械损失的测量4)机械效率的影响因素

在相同排量和标定工况条件下，比较涡轮增压发动机、机械增压发动机和自然吸气发动机的机械效率，哪个大？哪个小？(1)机械摩擦损失(50％～80％)活塞组件、轴承、气门机构等(2)附件驱动消耗(～10％)水泵、机油泵、燃油泵、点火装置等运转必不可少的辅助机构(3)泵气损失(5％～40％)机械损失与机械效率标定工况：1)机械效率的定义在相同排量机械损失与机械效率(1)示功图法由总指示功Wi，减去台架上测得的有效功We只适用研发：(a)上止点难以精确测量：偏差1CA，误差10～15％(b)各缸不均匀，需要同时测量1)机械效率的定义2)机械损失的组成与份额3)机械损失的测量4)机械效率的影响因素机械损失与机械效率(1)示功图法1)机械效率的定义机械损失与机械效率(2)倒拖法发动机正常运转后。断油或断火，用电机反拖发动机，测得的反拖功率误差：(a)无燃烧，缸内压力低，活塞与缸套间隙加大；润滑油粘度加大，摩擦损失增大(b)排气阻力加大，泵气损失变化(c)压缩、膨胀线不重合，增大pmm汽油机压缩比小，所以误差小1)机械效率的定义2)机械损失的组成与份额3)机械损失的测量4)机械效率的影响因素机械损失与机械效率(2)倒拖法1)机械效率的定义机械损失与机械效率(3)灭缸法用于多缸机本质上也是倒拖法（N-1缸拖1缸），但更接近真实状态新问题：灭缸后进排气波动效应的影响两大数相减得到小数，误差加大1)机械效率的定义2)机械损失的组成与份额3)机械损失的测量4)机械效率的影响因素机械损失与机械效率(3)灭缸法1)机械效率的定义机械损失与机械效率(4)油耗线法转速不变，测出整机燃料消耗率随负荷的变化曲线。将此线外延到与横坐标相交的a点，则a0之值为机械损失值。适合柴油机，不适合汽油机1)机械效率的定义2)