内燃机原理第一章动力经济性能指标与影响因素

内燃机原理第一章动力经济性能指标与影响因素第一页，共五十一页，2022年，8月28日一、课中常用缩写词ICEInternalCombustionEngineNA-ICENaturallyAspiratedICE—自然吸气内燃机TC-ICETurbochargedICE—增压内燃机SI-ICESparkIgnitionICE—火花点火内燃机CI-ICECompressionIgnitionICE—压燃式内燃机GDIGasolineDirectInjection—汽油缸内直喷DIDirectInjection—缸内直接喷射IDIIndirectInjection—间接喷射TDCTopDeadCenterBottomDeadCenterBDCOutlineHIT规格严格功夫到家第二页，共五十一页，2022年，8月28日二、原理的重要性学习内燃机原理的根本目的：构造What原理WhyWere3W2、载货汽车为什么很少用汽油机？1、改装CNG和LPG内燃机为什么动力不佳？3、柴油汽车为什么冒烟？？？？？？OutlineHIT规格严格功夫到家4、为什么国Ⅳ标准推迟实施

？内燃机如何面对能源与环境两大挑战？第三页，共五十一页，2022年，8月28日三、学习方法1、理解且善于思考；2、做好每章的思考题；3、锻炼分析问题能力；4、注意符号应用和单位换算；5、做一些笔记；6、特别注意对应用性、前沿性问题的了解；OutlineHIT规格严格功夫到家7、教材和讲课PPT结合学习。第四页，共五十一页，2022年，8月28日四、教材和参考资料使用教材：王建昕、帅金石编著，汽车发动机原理，清华大学出版社，2011年3月第一版1、周龙保主编，内燃机学，机械工业出版社，2011年1月第三版参考资料：2、刘巽俊编著，内燃机的排放与控制，机械工业出版社，2005年2月第一版3、许维达主编，柴油机动力装置匹配，机械工业出版社，2000年10月第一版OutlineHIT规格严格功夫到家第五页，共五十一页，2022年，8月28日OutlineHIT规格严格功夫到家五、教学内容总体布局第一章动力、经济性能指标与影响因素第二章燃料、工质与热化学第三章工作循环与能量利用第四章换气过程与进气充量第六章燃烧的基础知识第七章柴油机的混合气形成与燃烧过程第八章汽油机的混合气形成与燃烧过程推导影响性能的理论因素第九章有害污染物的生成与控制第十章新燃烧方法及替代燃料发动机第五章运行特性与整车匹配三种影响因素第四种影响因素如何控制ICE排放如何面对能源危机动力源如何匹配第六页，共五十一页，2022年，8月28日平时成绩：10%实验成绩：10%考试成绩：80%课堂教学：56学时实验：4学时OutlineHIT规格严格功夫到家六、学时分配七、考核方式第七页，共五十一页，2022年，8月28日第一章动力性经济性指标及

影响因素第八页，共五十一页，2022年，8月28日1、掌握各种概念；3、掌握NA-ICE和TC-ICE示功图的画法，以及各种功的

表达方法；5、掌握ICE性能指标的测算方法；6、掌握性能指标的理论推导过程，分析影响性能的主要因素；2、掌握ICE的主要评价指标：动力性、经济性和环保指标；7、了解ICE的其它指标。本章要求HIT规格严格功夫到家4、了解二冲程内燃机的示功图画法；第九页，共五十一页，2022年，8月28日一、ICE评价指标（一）动力性指标定义：ICE对外输出功的能力。表达方式转速(RevolutionorSpeed)：工程单位：r/min

转矩(Torque)：工程单位：N·m

有效功率(BrakeEffectivePower)：工程单位：kW

加权平均功率：加权平均功率用于工况法测量内燃机的污染物排放中第一节工质对活塞作功及示功图HIT规格严格功夫到家第十页，共五十一页，2022年，8月28日评价指标最高转速：最大转矩：标定功率：注意：标定功率是内燃机可靠运行的最大功率！标定转速不一定是内燃机运行的最高转速！第一节工质对活塞作功及示功图HIT规格严格功夫到家第十一页，共五十一页，2022年，8月28日（二）经济性指标定义：ICE对燃料和润滑油的消耗程度。表达方式燃油消耗率：工程单位：kg/h

润滑油消耗率：工程单位：g/h

有效燃油消耗率(BrakeSpecificFuelConsumption,BSFC)：工程单位：g/(kW·h)

评价指标最低有效燃油消耗率：注意：最低有效燃油消耗率指外特性曲线上数值！第一节工质对活塞作功及示功图HIT规格严格功夫到家第十二页，共五十一页，2022年，8月28日（三）环境指标定义：内燃机的污染物排放和噪声。表达：四种污染物THC、CO、NOx和PM(ParticulateMatter)的排放；内燃机的运行噪声。评价指标四种污染物的比排放量工程单位：g/(kW·h)

注意：国家标准有详细的污染物排放和噪声测量方法和限值！内燃机的最大噪声值工程单位：dB(A)第一节工质对活塞作功及示功图HIT规格严格功夫到家第十三页，共五十一页，2022年，8月28日（四）强化指标定义：内燃机承受机械和热负荷的能力。表达方式升功率：在标定工况下，内燃机单位排量发出的功率。强化系数：在标定工况下，内燃机平均有效压力与

活塞平均速度的乘积。工程单位：kW/L工程单位：MPa·m/s第一节工质对活塞作功及示功图HIT规格严格功夫到家第十四页，共五十一页，2022年，8月28日（五）紧凑性指标定义：内燃机单位标定功率的质量或者体积。表达方式比质量：内燃机干质量与标定功率的比值。比体积：内燃机外廓体积与标定功率的比值。工程单位：kg/kW工程单位：L/kW第一节工质对活塞作功及示功图HIT规格严格功夫到家第十五页，共五十一页，2022年，8月28日各种用途内燃机比较r/ming/(kW·h)kW/Lkg/kWm/sSI摩托车四冲程5000～90008～11350～27030～704～110～20轿车NA4500～75008～12350～25035～653～1TC5000～70007～9380～28050～1003～1载货车2500～50007～9380～27020～306～3CI轿车NA3500～500020～24320～24020～305～3TC2500～450020～24290～24030～404～2载货车NA2000～400016～18240～21010～159～4TC2000～320015～17230～20515～208～3TC中冷1800～260014～16225～19520～255～3注意：现代货车内燃机多为CI-ICE第一节工质对活塞作功及示功图HIT规格严格功夫到家第十六页，共五十一页，2022年，8月28日（六）可靠性指标定义：ICE在规定使用条件下正常持续工作的能力。表达方式：首次故障里程、平均故障时间间隔、故障率。ICE可靠性试验方法，查看相关国家标准。（七）耐久性指标定义：ICE主要零部件磨损到不能持续工作的极限时间。ICE耐久性试验方法，查看相关国家标准。（八）工艺性指标用于评价ICE的制造工艺学和维修方便性。第一节工质对活塞作功及示功图HIT规格严格功夫到家第十七页，共五十一页，2022年，8月28日第一节工质对活塞作功及示功图HIT规格严格功夫到家intakecompressionpowerexhaust四个冲程二、工质对活塞作功及示功图（IndicatedDiagramofWork）缸内工质曲轴箱内工质第十八页，共五十一页，2022年，8月28日第一节工质对活塞作功及示功图HIT规格严格功夫到家TDCBDC由于曲轴箱内压力不变，四冲程内燃机各冲程功量相互抵消，在示功图研究中不考虑曲轴箱工质影响。intakeexhaust压力与运动方向相同为“+”；相反为“—”。第十九页，共五十一页，2022年，8月28日（一）概念活塞运动一个行程，缸内工质对活塞所作的功。压缩和膨胀行程，工质对活塞所作的功。进气和排气行程，工质对活塞所作的功。1、冲程功2、（循环）动力过程功3、泵气功（泵气过程功）第一节工质对活塞作功及示功图HIT规格严格功夫到家4、理论泵气功无任何损失的泵气功。第二十页，共五十一页，2022年，8月28日5、泵气功损失（PumpingLoss）理论泵气功与实际泵气功的差。6、（循环总）指示功动力过程功与理论泵气功的代数和。第一节工质对活塞作功及示功图HIT规格严格功夫到家7、（循环）净指示功动力过程功与实际泵气功代数和。第二十一页，共五十一页，2022年，8月28日第一节工质对活塞作功及示功图HIT规格严格功夫到家示功图：内燃机缸内工质压力随体积的变化关系。TDCBDCEVOIVCIVOEVCEVO：ExhaustValveOpenIgnitionEVC：ExhaustValveCloseIVO：IntakeValveOpenIVC：IntakeValveClose冲程（行程）≠过程（二）四冲程NA-ICE示功图第二十二页，共五十一页，2022年，8月28日TDCBDCbarcz四个冲程的工质压力为：第一节工质对活塞作功及示功图HIT规格严格功夫到家排气冲程功：第二十三页，共五十一页，2022年，8月28日用面积表示：第一节工质对活塞作功及示功图HIT规格严格功夫到家第二十四页，共五十一页，2022年，8月28日第一节工质对活塞作功及示功图HIT规格严格功夫到家（三）TC-ICE示功图压气机涡轮机空气入口排气入口排气出口空气出口放气阀第二十五页，共五十一页，2022年，8月28日TDCBDCarcz四个冲程的工质压力为：由于扫气，进气终点压力和排气始点压力相同第一节工质对活塞作功及示功图HIT规格严格功夫到家第二十六页，共五十一页，2022年，8月28日用面积表示：第一节工质对活塞作功及示功图HIT规格严格功夫到家第二十七页，共五十一页，2022年，8月28日作用：燃烧分析第一节工质对活塞作功及示功图HIT规格严格功夫到家TDCTDCBDCBDCTDC（四）示压图—展开示功图intake第二十八页，共五十一页，2022年，8月28日第一节工质对活塞作功及示功图HIT规格严格功夫到家TDCBDCTDCBDC（五）二冲程内燃机示功图排气口进气口扫气口两个行程完成：换气、压缩、作功第二十九页，共五十一页，2022年，8月28日第一节工质对活塞作功及示功图HIT规格严格功夫到家SPOIPCIPOSPCEPCEPOTDCBDCEPC:ExhaustPortCloseSPC:ScavengingPortCloseIPO:IntakePortOpenSPCSPOEPOEPCIPCIPOSPO:ScavengingPortOpenEPO:ExhaustPortOpenIPC:IntakePortCloseSpark缸内工质曲轴箱内工质TDCBDC（+）（-）面积：W1面积：W2第三十页，共五十一页，2022年，8月28日第一节工质对活塞作功及示功图HIT规格严格功夫到家缸内工质对活塞作功：曲轴箱内工质对活塞作功：净指示功：第三十一页，共五十一页，2022年，8月28日第一节工质对活塞作功及示功图HIT规格严格功夫到家自学思考几个问题：1、二冲程内燃机有什么优缺点？2、二冲程内燃机一般使用在什么场合？3、为什么汽车一般不用二冲程内燃机？第三十二页，共五十一页，2022年，8月28日一、概念1、指示指标（Indicated）以工质对活塞做功为计算基础的指标。以下脚标表示2、有效指标（Effective）以曲轴对外输出功计算基础的指标。以下脚标表示第二节动力性、经济性指标HIT规格严格功夫到家只有与作功有关的指标，存在“有效”、“指示”问题3、机械损失指标（Mechanical）以ICE本机能量消耗为计算基础的指标。以下脚标表示单位时间内ICE缸内工质对活塞所作的功。4、指示功率第三十三页，共五十一页，2022年，8月28日第二节动力性、经济性指标HIT规格严格功夫到家5、有效功率单位时间内由ICE曲轴输出的功。6、机械损失功率单位时间内ICE本机消耗的能量。单缸每循环工质对活塞所做的功。7、（循环）指示功8、（循环）有效功单缸每循环曲轴对外输出的功。9、机械损失功ICE正常运行，单缸每循环本机消耗的功。第三十四页，共五十一页，2022年，8月28日第二节动力性、经济性指标HIT规格严格功夫到家——机械摩擦损失功；——驱动附件功；——泵气损失功。10、指示平均压力(IndicatedMeanEffectivePressure,IMEP)单位气缸工作容积所做的指示功。11、有效平均压力(BrakeMeanEffectivePressure,BMEP)单位气缸工作容积所做的有效功。第三十五页，共五十一页，2022年，8月28日第二节动力性、经济性指标HIT规格严格功夫到家12、机械损失平均压力(MechanicalLossMeanEffectivePressure,MMEP)单缸气缸工作容积ICE所消耗的能量。第三十六页，共五十一页，2022年，8月28日第二节动力性、经济性指标HIT规格严格功夫到家、表征了内燃机的强化程度第三十七页，共五十一页，2022年，8月28日第二节动力性、经济性指标HIT规格严格功夫到家机型

（MPa）四冲程摩托车内燃机～1.2赛车内燃机（NA）～1.66赛车内燃机（TC）～5.6轿车汽油机（NA）0.9～1.41轿车汽油机（TC）1.4～2.0轿车柴油机（TC）1.2～2.12卡车柴油机（TC）1.1～2.35大型柴油机1.5～2.94中型高速柴油机1.5～2.5十字头二冲程柴油机1.5～1.82各种ICE的平均有效压力比较第三十八页，共五十一页，2022年，8月28日第二节动力性、经济性指标HIT规格严格功夫到家13、（整机）燃油消耗率ICE单位时间内消耗的燃料质量。14、指示燃油消耗率（ISFC）单位时间单位指示功率所消耗的燃料质量。15、有效燃油消耗率（BSFC）单位时间内单位有效功率所消耗的燃料质量。—气缸数—循环时间—冲程数—循环喷油量第三十九页，共五十一页，2022年，8月28日第二节动力性、经济性指标HIT规格严格功夫到家16、活塞平均速度表征ICE的强化程度ICE的高活塞平均速度的影响：高往复惯性引起的机械应力；（）高耐磨损性能；高的热负荷。分析：ICE最高转速受活塞平均速度限制；加长冲程，必须降低ICE最高转速；采用缩短冲程的方法，可以提高ICE最高转速。第四十页，共五十一页，2022年，8月28日第二节动力性、经济性指标HIT规格严格功夫到家机型

（m/s）四冲程摩托车内燃机～22赛车内燃机（NA）～21.7赛车内燃机（TC）～27轿车汽油机（NA）9.5～19.8轿车柴油机12.3～14.7卡车柴油机（TC）8.1～13.1大型柴油机7.0～12中速柴油机5.3～9.5十字头二冲程柴油机5.7～7.8各种ICE的活塞平均速度比较第四十一页，共五十一页，2022年，8月28日第二节动力性、经济性指标HIT规格严格功夫到家17、过量空气系数（Excessairratio），相对空燃比,单位质量的燃料燃烧实际供给的干空气质量与理论完全燃烧所需的空气量的比值。国外常用表示—实际空气量，kg/kg空气；—理论空气量，kg/kg空气。—浓混合气（RichMixture）—化学计量比混合气（StoichiometricRatio）—稀混合气（LeanMixture）第四十二页，共五十一页，2022年，8月28日第二节动力性、经济性指标HIT规格严格功夫到家19、空燃比（Air-fuelRatio）混合气中空气质量与燃料质量之比。18、燃空当量比（EquivalentRatio）（国外常用AF表示）欧美国家使用单位质量的燃料理论上完全燃烧所需的空气质量与实际燃烧所需干空气质量的比值。20、充量系数（容积效率，VolumetricEfficiency）单缸每循环实际进入气缸的空气量与按进气状态计算得到的理论空气量的比值。第四十三页，共五十一页，2022年，8月28日第二节动力性、经济性指标HIT规格严格功夫到家NA-ICE：大气密度TC-ICE：压气机后的空气密度kJ/kg混合气单位质量的燃料在物理标准状态（25℃、0.1MPa）下定压、定容完全燃烧所能放出的热量。21、燃料的低热值（LowHeatingValue）低热值—H2O为气态22、可燃混合气质量热值（MixtureHeatingValue）单位质量可燃混合气的低热值。第四十四页，共五十一页，2022年，8月28日第二节动力性、经济性指标HIT规格严格功夫到家23、可燃混合气流量单位时间内进