第一章 发动机的工作循环和性能指标

第一章发动机的工作循环和性能指标第一节发动机的理论循环理论循环是将实际工作过程加以抽象简化后建立的循环模式。1．工质是理想气体，其物理常数与标准状态下的空气物理常数相同。2．工质是在闭口系统中作封闭循环。3．工质的压缩和膨胀过程是绝热的、等熵的过程。4．燃烧是外界无数个高温热源定容或定压向工质加热。5.工质放热为定容放热。假定：一、三种基本循环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。高增压和低速大型柴油机高速柴油机——混合加热循环——定压加热循环——定容加热循环由于受燃烧最高压力的限制，大部分燃料是在上死点以后燃烧，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。三种基本循环二．评定循环的指标1．循环热效率热效率是用来评定循环的经济性。2．循环平均压力循环平均压力用来评定循环的动力性。

1．压缩比ε

2．绝热指数k

3．压力升高比λ

4．预膨胀比ρ

基本参数:三．理想循环的指标

混合加热循环：定压加热循环：定容加热循环：1．压缩比2．绝热指数

3．压力升高比

4．预膨胀比

四、理想循环影响因素的分析ε↑，ηt↑λ↑，ηt↑ρ↑，ηt↓，pt↑k↑，ηt↑一、发动机的实际循环进气压缩燃烧膨胀排气四行程进气行程压缩行程膨胀行程排气行程动画工作过程：行程：第二节发动机的实际循环二、示功图1、示功图的概念发动机气缸内的压力随气缸工作容积或曲轴转角而变化的坐标图，称为示功图。2、示功图的形式p-v图和p-φ图动画表示工质在气缸内受到的压缩程度。3、示功图的认识上止点（topdeadcenter——TDC）下止点（bottomdeadcenter——BDC）压缩比气缸工作容积压缩终点气缸容积气缸总容积1、进气过程（r-a）三、实际循环分析2、压缩过程（a-c）柴油机压缩终了时的压力和温度均比汽油机高许多。对于非增压发动机：①②进气受到发动机高温零件及残余废气的加热进气系统的阻力理论循环中假设该过程是绝热的，实际上该过程是一个复杂的多变过程。∵柴油机的ε比汽油机大：汽油机ε＝6～10柴油机ε＝14～22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。３、燃烧过程（c－z）燃料的化学能热能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。

膨胀过程比压缩过程更为复杂，除有热交换和漏气损失外，还有补燃现象。所以，膨胀过程也是一个多变过程。４、膨胀过程（z－b）５、排气过程（b－v）由于排气系统有阻力，排气终了的压力pr大于大气压力p0，阻力愈大，排气终了的压力愈大，残留在气缸中的废气就多。柴油机ＴＶ比汽油机低，其工作过程进行得好，转变为有用功的热量多。一.发动机实际循环与理论循环的比较动画1.实际工质的影响：工质成分、比热的变化及工质的泄漏所引起的损失

2.实际压缩、绝热膨胀的非绝热损失3.燃烧的非定容定压损失4.换气损失（非瞬时燃烧损失和补燃损失）

5.排气门提前开启损失第三节热损失及热平衡⑴转化为有效功的热量QE⑵传递给冷却介质的热量QS⑶废气带走的热量QR⑷燃料不完全燃烧的热损失QB⑸其它热量损失QL

二.发动机热平衡第四节指示指标指示指标：以工质在气缸内对活塞做功为基础的性能指标。

——评定工作循环进行的质量好坏。有效指标：从内燃机功率输出轴上得到的净功率，以此为基础的性能指标。

——评定整个内燃机性能的好坏。内燃机的性能指标指示指标有效指标内燃机性能评定

动力性经济性排气品质有害气体颗粒振动噪声起动性HCCONOX扩充一、指示功指示功二、平均指示压力假想有一个大小不变的压力作用在活塞上，使活塞移动一个行程所做的功等于循环指示功，那么这个压力就是平均指示压力。Vh——气缸工作容积，L三、指示功率指示功率：内燃机单位时间所做的指示功。假设：一台内燃机的气缸数为i，缸径为D（cm），行程为S（cm），每气缸工作容积为Vh（L），转速为n（r/min），平均指示压力为

pmi(KPa)。则内燃机指示功为：所以，指示功率（即每秒所做指示功）为：其中τ——行程数，对四行程τ=4；对二行程τ=2四行程内燃机：

指示热效率ηi：实际循环指示功与所消耗的燃料热量之比值。四、指示热效率通常：指示燃油消耗率gi：单位指示功的耗油量。单位不统一

五、指示燃油消耗率①②归纳评定内燃机实际循环的动力性指示功率Pi平均指示压力pmi评定内燃机实际循环的经济性指示燃油消耗率gi指示热效率ηi一、动力性指标

1.有效功率

2.有效扭矩

3.平均有效压力

4.转速和活塞平均速度二、经济性指标

1.

有效热效率

2.有效燃料消耗率（简称耗油率)三、发动机强化指标

1.升功率和比重量

2.强化系数第五节有效指标机械损失功率包括：

①内燃机内部运动件的摩擦损失

②驱动附属机构的损失

③泵气损失内燃机的指示功率不能完全对外输出，它须扣除一部分功率损失后才能变为曲轴的有效功输出。一、动力性指标1、有效功率内燃机工作时，由功率输出轴输出的扭矩，称为有效扭矩。2、有效扭矩由对四行程发动机:发动机在单位气缸工作容积中所做的有效功，称为平均有效压力。3、平均有效压力其中s——活塞行程（m）4、转速和活塞平均速度四行程内燃机曲轴旋转一圈，则活塞上、下移动两个活塞行程。所以转速与活塞平均速度的关系为：转速n↑，必然使活塞平均速度Ｃｍ

↑，那么活塞的热负荷↑,曲柄连杆机构的惯性力↑，磨损加剧，寿命下降，所以Ｃｍ值受到限制，一般：汽油机不超过１８m/s，柴油机不超过１３m/s

。二、经济性指标1.有效热效率内燃机的有效功与所消耗的燃料热量之比值。表示单位有效功的耗油量.2.有效燃料消耗率三、发动机强化指标升功率：发动机每升工作容积所发出的有效功率称为升功率。1.升功率和比质量比质量：比质量是发动机的干质量ｍ与所发出的功率之比。ＰＬ↑、ｍｅ↓，则发动机结构越紧凑。2.强化系数定义：平均有效压力ｐｅ与活塞平均速度Ｃｍ的乘积称为强化系数。ｐｅＣｍ值越大，内燃机热负荷和机械负荷越高，同时，发动机的功率也越大。1．机械损失功率一．机械损失功率和机械效率第六节机械损失2．机械效率为了比较不同的内燃机机械损失的大小，引入机械效率的概念。机械损失功率Pm包括：①内燃机内部运动件的摩擦损失：占60～75％②驱动附属机构的损失：占１0～２０％（如驱动配气机构，冷却水泵，风扇，机油泵，喷油泵，调速器，点火装置等）③泵气损失：占１0～２０％平均机械损失压力ｐmm：单位气缸工作容积的机械损失功。实验方法：

①让内燃机在给定的工况下稳定运转，

②当冷却水和机油温度到达正常值时，立即切断供油（柴油机）或停止点火（汽油机），同时将电力测功器转换为电动机，以给定转速倒拖内燃机，

③此过程中尽可能维持冷却水和机油温度不变，

④这时电力测功器所测得的倒拖功率即为内燃机在该工况下的机械损失功率。1.倒拖法特点：必须使用平衡式电力测功器。适用：汽油机和柴油机二、机械损失的测定实验方法：

首先将内燃机调整到给定工况稳定工作，测定其有效功率，然后停止向一个气缸（例如第一缸）供油，并调整测功器的阻力矩，使内燃机恢复到原来的转速，再测定内燃机的有效功率，由于有一个气缸不工作，第二次测得的有效功率比第一次测得的小，两者之差即为停油气缸的指示功率，然后恢复第一缸的工作，同法，依次使各缸熄火，即可测得对应的有效功率、……。

2.灭缸法适用：多缸柴油机不适用：汽油机(偏差大)，废气涡轮增压内燃机，单缸机各缸的指示功率为：

将上列各式相加得到整机指示功率为：因此，机械损失功率为

3.油耗线法实验方法：保证内燃机转速不变，如逐渐改变柴油机供油齿条的位置，测出每小时耗油量B随负荷变化的关系，绘制成曲线，这个曲线称为负荷特性曲线，在曲线中找出接近直线的线条，并顺此线条作延长线，直到与横坐标相交，则交点到坐标原点的长度即该机的平均机械损失压力。

适用：柴油机不适用：汽油机对A点：对B点：∴证明作图正确4.示功图法实验方法：录取被测内燃机一个气缸的示功图，然后根据示功图算出pmi值，与此同时从测功器上记录该工况的读数值，并由此算出pme值，两者之差即为该工况下的平均机械损失压力pm