发动机原理 第二章 内燃机循环及性能评价指标

1、第二章是内燃机的循环和性能评价指标。本章的主要内容是用内燃机的理论循环和实际循环来评价内燃机的性能评价指标。第一节总结了内燃机热能转换和能量传递过程的示意图需要经过三个环节：1。混合气体的形成和引入气缸；2.燃烧放热过程；3.能量转移的过程。总热量-机械功-指示功(循环功)-有效功。第二部分是内燃机的理论循环。定义：内燃机的理论循环是通过抽象和简化非常复杂的实际工作过程并忽略一些因素而获得的简化循环。意义：通过研究理论循环，我们可以清楚地确定影响内燃机性能的一些重要因素，从而找到改善内燃机性能的基本途径。1.卡诺循环和内燃机的动力循环，卡诺循环：P-V图；T-S图中卡诺循环的构成：1 .绝热压

2、缩过程(a-c) 2等温加热过程(c-z) 3。绝热膨胀工作过程(z-b) 4。等温放热过程(b-a)。热效率(卡诺效率)见公式2-1a。两个或三个理论循环的等容加热循环和等压加热循环的混合加热循环见11。发动机有三个基本理论循环：定容加热循环(汽油发动机，混合物快速燃烧)恒压加热循环(高增压和低速大型柴油发动机，受最高燃烧压力限制)混合加热循环(高速柴油发动机)，第三部分。理论循环热效率的评价t定义：工质循环功W(J)与循环加热的比值Q1(J)含义：循环经济评价循环平均压力pt定义：单位气缸容积循环功，用于评价循环工作能力意义：循环功率(工作能力)评价，循环热效率t根据工程热力学公式，混合加

3、热循环热效率为-压缩比，=Va/Vc=(Vsvc)/VC=1vs/VC，其中Va为气缸总容积，Vc为(汽油发动机7-10，柴油发动机14-22，增压柴油发动机12-15)-压力上升比，=pz/PC；-预膨胀比，=vz/vz =/；后膨胀比，=VB/VZ；K-绝热指数，定容加热循环的热效率(=1)是定压加热循环(=1)，影响t的因素L .增大压缩比可以提高循环平均吸热温度，降低循环平均放热温度，增大循环温差，增大膨胀比，并且三个循环的t都可以增大。图1-3显示了定容加热循环的热效率随压缩比的变化。绝热指数k: t将随着k值的增加而增加。3.升压比:恒压加热循环=1，定容加热循环不影响t，混合加热

4、循环t随增加而增加。4.预膨胀比:定容加热循环=1，定压加热循环和混合加热循环t将随着的增大而减小。理论周期比较：1。定容加热循环热效率混合加热循环热效率恒压加热循环热效率2。恒压加热循环热效率混合加热循环热效率定容加热循环热效率当最大气缸压力有限时，平均循环压力pt(kPa)为每单位气缸容积的循环功。根据工程热力学公式，混合加热循环的平均压力(推导过程见教材第14页)，定容加热循环的平均压力(=1)可见，pt随压缩启动压力pa、压缩比、升压比、预膨胀比、绝热指数k和热效率 t的增大而增大。第3节：内燃机实际循环及其评价指标。第一节：实际循环实际循环通常用气缸内工作介质压力p随工作容积v(或曲

5、柄角)变化的曲线图表示，即示功图p-v图，p-图称为扩展示功图，1。进气冲程期间的进气气流损失；进气口、气缸壁、进气门等的热效应。2.轻微压缩冲程3。工作冲程包括燃烧过程和膨胀过程。排气冲程中的排气流量损失。2.实际循环评价指标，是根据工作介质作用于缸内活塞的情况，用来评价实际循环质量的指标。1.实际循环功率指数平均指示压力pmi指示功率Pi 2，实际循环经济指数指示热效率i指示燃料消耗比bi，平均指示压力pmi平均指示压力pmi(MPa)是发动机单元气缸工作容积的指示功pmi，它是测量实际循环功率性能的重要指标、一个恒定大小的虚拟压力作用在活塞上使活塞移动一个冲程， 它所做的功等于循环功，那

6、么这个虚压力就是平均指示压力pmi，它指示发动机每单位时间所做的指示功。指示热效率i和指示燃料消耗率bi指示热效率i是实际循环指示功与消耗燃料热的比率。指示的燃料消耗率bi(简称为指示的特定燃料消耗)是指每单位指示功的燃料消耗，通常用每千瓦时的燃料消耗来表示。g/(kwh)、 I、bi、第四节内燃机的有效性能指标、内燃机的经济性能指标和功率指标的近似范围是以曲轴的输出功率为基础的，它代表了整个内燃机的性能，通常称为有效指标。通过比较这两个指标，指示器(1)根据工作介质在气缸活塞上所做的功来评估实际的循环质量。有效指数(e)基于曲轴的输出功率，代表整个机器的性能。1.发动机动态性能1。有效功率P

7、e Pe=Pi-Pm机械损耗功率Pm 1)发动机内运动部件的摩擦损耗。最大比率2)驱动辅助机构的损失3)泵送损失，这是指在进气和排气过程中消耗的功。发动机的有效功率Pe通过试验测量。当发动机工作时，动力输出轴输出的扭矩称为有效扭矩Ttq。2。平均有效压力pme (MPa)是发动机每单位气缸工作容积的有效输出功。pme值较大，表明单位气缸工作容积向外输出的功较多，功能较强。它是评价发动机动力性能的重要指标。3。上升功率pl上升功率PL(千瓦/升)是发动机每升工作容积的有效功率。它用于测量发动机容积利用率。转速n和活塞平均转速Cm增加了发动机转速，即增加了单位时间内做功的次数，从而使发动机体积小、

8、重量轻、功率Cm大，这时活塞组的热负荷和曲柄连杆机构的惯性力将增加，磨损将增加，使用寿命将降低，因此Cm成为表征发动机强化程度的一个参数。一般来说，汽油发动机不超过18m/s，柴油发动机不超过13m/s。为了在不使Cm太大的情况下提高转速，从上面的公式可以知道冲程S可以减小，即对于高速发动机，在结构中采用较小的冲程/缸径比(S/D)值。当S/D1时，它通常被称为短划、2。发动机1的经济性能。有效热效率e e是有效功We(J)与发动机2消耗的燃料热Q1之比。有效燃料消耗率beg/(kWh)是单位有效功的燃料消耗，通常表示为每千瓦时的燃料消耗。t，i，e，bi和be的近似范围，功率上升PL，比质量

9、me和增强系数pmeCm，iii的近似范围。排放指数(欧洲排放体系)表示欧盟委员会的建议；表示欧洲议会的提案。第一部分(ECE)，测试需要运行4个周期，总时间为13分钟。每个周期持续195秒，总里程为4.052公里，每个周期里程为1.013公里，平均速度为18.7公里/小时(不包括怠速时的27.01公里/小时)，最高速度为50公里/小时，怠速时间占31%。第二部分是附加的城市驾驶条件(EUDC)，总时间为1220秒，测试里程为11.007公里，平均速度为32.5公里/噪声(属于环境指标)分为流体噪声、机械噪声、电磁噪声和燃烧噪声危害：它刺激神经，使人感到烦躁和无反应。交通噪声是现代城市的主要噪

10、声源，约占城市噪声的75%，发动机是汽车的主要噪声源。包括流体噪声、机械噪声和燃烧噪声。第五节机械损耗，机械损耗消耗的功率占指示功率的10%-30%。降低机械损失，特别是摩擦损失，使实际循环中获得的功尽可能转化为有效的功输出，是提高发动机性能的一个重要方面。1.机械效率m机械效率m是有效功率与指示功率之比。机械效率m的近似范围是：汽油发动机0.7-0.9柴油发动机0.7-0.85，1。摩擦损失(1)活塞组件的摩擦部件：活塞环、活塞裙和活塞销。主要影响因素：活塞环的结构和组合、活塞裙的几何形状、采取的措施包括减少活塞环的数量、减薄活塞环的厚度、减少活塞裙的接触面积、在裙上涂上固体润滑膜等。(2)

11、曲轴总成的摩擦部件：轴颈、轴承和密封装置主要影响因素：润滑动阻力与轴颈的直径和宽度立方成正比。所采取的措施包括减少运动部件的惯性质量、轴承载荷、轴承宽度和轴直径。二是内燃机的机械损耗，(3)气门机构的摩擦部件：气门和气门导管、摇臂和凸轮是主要影响因素：低速时，载荷主要由弹簧力引起；在高速时，负载主要由惯性力引起。采取的措施如下：减少运动部件的惯性质量。驱动附件失去曲柄连杆和配气机构；冷却系统、润滑系统、燃料供应系统等。3.泵气损失内燃机通风过程中的能量损失。机械损耗的测量1。反拖法的特点：必须使用平衡电力测功机，由于气缸内的压力和温度与实际情况不符，测量结果往往过大。根据我国汽车发动机的试验标

12、准，这种方法应首先用于测量机械损失功率。特点：适用于汽油机，不适用于柴油机。2.示功图法(适用于研发)3。对于柴油发动机，测量是准确的；然而，对于汽油发动机来说，由于停缸会改变进气条件，因此往往得不到正确的结果。颗粒物质=(1-1)聚乙烯-(1)聚乙烯(2).)、4。油耗线法(又称负荷特性法)特点：适用于柴油机，但不适用于汽油机负荷特性：发动机转速不变，其经济指标随负荷变化负荷：节气门开度，汽油机相应混合气的量，柴油机相应的供油方式：并以此线段为延伸线，直至与横坐标相交，则交点至坐标原点的长度即为发动机平均机械损失压力pmm的值。第六节：热平衡，1。实际循环热平衡，1。实际循环和理论循环(空气标准循环)之间的差异，2。汽油机和柴油机的热分布差异表明：1)汽油机的t低于柴油机的t的主要原因是压缩比小，所以一直是引起压缩比增大的原因。2)实际工质比热容变化引起的损失占很大比例。由于汽油机的空气体积相对较小，混合气丰富，缸内燃烧温度较高，因此其损失比柴油机大。