第一章发动机性能介绍
第一章 涡轮发动机分类及其性能指标
二. 双轴涡轮喷气发动机(two-spool turbojet)
与单轴涡喷发动机相比，其进气道、燃烧室和尾喷管是一样的，产生反作用 力的原理也完全相同。所不同的是：压气机分成低压压气机和高压压气机，涡轮 也分为高压涡轮和低压涡轮。高压压气机和高压涡轮由一根轴联接形成高压转子， 低压压气机机和低压涡轮由一根轴联接形成低压转子。 人们习惯将燃气轮机的高压转子部分称为核心机，核心机可作为燃气发生器。 在双轴燃气轮机中的核心机(高压转子)并不是它的燃气发生器，双轴燃气轮机 的燃气发生器部分还应该包括低压压气机和低压涡轮。因此，核心机与燃气发生 器是二个不同的概念。
单轴涡轮喷气发动机
压气机、燃烧室和涡轮的组合称为燃气发生器, 其作用是产生高温高压的燃气。 发动机工作时，外界空气流入进气道，在较大的飞行速度下气流经过进气道时速 度减小而压力提高；气流流过压气机时进一步增压，特别是在低速飞行时，压气机是 增压气流的主要部件；燃烧室利用燃油燃烧时放出的热量对气流加热；从燃烧室流出 的高温高压气流推动涡轮旋转，涡轮与压气机之间有轴联接，涡轮发出的功率提供给 压气机；涡轮出口的气流仍具有较高的压力和温度，流经尾喷管时压力减低而速度增 高。
吸气式发动机用途
亚燃冲压发动机及其组合动力主要用于：超音速导弹、无人 机的动力装置。 超燃冲压发动机及其组合动力主要用于：高超音速巡航导 弹; 高超音速飞机; 跨大气层飞行的空天飞机的动力装置， 目前尚处于研究阶段。 脉冲式发动机及其组合动力：主要用于导弹、无人机的动力 装置，目前尚处于研究阶段。
涡轮喷气发动机与活塞式发动机的比较
相同之处 （1） 均以空气和燃气作为工作介质。 （2）它们都是先把空气吸进发动机，经过压缩 增加空气的压力，经过燃烧增加气体的温度， 然后使燃气膨胀作功。燃气在膨胀过程中所作 的功要比空气在压缩过程中所消耗的功大得多。 这是因为燃气是在高温下膨胀的，于是就有一 部分富余的膨胀功可以被利用。 不同之处 （1）进入活塞式发动机的空气不是连续的；而 进入燃气轮机的空气是连续的。 （2） 活塞式发动机中喷油燃烧是在一个密闭 的固定空间里，称为等容燃烧，而燃气轮机则 在前后畅通的流动过程中喷油燃烧，若不计流 动损失，则燃烧前后压力不变，故称为等压燃 烧。
发动机概论
气缸工作容积
活塞行程
燃烧室容积
气缸总容积
发动机排量
压缩比
定义：压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积 之比称为压缩比。用ε表示。
现代化油器式发动机压缩 比一般为6～9(轿车有的达9～ 11)。上海桑塔纳轿车汽油机 压缩比为8.2。
压缩比
定义：压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积 之比称为压缩比。用ε表示。
3.发动机运转的第一个循环，必须有外力使 曲轴旋转完成进气、压缩行程，着火后，完成作 功行程，依靠曲轴和飞轮贮存的能量便可自行完 成以后的行程，以后的工作循环发动机无需外力 就可自行完成。
思考
四冲程汽油机和柴油 机的工作循环有什么 不同呢？
不同点
汽油机
柴油机
汽油与空气缸外混合，进 入可燃混合气
进入气缸的是纯空气
(如排气门头，火
表面点火
花塞电极，积炭 处)点燃混合气产
生的另一种不正
常燃烧。
火焰以极高的速 率向外传播，形 成压力波，以声 速向前推进。当 压力波撞击燃烧 室壁时就发出尖 锐的敲缸声。
伴有强烈的较沉 闷敲击声。
后果
还会引起发动机过热， 功率下降，燃油消耗量 增加等一系列不良后果。 严重爆燃时甚至造成气 门烧毁、轴瓦破裂，火 花塞绝缘体击穿等。
柴油机与汽油机比较，柴油机的压缩比高，热效率 高，燃油消耗率低，同时柴油价格较低，因此，柴 油机的燃料经济性能好，而且柴油机的排气污染少， 排放性能较好。但它的主要缺点是转速低，质量大，
噪声大，振动大，制造和维修费用高。
2、按照行程分类 ：
内燃机按照完成一个工作循环所需的行程数可分为四行程内燃机和二行 程内燃机(图1-2 )。把曲轴转两圈(720°)，活塞在气缸内上下往复运动 四个行程，完成一个工作循环的内燃机称为四行程内燃机；而把曲轴转 一圈(360°)，活塞在气缸内上下往复运动两个行程，完成一个工作循环 的内燃机称为二行程内燃机。汽车发动机广泛使用四行程内燃机。
1.发动机基本知识
4100Q表示四缸，四行程，缸径100mm 水冷车用， 100mm， 4100Q-4： 表示四缸，四行程，缸径100mm，水冷车用，第四种变型产品 TJ376Q： 表示三缸，四行程，缸径76mm 水冷车用，TJ表示系列符号 76mm， TJ376Q： 表示三缸，四行程，缸径76mm，水冷车用，TJ表示系列符号 CA488： CA488： 表示四缸，四行程，缸径88mm，水冷通用型，CA表示系列符号 表示四缸，四行程，缸径88mm，水冷通用型，CA表示系列符号 88mm
2012年3月11日1时27分
南京交通职业技术学院 汽车工程系 刘奕贯主讲
10
二、 四行程发动机工作原理
1、进气行程 观 看 演 示 2、压缩行程 3、做功行程 4、排气行程
2012年3月11日1时27分
南京交通职业技术学院 汽车工程系 刘奕贯主讲
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四行程汽油机的工作原理 四行程汽油机的工作原理 汽油机
2012年3月11日1时27分
南京交通职业技术学院 汽车工程系 刘奕贯主讲
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汽油机、柴油机的工作相同点： 汽油机、柴油机的工作相同点 相同
每个工作循环曲轴转两周; 每个工作循环曲轴转两周; 只有做功行程产生动力。 只有做功行程产生动力。 每一行程曲轴转半周; 每一行程曲轴转半周;
汽油机、柴油机的工作不同点 汽油机、柴油机的工作不同点： 不同
2012年3月11日1时27分
南京交通职业技术学院 汽车工程系 刘奕贯主讲
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桑 塔 纳 发 动 机 的 配 气 机 构
2012年3月11日1时27分 南京交通职业技术学院 汽车工程系 刘奕贯主讲 25
桑塔纳轿车汽油供给系
2012年3月11日1时27分
南京交通职业技术学院 汽车工程系 刘奕贯主讲
第1章 发动机基本知识
作旋转运动（产生能量）。
湖南工程学院— 汽车构造
2014年11月29日星期六
四行程发动机的工作原理
四冲程汽油机的工作原理
湖南工程学院— 汽车构造
2014年11月29日星期六
四行程发动机的工作原理
四冲程汽油机的工作特点
一个工作循环，曲轴旋转两周(720º )，活塞上下往复运动 四个单程，依次完成进气、压缩、作功、排气四个行程， 进气门、排气门各定时开、闭一次。 在四个冲程中只有作功冲程是有效行程，其他三个冲程都 是辅助行程，靠消耗飞轮储备的能量完成 。 可燃混合气在缸外形成,靠电火花强制点火燃烧。(直接喷 射式发动机：缸外、缸内)
下列四部分内容组成。
湖南工程学院— 汽车构造
2014年11月29日星期六
第3节 发动机产品名称和型号编制规则
①首部:为产品系列符号或换代标志符号，由制造厂根据需 要自选相应字母表示，但需主管部或由主管部标准化机构核 准。
②中部:由缸数符号、行程符号、气缸排列形式符号和缸径
符号组成
湖南工程学院— 汽车构造
湖南工程学院— 汽车构造
2014年11月29日星期六
发动机结构基本术语
(7)气缸总容积(Va):活塞在下止点时，活塞顶上面整个空间 的容积(单位为L。它等于气缸工作容积与燃烧室容积之和， 即:
Va = Vh + Vc
湖南工程学院— 汽车构造
2014年11月29日星期六
发动机结构基本术语
(8)压缩比(ε ):气缸总容积与燃烧室容积的比值，即
2014年11月29日星期六
第3节 发动机产品名称和型号编制规则
③后部:结构特征和用途特征符号，以字母表示。
④尾部:区分符号，当同一系列产品因改进等原因需要区 分时，由制造厂选用适当符号表示。
第一章 发动机的性能(二)
1
第一章
发动机的性能
第三节 发动机的指示性能指标 指示指标:以工质对活塞所作之功为计算 指示指标 以工质对活塞所作之功为计算 基准的指标。 基准的指标。 作用:直接反映由燃烧到热功转换的工作 作用 直接反映由燃烧到热功转换的工作 循环进行的好坏。 循环进行的好坏。
2
从示功图可观察到发动机工作循环的不同阶段（压缩、 示功图可观察到发动机工作循环的不同阶段（压缩、 可观察到发动机工作循环的不同阶段 燃烧、膨胀）以及进气、排气行程中的压力变化。 燃烧、膨胀）以及进气、排气行程中的压力变化。
6
2、平均指示压力Pmi 、平均指示压力
是指单位气缸容积一个循环所作的指示功。 是指单位气缸容积一个循环所作的指示功。
式中，Pmi是平均指示压力（Pa）； i为发动 ）；W 式中， 是平均指示压力（ ）； 机一个工作循环的指示功（ ）； 为发动机气缸 ）；V 机一个工作循环的指示功（J）； s为发动机气缸 工作容积（ ）。 也经常用L为单位 为单位， 工作容积（m³）。 Vs也经常用 为单位，Wi用kJ 为单位， 单位为MPa。 为单位，则Pmi单位为 。
13
3、指示燃油消耗率bi 、 是指单位指示功的耗油量。 是指单位指示功的耗油量。 通常以单位指示千瓦小时的耗油量［ ／（ ／（kw·h）］ 通常以单位指示千瓦小时的耗油量［g／（ ）］ 来表示。 来表示。
4、表示实际循环的经济性能指标ηit 与bi之间关系 、表示实际循环的经济性能指标η
14
第四节 发动机的有效性能指标
PL是从发动机有效功率的角度对其气缸工作容积 的利用率作总的评价。 的利用率作总的评价。 pme↑、 n ↑ → PL ↑ →强化↑、轻巧↑ 、紧凑↑ 。 强化↑ 轻巧↑ 紧凑↑ PL是评定一台发动机整机动力性能和强化程度的 重要指标之一。 重要指标之一。
发动机的主要性能指标和特性
Aspiration Twin Turbocharged Twin Turbocharged
Valvetrain DOHC 4valves per cylinder DOHC 4valves per cylinder
Power 600 PS (440 kW; 590 hp)@7000 rpm 499.84 PS (367.63 kW; 493.00 hp)
பைடு நூலகம்
B 3 be 10 (g / kW h) Pe
B—发动机在单位时间内的耗油量 Pe—发动机的有效功率 四行程汽油机一般为270～325 g/(kW· h) 四行程柴油机一般为190～238 g/(kW· h)
Ford Focus 1.0 EcoBoost Turbo Displacement: 999cc Number of cylinders: Three Power Output: 123bhp Bore x stroke: 71.9mm x 82mm Compression ratio: 10:1
国权威汽车评鉴杂志《沃德汽车世界》（Ward’s AutoWorld）
1. 动力性指标
有效功率：发动机在单位时间对外输出的有效功 称为有效功率，符号：Pe ,单位：kW
Te n 2 n 3 Pe Te 10 (kW ) 60 9550
有效功率Pe ：发动机通过飞轮(曲轴)对外输出的功率。 单位为kW。 有效转矩Te ：发动机通过飞轮(曲轴)对外输出的转矩。单 位为 N· m。 发动机转速：发动机曲轴每分钟的回转数称为发动机转速, 表示符号：n, 单位：r/min 标定转速：发动机产品标牌上的有效功率及其相应的转速 分别称为标定功率和标定转速
Torque 600 N· m (443 ft· lbf) -
第1章内燃机性能指标及实际循环热计算绪论 (2)解读
汽油机：点火后传播燃烧且无论负荷大小，火焰传 播距离不变。当负荷下降时，燃烧速度降低，燃烧
时间加长。这相当于λ下降而 上升，则ηt降低。
发动机工作循环
第二节内燃机的实际循环
1、进气过程 图a） 2、压缩过程 图b） 3、燃烧过程 图c） 4、膨胀过程 图c） 5、排气过程 图d）
发动机工作循环
每缸每循环所做的指示功：Wi
piVh
pi
D2
4
S 103
性能指标及热计算
指示功率为：
Pi
Wi
n 60
发动机工作循环
多变指数和平均多变压缩指数： 实际计算中n1取代n1’ ，试验测定n1大致范围是：
压缩终点的压力和温度的数值范围：
发动机工作循环
（3）燃烧过程 作用：将燃料的化学能转变为热能，使工质温度 、压力升高，为膨胀创造条件 汽油机：在上止点点燃，容积变化小，燃烧快， 温度压力上升快，接近等容燃烧。 柴油机：燃烧开始接近等容燃烧，随后燃烧速率 放慢，气缸容积增大，压力升高减缓，接近等压 燃烧
好坏，是从示功图测量计算得出的。
动力性指标：指示功、指示功率、平均指示压力。 经济性指标：指示热效率、指示燃油消耗率
发动机性能指标：动力性能指标（功率、转矩、转 速），经济性能指标（燃料和润滑油的消耗）， 运转性能指标（冷起动性能、噪声、排气品质）
性能指标及热计算
一、 指示功和平均指示压力 指示功是指气缸内完成一个工作循环所得到的有用
排气温度常用作检查发动机工作状态的技术指 标。其值偏高，说明热功转换效率低工作过程不 良，及时检修。
发动机工作循环
三、引起实际循环热损失 的因素
1、工质的影响
第一章 发动机基本知识
第一章发动机基本知识1.1 汽车发动机的分类 (2)1.2 汽车发动机的基本术语 (6)1.3 发动机的基本工作原理 (9)1.4 发动机的总体构造 (13)1.5 发动机产品名称和型号编制规则 (15)学习目标：通过本次课的讲述，使学生对发动机有一个直观的了解和认识1.了解发动机的分类方法；2.掌握有关发动机的基本术语；3.掌握发动机的工作原理；4.了解发动机的总体构造。
学习方法：介绍发动机的基本术语，通过多媒体课件动态演示发动机的工作原理，并分析典型车型发动机的总体构造，这是今后学习发动机构造的基础。
学习内容：§ 1.1 概述§ 1.2 发动机的工作原理§ 1.3 发动机总体构造学习重点：1.发动机的排量以及压缩比的概念；2.四冲程汽油机的工作原理；3.发动机的总体构造。
作业习题：1.发动机由哪些机构系统组成 ? 各部分功用是什么 ?2.柴油机与汽油机在总体构造上有何异同 ? 它们之间的主要区别是什么 ?3.二冲程与四冲程发动机比较有何优缺点 ?4.举例说明国产发动机的型号编制规则。
1.1 汽车发动机的分类汽车发动机，这里专指汽车用往复活塞式内燃机，其分类方法很多，按照不同的分类方法可以把发动机分成不同的类型。
1.1.1 按着火方式分类发动机根据所使用的燃料的不同，着火方式也不相同，具体可分为点燃式发动机（汽油机属于此类）和压燃式发动机（柴油机属于此类）。
（如图1-1-1）1.1.2 按使用燃料分类发动机按照所使用的燃料的不同可分为汽油机、柴油机、煤气机、气体燃料发动机、多种燃料发动机等。
（如图1-1-2）1.1.3 按冷却方式分类发动机按照冷却方式的不同可分为水冷发动机、风冷发动机、油冷发动机。
水冷发动机利用在气缸体和气缸盖冷却水套中进行循环的冷却液作为冷却介质进行冷却；风冷发动机利用流动于气缸体和气缸盖外表面散热片之间的空气作为冷却介质进行冷却；油冷发动机利用油冷却气缸和气缸盖等零件。
汽车发动机的性能指标
第一章
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
发动机原理基础知识
气体的热力性质 热力学第一定律 热力学第二定律 发动机的循环 发动机的性能指标 发动机的机械效率
3/28
第五节
发动机的性能指标
一、指示性能指标
二、有效性能指标
三、发动机其他性能评定
4/28
一、指示性能指标
指示性能指标是以汽缸内工质对活塞所做的有用功为基础的 性能指标，只能评定发动机实际工作循环进行的质量好坏。 1.平均指示压力 2.指示功率 3.指示燃油消耗率 4.指示热效率
转速一定，随负荷增加，机械损失功率缓慢增加；
转速一定，在中小负荷范围,随负荷增加，指示功率迅速增加； 在大负荷范围,随负荷增加，指示功率缓慢增加。怠速时，指 示功率等于机械损失功率。 由 m 1 可知，在转速一定时，在中小负荷范围，随负荷增 加，机械效率η m增长较快。在大负荷范围，机械效率η m的增 长速度也逐渐缓慢。在怠速时，机械效率η m等于零。
15/28
6．有效热效率
有效热效率:指发动机实际循环有效功与所消耗热量之比。
We e Q1
16/28
三、发动机其它性能
1．排放性能:有害气体、颗粒（指发动机排出的除水以外 任何液态和固态微粒）。 2．噪声：我国噪声标准中规定轿车噪声不得大于84dB 。 3．冷起动性能：指发动机在低温条件下起动的可靠性，它 直接影响发动机的燃料经济性、使用寿命和驾驶员的劳动 强度等。我国标准规定，不采用特殊的低温起动措施，汽 油机在－10℃、柴油机在－5℃以下的气温条件下，接通起 动机，15 s内发动机应能顺利起动。
m me Pe
3）强化系数：指平均有效压力pe与活塞平均速度Cm的乘积。
第一章汽车发动机性能的评价
(4)进气晚关角β 进气门晚于活塞到达下止点而关闭的角度称为进
气晚关角。
(5)气门重叠角α+δ 排气门晚关和进气门早开必然形成气门开启重
叠，其重叠开启的角度称为气门重叠角。
二、充气效率及其对发动机性能的影响
1.充气效率
2.影响充气效率的因素
(1)进气终了压力pa′ pa′对ην有重要影响，pa′越高，ην值越大。
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•图1-4 发动机机械效率随负荷变化的 关系曲线
第一章汽车发动机性能的评价
•第一节 发动机动力能和经济性能的评价指标
•(3)润滑油品质 在机械损失中，摩擦损失占了很大的百分比，因此 改善相对运动面上的润滑条件可以显著提高ηm。
•表1-7 常用发动机润滑油的粘度等级及使用环境温度范围
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第一章汽车发动机性能的评价
•第二节 发动机的换气过程
•1)增大进气门直径，即增大进气门处的有效流通截面面积，选择合 适的排气门直径。 2)为了进一步增大进气门流通截面，提高充气量，现代发动机采用 了3～5个(每缸个进气门，1～2个排气门)的多气门结构。
•表1-8 几种典型的多气门与2气门轿车发动机动力性能比较
1_第一章汽车发动机性 能的评价
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2023/5/7
第一章汽车发动机性能的评价
•第一章 汽车发动机性能的评价
１)动力性能指标：有效功率、有效转矩、发动机转速、活塞平均 速度等。 ２)经济性能指标：有效热效率、有效燃油消耗率等。 ３)强化指标：升功率、强化系数等。 ４)有害物质排放指标：CO、HC、NOx和微粒等。 ５)其他运行性能指标：噪声和冷起动等。 ６)使用性能指标：可靠性、耐久性、维修方便性。 第一节 发动机动力性能和经济性能的评价指标 第二节 发动机的换气过程 第三节 燃料的特性及其对发动机的影响 第四节 柴油机混合气的形成与燃烧
现代汽车发动机原理第1章发动机实际循环与性能指标
❖ 在发动机理论循环讨论中的简化假定是：
❖ 工质为理想气体，在整个循环中保持物理及化 学性质不变，其状态参量的变化完全遵守气体 状态方程 。
❖ 缸内系统为闭口系统，不考虑实际存在的工 质更换以及漏气损失，工质数量保持不变，循 环是在定量工质下进行的。
❖ 把气缸内工质的压缩和膨胀看成是完全理想的 绝热等熵过程，工质与外界不进行热交换；工 质比热容为常数。
❖ ⑶ 和的增长，将伴随着最高循环压力pz 的急剧上升；
❖ ⑷ 增大 ，pt可以提高 ，但由于等压部分加热量增加了，而这
部分热量是在膨胀比逐渐降低的情况下加入的，因而 t亦随之而
降低了；
现代汽车发动机原理第1章发动机
实际循环与性能指标
❖ ⑸ 绝热指数k愈大，则 t 愈高。
1.2 发动机燃烧热化学 1.2.1 燃烧所必需的空气量 1．1千克燃料完全燃烧所需的理论空气量
❖ 用假想的定容或现代定汽车压发动加机原理热第1和章发动定机 容放热来代替实 际的燃烧和换气过实程际循环。与性能指标
❖ 发动机的理论循环有三种形式，分别是等容 加热循环、等压加热循环和等容等压(混合)加 热循环。示功图如下图所示。
a﹞等容加热循环
b﹞等压加热循环 c﹞混合加热循环
现代汽车发动机原理第1章发动机 实际循环与性能指标
❖ 式中：W ——循环所做的功（J）； V s ——气缸工作容积（L）。
混合加热循环的循环平均压力为：
p tm k1kp a1[( 1 )k( 1 )]tm
等容加热循环的循环平均压力为：
ptVk1现k代p 汽a1 实车际发(循动 环机1与原)性理tV 能第指1章标发动机
❖ 等压加热循环的循环平均压力为：
V aV c(V s V c)V c
第一章 发动机的性能
Q1 Q2
2、三种基本理论循环的热效率公式 １）混合加热循环的热效率
p 0 1 t 1 k 1 ( p 1) k p ( 0 1) c
1
k
２）等容加热循环的热效率
t 1
1
c
k 1
0 1
k
３）等压加热循环的热效率
0 1 t 1 k 1 c k( 0 1)
25
提高循环动力性的分析 增压、中冷，增加循环供油量 提高发动机的热效率 提高压缩比， 增大压力升高比 减小初期膨胀比
26
４、发动机实际工作条件对循环热效率提高 的约束和限制： 从理论循环的分析可知，提高压缩比εc和 压力升高比λp对提高循环热效率ηt起着有利的 作用，但发动机实际工作条件约束和限制循 环热效率提高。 1) 零件的强度和可靠性的限制 2) 机械效率的限制 3) 燃烧方面的限制 4）排放方面的限制
p-V图和p-φ图
40
p -φ压力示功图
下止点 进气行程 气 缸 压 力 压缩行程
27
发动机的压缩比和压力升高比 εc
汽油机 6～11
λp
2 ～4 1.3 ～2.2
燃烧最大爆发 压力/MPa 3～5 6～9
柴油机（自 12 ～22 然吸气）
28
三、循环平均压力：
1、循环平均压力 p t ： 单位汽缸容积（单位排量） 所做的循环功，反映汽缸工 作容积的做功能力。
Hale Waihona Puke W pt Vs• 发动机 k、 λp、 ρ0值不变，单纯改变 εc时，在相同的初始状态下， εc高者 压缩终了时的p、T值必然都高。压 缩终了温度愈高，则相同加热量下所 达到的温度也必然更高。所以高εc系 εc系统。
典型发动机原理 简答题及参考答案
典型发动机原理简答题及参考答案第一章发动机的性能1、简述工质改变对发动机实际循环的影响。
答：①工质比热容变化的影响：比热容Cp、Cv加大，k值减小，也就是相同加热量下，温升值会相对降低，使得热效率也相对下降。
②高温热分解：这一效应使燃烧放热的总时间拉长，实质上是降低了循环的等容度而使热效率ηt有所下降。
③工质分子变化系数的影响：一般情况下μ＞1时，分子数增多，输出功率和热效率会上升，反之μ＜l时，会下降。
④可燃混合气过量空气系数的影响：当过量空气系数φa1时，ηt值将随φa上升而有增大。
2、S/D〔行程/缸径〕这一参数对内燃机的转速、结构、气缸散热量以及与整车配套的主要影响有哪些？答：活塞平均运动速度?m?sn30，假设S／D小于1，称为短行程发动机，旋转半径减小，曲柄连杆机构的旋转运动质量的惯性力减小；在保证活塞平均运动速度?m不变的情况下，发动机转速n增加，有利于与汽车底盘传动系统的匹配，发动机高度较小，有利于在汽车发动机仓的布置； S／D值较小，相对散热面积较大，散热损失增加，燃烧室扁平，不利于合理组织燃烧等。
反之假设S／D值较大，当保持?m不变时，发动机转速n将降低。
S／D较大，发动机高度将增加，相对散热面积减少，散热损失减少等。
3、内燃机的机械损失包括哪几局部？常用哪几种方法测量内燃机的机械损失？答：机械损失由活塞与活塞环的摩擦损失、轴承与气门机构的摩擦损失、驱动附属机构的功率消耗、流体节流和摩擦损失、驱动扫气泵及增压器的损失等组成。
测定方法有：①示功图法、②倒拖法、③灭缸法、④油耗线法等。
4、简述单缸柴油机机械损失测定方法优缺点。
答：测量单缸柴油机机械损失的方法有：示功图法，油耗线法，倒拖法等。
用示功图法测量机械损失一般在发动机转速不是很高，或是上止点位置得到精确校正时才能取得较满意的结果。
在条件较好的实验室里，这种方法可以提供最可信的测定结果。
油耗线法仅适用干柴油机。
此法简单方便，甚至还可以用于实际使用中的柴油机上。
汽车发动机原理课后习题答案
第一章发动机的性能1.简述发动机的实际工作循环过程。
1）进气过程：为了使发动机连续运转，必须不断吸入新鲜工质，即是进气过程。
此时进气门开启，排气门关闭，活塞由上止点向下止点移动。
2）压缩过程：此时进排气门关闭，活塞由下止点向上止点移动，缸内工质受到压缩、温度。
压力不断上升，工质受压缩的程度用压缩比表示。
3）燃烧过程：期间进排气门关闭，活塞在上止点前后。
作用是将燃料的化学能转化为热能，使工质的压力和温度升高，燃烧放热多，靠近上止点，热效率越高。
4)膨胀过程：此时，进排气门均关闭，高温高压的工质推动活塞，由上止点向下至点移动而膨胀做功，气体的压力、温度也随之迅速下降。
（5）排气过程：当膨胀过程接近终了时，排气门打开，废气开始靠自身压力自由排气，膨胀过程结束时，活塞由下止点返回上止点，将气缸内废气移除。
3.提高发动机实际工作循环热效率的基本途径是什么？可采取哪些基本措施？提高实际循环热效率的基本途径是：减小工质传热损失、燃烧损失、换气损失、不完全燃烧损失、工质流动损失、工质泄漏损失。
提高工质的绝热指数κ。
可采取的基本措施是：⑴减小燃烧室面积，缩短后燃期能减小传热损失。
⑵. 采用最佳的点火提前角和供油提前角能减小提前燃烧损失或后燃损失。
⑶采用多气门、最佳配气相位和最优的进排气系统能减小换气损失。
⑷加强燃烧室气流运动，改善混合气均匀性，优化混合气浓度能减少不完全燃烧损失。
⑸优化燃烧室结构减少缸内流动损失。
⑹采用合理的配缸间隙，提高各密封面的密封性减少工质泄漏损失。
4.什么是发动机的指示指标？主要有哪些？答：以工质对活塞所作之功为计算基准的指标称为指示性能指标。
它主要有：指示功和平均指示压力.指示功率.指示热效率和指示燃油消耗率。
5.什么是发动机的有效指标？主要有哪些？答:以曲轴输出功为计算基准的指标称为有效性能指标。
主要有：1）发动机动力性指标，包括有效功和有效功率.有效转矩.平均有效压力.转速n和活塞平均速度；2）发动机经济性指标，包括有效热效率.有效燃油消耗率；3）发动机强化指标，包括升功率PL.比质量me。
汽车发动机原理
第一章发动机的性能动力性能指标：功率、转矩、转速。
经济性能指标：燃料与润滑油消耗率。
发动机的性能指标主要有运转性能指标：冷起动性能。
噪声和排气品质。
耐久可靠性指标：大修或更换零件之间的最长运行时间与故障长期工作能力。
第一节发动机理论循环一、三种基本循环1．进行理论循环分析的目的发动机的理论循环是将实际循环进行若干简化，忽略一些次要的影响因素，并对其中变化复杂、难于进行细致分析的物理、化学过程（如可燃混合气的准备与燃烧过程等）进行简化处理，从而得到便于进行定量分析的假想循环或简化循环。
（1）用简单的公式来阐明发动机工作过程各基本热力参数间的关系，以明确提过以理论循环热效率为代表的经济和以循环平均压力为代表的动力性的基本途径。
（2）确定循环热效率的理论极限，以判断实际发动机工作过程的经济性和循环进行的完善程度以及改进潜力。
（3）有利于分析比较发动机各种热力循环方式的经济性和动力性。
2．建立理论循环的简化假设最简单的理论循环是空气标准循环。
（1）假设工质(工质是热机中热能转变的一种媒介物质（如燃气、蒸汽等）依靠它在热机中的状态变化（如膨胀）才能获得功)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）假设工质是闭口系统中作闭循环。
（3）假设工质的压缩及膨胀是绝热熵等过程。
（4）假设燃烧是外界无数个高温热源定容或定压向工质加热。
工质放热为定容放热。
3．三种基本循环发动机有三种基本空气标准循环，即定容加热循环、定压加热循环和混合加热循环。
汽油机混合气燃烧迅速，近似为定容加热循环；高增压和低速大型柴油机，由于受热燃烧最高压力的限制，大部分燃料在上止点以后燃烧，燃烧时汽缸压力变化不显著，所以近似为定压加热循环；高速柴油机介于两者之间，其燃烧过程视为定容、定压加热循环的组合，近似为混合加热循环。
混合加热循环定容加热循环定压加热循环图中，a—c为绝热压缩，a—z为等容或等压加热，z—b为绝热膨胀，b—a为等容加热。
发动机性能介绍.ppt
R1504 1982年 1993年
11年
欧1 1992年 2000年
8年
欧2 1996年
2004 8年
欧3 2000年 2007年
7年
欧4 2005年 2010年
5年
无害成分 CO2 ，H2O（蒸汽），O2（过剩），N2 有害成分 CO ，HC，NOx ，SO2，醛类，微粒{油雾,固体微粒(铅及铅化物,炭烟)}
强化指标
技术参量 定义 意义
升功率
PL [KW/L]
每升工作容积发出的有 效功率
衡量发动机容积的利用 程度
比质量
me [Kg/KW]
发动机的干质量 与标定功率之比
表征质量利用程 度和机构紧凑性
强化系数 pm eCm
[Mpa.m/s]
技术进步的一个 标志
公式
PL
Pe Vsi
pmen
30
me
pme
30 Pe
nVsi
有效扭矩 Ttq [N.m]
由功率输出 轴 输出的扭矩
Ttq
9550Pe n
发动机转速 n [rpm]
活塞平均速度
Cm
[m/s]
表征发动机强化 程度
Cm
Sn 30
汽油机 柴油机 小 载汽 增 客 货车 压
0. 6 0.9 0.7～1.3 ～ ～
1.0 2.2
n ×103[rpm] 5 3.6 2 1.5 ～～～～ 8 4.5 5 4 12 10 9 8 ～～～～ 18 15 15 12
平均机损压力 pmm [Mpa]
公式
Pm
Pi Pe
pmmVsin
30
pmm pmi pme
第一章发动机性能介绍
，是评价分析内燃机性能的主要手段。 下图（a）是四冲程汽油机的示功图，指示功是
Wi W1 W2
W1是正功，W2是泵气功，对非增压机而言是负功。
下图（b）是二冲程汽油机（非增压）的示功图， 二冲程机没有单独的进排气行程，只有ac压缩过程、 cd燃烧过程、da膨胀（作功）过程和eab扫气过程。指 示功abcdea为正功。
定义：单位气缸容积所做的循环功， 用来评定
循环的做功能力
式中
பைடு நூலகம்
W
pt
Vs
W——循环所做的功（J）
Vs——气缸工作容积（L）
混合： ptm
k k 1
pa
k 1
1 k
1t
定容：
ptv
k k 1
pa k 1
1t
定压：
ptp
k k 1
pa k(
k 1
1)t
pt是随压缩始点压力pa、压缩比ε、压力升高 比λ、初膨胀比ρ、绝热指数K和热效率的增加而
图为一台二冲程风冷发动机， 升功率高于四冲程机，存在扫 气损失，采用混合燃油，存在 烧机油，且HC排放高，油耗高。
2.多缸机
主要特点：转矩输出均 匀，平衡好，体积较大， 应用于车辆。分为直列和V 性排列方式，
常用3、4、6、V6、V8、 V12缸等。排放与油耗好于 二冲程机。
图中所示为一台四冲程水冷 直列三缸机发动机，采用化 油汽供油，单顶置凸轮轴， 通过摇臂驱动气门，齿型带 传动。
经济性、动力性、可靠耐久性、使用维修性、 排放噪声性以及加工工艺性等各个方面 。
（1）动力性指标－功率、转矩、转速； （2）经济性指标－燃料与润滑油消耗率；
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发动机的基本构成
骨架
机体 气缸套 曲轴箱 气缸盖 油底壳
两大机构
五大系统
曲柄连杆机构 配气机构
进排气系统 燃料供给系统 润滑系统 冷却系统 起动系统 点火系统（汽油机）
第1章 发动机的性能
§1.1 绪论 §1.2 发动机理论循环 §1.3 四行程发动机的实际循环 §1.4 实际循环的评定－指示指标 §1.5 机械损失 §1.6 热平衡
压缩过程的容积变化用压缩比：
Va Vs Vc
Vc
Vc
膨胀过程的容积变化用后膨胀比 ： V b Vz
定容加热的压力升高，以压力升高比：
Pz Pc
图（c）为等压循环（也称狄赛尔diesel循环）
a—c 为绝热压缩；
c—z 为定压加入热量Q1;
z—b 为绝热膨胀；
b—a 为等容释放热量Q2。 定压加热过程的容积变化用预膨胀比 其它同等容循环。
§1.1 绪论
一、发动机分类 发动机也叫内燃机：按其不同的特点可分为多种类型
1、使用的燃料： 1）汽油机：用火花塞点燃，往复活塞式。ε=8-12。 2）柴油机：柴油和空气混合气通过压燃自行着火的往复活塞式。 3）天然气发动机NG 4）液化石油气发动机LPG 5）酒精发动机 6）双燃料多燃料发动机
2、点火方式：压燃式、点燃式 3、工作循环：二冲程、四冲程 4、活塞运动方式：往复式、旋转式
经济性、动力性、可靠耐久性、使用维修性、 排放噪声性以及加工工艺性等各个方面 。
（1）动力性指标－功率、转矩、转速； （2）经济性指标－燃料与润滑油消耗率；
（3）强化指标－升功率、活塞功率和强化系数； （4）运转性能指标－冷起动性能、噪声和排气品质； （5）耐久可靠性指标－大修或更换零件之间的最长 运行时间与无故障长期工作能力。
（定J义）：之工比质所做循环功W（J）与循环加热量Q1
理论循环的简化假定： ① 工质是一种理想的完全气体，在整个循环中保持物理及化 学性质不变，其状态参数的变化遵守气体状态方程： ② 不考虑实际存在的工质更换以及漏气损失，工质数量保持 不变，循环是在定量工质下进行的。 ③ 把气缸内工质的压缩和膨胀看成是完全理想的绝热等熵过 程，工质与外界不进行热交换，无摩擦、流动损失, 工质比热 容为常数。 ④ 用假想的定容或定压加热来代替实际的燃烧过程，用定容 放热代替实际排气带走的热量。
图为直列四缸四冲程水冷发动机，化油器供油， 顶置凸轮轴，齿型带传动、中间轴驱动分电器。
•Alfa Romeo 1.9 JTD 16v
§1.2 发动机理论循环
在热机中，确定工质所经历的过程称为循环。发 动机的实际热力循环是由进气、压缩、燃烧、膨胀和 排气等多个过程所组成的，循环中工质存在着质和量 的变化，整个过程是不可逆的。
二行程发动机：活塞经二个行程完成一个工作循环的发动机
曲柄半径 R：曲轴中心与连杆轴径中心之距 S2R
气缸余隙容积 V c （燃烧室容积）：活塞在上止点时，活塞顶部 以上的容积。
气缸工作容积 V s （气缸排量）：活塞从上止点到下止点所走
过的容积。
Vs
D2
4
S
发动机排量 V e ：各缸排量之和。 Ve Vs i
气缸总容积 V a ：活塞在下止点时，活塞顶部以上的容积。Vs Vc
压缩比 ：气缸总容积与燃烧室容积之比。
Va Vs Vc
Vc
Vc
一般：汽油机 6～10 柴油机 16～24
一、 理论循环三种形式
根据加热方式的不同, 理想循环有三种形式
图 1-1 图 1-1（b）为等容循环（也称奥托循环） a—c 为绝热压缩； c—zห้องสมุดไป่ตู้为等容加入热量Q1; z—b 为绝热膨胀； b—a 为等容释放热量Q2。
要确切地描述发动机中实际的热力过程，在目前 条件下还非常困难。为了了解发动机的
① 热能利用的完善程度；
② 能量相互转换的效率；
③ 寻求提高热量利用率的途径。
将发动机的实际循环进行若干简化，提出一种假 想循环，这种假想循环就称为“理论循环”。
意义：通过对理论循环的研究，可以清楚地确定影 响性能的某些重要因素，从而找到提高发动机 性能的基本途径。
5、冷却方式：冷却液、风冷 6、气缸数量：单缸机、多缸机 7、进气形式：非增压（自然吸气式）、增压 8、混合气的形成：化油器式、缸内直喷、进气道喷射、
分层给气式
9、燃烧室形式：开式燃烧室、分隔式燃烧室
10、气门形式与数量：二气门、多气门；顶置气门、侧置气门
二、典型内燃机结构 1.单缸机
主要特点：体积小重量轻， 结构简单，零部件少，应用 于小型设备的动力。
图为一台二冲程风冷发动机， 升功率高于四冲程机，存在扫 气损失，采用混合燃油，存在 烧机油，且HC排放高，油耗高。
2.多缸机
主要特点：转矩输出均 匀，平衡好，体积较大， 应用于车辆。分为直列和V 性排列方式，
常用3、4、6、V6、V8、 V12缸等。排放与油耗好于 二冲程机。
图中所示为一台四冲程水冷 直列三缸机发动机，采用化 油汽供油，单顶置凸轮轴， 通过摇臂驱动气门，齿型带 传动。
基本名词及定义
进 气 门 上 止 点
排 气 门
工作循环：完成一个热能转化为机械能的过程。
行 程
活 塞
止点（死点）：活塞在气缸中的极限位置。 下 止 点 上止点：活塞顶部离曲轴中心最远处。 下止点：活塞顶部离曲轴中心最近处。
连 杆 曲 柄
工作行程（S）：上下止点间的距离。
曲 轴
四行程发动机：活塞经四个行程完成一个工作循环的发动机
发动机原理
《汽车发动机原理》以发动机性能为主要研究对 象，把合理组织工作过程，提高整机性能作为主要 内容，通过分析各工作过程中影响性能指标的诸多 因素，从中找到提高汽车发动机性能指标的一般规 律。
本课程的任务是研究汽车发动机的工作过程及 整机性能，掌握发动机实际工作过程的分析方法及 性能指标与各工作过程的内在联系；了解影响整机 性能的基本途径。
Vz Vc
表示,
图（a）为混合循环
a → c 为绝热压缩；
c→z y→z z→b
为定容加入热量Q'1; 为定压加热量Q''1; 为绝热膨胀；
b → a 为等容释放热量Q2。
定容加热循环－汽油机 定压加热循环—高增压和低速大型柴油机 混合加热循环——高速柴油机
二、理论循环评定指标
1、循环热效率 t 定义