第一章发动机热力循环与性能指标2
发动机原理复习题参考答案
第一章发动机的性能三、名词解释1. 平均有效压力：单位气缸工作容积所做的循环有效功称为平均有效压力。
2. 升功率：在标定工况下，每升发动机工作容积发出的有效功率称为升功率。
3. 活塞平均运动速度：发动机在标定转速下工作时，活塞往复运动速度的平均值称为活塞平均运动速度。
4. 机械效率：指示功减去机械损失功后，转为有效输出功的百分比称为机械效率。
5. 有效燃油消耗率：发动机每发出h kW ⋅1的有效功所消耗的燃油量。
6. 燃烧效率：燃料化学能通过燃烧转为热能的百分比称为燃烧效率。
7. 平均指示压力：单位气缸工作容积所做的循环指示功称为平均指示压力。
8.工质定压比热容：单位质量工质在定压过程中温度升高１℃所需的热量称为工质的定压比热容。
四、简答9.简述工质改变对发动机实际循环的影响。
答案要点：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φa <1时，部分燃料没有足够空气，或排出缸外，或生成CO ，都会使ηt 下降。
而φa >1时，ηt 值将随φa 上升而有增大。
10. 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？ 答案要点：活塞平均运动速度30sn m =ν若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 ν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。
发动机性能PPT课件教学内容
提出四冲程理论：进气—压缩—燃烧膨胀做功—排气。
1862~1876年：奥托用煤气在内燃机上实现四冲 程；
这种煤气机基本上克服了蒸汽机的缺点。它 “出于蒸汽机而胜于蒸汽机”。1863年成立 “奥奥托托的功公绩司：”用。透明气缸和手动活
关键：基于电控技术的现代内燃机理论及其应用。
国内很缺、国外也不完善；是E/G低碳化的主要 途径。
1.1 内燃机与汽车及其发展史简介
一、蒸汽机的发明 产生汽车的概念内燃机现代汽车
1673~1712年：赫更斯的内燃机草图~纽科门蒸 汽机(泵)的问世：动力(源)机械的 雏形；
迎 来能英源利国用的的（初工级业阶）段 产业革命; 1766~1790年：瓦特蒸汽机的发明；
✓蒸汽车加水/行驶10英里； ✓电动车充电/行驶30英里； ✓汽油车加油/150英里；
•电动车38％
1.三足鼎立时期：
✓马车行走15~20英里/日，
19st末~20st初
养马麻烦
电动汽车 (1881~1936) 续驶距离短
2.1890年世界汽车 4200辆:其中
汽油车 (1886~)
轻,体积小,
初期效率
设计精良、坚固耐用， 维修简便； ➢ 1910年创造出汽车生产流水线， “世界生产方式历史性变革”，使汽车大众化。
当时车价比较：大众化的效果 欧尔德斯摩拜尔1901牌：650美元 凯蒂莱克 1903牌：750美元； 最初T型牌：875美元。
亨利.福特与其儿子坐在他的T型畅销车内。
1888~1916期间：汽车技术不断成熟的阶段。 1888年充气式轮胎发明[英]，1894年充气是橡胶轮胎[法] 1889年戴姆勒发明4速变速器； 1891年发明FR驱动方式[法]奠定汽车基本传动型式 1892~1897年发明柴油机； 1896年：汽车照明[美]、石棉制动片[英]； 1898年发明万向节、主减速器[法雷诺]取代链传动
发动机原理与汽车理论发动机原理基础知识
10
燃烧过程
11
结论：膨胀
发动机的实际膨胀过程与压缩过程很相似，也是一 个复杂的热力过程（吸热量大于放热量、吸热量等于 放热量、吸热量小于放热量）。总体来说，缸内气体 的吸热量大于放热量。 膨胀过程不仅有散热损失和漏气损失，还有补燃损 失。 膨胀过程终了b点的压力和温度越低，说明气体膨胀 和热量利用越充分。
发动机原理与汽车理论 发动机原理基础知识
2
课程内容概述
第一章 发动机原理基础知识 第二章 发动机的换气过程 第三章 汽油机的燃料与燃烧 第四章 柴油机的燃料与燃烧 第五章 燃气发动机的燃料与燃烧 第六章 发动机的特性 第七章 汽车的动力性 第八章 汽车的制动性 第九章 汽车的使用经济性 第十章 汽车的操纵稳定性 第十一章 汽车的舒适性 第十二章 汽车的通过性 第十三章 汽车性能的合理使用
原子数，单：k=1.67，双：cvk=1.4，三：k=1.3。
根据热力学公式和循环平均压力可求出混合加热循环的平均 压力为：
pt
k 1
p1
k 1
1
k
1t
影响因素
定容加热循环。
由4个热力过程组成:（ρ=1）
循环净功为W 。
将ρ=1代入混合加热循环计算式中。
定容加热循环的热效率为：
t
1
1
k 1
定容加热循环的平均压力为： pt
k p1
1 k 1
1t
影响因素
18
4.理想循环的影响因素
（1）压缩比ε。ε提高,循环热效率ηt和平均压力pt提高。因 为ε提高，可以提高压缩终了的温度和压力，在定容加热量一定 时，缸内最高压力提高，使膨胀功增加。
(2）压力升高比λ和预胀比ρ。在定容加热循环中，压力升高比 λ增加，循放加热量增加(在ε一定时)，使循环净功W0和循环放 热量Q2均相应增加, 所以循环热效率不变，但循环平均压力提高； 在混合加热循环中(在ε和总加热量一定时) ，λ提高，预胀比 ρ减小，循环热效率和平均压力提高。
内燃机原理课件
第一章发动机的性能指标与循环分析§1.1 工质对活塞所作之功及示功图四．工质对活塞作功1．正功，负功在发动机工作循环的每一个冲程中，由于活塞总在运动，活塞顶面缸内工质和活塞背面缸外介质都要对活塞作功。
工质压力与活塞运动方向相同时，作正功，反之作负功。
2．冲程功，循环功每一冲程所作之功叫冲程功；每一循环所作之功叫循环功，图1各冲程压力形成的封闭曲线所包围的环积分面积表示。
五．四冲程发动机的示功图1．自然吸气四冲程发动机的示功图1)活塞背面压力p0在四个冲程中对活塞作功为零，因而循环功可由单缸内工质对活塞作功来计算；2)循环动力过程功：压缩与燃烧膨胀冲程所作之正功称为循环动力过程功，即：W1+W3进、排气冲程泵气功：进、排气过程中，工质对活塞所作之功，是排气负功与进气正功之和，即：W2+W3循环过程净功（指示功）：Wi=(W1+W3)-(W2+W3)= W1-W22．增压四冲程发动机示功图由于增压时缸内平均进气压力大于大气压力p0，一般也大于缸内平均排气压力，所以示功图上的泵气功为正功，净指示功为W i=W1+W2六．泵气过程功1．实际泵气功：W2面积2．理论泵气功：（p b-p k）V s，自然吸气机型为零。
3．泵气损失功：自然吸气机型为W2。
§1.2 动力、经济性能指标一. 两类指标 1) 指示性能指标以工质对活塞作功为计算基准的指标称为指示性能指标，简称指示指标。
直接反映工作循环进行的好坏。
包括指示功、平均指示压力、指示热效率和指示燃油消耗率。
2) 有效性能指标以曲轴输出功为计算基准的指标称为有效性能指标，简称有效指标。
用于评定发动机实际工作能力的优劣。
二. 指示性能指标1. 循环指示功与平均指示压力1) 循环指示功：在气缸内完成一个工作循环工质对活塞所作的有用功。
用W i 表示。
W i=W 1+W 2（增压）Wi =(W1+W 3)-(W 2+W 3) = W 1-W 2 （自然吸气）2) 平均指示压力：单位气缸工作容积所作的循环指示功。
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
发动机原理复习提纲!!!!!概要
第一章发动机的性能一.主要内容1.理论循环的定义，理论循环的评定参数。
2.发动机实际循环的定义。
3.示功图的概念。
4.指示指标与有效指标。
5.机械效率的定义，机械损失的测定，影响发动机机械损失的因素。
6.热平衡的基本概念。
二.重点1.对发动机理论循环与实际循环的分析2.发动机的指示指标与有效指标3.发动机的机械损失组成、影响因素三.难点1.理论循环的比较2.循环热效率及其影响因素3.有效指标的分析与提高发动机动力性和经济性的4.汽车发动机机械效率的测定方法5.热平衡（实际循环热平衡、发动机热平衡）1.理论循环的定义，理论循环的评定参数。
答：理论循环定义：发动机的理论循环是将非常复杂的实际工作过程加以抽象简化，忽略一些因素，所得出的简化循环。
理论循环评定参数：循环热效率ηt:指热力循环所获得的理论功W t与为获得理论功所加入的总的热量Q1之比,即ηt=W t/Q1=1-Q2/Q1循环热效率是用来评价动力机械设备在能量转换过程中所遵循的理论循环的经济性。
循环平均压力P t：指单位气缸工作容积所做的循环功，即P t=W t/V s=ηt·Q1/ V s循环平均压力是用来评价循环的做功能力。
1.发动机实际循环的定义。
答：发动机实际循环的定义：发动机的实际循环是由进气行程、压缩行程、做功行程以及排气行程4个行程5个过程组成的工作循环。
发动机的热平衡:是指发动机实际工作过程中所加入气缸内的燃料完成燃烧时所能放出的热量的具体分配情况。
发动机理论循环的定义发动机的机械损失组成、影响因素————刘忠俊答：发动机的机械损失组成包括：①发动机内部相对运动件的摩擦损失；②驱动附件的损失；③换气过程中的泵气损失。
影响因素：⑴气缸内最高燃烧压力（凡是导致最高燃烧压力上升的因素都将加大摩擦损失，导致机械损失加大）；⑵转速——转速N上升，机械损失功率增加，机械效率下降；⑶负荷——随负荷减少，机械效率ηm下降，直到空转时，有效功率Pe=0；⑷润滑条件和冷却水温度；⑸发动机技术状况。
01 第一章 发动机热力循环及性能指标
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。
将内燃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“理想循环”。
第一章
内燃机的热力循环及性能指标
1. 内燃机的热力循环
1-1 内燃机理想热力循环 在热机中，确定工质所经历的过程称为循环。内燃机的实际 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。 要确切地描述内燃机中实际的热力过程，在目前条件下还非 常困难。为了了解内燃机的
V
膨胀过程的容积变化用后膨胀比
Vb Vz
Vs Vc 表示。 Vc
表示。
Pz Pc
定容加热的压力升高，以压力升高比
表示。
图1（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。 Vz 定压加热过程的容积变化用初膨胀比 表示,其它同等容 Vc 循环。
图1－6
四冲程内燃机实际循环的p-V示功图
(1) 工质不同（理想循环为双原子气体；实际的为空气和燃烧 产物的混合物）, t
① 工质成分变化 t
柴油机中，燃烧前是新鲜空气与上循环的残留废气的混合 物，燃烧后，工质成分为燃烧产物。 ②工质比热变化 t a. 理想循环工质的比热是不随温度变化的，
1
点还在燃烧。这就是后燃现象。 e点的位置取决于混合气形成 的完善程度，供油规律，过量空气系数的大小及发动机的转速 等因素。一般好的情况下在上止点后40℃A～70℃A，也可能拖 延到排气门打开。后燃是在后膨胀比较小的情况下进行的，所 以损失了z1z1’ez1 , t 。 ③ 不完全燃烧 t 由于混合气形成不良引起不完全燃烧，使燃料热值未充分 利用，使燃烧膨胀线下移 , t 。 （6） 漏气损失 t 理想循环中工质质量不变。 实际循环中，气门，活塞环处有泄露，一般约为总量的 0.2%。 上面已就实际循环与理论循环的差异做了一般性的比较， 下面将继续讨论压缩，膨胀过程，燃烧与换气过程将在后面的 章节详细论述。
内燃机工作循环及性能要求
2004年我国公布了汽车燃油经济性法规，从2005年7月1日起实行第一阶段要求， 2008年年初实行第二阶段要求 表 l. 乘用车表燃料消耗量限值(1)单位：L／100km
如果申请车型在结构上具有以下一种或多种特征，其限值见表2： a)装有自动变速器； b)具有三排或三排以上座椅，； c)符合GB／T 15089-2001中3.5.1规定条件的M1G类汽车。 表2.乘用车燃料消耗量限值(2)单位：L／100km
我国轻型汽车（≯ 我国轻型汽车（≯3。5T） 5T） 污染物排放限值
(GB 18352.1-2001) 车辆类型
6座2.5吨以下 M1类
基准质量kg 全部 RM≤1250
1250<RM≤1700
CO（g/km） 2.72 2.72 5.17 6.90 3.5 1.2 1.1
HC+NO（g/km）
SI&IDI DI
此外从行驶的稳定性出发当车速由于外界阻力矩的增加而减少时由于外界阻力矩的增加而减少时希望动力装置能提供更大的主动力矩从而达到新的稳定运行点但内燃机的输出转矩随转速的变化特性通常比较平坦对于柴油机来说更由于柴油机供油特性和涡轮增压器特性分别随转速的降低而供油量相应减少进气增压压力相应减少使输出转矩反而下降因此必须在燃油泵中设置调速器在涡轮增压器上设置放气阀以便改善其原有特性提高发动机对工况变化的适应性
车辆需要在多种环境条件和道路工况条件下使用，因而在规定发动机设计 任务时必须考虑发动机在各种条件下能经济、正常、有效使用的适应能力。 对发动机性能有直接影响的自然环境条件包括气温、气压、沙尘等。例如， 低温起动性能是发动机的重要性能指标，对于汽油机一般要求在-10℃环境 温度下不依靠任何辅助起动装置或措施能用电动机拖转后自行点火运转； 对柴油机一般要求在-5℃环境温度下能起动。若车辆工作的环境温度更低， 则往往要考虑采用辅助起动措施来提高发动机的低温环境适应性。低温时 除了有起动问题外，还存在低温进气造成的燃烧不良和金属结构材料的低 温脆性等问题，这些也都是需要注意的。为适应高气温下工作，发动机冷 却系设计必须留有充分余量，橡胶、塑料件的耐高温性能也必须得到保证。 环境气压主要涉及高海拔下因进气密度低而引起的一系列问题。为此可考 虑通过增压提高进气密度以恢复发动机所需要的功率或通过气压控制系统 防止燃油过量造成油耗或排放过高。对于行驶在沙漠等沙尘区的车辆来说， 仅装有通常的空气滤清器是不够的，必须在其前加装初滤器，形成有效的 二级过滤装置来清除进气中的尘埃，否则将严重损害发动机的寿命。
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 发动机热力循环及性能指标
（3）假设工质的压缩与膨胀过程均为绝热过程，不考虑缸壁 的传热、漏气等热损失和补燃损失。
（4）假设工质的燃烧过程为对工质进行的定容或定压加热过 程，排出的废气带走热量用定容放热过程代替。
ηtm
1
1 ε K 1
λρK 1 ( λ 1) Kλ( ρ - 1)
式中
ρ
λ
ε 发动机的压缩比 ε Va /Vc (Vh Vc )/Vc
预膨胀比 后膨胀比 压力升高比
K 绝热指数
ρ Vz /Vz' ε/δ
δ Vb /Vz
λ pz /pc
P3 (P3 V 3 T3)
Q1P 4
(P4 V 4 T4)
(λ 1)
ηtp
1
1 ε K1
ρK 1 K (ρ 1)
2、循环平均压力 pt
单位气缸工作容积所做的循环功，用以评定发动机
的循环做功能力。
W pt Vh
1）混合加热循环的平均压力为
ptm
εK ε 1
pa λ 1
K 1
Kλρ 1ηt
式中 pa 进气终了压力（KPa）
2）定容加热循环（ ρ 1 ），循环平均压力
（5）假设循环过程为可逆过程，不考虑实际循环中存在的摩
2．发动机理论循环的评定指标
发动机的性能主要决定于两方面： （1）由燃烧一定量的燃料能够得到尽可能多的功； （2）由一定的气缸工作容积能够得到尽可能多的功。 发动机的理论循环是用循环热效率和循环平均压力来衡量和评定的。理论循环 热力分析的重点是研究循环热效率。
2.1 循环热效率：工质所做循环净功与循环加热量之比，说明每循环工质对热量的利用
发动机原理完整版：第一章2、3、4、5节
发动机推力大小仅仅反映飞机的推力需求， 不能反映不同推力级发动机之间的性能优 劣
例如:
GE90(BY777) F=392000N, qma=1420kg/s
D=3.524m
wp-11(无人机) F=8500N, qma=13kg/s
2021/7/13
整理课件
D=0.3m
21
一、性能指标
2、单位推力 单位：N ·s/kg
• V9 V0 0 p 1 （0.5~0.75）
• 有效功 推进功的转换必有“损失”
2021/7/13
整理课件
38
三、推进效率
• 损失 = 有效功推进功 = 1 (V V )2
29 0
• 绝对坐标系中气流以绝对速度(V9 V0)排出 发动机所带走的能量，称为“余速损失”
•
若V0 =0，则全部可用能以动能 损失在空间，不产生推进功。
飞行速度变化时，只能用总效率表示经济性
飞行速度为零时，只能用耗油率表示经济性
2021/7/13
整理课件
42
四、总效率
• 对于涡喷发动机存在矛盾 0 t h p
– 涡喷发动机将热力循环获得的 机械能全部转换为气体的动能 增量，进、排气速度差大，可 提高热效率和增加推力
– 但排气速度差大，推进效率低 ，总效率低经济性差，耗油率
整理课件
23
一、性能指标
3、推重比 FW = F / W
• 无量纲量 • 综合性指标： 反映气动热力循环的设计水平（如高单位推
力），反映结构设计水平。 • 统计：W增加1kg导致飞机重量增加2.5kg。
2021/7/13
整理课件
24
一、性能指标
3、推重比
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
发动机原理：第一章1节 涡轮喷气发动机热力循环
1
e
W
cpT0 (
e)(1
1) e
2021年1月18日
19
三、理想循环-循环功
W
cpT0 (
e)(1
1) e
• 理想循环功与循环加热比成正比。
• 存在有使理想循环功达最大的循环增压比 称为最佳增压比opt
2( 1) opt
2021年1月18日
20
三、理想循环
• 如何提高循环热效率？ 提高增压比。
23
四、实际循环
• 加热量q1 q1 Cp (T3* T2* )
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24
四、实际循环
• 放热量q2
q2
C
' p
(T9
T0 )
2021年1月18日
25
四、实际循环
• 循环功
W q1 q2
• 热效率
th
W q1
q1 q2 q1
2021年1月18日
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四、实际循环
th f ( , ,c ,e, )
T0
=
－1
th
1
1
－1
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17
三、理想循环-热效率
th 1
1
－1
• 理想循环热效率只与循环增压比有关，且 与循环增压比成正比。
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三、理想循环-循环功
W q1th cp (T3* T2* )th
c
pT0
(T3* T0
T2* T0
)(1
1
1
)
T3*
• 涡轮：气体膨胀做功，推动涡轮旋转，通 过连接轴驱动压气机
• 尾喷管：气体膨胀加速，高速喷出，产生 推力
内燃机循环及性能评价指标
Wi p mi Vs p mi
D 2
4
S 103
pmi是衡量实际循环动力性能的一个重要指 标 pmi（MPa） 汽油机 柴油机 0.8-1.5 0.7-1.1
以一个假想的、大 小不变的压力作用 在活塞上，使活塞 移动一个行程，其 所做的功等于循环 功，则此假想的压 力即为平均指示压 力 pmi
e
、 bi 、be的大致范围
bi be [g/(kW· h )] [g/(kW· h)] 205-320 170-205 270-325 190-285
η
t
η
i
η
e
汽油机 0.54-0.58 0.3-0.4 0.25-0.3 柴油机 0.64-0.67 0.4-0.5 0.3-0.45
升功率PL、比质量me和强化系数pmeCm的大致范围 PL me pmeCm m／s ） （kW／L） （kg／kW） （MPa· 汽油机 汽车柴油机 30-70 18-30 1.1-4.0 2.5-9.0 8-17 6-11
第三节 内燃机实际循环及其评价指标
一、实际循环 实际循环通常用气缸内的工质压力p随气 缸工作容积V（或曲轴转角φ ）而变化的 图形表示，即示功图p－V图，p－φ 图称 为展开示功图。p－V图上曲线所包围的 面积（积分）表示工质完成一个实际循 环所做的有用功。 发动机实际循环是由进气、压缩、燃烧、 膨胀和排气五个过程（四个行程）所组 成。
指示功率Pi
发动机单位时间所做的指示功。
p m iVs in n 2 Pi Wi i 60 30
指示热效率η i和指示燃料消耗率bi
指示热效率η i是实际循环指示功与所消耗的 燃料热量之比值 。
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。
第一章内燃机的循环及性能评价指标
第一章内燃机的循环及性能评价指标1内燃机是在气缸内将燃料的化学能通过燃烧转为热能，再通过曲柄连杆机构将热能转化为机械的动力装置.根据完成一次能量转换所需的行程数不同，内燃机分四冲程机和二冲程机2内燃机对外输出功需要的环节：第一环节：混合气的形成并导入气缸的过程.第二环节:燃烧放热过程.第三环节:能过量的传递过程。
3三种理论循环：等容丶等压丶混合加热循环，①当加热量和压缩比相同时放热Qp>Qm>Q v ②.加热量和最高压力一定时，Qv>Qm>Qp③最高压力和最高温度一定时Qv=Qm=Qp4四冲程内燃机的实际循环热效率取决于混合气形成方式和燃烧放热规律，以及压缩比的最佳匹配.汽油机是均匀混合气以火焰传播形式迅速燃烧，柴油机根据混合气的形成特点家燃烧分预混合燃烧和扩散燃烧5论循环的评价:常用循环热效率（是指热力循环所获得的理论功与为获得该理论功所加入的总热量之比）评价动力机械设备在能量转换过程中所遵循理论循环的经济性，用循环平均压力(是指单位气缸工作容积所做的循环功)评价循环的做工能力. 6四冲程内燃机的实际循环：由进气行程（过程）丶压缩行程（过程）丶做功行程（燃烧过程和膨胀过程）以及排气过程（过程）4个行程5个过程组成。
评价指标：内燃机性能评价指标有两大类，即以活塞做功为基础评价气缸内热功转换的完善程度的指示指标；和以曲轴飞轮端对外输出的有效功为基础，从实用角度评价对外做功的有效指标。
实际循环做功能力的评价指标主要有平均指示压力（定义为单位气缸工作容积所做的指示功）和指示功率（指发动机单位时间所做的指示功）。
实际循环的经济指标有指示热效率和指示燃油消耗率。
7内燃机有效性能指标：①动力性指标a有效功率（克服运动件的摩擦损失功率以及驱动冷却风扇丶机油泵等附件所消耗的功率损失后，经曲轴对外输出的有用功。
称指示功率在传递过程中所有内部消耗功率的总和为机械损失功率）b平均有效压力（单位气缸工作容积输出的有效功）②经济性指标a有效热效率（实际循环对外输出的有效功与未获得此有效功率所消耗的热量之比）③排放指标8机械损失:内燃机的机械损失①摩擦损失62%-75%②驱动附件的损失10%-20%③泵气损失9机械损失的测定a倒拖法b示功图法c灭缸法10 排气提前角如何影响发动机性能？①如果加大排气提前角，排气初期缸内压力和温度更高，超临界排气声速更高。
航空发动机的热力学性能分析
航空发动机的热力学性能分析航空发动机是飞行器的核心部件，它以高效地将燃料能转化为推力能力。
热力学性能的分析对于发动机的设计、优化和改进至关重要。
本文将从理论和实际应用的角度，探讨航空发动机的热力学性能分析。
一、热力学基础在进行热力学性能分析之前，有必要了解一些热力学基础概念。
热力学是研究能量转化和能量传递规律的学科，它以热力学循环为基础，利用热力学参数来描述和分析系统的能量转移过程。
1. 热力学循环热力学循环是指在特定条件下，某种工质在一系列状态变化后，重新回到起始状态的过程。
航空发动机采用的主要热力学循环是布雷顿循环和伊丁循环。
布雷顿循环是常用的喷气发动机循环，而伊丁循环则多用于涡轮螺旋桨发动机。
2. 热力学参数热力学参数是用来描述系统热力学状态和性能的物理量。
其中，压力、温度、比容和比焓是最为常用的参数。
这些参数的变化对于发动机性能的分析和评估至关重要。
二、航空发动机的热力学分析方法为了对航空发动机的热力学性能进行分析，我们可以采用以下方法：1. 状态方程分析状态方程是研究热力学系统状态的基本方程，它们描述了系统状态变量之间的相互关系。
常用的状态方程有理想气体状态方程、范德瓦尔斯状态方程等。
通过应用这些方程，可以计算出发动机在不同工况下的压力、温度等参数。
2. 热力学循环分析热力学循环分析是研究热力学循环特性的重要方法。
可以将发动机的工作循环抽象为理想循环，并根据循环的特点和性能指标计算出发动机的热效率、功率输出等参数。
同时，还可以进行循环改进和优化，以提高发动机的性能。
3. 燃烧分析航空发动机中的燃烧过程对于性能分析具有重要意义。
通过燃烧分析可以研究燃烧效率、燃烧室温度分布等参数对发动机性能的影响，并通过修改燃烧参数来改进发动机的燃烧效果。
4. 推力计算航空发动机的推力是衡量其性能的重要指标之一。
推力的大小与发动机的喷气速度、流量等因素有关。
通过计算发动机的喷气速度和流量，可以得到推力的大小，并进一步分析和优化发动机的推力性能。
(完整版)内燃机原理课后习题与答案
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。
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四冲程发动机的工作示功图
• （4）排气行程
• 在示功图上曲线ar表 示。在排气行程中， 气缸内压力稍高于大 气压力，约为 0.105～0.115MPa （0.105-0.12）。排 气终了时，废气温度 约为900～1200K （700-900）。
二、发动机实际循环与理论循环的差异
P z'
非 瞬 时 燃 烧 损 失
P
P0
上止点
V 下止点
第二节 发动机的实际循环
一、实际循环：由进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个 过程组成。
P
P0
上止点
V 下止点
第二节 发动机的实际循环
一、实际循环：由进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个 过程组成。
P
P0
上止点
V 下止点
第二节 发动机的实际循环
一、实际循环：由进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个 过程组成。
三.导入新课 四.归纳总结、布置作业
P
Q1''
z' z
Q1'
P
z
Q1
P Q1 cz
c
c
b
b
Q2
a
Q2 a
b Q2
a
V a)
b)
V
V c)
图1-1 发动机理论循环
a)混合循环 b)定容加热循环 c)定压加热循环
第二节 发动机的实际循环
第二节 发动机的实际循环
一、实际循环：由进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个 过程组成。
总结
• 本次课介绍的主要内容： • 1、发动机的实际循环 • 2、发动机实际循环与理论循环的比较
• 重点：发动机实际循环及其展开示功图 • 难点：发动机实际循环的各种热损失
第一章 发动机热力循环及性能指标
《发动机原理与汽车理论》
授课顺序
一. 考勤 二. 复习
1.发动机的三种基本理论循环：
定容加热循环、定压加热循环、混合加热循环。
2.发动机三种基本理论循环的简化条件：
假设工质为理想气体，其比热容为定值。 假设工质的质量不变，是在闭口系统中作封闭循环。 假设工质的压缩与膨胀过程为绝热过程。 假设工质燃烧过程为定容或定压加热，放热过程为定容放热。
PБайду номын сангаас
P0
上止点
V 下止点
第二节 发动机的实际循环
一、实际循环：由进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个 过程组成。
P
P0
上止点
V 下止点
第二节 发动机的实际循环
一、实际循环：由进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个 过程组成。
P
P0
上止点
V 下止点
四冲程汽油发动机的工作示功图
• （1）进气行程
• 压力：由于进气系统有阻力， 进气终了时气缸内的气体压力 约为0.075～0.09MPa （0.085-0.095）。
• 温度：流进气缸内的可燃混合 气，因为与气缸壁、活塞顶等 高温机件表面接触并与前一循 环留下的高温残余废气混合， 所以温度可升高到370～400K （310-340）。
• 在示功图上，曲线位于大气压 力线下面，它与大气压力线纵 坐标之差即表示气缸内的真空 度。
四冲程发动机的工作示功图
• （2）压缩行程 • 在示功图上，活塞达到
c
z 高温热分解损失和补燃损失 工质变化引起的损失
发动机的传热损失
时间损失
r 换气损失
P0
上止点
b
排气损失
a
V 下止点
理论循环与实际循环的比较:
1. 实际循环存在着工质的成分和数量变化引起的损失 2.实际循环中必须更换工质，因而存在着换气损失 3.实际循环中的燃烧过程存在着非瞬时燃烧损失和补燃损失 4.实际循环中存在着不完全燃烧和高温热分解引起的损失 5.实际循环与理想循环之间的重要差别在于工质与燃烧室壁、气 缸壁等壁面之间始终存在着热交换，大部分时间存在着传热损失 6.实际循环中还存在机械运动的摩擦和不完全燃烧等损失
上止点时压缩终了，此 时，混合气被压缩到活 塞上方很小的空间，即 燃烧室中。可燃混合气 压力升高到0.6～ 1.2MPa（3-5），温度 可达600～700K（7501000）。
四冲程发动机的工作示功图
• （3）作功行程
• 示功图上曲线cz表示可燃混合 气燃烧后，放出大量的热能， 混合气压力和温度迅速增加， 所能达到的最高压力约3～ 5MPa（6-9），相应温度则 为2200～2800K（18002200）。示功图上曲线 zb表 示活塞向下移动时，气缸内容 积增加，气体压力和温度都降 低，在作功行程终了的b点， 压力降至0.3～0.5MPa（0.20.5），温度则降为1300～ 1600K（1000-1200）。