汽车发动机原理第一章 内燃机性能指标及实际循环热计算
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第一章 内燃机性能指标及实际循环热
k 1
2 分析 = 1 t = const. t ；当 = 10 左右时， t 不大 且汽油机容易爆燃，因此，汽油机 = 6～10
（三） 定压加热循环 （狄赛尔DIESEL 循环） －船舶用大型低速柴油机的理想循环
1 热效率 因为: 压力升高比
式中:
二、理想循环及其分析比较
（一）
混合加热循环
－车用柴油机的理想循环 1 循环特征参数 v1 （1） 压缩比
v2
（2） 压力升高比
p3 p2
v4 v3
（3） 预胀比
2
热效率
tm
w0 q2v q2 1 1 q1 q1 q1v q1 p
1 忽略进、排气过程 2 压缩、膨胀过程 （复杂的多 变过程） 简化为绝热过程 3 燃烧过程简化为定容加热过 程 （2～3） 和定压加热过程 （3～4） 4 排气放热简化为定容放热过 程 5 假定工质为定比热的理想气 体
（三）评定循环过程中质和量的指标
1．循环的热效率
w0 q1 q2 q2 t 1 q1 q1 q1
式中： w0——mkg工质的循环净功（J） q1——mkg工质在循环中吸收的热量（J） q2——mkg工质在循环中放出的热量（J） 热效率可环平均压力pt
w0 pt （J/m3）或（N· 2） m Vh
Vh——气缸工作容积（m3） 循环平均压力表示单位气缸工作容积所作 的循环功，用来评定循环的动力性。
第三节 热平衡
定义：按照热能在有效功和各项损失方面的数量
分配来研究燃料中总热量的利用情况，称为内燃 机的热平衡。（通常有实验确定） 总热量: QT = GT hu（kJ/h） 式中： GT——每小时的油耗量(kg/h) hu——燃料低热值（kJ/kg)
内燃机循环及性能评价指标
指示指标用来评定实际循环质量的好坏， 以工质在气缸内对活塞做功为基础。 1、实际循环的动力性（做功能力）指标
平均指示压力pmi 指示功率Pi 指示热效率η i 指示燃料消耗率bi
2、实际循环的经济性指标
平均指示压力pmi
平均指示压力pmi（MPa）是发动机单位气缸 工作容积的指示功
总热量—机械功—指示功（循环功）—有效功
第二节 内燃机的理论循环
定义：内燃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。 意义：通过对理论循环的研究，可以清楚 地确定影响内燃机性能的某些重要因 素，从而找到提高内燃机性能的基本 途径。
一、卡诺循环与内燃机的动力循环
有效指标（e）
以曲轴对外输出的功率为基础，代表整 机的性能。
一、发动机动力性能
1. 有效功率Pe
Pe=Pi-Pm 机械损失功率Pm
1)发动机内部运动零件的摩擦损失。比例最大 2)驱动附属机构的损失 3)泵气损失，指进排气过程所消耗的功
发动机有效功率Pe由试验测得
有效转矩Ttq
燃烧
c-z线
上死点附 化学能转变为热 近，进关 能，工质的压力、 温度升高 排关
膨胀
活塞主动对外做 活塞下行， 功，热能转变为 z-b线 进关排关 机械能，工质的 压力、温度下降 活塞上行， b-r线 进关排开 排出废气
柴：0.2~0.5
汽：0.105~0.115 柴：0.105~0.115
排气
二、 实际循环的评价指标
二、发动机经济性能
1. 有效热效率η
平均指示压力pmi 指示功率Pi 指示热效率η i 指示燃料消耗率bi
2、实际循环的经济性指标
平均指示压力pmi
平均指示压力pmi（MPa）是发动机单位气缸 工作容积的指示功
总热量—机械功—指示功（循环功）—有效功
第二节 内燃机的理论循环
定义：内燃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。 意义：通过对理论循环的研究，可以清楚 地确定影响内燃机性能的某些重要因 素，从而找到提高内燃机性能的基本 途径。
一、卡诺循环与内燃机的动力循环
有效指标（e）
以曲轴对外输出的功率为基础，代表整 机的性能。
一、发动机动力性能
1. 有效功率Pe
Pe=Pi-Pm 机械损失功率Pm
1)发动机内部运动零件的摩擦损失。比例最大 2)驱动附属机构的损失 3)泵气损失，指进排气过程所消耗的功
发动机有效功率Pe由试验测得
有效转矩Ttq
燃烧
c-z线
上死点附 化学能转变为热 近，进关 能，工质的压力、 温度升高 排关
膨胀
活塞主动对外做 活塞下行， 功，热能转变为 z-b线 进关排关 机械能，工质的 压力、温度下降 活塞上行， b-r线 进关排开 排出废气
柴：0.2~0.5
汽：0.105~0.115 柴：0.105~0.115
排气
二、 实际循环的评价指标
二、发动机经济性能
1. 有效热效率η
汽车发动机的工作原理、总体构造及性能指标
三、内燃机的工况、负荷概念
工况：发动机工作状况，用功率和转速表示（点工况、线工 况、面工况） 负荷：发动机在某一转速下，发出的功率与同一转速下所可 能发出的最大功率之比。
§1-5 内燃机产品名称和型号编制规则
国家标准（GB725-91）： 1.内燃机产品名称按所采用的燃料命名 2.内燃机型号由阿拉伯数字和汉语拼音字母组成。 3.型号由部分组成：
第一章 汽车发动机的工作原理、总体构造及性能指标
§ 1.1 内燃机的基本名词术语
一、内燃机简介
1、概念 是将燃料在其燃烧室中燃烧所产生的热能直接转 化为机械能的一种动力机械 2、分类
内燃机（柴油机、汽油机等）
热力发动机
（热机） 外燃机（蒸汽机、汽轮机）
旋转式(燃气轮机) 内燃机 活塞式 往复活塞式 旋转活塞式
图4-1 涡轮工作原理图
1-隔板 2-静叶片 3-动叶片 4-叶轮 5-轴
二、内燃机的基本名词定义
1）上止点（TDC ,Top Dead Center） 2）下止点（BDC,Bottom Dead Center） 3）曲柄半径（mm)：R 4）活塞行程（mm)：S=2R 2 Vh D S 5）气缸工作容积(L) ：
汽油机：质量小，噪声小，起动容易等，轿车、小型 货车等用。 柴油机：质量大，载货车用。但目前欧洲轿车中柴油 机车占40%左右。
§1-3 内燃机总体构造
内燃机通常由下列机构和系统组成：
1.机体与气缸盖： 机体：是内燃机的骨架，由气缸体、曲轴箱及油底壳组成 气缸盖：与活塞顶共同组成燃烧室。气门、气道等零件安排其中。 2.曲柄连杆机构：内燃机的主要运动件，由活塞、连杆、曲轴、飞轮等组 成。活塞的往复运动——曲轴的旋转运动。 3.供给系：包括燃油供给系，进、排气系统。燃油供给系主要部件化油器 （汽油机）及喷油泵、喷油器（柴油机）。进、排气系统主要部件：空 气滤清器、进排气管和消声器等。 4.配气机构：定时开启、关闭气门。由气门组、传动组、驱动组等组成。 5.点火系：混合气由火花塞来点燃。由火花塞、点火线圈、断电器、分电 器等组成。 6.冷却系：对高温零部件进行冷却。由水泵、风扇、散热器等组成。 7.润滑系：向高速运动的摩擦副供给润滑油，以减轻磨损。 8.起动装置：内燃机借助于外力，使之着火达到自行运转状态。
第1章内燃机性能指标及实际循环热计算绪论 (2)解读
则ηt提高。
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
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1章内燃机的工作指标
第二节 内燃机的实际循环
4、压缩终了参数
Pc=Paεn1 Tc=Ta εn1-1
Pc与Tc范围：
Pc （MPa ） Tc （K）
柴油机 3—5 750—1000
柴油机ε大
汽油机 0.8—2 600—750
第二节 内燃机的实际循环
三、燃烧过程：c—z
1、作用：燃料化学能→工质热能→使压力温度增加，即加入Q1 2、要求：燃烧完全、及时（越靠近上止点，热效率越高）
F2包括在发动机的机械损失中，而把F1表示的功称为Wi。
第三节 内燃机指示指标
▪
第三节 内燃机指示指标
Pmi(MPa):
柴油机：
四冲程非增压柴油机： 0.6—0.95
四冲程增压柴油机： 0.85—2.6
二冲程柴油机：
0.35—1.3
汽油机： 四冲程摩托车用汽油机：0.8—1.3 四冲程小客车用汽油机：0.8—1.43 四冲程载货车用汽油机：0.7—0.85 二冲程小型风冷汽油机：0.4—0.7
五、理论循环分析
1. 压缩比
▪
压缩比增加，三个循环的热效率增加。压缩比增加，
温差及膨胀比增加，热效率增加；
▪
由T—S图知，初始点一定，加热量一定，压缩比增
加，放热量减少，由热效率公式知，热效率增加。
▪
柴油机压缩比增加，主要考虑冷起动，但热效率增
加已经很少；但汽油机压缩比增加，热效率增加很
大。但压缩比大于12后，热效率上升已经很慢。
最小。
2. 加热量一定，初始点一定，最高压力一定，比较三 种循环的热效率的大小。
▪
放热量等容加热循环最大，混合循环居中，等压循
环最小；
▪
等容加热循环热效率最小，混合循环居中，等压循
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。
第一章 发动机热力循环及性能指标
（2）假设整个循环过程中工质的质量不变，是在闭口系统中 作封闭循环，不考虑进、排气过程及其流动损失，并忽略 漏气的影响。
（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
（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
清华大学_汽车发动机原理_第1章_性能指标与影响因素
点燃式和压燃式内燃机工作过程、燃烧理论、性能分析及参数调控Email: sjshuai@Phone: 010-********-14帅石金清华大学汽车工程系汽车发动机原理Automotive Engine FundamentalsTsinghua University第一部分：动力输出与能量利用第1章性能指标与影响因素第2章燃料、工质与热化学第3章工作循环与能量利用第4章换气过程与进气充量第5章运行特性与整车匹配第二部分：燃烧与排放第6章燃烧的基础知识第7章柴油机混合气形成与燃烧第8章汽油机混合气形成与燃烧第9章有害排放物的生成与控制第10章新燃烧方式与替代燃料动力1.动力的获取和输出；能量的消耗和利用2.燃料能量转换的“质”环节；加入整机能量总量的“量”环节Tsinghua University1.工质对活塞所作功及示功图2.发动机的性能指标3.影响动力经济性指标的环节与因素第一部分：动力输出与能量利用第1章性能指标与影响因素第2章燃料、工质与热化学第3章工作循环与能量利用第4章换气过程与进气充量第5章运行特性与整车匹配第二部分：燃烧与排放第6章燃烧的基础知识第7章柴油机混合气形成与燃烧第8章汽油机混合气形成与燃烧第9章有害排放物的生成与控制第10章新燃烧方式与替代燃料动力p-ϕ图示功图（四冲程）p-V 图EIIETDC TDC TDC BDC BDCw/o combustion180360540720︒CA p p zp 0IVCEVO EVCIVOTDC(上止点)BDC(下止点)p p zp 0V sV cVpAd sTDC -Top Dead Center BDC -Bottom Dead Center IVO -Intake Valve Open IVC -Intake Valve Close EVO -Exhaust Valve Open EVC -Exhaust Valve Close示功图Indicator Diagram压力图/展开示功图ϕ要求会识图和画图！正负功确定原则：⏹压力方向与活塞运动方向一致，工质对活塞作正功⏹压力方向与活塞运动方向相反，工质对活塞作负功工质对活塞所作功Compression 压缩过程W < 0 Power 作功过程W > 0Intake 进气过程W > 0Exhaust排气过程W < 0W p d V=循环功：⏹动力过程功：压缩与燃烧膨胀冲程所作功之代数和⏹泵气过程功：进气与排气冲程所作功之代数和(总)指示功＝动力过程功＋理论泵气功(不考虑泵气损失)净指示功＝动力过程功＋泵气过程功(考虑泵气损失)进气压力p d <大气压力p 0排气压力p e >大气压力p 0与泵气有关的功：⏹理论泵气功忽略流动阻力, 进、排气冲程压力所作功之代数和。
现代汽车发动机原理第1章 发动机实际循环与性能指标
理论循环的做功能力可用单位气缸工作容积 所做的循环功来表示，称为循环平均压力， 用符号 来表示。 W
pt
pt =
Vs
J
式中： ——循环所做的功（ ）； ——气缸工作容积（ ）。 混合加热循环的循环平均压力为：
W
Vs L
p εk ptm = ⋅ a ⋅ [(λ − 1) + kλ ( ρ − 1)]ηtm ε −1 k −1
0 0 A
A
m A = l0 L0 = 14.3 0.495 = 28.9
2. 混合气成分 发动机中实际提供的空气量往往并不等于理论 空气量。对于混合气成分，欧美各国及日本 一般都直接以其中所含空气与燃料的质量比 ——空燃比 来表示。
α
α = 空气质量 燃料质量
我国除用空燃比表示混合气成分外，还常用 过量空气系数表示混合气的成分。过量空气 系数是指燃烧1kg燃料实际提供的空气量与理 论上所需空气量之比，用符号 表示。
由上表可知，1千克燃料完全燃烧时，其中 千 克的碳需要 千克（或 ）的氧， 千克的氢需 要 千克（或 ）的氧,由于燃料本身含有 千 克(或 )的氧，因此，1千克燃料完全燃烧理 论上所需要的氧气为：
8 gC 3 1 g C kmol 12
gH 8g H
gC
1 g H kmol 4
gO
1 gO kmol 32
现以一台非增压四冲程柴油机为例进行讨论，图为 其理论循环与实际循环。其中用实线表示实际循环 示功图，而用加了黑点的实线表示与之相对应的理 论循环示功图，两个示功图具有同样的热量输入。 1.3.1 工质的影响 理论循环工质的比热是不随温度变化而变化的。实 际循环工质是空气和燃烧产物的混合物，它们的比 热随温度升高而上升. 若加热量Q1相同，则实际循环达到的最高温度较理 论循环低，其结果导致循环热效率的降低，循环所 做的功减少。实际循环的燃烧膨胀线（图中虚线） 低于理论循环的燃烧膨胀线。
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。
发动机原理第一章-发动机工作循环及性能
t
1
1
k 1
定压加热循环
：
t
1
1
k1
k k(
1 1)
混合加热循环 ：
t
1
1
k 1
(
k 1 1) k ( 1)
三种理论循环热效率的比较
1 初态1相同，压t缩,v 比相t同,m，加热t ,p量q1相同
2 初态1相同，最高压力、最高温度相同，放热量q2相同
t,v t,m t,p
由热效率表达式，还可以得到如下结论：
Ne Ni Nm
m,柴 0.7 ~ 0.85
m,汽 0.7 ~ 0.9
二 机械损失的测定
倒拖法 灭缸法 油耗曲线法 示功图法
倒拖法
发动机与电力测功机相连。起动发动机，冷却 水温度、机油温度达正常值。然后使发动机在 给定工况下稳定运转。切断发动机的供油 ，将 电力测功机转换为电动机使用，在给定转速下 倒拖发动机，并维持冷却水温度和机油温度不 变。从电力测功机上所测得的倒拖功率即为发 动机在该工况下的机械损失功率。
3 化学反应方程式
C O2 CO2
H2
1 2
O2
H2O
4 需要总的O2 量
C O2 CO2
H2
1 2
O2
H2O
1 kmol 1 kmol 1 kmol
1 kmol
1 2 kmol
1 kmol
1 kg
gC kg
1
1
12 kmol 12 kmol
gC
gC
12 kmol 12 kmol
1 kg
gH kg
§1-3 热平衡
总热量：QT = GT hu 分别转化为 ：（ 柴油机）
第一章 内燃机性能指标 讲义
研究理论循环的目的
1)用简单的公式来阐明内燃机工作过程中各基本 热力参数间的关系，以明确提高以理论循环热 效率为代表的经济性和以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，以判断实际内燃 机经济性和工作过程进行的完善程度以及改进 潜力。 3)有利于分析比较内燃机不同热力循环方式的经 济性和动力性。
一、三种基本循环 理解！！ • 简化原则为(五个假定条件) : ①封闭循环→不考虑更换工质的各项损失； ②压缩和膨涨过程绝热等熵→不考虑传热损失； ③理想工质(空气比热为常数)→不考虑工质成分、 数量变化的影响。 ④以热源向工质加热，冷原从工质吸热代替燃烧和 排气→不考虑燃烧和时间损失（及时性） ； ⑤循环各过程均为可逆过程（可逆）。 • 根据以上假定，按照加热方式的不同，内燃机可以 抽象出以下三种(定容、定压、混合)基本循环。
④.预膨胀比ρ： a、在定压加热循环中当ε 一定时，Q1↑→ρ↑→ηt↓ 因为后加入热量膨胀不充 分，排给冷源热量Q2↑。
b、在定压加热循环中当 （ε、Q1）一定时， ρ↑→ηt↓。
3、动力性—循环平均压力pt：单位汽缸工作容积所做的循 环功。 Wt pt • 根据热力学公式 (J/m3) [MPa] ： Vs
汽油机的压缩温度，压力低于柴油机， 这是为什么呢？
何谓发动机的压缩比？简要说明汽油 和柴油机如何选择压缩机。 • 发动机的压缩比是气缸的总容积与气缸压缩容积之比， 即： va — —气缸总容积 va vc — —气缸压缩容积 vc • 在汽油机中，为了提高热效率，希望增加压缩比，但 受到爆震燃烧的限制，一般为7～10。 • 在柴油机中，为保证喷入气缸的燃料能及时自燃以及 冷起动时可靠着火，必须使压缩终了有足够的温度， 需要较高的压缩比，一般为14～22。
第1章内燃机性能指标及实际循环热计算绪论 (2)解读
则ηt提高。
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
柴油机
Pi =650-1100KPa
增压柴油机
Pi =900-2500KPa
汽车用增压柴油机 Pi =1100-1600KPa
二、 指示功率
指示功率：内燃机单位时间内所做的指示功。Pi 若：一台内燃机的缸数i，缸径为D，行程为S,每缸的 工作容积Vh (L) ，平均指示压力为pmi (MPa ) ，转速 n(r/min)，冲程数。
（1）进气过程 作用：吸入新鲜工质，为热功转换做必要的准备。
进气门提前开启扫气。由于进气系统有阻力， 进气终了的压力Pa总是小于大气压力P0。进气终 了温度Ta总是高于大气温度T0。Pa﹤P0； Ta﹥T0
发动机工作循环
（2）压缩过程
作用：扩大工作循环温差，使工质获得最大限度 的膨胀比，提高循环热效率，为着火燃烧创造条 件。 压缩比：
工程热力学基础
②等压过程
工程热力学基础
③等温过程
等温压缩 压等强温增压大 缩
压强增大 等温膨胀 压等强温减膨小胀 压强减小
工程热力学基础
④绝热过程
注意：q=0 ≠dq=0
工程热力学基础
⑤多变过程 体积、压力、温度都是变化的。pVn=常数
发动机工作循环
第一节发动机理论循环
（1）发动机理论循环 发动机的理论循环是假想的简化循环（空气的标准循环） ，由几个基本的热力过程组成。 简化条件：
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
柴油机
Pi =650-1100KPa
增压柴油机
Pi =900-2500KPa
汽车用增压柴油机 Pi =1100-1600KPa
二、 指示功率
指示功率：内燃机单位时间内所做的指示功。Pi 若：一台内燃机的缸数i，缸径为D，行程为S,每缸的 工作容积Vh (L) ，平均指示压力为pmi (MPa ) ，转速 n(r/min)，冲程数。
（1）进气过程 作用：吸入新鲜工质，为热功转换做必要的准备。
进气门提前开启扫气。由于进气系统有阻力， 进气终了的压力Pa总是小于大气压力P0。进气终 了温度Ta总是高于大气温度T0。Pa﹤P0； Ta﹥T0
发动机工作循环
（2）压缩过程
作用：扩大工作循环温差，使工质获得最大限度 的膨胀比，提高循环热效率，为着火燃烧创造条 件。 压缩比：
工程热力学基础
②等压过程
工程热力学基础
③等温过程
等温压缩 压等强温增压大 缩
压强增大 等温膨胀 压等强温减膨小胀 压强减小
工程热力学基础
④绝热过程
注意：q=0 ≠dq=0
工程热力学基础
⑤多变过程 体积、压力、温度都是变化的。pVn=常数
发动机工作循环
第一节发动机理论循环
（1）发动机理论循环 发动机的理论循环是假想的简化循环（空气的标准循环） ，由几个基本的热力过程组成。 简化条件：
第一章 内燃机的性能指标.ppt
2 循环热效率
定义：
t
W Q
Q 1 2
Q
1
1
混合加热计算式： ：
tm
1
1
k1 (
k 1 1) k(
1)
定容加热计算式：
1 1
tv
k1
定压加热计算式：
tp
1
1 k k1 k(
1 1)
3 循环平均压力
定义： W (J ) pt V (l) kPa
含义：
W p V p D2 S
ts
t4
混合加热计算式： ：
ptm
K pa 1 (K 1)
1
k(
1)t
定容加热计算式：
ptv
K pa 1 (K 1)
1t
定压加热计算式：
ptp
K
pa
1 (K 1)
k(
1)
t
4 理论循环热效率的影响因素
因素 混合加热循环
ε
t
K
t
t
t
定容加热循环 定压加热循环
t
第一章 内燃机的性能指标
第一节 内燃机的理论循环 第二节 内燃机的实际循环 第三节 内燃机的指示性能指标 第四节 内燃机的有效性能指标 第五节 机械损失与机械效率 第六节 内燃机的热平衡
第一节 内燃机的理论循环
一、实际循环的简化：
1 忽略进、排气过程；
P
z
2 压缩、膨胀过程简化为可逆绝热
过程；
c
3 燃烧过程简化为定容加热过程
t
t
t
t
C
t
C
t C
t
三、三种基本理论循环的比较
1 初态a相同，压缩比相同，加热量Q1相同:
内燃机 第一章
P z
c b p0
Vc
r a
Vs
V
二、四冲程内燃机的实际循环
③. 燃烧最高压力pz和最高温度参数Tz ： pz (MPa) Tz (K) 汽油机: 3.0～6.5 2200～2800 柴油机: 4.5～9.0 1800～2200
二、四冲程内燃机的实际循环
（4）膨胀过程: z-b
①. 作用：热向功转换。
①.同一机型不同加热模式的对比（压缩比相同）： 压缩比ε相同 加热量Q1相同 初态1相同
2 5v 5m T 3 4v 4m 4 p 5p
tv tm tp
1
s
一、内燃机的理论循环
②. 循环最高压力相同：
T 4p
4m 4v
5v
pmax
加热量Q1相同
2p 2m 2v 1
3m
初态1相同
循环的最高压力相同
①.压缩比：
P z` Q`1 c b p0
Vc Vs
Q``1 z
Va Vs Vc Vc Vc
pz ' pc
②. 压力升高比：
③. 预胀比：
Vz Vz '
Q2 V
a
一、内燃机的理论循环
继续膨胀循环（涡轮增压理论循环）
脉冲涡轮增压：从气缸排出的废气沿绝热膨胀线继续 膨胀，充分利用废气中的脉冲能量。但供给涡轮的能 量变化大，涡轮效率较低，当π<2.5时使用 定压涡轮增压：将各缸中排出的废气导入一根容积很 大的排气总管，使涡轮前的压力保持恒定，这种方式 的脉冲能量不能利用。但在涡轮中废气能量转换是稳 定的，涡轮效率较高。当 π ＞ 2.5时,定压的效率高于 脉冲的效率
（2）压缩过程: a-c
c b p0
Vc
r a
Vs
V
二、四冲程内燃机的实际循环
③. 燃烧最高压力pz和最高温度参数Tz ： pz (MPa) Tz (K) 汽油机: 3.0～6.5 2200～2800 柴油机: 4.5～9.0 1800～2200
二、四冲程内燃机的实际循环
（4）膨胀过程: z-b
①. 作用：热向功转换。
①.同一机型不同加热模式的对比（压缩比相同）： 压缩比ε相同 加热量Q1相同 初态1相同
2 5v 5m T 3 4v 4m 4 p 5p
tv tm tp
1
s
一、内燃机的理论循环
②. 循环最高压力相同：
T 4p
4m 4v
5v
pmax
加热量Q1相同
2p 2m 2v 1
3m
初态1相同
循环的最高压力相同
①.压缩比：
P z` Q`1 c b p0
Vc Vs
Q``1 z
Va Vs Vc Vc Vc
pz ' pc
②. 压力升高比：
③. 预胀比：
Vz Vz '
Q2 V
a
一、内燃机的理论循环
继续膨胀循环（涡轮增压理论循环）
脉冲涡轮增压：从气缸排出的废气沿绝热膨胀线继续 膨胀，充分利用废气中的脉冲能量。但供给涡轮的能 量变化大，涡轮效率较低，当π<2.5时使用 定压涡轮增压：将各缸中排出的废气导入一根容积很 大的排气总管，使涡轮前的压力保持恒定，这种方式 的脉冲能量不能利用。但在涡轮中废气能量转换是稳 定的，涡轮效率较高。当 π ＞ 2.5时,定压的效率高于 脉冲的效率
（2）压缩过程: a-c
第一章 内燃机理论循环和实际循环
§1.3 实际循环与理论循环的比较
1.工质的影响： 工质的影响：实际循环中，燃烧前后工质成分、数量改变； 2.换气损失： 换气损失：实际循环中，存在进、排气过程中的流动阻力 损失和有用功损失； 3.传热损失： 传热损失：工质与周围环境的热量交换； 4.燃烧损失： 燃烧损失： （1）燃料燃烧速度的有限性 a.压缩负功的增加 ; b.最高压力的下降; c.初始膨胀比减小。 （2）后燃及不完全燃烧 （3）在高温下部分燃烧产物分解而吸热，是循环最高温度 下降。 5.涡流和节流损失 6.泄漏损失
• 燃料 空气循环 燃料-空气循环
§ 1.4 发动机的热平衡
热量分配情况： 一. 热量分配情况： （1）一部分转化为有用功 ； （2）一部分传递给冷却介质： （3）废气带走的热量； （4）不完全燃烧、辐射热、驱动附件的能量 消耗等其他热量损失. QT=Qe+Qs+Qr+Qb+QL 100%=qe+qs+qr+qb+ql 汽油机和柴油机热量分配比例： 二. 汽油机和柴油机热量分配比例： 从曲轴输出的机械能分配情况是：
1. 进气过程 运动件工况：活塞由上止点前至下止点后，进气门开 排气门关。 作用: 作用: 为保证发动机连续运转，必须不断吸入新鲜工 质。 气体状态： pa ：∆p=p0- pa 克服进气系统阻力 Ta ：高温零部件及残余的废气的加热 Ta >T0 2. 压缩过程 运动件工况：由进气门关到活塞至上止点，进气门关 排气门关。 作用：增大温差, ŋt↑，为燃烧创造有利条件。 作用： 气体状态： pc ：pc=paεn1 ； Tc ：Tc =Taεn1-1
（二）理论循环热效率的比较
（1）当压缩初始状态P1，T1相同， 加热 量Q1及压缩比ε相同时， ŋtv 〉ŋtc〉ŋtp （2）当压缩初始状态P1，T1相同，加热量 Q1及循环最高压力P3相同时， ŋtp〉ŋtc〉ŋtv
内燃机性能指标及实际热循环共37页
、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
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各缸的指示功率为：
P i1 P e P e (1)
P i2 P e P e (2)
将上列各式相加得到整机指示功率为：
P ＝iP ） i P i1 P i 2 e (P e (1) P e (2)
因此，机械损失功率为
P ） m P i P e (i 1) P e (P e (1) P e (2)
二.指示功率
指示功率Pi：发动机单位时间内所作的指示功。
三.指示热效率和指示燃油消耗率
1. 指示热效率ηi：发动机实际循环指示功与所消耗燃料热量的比值。 ηi = Wi / Q1 2. 指示燃油消耗率gi：单位指示功的耗油量。
第五节 有效指标
一.内燃机动力性指标
1.有效功率Pe：发动机功率输出轴上实际输出的净功率。 Pe = Pi - Pm (kW) 2.有效转矩Me：发动机工作时，由功率输出轴输出的转矩。 3.平均有效压力pe：发动机单位气缸工作容积输出的有效功，反映 了发动机输出转矩Te的大小。 4.转速n和活塞平均速度Cm 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：
3.油耗线法
在负荷特性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。
4.示功图法
2．噪声
汽车是城市中主要的噪声源之一，发动机又是汽车的主要噪 声源。
3．起动性能
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℃以下的气温条件下起动发动机时，15s以内发动机 要能自行运转。
第六节 机械损失
机械损失分配情况
一.机械效率
机械效率是有效功率和指示功率的比值。
3.传热损失：工质与周围环境的热量交换；
4.燃烧损失： （1）燃料燃烧速度的有限性
a.压缩负功的增加 ;
c.初始膨胀比减小。 （2）后燃及不完全燃烧
b.最高压力的下降;
（3）在高温下部分燃烧产物分解而吸热，是循环最高温度下降。 5.时间损失 6.其他损失
第三节 热平衡
א热量分配情况： （1）一部分转化为有用功 ； （2）一部分传递给冷却介质： （3）废气带走的热量； （4）不完全燃烧、辐射热、驱动附件的能量 消耗等其他热量损失. QT=Qe+Qs+Qr+Qb+QL 100%=qe+qs+qr+qb+ql
2.比质量：发动机的质量G与所发出的标定功率之比。
3.强化系数：平均有效压力ｐｅ与活塞平均速度Ｃｍ的乘积称为强 化系数。
四.内燃机其他性能评定
1．排气品质
汽车的排放标准对氮氧化物(ＮＯｘ)、碳氢化合物(ＨＣ) 及一 氧化碳(ＣＯ)３ 种危害最大的气体的排放量都做出限额规定。 排气颗粒是指排放物中除水以外的各种液态和固态微粒。
sn cm (m / s) 30
二.内燃机经济性指标
1.有效热效率ηe：实际循环的有效功与为得到有效功所消耗热量的 比值。
2. 有效燃油消耗率ge：单位有效功率的耗油量。
三.内燃机强化程度
1.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。
peVhin pe n L (kw / L) 30 Vhi 30
二.发动机热平衡
第四节 指示指标
示功图： 气缸内工质的压力p随气缸工作容积v或曲 轴转角θ变化的图形称为示功图。
一.指示功和平均指示压力
1. 指示功Wi：气缸内完成一个工作循环所作的有用功。可由p-v图 中闭合曲线包围的面积求得。 Wi = Fi ab / 106 (J) 2. 平均指示压力pi：单位气缸容积一个工作循环所作的指示功。 pi = Wi / Vh (MPa)
燃烧过程基本上由定容燃 烧和定压燃烧 气燃烧迅速，近似 为定容加热循环。
3．定压加热循环
高增压和低速大 型柴油机工作循环近 似为定压加热循环。
二、评定指标 1．循环热效率
混合加热循环
t 1
1
K 1
K 1 1 K 1
1. 掌握内燃机三种理想循环，理解内燃机实际循环 与热损失，了解内燃机热平衡； 2. 掌握内燃机指示指标与有效指标，理解机械损失 及其测试方法； 3. 熟悉内燃机燃烧热化学及基本理论，了解内燃机 实际循环的热近似计算，了解时间循环数值计算 的基本微分方程。
第一节 内燃机理论循环概述
一、理想循环 1.混合加热循环 高速柴油机:混合加热循环
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。
2.灭缸法 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、……。
机械效率的大致范围是： 汽油机 柴油机 0.7~0.9 0.7~0.85
二.机械损失的测定
1.倒拖法 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，
第一章内燃机性能指标及实际循环热计算
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节 第十节 内燃机理论循环概述 内燃机实际循环与热损失 热平衡 指示指标 有效指标 机械损失 燃烧热化学 燃烧基本理论 实际循环的近似计算———热计算 实际循环数值计算的基本微分方程式
本章要求：
2．循环平均压力
K
混合加热循环
pa 1 K 1t ptm 1 K 1
第二节 内燃机实际循环与热损失
发动机实际循环与 理论循环的比较
1.工质的影响：实际循环中，燃烧前后工质成分、数量改变；
2.换气损失：实际循环中，存在进、排气过程中的流动阻力损失 和有用功损失；