发动机原理第一章-发动机工作循环及性能

（一）传热损失 ： 理论上：压缩、膨胀过程为绝热过程。 实际上：大量热量通过气缸壁传给冷却 水或空气。 传热损失是发动机中的最大损失，占总 损失量的30%以上。
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（二）流动损失 理论上：闭口系统，没有气体流动损失。 实际上：进、排气节流沿程损失，缸内 进气、挤压、燃烧涡流损失。
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三 换气损失
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内燃机实际工作条件的约束和限制 ❖ 1 结构条件的限制
提高ε、λ时，ηt提高，但pz急剧升高。 对承载零件的强度要求更高 缩短发动机的使用寿命 降低发动机的使用可靠性 发动机体积与制造成本的增加。
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内燃机实际工作条件的约束和限制 ❖ 2 机械效率的限制
ε 、λ 摩擦阻力 机械损失 机械效率
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理论循环：
定容加热 汽油机
定压加热 低速柴油机
混合加热 高速柴油机
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二 理论循环及其分析比较
压缩比： v 1 v2
压力升高比： p 3 p2
预膨胀比： v 4 v3
热效率：
t
w01q21 q2v
q1
q1
q1vq1p
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定容加热循环热效率的计算
t
1
1
k1
7
理论循环热效率：
定容加热循环 ：
热容随温度上升而增大，对于相同的加 热量(燃料燃烧放热量)，实际循环所能够 达到的最高燃烧温度小于理论循环，其 最终的结果是使循环热效率下降，循环 所做的有用功减少。
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（三）高温分解 ； 2CO2 + 热 量 = 2CO + O2 2 H 2O + 热 量 = 2 H 2 + O 2
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二 传热、流动损失
t
1
1
k1
定压加热循环
：
t
11k1
k 1 k(1)
混合加热循环 ：
t 1k 11(1) k k1 (1)
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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
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由热效率表达式，还可以得到如下结论：
第一章 发动机工作循环及性能指标
•发动机理论循环概述 •发动机实际循环 •热平衡 •指示指标
•机械损失 •燃烧热化学
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§1-1发动机理论循环概述
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一 实际循环向理论循环的简化
实际循环 ： 示功图：气缸内压力随曲轴的转角或气缸工 作容积而变化的关系。
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实际循环的简化：
1 忽略进、排气过程。 2 压缩、膨胀过程简化为可逆绝热过程。 3 燃烧过程简化为定容加热过程和定压加 热过程。 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。
Q1为得到指示功Wi所消耗的热量（J）
i
3.6 106 gi hu
h u 为燃料的低热值。
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一般内燃机的ηi和gi的统计范围如下：
ηi
gi／[g／(kW·h) ]
四冲程柴油机
0.40～0.50 205～170
二冲程柴油机
0.40～0.48 218～177
四冲程汽油机
0.25～0.40 320～205
1. 提高压缩比ε可以提高热效率ηt，但提高率随着压缩 比ε的不断增大而逐渐降低。
2. 增大压力升高比λ可使热效率ηt提高。 3. 压缩比ε以及压力升高比λ的增加，将导致最高循环
压力pz的急剧上升。 4. 增大初始膨胀比ρ，可以提高循环平均压力，但循
环热效率ηt随之降低。 5. 绝热指数k增大，循环热效率ηt提高。
有效功的热量 QE :
30%-40%
传递给冷却介质的热量Qs
Байду номын сангаас
15%-35%
废气带走的热量Qr
25%-45%
燃料不完全燃烧的热损失QB 其它热量损失QL
发动机热平衡方程式：
0-5% 2%-5%
q e q s q r q b q l 1
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§1-4 指示指标
发动机性能指标：指示指标，有效指标。
指示指标：以工质在气缸内对活塞做功为基 础，评价工作循环的质量。
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§1-2 发动机实际循环与热损失
•工质改变损失 •传热、流动损失 •换气损失 •时间损失 •燃烧损失 •泄漏损失
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一 工质改变损失
（一）工质性质 ： 理论上：理想气体，双原子气体。 实际上：燃烧前：燃料+空气；
燃烧后：燃烧产物。
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（二）比热容 ： 理论上：定比热容。
实际上：温度T 比热容C。由于比
单位时间所做的指示功。
Ni Wii6n02pi3V0hin
pi Vh in 103 (KW)
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三 指示燃料消耗率和指示热效率
指示燃料消耗率：单位指示功的耗油量
gi
GT Ni
103
[g/Kw.h]
G T 为每小时耗油量 [ kg/h ]
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指示热效率：发动机实际循环指示功与 所消耗燃料热量的比值，即ηi=Wi/Q1
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内燃机实际工作条件的约束和限制
❖ 3 燃烧方面的限制 ε ，汽油机爆燃 、表面点火。 柴油机压缩终了的气缸容积 制造工艺的要求， 燃烧室设计的难度。
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柴油机： ε=12～22 pz＝7～14 Mpa λ=1．3～2．2
汽油机： ε＝6～12， pz＝3～8.5 MPa， λ=2.0～4.0
有效指标：以曲轴上得到的净功率为基础， 评价整机性能。
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一 指示功和平均指示压力
指示功W i :一个循环工质对活塞所做的有用 功。
Wi Fi ab
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平均指示压力 p i
单位气缸工作容积所做的指示功。
pi
Wi Vh
pi,柴68~6981[kPa]
pi,汽78~41180[kPa]
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二 指示功率
二冲程汽油机
0.19～0.27 435～305
从统计范围可以看出：柴油机的指示热效率高于汽油 机，四冲程发动机的指示热效率高于二冲程发动机。
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六 泄漏损失
理论上：闭口系统，无泄漏。 实际上：活塞气环不会100%严密密封， 总会有些气体窜到曲轴箱中，造成损失。
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热效率
汽油机：循环热效率 0.54-0.58 指示热效率 0.30-0.40
柴油机：循环热效率 0.64-0.67 指示热效率 0.40-0.45
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§1-3 热平衡
总热量：QT = GT hu 分别转化为 ：（ 柴油机）
定义：排气门提前开启造成的损失+进、 排气推动功之差。
理论循环换气功与实际循环换气功之差 理论上：忽略进、排气过程。 实际上：进、排气门提前开启，迟后关 闭。而且有流动阻力。
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四 时间损失
理论上：定容加热瞬间完成，定压加热 速度与活塞运行速度密切配合。 实际上：燃烧需要时间。
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五 燃烧损失
后燃损失 不完全燃烧损失