发 动 机 原 理

发动机原理
机械与电子学院
第一章：气体工质的热力性质
第一节：基本概念
热学：是研究宏观物体的各种热现象及其相互联系与规律的一门科学。

热工学：是研究热能与其他各种能量之间相互转换的科学。

热力学：是研究热能与机械能之间转换规律的科学。

传热学：是研究热量直接传递规律的科学。

目的：是研究燃料的热能在转换为机械能的过程中，热能的高效利用问题。

工程热力学不深入到物质的微观范围去研究，而是利用宏观的方法研究具有明显边界物体的连续介质系统，该系统称为热力学系统。

处于系统之外，而与系统有直接关系的周围物质，叫外界。

系统和外界之间的分界面称边界。

若热力系统和外界间仅有热和功的交换，而无物质交换，称为闭口系统；若热力系统和外界间即有能量交换又有物质交换，称为开口系统。

在开口系统中，不仅要考虑系统内工质状态变化，还要分析流入和流出系统工质状态不同带来的影响。

与外界没有热量交换的系统称绝热系统；与外界既无能量交换又无质量交换的系统称为孤立系统。

第二节：气体工质的基本状态参数
热能转换为机械能的设备称为热机。

在热机中进行能量转换的工作物质称为工质。

气体具有很好的膨胀性、流动性和压缩性，故工质多为气体。

工质所处的某种（压力、温度、容积）和热力有关的状态，称为工质的热力状态。

工质状态（压力、温度、比容、内能、焓、熵）的物理量称为状态参数。

系统中气体各部分的压力、温度均匀一致，不随时间而变化的状态，称为热力平衡状态。

一、 压力：气体分子的热运动对容器频繁撞击的总结果称为压力。

（单位面积上的压力称为压强。

）气体压力的大小是以作用在单位面积上的力来衡量。

面积上的压力。

作用在面积；压力；式中：S F S S
F p --=-P 单位kPa 。

压力决定于分子运动的强度和分子的浓度。

气体的压力称为绝对压力，绝对压力于大气压力的差值称为表压力或真空度。

当P >P 0时，P=P 0+Pg ；当P <P 0时，P=P 0－P V 。

式中：P 0－大气压力；Pg －表压力；P V －真空度。

二、 温度：表示气体冷热的程度叫温度。

气体的温度是气体分子不规则运动激烈程
度的量度。

热力学的温度用绝对温度，符号为T ，单位为K 。

水的冰点温度T 0=273.16K 。

绝对温度与摄氏温度之间每一度的大小相同。

摄氏温度t=T-T 0。

三、 比容：单位质量物质所占有的容积叫比容。

υ＝V/m, V=m υ。

式中：υ－比容；V －容积；m －质量。

比容的单位为m 3/kg 。

比容的倒数为密度ρ，密度是单位容积的物质的质量。

Ρ＝m/V=1/υ。

密度的单位为kg/m 3。

第三节：理想气体的状态方程式
气体分子不占有体积，分子间又没有吸引力的气体，称为理想气体。

理想气体的基本参数（P 、T 、υ）之间存在着确定的函数关系，该函数关系称为理想气体的状态方程式。

1kg 理想气体的状态方程式为：Ρυ＝RT 。

对于mkg 的理想气体，其容积V ＝m υ,状态方程式为：
P V ＝mRT 。

式中：R-气体常数，数值决定于气体的种类，单位为J/kg.K 。

1kmol 的理想气体，质量为μkg ，容积为Vm=μυ(m 3/kmol),其理想状态方程式为：
Ρμυ＝μRT ，即ΡVm=RmT ，Rm ＝μR ＝ΡVm/T
式中：μ－气体分子量；Vm －1kmol 气体的容积，Vm ＝22.4 m 3/kmol ；
Rm －千摩尔理想气体常数（通用气体常数），Rm ＝8314.3
J/kmol •K ；R ＝8314.3/μ J/kg •K ；
同温、同压、相同容积下的任何气体，都有相同数量的分子。

同温同压下的任何气体的千摩尔容积相等。

第四节：混合气体
由两种以上的气体组成，彼此不发生化学反应，且各自具有理想气体的性质的气体，称为混合气体。

如排气中有O 2,N 2,H 2O,CO 2,NO 等。

理想气体的定律和公式，也适应于混合气体。

单一气体由两个参数可确定气体的状态，而混合气体除知道两个参数外，还要知道混合气体的成分才能确定其状态。

一、 混合气体的状态方程式
由理想气体的状态方程式Ρυ＝RT 可知，混合气体的状态方程式为：
ΡV ＝mRT 式中：P-混合气体的总压力；V －混合气体的总容积；m-混合气体的总质量。

混合气体的总压力等于各组成气体的分压力之和，称道尔顿定律。

即：
∑==⋅⋅⋅⋅⋅⋅+++=n
i i n P P P P P P 1321 式中;P1、P2、P i －各组成气体的分压
力。

在相同温度和容积下，混合气体中各气体单独对器壁的作用力，称分压力。

混合气体的总容积等于各组成气体的分容积之和，称亚美格定律。

∑==⋅⋅⋅⋅⋅⋅+++=n i i n V
V V V V V 1321 式中： V 1、V 2、V i －各组成气体的
分容积。

在相同温度和压力下，混合气体中各气体的单独容积，称分容积。

混合气体的总质量等于各组成气体的分质量之和。

即：
∑==++=n
i mi mn m m m 1.........21 式中： m 1、m 2、m i －各组成气
体的分质量，在同温、同压和同容积下，混合气体中各气体的单独质量，称分质量。

二、 混合气体的组成成分表示法
混合气体的成分有三种表示法；即相对质量成分Xi ；相对容积成分r i ；相对摩尔成分y i 。

1、相对质量成分Xi ：各气体的质量分别为m 1、m 2…….m n ;混合气体的总质量为m 。

各
气体的相对质量成分为：X 1= m 1/m 、X 2= m 2/m 、……..Xn=m n /m 。

1......121==++∑=n i i n x
x x x
2、相对容积成分r i ：混合气体中，各组成气体的分容积与总容积之比，称为相对容积
成分。

即：r 1=V 1/V 、r 2=V 2/V 、……r n =V n /V ，
∑===++n i i n r
r r r 1211........
3、相对摩尔成分y i ：混合气体中，各组成气体的摩尔数M i 与总摩尔数M 之比，称为相对摩尔成分。

即：y 1=M 1/M 、y 2=M 2/M ………y n =M n /M
∑===++n i i n y
y y y 1211..........
相对成分之间的关系是：r i ＝y i ；Xi ＝μi / μ×r i ；y i ＝r i ＝μi / μ×Xi
第二章：气体的比热、热量和功
第一节：比热的概念
一、比热：
1kg 工质温度升高1k 所需的热量称为比热，用C 表示。

量。

度时所吸收或发出的热－工质温度变化式中：（1q J) δδK dT q
c =
工质的比热有三种表示方法：
质量比热C ，单位kJ/kg •K
摩尔比热φC ， 单位kJ/kmol •K
容积比热C ′，单位kJ/m 3•K
气体比热的数值与气体的温度和热力过程的性质有关。

二、定压比热和定容比热：
1kg 的气体在压力和容积不变的条件下，温度升高1K 所需要的热量称为定压
比热或定容比热，用C P 或C V 表示。

定压比热与定容比热的比值，称为绝热指数，用K 表示。

K=C P /C V 。

气体在定压条件下温度升高时，需克服外界的抵抗力，故温度升高1度时比
定容条件下需要的热量多。

定压比热与定容比热的差值为一常数。

C P －C V ＝R 。

三、混合气体的比热：
混合气体的比热为：
当温度变化不大，精度要求不高时，将理想气体的比热按其原子数确定，称定比热。

如单原子Cv=3×4.1868; Cp=5×4.1868。

第二节：热量、功和内能
一、热量：
热是一种看不见、没有重量的物质，称为热质。

热质即不能产生也不能消灭，只能从一个物体流向另一个物体，自然界热质的总量是守恒的。

一个物质的冷热完全取决于它所含热质的多少。

当冷热物体接触后，热质会从热物体流向冷物体，从一个物体流向另一个物体的热质叫热量。

在一个大气压下，1g 纯水的温度由14.5℃到15.5℃升高1度所需的热量称为一个热量单位，称为卡（cal ）。

－混合气体的比热。

式中：C (112)
211G Gici C c G c G c G c G Gc n i n i i i n n ∑∑===
=++=
在定压条件下，1kg 工质升高温度∆T 开所需要的热量为q=Cp ∆T 。

在定容条件下，1kg 工质升高温度∆T 开所需要的热量为q=Cv ∆T 。

理想气体的比热与压力无关，比热随温度变化时，气体的温度由T 1升到T 2时所需的热量为：q=Cm (T 2-T 1)。

Cm －气体在温度范围T 1~T 2的平均比热。

二、功：
1kg 的气体密封在气缸中进行膨胀做功，活塞的面积为A ，气体的压力为P ，活塞被气体推动微小距离dx 时，气体对活塞的做功为dw=PAdx.
Adx 是活塞移动dx 距离时气体比容的增量d υ，所以dw=Pd υ.
气体由状态1膨胀到状态2所作的功为：
P －v 图上的曲线1－2下面所包围的面积就是气体对活塞所作的功，该压容图叫示功图。

若气缸中的工质为mkg,总容积为V=m υ，则总膨胀功为：
当气体受压缩时，是外界对气体做功。

这
时d υ为负值，W 为负功，即压缩功。

三、 内能：气体分子在不断地运动，气体的内
能是分子热运动的动能（直线动能、旋转
动能、振动能）和分子势能（分子间的作
用力）的总合。

分子的动能与温度有关；
分子的势能与比容有关。

因此，气体的内
能与取决于气体的温度和比容，即工质的
热力状态。

1Kg 气体的内能u 为：u=f (T 、
υ) 或 u=f (T 、P) 单位Kj/kg ；mkg 气
体的总内能U=mu (kj).
在定容条件下气体获得的热量不会对外做功，全部转为内能的增量。

q =Δu=Cv ΔT
即气体在定容条件下的内能变化，等于定容比热与温度增量的成绩。

对于理想气体，分子之间无作用力，故势能为零，内能u 仅是温度的单值函
数。

即u=f (T).
四、 焓：流动的工质除了自身的内能u 之外，总是随带着流动功p υ一起移动，内能与流动功的和为焓，用h 表示。

h= u + p υ (kj/kg)。

mkg 工质的焓用H 表示：H=U+pV （J ）
h 是1kg 工质的内能u 和工质在流动时，由机械移动而携带的功p υ的总和， p υ又称为推动功。

p 、u 、υ都是工质的状态参数，因此由p 、u 、υ所决定的焓h 也是工质的状态参数。

焓被称为复合状态参数。

(一定量的理想气体除具有内能外还具有压力势能P υ,压力势能是气体对容器的反约束能
(J/kg) 2
1⎰=υυυPd w ⎰⎰===2
121(J) V V pdV pd m
mw W υυυ
力。

内能与压力势能的和为焓，用h 表示。

h= u + p υ (kj/kg).)
五、 熵：热量是工质（气体）与外界进行热交换过程中传递的能量。

温度是热交换的
推动力。

衡量工质与外界是否产生热交换的标志参数叫熵，在数值上是热量与进行热交换时温度的比值。

用S 表示。

即S=q/T (J/k)。

微熵为ds=dq/T (J/k)。

当ds >0时，dq >0为工质吸热过程；当ds <0时，dq <0为工质放热过程。

由式ds=dq/T 可知，dq ＝dsT ，对该式积分为
即热力过程中工质获得的热量等于微熵与温度乘积的积分。

以S 为横坐标，T 为纵坐标绘出的T=f (s)曲线图，称为温熵
图，起点1和终点2下面所包围的面积为工质获得的热量。

在气体
状态T 、P 、υ一定时，S 也一定。

第三章：示功图和性能指标
第一节：概述
示功图：汽缸内的气体压力随容积（或曲轴转角）变化的坐标图。

缸内压力与容积变化的关系图称p-v 图.
缸内压力与曲轴转角变化的关系图称p-图
目的：了解内部工作：探索影响因素。

从中找出规律：提示改进措施。

要求：掌握性能指标及相互关系。

第二节：示功图
四行程机的p-v
r-a 进气，a 点开始压缩。

3点喷油(点火),4点燃烧。

Z 点最高压力。

5点膨胀结束。

b’-r 排气。

二行程机的示功图：P-V 图。

1点，派起开始点。

2点扫气开始（唤气口开）3点压缩开始电（排气口关闭）。

Vc —燃烧室容积 Vn –汽缸工作容积
第三节： 性能指标： 指示指标：根据示功图理论求得的指标。

有效指标：由曲轴输出的实际有用指标。

有效指标 动力指标：功率 平均压力
经济指标：燃油消耗率 热效率
一、指示指标：指示功、指示功率、指示耗油率、指示热效率。

1、指示功W ί：示功图面积为发动机的指示功。

正功：由压缩和膨胀所获得的功。

Vc
Vn Vc Vc Vn +=+=1εS D Vn 29π=k)(kj/kg 2
1∙=⎰s s tds q
负功：由进气和排气消耗的功，也称原气功。

W ί＝ P ί×Vh
2、平均指示压力P ί:
单位气缸工作容积的指示功为平均指示压力。

P ί = W ί / Vh (MPa)
四行程汽油机P ί = 0.6～1.25； 四行程柴油机P ί = 0.6～0.15；
二行程汽油机P ί = 0.4～0.85； 二行程柴油机P ί = 0.35～1.3。

3、指示功率：单位时间内的指示功为指示功率。

式中：ί－气缸数；n-转速；τ－每循环的行程数， 四行程 τ＝4，二行程 τ＝2； t-每循环的时间，t=60τ/s
4、指示耗油率g ί：单位指示功率的燃油消耗量为指示耗油率。

即：
5、指示热效率：示功图上转变为机械功的热量与消耗的热量之比，为指示热效率。

即：
式中：Hu-燃料的热值，1kw •h=3600kJ 。

柴油机ηί＝0.43~0.5；汽油机ηί＝0.25～0.4。

二．有效指标
有有效功率、有效扭矩、平均有效压力、有效耗油率、有效热效率ηe 和机械效率ηm 。

1、有效功率Ne ：发动机由曲轴输出的有用功率。

Ne ＝N ί-N m 式中： N m －机械摩擦功率。

2、机械效率ηm ：指示功转变为有效功率的程度。

Ηm ＝ Ne/N ί 或 Ne ＝ ηm N ί 。

3、平均有效压力Pe ：单位气缸工作容积的有效功为平均有效压力。

Pe ＝ P ί －Pm 。

式中： P m －平均机械损失压力。

4、有效扭矩Me:由曲轴输出的扭矩为有效扭矩。

5、有效耗油率ge:发动机每千瓦小时的耗油量。

(kw) 3030602τ
ττin V p n V p nW t W N h i h i i i i ====)/( 103h kw g N G g i f i ∙⨯= g Hu 103.6 H 1 i 3u ⨯===i i i i g q W ηi m i e h h e p p p in V in V p Ne ηηττ====
e m m m p (kw) 30p N (kw) 30)( 1046.060n 2M N /318.3V K -K m)(kN n
N 9.549e e h e kW n M i p K M e e e =⨯⨯=∙=⨯=πτ
＝常数，式中：u m i u
e e H H Ne G g ηηη3
3e 3106.3106.3g h)kw /(g 10⨯=⨯=∙⨯=
标定工况下的内燃机耗油率为：汽油机ge=265~340（g / kw.h ）；
柴油机ge=224~299 （g / kw.h ），增压柴油机ge=190~217（g / kw.h ）。

6、有效热效率ηe ：加入发动机的燃料热量转变为有效功的程度。

三．尾气污染物排放指标
尾气污染物浓度用容积百分率（ppm ）或分子量百分比表示。

排放指标有两种
1， 比排放量：BS 表示：
2， 排放指数EI
四．发动机需要的空气量
1，过量空气系数：
2，空燃比
3， 充气效率
第四章：燃料与燃烧
4－1概论：
内燃机燃料 液体燃料：汽油，柴油：从石油中提炼出
气体燃料：天然气，石油气，沼气，煤气。

固体燃料:木炭，煤
其他：甲醇，乙醇，H2等价格高。

4－2石油的组成及燃料的性质：
石油的成分：C H O N S
C H 化合物称为“烃”。

烃及其衍生物称为有机物。

石油由不同沸点的许多组分组成，按不同的温度蒸馏出汽油，煤油柴油等。

一，汽油性质
1， 蒸发性：
馏程：汽油馏出温度的范围称为馏程。

第一滴馏出的温度称为初馏点。

馏出10%,50%90%燃料的温度点称为10％，50％，90％馏出点。

全馏出的温度点为终馏点。

10％馏出点易起动，但高温下易出现气阻。

控制在70摄氏度以下使用
50％馏出点是汽车加速性和平稳性的重要指标。

90%和终馏点过高易车÷产生积炭。

饱和蒸汽压：汽油在38摄氏度以下的饱和蒸汽压力，称为饱和蒸汽压。

气压高 蒸发性好 易起动 易气阻。

规定：夏季 不大于67 冬季 不大于80
2， 抗爆性：
e
u m i i m i i e e g H q W q W 3106.3⨯====ηηηη
辛烷值：正庚烷＋异辛烷标准油
某汽油的燃烧性能与某比例的辛烷值标准油相同时，定为该比例值的。

二，柴油
1．凝点和蚀点：标准柴油低温流动性的指标。

`低温下燃油开始变的浑浊(石蜡开始结晶)的温度叫浊点，温度低于浊点时，析出的石蜡堵塞炉芯，熄火。

燃油结晶失去流动性的温度称为凝点
浊点高于凝点5-10摄氏度
我国按凝点标定柴油牌号
如10 ，0，-10，-20，-35 五个牌号
加入1%的降凝剂，可使凝点降低20-50摄氏度，浊点降低1-5摄氏度
2．十六烷值（CN）
十六烷C16H34 + α-甲基萘→标准实验油
（易燃，十六烷值100）（不易燃，十六烷值0）
当某个柴油燃烧性能与某比例的标准油相同时为该柴油的十六烷值。

CN高易启动CN=40-10
3残炭
是燃料中胶质含量的指标
残炭高，易积炭，活塞环、喷油嘴胶结
4．灰分
是燃烧后剩余物加剧汽缸的磨损
5．含硫量
硫燃烧后生成SO2遇水蒸气生成H2SO4腐蚀机体
6．机械杂质和水分
机械杂质增加磨损
水分易生锈
4-3燃料的着火与燃烧
1 着火
燃料分子与氧气分子碰撞发生化学变化称为燃料的氧化反应。

产热反应，T↑反应加快，当T超过某界限时，燃料着火。

该界限为燃料的着火温度。

当P升高时，着火温度下降。

存在一定的温度界限
α过大过小也不能着火
混合气存在一定的浓度界限
温度界限和浓度界限的关系
T↑浓度界限扩大
浓度增加，或减小着火温度升高。

因为 T.P.α是影响着火的重要因素。

燃料在T和P作用下，各成分的分子产生热分解和化学分解，→活化粒子，活化粒子进一步反应产生新活化粒子。

这种不断增生叫链锁反应。

链锁反应→加热→着火。

这种链锁反应不断增加并着火的过程，就是发动机的着火落后期。

2 燃烧
燃烧分预混合燃烧。

（预先将燃料和氧混合好）
扩散燃烧。

（边混合边燃烧）
汽油机：预混合燃烧混合均匀，由火煽中心向外层燃烧，工作柔和、平稳，为逐渐爆发燃烧。

当产生爆震燃烧时，出现第二火煽中心，产生强烈的压力波，
属瞬时爆发燃烧。

柴油机：混合不均匀。

燃烧是在燃料与空气的边界层进行，同时几处活化粒子浓度较大，着火，强大压力波的相互撞击，引起燃烧噪声，为瞬时爆发燃
烧。

油粒中心因得不到氧而高温裂解，产生炭烟。

所以加大气流的运动非常重要
3 燃烧所需空气量
燃料重要C.H.O元素
1kg燃料，C。

H。

O的质量百分比用gc、gn、go表示。

gc+gn+go=1
1kg汽油 gc=0.855 gn=0.145 go=0
1kg柴油 gc=0.870 gn=0.126 go=0.004
其反应式为：C+O2 →CO2
H2+1/2O2→H2O
其单位：公斤（kg）或公斤摩尔（kgmol）
碳 C + O2→ CO2
12kg 32kg 44kg
12kg（1kgmol） 1kgmol 1kgmol
gc1kg gc/12kgmol gc/12kgmol
1公斤质量的碳 1/12碳公斤摩尔的O 1/12碳公斤摩尔的CO2
gc1kg 32/12=8/3kg 44/12=11/3kgCO2 1公斤质量C 8/3公斤质量O2 11/3公斤质量CO2
氢： H2 + 1/2O2 → H2O
2kg 16kg 18kg
2kg 1/2 kgmol 1kgmol
g H1kg 1/4 g H kgmol 1/2g H kgmol
g H1kg 8g H kg 9g H kg
碳完全燃烧时，1mol 氧生为1摩尔二氧化碳。

氢完全燃烧时1摩尔氧生成2摩尔水蒸气即2H 2O .
1kg 燃料完全燃烧所需的O 2 :
空气中，按质量 O 2 23%，按体积O 2 21%
按质量：
按体积：
O O L L μ=/ 其中μ为空气平均质量=28.97
代入染油的元素组成：
汽油kg 96.14L O ＝、 L O =0.512kg/mol 柴油：kg L o 3.14'= L O =0.495kg/mol 实际供给量度是
M 1—混合气量
4-4：燃料与可燃混合气的热值 1． 燃料热值
热值 ： 燃料完全燃烧放出的热量为热值 液体燃料以1公斤燃料的焦耳数表示 高热值H O ：用热量计测出的燃料热值 低热值H U ：去除水气的汽化潜热后的热值 其计算公式见P24
汽油H U =44MJ/KG ；柴油H U =44MJ/KG 1. 可燃混合气热值 M 1-混合气量
柴油机 M 1α=L 0 汽油机M 1 =L 0α+
m f
1
m-空燃比 f-流通截面面积
α=1时。

柴油H M =86MJ/kgmol ； 汽油H M =83.9MJ/kgmol
第五章：内燃机的工作循环、机械损失
§5－1: 内燃机的理论循环
吸气、压缩、燃烧、作功、排气为一个工作循环，在内燃机的理论研究中，为分析循环中热能转换为机械能这一过程的方便性，抓住主要矛盾，不考虑各种损失，将实际循环简化抽象出理论循环。

理论循环作如下假设：
1以空气为工质，在循环过程中，工质的数量和性质不变，工质不需更换。

2 燃烧和排气过程，以工质从热源吸热和向冷源放热来代替。

32
g 4g 12g ;g g 8g 38
O
H C o h c -+
-+或)kg )(g g 8g 3
8
(23.01L O H C 0`-+=)/)(g 32
1
g 41g 121(21.01L O H C o 莫尔公斤、-+=
mol .kg L M kg
L L O 1O αα＝＝‘
)
kgmol /J (M H H 1
M μ=
3 压缩和膨胀过程在绝热情况下进行。

4 工质的比热是常数，不随温度、压力而变化。

理论循环可得出最大的热量利用率是实际循环的极限。

目的：通过对理论循环的研究可找出改善其动力性和经济性的途径。

为使理论循环尽量符合实际循环的特点，理论循环分为等容加热循环，等压加热循环和混合加热循环三种 一、等容加热循环
汽油机：缸外混合→上止点燃烧迅速完全→T,P ↑快→容积变化小,为等容加热 热效率:
循环平均压力:
式中: ε－压缩比 R —绝热指数 λ--压力增高比 p —预膨比 可见
ε↑ ，k ↑ ，ηt ↑
P a ,ε , λ , Pt 二、等压加热循环
低速柴油机：缸内边混合边燃烧→上止点后P 变化不大，为等压加热。

可见：
ε↑ ，k ↑ ，ηt ↑
P a ↑ ,ε ↑ , ρ↑ ，k ↑ ，P t ↑ 。

三、混合加热循环：
高速柴油机等容加热和等压加热并存，为混合加热。

可见： （1）
ε ，λ ， ηt
（2）ε ， P a ，λ ， ρ ， P t
§5—2 实际循环 一.实际循环存在各种损失： 1.进排气过程：
实际工作循环需更换工质，工质是空气和燃烧产物。

打开、关闭进排气门所消耗的功率损失；系统对气流的阻力损失统称为换气损失（Wr ）. 排气门提前打开的热量损失为排气提前损失（W ）.
此外：缸内残余废气量，进气的加热使进气量减少，影响动力性、经济性。

1
t 1
1-κε
η－＝消耗的全部热量转化为功的热量＝
t
a 1t )1(1R P P η-λ-∙ε
ε=-κκ
()t
11
p 1
p a
1η-ρκ-κ⨯
-εε
=
κ
()11
111t
-ρκ-ρ⨯ε-=ηκ
-κ)1(k 11
p
1-1 k t 1--ρλλ-λ⨯ε=ηκ）＋－（[]t a 1
1k )1(k )1(p 1p η⨯--ρλ+-λ⨯-εε=κ
进气压力↑ ，进气温度 ，进气量大，燃烧好，Ne ↑ ge ↓,排气温度低，热功转换多。

汽：600～900摄氏度，柴：400～600摄氏度，排温度、燃烧室、ε，配气定时，进排系统构造影响 2、压缩过程
理论循环的压缩是绝热的。

实际过程：压缩初工质吸热→中期绝热→后期放热 ，实际的压缩过程是有热量交换并交换方向变化的多变过程，一般用平均压缩多变指数n1表征。

汽n1＝1.35～1.4，柴n1=1.38～1.42。

气体散热漏气增加，n1下降；转速提高，散热漏气减少，n1提高。

所以:存在工质向缸壁散热损失，压缩工质的流动损失和漏气损失。

压终
可见：漏气，冷却水温度低，转速低，影响动力性、经济性。

3、燃烧过程
燃烧完全及时，放热量大，工质膨胀比大，作功多，ηt ↑
燃烧中存在：1、提前（点火、喷油）燃烧损失，即非瞬时燃烧损失（Wr ） 2、缸壁散热损失。

3、化学反映过程中的比热变化和热分解的热损失（Wb ）. 每千克工质每循环的供热量
Hu-燃料低热值 L －理论空气量 α－过量空气系数 ηt —热效率 汽油机：定容加热q1=Cv(Tz-Tc) ,
Cv -工质的定容比热
一
般
：
1
=α L=15
Hu=10500
9
.0~85.0t =η
Cv=0.24
Pz 和Tz 受负荷影响，因为是量调节。

柴油机：混合加热，定容加热→Pz 定压加热→z T '
直喷Pz ＝70～90 分隔Pz ＝60～80
定容 由Tc →z T '
所需
()C Z V 1T T C q -=''
定压加热热量()Z Z P 111T T C q q q ''''-=-= P 1Z Z C q T T '
''+= Cp-工质的定压比热 一般：α＝1.1～1.4 L=14.5Kg
Kg Hu =10000Kg 千卡 85.0~65.0t =η Cp=0.31千卡/kg.℃ Cv=0.24千卡/kg.℃ 四、膨胀过程
膨胀是多变过程：初燃期补燃散热，所以存在补燃损失，散热损失，漏气损失。

1
1
n a n c a
a c P V
V p p ε=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛=1
n 1
n c a
C 11Ta V
V Ta T --ε=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛=L
1H q u t 1α+η=
()
L 1C H T T v u
t c z α+η+
=c
z c
z T T p p =Kg
Kg Kg 千卡
Kg
千卡
C
Z
C
Z P P T T ='2cm
Kg 2
cm Kg
膨胀终了的压力和温度
汽油机：
柴油机：
式中：δ -后胀比δ＝ε/ρ， ρ-预胀比ρ=V Z /V Z ´ n 2 -多变指数
§5－3 机械损失
机械损失影响发动机的有效功率。

包括：活塞与气缸的摩擦损失，轴承的摩擦损失，换气损失，驱动附件损失等。

一、影响机械损失的因素
影响因素：ε，n ，负荷，技术状态。

1、ε：
ε↑轴承及活塞侧压力↑，机械损失↑，机械损失平均压力Pm 柴比汽大30％
2、活塞平均速度：
活塞速度↑惯性↑机械损失↑ Pm=A+BCm (MPa) )s m ( 30
sn C m =
A B-结构常数 Cm －活塞平均速度 s-冲程（m ） n-转速（r/min ）
3、负荷
负荷变化，机械损失变化。

汽油机：负荷 因节流作用泵气损失 ，Pm ↑，怠速时Pi=Pm m η 0。

柴油机：负荷Δg ,空气量不变，泵气损失基本不变，Pm 不变，怠速时m η 0。

4、润滑油粘度
粘度大，损失大，粘度过小，损失大。

T=80～90摄氏度，损失量最小 减小活塞表面环数，提高精度，损失下降。

二、机械损失的测定方法 1、示功图法： 1、示功图法：
用示功器测得示功图计算得P ί;由测功器测得实际示功图计算Pe; Pm= P ί-Pe 。

• 2、拖动法:
用电力测功器拖动发动机运转，电力测功器的消耗功为发动机的摩擦功。

由于气体向缸壁散热，P-V 图的压缩线与膨胀线不重合；膨胀线低于压缩线，出现负功。

测得的摩擦功大于实际摩擦功。

柴油机大15~20%；汽油机大5％左右。

3、单缸灭火法：
用测功器测得Ne,切断某缸供油(点火）测得Ne!,
该缸N ί1= Ne- Ne!,同法得其它各缸指示功。

2
2
n Z n b Z Z b P V V P P ε
=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛=1
n Z 1
n b Z
Z b 22T V
V T T --ε=
⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛=22
n Z
n b Z Z b P V V P P δ=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=1
n Z
1
n b
Z
Z b 22T V
V T T --δ=
⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛=
Nί＝Nί1＋Nί2＋Nί3＋·····
Nm= Nί-Ne
4、负荷特性外延法（油耗线法）
转速不变，改变油量，做出负荷特性；以负荷为横坐标，油耗为纵坐标做曲线，并延长该线段与横坐标相交，该交点与座标原点的距离为机械损失平均压力Pm。

§5－4内燃机的热平衡
燃料燃烧热量的20～45％变为有效功，其余热量以不同的方式损失了。

安装热能转变为有效功和各种损失的数量分配，来研究燃料中总热量的利用情况，称为内燃机的热平衡。

了解内燃机的燃量平衡，可明确改善热量利用的方向，提出冷却系改进设计的途径。

Q=Qe+Qc+Q
0+Qg+Qb+Q
s
Re
Q-燃料燃烧所放出的热量 Q＝Gg u r(h
KJ)
Qe-转变为有效功的热量 Qe＝3.6*103Ne(h
KJ)
Qc-冷却介质带走的热量 Qc＝McCc(t
02-t
01
)(h
KJ)
Q－润滑油带走的热量 Q
0＝M
C
( t
02
-t
01
)(h
KJ)
Qg-废气带走的热量 Qg＝（Gf+Gk）(Cprt
2-Cprt
1
)
Gf Gk-每小时消耗的燃料量和空气量Cpr Cpk-废气和空气的定压比热
t 1 t
2
-进气和排气温度
Qb－不完全燃烧的热损失
Q
s
Re
－其他热损失如驱动附件热能、辐射热等。

也可用热量百分比表示：q
e +q
c
+q
o
+q
g
+q
b
+q
nes
=100% 第六章换气过程
更换气缸内工质的过程叫换气过程。

包括：进气和排气的全过程。

换气质量直接影响动力性和经济性。

§6－1四行程发动机的换气过程及损失
一、四行程发动机的换气过程
根据气流的流动特点分五个阶段
（一）、排气阶段
1、自由排气阶段：
因为排气门提前打开（40～80度），缸内压力Pb大于排气管内压力Pp,在压差下排气。

从排气门打开至气缸内压力接近排气管内压力为止的一段为自由排气阶段。

排气速度达500～600s
m，60～70％废气排出。

2、强制排气阶段：
活塞由下止点开始向上运动，推出废气，至上止点为止的一段，为强制排气阶段。

排气速度与气门开启截面，活塞速度有关。

缸内压力大于排气管压力，由气门节流。