发动机的性能与性能指标

燃烧过程(二)：
发动机实际的燃烧过程
• 膨胀过程（4-5线）：
工质吸收燃料放出的热量，推动活塞下行，对
外输出功，缸内压力、温度降低，即p，T。
膨胀终了的压力和温度的大致范围是：
pb（MPa）
汽油机 0.3-0.6
Tb（K） 1200-1500
柴油机 0.2-0.5
1000-1200
排气过程（5-0线）
指示功Wi的大小
非增压：Fi F1 F2 ；增压：Fi F1 F2 。 因为：F2不容易测量，实际将归到机械损失中考虑。
所以： Fi F1 。
Wi Fi a b
式中：a、b 为横、纵座标比例尺。 指示功Wi大，说明：①气缸工作容积大；②热功转换有
效程度大。 为便于比较不同大小发动机热功转换的有效程度，引入
燃烧涡流损失。
4、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。
实际中：燃烧需要时间。
5、补燃损失
理论上：加热瞬间完成，膨胀过程无加热。 实际中：虽然大部分（80%以上）燃料在燃烧
过程中燃烧掉，但仍有少部分燃料会拖到膨胀线 上才燃烧，做功效果变差，热效率下降。
排气门开启，废气排出。
排气终了的压力和温度的范围是：
汽油机和柴油机 ： pr=(1.05-1.2)p0
废气涡轮增压柴油机： pr=(0.75-1.0)pk
汽油机：
Tb =900-1100K
柴油机：
Tb =700-900K
关于发动机实际循环
发动机理想循环加上各项损失后，即可分 析发动机的实际循环。
2、指示功率Pi（Ni）
指示功率：单位时间所做的指示功。
若：缸数i，每缸工作容积Vh [m3]，冲程数，平m]）。则：

Pi
Wi
第一节 四行程发动机的实际循环
包括：进气、压缩、燃烧、膨胀和排气5个过程。
实际循环较理想循环复杂
虽然理想循环是在实际循环的基础上简化而来，但理想 循环各过程并不能完全反映实际循环各过程的特点。
四冲程发动机曲轴旋转两圈完成一个工作循环， 分进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个过程。
示功图：发动机缸内压力p随气缸容积V或曲轴 转角φ变化的图示。即发动机示功图有p-V 图和 p-φ图两种。
3、传热、流动损失
（1）传热损失
理论上：压缩、膨胀过程为绝热过程。 实际中：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。
因此，许多研究者致力于开发绝热发动机。
（2）流动损失
理论上：闭口系统，没有气体流动损失。 实际中：存在进、排气节流及沿程损失，缸内进气、挤压、
CO2 CO + O2 - 热量
这部分热量虽然在膨胀过程中还可能会释放出来， 但由于活塞已接近下止点，做功效果变差，热效 率下降。
2、换气损失
理论上：忽略进、排气过程。 实际中：进、排气门提前开启，迟后关闭，且有
流动阻力。 换气损失中逆向循环所包围的面积为泵气损失。
泵气损失包含在换气损失之中。
1.工质改变损失
（1）工质性质
理论上：理想气体，双原子气体。 实际中：燃烧前：燃料+空气；
燃烧后：燃烧产物。
（2）比热容
理论上：定比热容。
实际中：温度T 比热容C 。
（3）高温分解
例：C + O2 CO + 热量 [+O2] CO2 + 热量
式中：CO为中间产物，CO2为最终产物。 若遇高温，则会发生复分解反应，即高温分解：
这些指标用于评价发动机的动力性、经济 性等。
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。
有效指标：以曲轴上得到的净功率为基础， 评价整机性能。
一、指示指标（以下标i表示）
1、指示功Wi和平均指示压力Pmi
指示功Wi ：一个循环工质对活塞所做的有用功。
平均有效压力的概念。
平均指示压力pmi
平均指示压力：单位气缸工作容积所做的指示功。
它是一个假想的动力性参数：
pmi

W i
Vh
式中：Vh为每缸工作容积。
平均指示压力的图示和范围
Pmi的一般范围: 柴油机 pmi,柴 68[6kP~a9]8，1
汽油机 pmi,汽 784k~Pa1]1。80
压缩过程（1-2线）：
两气门关闭，随着活塞上行，工质被压缩，缸内压力、
温度升高，即p，T。
压缩终了的压力和温度的大致范围是：
pc （MPa）
汽油机 0.8-2.0
Tc （K） 600-750
柴油机 3.0-5.0
750-1000
增压柴油机 5.0-8.0
900-1100
ε的大致范围是： 汽油机 柴油机 增压柴油机
6、工质泄漏损失
理论上：闭口系统，无泄漏。 实际中：活塞、气环不会100%严密密封，总会
有少量气体窜到曲轴箱中，造成损失。
第二节 发动机性能指标
发动机的主要性能指标有动力性指标（有 效扭矩、有效功率等），经济性指标（燃 油消耗率、热效率等），运转性能指标 （排气品质、噪声和起动性能等）。
p－v与p－φ两种示功图
四行程发动机示功图
以p－v图为例（p0 为环境大气压力）
进气过程（0-1线）：
进气门开启，随着活塞下行，缸内压力降低，新鲜 工质进入气缸，即： p p0 p p0
一般进气终点的压力pa和温度Ta的范围是： 汽油机：pa =(0.8-0.9)p0 ； Ta=340-380K 柴油机：pa =(0.85-0.95)p0； Ta=300-340K 增压柴油机：pa=(0.9-1.0)pk； Ta=320-380K 汽车发动机增压压力：pk =(1.3-2.0)p0
ε=7-10 ε=14-22
ε=12-15
燃烧过程（一）：
2-3-4线，可燃混合气快速燃烧，缸内压力、
温度急剧升高，即p，T。
燃烧的最高爆发压力及最高温度的大致范围是；
汽油机
pz（MPa）
3.0-8.0
Tz（K）
2200-2800
柴油机
4.5-9.0
1800-2200
增压柴油机 9.0-13.0