汽车1.1发动机理论循环

14
定容加热循环的平均压力为：
ptV
c
k c
1
pde k 1
(
p
1) t
定压加热循环的平均压力为：
ptp
k c
c 1
pde k 1
k
(0
1) t
pt随进气终点压力pde、压缩比、压力升高比λp、 初始膨胀比ρ0、等熵指数k和循环热效率的增加而增加。
思考题：为什么理论上能够提高发动机理论循环热效率和 平均压力的措施，在实际发动机上却不能实现呢？
发动机的理论循环分析传统上就是指这三种循环的对比分 析。
评定理论循环采用循环热效率 t 和循环平均压力pt。
10
二、循环热效率ηt
定义：工质所做循环功W（J）与循环加热量Q1（J）之比 意义：评定循环经济性
t
W Q1
Q1 Q2 Q1
1 Q2 Q1
式中：Q2——工质在循环中放出的热量（J）
混合加热循环热效率为：
8
三种基本循环 根据加热方式不同，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。用p-v图 表示如下：
混合加热循环
定容加热ຫໍສະໝຸດ Baidu环
定压加热循环
图1-1 发动机理论循环
a→c 绝热压缩过程 ；c→z 为等容或等压加热过程；
z→b 绝热膨胀过程 ；b→a 等容放热
9
在对发动机进行理论分析时，习惯上的处理方式为： 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，燃烧时气缸压力变化不显著， 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 热的组合，近似为混合加热循环。
tm
1
1
k 1 c
(p
p 0k 1 1) kp (0
1)
11
定容加热循环（ρ0=1 ）热效率为：
tV
1
1
k 1 c
定压加热循环（λp=1 ）热效率为：
tp
1
1
k 1 c
0k 1 k(0 1)
12
通过上述公式分析，影响循环热效率ηt的因素如下：
1.压缩比 c
随着压缩比的增大，三种循环的循环热效率都提高。 2.等熵指数k
13
三、循环平均压力pt
定义：单位气缸容积所做的循环功， 用来评定循环的做 功能力。 （kPa）
意义：评定循环动力性
pt
W Vs
式中：W—循环所做的功（J） Vs—汽缸工作容积（L）
混合加热循环的平均压力为：
ptm
k c
c 1
pde k 1
[(p
1)
kp
(0
1)]t
式中：pde—进气终点的压力（ kPa ）
b)最高燃烧压力相同 由图b可知：Q2v>Q2m>Q2p → ηtp >ηtm>ηtv 因此，对于高增压这类受机件强度限制，其 循环最高压力不得过大的情况下，宜按定压 加热循环工作。
压缩比相同
最高燃烧压力相同
16
理论循环分析的意义： （1）指出了改善发动机动力性、经济性的基本原则和方向
在允许的条件下，尽可能提高压缩比ε； 合理组织燃烧，提高循环加热等容度（减少初始膨胀比ρ
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章
发动机的性能 发动机的换气过程 燃料与燃烧 汽油机混合气的形成与燃烧 柴油机混合气的形成与燃烧 汽车发动机特性 车用发动机废气涡轮增压 发动机排气污染与噪声控制 新型汽车动力装置 发动机动力学
4
第一章 发动机的性能
汽车发动机原理
2020/11/11
教材
本教材
参考书
参考书
2
课程简介
《汽车发动机原理》---本课程讲述的内容主要包括：汽 车发动机性能评定的指标，发动机的工作过程，发动机的 特性、增压、排放与噪声控制，并对未来汽车新型动力装 置的原理进行了介绍。
专业核心课程 动力机械及工程专业考研课程
3
目录
热力学第二定律：不可能把热量从低温物体传向高温物体 而不引起其它变化 （克劳修斯）；或者说：不可能制成 一种循环动作的热机，从单一热源取热，使之完全变为功 而不引起其它变化（开尔文）。
熵（S）：热能除以温度所得的商，标志热量转化为功的 程度。 焓（H）：单位质量的物质所含的全部热能。
18
随k值增大，循环热效率将提高。（k值取决于工质的特性， 双原子气体k=1.4，多原子气体k=1.33） 3.压力升高比λp 在混合加热循环中，当Q1和εc不变时，λp↑，ηt↑。 4.初始膨胀比ρ0 在等压加热循环中，随着Q1↑，ρ0↑，若εc不变， ηt↓；在 混合加热循环中，当Q1和εc不变时， ρ0↑， ηt↓。
15
四、三种基本循环的比较
当加热量Q1相同时，三种循环的比较如下
aczb—定容加热循环 acˊzˊbˊ—定压加热循环
ac〞z〞b〞—混合加热循环
a）压缩比相同 由图a可知：Q2p>Q2m>Q2v → ηtv >ηtm>ηtp 因此，要提高混合加热循环热效率，应增加 定容部分的加热量（即增大λp）
6
第一节 发动机理论循环
一、三种基本循环 定义：发动机的理论循环是将复杂的实际工作的热力循环过
程加以抽象简化，忽略一些因素，所得出的简化循环。 意义： 1）用公式来阐明发动机工作过程中各基本热力参数间的关
系，以明确提高发动机经济性（理论循环热效率）和动 力性（循环平均压力）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。
7
建立理论循环的简化假设
在进行理论循环研究之前，首先必须对发动机的实际 过程进行必要的简化假设，这是建立理论循环的一个重要 依据。最简单的理论循环是空气标准循环，其简化条件为：
l）假设工质是理想气体，其物理常数与标准状态下的空气物 理常数相同； 2）假设工质是在闭口系统中作封闭循环； 3）假设工质的压缩及膨胀是绝热等熵过程； 4）假设燃烧是外界无数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。
本书以发动机性能为研究对象，深入到发动机工作过程的 各个阶段，分析影响这些性能的各种因素，从中找出提高 性能的一般规律。
5
主要内容
第一节 发动机理论循环 第二节 四冲程发动机的实际循环 第三节 实际循环的评定——指示指标 第四节 发动机动力性和经济性评定——有效指标 第五节 发动机的环境指标 第六节 发动机的机械损失 第七节 发动机的热平衡
发动机的性能指标用来表征发动机的性能特点，并作为评 价各类发动机性能优劣的依据。
发动机的主要性能指标有：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)、运转性能 指标(冷起动性能、噪声和排气品质)和耐久可靠性指标 (大修或更换零件之间的最长运行时间与无故障长期工作 能力)等。
和合理选择燃烧始点）； 保证工质具有较高的绝热指数k；
（2）提供了发动机之间进行动力性、经济性对比的理论依 据 同一机型不同加热模式的对比，当ε、k及Q1不变： 等容循环ηt>混合循环ηt>等压循环ηt
当加热量Q1和pmax不变时： 等压循环ηt>混合循环ηt>等容循环ηt
17
补充知识：
热力学第一定律：△U=Q+W。表示系统在过程中能量的变 化关系。表述形式：热量可以从一个物体传递到另一个物 体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过 程中，能量的总值保持不变。（是能量守恒定律和能量转 换定律的热力学表述）