第一章_发动机性能

p 0 1 p 1 p 0 1
P z/ Q1 z
Q1
c
W
b
Q2
a
混合加热循环 V
其中εc为压缩比，λp为定容增压比（pz/pc），ρ0为定压 预胀比（Vz/ V z/ ）。
对于等容加热循环（ ρ0=1） ：
t
1
1
1 c
对于等压加热循环（ λp =1）：
汽油机pc=0.8～2.0MPa，Tc=600～750K； 柴油机pc=3.0～5.0MPa，Tc=750～1000K
（二）压缩比εc： 汽油机中,为提高热效率,希望提高压缩比,但受到不正常燃烧的
限制，压缩比不能过大；柴油机中,为保证喷入气缸的燃料能及时自 燃以及冷启动时可靠着火,必需使压缩终了有足够高的温度，需选取 较高的压缩比。 （三）多变指数n： 压缩过程为一个多变指数n不断变化的过程。
（2）机械效率—εc和λp增大，Pz升高，会使机械效率降低； （3）燃烧方面—εc过大，汽油机容易产生爆燃和表面点火等 不正常燃烧，柴油机会因燃烧室容积过小而设计困难，同时使燃烧 效率降低；
目前，柴油机压缩比εc一般在12～22， 压力升高比λp为 1.3 ～2.2，最高爆发压力Pz在7 ～14MPa；汽油机εc一般在6～12， λp为2.0 ～4.0，最高爆发压力Pz在3 ～8.5MPa；

pmi Vs ni
30
（单位：kW）
三、指示热效率和指示燃油消耗率：
pt



c
c

1
pde
1
(
p
1)t
取λp=1（等压加热循环）有： pt



c
c

1
pde
1

(
0
1)t
可见pt主要与进气终点压力pde、压缩比εc、定压预胀比ρ0、
等熵指数κ和循环热效率ηt有关。
四、三种基本循环的比较：
（1）同一机型不同循环模 T 式的对比（εc和Q1不变）：
ηt降低
ρ0增大而λp减小
燃烧时间增长
第二节 四冲程发动机的实际循环
包括： 进气、压缩、燃烧、膨胀作功和排气5个部分。
四冲程汽油机工作工程
四冲程柴油机实际循环
一、进气过程（r—a)：
进气门开启，排气门关闭，活 塞下行，新鲜工质被吸入汽缸。
特点： 1、由于进气系统的阻力，进气 终了压力pa小于大气压力p0 （约 0.85～0.95 p0）,一般柴油机要略高 于汽油机。
测定方法。
衡量发动机性能的指标：
三个主要 性能指标
动力性 （功率、转矩、转速等） 经济性 （燃油消耗率等） 运转性 （冷起动、排放、噪音等）
实际上，上述指标在一台发动机上难以同时兼顾，必 须根据需要权衡利弊；另外，作为一种大众化的消费品， 还必须考虑其生产成本、使用维修、可靠耐用等方面。
第一节 发动机的理论循环
放热量： Q2v Q2m Q2 p
热效率： v m p
混合加热 等容加热 等压加热
zv
Q1
zm zp
z/
最高温度： Tv Tm Tp
c
最高压力： pv pm pp
因此，要提高热效率，就
应增大等容加热的比重，即提 a
bp bm
bv
Q2 p
Q2m
Q2v
高循环加热 “等容度”；但需 要适当限制最高温度和压力。
六、发动机实际循环与理论循环的比较：
柴油机实际循环与理论循环比较
汽油机实际循环与理论循环比较
六、发动机实际循环与理论循环的比较：
1）实际工质的影响（Wk）：工质成分的改变和泄露 2）换气损失（Wr）：泵气损失和提前排气损失 3）燃烧损失（Wz）：时间损失、后燃、不完全燃烧和工 质的高温分解 4）传热损失（Wb）：工质与气缸壁间的热交换、涡流与 节流损失 5）缸内流动损失：缸内流动损失指压缩及燃烧、膨胀过 程中，由于缸内气流（涡流与湍流）所形成的损失。
S
不同机型三种循环ηt的比较
（Q1和pmax相同）
（3）汽油机、柴油机负荷变化（吸热Q1不同）时的比较： a)柴油机（特点是边喷油边烧，燃烧时间与喷油时间有关）
负荷降低 喷油时间减少 燃烧时间减少
ηt升高
ρ0减小而λp基本不变
b)汽油机（点燃后火焰传播燃烧，燃烧时间与燃烧速度有关）
负荷降低 残余废气增多 燃烧速度降低
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
t
1
1
1 c
0 1 0 1
1、压缩比εc对循环热效率ηt的影响： εc增大,提高了循环平均吸热温度，降低了循环平均
放热温度，扩大了循环温差, ηt提高。
T εc增大
z1
z
ηt
Tz
1
0.8
c1 b
c b1
a
S
最高温度相同时， εc对循环热效率ηt的影响
0.6
0.4 p 2.6、0 1.2、 1.4
S
同一机型不同循环模式的比较
（2）三种循环具有相同
加热量Q1的比较（Q1和pmax相同）
T
混合加热 等压加热 等容加热
zv
放热量： Q2v Q2m Q2 p
pmax Q1 z/
zp zm
热效率： v m p
cp
最高温度：Tv Tm Tp
c
cv
a
bv
bm Q2v
bp
Q2m Q2 p
2、受高温零件和废气加热，进 气终了温度Ta高于大气环境温度T0 （约300 ～ 380K)，一般汽油机略高 于柴油机。
二、压缩过程（a—c)：
进、排气门关闭，活塞上行，工 质被压缩，温度和压力升高。
（一）压缩的作用： 1、增大工作过程的温差，获得大 的膨胀比，提高热效率，同时为燃烧 过程创造有利条件。 2、在柴油机中，压缩后气体的高 温是保证燃烧着火的必要条件。
四冲程发动机的实际循环：
P
z
c
r-a 进气 a-c 压缩 c-z 燃烧 z-b 膨胀作功 b-r 排气
b
r
a
V 发动机实际循环P-V图
发动机实际循环过程非常复杂，进行理 论研究时十分困难。
一、三种基本循环
Pc z
引入空气标准假设，根据不同发动
机工作特点，将实际循环简化为等
b
容、等压和混合加热循环。
p
p
Fi F1 F2
F1
Fi F1 F2
F1
F2
p0
（+） （-）
F2
p0
（+） （+）
V
四冲程非增压发动机p-v图
V
四冲程增压发动机p-v图
Wi F1i0a6b（单位：J）
式中：a为纵坐标比例尺（Pa / cm), b为横坐标比例尺（cm3 / cm)
2、平均指示压力 pmi ：指单位气缸容积完成一个循环所作的指示
汽油机与柴油机燃烧过程比较：
柴油机
P z/
等压加热 z
汽油机
P z
等容加热
等容加热
c
燃烧开始 c/
上止点
喷油开始 V
c
燃烧开始 c/
上止点
点火开始 V
通常：柴油机pmax=4.5～14.5MPa， Tmax=1800～2200K； 汽油机pmax=3.0～8.0MPa， Tmax=2200～2800K；
第一章 发动机的性能
第一节发动机理论循环 第二节四冲程发动机的实际循环 第三节发动机的指示性能指标 第四节发动机的有效性能指标 第五节机械损失与机械效率 第六节热平衡
第一章 发动机的性能
本章要求：
了解：发动机的理论循环和实际循环过程。 理解：发动机的主要性能指标。 掌握：提高发动机性能的基本途径，机械效率的
P n=κ c
n=±∞
P、n1 c
Q放 n
n1
q>0
a
n=0
q<0
V 压缩P-V图
Q吸
a
V
压缩过程n的变化
*思考：压缩过程中转速和漏气 对n如何影响？
三、燃烧过程（c—z)：
进、排气门关闭，活塞在上止 点前后，可燃混合气着火燃烧，化 学能转变成热能，工质温度和压力 急剧升高。
特点：燃烧放出的热量越多， 放热时活塞越靠近上止点，热效 率越高。
三、循环平均压力pt：
定义：单位汽缸容积所做的循环功称为循环平均压力pt（kPa）：
pt

W VS
（用于评定气缸工作容积做功能力的大小）
对于混合加热循环有： pt


c
pde
c 1 1
(p
1) p (0
1) t
式中pde为进气终点的压力（kPa）
取ρ0=1（等容加热循环）有：
0.2
0
4 8 12 16 20 εc
ηt 随εc的变化关系
2、定压预胀比ρ0和定容增压比λp对循环热效率ηt的影响：
T λp增大
Q1 z1/
z1 z
等压
等容 z/
c
b
b1 Q2
a
Q2
S
ρ0和λp对循环热效率ηt的影响
在总吸热量Q1不变 的情况下，随着λp增 大（等容加热部分增 大），ρ0减小（等压 加热部分减小） ，使 得循环放热量Q2减少， ηt增大。
4
3
3
2
2
1
1
212 436 664 890 1116 1342 1558 1780
V/cm3
P-V图
300 240 180 120 60 0 60 120 180 240 300 360