第一章 发动机工作循环及性能(自)
发动机原理复习题参考答案
第一章发动机的性能三、名词解释1. 平均有效压力：单位气缸工作容积所做的循环有效功称为平均有效压力。
2. 升功率：在标定工况下，每升发动机工作容积发出的有效功率称为升功率。
3. 活塞平均运动速度：发动机在标定转速下工作时，活塞往复运动速度的平均值称为活塞平均运动速度。
4. 机械效率：指示功减去机械损失功后，转为有效输出功的百分比称为机械效率。
5. 有效燃油消耗率：发动机每发出h kW ⋅1的有效功所消耗的燃油量。
6. 燃烧效率：燃料化学能通过燃烧转为热能的百分比称为燃烧效率。
7. 平均指示压力：单位气缸工作容积所做的循环指示功称为平均指示压力。
8.工质定压比热容：单位质量工质在定压过程中温度升高１℃所需的热量称为工质的定压比热容。
四、简答9.简述工质改变对发动机实际循环的影响。
答案要点：1)工质比热容变化的影响：比热容Cp 、Cv 加大，k 值减小，也就是相同加热量下，温升值会相对降低，使得热效率也相对下降。
2)高温热分解：这一效应使燃烧放热的总时间拉长，实质上是降低了循环的等容度而使热效率ηt 有所下降。
3)工质分子变化系数的影响：一般情况下μ＞1时，分子数增多，输出功率和热效率会上升，反之μ＜l 时，会下降。
4)可燃混合气过量空气系数的影响：当过量空气系数φa <1时，部分燃料没有足够空气，或排出缸外，或生成CO ，都会使ηt 下降。
而φa >1时，ηt 值将随φa 上升而有增大。
10. S/D （行程/缸径）这一参数对内燃机的转速、结构、气缸散热量以及与整车配套的主要影响有哪些？ 答案要点：活塞平均运动速度30sn m =ν若S ／D 小于1，称为短行程发动机，旋转半径减小，曲柄连杆机构的旋转运动质量的惯性力减小；在保证活塞平均运动速度m ν不变的情况下，发动机转速n 增加，有利于与汽车底盘传动系统的匹配，发动机高度较小，有利于在汽车发动机仓的布置；S ／D 值较小，相对散热面积较大，散热损失增加，燃烧室扁平，不利于合理组织燃烧等。
(完整版)内燃机原理课后习题与答案
第一章发动机的性能1.简述发动机的实际工作循环过程。
1）进气过程：为了使发动机连续运转，必须不断吸入新鲜工质，即是进气过程。
此时进气门开启，排气门关闭，活塞由上止点向下止点移动。
2）压缩过程：此时进排气门关闭，活塞由下止点向上止点移动，缸内工质受到压缩、温度。
压力不断上升，工质受压缩的程度用压缩比表示。
3）燃烧过程：期间进排气门关闭，活塞在上止点前后。
作用是将燃料的化学能转化为热能，使工质的压力和温度升高，燃烧放热多，靠近上止点，热效率越高。
4)膨胀过程：此时，进排气门均关闭，高温高压的工质推动活塞，由上止点向下至点移动而膨胀做功，气体的压力、温度也随之迅速下降。
（5）排气过程：当膨胀过程接近终了时，排气门打开，废气开始靠自身压力自由排气，膨胀过程结束时，活塞由下止点返回上止点，将气缸内废气移除。
3.提高发动机实际工作循环热效率的基本途径是什么？可采取哪些基本措施？提高实际循环热效率的基本途径是：减小工质传热损失、燃烧损失、换气损失、不完全燃烧损失、工质流动损失、工质泄漏损失。
提高工质的绝热指数κ可采取的基本措施是：⑴减小燃烧室面积，缩短后燃期能减小传热损失。
⑵. 采用最佳的点火提前角和供油提前角能减小提前燃烧损失或后燃损失。
⑶采用多气门、最佳配气相位和最优的进排气系统能减小换气损失。
⑷加强燃烧室气流运动，改善混合气均匀性，优化混合气浓度能减少不完全燃烧损失。
⑸优化燃烧室结构减少缸内流动损失。
⑹采用合理的配缸间隙，提高各密封面的密封性减少工质泄漏损失。
4.什么是发动机的指示指标？主要有哪些？答：以工质对活塞所作之功为计算基准的指标称为指示性能指标。
它主要有：指示功和平均指示压力.指示功率.指示热效率和指示燃油消耗率。
5.什么是发动机的有效指标？主要有哪些？答:以曲轴输出功为计算基准的指标称为有效性能指标。
主要有：1）发动机动力性指标，包括有效功和有效功率.有效转矩.平均有效压力.转速n和活塞平均速度；2）发动机经济性指标，包括有效热效率.有效燃油消耗率；3）发动机强化指标，包括升功率PL.比质量me。
内燃机原理课件
第一章发动机的性能指标与循环分析§1.1 工质对活塞所作之功及示功图四．工质对活塞作功1．正功，负功在发动机工作循环的每一个冲程中，由于活塞总在运动，活塞顶面缸内工质和活塞背面缸外介质都要对活塞作功。
工质压力与活塞运动方向相同时，作正功，反之作负功。
2．冲程功，循环功每一冲程所作之功叫冲程功；每一循环所作之功叫循环功，图1各冲程压力形成的封闭曲线所包围的环积分面积表示。
五．四冲程发动机的示功图1．自然吸气四冲程发动机的示功图1)活塞背面压力p0在四个冲程中对活塞作功为零，因而循环功可由单缸内工质对活塞作功来计算；2)循环动力过程功：压缩与燃烧膨胀冲程所作之正功称为循环动力过程功，即：W1+W3进、排气冲程泵气功：进、排气过程中，工质对活塞所作之功，是排气负功与进气正功之和，即：W2+W3循环过程净功（指示功）：Wi=(W1+W3)-(W2+W3)= W1-W22．增压四冲程发动机示功图由于增压时缸内平均进气压力大于大气压力p0，一般也大于缸内平均排气压力，所以示功图上的泵气功为正功，净指示功为W i=W1+W2六．泵气过程功1．实际泵气功：W2面积2．理论泵气功：（p b-p k）V s，自然吸气机型为零。
3．泵气损失功：自然吸气机型为W2。
§1.2 动力、经济性能指标一. 两类指标 1) 指示性能指标以工质对活塞作功为计算基准的指标称为指示性能指标，简称指示指标。
直接反映工作循环进行的好坏。
包括指示功、平均指示压力、指示热效率和指示燃油消耗率。
2) 有效性能指标以曲轴输出功为计算基准的指标称为有效性能指标，简称有效指标。
用于评定发动机实际工作能力的优劣。
二. 指示性能指标1. 循环指示功与平均指示压力1) 循环指示功：在气缸内完成一个工作循环工质对活塞所作的有用功。
用W i 表示。
W i=W 1+W 2（增压）Wi =(W1+W 3)-(W 2+W 3) = W 1-W 2 （自然吸气）2) 平均指示压力：单位气缸工作容积所作的循环指示功。
发动机工作原理
第一章发动机工作原理发动机是将其他形式的能量转变为机械能的一种机械装置。
内燃机是燃料在发动机内部燃烧,内燃机每实现一次热功转换，都要经历一系列连续的工作过程，构成一个工作循环，否则，就不能实现热功的转换。
第一节发动机总体结构及基本原理现代汽车发动机根据所用燃料的不同可分为:1.汽油发动机(简称汽油机)1). 化油器式汽油机: 汽油和空气在化油器内混合成可燃混合气,在输入气缸加以压缩，然后用电火花点火使之燃烧而发热作功。
2). 汽油喷射式发动机: 将汽油直接喷人进气管或气缸内，与空气混合形成可燃混合气，再用电火花点燃。
2.柴油发动机(简称柴油机)：汽车用柴油机使用的燃料一般是轻柴油，它是通过喷油泵和喷油器将柴油直接喷人气缸，与气缸内经过压缩的空气混合，使之在高温下自燃作功。
一．发动机总体构造发动机基本由以下机构和系统组成：曲柄连杆机构、配气机构、供给系、润滑系、冷却系、点火系和起动系。
1．曲柄连杆机构：它的功用是将燃料燃烧时产生的热量转变为活塞往复运动的机械能，再通过连杆将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动而对外输出动力。
2．配气机构：它的功用是使可燃混合气及时充人气缸并及时从气缸排出废气。
3．供给系：它的功用是把汽油和空气混合成合适的可燃混合气供人气缸，以供燃烧，并将燃烧生成的废气排出发动机。
4．润滑系：它的功用是将润滑油供给作相对运动的零件以减少它们之间的摩擦阻力，减轻机件的磨损，并部分地冷却摩擦零件5．冷却系：它的功用是把受热机件的热量散到大气中去，以保证发动机正常工作。
6．点火系：它的功用是保证按规定时刻及时点燃气缸中被压缩的混合气。
7．起动系：它的功用是用以使静止的发动机起动并转入自行运转。
汽油机一般都由上述两个机构和五个系统组成。
对于汽车用柴油机，由于其混合气是自行着火燃烧的，所以柴油机没有点火系。
因此柴油机由两个机构和四个系统组成。
二．四冲程发动机工作原理（一）汽车发动机的基本名词术语1．活塞行程与止点上止点：活塞顶距离曲轴旋转中心最远的位置称为上止点。
内燃机原理复习重点(前四章)
第一章 内燃机工作循环与性能指标内燃机的实际工作循环：由进气、压缩、燃烧—膨胀、排气四个过程组成，它是周期性地将燃料燃烧所产生的热能转变为机械能的往复过程。
基本原理：内燃机通过进气过程向气缸内吸入新鲜空气或空气与燃料的混合气，通过活塞的压缩行程，将新鲜充量的温度、压力提高到一个合适的水平，然后燃料以点燃或压燃的方式开始燃烧释放出热能，气缸内气体工质被加热，温度和压力得到进一步提升，同时膨胀推动活塞做功实现由热能到机械能的转变，最后通过排气过程排除已燃废气。
理论循环提出的假设：（1）以空气作为循环工质，视其为理想气体，物理及化学性质保持不变，工质比热容为常数；（2）循环工质的总质量保持不变（3）将燃烧过程简化为等容或等压的加热过程，将排气过程简化为等容放热过程；（4）将工质的压缩和膨胀过程看成等熵过程，工质与外界不进行热交换。
三种形式的理论循环：（1）定容加热循环，如汽油机（2）定压加热循环，如高增压和低速大型柴油机（3）混合加热循环，如高速柴油机理论循环的评价指标：（1）循环热效率t η：工质所做循环功W 与循环加热量1Q 之比，用来评价循环的经济性，即 12t 11Q Q W Q Q η-== 影响t η的因素有：①压缩比ε（随着ε增大，三种循环的热效率都提高，提高压缩比可以提高循环平均加热温度，降低循环平均放热温度）；②绝热指数k （随着k 值增大，t η将提 高）；③压力升高比λ（定压加热循环与定容循环的t η均与λ无关，对于混合加热循环，当1Q 与ε不变时，λ增大则ρ减小，膨胀过程增加，2Q 减少，t η提高）；④预胀比ρ（ρ值 增加，t η下降）（2）循环平均压力t p ：单位气缸工作容积所做的循环功，用来评价循环的做功能力，即 t ()SW p kPa V = 对于定压和定容加热循环，循环平均压力t p 随压缩起点压力a p 、压缩比ε、压力升高比λ 预胀比ρ、绝热指数K 和热效率t η的增加而增加；对于混合加热循环，若1Q 不变，增加ρ 就是减少λ，t η下降，t p 也降低继续膨胀循环：（1）脉冲涡轮增压（2）定压涡轮增压四行程内燃机的实际循环：（1）进气过程：进气压力终点a p 一般小于环境大气压力0p ，压力差用于克服进气阻力，进气终点的温度a T 高于环境大气温度0T（2）压缩过程：复杂多变过程，压缩终了的压力1n c a p p ε=，温度11n c a T T ε-=，其中，多 变指数1n 主要受工质与缸壁的热交换及工质泄露情况的影响，当转速提高时，热交换时间 缩短，缸壁的传热和气缸泄漏气量减少，1n 会增大，当负荷增加时，气缸壁温度升高，传 热量减少，1n 增大，而当漏气量增加或缸壁温度降低时，1n 减小。
第1章内燃机性能指标及实际循环热计算绪论 (2)解读
汽油机：点火后传播燃烧且无论负荷大小，火焰传 播距离不变。当负荷下降时，燃烧速度降低，燃烧
时间加长。这相当于λ下降而 上升，则ηt降低。
发动机工作循环
第二节内燃机的实际循环
1、进气过程 图a） 2、压缩过程 图b） 3、燃烧过程 图c） 4、膨胀过程 图c） 5、排气过程 图d）
发动机工作循环
每缸每循环所做的指示功：Wi
piVh
pi
D2
4
S 103
性能指标及热计算
指示功率为：
Pi
Wi
n 60
发动机工作循环
多变指数和平均多变压缩指数： 实际计算中n1取代n1’ ，试验测定n1大致范围是：
压缩终点的压力和温度的数值范围：
发动机工作循环
（3）燃烧过程 作用：将燃料的化学能转变为热能，使工质温度 、压力升高，为膨胀创造条件 汽油机：在上止点点燃，容积变化小，燃烧快， 温度压力上升快，接近等容燃烧。 柴油机：燃烧开始接近等容燃烧，随后燃烧速率 放慢，气缸容积增大，压力升高减缓，接近等压 燃烧
好坏，是从示功图测量计算得出的。
动力性指标：指示功、指示功率、平均指示压力。 经济性指标：指示热效率、指示燃油消耗率
发动机性能指标：动力性能指标（功率、转矩、转 速），经济性能指标（燃料和润滑油的消耗）， 运转性能指标（冷起动性能、噪声、排气品质）
性能指标及热计算
一、 指示功和平均指示压力 指示功是指气缸内完成一个工作循环所得到的有用
排气温度常用作检查发动机工作状态的技术指 标。其值偏高，说明热功转换效率低工作过程不 良，及时检修。
发动机工作循环
三、引起实际循环热损失 的因素
1、工质的影响
发动机原理复习提纲!!!!!概要
第一章发动机的性能一.主要内容1.理论循环的定义，理论循环的评定参数。
2.发动机实际循环的定义。
3.示功图的概念。
4.指示指标与有效指标。
5.机械效率的定义，机械损失的测定，影响发动机机械损失的因素。
6.热平衡的基本概念。
二.重点1.对发动机理论循环与实际循环的分析2.发动机的指示指标与有效指标3.发动机的机械损失组成、影响因素三.难点1.理论循环的比较2.循环热效率及其影响因素3.有效指标的分析与提高发动机动力性和经济性的4.汽车发动机机械效率的测定方法5.热平衡（实际循环热平衡、发动机热平衡）1.理论循环的定义，理论循环的评定参数。
答：理论循环定义：发动机的理论循环是将非常复杂的实际工作过程加以抽象简化，忽略一些因素，所得出的简化循环。
理论循环评定参数：循环热效率ηt:指热力循环所获得的理论功W t与为获得理论功所加入的总的热量Q1之比,即ηt=W t/Q1=1-Q2/Q1循环热效率是用来评价动力机械设备在能量转换过程中所遵循的理论循环的经济性。
循环平均压力P t：指单位气缸工作容积所做的循环功，即P t=W t/V s=ηt·Q1/ V s循环平均压力是用来评价循环的做功能力。
1.发动机实际循环的定义。
答：发动机实际循环的定义：发动机的实际循环是由进气行程、压缩行程、做功行程以及排气行程4个行程5个过程组成的工作循环。
发动机的热平衡:是指发动机实际工作过程中所加入气缸内的燃料完成燃烧时所能放出的热量的具体分配情况。
发动机理论循环的定义发动机的机械损失组成、影响因素————刘忠俊答：发动机的机械损失组成包括：①发动机内部相对运动件的摩擦损失；②驱动附件的损失；③换气过程中的泵气损失。
影响因素：⑴气缸内最高燃烧压力（凡是导致最高燃烧压力上升的因素都将加大摩擦损失，导致机械损失加大）；⑵转速——转速N上升，机械损失功率增加，机械效率下降；⑶负荷——随负荷减少，机械效率ηm下降，直到空转时，有效功率Pe=0；⑷润滑条件和冷却水温度；⑸发动机技术状况。
内燃机工作循环及性能要求
2004年我国公布了汽车燃油经济性法规，从2005年7月1日起实行第一阶段要求， 2008年年初实行第二阶段要求 表 l. 乘用车表燃料消耗量限值(1)单位：L／100km
如果申请车型在结构上具有以下一种或多种特征，其限值见表2： a)装有自动变速器； b)具有三排或三排以上座椅，； c)符合GB／T 15089-2001中3.5.1规定条件的M1G类汽车。 表2.乘用车燃料消耗量限值(2)单位：L／100km
我国轻型汽车（≯ 我国轻型汽车（≯3。5T） 5T） 污染物排放限值
(GB 18352.1-2001) 车辆类型
6座2.5吨以下 M1类
基准质量kg 全部 RM≤1250
1250<RM≤1700
CO（g/km） 2.72 2.72 5.17 6.90 3.5 1.2 1.1
HC+NO（g/km）
SI&IDI DI
此外从行驶的稳定性出发当车速由于外界阻力矩的增加而减少时由于外界阻力矩的增加而减少时希望动力装置能提供更大的主动力矩从而达到新的稳定运行点但内燃机的输出转矩随转速的变化特性通常比较平坦对于柴油机来说更由于柴油机供油特性和涡轮增压器特性分别随转速的降低而供油量相应减少进气增压压力相应减少使输出转矩反而下降因此必须在燃油泵中设置调速器在涡轮增压器上设置放气阀以便改善其原有特性提高发动机对工况变化的适应性
车辆需要在多种环境条件和道路工况条件下使用，因而在规定发动机设计 任务时必须考虑发动机在各种条件下能经济、正常、有效使用的适应能力。 对发动机性能有直接影响的自然环境条件包括气温、气压、沙尘等。例如， 低温起动性能是发动机的重要性能指标，对于汽油机一般要求在-10℃环境 温度下不依靠任何辅助起动装置或措施能用电动机拖转后自行点火运转； 对柴油机一般要求在-5℃环境温度下能起动。若车辆工作的环境温度更低， 则往往要考虑采用辅助起动措施来提高发动机的低温环境适应性。低温时 除了有起动问题外，还存在低温进气造成的燃烧不良和金属结构材料的低 温脆性等问题，这些也都是需要注意的。为适应高气温下工作，发动机冷 却系设计必须留有充分余量，橡胶、塑料件的耐高温性能也必须得到保证。 环境气压主要涉及高海拔下因进气密度低而引起的一系列问题。为此可考 虑通过增压提高进气密度以恢复发动机所需要的功率或通过气压控制系统 防止燃油过量造成油耗或排放过高。对于行驶在沙漠等沙尘区的车辆来说， 仅装有通常的空气滤清器是不够的，必须在其前加装初滤器，形成有效的 二级过滤装置来清除进气中的尘埃，否则将严重损害发动机的寿命。
第一章 发动机热力循环及性能指标
（3）假设工质的压缩与膨胀过程均为绝热过程，不考虑缸壁 的传热、漏气等热损失和补燃损失。
（4）假设工质的燃烧过程为对工质进行的定容或定压加热过 程，排出的废气带走热量用定容放热过程代替。
ηtm
1
1 ε K 1
λρK 1 ( λ 1) Kλ( ρ - 1)
式中
ρ
λ
ε 发动机的压缩比 ε Va /Vc (Vh Vc )/Vc
预膨胀比 后膨胀比 压力升高比
K 绝热指数
ρ Vz /Vz' ε/δ
δ Vb /Vz
λ pz /pc
P3 (P3 V 3 T3)
Q1P 4
(P4 V 4 T4)
(λ 1)
ηtp
1
1 ε K1
ρK 1 K (ρ 1)
2、循环平均压力 pt
单位气缸工作容积所做的循环功，用以评定发动机
的循环做功能力。
W pt Vh
1）混合加热循环的平均压力为
ptm
εK ε 1
pa λ 1
K 1
Kλρ 1ηt
式中 pa 进气终了压力（KPa）
2）定容加热循环（ ρ 1 ），循环平均压力
（5）假设循环过程为可逆过程，不考虑实际循环中存在的摩
2．发动机理论循环的评定指标
发动机的性能主要决定于两方面： （1）由燃烧一定量的燃料能够得到尽可能多的功； （2）由一定的气缸工作容积能够得到尽可能多的功。 发动机的理论循环是用循环热效率和循环平均压力来衡量和评定的。理论循环 热力分析的重点是研究循环热效率。
2.1 循环热效率：工质所做循环净功与循环加热量之比，说明每循环工质对热量的利用
内燃机理论循环和实际循环
（2）后燃及不完全燃烧
（3）在高温下部分燃烧产物分解而吸热，是循环最高温度 下降。
5.涡流和节流损失
6.泄漏损失
• 燃料-空气循环
§ 1.4 发动机的热平衡
一. 热量分配情况： （1）一部分转化为有用功 ； （2）一部分传递给冷却介质： （3）废气带走的热量； （4）不完全燃烧、辐射热、驱动附件的能量 消耗等其他热量损失. QT=Qe+Qs+Qr+Qb+QL 100%=qe+qs+qr+qb+ql
定容加热循环，Q1↑,λ↑,若ε不变, Q2↑,ŋt不变, pt↑； 混合加热循环，ε、κ、Q1保持不变,λ↑，ŋt↑ , pt↑； (4)预胀比ρ：
定压加热循环，Q1↑,ρ↑,若ε不变, ŋt↓，pt↑； 混合加热循环，Q1、ε、κ不变，ρ↑，λ↓,ŋt↓，pt↓； (5)pa(循环初始压力) 对热效率无影响，但可以改
示功图是研究内燃机工作过程的重要实验数据。 通过示功器或数据采集系统获得不同活塞位置或曲 轴转角时气缸内工质压力的变化。有两种表达方式：
（1）p—v图和p—φ图两者在本质上一致，可以 互相转化。
（2）从示功图上可以看出内燃机工作循环，从而 评价发动机性能。
1. 进气过程
运动件工况：活塞由上止点前至下止点后，进气门开
式中Q2--工质在循环中放出的热量。
• pt(kPa)是单位气缸容积所做的循环功，用来评定
循环的做功能力。
pt
w Vs
式中W--循环所做的功；Vs--气缸工作容积。
（一）理论循环影响因素分析：
ηt=f（κ，ε，λ，ρ） （1-1） pt =f（κ，ε，λ，ρ，pa） （1-4） (1)压缩比ε：ε↑, ŋt↑, pt↑； (2)绝热指数κ： κ↑，ηt↑ , pt↑ ； (3)压力升高比λ:
发动机原理完整版：第一章2、3、4、5节
发动机推力大小仅仅反映飞机的推力需求， 不能反映不同推力级发动机之间的性能优 劣
例如:
GE90(BY777) F=392000N, qma=1420kg/s
D=3.524m
wp-11(无人机) F=8500N, qma=13kg/s
2021/7/13
整理课件
D=0.3m
21
一、性能指标
2、单位推力 单位：N ·s/kg
• V9 V0 0 p 1 （0.5~0.75）
• 有效功 推进功的转换必有“损失”
2021/7/13
整理课件
38
三、推进效率
• 损失 = 有效功推进功 = 1 (V V )2
29 0
• 绝对坐标系中气流以绝对速度(V9 V0)排出 发动机所带走的能量，称为“余速损失”
•
若V0 =0，则全部可用能以动能 损失在空间，不产生推进功。
飞行速度变化时，只能用总效率表示经济性
飞行速度为零时，只能用耗油率表示经济性
2021/7/13
整理课件
42
四、总效率
• 对于涡喷发动机存在矛盾 0 t h p
– 涡喷发动机将热力循环获得的 机械能全部转换为气体的动能 增量，进、排气速度差大，可 提高热效率和增加推力
– 但排气速度差大，推进效率低 ，总效率低经济性差，耗油率
整理课件
23
一、性能指标
3、推重比 FW = F / W
• 无量纲量 • 综合性指标： 反映气动热力循环的设计水平（如高单位推
力），反映结构设计水平。 • 统计：W增加1kg导致飞机重量增加2.5kg。
2021/7/13
整理课件
24
一、性能指标
3、推重比
内燃机原理习题与答案
发动机原理 习题第一章 发动机工作循环及性能指标[1]说明提高压缩比可以提高发动机热效率和功率的原因。
答：由混合加热循环热效率公式：知提高压缩比可以提高发动机热效率。
[2] 为什么汽油机的压缩比不宜过高？答：汽油机压缩比的增加受到结构强度、机械效率和燃烧条件的限制。
1ε增高将Pz 使急剧上升，对承载零件的强度要求更高，增加发动机的质量，降低发动机的使用寿命和可靠性2ε增高导致运动摩擦副之间的摩擦力增加，及运动件惯性力的增大，从而导致机械效率下降 3ε增高导致压缩终点的压力和温度升高，易使汽油机产生不正常燃烧即爆震[3]做出四冲程非增压柴油机理想循环和实际循环p-V 图，并标明各项损失。
（见书第9页 图1-2）[4]何为指示指标？何为有效指标？答：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。
[5] 发动机机械损失有哪几部分组成？答： 发动机机械损由摩擦损失、驱动附件损失、泵气损失组成。
[6] 写出机械效率的定义式，并分析影响机械效率的因素。
影响机械效率的因素：1、转速ηm 与n 似呈二次方关系，随n 增大而迅速下降2、负荷 负荷↓时，发动机燃烧剧烈程度↓，平均指示压力↓；而由于转速不变，平均机械损失压力基本保持不变。
则由 ，机械效率下降 当发动机怠速运转时 ，机械效率=03、润滑油品质和冷却水温度 冷却水、润滑油温度通过润滑油粘度间接影响润滑效果。
[7] 试述机械损失的测定方法。
机械损失的测试方法只有通过实际内燃机的试验来测定。
常用的方法有：倒拖法灭缸法、油耗线法和示功图法。
（1）倒拖法步骤：1.让内燃机在给定工况下稳定运转，是冷却水和机油温度达到给定值；2.切断燃油供应或停止点火，同时将电力测功器转换为电动机，以原给定速度倒拖内燃机空转，并尽可能使冷却水、机油温度保持不变。
此方法规定优先采用，且不能用于增压发动机。
（2）灭缸法)1()1(1111-+--⋅-=-ρλλρλεηk k k t ↓↓-=i m m p p 1ηi mi m i e i e m p p N N p p N N -=-===11η此方法仅适用于多缸内燃机（非增压柴油机）步骤：1.将内燃机调整到给定工矿稳定运转，测出其有效功率Pe。
汽车构造教案(第一章)
第二节 往复活塞式内燃机的基本结构及基 本术语 • 二、基本术语 • 1. 工作循环
• 活塞式内燃机的工作循环是由进气、压缩、作功和 排气等四个工作过程组成的封闭过程。周而复始地 进行这些过程，内燃机才能持续地作功。
第二节 往复活塞式内燃机的基本结构 及基本术语
• 2.上、下止点
• 活塞顶离曲轴回转中 心最远处为上止点； 活塞顶离曲轴回转中 心最近处为下止点。 在上、下止点处，活 塞的运动速度为零。
汽车构造教案
制作人；孙桂权
教材介绍
• 本课程通过对汽车发动机(汽油机和柴油机)的总 体构造、主要系统的功能、组成和基本结构的学 习， • 使学生了解和掌握汽车发动机 • 的基本工作原理，同时培养学 • 生对汽车的兴趣和爱好，并为 • 后续专业课程的学习和从事相 • 关科研工作打下坚实的基础。
课程内容
二、 四冲程柴油机工作原理
• 四冲程柴油机的工作循环同样包括进气、压缩、作功和排气等四个过程，在 各个活塞行程中，进、排气门的开闭和曲柄连杆机构的运动与汽油机完全相 同。只是由于柴油和汽油的使用性能不同，使柴油机和汽油机在混合气形成 方法及着火方式上有着根本的差别。 1.进气行程 • 在柴油机进气行程中，被吸入气缸的只是纯净的空气。 2.压缩行程 • 因为柴油机的压缩比大，所以压缩行程终了时气体压力高。 3.作功行程 • 在压缩行程结束时，喷油泵将柴油泵入喷油器，并通过喷油器喷入燃烧室。 因为喷油压力很高，喷孔直径很小，所以喷出的柴油呈细雾状。细微的油滴 在炽热的空气中迅速蒸发汽化，并借助于空气的运动，迅速与空气混合形成 可燃混合气。由于气缸内的温度远高于柴油的自燃点，因此柴油随即自行着 火燃烧。燃烧气体的压力、温度迅速升高，体积急剧膨胀。在气体压力的作 用下，活塞推动连杆，连杆推动曲轴旋转作功。 4.排气行程 • 排气行程开始，排气门开启，进气门仍然关闭，燃烧后的废气排出气缸。
第一章内燃机的循环及性能评价指标
第一章内燃机的循环及性能评价指标1内燃机是在气缸内将燃料的化学能通过燃烧转为热能，再通过曲柄连杆机构将热能转化为机械的动力装置.根据完成一次能量转换所需的行程数不同，内燃机分四冲程机和二冲程机2内燃机对外输出功需要的环节：第一环节：混合气的形成并导入气缸的过程.第二环节:燃烧放热过程.第三环节:能过量的传递过程。
3三种理论循环：等容丶等压丶混合加热循环，①当加热量和压缩比相同时放热Qp>Qm>Q v ②.加热量和最高压力一定时，Qv>Qm>Qp③最高压力和最高温度一定时Qv=Qm=Qp4四冲程内燃机的实际循环热效率取决于混合气形成方式和燃烧放热规律，以及压缩比的最佳匹配.汽油机是均匀混合气以火焰传播形式迅速燃烧，柴油机根据混合气的形成特点家燃烧分预混合燃烧和扩散燃烧5论循环的评价:常用循环热效率（是指热力循环所获得的理论功与为获得该理论功所加入的总热量之比）评价动力机械设备在能量转换过程中所遵循理论循环的经济性，用循环平均压力(是指单位气缸工作容积所做的循环功)评价循环的做工能力. 6四冲程内燃机的实际循环：由进气行程（过程）丶压缩行程（过程）丶做功行程（燃烧过程和膨胀过程）以及排气过程（过程）4个行程5个过程组成。
评价指标：内燃机性能评价指标有两大类，即以活塞做功为基础评价气缸内热功转换的完善程度的指示指标；和以曲轴飞轮端对外输出的有效功为基础，从实用角度评价对外做功的有效指标。
实际循环做功能力的评价指标主要有平均指示压力（定义为单位气缸工作容积所做的指示功）和指示功率（指发动机单位时间所做的指示功）。
实际循环的经济指标有指示热效率和指示燃油消耗率。
7内燃机有效性能指标：①动力性指标a有效功率（克服运动件的摩擦损失功率以及驱动冷却风扇丶机油泵等附件所消耗的功率损失后，经曲轴对外输出的有用功。
称指示功率在传递过程中所有内部消耗功率的总和为机械损失功率）b平均有效压力（单位气缸工作容积输出的有效功）②经济性指标a有效热效率（实际循环对外输出的有效功与未获得此有效功率所消耗的热量之比）③排放指标8机械损失:内燃机的机械损失①摩擦损失62%-75%②驱动附件的损失10%-20%③泵气损失9机械损失的测定a倒拖法b示功图法c灭缸法10 排气提前角如何影响发动机性能？①如果加大排气提前角，排气初期缸内压力和温度更高，超临界排气声速更高。
第1章 发动机的性能ppt课件
18
1）实际混合加热循环热效率的分析
1、在任何情况下，为提高热效率，都 应该尽量减少等压加热部分而接近等容 燃烧，这就是所谓的提高“等容度”的 概念。
2、在负荷变化时，若主要是ρ0 变化， 则高、低负荷的ηt 值差别加大，若主要 是λp 变化时，则ηt 将保持大致不变， 这一点对汽、柴油机不同负荷时 ηt 值 的对比有理论指导意义（近似反向）。
4） 等熵指数对循环热效率的影响
(1) t
εc 大时明显
16
不同加热循环，影响热效率的因素有所不同， 但共同的特点是三种理论循环的热效率均与压 缩比和等熵指数有关：
⊙三个循环的 ηt 均随εc的加大而上升。一般来
说，εc较小时明显，εc较大时不显著。提高
压缩比可以扩大循环高低温热源的平均温度差，
理论循环是发动机工作过程最本质的模型， 影响理论循环热效率的主要参数和规律，同样 是影响实际发动机动力、经济性能的关键环节。
根据理论循环，改善发动机动力、经济性能 的基本原则是：提高燃烧加热后的能量质量， 即在相同加热量和环境温度条件下，尽可能提 高加热过程中工质的平均温度。
在现有循环模式下，主要的实施方向有三个： 在允许和可能的条件下，提高发动机的压缩比； 合理组织燃烧，提高循环加热的“等容度”， 特别是减小循环的预膨胀比和合理选择燃烧始 点相位；保证工质具有较高的绝热指数。
工程热力学内容
提高循环中工值平均吸热温度，降低平均放热 温度，可提高循环热效率。
两种分析方法：
• 第一定律分析法——立足数量，以热效率为 指标
•
——立
根据热力学第二定律，热能不能完全转 变为机械能，其最大可能转换的部分叫做
愈大，可能达到的热效率就愈高。
发动机原理(长安大学)
qr
=
QR QE
四 燃料不完全燃烧的热损失 QB
QB = QT (1 − η r )
其中ηr－燃料效率
qb
=
QB QT
五 其它热量损失 QL
QL = QT − (QE + QS + QR + QB )
ql = qt − (qe + qs + qr + qb )
发动机热平衡方程式:
qe + qs + qr + qb + ql = 1
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。
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。
（二） 比热
理论上: 定比热 实际上: 温度 T↑ → 比热 C↑
（三） 高温分解
例 C + O → CO + 热量 [+ O] → CO2 + 热量 其中 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:
一 指示功和平均指示压力
（一） 指示功Wi
发动机：内燃机和外燃机 车用发动机：间歇工作式发动机
四个冲程中只有一个冲程做功，做功不连续。 燃气轮机：连续工作式发动机
一分类
（一） 种 类
1 往复活塞式 （普遍） 2 转子式－汪克尔式 （THE WANKEL ENGINE）
早在 19 世纪, 就有人设想过, 但泄漏问题是这种发动机发展的致命弱点。它 结构紧凑，运转平稳，是高速车用发动机的发展方向之一。1956 年德国工程师 汪克尔制造出样机。目前日本已用于小轿车上，时速 200 km/h 左右。但光泄漏 损失就要占 30%以上。目前我国苏杭等地已经生产出了样机。与往复式比较应 特别注意的一点是，往复式活塞在上下止点都稍有短暂的停留，与一般认为的 观点相反，运动方向的这些改变并不影响它的效率；也就是说，在这个过程中， 并没有什么固有的损失。旋转式比往复式的优越之处主要是几何形状上的紧凑 性及由此而引起的一些优越之处，并非直接在气体动力学和热力学方面有何优 越之处。 3 摆动活塞式 （ROCKING PISTON ENGINE）
发动机运行原理
发动机运行原理发动机是现代交通工具中非常重要的部件之一，它的运行原理直接影响着车辆的性能和效能。
本文将从发动机的工作循环、燃烧原理以及动力输出等方面，详细介绍发动机的运行原理。
一、工作循环发动机的工作循环通常包括四个阶段：吸气、压缩、燃烧和排气。
在吸气阶段，活塞向下运动，汽缸内的气门打开，进气门打开，燃料和空气混合物通过进气道进入汽缸；在压缩阶段，活塞向上运动，进气门关闭，气缸内的混合物被压缩；在燃烧阶段，活塞到达顶点时，火花塞发出火花引燃混合物，产生爆炸燃烧，释放出能量；在排气阶段，活塞再次向下运动，废气通过排气门排出汽缸。
这个工作循环的连续重复使发动机不断地提供动力。
二、燃烧原理燃烧是发动机运行的关键步骤，它使得燃料释放出的能量转化为机械能。
在燃烧室内，燃料与空气混合后被点燃，产生火焰。
燃料的选择和混合比例的合理性会直接影响燃烧的效果。
常见的燃料有汽油、柴油和天然气等。
而混合比例通常由空燃比来衡量，空燃比是指燃烧室内的空气与燃料的质量比。
过高或过低的空燃比都会导致燃烧效率的下降和污染物的增加。
三、动力输出发动机通过燃烧产生的高温高压气体推动活塞，将燃料的化学能转化为机械能。
活塞的上下运动通过连杆和曲轴转化为旋转运动，驱动车辆前进。
发动机输出的动力主要通过曲轴输出轴传递给传动系统，最终驱动车轮。
传动系统的设计和调整可以使车辆获得不同的驱动方式，如前驱、后驱或四驱。
发动机的动力输出直接影响着车辆的加速性能和牵引力。
发动机的运行原理是一个复杂的系统工程，它受到多种因素的影响。
例如，发动机的排量、缸径、冷却系统、润滑系统等都会对发动机的性能产生影响。
同时，发动机的效率也是衡量其性能的重要指标之一。
提高发动机的效率可以通过优化燃烧过程、改进进气和排气系统以及减小摩擦损失等方式来实现。
总结起来，发动机的运行原理是通过工作循环、燃烧原理和动力输出来实现的。
工作循环由吸气、压缩、燃烧和排气四个阶段组成，燃烧原理是发动机能够将燃料的能量转化为机械能的关键步骤，动力输出通过活塞的上下运动和连杆、曲轴的转化实现。
汽车发动机原理
第一章发动机的性能动力性能指标：功率、转矩、转速。
经济性能指标：燃料与润滑油消耗率。
发动机的性能指标主要有运转性能指标：冷起动性能。
噪声和排气品质。
耐久可靠性指标：大修或更换零件之间的最长运行时间与故障长期工作能力。
第一节发动机理论循环一、三种基本循环1．进行理论循环分析的目的发动机的理论循环是将实际循环进行若干简化，忽略一些次要的影响因素，并对其中变化复杂、难于进行细致分析的物理、化学过程（如可燃混合气的准备与燃烧过程等）进行简化处理，从而得到便于进行定量分析的假想循环或简化循环。
（1）用简单的公式来阐明发动机工作过程各基本热力参数间的关系，以明确提过以理论循环热效率为代表的经济和以循环平均压力为代表的动力性的基本途径。
（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。
2．建立理论循环的简化假设最简单的理论循环是空气标准循环。
（1）假设工质(工质是热机中热能转变的一种媒介物质（如燃气、蒸汽等）依靠它在热机中的状态变化（如膨胀）才能获得功)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）假设工质是闭口系统中作闭循环。
（3）假设工质的压缩及膨胀是绝热熵等过程。
（4）假设燃烧是外界无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。
3．三种基本循环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。
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，由于受热燃烧最高压力的限制，大部分燃料在上止点以后燃烧，燃烧时汽缸压力变化不显著，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、定压加热循环的组合，近似为混合加热循环。
混合加热循环定容加热循环定压加热循环图中，a—c为绝热压缩，a—z为等容或等压加热，z—b为绝热膨胀，b—a为等容加热。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
二 理论循环及其分析比较
压缩比： v1
v2 压力升高比： p3
p2
预膨胀比： v4
v3
热效率：
t
w0 q1
1 q2 q1
1 q2v q1v q1p
定容加热循环热效率的计算
t
1
1
k 1
理论循环热效率：
定容加热循环 ：
（三）高温分解 ；
2CO2 + 热量 = 2CO + O2 2H2O + 热量 = 2H2 + O2
二 传热、流动损失
（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。
（二）流动损失 理论上：闭口系统，没有气体流动损失。
❖ 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。
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
阿特金森循环
米勒循环发动机
1940年，miller重拾这种不对等膨胀/压 缩比发动机，但舍弃了复杂的连杆结构， 而是采用配气时机来制造这种效果。其 解决方式为：在吸气冲程结束时，推迟 气门的关闭，这就将吸入的混合气又 “吐”出去一部分，再关闭气门，开始 压缩冲程。
§1-3 热平衡
总热量：QT = GT hu 分别转化为 ：（ 柴油机）
有效功的热量 QE :
30%-40%
传递给冷却介质的热量Qs
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%
qe qs qr qb ql 1
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。
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。
（二）比热容 ：
理论上：定比热容。
实际上：温度T 比热容C。由于比
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。
实际上：进、排气节流沿程损失，缸内 进气、挤压、燃烧涡流损失。
三 换气损失
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。
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。
§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。
有效指标：以曲轴上得到的净功率为基础， 评价整机性能。
一 指示功和平均指示压力
指示功Wi :一个循环工质对活塞所做的有用
功。
Wi Fi a b
平均指示压力 pi
单位气缸工作容积所做的指示功。
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 有效指标 机械损失 燃烧热化学
§1-1发动机理论循环概述
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。
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。t11k 1
定压加热循环
：
t
1
1
k1
k k(
1 1)
混合加热循环 ：
t
1
1
k 1
(
k 1 1) k ( 1)
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
由热效率表达式，还可以得到如下结论：
103
[g/Kw.h]
GT 为每小时耗油量 [ kg/h ]
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
Q1为得到指示功Wi所消耗的热量（J）
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。
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
内燃机实际工作条件的约束和限制
pi
Wi Vh
pi,柴 686 ~ 981 [kPa]
pi,汽 784 ~ 1180 [kPa]
二 指示功率
单位时间所做的指示功。
Ni
Wi
i
n 2
60
pi Vh i n
30
pi Vh i n 103 (KW)
30
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
五 燃烧损失
后燃损失 不完全燃烧损失
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。
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
对比常规发动机，米勒循环进气门晚闭，吸入气体 部分反流排出，排气门晚开，使做功时间加长
1-2-3-4为传统发动机PV图，6-2-3-5为阿特金森/米勒循环PV图 阴影部分可以理解为阿特金森/米勒额外的活塞行程及其利用的
能量
§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