第一章 发动机工作循环及性能(自)

（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。
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。
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。
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
§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
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
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 ：
❖ 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。
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
t
1
1
k 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：
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。
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
§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wenku.baidu.com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。