第一章 内燃机性能指标及实际循环热计算
合集下载
内燃机理论循环和实际循环(精选优秀)PPT
5.涡流和节流损失
6.泄漏损失
§ 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
（2）后燃及不完全燃烧 2 四行程发动机的实际循环
工质加热，排气放热简化为定容放热；
（3）在高温下部分燃烧产物分解而吸热，是循环最高温度 （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.
气体状态： pa ：Δp=p0- pa 克服进气系统阻力
下降。 量Q1及压缩比ε相同时，
3 实际循环与理论循环的比较5.排气过程运件工况：活塞由下止点附近至上止点；
排气门打开，进气门关闭。
作用：排出废气。
气体状态：
pr：排气终了压力； pr - p0 用来克服排气系统的阻力，阻力愈大， pr 愈大，残余在气缸中的废气就愈多。
Tr：排气终了温度； Tr低，说明燃料燃烧后转变为有用功的热量多， 工作过程进行得好。
3.燃烧过程
运动件工况：活塞在上止点附近, 进、排气门关闭。 作用：燃烧的化学能转变为热能。燃烧越完全，
放出的热量越多，放热时越靠近上止点，热 效率越高。 气体状态： pz：最高燃烧压力；Tz：最高燃烧温度
4.做功过程
运动件工况：活塞由上止点至排气门开, 进、排气门 关闭。
作用：补燃(过后燃烧和高温分解)；膨胀作功 气体状态： pb： pb=pz/εn2；Tb： Tb =Tz/εn2-1
第一章内燃机理论循环和实际 循环
6.泄漏损失
§ 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
（2）后燃及不完全燃烧 2 四行程发动机的实际循环
工质加热，排气放热简化为定容放热；
（3）在高温下部分燃烧产物分解而吸热，是循环最高温度 （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.
气体状态： pa ：Δp=p0- pa 克服进气系统阻力
下降。 量Q1及压缩比ε相同时，
3 实际循环与理论循环的比较5.排气过程运件工况：活塞由下止点附近至上止点；
排气门打开，进气门关闭。
作用：排出废气。
气体状态：
pr：排气终了压力； pr - p0 用来克服排气系统的阻力，阻力愈大， pr 愈大，残余在气缸中的废气就愈多。
Tr：排气终了温度； Tr低，说明燃料燃烧后转变为有用功的热量多， 工作过程进行得好。
3.燃烧过程
运动件工况：活塞在上止点附近, 进、排气门关闭。 作用：燃烧的化学能转变为热能。燃烧越完全，
放出的热量越多，放热时越靠近上止点，热 效率越高。 气体状态： pz：最高燃烧压力；Tz：最高燃烧温度
4.做功过程
运动件工况：活塞由上止点至排气门开, 进、排气门 关闭。
作用：补燃(过后燃烧和高温分解)；膨胀作功 气体状态： pb： pb=pz/εn2；Tb： Tb =Tz/εn2-1
第一章内燃机理论循环和实际 循环
汽车发动机原理第一章 内燃机性能指标及实际循环热计算
各缸的指示功率为：
P i1 P e P e (1)
P i2 P e P e (2)
将上列各式相加得到整机指示功率为：
P ＝iP ） i P i1 P i 2 e (P e (1) P e (2)
因此，机械损失功率为
P ） m P i P e (i 1) P e (P e (1) P e (2)
二.指示功率
指示功率Pi：发动机单位时间内所作的指示功。
三.指示热效率和指示燃油消耗率
1. 指示热效率ηi：发动机实际循环指示功与所消耗燃料热量的比值。 ηi = Wi / Q1 2. 指示燃油消耗率gi：单位指示功的耗油量。
第五节 有效指标
一.内燃机动力性指标
1.有效功率Pe：发动机功率输出轴上实际输出的净功率。 Pe = Pi - Pm (kW) 2.有效转矩Me：发动机工作时，由功率输出轴输出的转矩。 3.平均有效压力pe：发动机单位气缸工作容积输出的有效功，反映 了发动机输出转矩Te的大小。 4.转速n和活塞平均速度Cm 四行程内燃机曲轴旋转一圈，则活塞上、下移动两个活塞行 程。所以转速与活塞平均速度的关系为：
3.油耗线法
在负荷特性曲线中找出接近直线的线条，并顺此线条作延 长线，直到与横坐标相交，则交点到坐标原点的长度即该机的 平均机械损失压力。
4.示功图法
2．噪声
汽车是城市中主要的噪声源之一，发动机又是汽车的主要噪 声源。
3．起动性能
我国标准规定，不采用特殊的低温起动措施，汽油机在-10℃ 、柴油机在-5℃以下的气温条件下起动发动机时，15s以内发动机 要能自行运转。
第六节 机械损失
机械损失分配情况
一.机械效率
机械效率是有效功率和指示功率的比值。
第一章 内燃机性能指标及实际循环热
k 1
2 分析 = 1 t = const. t ；当 = 10 左右时， t 不大 且汽油机容易爆燃，因此，汽油机 = 6～10
（三） 定压加热循环 （狄赛尔DIESEL 循环） －船舶用大型低速柴油机的理想循环
1 热效率 因为: 压力升高比
式中:
二、理想循环及其分析比较
（一）
混合加热循环
－车用柴油机的理想循环 1 循环特征参数 v1 （1） 压缩比
v2
（2） 压力升高比
p3 p2
v4 v3
（3） 预胀比
2
热效率
tm
w0 q2v q2 1 1 q1 q1 q1v q1 p
1 忽略进、排气过程 2 压缩、膨胀过程 （复杂的多 变过程） 简化为绝热过程 3 燃烧过程简化为定容加热过 程 （2～3） 和定压加热过程 （3～4） 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
（三）评定循环过程中质和量的指标
1．循环的热效率
w0 q1 q2 q2 t 1 q1 q1 q1
式中： w0——mkg工质的循环净功（J） q1——mkg工质在循环中吸收的热量（J） q2——mkg工质在循环中放出的热量（J） 热效率可环平均压力pt
w0 pt （J/m3）或（N· 2） m Vh
Vh——气缸工作容积（m3） 循环平均压力表示单位气缸工作容积所作 的循环功，用来评定循环的动力性。
第三节 热平衡
定义：按照热能在有效功和各项损失方面的数量
分配来研究燃料中总热量的利用情况，称为内燃 机的热平衡。（通常有实验确定） 总热量: QT = GT hu（kJ/h） 式中： GT——每小时的油耗量(kg/h) hu——燃料低热值（kJ/kg)
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。
发动机期末复习题
4、柴油机间接喷射式燃烧室类型中包括下面列出的 （ ） A、半开式燃烧室 B、开式燃烧室 C、统一室燃烧室
D、预燃室燃烧室
5、传统柴油机的喷油时刻与供油时刻的关系是（ ）
A、同步
B、提前
C、滞后
D、没有联系
6、表示柴油机的供油始点用（ ） A、喷油提前角 B、供油提前角 C、雾化提前角 D、着火提前角
4、四冲程发动机换气过程中存在气门叠开现象的原因是 （ ） A、进气门早开和排气门早开 B、进气门晚关和排气门早开 C、进气门早开和排气门晚关 D、进气门晚关和排气门晚关
5、充气效率用于评价发动机实际换气过程完善程度，它的物理意义是反映 （ ）
A、机械效率
B、流动效率
C、换气效率
D、容积效率
6、为了利用气流的运动惯性，在活塞运动到上止点以后，才关闭气门。从上止点到气门完
四、判断题 1、在进、排气门开、闭的四个定时中，排气提前角对充气效率的影响最大。 2、从排气门打开到气缸压力接近排气管压力的这个时期，称为强制排气阶段。 3、在超临界排气期间，排出的废气量由缸内和排气管内的压力差来决定。 4、排气终了时，排气管内废气压力高，说明残余废气密度大，残余废气系数上升。 5、充气效率总是小于 1 的。 6、发动机进气终了的温度 Ta 低于进气状态温度 Ts 。
D、选用高牌号的汽油
11、电控汽油喷射系统中对理论空燃比进行反馈控制的是 （ ）
A、空气流量传感器
B、压力调节器 C、电源电压
D、氧传感器
12、汽油机的不规则燃烧包括
A、被过热表面点燃 B、因温度过高自燃 C、受火焰传播燃烧
D、由已燃气体点燃
2、汽油机出现表面点火的原因中包括
（）
A、压力过高 B、清除水垢 C、浓度过高 D、积炭过多
第1章内燃机性能指标及实际循环热计算绪论 (2)解读
则ηt提高。
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
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
内燃机性能指标及实际热循环
p z'
Wz c
z
Wk 工质影响 Wb 传热损失
r Wr
b Wz 燃烧损失
b'
W
a
换气损失
v
一、工质的影响
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
三、汽车对发动机的要求 动力性是基本要求 对经济性、可靠性等方面也有着要求
第一章 内燃机性能指标及 实际热循环
发动机——汽车的动力源 品质的评价--------定性、定量----- 指标
指标的建立需要条件和基础，作为能量 转换机构的工作过程需要建立模型。
发动机的实际循环
进气过程0-1 压缩过程1-2 燃烧过程2-3-4
1 1)
循环平均压力
• 循环平均压力 单位气缸容积所做的循环功 ------理论
循环的做功能力。
pt W / Vh (K pa )
Vc
Vh
Va
循环平均压力
1、混合加热循环的循环平均压力
ptm
k
1
pa [(
k 1
1) k(
1)] t
2、定容加热循环的循环平均压力
ptv
k pa ( 1 k 1
活塞式 转子
直立
按发动机气缸布置
卧式 V型 W型
按冷却介质 分冷、水冷
按气缸数 单缸、多缸
绪论
按活塞冲程数 2冲程、4冲程
按点火方式 点燃、压燃
按增压程度 低增压、中增压、高增压 低速 n < 500 r/min
按发动机转数 中速500 r/min < n < 1500 r/min 高速 n > 1500 r/min
01 第一章 发动机热力循环及性能指标
① 热能利用的完善程度；② 能量相互转换的效率；③ 寻求提高 热量利用率的途径。
将内燃机的实际循环进行若干简化，提出一种假想循环，这种假 想循环就称为“理想循环”。
第一章
内燃机的热力循环及性能指标
1. 内燃机的热力循环
1-1 内燃机理想热力循环 在热机中，确定工质所经历的过程称为循环。内燃机的实际 热力循环是由进气、压缩、燃烧、膨胀和排气等多个过程所组成 的，循环中工质存在着质和量的变化，整个过程是不可逆的。 要确切地描述内燃机中实际的热力过程，在目前条件下还非 常困难。为了了解内燃机的
V
膨胀过程的容积变化用后膨胀比
Vb Vz
Vs Vc 表示。 Vc
表示。
Pz Pc
定容加热的压力升高，以压力升高比
表示。
图1（c）为等压循环（也称狄赛尔diesel循环） a—c 为绝热压缩； c—z 为定压加入热量 Q1; z—b 为绝热膨胀； b—a 为等容释放热量Q2。 Vz 定压加热过程的容积变化用初膨胀比 表示,其它同等容 Vc 循环。
图1－6
四冲程内燃机实际循环的p-V示功图
(1) 工质不同（理想循环为双原子气体；实际的为空气和燃烧 产物的混合物）, t
① 工质成分变化 t
柴油机中，燃烧前是新鲜空气与上循环的残留废气的混合 物，燃烧后，工质成分为燃烧产物。 ②工质比热变化 t a. 理想循环工质的比热是不随温度变化的，
1
点还在燃烧。这就是后燃现象。 e点的位置取决于混合气形成 的完善程度，供油规律，过量空气系数的大小及发动机的转速 等因素。一般好的情况下在上止点后40℃A～70℃A，也可能拖 延到排气门打开。后燃是在后膨胀比较小的情况下进行的，所 以损失了z1z1’ez1 , t 。 ③ 不完全燃烧 t 由于混合气形成不良引起不完全燃烧，使燃料热值未充分 利用，使燃烧膨胀线下移 , t 。 （6） 漏气损失 t 理想循环中工质质量不变。 实际循环中，气门，活塞环处有泄露，一般约为总量的 0.2%。 上面已就实际循环与理论循环的差异做了一般性的比较， 下面将继续讨论压缩，膨胀过程，燃烧与换气过程将在后面的 章节详细论述。
第1章内燃机性能指标及实际循环热计算绪论 (2)
性能指标及热计算
3、汽、柴油机负荷变化(不同加热量)时的对比： 柴油机：由于喷雾压燃后边喷油边燃烧,当负荷下降 时，喷油时间缩短，但初期相当于等容燃烧的部 分变化不大。这相当于λ基本不变而 减小， 则ηt提高。
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。
二、 指示功率
指示功率：内燃机单位时间内所做的指示功。Pi 若：一台内燃机的缸数i，缸径为D，行程为S,每缸的 工作容积Vh (L) ，平均指示压力为pmi (MPa ) ，转速 n(r/min)，冲程数。
比容和密度的关系：倒数 2）气体压力 气体在单位面积容器壁上的垂直作用力。 3）温度 T=t+273.15
工程热力学基础
（3）理想气体状态方程 1）理想气体 分子本身不占有体积，分子之间没有吸引力的气体。 理想气体方程： pv=RT或 PV=mRT 2）基本热力过程 ①等容过程
工程热力学基础
②等压过程
发动机理论循环的三种形式：a)混合加热循环（高 速柴油机）b)等容加热循环 （汽油机）c)等压加热 循环(高增压低速柴油机)。
发动机工作循环
（1）评定理论循环的指标 ①循环热效率η t 等于转变循环净功的热量与每次循环加给工质总热 量之比。 η t=W/Q1 1、压缩比 压缩比越大，循环热效率越高。
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
实际工质影响引起的损失：
2、换气损失
换气损失：
3、气缸壁的传热损失
非瞬时燃烧损失和补燃损失 提前排气损失：
4、时间损失
传热、流动损失：
5、燃烧损失
内燃机的性能指标
内燃机的性能指标
1 内燃机的理论循环 2 内燃机的实际循环 3 内燃机的指示性能指标 4 内燃机的有效性能指标
内燃机的理论循环
一、实际循环的简化：
1 忽略进、排气过程；
P
z
2 压缩、膨胀过程简化为可逆绝热
过程；
c
3 燃烧过程简化为定容加热过程
和定压加热过程；排气放热简
化为定容放热过程；
p0 r
4 假定工质为定比热的理想气体；
2H2O=2H2+O2
工质分子变化系数的影响：分子数增多 工质泄漏：数量减少
传热损失
缸内工质通过活塞顶面、气缸盖低面、气缸套壁面不
断向外传热。
压缩过程的传热：开始工质吸热、后期工质向往传热 燃烧与膨胀过程：大部分热量在此阶段传出
燃烧损失
非瞬时燃烧损失：实际燃烧过程要持续一段时间，
Pe 3600 P b h 103
3.6 bh
106
1
u
eeu
eu
Hu ：燃料的低热值（kJ/kg)
7 升功率
定义：发动机单位汽缸排量所发出的有效功率。
Pl
Pe iV
S
pn
me
30
（kw/L
）
意义：标明发动机容积利用的程度， 是发动机强化程度的重要指标。
8 比质量
定义：单位有效功率所占发动机的质量。
坏。
1 循环指示功
定义：一个实际循环工质对活塞所做的有用功。 符号/单位：Wi（kJ）
计算式： W pdV即示功图上个冲程压力线所形
成的封闭曲线所包围的环积分面积。
2 平均指示压力
定义：单位气缸工作容积所做的循环指示功。
1 内燃机的理论循环 2 内燃机的实际循环 3 内燃机的指示性能指标 4 内燃机的有效性能指标
内燃机的理论循环
一、实际循环的简化：
1 忽略进、排气过程；
P
z
2 压缩、膨胀过程简化为可逆绝热
过程；
c
3 燃烧过程简化为定容加热过程
和定压加热过程；排气放热简
化为定容放热过程；
p0 r
4 假定工质为定比热的理想气体；
2H2O=2H2+O2
工质分子变化系数的影响：分子数增多 工质泄漏：数量减少
传热损失
缸内工质通过活塞顶面、气缸盖低面、气缸套壁面不
断向外传热。
压缩过程的传热：开始工质吸热、后期工质向往传热 燃烧与膨胀过程：大部分热量在此阶段传出
燃烧损失
非瞬时燃烧损失：实际燃烧过程要持续一段时间，
Pe 3600 P b h 103
3.6 bh
106
1
u
eeu
eu
Hu ：燃料的低热值（kJ/kg)
7 升功率
定义：发动机单位汽缸排量所发出的有效功率。
Pl
Pe iV
S
pn
me
30
（kw/L
）
意义：标明发动机容积利用的程度， 是发动机强化程度的重要指标。
8 比质量
定义：单位有效功率所占发动机的质量。
坏。
1 循环指示功
定义：一个实际循环工质对活塞所做的有用功。 符号/单位：Wi（kJ）
计算式： W pdV即示功图上个冲程压力线所形
成的封闭曲线所包围的环积分面积。
2 平均指示压力
定义：单位气缸工作容积所做的循环指示功。
内燃机循环及性能评价指标
pmi Wi Vs
Wi p mi Vs p mi
D 2
4
S 103
pmi是衡量实际循环动力性能的一个重要指 标 pmi（MPa） 汽油机 柴油机 0.8-1.5 0.7-1.1
以一个假想的、大 小不变的压力作用 在活塞上，使活塞 移动一个行程，其 所做的功等于循环 功，则此假想的压 力即为平均指示压 力 pmi
e
、 bi 、be的大致范围
bi be [g/(kW· h )] [g/(kW· h)] 205-320 170-205 270-325 190-285
η
t
η
i
η
e
汽油机 0.54-0.58 0.3-0.4 0.25-0.3 柴油机 0.64-0.67 0.4-0.5 0.3-0.45
升功率PL、比质量me和强化系数pmeCm的大致范围 PL me pmeCm m／s ） （kW／L） （kg／kW） （MPa· 汽油机 汽车柴油机 30-70 18-30 1.1-4.0 2.5-9.0 8-17 6-11
第三节 内燃机实际循环及其评价指标
一、实际循环 实际循环通常用气缸内的工质压力p随气 缸工作容积V（或曲轴转角φ ）而变化的 图形表示，即示功图p－V图，p－φ 图称 为展开示功图。p－V图上曲线所包围的 面积（积分）表示工质完成一个实际循 环所做的有用功。 发动机实际循环是由进气、压缩、燃烧、 膨胀和排气五个过程（四个行程）所组 成。
指示功率Pi
发动机单位时间所做的指示功。
p m iVs in n 2 Pi Wi i 60 30
指示热效率η i和指示燃料消耗率bi
指示热效率η i是实际循环指示功与所消耗的 燃料热量之比值 。
Wi p mi Vs p mi
D 2
4
S 103
pmi是衡量实际循环动力性能的一个重要指 标 pmi（MPa） 汽油机 柴油机 0.8-1.5 0.7-1.1
以一个假想的、大 小不变的压力作用 在活塞上，使活塞 移动一个行程，其 所做的功等于循环 功，则此假想的压 力即为平均指示压 力 pmi
e
、 bi 、be的大致范围
bi be [g/(kW· h )] [g/(kW· h)] 205-320 170-205 270-325 190-285
η
t
η
i
η
e
汽油机 0.54-0.58 0.3-0.4 0.25-0.3 柴油机 0.64-0.67 0.4-0.5 0.3-0.45
升功率PL、比质量me和强化系数pmeCm的大致范围 PL me pmeCm m／s ） （kW／L） （kg／kW） （MPa· 汽油机 汽车柴油机 30-70 18-30 1.1-4.0 2.5-9.0 8-17 6-11
第三节 内燃机实际循环及其评价指标
一、实际循环 实际循环通常用气缸内的工质压力p随气 缸工作容积V（或曲轴转角φ ）而变化的 图形表示，即示功图p－V图，p－φ 图称 为展开示功图。p－V图上曲线所包围的 面积（积分）表示工质完成一个实际循 环所做的有用功。 发动机实际循环是由进气、压缩、燃烧、 膨胀和排气五个过程（四个行程）所组 成。
指示功率Pi
发动机单位时间所做的指示功。
p m iVs in n 2 Pi Wi i 60 30
指示热效率η i和指示燃料消耗率bi
指示热效率η i是实际循环指示功与所消耗的 燃料热量之比值 。
第一章 内燃机理论循环和实际循环2
（2）时间损失
实际循环时，燃烧及向工质加热不可能瞬间完成，因此： 存在点火（喷油）提前角，使有用功面积下降；ηt↓ pZ 出现在 TDC 后 10CA，而非等容加热，使有用功面积减小。
（3）换气损失 排气门早开，造成膨胀功损失；泵气损失功W2 （4）不完全燃烧损失（严格来说，该项不是对ηt 的影响） 正常燃烧时，也有ηt≠100% 不正常燃烧、Φa ＜1等，ηt ↓↓ （5）缸内流动损失 流动增强以及提高涡流与湍流程度， ηt ↓ 因为：造成能量损失、散热损失 例如：流动损失，非直喷式柴油机＞直喷式柴油机 总结：由于以上在工质和循环方面的差别，使得 理论循环ηt - 实际循环ηt =10—20% 两者之间的差别指出了改善内燃机ηt的基本原则。
ql qt (qe
qe qs qr qb ql 1
§ 1.6 提高发动机功率的途径
一. 二. 三. 四. 五. 六. 采用增压技术 合理组织工作过程，提高指示热效率 改善换气过程，提高充气效率 提高发动机转速 提高机械效率 采用二冲程
二 发动机的热平衡
• 总热量: QT = B hu • 分别转化为 Qe 3.6 103 N e • 有效功的热量 • QE [ kJ/h ] （ 1 kw/h = kJ ） • 只有这部分热量做了功，是有用的，所以希望越大越好。 • 一般柴油机: 30～40% ； 汽油机: 20～30%。 • 传递给冷却介质的热量 QS
三.影响机械损失的因素
1. 转速 n 2. 负荷 3. 润滑油粘度、冷却水温度 选用润滑油的原则：在可靠润滑的条件下，尽 量选用粘度较小的润滑油，以减小摩擦损失， 改善起动性能。 4.点火提前角或供油提前角 5.发动机工作温度 6.发动机技术状况
第一章 内燃机的性能指标.ppt
2 循环热效率
定义：
t
W Q
Q 1 2
Q
1
1
混合加热计算式： ：
tm
1
1
k1 (
k 1 1) k(
1)
定容加热计算式：
1 1
tv
k1
定压加热计算式：
tp
1
1 k k1 k(
1 1)
3 循环平均压力
定义： W (J ) pt V (l) kPa
含义：
W p V p D2 S
ts
t4
混合加热计算式： ：
ptm
K pa 1 (K 1)
1
k(
1)t
定容加热计算式：
ptv
K pa 1 (K 1)
1t
定压加热计算式：
ptp
K
pa
1 (K 1)
k(
1)
t
4 理论循环热效率的影响因素
因素 混合加热循环
ε
t
K
t
t
t
定容加热循环 定压加热循环
t
第一章 内燃机的性能指标
第一节 内燃机的理论循环 第二节 内燃机的实际循环 第三节 内燃机的指示性能指标 第四节 内燃机的有效性能指标 第五节 机械损失与机械效率 第六节 内燃机的热平衡
第一节 内燃机的理论循环
一、实际循环的简化：
1 忽略进、排气过程；
P
z
2 压缩、膨胀过程简化为可逆绝热
过程；
c
3 燃烧过程简化为定容加热过程
t
t
t
t
C
t
C
t C
t
三、三种基本理论循环的比较
1 初态a相同，压缩比相同，加热量Q1相同:
第一章 内燃机性能指标 讲义
研究理论循环的目的
1)用简单的公式来阐明内燃机工作过程中各基本 热力参数间的关系，以明确提高以理论循环热 效率为代表的经济性和以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，以判断实际内燃 机经济性和工作过程进行的完善程度以及改进 潜力。 3)有利于分析比较内燃机不同热力循环方式的经 济性和动力性。
一、三种基本循环 理解！！ • 简化原则为(五个假定条件) : ①封闭循环→不考虑更换工质的各项损失； ②压缩和膨涨过程绝热等熵→不考虑传热损失； ③理想工质(空气比热为常数)→不考虑工质成分、 数量变化的影响。 ④以热源向工质加热，冷原从工质吸热代替燃烧和 排气→不考虑燃烧和时间损失（及时性） ； ⑤循环各过程均为可逆过程（可逆）。 • 根据以上假定，按照加热方式的不同，内燃机可以 抽象出以下三种(定容、定压、混合)基本循环。
④.预膨胀比ρ： a、在定压加热循环中当ε 一定时，Q1↑→ρ↑→ηt↓ 因为后加入热量膨胀不充 分，排给冷源热量Q2↑。
b、在定压加热循环中当 （ε、Q1）一定时， ρ↑→ηt↓。
3、动力性—循环平均压力pt：单位汽缸工作容积所做的循 环功。 Wt pt • 根据热力学公式 (J/m3) [MPa] ： Vs
汽油机的压缩温度，压力低于柴油机， 这是为什么呢？
何谓发动机的压缩比？简要说明汽油 和柴油机如何选择压缩机。 • 发动机的压缩比是气缸的总容积与气缸压缩容积之比， 即： va — —气缸总容积 va vc — —气缸压缩容积 vc • 在汽油机中，为了提高热效率，希望增加压缩比，但 受到爆震燃烧的限制，一般为7～10。 • 在柴油机中，为保证喷入气缸的燃料能及时自燃以及 冷起动时可靠着火，必须使压缩终了有足够的温度， 需要较高的压缩比，一般为14～22。
- 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)。
1. 掌握内燃机三种理想循环，理解内燃机实际循环 与热损失，了解内燃机热平衡；
2. 掌握内燃机指示指标与有效指标，理解机械损失 及其测试方法；
3. 熟悉内燃机燃烧热化学及基本理论，了解内燃机 实际循环的热近似计算，了解时间循环数值计算 的基本微分方程。
第一节 内燃机理论循环概述
一、理想循环
1.混合加热循环 高速柴油机:混合加热循环 燃烧过程基本上由定容燃 烧和定压燃烧
2．定容加热循环
汽油机中ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ合 气燃烧迅速，近似 为定容加热循环。
3．定压加热循环
高增压和低速大 型柴油机工作循环近 似为定压加热循环。
二、评定指标
1．循环热效率
混合加热循环
t
1
1
K 1
K 1
1 K
1
2．循环平均压力 混合加热循环
ptm
K 1
pa
K 1
1
K
1t
第二节 内燃机实际循环与热损失
3.平均有效压力pe：发动机单位气缸工作容积输出的有效功，反映 了发动机输出转矩Te的大小。
4.转速n和活塞平均速度Cm 四行程内燃机曲轴旋转一圈，则活塞上、下移动两个活塞行
程。所以转速与活塞平均速度的关系为：
cm
sn 30
(m /
s)
二.内燃机经济性指标
1.有效热效率ηe：实际循环的有效功与为得到有效功所消耗热量的 比值。
2.灭缸法
首先将内燃机调整到给定工况稳定工作，测定其有效功 率，然后停止向一个气缸（例如第一缸）供油，并调整测功 器的阻力矩，使内燃机恢复到原来的转速，再测定内燃机的 有效功率，由于有一个气缸不工作，第二次测得的有效功率 比第一次测得的小，两者之差即为停油气缸的指示功率，然 后恢复第一缸的工作，同法，依次使各缸熄火，即可测得对 应的有效功率、……。
三.指示热效率和指示燃油消耗率
1. 指示热效率ηi：发动机实际循环指示功与所消耗燃料热量的比值。 ηi = Wi / Q1
2. 指示燃油消耗率gi：单位指示功的耗油量。
第五节 有效指标
一.内燃机动力性指标
1.有效功率Pe：发动机功率输出轴上实际输出的净功率。 Pe = Pi - Pm (kW)
2.有效转矩Me：发动机工作时，由功率输出轴输出的转矩。
一.指示功和平均指示压力
1. 指示功Wi：气缸内完成一个工作循环所作的有用功。可由p-v图 中闭合曲线包围的面积求得。
Wi = Fi ab / 106 (J) 2. 平均指示压力pi：单位气缸容积一个工作循环所作的指示功。
pi = Wi / Vh (MPa)
二.指示功率
指示功率Pi：发动机单位时间内所作的指示功。
各缸的指示功率为：
Pi1 Pe Pe(1) Pi2 Pe Pe(2)
将上列各式相加得到整机指示功率为：
Pi Pi1 Pi2 ＝iPe (Pe(1) Pe(2) ）
因此，机械损失功率为
Pm Pi Pe (i 1)Pe (Pe(1) Pe(2) ）
3.油耗线法
在负荷特性曲线中找出接近直线的线条，并顺此线条作延 长线，直到与横坐标相交，则交点到坐标原点的长度即该机的 平均机械损失压力。
第三节 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
二.发动机热平衡
第四节 指示指标
示功图： 气缸内工质的压力p随气缸工作容积v或曲 轴转角θ变化的图形称为示功图。
2. 有效燃油消耗率ge：单位有效功率的耗油量。
三.内燃机强化程度
1.升功率：发动机每升工作容积所发出的有效功率称为升功率。
L
peVhin
30Vhi
pen
30
(kw /
L)
2.比质量：发动机的质量G与所发出的标定功率之比。
3.强化系数：平均有效压力ｐｅ与活塞平均速度Ｃｍ的乘积称为强 化系数。
四.内燃机其他性能评定
第一章内燃机性能指标及实际循环热计算
第一节 内燃机理论循环概述 第二节 内燃机实际循环与热损失 第三节 热平衡 第四节 指示指标 第五节 有效指标 第六节 机械损失 第七节 燃烧热化学 第八节 燃烧基本理论 第九节 实际循环的近似计算———热计算 第十节 实际循环数值计算的基本微分方程式
本章要求：
发动机实际循环与 理论循环的比较
1.工质的影响：实际循环中，燃烧前后工质成分、数量改变； 2.换气损失：实际循环中，存在进、排气过程中的流动阻力损失
和有用功损失；
3.传热损失：工质与周围环境的热量交换； 4.燃烧损失： （1）燃料燃烧速度的有限性
a.压缩负功的增加 ; b.最高压力的下降; c.初始膨胀比减小。 （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.时间损失 6.其他损失
1．排气品质
汽车的排放标准对氮氧化物(ＮＯｘ)、碳氢化合物(ＨＣ) 及一 氧化碳(ＣＯ)３ 种危害最大的气体的排放量都做出限额规定。 排气颗粒是指排放物中除水以外的各种液态和固态微粒。
2．噪声
汽车是城市中主要的噪声源之一，发动机又是汽车的主要噪 声源。
3．起动性能
我国标准规定，不采用特殊的低温起动措施，汽油机在-10℃ 、柴油机在-5℃以下的气温条件下起动发动机时，15s以内发动机 要能自行运转。
第六节 机械损失
机械损失分配情况
一.机械效率
机械效率是有效功率和指示功率的比值。
机械效率的大致范围是：
汽油机
0.7~0.9
柴油机
0.7~0.85
二.机械损失的测定
1.倒拖法
① 让内燃机在给定的工况下稳定运转， ② 当冷却水和机油温度到达正常值时，立即切断供油 （柴
油机）或停止点火（汽油机），同时将电力测功器转换 为电动机，以给定转速倒拖内燃机， ③ 此过程中尽可能维持冷却水和机油温度不变， ④ 这时电力测功器所测得的倒拖功率即为内燃机在该工况 下的机械损失功率。
4.示功图法
录取被测内燃机一个汽缸的示功图，然后算出ｐｉ 值， 同时从测功器上记录该工况的读数值并由此算出ｐｅ 值， 二者之差值即为该工况下内燃机的平均机械损失压力ｐｍ。
三.影响机械效率的因素
1.转速n(或活塞平均速度Cm)
ｎ或Ｃｍ 增大，各摩擦副之间的相对速度增加，摩擦损失 增大，同时曲柄连杆机构的惯性力增大，活塞的侧压力和轴承 负荷增大，摩擦损失也增大。ｎ增大，泵气损失、驱动附件消 耗的功随之增加，所以机械效率下降。
2. 掌握内燃机指示指标与有效指标，理解机械损失 及其测试方法；
3. 熟悉内燃机燃烧热化学及基本理论，了解内燃机 实际循环的热近似计算，了解时间循环数值计算 的基本微分方程。
第一节 内燃机理论循环概述
一、理想循环
1.混合加热循环 高速柴油机:混合加热循环 燃烧过程基本上由定容燃 烧和定压燃烧
2．定容加热循环
汽油机中ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ合 气燃烧迅速，近似 为定容加热循环。
3．定压加热循环
高增压和低速大 型柴油机工作循环近 似为定压加热循环。
二、评定指标
1．循环热效率
混合加热循环
t
1
1
K 1
K 1
1 K
1
2．循环平均压力 混合加热循环
ptm
K 1
pa
K 1
1
K
1t
第二节 内燃机实际循环与热损失
3.平均有效压力pe：发动机单位气缸工作容积输出的有效功，反映 了发动机输出转矩Te的大小。
4.转速n和活塞平均速度Cm 四行程内燃机曲轴旋转一圈，则活塞上、下移动两个活塞行
程。所以转速与活塞平均速度的关系为：
cm
sn 30
(m /
s)
二.内燃机经济性指标
1.有效热效率ηe：实际循环的有效功与为得到有效功所消耗热量的 比值。
2.灭缸法
首先将内燃机调整到给定工况稳定工作，测定其有效功 率，然后停止向一个气缸（例如第一缸）供油，并调整测功 器的阻力矩，使内燃机恢复到原来的转速，再测定内燃机的 有效功率，由于有一个气缸不工作，第二次测得的有效功率 比第一次测得的小，两者之差即为停油气缸的指示功率，然 后恢复第一缸的工作，同法，依次使各缸熄火，即可测得对 应的有效功率、……。
三.指示热效率和指示燃油消耗率
1. 指示热效率ηi：发动机实际循环指示功与所消耗燃料热量的比值。 ηi = Wi / Q1
2. 指示燃油消耗率gi：单位指示功的耗油量。
第五节 有效指标
一.内燃机动力性指标
1.有效功率Pe：发动机功率输出轴上实际输出的净功率。 Pe = Pi - Pm (kW)
2.有效转矩Me：发动机工作时，由功率输出轴输出的转矩。
一.指示功和平均指示压力
1. 指示功Wi：气缸内完成一个工作循环所作的有用功。可由p-v图 中闭合曲线包围的面积求得。
Wi = Fi ab / 106 (J) 2. 平均指示压力pi：单位气缸容积一个工作循环所作的指示功。
pi = Wi / Vh (MPa)
二.指示功率
指示功率Pi：发动机单位时间内所作的指示功。
各缸的指示功率为：
Pi1 Pe Pe(1) Pi2 Pe Pe(2)
将上列各式相加得到整机指示功率为：
Pi Pi1 Pi2 ＝iPe (Pe(1) Pe(2) ）
因此，机械损失功率为
Pm Pi Pe (i 1)Pe (Pe(1) Pe(2) ）
3.油耗线法
在负荷特性曲线中找出接近直线的线条，并顺此线条作延 长线，直到与横坐标相交，则交点到坐标原点的长度即该机的 平均机械损失压力。
第三节 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
二.发动机热平衡
第四节 指示指标
示功图： 气缸内工质的压力p随气缸工作容积v或曲 轴转角θ变化的图形称为示功图。
2. 有效燃油消耗率ge：单位有效功率的耗油量。
三.内燃机强化程度
1.升功率：发动机每升工作容积所发出的有效功率称为升功率。
L
peVhin
30Vhi
pen
30
(kw /
L)
2.比质量：发动机的质量G与所发出的标定功率之比。
3.强化系数：平均有效压力ｐｅ与活塞平均速度Ｃｍ的乘积称为强 化系数。
四.内燃机其他性能评定
第一章内燃机性能指标及实际循环热计算
第一节 内燃机理论循环概述 第二节 内燃机实际循环与热损失 第三节 热平衡 第四节 指示指标 第五节 有效指标 第六节 机械损失 第七节 燃烧热化学 第八节 燃烧基本理论 第九节 实际循环的近似计算———热计算 第十节 实际循环数值计算的基本微分方程式
本章要求：
发动机实际循环与 理论循环的比较
1.工质的影响：实际循环中，燃烧前后工质成分、数量改变； 2.换气损失：实际循环中，存在进、排气过程中的流动阻力损失
和有用功损失；
3.传热损失：工质与周围环境的热量交换； 4.燃烧损失： （1）燃料燃烧速度的有限性
a.压缩负功的增加 ; b.最高压力的下降; c.初始膨胀比减小。 （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.时间损失 6.其他损失
1．排气品质
汽车的排放标准对氮氧化物(ＮＯｘ)、碳氢化合物(ＨＣ) 及一 氧化碳(ＣＯ)３ 种危害最大的气体的排放量都做出限额规定。 排气颗粒是指排放物中除水以外的各种液态和固态微粒。
2．噪声
汽车是城市中主要的噪声源之一，发动机又是汽车的主要噪 声源。
3．起动性能
我国标准规定，不采用特殊的低温起动措施，汽油机在-10℃ 、柴油机在-5℃以下的气温条件下起动发动机时，15s以内发动机 要能自行运转。
第六节 机械损失
机械损失分配情况
一.机械效率
机械效率是有效功率和指示功率的比值。
机械效率的大致范围是：
汽油机
0.7~0.9
柴油机
0.7~0.85
二.机械损失的测定
1.倒拖法
① 让内燃机在给定的工况下稳定运转， ② 当冷却水和机油温度到达正常值时，立即切断供油 （柴
油机）或停止点火（汽油机），同时将电力测功器转换 为电动机，以给定转速倒拖内燃机， ③ 此过程中尽可能维持冷却水和机油温度不变， ④ 这时电力测功器所测得的倒拖功率即为内燃机在该工况 下的机械损失功率。
4.示功图法
录取被测内燃机一个汽缸的示功图，然后算出ｐｉ 值， 同时从测功器上记录该工况的读数值并由此算出ｐｅ 值， 二者之差值即为该工况下内燃机的平均机械损失压力ｐｍ。
三.影响机械效率的因素
1.转速n(或活塞平均速度Cm)
ｎ或Ｃｍ 增大，各摩擦副之间的相对速度增加，摩擦损失 增大，同时曲柄连杆机构的惯性力增大，活塞的侧压力和轴承 负荷增大，摩擦损失也增大。ｎ增大，泵气损失、驱动附件消 耗的功随之增加，所以机械效率下降。