发动机原理第二章1节分解
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发动机原理第二章发动机的换气过程
4.气门叠开 ：进、排气门同时开启
叠开角：进、排气门同 时开启时对应的曲轴转角， 一般为20º ～80º 曲轴转角。 在增压发动机可达80º ~160º 的曲轴转角。因其进气压 力高。 作用：由于进气管、气
上止点
缸、排气管互相连通，
可以利用气流的压差、惯性或 进、排气管压力波的帮助，清 除残余废气，增加进气量，降 低高温零件的温度，但注意不 应产生废气倒流现象。
T——气体的绝对温度； R——气体常数〔N•m/（kg· K）〕
气体的状态 ！ 气流惯性！等 进气门关闭 进气状态下 工质密度 压力
Vr
排气门关闭
' Pr' Tr'
r
'
a
Vs’ Vc Vs
温度
Pa' Ta'
一、冲量系数
c
（冲量效率或容积效率）
为了对发动机的进气状况 ma V1 c= 进行评价，我们引入冲量系数
转速和负荷对进气压力的影响
1）转速:当节气门位置一定时，n增加，Pa’降低。Pa ’ =Ps－△Pa
对于汽油机，对应不同的节气门开度；对柴油机，则对应油量调节齿杆位置。
2）负荷:
汽油机：当节气门关小时，节流损失增加，引起Pa’下降。 且 Pa’ 随转速的增加而下降的愈快，即曲线变化愈陡。
C ka Tss (ξεc pa' - pr' ) 2．进气终了的温度Ta’ εc-1 p Ta' Tr'
pa' - pr' ) ka Ts (ξεc C εc-1 ps Ta' Tr'
Vc+Vs' ξ= Vc+Vs
Vr
第二章发动机工作原理与总体构造讲精品PPT课件
第一篇 汽车发动机
➢ 发动机工作原理与总体构造 ➢ 曲柄连杆机构 ➢ 配气机构机构 ➢ 汽油机供给系 ➢ 柴油机供给系 ➢ 发动机增压系统 ➢ 发动机冷却系 ➢ 发动机润滑系 ➢ 发动机点火系 ➢ 发动机起动系
第二章 发动机工作原理与 总体构造
第一节、发动机基本术语和类型
知识点：
发动机的基本术语 发动机的总体构造 发ห้องสมุดไป่ตู้机的分类
（一）、四行程发动机工作原理
1．四行程发动机工作原理
四行程发动机每个工作循环由进气、压缩、作功 和排气四个活塞行程组成，即在一个活塞行程内 只进行一个过程，因此，活塞行程可分别用四个 过程命名，分别称为进气行程、压缩行程、作功 行程、排气行程。
2．四行程发动机工作循环
第一行程：活塞由上止点移到下止点，即曲轴由 0º转到180º进气门打开，新鲜空气（或混合气） 被吸入气缸。
进气提前角：
进气门打开时刻与活塞位于上止点之间的曲轴转角（为
了获得较多的充气量，活塞到达上止点前就开始开启）
进气晚关角：
活塞到达下止点时刻与进气门关闭时刻之间的曲轴转角。 利用空气流动的惯性及气体的动量，使更多的混合气充入 气缸。
进气终了时刻：
气缸压缩压力p=0.07－0.09MPa<大气压；气缸温度 T=370－400K。
（二）内燃机的分类
根据划分标准的不同，可将内燃机分为好多种类 1．根据所用燃料的不同
柴油机： 以柴油为燃料，进气过程中进入汽缸的是纯空气，压缩终 了时喷入柴油，柴油与空气在汽缸内混合由于空气经压缩后 所达到的温度能引起柴油的自燃，这种内燃机也称为压燃式 内燃机。 汽油机： 以汽油为燃料，空气与汽油在气缸外混合，形成可燃混合 气后进入气缸，经压缩后依靠火花塞产生电火花引起燃烧。 煤气机： 汽油机进行适当的改进。
➢ 发动机工作原理与总体构造 ➢ 曲柄连杆机构 ➢ 配气机构机构 ➢ 汽油机供给系 ➢ 柴油机供给系 ➢ 发动机增压系统 ➢ 发动机冷却系 ➢ 发动机润滑系 ➢ 发动机点火系 ➢ 发动机起动系
第二章 发动机工作原理与 总体构造
第一节、发动机基本术语和类型
知识点：
发动机的基本术语 发动机的总体构造 发ห้องสมุดไป่ตู้机的分类
（一）、四行程发动机工作原理
1．四行程发动机工作原理
四行程发动机每个工作循环由进气、压缩、作功 和排气四个活塞行程组成，即在一个活塞行程内 只进行一个过程，因此，活塞行程可分别用四个 过程命名，分别称为进气行程、压缩行程、作功 行程、排气行程。
2．四行程发动机工作循环
第一行程：活塞由上止点移到下止点，即曲轴由 0º转到180º进气门打开，新鲜空气（或混合气） 被吸入气缸。
进气提前角：
进气门打开时刻与活塞位于上止点之间的曲轴转角（为
了获得较多的充气量，活塞到达上止点前就开始开启）
进气晚关角：
活塞到达下止点时刻与进气门关闭时刻之间的曲轴转角。 利用空气流动的惯性及气体的动量，使更多的混合气充入 气缸。
进气终了时刻：
气缸压缩压力p=0.07－0.09MPa<大气压；气缸温度 T=370－400K。
（二）内燃机的分类
根据划分标准的不同，可将内燃机分为好多种类 1．根据所用燃料的不同
柴油机： 以柴油为燃料，进气过程中进入汽缸的是纯空气，压缩终 了时喷入柴油，柴油与空气在汽缸内混合由于空气经压缩后 所达到的温度能引起柴油的自燃，这种内燃机也称为压燃式 内燃机。 汽油机： 以汽油为燃料，空气与汽油在气缸外混合，形成可燃混合 气后进入气缸，经压缩后依靠火花塞产生电火花引起燃烧。 煤气机： 汽油机进行适当的改进。
发动机工作原理及构造
第四节 发动机的总体构造
三、发动机的基本构造
机体组：包括气缸体、气缸盖及油底壳等。 机体组的作用是作为发动机各机构、各系统的装配基体，且其
本身的许多部分又分别是曲轴连杆机构、配气机构、供给系、冷 却系和润滑系的组成部分 两个机构：曲柄连杆机构、配气机构
利用飞轮贮存和输出能量，完成整个工作循环。 利用燃烧室产生压力推动活塞实现热能及动能的转换。 利用气门与活塞的合理运动的配合，实现工作循环的全过程。
③温室气体： 二氧化碳2等
④起动性能
6 表征发动机在规定的使用条件下，正常持续工作能力的指标。
7、耐久性指标 指发动机主要零件磨损到不能继续正常工作的极限时间。
五、 发动机特性曲线
发动机的主要性能指标随其调整状况及运行工况 (负荷、转速)变化而 变化的关系曲线称为发动机的特性曲线。
1、速度特性曲线 性能指标随发动机曲 轴转速变化的关系称 为发动机的速度特性 曲线。
②有效热效率: 燃料燃烧所产生的热量转化为有效功的百分数称为有 效热效率，记作 ηe。
3、强化指标 强化指标是指发动机承受热负荷和机械负荷能力的评价指标，一般
包括升功率和强化系数等。
4 用来表征发动机总体结构紧凑程度的指标，通常用比容积和比质量衡量。
5、环境性能指标 ①排放：有害气体、、、颗粒物
②噪音
五大系统： 供给系统、点火系统、冷却系统、润滑系统、 起动系统
2. 气缸体的特点 （1）水冷发动机的气缸体 和上曲轴箱常铸成一体； （2）风冷发动机气缸体与 曲轴箱分别铸造; （3）气缸体上部的圆柱形 空腔称为气缸，下半部为 支承曲轴的曲轴箱，其内 腔为曲轴运动的空间； （4）在气缸体内部铸有许 多加强筋、冷却水套和润 滑油道等。
汽车发动机构造与维修课件
顶部：构成燃烧室， 承受气体压力。
头部:安装活塞环，制 作较厚。
裙部：导向，传力。承 受侧压力销座孔 处制有加强筋。
（1）活塞顶部
结构简单、制造容 易、受热面积小、 应力分布较均匀，
多用在汽油上。
凸起呈球状、顶部 强度高，起导向作 用、有利于改善换 气过程。
凹坑的形状、位置必 须有利于可燃混合气 的燃烧；提高压缩比， 防止碰气门。
偏置销座 1、定义：活塞销座朝向承受作功侧压力的一面（图 示左侧）偏移1mm～2mm。 2、作用：减轻活塞换向时对气缸壁的敲击
二 活塞环
是具有弹性的开口环，分为气环和油环。 工作条件： 高温、高压、高速、极难润滑。 平均寿命： 6万公里 材料：合金铸铁或球墨铸铁（有时表面涂有保护层）
（1）气环
作用：保证气缸与活塞间的密封性，防止漏气，并把活 塞顶部吸收的大部分热量传给气缸壁，再由冷却水将其 带走。
e
扭曲环的特点 具有锥形环的特点； 减小了泵油作用； 作功行程环不再扭曲，两个密封面达到完全接触，利于散热。 安装：内上切扭曲环装入第一道环槽，外下切扭曲环装入第二、
三道环槽。 安装：注意断面形状和方向，内切口朝上，外切口朝下，不能
装反。
4） 桶形环：其特点为 a 环的外圆面为凸圆弧形； b 环面与缸壁圆弧接触，避免了棱角负荷；
锥面环
减少了环与气缸壁的接触面，提高了 表面接触压力，有利于磨合和密封。
梯形环 加工困难，精度要求高
示意图
桶面环 外圆为凸圆弧形
（2）油环
种类
普通油环
组合式油环
刮油片
轴向衬环
示
径向衬环
刮油片
意
图
1） 整体式 其外圆上切有环形槽，槽底开有回油用的小孔或窄槽。
头部:安装活塞环，制 作较厚。
裙部：导向，传力。承 受侧压力销座孔 处制有加强筋。
（1）活塞顶部
结构简单、制造容 易、受热面积小、 应力分布较均匀，
多用在汽油上。
凸起呈球状、顶部 强度高，起导向作 用、有利于改善换 气过程。
凹坑的形状、位置必 须有利于可燃混合气 的燃烧；提高压缩比， 防止碰气门。
偏置销座 1、定义：活塞销座朝向承受作功侧压力的一面（图 示左侧）偏移1mm～2mm。 2、作用：减轻活塞换向时对气缸壁的敲击
二 活塞环
是具有弹性的开口环，分为气环和油环。 工作条件： 高温、高压、高速、极难润滑。 平均寿命： 6万公里 材料：合金铸铁或球墨铸铁（有时表面涂有保护层）
（1）气环
作用：保证气缸与活塞间的密封性，防止漏气，并把活 塞顶部吸收的大部分热量传给气缸壁，再由冷却水将其 带走。
e
扭曲环的特点 具有锥形环的特点； 减小了泵油作用； 作功行程环不再扭曲，两个密封面达到完全接触，利于散热。 安装：内上切扭曲环装入第一道环槽，外下切扭曲环装入第二、
三道环槽。 安装：注意断面形状和方向，内切口朝上，外切口朝下，不能
装反。
4） 桶形环：其特点为 a 环的外圆面为凸圆弧形； b 环面与缸壁圆弧接触，避免了棱角负荷；
锥面环
减少了环与气缸壁的接触面，提高了 表面接触压力，有利于磨合和密封。
梯形环 加工困难，精度要求高
示意图
桶面环 外圆为凸圆弧形
（2）油环
种类
普通油环
组合式油环
刮油片
轴向衬环
示
径向衬环
刮油片
意
图
1） 整体式 其外圆上切有环形槽，槽底开有回油用的小孔或窄槽。
发动机工作原理和总体构造
柴油机燃油消耗率较汽油机低30%左右，且柴油价格低，所以燃油经济性好，而且输出扭矩较大，但冷起 动困难、工作粗暴、工作转速较低（一般4000r/min以下）、制造成本高、维修困难，适用于运输型汽车。
（四）飞轮的作用： 四冲程发动机工作循环的四个活塞行程中，只有一个行程是作功的，其余三个行程是依靠飞轮的惯性
（b）表面点火： 在火花塞点火之前，由于燃烧室内灼热表面（如排气门头部、火花塞电极处、积碳处）点燃可燃混合气
而产生的另一种不正常燃烧现象，称为表面点火。 表面点火现象：
表面点火发生时，也伴有强烈的敲缸声（较沉闷），产生的高压会使发动机机件机械负荷增加，寿命降 低。
（c）汽油机压缩比的选择： 应在避免引起爆燃和表面点火的前提下尽可能提高压缩比，以提高发动机功率，改善燃油经济性。
冷却系—水泵9由曲轴14上的皮带轮带动，将来自散 热器冷却后的冷却水泵入气缸7燃烧室周围的冷却水 套，经过气缸盖6中的冷却水套，热水由气缸盖上部 的出水口流往散热器。
（三）发动机基本术语
上止点（T.D.C.）：
活塞顶离曲轴中心最远处。
下止点（B.D.C.）： 活塞行程 S ：
活塞顶离曲轴中心最近处。
（b）压缩行程
（a）爆燃： 由于压缩比过高导致压缩终了时气体压力和温度过高，在火花塞点火之后燃烧室内离点燃中心较远处的
末端可燃混合气自燃而造成的一种不正常燃烧现象，称为爆燃。 爆燃现象：
爆燃时，火焰以极高的速率传播，温度和压力急剧升高，形成压力波，以声速推进，当这种压力波撞击 燃烧室壁时就发出尖锐的敲缸声。同时还会引起发动机过热、功率下降、燃油消耗率增加等一系列不良后果， 严重爆燃时甚至造成排气门烧废、轴瓦破裂、活塞顶熔穿、火花塞绝缘体被击穿等机件损坏现象。
（四）飞轮的作用： 四冲程发动机工作循环的四个活塞行程中，只有一个行程是作功的，其余三个行程是依靠飞轮的惯性
（b）表面点火： 在火花塞点火之前，由于燃烧室内灼热表面（如排气门头部、火花塞电极处、积碳处）点燃可燃混合气
而产生的另一种不正常燃烧现象，称为表面点火。 表面点火现象：
表面点火发生时，也伴有强烈的敲缸声（较沉闷），产生的高压会使发动机机件机械负荷增加，寿命降 低。
（c）汽油机压缩比的选择： 应在避免引起爆燃和表面点火的前提下尽可能提高压缩比，以提高发动机功率，改善燃油经济性。
冷却系—水泵9由曲轴14上的皮带轮带动，将来自散 热器冷却后的冷却水泵入气缸7燃烧室周围的冷却水 套，经过气缸盖6中的冷却水套，热水由气缸盖上部 的出水口流往散热器。
（三）发动机基本术语
上止点（T.D.C.）：
活塞顶离曲轴中心最远处。
下止点（B.D.C.）： 活塞行程 S ：
活塞顶离曲轴中心最近处。
（b）压缩行程
（a）爆燃： 由于压缩比过高导致压缩终了时气体压力和温度过高，在火花塞点火之后燃烧室内离点燃中心较远处的
末端可燃混合气自燃而造成的一种不正常燃烧现象，称为爆燃。 爆燃现象：
爆燃时，火焰以极高的速率传播，温度和压力急剧升高，形成压力波，以声速推进，当这种压力波撞击 燃烧室壁时就发出尖锐的敲缸声。同时还会引起发动机过热、功率下降、燃油消耗率增加等一系列不良后果， 严重爆燃时甚至造成排气门烧废、轴瓦破裂、活塞顶熔穿、火花塞绝缘体被击穿等机件损坏现象。
发动机原理(第二章进气道)shangzai
三、 超音速进气道
斜激波原理
利 利用斜激波，减小气流沿激波法方向的速 度分量，从而降低了激波强度。
三、 超音速进气道
超音速进气道
Ma来流 =2.0
Ma需求=0.55
三、 超音速进气道
超音速进气道的工作原理：
合理的组织激波把超音速气流降低到亚音速； 再通过扩张型管道，使得流速进一步降低
出口总压 p1* * 进口总压 p0
冲压比（掌握）
* * p0 出口总压 p1 k 1 in (1 Ma2 ) k 1 远前方来流静压 p0 p0 2 k
流量系数（了解）
VA0 A0 实际空气流量 通过捕获面积的空气流 量 VA01 A01
一、进气道概述
5、性能参数 (11km)
远前方 进气道出口 性能参数
总压 34521 静压 22632
Ma 0.8
34176 28007
0.54
0.99
in 1.51
0.898
总压 176939 158892 静压 22632 Ma 2.0 144918 0.54
in 7.02
进口面 进口速度 喉道Ma 积m2 m/s 1.944 877.8 1.000 0.8080 589.3 1.000 0.6249 472.2 1.000 0.5352 354.4 1.000
喉道面 积m2 0.4407 0.4780 0.4999 0.5195
喉道速 度m/s 440.7 360.4 331.3 306.0
三、 超音速进气道
2.0 1.0 0.8 1.5 0.6 1.0
q(
0.4 0.2 0.0 0.0
0.5
发动机原理第二章燃烧室
航空发动机燃油喷嘴必须具备使燃油雾化的功能。
工作过程及主要零组件
点火 一般利用外电源，使高压火花塞打火。 一般有两个点火器。
燃烧回流区的形成与作用
三、工作过程及主要零组件
形成： 气流经火焰筒头部的扰流器，形成一股旋转气流，在火焰筒的中心造成低压区，下游一部分气流逆流补充，形成回流。
作用
稳定的点火源
调试需大型气源
装拆维护较困难
环形火焰筒
工作过程及主要零组件 气流扩压减速 压气机出口气流速度 150m/s 30~45m/s 扩压器 扩压损失
喷油雾化
三、工作过程及主要零组件
为使燃油在非常短的时间内与气流充分掺混，达到完全燃烧，靠燃油喷嘴喷入雾状燃油，扩大燃料与周围气体的接触面，加快蒸发、汽化，形成混气，以利于完全燃烧。
对燃油破膜、雾化、掺混
5、对燃烧过程进行组织
在火焰筒内进行燃烧组织
分不同部位、不同量进气
分区：主燃区、补燃区、掺混冷却区
三、工作过程及主要零组件
约15%的气流从火焰筒头部旋转进入，形成回流区，与油碰撞、掺混、燃烧；
约20%的气流从梢后的大孔进入，回流，补充燃烧；
在火焰筒头部中心处形成主燃区，按恰当油气比形成混气，保证燃烧稳定、充分，燃气温度高达2600K。
相似准则
燃烧室熄火特性 余气系数 贫油熄火边界 富油熄火边界 进气流速 总压损失特性
小节
功能及基本性能要求 燃烧室结构形式 主要零组件 工作过程 特性
最恰当油气比：f0 = 1/ l0 0.068
= 1: 最恰当油气比
1: 贫油状态
1: 富油状态
2、基本性能要求
”ห้องสมุดไป่ตู้
压力损失小 摩擦、扩压、掺混、加热热阻 用总压恢复系数描述
汽车发动机原理第二章 发动机的换气过程
３.换气损失和泵气损失
换气损失等于进气损失与排气损失之和，如图2-3、
图2-4中面积(W+Y+X)，而在实际示功图计算中，已 经用丰满系数ϕi修圆理论示功图的棱角，所以ϕi中已包 括部分换气损失(面积W+U)，故泵气损失为换气损失 的一部分，即图2-3、图2-4中面积(Y+X-U)。
第一节结束
一、充量系数
沿ar线进行，进气沿ar线进行，进、排气压力相等，泵气
功为零，增压发动机的理想换气过程如图2-4ａ)所示，由 于进气压力Ps大于排气压力Pr ，所以排气沿a′r′线进行，进 气沿r″a″线进行，面积a″a′r′r″a″表示泵气功，为正功。
１.换气损失
如图2-3ｂ)和图2-4ｂ)所示，排气门提前开启时，排气 压力线从点ｂ′开始偏离膨胀线，面积过小与理想循环相比， 损失的功相当于Ｗ所表示的面积，称为自由排气损失，在 活塞将燃气推出汽缸时，由于沿途有流动阻力，所以汽缸 内的气体压力高于排气管内压力(非增压发动机排气管内压 力假定为大气压力)，损失的功相当于Ｘ所表示的面积(Ｘ
最佳排气提前角也应当越机中，由于进气系统的阻力，进气
过程汽缸内的压力低于大气压力，而活塞背面曲轴箱 内的压力稍大于大气压力，因此，进气过程活塞要消 耗功，如图2-3中面积Ｙ所示，在增压发动机中，进 气压力高于大气压力，故活塞顶面压力高于活塞背面 压力，活塞在进气过程得到正功。
所表示的面积包含了Ｕ所表示的面积)，称为强制排气损失，
自由排气损失与强制排气损失之和即为排气损失。
排气提前角的选择会影响自由排气损失和强制排气
损失的分配，如图2-5所示，排气提前角越大(曲线ｂ)，
排气门开启越早，自由排气损失就越大，但此时缸内压 力在下止点前已降得足够低，所以强制排气损失减少， 反之，排气提前角减小(曲线ｃ)，强制排气损失会增加， 而自由排气损失则会减少。因此，从减少排气损失角度 看，最佳排气提前角应使两者之和为最小(曲线ａ)。
发动机原理第2章
发动机原理第2章第2章尾喷管的作用和结构尾喷管是发动机中一个重要的组成部分，它在发动机工作过程中发挥着很大的作用。
本章将详细介绍尾喷管的基本原理、结构以及其在发动机中的应用。
1.尾喷管的基本原理尾喷管是将燃烧产生的高温高压气体排放到外部环境中的装置。
其基本原理是通过高速喷气将燃气排出，从而产生反作用力推动飞机或船只向前运动。
尾喷管的原理可以归结为两个方面：热力原理和动量原理。
热力原理指的是燃烧产生的热能转化为气体的动能，从而推动飞机或船只前进。
动量原理则是根据牛顿第三定律，喷出的高速气流会产生反作用力，推动发动机及飞机运动。
2.尾喷管的结构尾喷管的结构主要包括燃烧室、喷嘴、扩散段和尾喷管舱等部分。
（1）燃烧室：燃烧室是尾喷管内部进行燃烧反应的区域。
燃烧室通常由燃烧器和燃料喷嘴组成，通过将燃料和空气混合并点燃，产生高温高压燃气。
（2）喷嘴：喷嘴是尾喷管中用于喷出燃气的装置。
喷嘴通常分为固定喷嘴和可变喷嘴两种形式。
固定喷嘴的喷口形状和尺寸是固定的，无法进行调节。
可变喷嘴则可以通过机械或电子控制来调节喷口的形状和尺寸，以适应不同工况下的需求。
（3）扩散段：扩散段是尾喷管内部用于扩大气流断面积的部分。
其作用是将高速燃气喷出后产生的压力和动能转化为速度，从而使尾喷管的排气速度更高。
（4）尾喷管舱：尾喷管舱是尾喷管的一个重要外壳部分，用于保护尾喷管结构，并将尾喷管内部的气流引导到外部环境中。
尾喷管舱的形状和材质各不相同，根据不同的应用和工况进行设计。
3.尾喷管的应用尾喷管在航空发动机和船用发动机中都有广泛的应用。
在航空发动机中，尾喷管是将燃气排放到大气中的主要装置。
它的排气速度、喷嘴形状和尺寸等参数对发动机输出推力、燃料效率和噪声都有着重要的影响。
尾喷管的设计需要充分考虑这些因素的平衡。
在船用发动机中，尾喷管的作用类似于航空发动机。
通过喷出高速气流推动船只前进，从而提高船只的速度和效率。
在一些船只上，尾喷管还可以用作推进和操纵船只的一种手段。
发动机原理第二章 内燃机的循环及性能评价指标
=1
河
b) 混合循环： Q1 、一定
南
理
，，t
工
大
学
二、理论循环的评价
第二章 内燃机循环及性能评价指标
2.平均循环压力pt 单位气缸工作容积所做的循环功 评定循环的做功能力
pt
Wt Vs
tQ1
Vs
混合
ptm
k k 1
pa
k 1
1
k
1t
河 南
等容
ptv
k k 1
pa
k 1
1t
理
柴油机 pr (1.05 ~ 1.2) p0
Tr 700 ~ 900K
排温取决于燃烧温度
河
燃烧过程迟后或后燃（补燃）增加排温升高，
南
理 排温是检查发动机燃烧状况的重要参数
工
大
学
第二章 内燃机循环及性能评价指标
二、实际循环的评价指标 指示指标：以工质对活塞做功为基础，评价实际循
环的做功能力和经济性。
第二章 内燃机循环及性能评价指标
一、卡诺循环与内燃机的动力循环
卡诺循环:绝热压缩、绝热膨胀做功、等温加热、等 温放热
卡诺效率:
tc
W Q1
1
Q2 Q1
1 T2 T1
提高动力循环热效率 的主要途径温差
河 南
卡诺定理：任何实际循环热效率<卡诺效率
理
工 大
意义：指明热力动力机械装置提高热效率的途径
学
第二章 内燃机循环及性能评价指标
一、卡诺循环与内燃机的动力循环
汽油机 — 通过液体燃料（汽油）实现奥托循环 轻便快速内燃机但热效率受限制
柴油机 — 从卡诺循环，以提高热效率增加压缩比提高温 差 热效率至今最高
发动机原理(第二章压气机特性)
* * *
2、压气机特性实验和通用特性 、
实验设备及实验过程（ 实验设备及实验过程（P74） ） 相似理论和相似准则
– 几何相似 – 运动相似
对应点速度方向相同， 对应点速度方向相同，大小成比例
*
通用特性
π k = f1 ( ηk = f 2 (
*
qma T1* p1
*
,
n T1* n T1
*
)
– 动力相似 轴向M 轴向 a相等 切向M 切向 u相等
主要参数 – 增压比： 增压比： – – – – 流量： 流量： 转速： 转速： 多变压缩功： 多变压缩功： 绝热效率： 绝热效率：
* πk =
* p2 * p1
qma (kg / s) n(rpm) Wk = CpT1*[(π k )
γ −1 * γ
* − 1] / ηk
ηk = Wkad / Wk
节
主要参数（增压比、效率、压缩功等） 主要参数（增压比、效率、压缩功等） 压气机通用特性
– 三种线 等相似转速、等效率、稳定工作边界 三种线(等相似转速 等效率、稳定工作边界) 等相似转速、 – 特性线变化原因 – 喘振及主要防喘措施
qma T1* p1
*
,
)
通用特性图
相似流量为横坐标 增压比为纵坐标 相似转速为参变量 三种线
– 等相似转速线 – 等效率线 – 喘振边界线
稳定工作范围
– 边界线右下方
高效率区
– 等效率线中心
如果设计点在P点 如果设计点在 点
–相似流量变化 相似流量变化 工作点 → A 工作点 → B –相似转速变化 相似转速变化 工作点 → C 工作点 → D
通过调节静子叶片角度，使动叶进口气流的绝 通过调节静子叶片角度， 对速度向转动方向偏斜， 对速度向转动方向偏斜，相对速度的方向与设 计状态相接近，进气攻角恢复到“ 计状态相接近，进气攻角恢复到“零”，消除 了叶背分离， 了叶背分离，因此防止了喘振发生
2、压气机特性实验和通用特性 、
实验设备及实验过程（ 实验设备及实验过程（P74） ） 相似理论和相似准则
– 几何相似 – 运动相似
对应点速度方向相同， 对应点速度方向相同，大小成比例
*
通用特性
π k = f1 ( ηk = f 2 (
*
qma T1* p1
*
,
n T1* n T1
*
)
– 动力相似 轴向M 轴向 a相等 切向M 切向 u相等
主要参数 – 增压比： 增压比： – – – – 流量： 流量： 转速： 转速： 多变压缩功： 多变压缩功： 绝热效率： 绝热效率：
* πk =
* p2 * p1
qma (kg / s) n(rpm) Wk = CpT1*[(π k )
γ −1 * γ
* − 1] / ηk
ηk = Wkad / Wk
节
主要参数（增压比、效率、压缩功等） 主要参数（增压比、效率、压缩功等） 压气机通用特性
– 三种线 等相似转速、等效率、稳定工作边界 三种线(等相似转速 等效率、稳定工作边界) 等相似转速、 – 特性线变化原因 – 喘振及主要防喘措施
qma T1* p1
*
,
)
通用特性图
相似流量为横坐标 增压比为纵坐标 相似转速为参变量 三种线
– 等相似转速线 – 等效率线 – 喘振边界线
稳定工作范围
– 边界线右下方
高效率区
– 等效率线中心
如果设计点在P点 如果设计点在 点
–相似流量变化 相似流量变化 工作点 → A 工作点 → B –相似转速变化 相似转速变化 工作点 → C 工作点 → D
通过调节静子叶片角度，使动叶进口气流的绝 通过调节静子叶片角度， 对速度向转动方向偏斜， 对速度向转动方向偏斜，相对速度的方向与设 计状态相接近，进气攻角恢复到“ 计状态相接近，进气攻角恢复到“零”，消除 了叶背分离， 了叶背分离，因此防止了喘振发生
发动机的工作原理.ppt
排气行程
可燃混合气燃烧后产生的废气,必 须从气缸中排出,以便进行下一个进 气行程。当做功行程接近终了时， 排气门开启，此时靠废气的压力进 行自由排气，活塞达到下止点后再 向上止点移动时，继续将废气强制 排出缸外。活塞到上止点附近时， 排气行程结束。在排气行程中气缸 内的压力高于大气压力。排气终了 时废气温度约为627-927℃。
基本术语
上止点：活塞离曲轴回转中心最远处，即活塞在气缸内的最上
位置。
Top dead center 简称TDC
下止点：活塞离曲轴回转中心处，即在气缸最下位置。
bottom dead center 简称BDC
活塞行程：上、下两止点间的距离（mm） ，S=2R
冲程：活塞由一个止点到另一个止点运动一次的过程
点火过迟,燃烧过程推迟,功率和经济性同样下降.
发动机转速上升时须提前点火,转速上升后虽火焰速度加快,而着火延迟期以时间记缩 短教少,以曲轴转角记相应增加,为保持气缸压力在最佳位置,应加大点火提前角.
点火时刻对排放有很大影响,推迟点火可降低NOx和HC的排放量.
排量的计算
Va 气缸工作总容积Va指活塞在下止点时活塞顶上面的空间 容积。 Va= Vc+ Vh
压缩比（ε）：气缸总容积与燃烧室容积的比值。
Va VhVc 1 Vh
Vc Vc
Vc
不同类型发动机压缩比ε比较
TU3JPK
TU5JPK
TU5JP4
EW10 EQ6100 EQD6102
9.3:1
9.6:1
10.5:1
汽油燃烧的过程
在活塞上止点前某一时刻用电火花点火，行程紊流火焰向未燃混合气传播，最后完成 燃烧过程，火焰的传播过程决定燃烧室内已燃气体和未燃气体的热力学状态，从而决 定着发动机的功率、效率和排放。
汽车发动机原理及构造PPT课件
排气行 程
800~1000
105~125 kPa
思考
四冲程汽油机 和柴油机的工 作循环有什么 相同之处呢？
共同点
1. 每个工作循环曲轴转两周，每一行 程曲轴转半周。
2. 只有作功行程产生动力。
思考
2能2够00按~2时80在0火(瞬花时塞最电高极) 间产生电火花的全部设备称为点火系，点火系通常由蓄电池、发电机、分电器、点火线圈和火花塞等组成。
配还气会机 引构起大发多动采机用过顶热置，气功门率式下配降气，机燃构油，消一耗般量由增气加门等组一、系气列门不传良动后组果和。气门驱动组组成。 （38）活压塞缩行比程—S——气—缸上总、容下积止与点燃之烧间室的容距积离之称比为称活为塞压行缩程比（。S=2R）。
同呢？ 3功0用0~是50向0作kP相a对(作运功动终的了零) 件表面输送定量的清洁润滑油，以实现液体摩擦，减小摩擦阻力，减轻机件的磨损。
第一节 概述
（3）活塞行程S——上、下止点之间的距 离称为活塞行程 （S=2R）。
第一节 概述
（4）曲柄半径R——曲轴旋转中心到曲柄 销中心之间的距离称为曲柄半径。通常活 塞行程为曲柄半径的两倍，即s=2R 。
第一节 概述
（5）气缸工作容积Vh——活塞从一个止点 运动到另一个止点所扫过的容积，称为气 缸工作容积。一般用Vh 表示。单位是L
排气行程 900~1200
105~125 kPa
柴油机工作时各行程状态参数
状态 行程
温度(K)
压力
进气行 程
320~350
800~900 kPa
压缩行 程
800~1000
3~5MPa
作功行 程
2200~2800(瞬时最高)
3~5MPa (瞬时最高)
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• 一维定常绝能管流 • 发动机内部工质是可压缩气体 • 可压缩气体高速流动时，存在神奇现象
V ↑
Hale Waihona Puke 低速气体2018年8月7日 23
6、变截面管流
• 超声速气体进入变截面管道
？ V ↓
？ V ↑
2018年8月7日
24
6、变截面管流
• 通过速度变化率与面积变化率的关系理解 dA dv 2 ( M a 1) A v • Ma>1 dv与dA同号（超音速） • dA<0 dv<0 • dA>0 dv>0
2018年8月7日
9
3、音速
dp c RT d
• 音速随当地温度变化而变化，并不是定值 • 示例: • T=15⁰C c=340.3m/s
2018年8月7日
10
4、马赫数
• Ma：气体速度与当地音速之比
v v Ma c RT
2 2 2 a
v v 2 M 2 c RT ( 1) 1 RT 1 2 v 宏观气体动能 2 const cvT 分子无规则运动动能
2
作业
• （1）飞机的Ma增加1倍，其空速是否也增 加一倍？为什么？ • （2）气体在尾喷管中Ma增加1倍，气流速 度是否也增加1倍？为什么？
2018年8月7日星期二
5、滞止参数
• 稳态一维定常流动的能量方程： 1 2 h v const 2 • 定常流动中v等熵地降为0的点，称为驻点 、滞止点。 1 2 * h 0 h v const 2
第二章
发动机部件工作原理
第二章 发动机部件工作原理
• • • • • • 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 气动热力基础 进气道 尾喷管 压气机 涡轮 燃烧室
2018年8月7日
2
第一节 气动热力基础
2018年8月7日
3
第一节 气动热力基础
• • • • • 1、连续方程 2、能量方程 3、音速 4、马赫数 5、滞止参数 • • • • • 6、变截面管流 7、临界参数 8、速度系数 9、密流函数 10、激波
2018年8月7日 11
v2 2
4、马赫数
v T
Ma>0.6
Ma=0.3 Ma=0.6？
c
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12
4、马赫数
v v 2 M 2 c RT ( 1) 1 RT 1
2 a 2 2
v 2
2
v 宏观气体动能 2 const cvT 分子无规则运动动能
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• 5、滞止参数
1 2 T T 1 Ma 2
*
v v Ma c RT
1 2 1 p p 1 Ma 2
*
1 2 1 Ma 2
*
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1 1
22
6、变截面管流
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5、滞止参数
风级 0 1 2 3 4 5 6 名称 无风 软风 轻风 微风 和风 清风 强风 (m/s) 风级 0.0-0.2 7 0.3-1.5 8 1.6-3.3 9 3.4-5.4 10 5.5-7.9 11 8.0-10.7 12 10.8-13.8 名称 劲风 大风 烈风 狂风 暴风 台风 (m/s) 13.9-17.1 17.2-20.7 20.8-24.4 24.5-28.4 28.5-32.6 >32.6
发动机尾喷口速度：100-1200m/s
2018年8月7日 20
小结
• 1、连续方程
• 2、能量方程 • 3、音速
qm 1 A1v1 2 A2v2
1 2 1 2 h v C pT v const 2 2
dp c RT d
2018年8月7日
21
小结
• 4、马赫数
2018年8月7日
4
1、连续方程
qm 1 A1v1 2 A2v2
2018年8月7日星期二
2、能量方程
1 2 2 q (h2 h1 ) (v2 v1 ) g ( z2 z1 ) W 2
1 2 q (h2 h1 ) (v2 v12 ) 2 1 2 1 2 h2 v2 h1 v1 2 2
2018年8月7日
6
2、能量方程
1 2 1 2 h v C pT v const 2 2
• 同时可以看出，气体在变截面流管中的流 动，气流的速度与温度同时变化。 • 气体加速，T降低 宏观动能 ← 内部 储能 • 气体减速，T升高 宏观动能 → 内部 储能
2018年8月7日 7
2、能量方程
*
2018年8月7日
17
5、滞止参数
• 等熵过程
1 2 T T 1 Ma 2
*
p
p
const RT
1 2 1 p p 1 Ma 2
*
1 2 1 Ma 2
*
1 1
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5、滞止参数
• 定比热容的理想气体：
h c pT
• 带入总焓的公式，可得到
2 v * T T const 2c p
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5、滞止参数
R cp 1
c RT
2 v * T T const 2c p
1 2 T T 1 Ma 2
2018年8月7日
18
5、滞止参数
例：环境温度15⁰C、 音速C=340m/s • 行走 1m/s Ma=0.003 T*=15.0005 ⁰C • 自行车 18km/h Ma=0.015 T*=15.0125 ⁰C • 汽车 108km/h Ma=0.088 T*=15.4482 ⁰C • 客机 700km/h Ma=0.57 T*=33.7403 ⁰C • 战斗机 Ma=2 T*=245.319 ⁰C • 流星 10000km/h T*=3830.53 ⁰C
• 示例1
– 以发动机的进气道为例。 – V0=0 T0=288.15K – 进口速度124.3m/s 进口温度280.4K
2018年8月7日
8
2、能量方程
• 示例2
– 以发动机的尾喷管为例。 – 尾喷管进口速度174m/s 进口温度507.6K – 尾喷管出口速度417m/s 出口温度442.6K
V ↑
Hale Waihona Puke 低速气体2018年8月7日 23
6、变截面管流
• 超声速气体进入变截面管道
？ V ↓
？ V ↑
2018年8月7日
24
6、变截面管流
• 通过速度变化率与面积变化率的关系理解 dA dv 2 ( M a 1) A v • Ma>1 dv与dA同号（超音速） • dA<0 dv<0 • dA>0 dv>0
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9
3、音速
dp c RT d
• 音速随当地温度变化而变化，并不是定值 • 示例: • T=15⁰C c=340.3m/s
2018年8月7日
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4、马赫数
• Ma：气体速度与当地音速之比
v v Ma c RT
2 2 2 a
v v 2 M 2 c RT ( 1) 1 RT 1 2 v 宏观气体动能 2 const cvT 分子无规则运动动能
2
作业
• （1）飞机的Ma增加1倍，其空速是否也增 加一倍？为什么？ • （2）气体在尾喷管中Ma增加1倍，气流速 度是否也增加1倍？为什么？
2018年8月7日星期二
5、滞止参数
• 稳态一维定常流动的能量方程： 1 2 h v const 2 • 定常流动中v等熵地降为0的点，称为驻点 、滞止点。 1 2 * h 0 h v const 2
第二章
发动机部件工作原理
第二章 发动机部件工作原理
• • • • • • 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 气动热力基础 进气道 尾喷管 压气机 涡轮 燃烧室
2018年8月7日
2
第一节 气动热力基础
2018年8月7日
3
第一节 气动热力基础
• • • • • 1、连续方程 2、能量方程 3、音速 4、马赫数 5、滞止参数 • • • • • 6、变截面管流 7、临界参数 8、速度系数 9、密流函数 10、激波
2018年8月7日 11
v2 2
4、马赫数
v T
Ma>0.6
Ma=0.3 Ma=0.6？
c
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4、马赫数
v v 2 M 2 c RT ( 1) 1 RT 1
2 a 2 2
v 2
2
v 宏观气体动能 2 const cvT 分子无规则运动动能
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• 5、滞止参数
1 2 T T 1 Ma 2
*
v v Ma c RT
1 2 1 p p 1 Ma 2
*
1 2 1 Ma 2
*
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6、变截面管流
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5、滞止参数
风级 0 1 2 3 4 5 6 名称 无风 软风 轻风 微风 和风 清风 强风 (m/s) 风级 0.0-0.2 7 0.3-1.5 8 1.6-3.3 9 3.4-5.4 10 5.5-7.9 11 8.0-10.7 12 10.8-13.8 名称 劲风 大风 烈风 狂风 暴风 台风 (m/s) 13.9-17.1 17.2-20.7 20.8-24.4 24.5-28.4 28.5-32.6 >32.6
发动机尾喷口速度：100-1200m/s
2018年8月7日 20
小结
• 1、连续方程
• 2、能量方程 • 3、音速
qm 1 A1v1 2 A2v2
1 2 1 2 h v C pT v const 2 2
dp c RT d
2018年8月7日
21
小结
• 4、马赫数
2018年8月7日
4
1、连续方程
qm 1 A1v1 2 A2v2
2018年8月7日星期二
2、能量方程
1 2 2 q (h2 h1 ) (v2 v1 ) g ( z2 z1 ) W 2
1 2 q (h2 h1 ) (v2 v12 ) 2 1 2 1 2 h2 v2 h1 v1 2 2
2018年8月7日
6
2、能量方程
1 2 1 2 h v C pT v const 2 2
• 同时可以看出，气体在变截面流管中的流 动，气流的速度与温度同时变化。 • 气体加速，T降低 宏观动能 ← 内部 储能 • 气体减速，T升高 宏观动能 → 内部 储能
2018年8月7日 7
2、能量方程
*
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5、滞止参数
• 等熵过程
1 2 T T 1 Ma 2
*
p
p
const RT
1 2 1 p p 1 Ma 2
*
1 2 1 Ma 2
*
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5、滞止参数
• 定比热容的理想气体：
h c pT
• 带入总焓的公式，可得到
2 v * T T const 2c p
2018年8月7日
16
5、滞止参数
R cp 1
c RT
2 v * T T const 2c p
1 2 T T 1 Ma 2
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5、滞止参数
例：环境温度15⁰C、 音速C=340m/s • 行走 1m/s Ma=0.003 T*=15.0005 ⁰C • 自行车 18km/h Ma=0.015 T*=15.0125 ⁰C • 汽车 108km/h Ma=0.088 T*=15.4482 ⁰C • 客机 700km/h Ma=0.57 T*=33.7403 ⁰C • 战斗机 Ma=2 T*=245.319 ⁰C • 流星 10000km/h T*=3830.53 ⁰C
• 示例1
– 以发动机的进气道为例。 – V0=0 T0=288.15K – 进口速度124.3m/s 进口温度280.4K
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2、能量方程
• 示例2
– 以发动机的尾喷管为例。 – 尾喷管进口速度174m/s 进口温度507.6K – 尾喷管出口速度417m/s 出口温度442.6K