内燃机原理第一章动力经济性能指标与影响因素
内燃机原理第一章动力经济性能指标与影响因素优选文档专选课件
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第一节 工质对活塞作功及示功图
一、ICE评价指标 （一）动力性指标 ➢定义：ICE对外输出功的能力。
➢表达方式
转速(Revolution or Speed)：n 工程单位：r/min
转矩(Torque)：
T tq 工程单位：N·m
有效功率 (Brake Effective Power )：
3、许维达主编，柴油机动力装置匹配，机械工业出版社， 2000年10月第一版
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五、教学内容总体布局 第一章 动力、经济性能指标与影响因素 第二章 燃料、工质与热化学
推导影响性能 的理论因素
第三章 工作循环与能量利用
三种影响因素
第四章 换气过程与进气充量
第六章 燃烧的基础知识
内燃机原理第一章动力经济性能指标与影响因素
（优选）内燃机原理第一章动 力经济性能指标与影响因素
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一、课中常用缩写词
ICE NA-ICE TC-ICE SI-ICE CI-ICE
DI IDI GDI TDC BDC
Internal Combustion Engine Naturally Aspirated ICE—自然吸气内燃机 Turbocharged ICE—增压内燃机 Spark Ignition ICE—火花点火内燃机 Compression Ignition ICE—压燃式内燃机 Direct Injection—缸内直接喷射 Indirect Injection—间接喷射 Gasoline Direct Injection—汽油缸内直喷
Top Dead Center Bottom Dead Center
第一章 内燃机基本构造和原理
（5）气缸工作容积：活塞从一个止点运动到另一个止点所 扫过的容积。一般用Vh表示： Vh= πD2· S ×10-6/4 （L） 式中：D－气缸直径，单位mm；
S－活塞行程，单位mm；
（6）燃烧室容积：活塞位于上止点时，其顶部与气缸盖之间的 容积。一般用Vc表示。 （7）气缸总容积：活塞位于下止点时，其顶部与气缸盖之间的 容积。一般用Va表示，显而易见，气缸总容积就是气缸工作容积 和燃烧室容积之和，即Va＝Vc＋Vh。
（8）发动机排量：多缸发动机的各气缸工作容积的总和。 一般用VL表示： VL = Vh × i 式中：Vh－气缸工作容积； i － 气缸数目。
（9）压缩比：是气体压缩前的容积与气体压缩后的容积之比值， 即气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比。一般用ε表示。 ε= Va / Vc 式中：Va － 气缸总容积； Vh － 气缸工作容积；Vc － 燃烧室 容积； （10）工作循环：包括进气、压缩、作功和排气过程，即 完成进气、压缩、作功和排气四个过程叫一个工作循环。
二、四冲程柴油机的工作原理
四行程柴油机和四行程汽油机的工作过 程相同，每一个工作循环同样包括进气、 压缩、作功和排气四个行程，由于柴油 机使用的燃料是柴油，粘度大，不易蒸 发，自燃温度低，故可燃混合气的形成、 着火方式、燃烧过程以及气体温度压力 的变化都和汽油机不同。
喷油器
进气门
排气门
纯空气
喷油泵
第一章 内燃机基本构造与原理
发动机：是将其它形式的能量转化为机械能的 机器。 热力发动机：将热能转化为机械能的机器。 热力发动机包括内燃机和外燃机。 内燃机：分为活塞式内燃机和燃气轮机。 活塞式内燃机：分为往复和旋转活塞式内燃 机。
第一节 内燃机的分类
活塞式内燃机的分类 1、按燃料分类：汽油发动机和柴油发动机 2、按冲程分类：四冲程发动机和二冲程发动机 3、按冷却方式分类：水冷发动机和风冷发动机 4、按气缸数目分类：单缸发动机和多缸发动机 5、按进气方式：增压和非增压 6、按点火方式：压燃和点燃 7、按转速：高速和低速 8、按气缸排列方式:立式、卧式、V型、对置式 9、按用途：汽车、拖拉机、船用和工程机械用
内燃机 第1章 性能指标与影响因素
记住： 记住：理论泵气功和实际泵气功可正、 理论泵气功和实际泵气功可正、可负， 可负， 但泵气损失功永远为负！ 泵气损失功永远为负！
增压四冲程发动机作功分析： 增压四冲程发动机作功分析：
第二节
动力、 动力、经济性能指标
发动机性能(Performance)指标
1. 动力性能指标 功率(Power), 转矩(Torque), 转速(Revolution/Speed) 有效平均压力(Brake Mean Effective Pressure, BMEP) 2. 经济性能指标 有效燃料消耗率(Brake Specific Fuel Consumption, BSFC) 机油消耗率(Oil/Lubricant Consumption) 3. 环保性能指标（ 环保性能指标（排放指标） 排放指标） 碳氢(HC), 一氧化碳(CO), 氮氧化物(NOx),二氧化碳(CO2) 颗粒物(Particulate Matter, PM), 干碳烟(Dry Soot, DS) 噪声振动冲击 (Noise Vibration Harshness, NVH) 4. 使用性能指标 可靠性或耐久性(Robust/Reliability, Durability) 检测/维护(Inspection/Maintenance, I/M)
w1
W0
整个循环中工质作出的净功∮dW 为正，用W0表示循环功的绝对值。
w2
W0 = ∫ dW = ∫ pdv = W1 - W2
故在p-V图上： 封闭曲线1-a-2-b-1所包围的 面积表示循环功W0的数值。
示功图:表示缸内压力p随气缸工作容积v或曲轴转角φ变化规
律的图形称为示功图（或展开示功图）。
（二）压缩过程ab”c’c
【学习课件】第1章内燃机的工作指标
第一节 内燃机理论循环 第二节 内燃机的实际循环 第三节 内燃机指示指标 第四节 内燃机有效指标 第五节 内燃机其它性能指标 第六节 机械损失与机械效率 第七节 提高内燃机动力性与经济性的途径 第八节 内燃机热平衡
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第一节 内燃机的理论循环
一、研究理论循环的目的 1. 用简单公式阐明热力学参数间关系，明确提高循环
第二节 内燃机的实际循环
4、压缩终了参数
Pc=Paεn1 Tc=Ta εn1-1
Pc与Tc范围：
Pc （MPa ） Tc （K）
柴油机 3—5 750—1000
柴油机ε大
汽油机 0.8—2 600—750
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第二节 内燃机的实际循环
三、燃烧过程：c—z
1、作用：燃料化学能→工质热能→使压力温度增加，即加入Q1 2、要求：燃烧完全、及时（越靠近上止点，热效率越高）
燃油蒸发吸热
3、参数：
Pa
Ta
汽油机： (0.8—0.9) P0
340—380K
柴油机： (0.85—0.95) P0 300—340K
汽油机阻力增加， Pa 下降；汽油机进排气管同侧布置，进气预热 增加， Ta 增加
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第二节 内燃机的实际循环
二、压缩过程：a—c 1、作用：扩大温差
增加膨胀比 为燃烧创造有利条件: 柴油机压燃， Tc ＞着火温度
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第一节 内燃机的理论循环
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第一节 内燃机的理论循环
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第一节 内燃机的理论循环
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(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。
汽车发动机原理第1章动力经济性指标
第一篇 动力输出与能量利用
主要讲述发动机的动力性和经济性 能源是世界5大问题之一，汽车发动机的最高热效率一般＜40%。 内容组成：
○ 1章 动力经济性指标与影响因素 ○ 2章 燃料与工质 ○ 3章 循环分析与能量利用 ○ 4章 换气过程与循环充量
第一章 动力经济性指标
经济性指标—— 燃油消耗率、 （润滑油消耗率）
（2）如图，记汽缸压力为p、汽缸截面积为F、 活塞位移为x，则：
工质对活塞作功
W=p • F • x
微元功
dw=p • F • dx = p dv
每循环所作功
W指示功，因为它是由“示功器”
测得的示功图计算出的。
4、自然吸气四冲程发动机的示功图分析
01 （1）循环动力功（动力过程功）—压缩冲程和燃烧膨胀冲程所作之功，W1+W3，正功； 泵气过程功—排气冲程和进气冲程所作之功（以p0线为分界），W2+W3，可正、可负；
发动机构造 图
2、活塞作功
添加标题
规定： 工质对活塞作功为正功 活塞对工质作功为负功
添加标题
Pa
添加标题
P
添加标题
Pr
3、示功图定义
定义：发动机汽缸内工质压力p随汽缸容积v（或 曲轴转角φ）的变化曲线称为示功图（如图1-1，是最
常用的研究热-功转换的手段）。
（1）两种示功图：pv图、pφ图（压力图或展开示功图）
车发动机，但汽油机和柴油机在未来几十年内会保持其主导地位 既有普通机械的全部特征，又有复杂的热-功转换过程
二、本课程主要内容 ◎ “构造课”--入门、“原理课”--理论 ◎ 3部分10章：循环分析与能量利用、混合气形成与燃烧、 特性与控制
内燃机工作指标与影响因素
3 iV p H 10 s 0 u k 1 30 RT 0L 0
a
k1n
it m c
发动机扭矩可表示为
P k e 2 T 9550 tq it m c n a
k k 2 9550 1
燃烧效率 的讨论
2.5 影响动力、经济性能指标的环节与因素 iV n p H1 (15个) P 10
能的多少 ；
“质”的环节 ——化学能转换为输出功的效率
平均指示压力为
W p H i 0 u 1 p mi it c H u 0 it c/ V RT L s 0 a 0
L a 0
平均有效压力
p H 0 u 1 p p me mi m it m c RT L 0 a 0
【教育类精品资料】
2.3 影响动力、经济性能指标的环节与因素
1、各种动力性、经济性指标的计算式，是 通过试验测得参数后换算而得 ； 2、转矩、整机耗油率等都是影响性能的各 种参数的综合反映 ； 3、从工作过程所涉及的基本理化概念出发， 归纳出影响各种指标的各因素综合表达式，
决定动力输出的“量”与“质”的两大 环节 “量”的环节 ——单位时间内加入整机的化学
u 0 仅与燃烧有关，通常石油 p0 / RT0 视为常数， 大气压力下， 、 中 H u 、 L 近乎不变，因此平均有效压力可表示为 0
H
L
pm ek
发动机的有效功率为
1
a
itmc
p iV n 3 me s P 10 e 30
iV np H 3 s 0 u 1 10 it m c 30 RT L 0 0 a 0
e
#内燃机原理内燃机的工作指标与性能
3、影响ηi的主要因素
从燃料燃烧可以释放出的热量和能够转换成指示功 的有效程度两方面分析：
（1）燃料热能释放的好坏 （2）热量损失的大小 （3）热能转换的有效程度
3.3内燃机的机械损失及机械效率
一、机械损失功率 二、机械损失功率的测定 三、影响机械损失功率及机械效率的因素
一、机械损失功率Nm
在内燃机工作过程中，不可避免地损失一部分功 或功率，这些功或功率的总和称为机械损失功或机械 损失功率。
返回
可见，指示功率与下列四个因素有关： （1）与一个循环内进入气缸的空气量iVsηvρs成正
比； （2）与燃烧时燃料热能利用的完善程度ηi成正比； （3）与单位时间内工作循环的重复频率成正比； （4）与过量空气系数成反比。
3、提高Ni的有效途径
提高指示功率Ni的有效途径: 提高增压度，增加进缸充量； 提高换气质量，减少废气残存量； 完善油气混合； 保证良好的燃烧过程。
说明：
（1）在有电力测功器的条件下，倒拖法是求Nm最迅 速、最简便的方法。
（2）适用于多缸高速小型内燃机的机械损失功率。
（3）不适用于大功率内燃机和涡轮增压内燃机。
（4）不能精确地测定pm或pi，数值比实际高出很多。
原因：内燃机在着火运转和不着火倒拖情况下，其 Nmf和Np二者存在较大差别。
（二）灭缸法（各缸轮流断油法）
摩擦损失功率－内燃机为克服运动部件之间的摩 擦而消耗的功率，约为指示功率Ni的10～15％。 注意：在机械损失中，摩擦损失所占的比例很大。
（1）活塞、活塞环与气缸套之间的摩擦损失功率， 约占全部摩擦损失功率的55～65％；
（2）主轴承、连杆轴承、凸轮轴轴承等的摩擦损失 功率，约占全部摩擦损失功率的35～45％。
内燃机原理(简)
1、循环特征参数 、 （2） 压力升高比 λ = ）
（1） 压缩比 ）
p p
3 2
v1 ε = v2
ρ =
k
（3）初始膨胀比 ）
v4 v3
2.、热效率 、
η
it
= 1 −
1
ε
k −1
⋅
− 1 ( λ − 1) + k λ ( ρ − 1)
一、指示功和平均指示压力
1、指示功（或循环指示功） 指示功（或循环指示功）
在气缸完成一个循环， 在气缸完成一个循环，工质对活 塞所做的功， 表示。 塞所做的功，用Wi（J）表示。
2、平均指示压力Pmi 、平均指示压力
1）定义：发动机单位气缸工作容积每循环做的指 ）定义： 示功。 示功。 Pmi=Wi/Vh (kPa) 2）作用：评价发动机工作循环的动力性。 ）作用：评价发动机工作循环的动力性。
↓=>发动机功率 发动机功率↓ 但P0↓(To↑)=>ρ0↓=>ma↓=>发动机功率↓。
2、结构因素 、
(1)进气系统 进气系统
一般包括进气门、进气管、空滤器、化油器、 一般包括进气门、进气管、空滤器、化油器、进 气道等部件。要尽量减少各部件的流动阻力， 气道等部件。要尽量减少各部件的流动阻力，以增大 进气终了的压力，提高充量系数。 进气终了的压力，提高充量系数。 试验证明，增大进气终了压力比降低残余废气系 试验证明， 数对充量系数的影响大， 数对充量系数的影响大，所以设计成进气门直径大于 排气门直径，气门顶部的形状呈流线型。 排气门直径，气门顶部的形状呈流线型。
B:每小时的油耗量, kg/h］ 有效功率[kW] B:每小时的油耗量,［kg/h］ Pe:有效功率[kW] 每小时的油耗量
内燃机原理(全)讲解
a
Vc
压缩比ε表示气缸中的气体被压缩后体积缩小 的倍数，它对内燃机的性能有重要影响。
二、总体构造
四冲程汽油机 : 主要由下列机构和系统组成：曲柄连 杆机构、配气机构、供给系、点火系、润 滑系、冷却系和起动装置。
1、曲柄连杆机构 曲柄连杆机构的主要机件是：气缸体、气 缸盖、活塞、连杆、带有飞轮的曲轴和曲轴箱。 曲柄连杆机构是内燃机的基本机构。在燃油燃 烧时，活塞承受气体膨胀的压力，并通过连杆 使曲轴旋转，将活塞的往复直线运动变为曲轴 的旋转运动而输出动力。
2、配气机构 配气机构的功用是使燃油与空气所组成的 可燃混合气可以在一定的时刻被吸进气缸，并 使燃烧后的废气可以在一定的时刻被排出。配 气机构包括进气门、排气门、挺柱、推杆、摇 臂、摇臂轴以及凸轮轴等。二行程内燃机的配 气机构有所不同。 气门的开闭是由凸轮轴上的凸轮控制的， 凸轮轴通常由曲轴通过齿轮来驱动。 根据气门安装位置的不同，配气机构的布 置形式主要有侧置式 ( 顺装气门 ) 和顶置式 ( 倒 装气门)两种。
7、起动装置 起动装置的功用是借助外力(人力或其他动力) 将静止的内燃机转为自行运转。不同的起动方法， 有不同的起动装置。它主要包括起动机、传动机 构和操纵机构等。为便于起动，有的内燃机上还 设有起动辅助装置。 四冲程柴油机的构造除点火系和供给系外， 与汽油机的大体相同。 柴油机是用气缸内空气被压缩后的高温来发 火的(压缩着火)，所以没有点火系。柴油机的燃 油供给部分也和汽油机的不同。在柴油机中是用 输油泵将柴油箱中的柴油吸出，经柴油滤清器滤 清后送到喷油泵，喷油泵再将柴油以很高的压力 压出经高压油管由喷油器喷人气缸。
2、内燃机工作循环示功图：
清华大学发动机原理课件第1章性能指标与影响因素
Automotive Engine Fundamentals
帅石金
清华大学 汽车工程系
Email: sjshuai@ Phone: 010-62772515-13
点燃式和压燃式内燃机 工作过程、燃烧理论、性能分析及参数调控
发动机分类
Department of Automotive Engineering
Crankshaft of a 2-stroke marine diesel engine Sulzer RTA 84
Department of Automotive Engineering
Tsinghua University
Sulzer Super Longstroke - longitudinal coolant flow - turbocharged - s = 2.4 m, d = 0.84 m - V H = 1.33 m³ - P rated = 3820 kW/Cyl. - n rated = 100 rpm (rated speed)
循环功： W =
pdV
自然吸气(Natural Aspirated)发动机作功分析
进气压力pd 大气压力p0 排气压力pe 大气压力p0
Department of Automotive Engineering
Tsinghua University
与泵气有关的功：
理论泵气功
忽略流动阻力, 进、排气冲程压力 所作功之代数和。自然吸气发动 机进、排气压力相同（等于大气 压力），即理论泵气功为零
BDC(下止点) p pz
p pz
TDC(上止点)
示功图
Indicator Diagram
内燃机原理课件
•
pb=0.3~0.5MPa；Tb=1500 ~ 1700K
4. 排气过程
• 作用：排出气缸中燃烧后的废气，以便充入可 燃混合气。
• 实现：排气门开启，进气门保持关闭，活塞由 下止点向上止点移动排出废气。
• 主要参数：pr=0.105~0.12MPa；Tr=900 ~ 1100K • 残余废气占进入气缸的新鲜混合气质量比例
• 3．提高内燃机的可靠性和耐久性。 • 4．降低废气中有害排放和噪声。
(二)内燃机技术的发展动向
• 1．电子技术的应用。 • 2 ．采用增压技术。 • 3．汽油机稀燃—速燃技术。 • 4．汽油机缸内喷射分层燃烧技术。 • 5．柴油机采用直喷式燃烧系统。 • 6 ．提高柴油机燃油喷射压力。 • 7．排气后处理技术。 • 8．采用代用燃料。
燃机
• 5．进气状态：非增压式和增压式。 • 6．气缸布置形式：直列式、V形、卧式、对置式。 • 7．用途：汽车用、工程机械用、农用、拖拉机用、
发电用、机车用、船舶用、坦克用等。
• 8．转速：高速、中速和低速； • 9 ．气缸数：有单缸、双缸、多缸内燃机。
二、内燃机的优缺点
• 优点： • 1．热效率高，即燃油消耗率低，经济性好，
2．压缩过程
• 作用：在燃烧前将混合气压缩，使其容积缩小， 密度增大，温度升高，在燃烧过程迅速燃烧以 产生较大的压力，使发动机发出较大的功率。
• 实现：进、排气门都关闭，曲轴继续旋转，活 塞自下止点向上止点移动，将气缸中的混合气 压缩。
• 主要参数：pc=0.85~2MPa；Tc=600 ~ 700K
• 工作条件：受力复杂， 受气体爆发压力、螺栓 预紧力、往复惯性力、 旋转惯性力、倾倒力矩 作用。
• 要求：强度、刚度大， 结构紧凑。
汽车发动机原理课后简答题答案
第一章1.内燃机动力性能和经济性能指标为什么要分为指示指标和有效指标两大类？表示动力性能的指标有哪些？它们的物理意义是什么？它们之间的关系是什么？表示经济性能的指标有哪些？它们的物理意义是什么？它们之间的关系是什么？答：指示指标是以工质对活塞所做的功为基础的，它不考虑动力输出过程中机械摩擦和附件消耗等外来因的影响，可以直接反映由燃烧到热工转换的工作循环进行的好坏：有效指标是以曲轴对外输出的功率为基础，代表了发动机整机的性能。
表示动力性能的指标：平均指示压力p mi是发动机单位气缸工作容积的指示功平均指示功率P i发动机单位时间所做的指示功，P i=p mi V s in30τ平均有效压力p me发动机单位气缸工作容积输出的有效功有效功率P e发动机指示功率减去机械损失功率对外输出的功率，P e=P i−P m有效扭矩发动机工作时，由功率输出轴输出的扭矩转速n和活塞平均速度C m：提高发动机转速，即增加单位时间内做工的次数，从而使发动机体积小、重量轻和功率增加。
转速增加活塞平均速度也增加，他们之间的关系：C m=Sn30表示经济性能的指标：指示热效率ηi是实际循环指示功与所消耗的燃料热量之比。
指示燃油消耗率b i单位指示功的耗油量，与指示热效率之间的关系：b i=3.6×106ηi×Hμ有效热效率ηe发动机有效功与所消耗燃料热量的比值有效燃油消耗率b e与P e的关系：b e=BP e ×106，与ηe的关系ηe=3.6×106b e×Hμ2.怎样求取发动机的指示功率、有效功率、平均指示压力和平均有效压力？指示功率P i=p mi V s in30τb i=BP i×106 P i=P e+P m有效功率P e=P i−P m P e=T tq n9550P e=p me V s in30τb e=BP e×106平均指示压力p mi=W iV s P i=p mi V s in30τ平均有效压力p me=30P eτV s in p me=0.1047T tqτiV s×30×10−33.机械效率的定义是什么？机械效率是有效功率和指示功率的比值，ηm=P eP i =p mep mi=1−P mP i=1−p mmp mi4.压缩比的定义是什么？压缩比等于气缸总容积与燃烧室容积的比值。
内燃机的工作性能及其主要影响因素
内燃机的工作性能及其主要影响因素作者：何向阳来源：《农机使用与维修》2014年第07期在定性分析内燃机工作性能的各种问题时，传统的内燃机原理仍然是概念明确、方便有力的工具，适合于专业的需要。
所以，本文由此出发，介绍内燃机实际工作性能及其主要影响因素。
一、内燃机动力性与经济性的主要影响因素对内燃机工作性能影响较大的实际因素可以从几个方面来分析：1．如果采用增压技术，在保持内燃机的过量空气系数等几个参数不变的条件下，提高进气管内的空气密度可以使有效功率成比例地增长。
2．换气是否充分，这是每循环发挥工作性能的基础。
换气完善程度由充量系数来衡量，尽量提高充量系数有利于发动机的工作。
对汽油机，充进气缸的燃油量与充量系数成比例，所以换气尽量充分，充量系数值高，有利于提高有效功率；对柴油机，充进气缸的空气量越多，能够完全燃烧的循环供油量也才能越多，循环供油量与充量系数存在着比例关系。
所以要求换气充分，就是要求提高充量系数。
3．对指示效率产生影响的实际因素，包括压缩比的高低，燃烧是否及时完全和热损失的多少等几方面。
4．机械损失应该尽量减少。
机械损失越少，则燃料热量转换为有效机械功越多，冷却系和润滑系传递的热量与消耗功率也可以减少，机件传递的热流和相应的磨损也会减少。
在负荷增大时，某些摩擦副间将出现边界润滑，如燃烧过程中在活塞上止点附近活塞—活塞环—缸筒的配合将呈现边界润滑，甚至出现接触性的干摩擦。
减少摩擦损失应从减小接触面、改善表面性能、改进润滑油性能、保持最佳热状态、改善试运转时的零件磨合等方面入手。
为减少机械损失，还应该考虑进排气系统的结构和尺寸使阻力减小以减少换气损失，在高速车用发动机上，换气损失可能高达机械损失的20%。
采用直喷式燃烧室也可比分开式燃烧室减少气缸内的节流损失。
二、内燃机的可靠性与耐久性内燃机优良的动力性能与经济性能是产生技术经济效果的依据。
随着时间的推移，动力性与经济性将发生变化，内燃机的可靠性与耐久性就是用来衡量内燃机在持续的负荷运转中，工作性能的可靠程度与耐久程度的。
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。
清华大学_汽车发动机原理_第1章_性能指标与影响因素
点燃式和压燃式内燃机工作过程、燃烧理论、性能分析及参数调控Email: sjshuai@Phone: 010-********-14帅石金清华大学汽车工程系汽车发动机原理Automotive Engine FundamentalsTsinghua University第一部分：动力输出与能量利用第1章性能指标与影响因素第2章燃料、工质与热化学第3章工作循环与能量利用第4章换气过程与进气充量第5章运行特性与整车匹配第二部分：燃烧与排放第6章燃烧的基础知识第7章柴油机混合气形成与燃烧第8章汽油机混合气形成与燃烧第9章有害排放物的生成与控制第10章新燃烧方式与替代燃料动力1.动力的获取和输出；能量的消耗和利用2.燃料能量转换的“质”环节；加入整机能量总量的“量”环节Tsinghua University1.工质对活塞所作功及示功图2.发动机的性能指标3.影响动力经济性指标的环节与因素第一部分：动力输出与能量利用第1章性能指标与影响因素第2章燃料、工质与热化学第3章工作循环与能量利用第4章换气过程与进气充量第5章运行特性与整车匹配第二部分：燃烧与排放第6章燃烧的基础知识第7章柴油机混合气形成与燃烧第8章汽油机混合气形成与燃烧第9章有害排放物的生成与控制第10章新燃烧方式与替代燃料动力p-ϕ图示功图（四冲程）p-V 图EIIETDC TDC TDC BDC BDCw/o combustion180360540720︒CA p p zp 0IVCEVO EVCIVOTDC(上止点)BDC(下止点)p p zp 0V sV cVpAd sTDC -Top Dead Center BDC -Bottom Dead Center IVO -Intake Valve Open IVC -Intake Valve Close EVO -Exhaust Valve Open EVC -Exhaust Valve Close示功图Indicator Diagram压力图/展开示功图ϕ要求会识图和画图！正负功确定原则：⏹压力方向与活塞运动方向一致，工质对活塞作正功⏹压力方向与活塞运动方向相反，工质对活塞作负功工质对活塞所作功Compression 压缩过程W < 0 Power 作功过程W > 0Intake 进气过程W > 0Exhaust排气过程W < 0W p d V=循环功：⏹动力过程功：压缩与燃烧膨胀冲程所作功之代数和⏹泵气过程功：进气与排气冲程所作功之代数和(总)指示功＝动力过程功＋理论泵气功(不考虑泵气损失)净指示功＝动力过程功＋泵气过程功(考虑泵气损失)进气压力p d <大气压力p 0排气压力p e >大气压力p 0与泵气有关的功：⏹理论泵气功忽略流动阻力, 进、排气冲程压力所作功之代数和。
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。
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强化系数：在标定工况下，内燃机平均有效压力与 活塞平均速度的乘积。
Kinpmevm
工程单位：MPa ·m/s
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第一节 工质对活塞作功及示功图
（五）紧凑性指标 ➢定义：内燃机单位标定功率的质量或者体积。
➢表达方式
比质量：内燃机干质量与标定功率的比值。
me m/Pen
工程单位：kg/kW
比体积：内燃机外廓体积与标定功率的比值。
Ve V/Pen
工程单位：L/kW
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第一节 工质对活塞作功及示功图
各种用途内燃机比较
n max
r/min
be
g/(kW·h)
PL
me
vm
kW/L kg/kW m/s
摩托车 四冲程 5000～9000 8～11 350～270 30～70 4～1
Pe 工程单位：kW
加权平均功率： P e (wjP e)j
加权平均功率用于工况法测量内燃机的污染物排放中
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第一节 工质对活塞作功及示功图
➢评价指标 最高转速： 最大转矩： 标定功率：
注意：
nmax
Ttq / ntq
Pen / nn
标定功率是内燃机可靠运行的最大功率！
标定转速不一定是内燃机运行的最高转速！
3、许维达主编，柴油机动力装置匹配，机械工业出版社， 2000年10月第一版
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五、教学内容总体布局 第一章 动力、经济性能指标与影响因素 第二章 燃料、工质与热化学
推导影响性能 的理论因素
第三章 工作循环与能量利用
三种影响因素
第四章 换气过程与进气充量
第六章 燃烧的基础知识
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四、教材和参考资料 使用教材： 王建昕、帅金石编著，汽车发动机原理，清华大学出版社，
2011年3月第一版 参考资料： 1、周龙保主编，内燃机学，机械工业出版社， 2011年1月第三版 2、刘巽俊编著，内燃机的排放与控制，机械工业出版社， 2005年2月第一版
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第一节 工质对活塞作功及示功图
一、ICE评价指标 （一）动力性指标 ➢定义：ICE对外输出功的能力。
➢表达方式
转速(Revolution or Speed)：n 工程单位：r/min
转矩(Torque)：
T tq 工程单位：N·m
有效功率 (Brake Effective Power )：
内燃机原理第一章动力经济性 能指标与影响因素
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一、课中常用缩写词
ICE NA-ICE TC-ICE SI-ICE CI-ICE
DI IDI GDI TDC BDC
Internal Combustion Engine Naturally Aspirated ICE—自然吸气内燃机 Turbocharged ICE—增压内燃机 Spark Ignition ICE—火花点火内燃机 Compression Ignition ICE—压燃式内燃机 Direct Injection—缸内直接喷射 Indirect Injection—间接喷射 Gasoline Direct Injection—汽油缸内直喷
七、考核方式
平时成绩：10% 实验成绩：10% 考试成绩：80%
第一章 动力性经济性指标及 影响因素
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本章要求
1、掌握各种概念； 2、掌握ICE的主要评价指标：动力性、经济性和环保指标；
3、掌握NA-ICE和TC-ICE示功图的画法，以及各种功的 表达方法；
4、了解二冲程内燃机的示功图画法； 5、掌握ICE性能指标的测算方法； 6、掌握性能指标的理论推导过程，分析影响性能的主要因素； 7、了解ICE的其它指标。
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第一节 工质对活塞作功及示功图
（二）经济性指标 ➢定义：ICE对燃料和润滑油的消耗程度。
➢表达方式
燃油消耗率：
B 工程单位：kg/h
润滑油消耗率： B o 工程单位：g/h
有效燃油消耗率(Brake Specific Fuel Consumption,
BSFC)：
be
工程单位：g/(kW·h)
Top Dead Center Bottom Dead Center
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构造 原理 二、原理的重要性
What Why 3W Were
1、改装CNG和LPG内燃机为什么动力不佳？
2、载货汽车为什么很少用汽油机？ 3、柴油汽车为什么冒烟？
4、为什么国Ⅳ标准推迟实施 ？ ？？？？？
➢评价指标
最低有效燃油消耗率： be min
注意：最低有效燃油消耗率指外特性曲线上数值！
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第一节 工质对活塞作功及示功图
（三）环境指标 ➢定义：内燃机的污染物排放和噪声。 表达：
四种污染物THC、CO、NOx和PM
(Particulate Matter)的排放；
内燃机的运行噪声。
第七章 柴油机的混合气形成与燃烧过程
第四种影响因素
第八章 汽油机的混合气形成与燃烧过程
第九章 有害污染物的生成与控制
如何控制ICE排放
第十章 新燃烧方法及替代燃料发动机
如何面对能源危机
第五章 运行特性与整车匹配
动力源如何匹配
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六、学时分配
课堂教学：56学时 实 验：4学时
SI 轿车
NA 4500～7500 8～12 350～250 35～65 3～1 TC 5000～7000 7～9 380～280 50～100 3～1
➢评价指标 四种污染物的比排放量 内燃机的最大噪声值
工程单位：g/(kW·h) 工程单位： dB(A)
注意：国家标准有详细的污染物排放和噪声测量方法和限值！
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第一节 工质对活塞作功及示功图
（四）强化指标 ➢定义：内燃机承受机械和热负荷的能力。 ➢表达方式
升功率：在标定工况下，内燃机单位排量发出的功率。
学习内燃机原理的根本目的：
内燃机如何面对能源与环境两大挑战？
HIT 规格严格 功考； 2、做好每章的思考题； 3、锻炼分析问题能力； 4、注意符号应用和单位换算； 5、做一些笔记； 6、特别注意对应用性、前沿性问题的了解；
7、教材和讲课PPT结合学习。