汽车发动机原理教案

发动机原理教案

课程名称汽车发动机原理

授课对象

主讲教师

教师所在院（部）、系（室）

选用教材《汽车发动机原理》（吴建华主编）

不计吸气和排气过程（工质的总质量保持不变），假设工质是在闭口系统中作封闭循环；

第二节四冲程发动机的实际循环

实际循环与理想循环的主要差别:

1、实际工质的影响 :

a.性质: 理论上: 理想气体。

实际上: 燃烧前: 燃料+空气；

燃烧后: 燃烧产物。

b.比热: 理论上: 定比热

实际上: 温度T↑比热C↑

c.数量：理论上: 不变

实际上: 泄漏减少

2、换气损失 :

定义：由于更换工质而消耗的功。

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。

3、燃烧损失：

a.非瞬时燃烧损失和补燃损失

理论上: 定容加热瞬间完成，膨胀过程无加热。

实际上: 燃烧需要时间，且会拖到膨胀过程。

b.不完全燃烧损失

理论上: 燃料完全燃烧

实际上: 燃料燃烧不完全

c.燃烧放热时间延长

4、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。因此，许多研究者致力于开发绝热发动机。

5、缸内流动损失

理论上: 没有气体流动损失。

实际上: 缸内进气、挤压、燃烧涡流损失。

讲稿内容备注

第三节发动机的指示性能指标

内燃机的指示性能指标是指以工质对活塞做功为计算基础的指标，简称指示指标。指示指

标表征工质在汽缸内部经历的循环的完善程度，以工质在汽缸内对活塞做功为基础，评价由燃

烧到热功转换工作循环进行的质量。是从示功图测量计算得出的。

示功图: 发动机缸内压力p随汽缸容积V（p-V图，可用电子示波器直接从发动机上测出）

或曲轴转角（p-v图，多由气电式测功器或示波器测定）变化的图示。示功图是研究内燃机工

作过程的重要试验数据。

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功Wi。指示功的大小可以由p—V图中

闭合曲线所占有的面积求得。

平均指示压力是指单位气缸容积一个循环所作的指示功(Pa) 。

式中，Wi --- 发动机一个工作循环的指示功，J；

Vs --- 发动机气缸工作容积，m3。

若Vs用L为单位，Wi用kJ为单位，则pmi (MPa)

平均指示压力可以设想为一个恒定的压力作用于活塞顶上，使活塞移动一个行程所作的功，

即循环的指示功Wi 。

二、指示功率：

指示功率Pi ：发动机单位时间内所作的指示功。

若：一台内燃机的缸数i，每缸的工作容积Vs (L) ，平均指示

压力为pmi (MPa ) ，转速n(r/min)，冲程数τ。

三、指示热效率和指示燃油消耗率

指示热效率ηit发动机实际循环指示功与所消耗燃料热量的比值。

对于一台发动机，若测得其指示功率Pi (kW)、每小时燃油消耗量B(kg/h) ，则：

式中，3.6×l03 ------- 1kW·h的热当量，kJ/(kW·h)；

B------ 每小时发动机的耗油量，kg/h；

Hu -----所用燃料的低热值，kJ/kg。

指示燃油消耗率[g／(kW·h)]：指单位指示功的耗油量。通常以单位指示千瓦小时的耗油

量来表示：

讲稿内容备注

第四节发动机的有效性能指标

以曲轴输出功为计算基础的性能指标，称为有效性能指标，简称有效指标。

有效指标被用来直接评定发动机实际工作性能的优劣，在实践中获得广泛的应用。

一、发动机动力性指标

1、有效功和有效功率

有效功：发动机每循环曲轴输出的单缸功量

式中：Wi ----循环净指示功

Wm -----循环实际机械损失功

有效功率P e=P i-P m

式中：Pi-------指示功率

Pm -----实际机械损失功率

机械损失: 发动机内部摩擦损失；

驱动附件损耗；

泵气损失等。

2、有效转矩

发动机工作时由功率输出轴输出的转矩称为有效转矩，可由测功器测得。[N·m]

内燃机的有效功率Pe(kW)可以利用各种型式的测功器和转速计分别测出发动机在某一工况

下曲轴的输出转矩Ttq及在同一工况下的发动机转速，按以下公式求得:

3、平均有效压力：

发动机单位气缸工作容积所输出的有效功。

与平均指示压力相似，平均有效压力是衡量发动机动力性能的一个很重要的参数。

Ttq∝pme pme 反映了发动机单位气缸工作容积输出转矩的大小。

4、转速n和活塞平均速度

式中，S为活塞行程(m)

n为发动机转速(r/min)

二、发动机经济性指标

衡量发动机经济性能的重要指标是有效热效率ηet和有效燃油消耗率be。

有效热效率是实际循环的有效功与为得到此有效功所消耗的热量的比值，即

讲 稿 内 容

备注

有效燃油消耗率[g ／(kW ·h)]是指单位有效功所消耗的燃油量，用be 表示：

310e e

B

b P =

⨯

般内燃机在标定工况下的be 和ηet 值大致在以下范围： be ／[g (kW ·h)-1] ηet 低速柴油机 190～225 0.38～0.45 中速柴油机 195～240 0.36～0.43 高速柴油机 215～285 0.30～0.40 (其中较低的be 值属排气涡轮增压的四冲程、二冲程柴油机) 四冲程汽油机 274～410 0.30～0.20 二冲程汽油机 410～545 0.20～0.15

三、发动机强化指标

升功率：在标定工况下(指标定转速、标定功率)，发动机每升气缸工作容积所发出的有效功率

式中，p me 为标定工况下的平均有效压力，MPa ； n 为标定转速，r ／min 。

第五节 机械损失和机械效率 机械损失:

发动机内部摩擦损失； 驱动附件损耗； 泵气损失等。 一、机械效率

平均机械损失压力p mm

发动机单位气缸工作容积一个循环所损失的功。 机械效率：发动机的有效功率与指示功率之比。 二、机械损失的测定 1、示功图法 2、倒拖法 3、灭缸法

4、油耗线法

在以上所介绍的几种测定机械效率的方法中，倒拖法只能用于配有电力测功器的情况，因而不适用于大功率发动机，而较适用于测定压缩比不高的汽油机的机械损失。对于排气涡轮增压柴油机(pb ＜0.15M Pa ），由于倒拖法和灭缸法破坏了增压系统的正常工作，因而只能用示功图法、油耗线法来测定机械损失。对于排气涡轮中增压、高增压的柴油机(pb ≥0.15MPa)，除示功图外，尚无其他适用的方法可取代。