第一章发动机的性能
第一章 涡轮发动机分类及其性能指标
二. 双轴涡轮喷气发动机(two-spool turbojet)
与单轴涡喷发动机相比，其进气道、燃烧室和尾喷管是一样的，产生反作用 力的原理也完全相同。所不同的是：压气机分成低压压气机和高压压气机，涡轮 也分为高压涡轮和低压涡轮。高压压气机和高压涡轮由一根轴联接形成高压转子， 低压压气机机和低压涡轮由一根轴联接形成低压转子。 人们习惯将燃气轮机的高压转子部分称为核心机，核心机可作为燃气发生器。 在双轴燃气轮机中的核心机(高压转子)并不是它的燃气发生器，双轴燃气轮机 的燃气发生器部分还应该包括低压压气机和低压涡轮。因此，核心机与燃气发生 器是二个不同的概念。
单轴涡轮喷气发动机
压气机、燃烧室和涡轮的组合称为燃气发生器, 其作用是产生高温高压的燃气。 发动机工作时，外界空气流入进气道，在较大的飞行速度下气流经过进气道时速 度减小而压力提高；气流流过压气机时进一步增压，特别是在低速飞行时，压气机是 增压气流的主要部件；燃烧室利用燃油燃烧时放出的热量对气流加热；从燃烧室流出 的高温高压气流推动涡轮旋转，涡轮与压气机之间有轴联接，涡轮发出的功率提供给 压气机；涡轮出口的气流仍具有较高的压力和温度，流经尾喷管时压力减低而速度增 高。
吸气式发动机用途
亚燃冲压发动机及其组合动力主要用于：超音速导弹、无人 机的动力装置。 超燃冲压发动机及其组合动力主要用于：高超音速巡航导 弹; 高超音速飞机; 跨大气层飞行的空天飞机的动力装置， 目前尚处于研究阶段。 脉冲式发动机及其组合动力：主要用于导弹、无人机的动力 装置，目前尚处于研究阶段。
涡轮喷气发动机与活塞式发动机的比较
相同之处 （1） 均以空气和燃气作为工作介质。 （2）它们都是先把空气吸进发动机，经过压缩 增加空气的压力，经过燃烧增加气体的温度， 然后使燃气膨胀作功。燃气在膨胀过程中所作 的功要比空气在压缩过程中所消耗的功大得多。 这是因为燃气是在高温下膨胀的，于是就有一 部分富余的膨胀功可以被利用。 不同之处 （1）进入活塞式发动机的空气不是连续的；而 进入燃气轮机的空气是连续的。 （2） 活塞式发动机中喷油燃烧是在一个密闭 的固定空间里，称为等容燃烧，而燃气轮机则 在前后畅通的流动过程中喷油燃烧，若不计流 动损失，则燃烧前后压力不变，故称为等压燃 烧。
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)
发动机原理复习题参考答案
第一章发动机的性能三、名词解释1. 平均有效压力：单位气缸工作容积所做的循环有效功称为平均有效压力。
2. 升功率：在标定工况下，每升发动机工作容积发出的有效功率称为升功率。
3. 活塞平均运动速度：发动机在标定转速下工作时，活塞往复运动速度的平均值称为活塞平均运动速度。
4. 机械效率：指示功减去机械损失功后，转为有效输出功的百分比称为机械效率。
5. 有效燃油消耗率：发动机每发出h kW ⋅1的有效功所消耗的燃油量。
6. 燃烧效率：燃料化学能通过燃烧转为热能的百分比称为燃烧效率。
7. 平均指示压力：单位气缸工作容积所做的循环指示功称为平均指示压力。
8.工质定压比热容：单位质量工质在定压过程中温度升高１℃所需的热量称为工质的定压比热容。
四、简答9.简述工质改变对发动机实际循环的影响。
答案要点：1)工质比热容变化的影响：比热容Cp 、Cv 加大，k 值减小，也就是相同加热量下，温升值会相对降低，使得热效率也相对下降。
2)高温热分解：这一效应使燃烧放热的总时间拉长，实质上是降低了循环的等容度而使热效率ηt 有所下降。
3)工质分子变化系数的影响：一般情况下μ＞1时，分子数增多，输出功率和热效率会上升，反之μ＜l 时，会下降。
4)可燃混合气过量空气系数的影响：当过量空气系数φa <1时，部分燃料没有足够空气，或排出缸外，或生成CO ，都会使ηt 下降。
而φa >1时，ηt 值将随φa 上升而有增大。
10. S/D （行程/缸径）这一参数对内燃机的转速、结构、气缸散热量以及与整车配套的主要影响有哪些？ 答案要点：活塞平均运动速度30sn m =ν若S ／D 小于1，称为短行程发动机，旋转半径减小，曲柄连杆机构的旋转运动质量的惯性力减小；在保证活塞平均运动速度m ν不变的情况下，发动机转速n 增加，有利于与汽车底盘传动系统的匹配，发动机高度较小，有利于在汽车发动机仓的布置；S ／D 值较小，相对散热面积较大，散热损失增加，燃烧室扁平，不利于合理组织燃烧等。
汽车发动机原理练习题
《汽车发动机原理练习题》第一章发动机性能一、概念解释：1、发动机的理论循环：是将非常复杂的实际工作过程加以抽象简化，忽略次要因素后建立的循环模式。
2、循环热效率：是工质所做循环功与循环加热量之比，用以评定循环经济性。
（P2）3、有效指标：以曲轴输出功为计算基准的指标。
有效指标被用来直接评定发动机实际工作性能的优劣。
（P15）4、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。
（P17）5、平均有效压力：是发动机单位气缸工作容积输出的有效功。
（P16）6、有效燃油消耗率：是指每小时单位有效功率所消耗的燃料。
（P17）二、填空：1、发动机的性能指标主要有动力性能指标、经济性能指标和运转性能指标。
（P1）2、三种发动机的理论循环，即等容加热循环、等压加热循环和混合加热循环。
（P1）3、发动机实际循环是由进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个过程组成的，较之理论循环复杂得多。
（P6）4、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；以曲轴输出功为计算基准的指标称为有效性能指标；（P12）、（P15）5、机械损失的测定方法有多种，常用的方法有示功图法、倒拖法、灭缸法、油耗线法等。
（P19）三、判断题：1、随着发动机压缩比的增大，循环热效率提高，循环平均压力增大。
（√）2、压缩过程的作用是增大作功过程温差，获得最大限度的膨胀比,提高热功转换率,同时也为燃烧过程创造有利条件。
在柴油机中，压缩后气体的高温还是保证燃料着火的必要条件。
（√）（P7）3、衡量发动机经济性能的重要指标是有效热效率和有效燃油消耗率，它们两者之间成正比关系。
（×）（P17）———反比。
4、发动机的排气温度高，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。
（×）（P10）————改为“发动机的排气温度低，……”5、人们在研究发动机循环时，通常将实际循环简化为理论循环。
两种循环最大的区别为：实际循环向冷源放热，理论循环绝热。
(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。
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
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
第一章 发动机的性能(二)
1
第一章
发动机的性能
第三节 发动机的指示性能指标 指示指标:以工质对活塞所作之功为计算 指示指标 以工质对活塞所作之功为计算 基准的指标。 基准的指标。 作用:直接反映由燃烧到热功转换的工作 作用 直接反映由燃烧到热功转换的工作 循环进行的好坏。 循环进行的好坏。
2
从示功图可观察到发动机工作循环的不同阶段（压缩、 示功图可观察到发动机工作循环的不同阶段（压缩、 可观察到发动机工作循环的不同阶段 燃烧、膨胀）以及进气、排气行程中的压力变化。 燃烧、膨胀）以及进气、排气行程中的压力变化。
6
2、平均指示压力Pmi 、平均指示压力
是指单位气缸容积一个循环所作的指示功。 是指单位气缸容积一个循环所作的指示功。
式中，Pmi是平均指示压力（Pa）； i为发动 ）；W 式中， 是平均指示压力（ ）； 机一个工作循环的指示功（ ）； 为发动机气缸 ）；V 机一个工作循环的指示功（J）； s为发动机气缸 工作容积（ ）。 也经常用L为单位 为单位， 工作容积（m³）。 Vs也经常用 为单位，Wi用kJ 为单位， 单位为MPa。 为单位，则Pmi单位为 。
13
3、指示燃油消耗率bi 、 是指单位指示功的耗油量。 是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［ ／（ ／（kw·h）］ 通常以单位指示千瓦小时的耗油量［g／（ ）］ 来表示。 来表示。
4、表示实际循环的经济性能指标ηit 与bi之间关系 、表示实际循环的经济性能指标η
14
第四节 发动机的有效性能指标
PL是从发动机有效功率的角度对其气缸工作容积 的利用率作总的评价。 的利用率作总的评价。 pme↑、 n ↑ → PL ↑ →强化↑、轻巧↑ 、紧凑↑ 。 强化↑ 轻巧↑ 紧凑↑ PL是评定一台发动机整机动力性能和强化程度的 重要指标之一。 重要指标之一。
第一章 发动机的工作循环和性能指标
②驱动附属机构的损失
③泵气损失
2、有效扭矩 内燃机工作时，由功率输出轴输出的扭矩，称为有效扭矩。
Pe M e
2 nM e M en 3 Pe 0.1047 M e n 10 (kw) 60 1000 9550
3、平均有效压力 发动机在单位气缸工作容积中所做的有效功，称为平均 We 有效压力。
四、指示热效率
指示热效率ηi ：实际循环指示功与所消耗的燃料热量之比值。
Wi i Q1
通常： 柴油机i
汽油机i
五、指示燃油消耗率
指示燃油消耗率 gi：单位指示功的耗油量。
gi GT 103 ( g / kw.h) Pi
Q1
gi h 1000
(kJ )
W1 i Q1
有效指标
3. 平均有效压力
4. 转速和活塞平均速度 二、经济性指标
1. 有效热效率
2. 有效燃料消耗率（简称耗油率) 三、发动机强化指标
1.升功率和比重量
2.强化系数
一、动力性指标 1、有效功率
内燃机的指示功率不能完全对外输出，它须扣除一部分 功率损失后才能变为曲轴的有效功输出。
P e P i P m (kw)
pme Vh ,We pmeVh
Wein pmeVhin pmeVhin n 2 Pe We i ( w) 103 (kw) 60 30 30 30
pmeVh in 103 (kw) 对四行程发动机:Pe 120
p V in 由 Pe me h 103 (kw) 30
燃料的化学能 热能
柴油机因为压缩比高，燃烧最高爆发压力很高，但因相对于燃 油的空气量大，所以最高燃烧温度反而比汽油机低。
发动机的主要性能指标和特性
Aspiration Twin Turbocharged Twin Turbocharged
Valvetrain DOHC 4valves per cylinder DOHC 4valves per cylinder
Power 600 PS (440 kW; 590 hp)@7000 rpm 499.84 PS (367.63 kW; 493.00 hp)
பைடு நூலகம்
B 3 be 10 (g / kW h) Pe
B—发动机在单位时间内的耗油量 Pe—发动机的有效功率 四行程汽油机一般为270～325 g/(kW· h) 四行程柴油机一般为190～238 g/(kW· h)
Ford Focus 1.0 EcoBoost Turbo Displacement: 999cc Number of cylinders: Three Power Output: 123bhp Bore x stroke: 71.9mm x 82mm Compression ratio: 10:1
国权威汽车评鉴杂志《沃德汽车世界》（Ward’s AutoWorld）
1. 动力性指标
有效功率：发动机在单位时间对外输出的有效功 称为有效功率，符号：Pe ,单位：kW
Te n 2 n 3 Pe Te 10 (kW ) 60 9550
有效功率Pe ：发动机通过飞轮(曲轴)对外输出的功率。 单位为kW。 有效转矩Te ：发动机通过飞轮(曲轴)对外输出的转矩。单 位为 N· m。 发动机转速：发动机曲轴每分钟的回转数称为发动机转速, 表示符号：n, 单位：r/min 标定转速：发动机产品标牌上的有效功率及其相应的转速 分别称为标定功率和标定转速
Torque 600 N· m (443 ft· lbf) -
第一章 第三节 发动机主要性能指标及编号规则
14
本 节 小 结
1
发动机主要指标
动力性指标
经济学指标 运转性指标
2
发动机特性
发动机速度特性 发动机负荷特性
3
发动机编号规则
15
造厂选用适当符号表示。 例：6E430SDzZCz
12
例如： 12V135ZG表示12缸，v型，四冲 程，缸径135，水冷，增压，工 程机械用
1E65F表示单缸，两冲程，缸径 65mm，风冷，通用型
13
发动机型号编制举例 (1)EQ 6100—1型汽油机：表示二汽生产、六缸、四冲程、 缸径100mm、水冷、通用型、第一种变型产品。 (2)6120 Q柴油机：表示6缸、四冲程、缸径120mm、水冷、 车用。 (3)12V135Z柴油机：表示12缸、V形、四冲程、缸径135mm、 水冷、增压。
耐久性指标
主要零件磨损到不能继续正 常工作的极限时间
工艺性指标
制造和维修的方便程度
2
一、发动机主要性能指标
(1)、动力性指标：
指发动机有效转矩和有效功率两者之间关系。 1有效转矩Me: 通过输出轴对外输出的扭矩。 2有效功率Pe 通过输出轴对外输出的功率，其大小为：
Ttq n 2n 3 Pe Ttq 10 60 9550
第三节 发动机主要性能指标 特性及编号规则
1
2 3
发动机主要指标
发动机特性 发动机编号规则
1
本 节 展 开
发动机的主要性能指标
动力性指标
表征发动机作功能力大小
经济性指标
发动机热效率和燃油消耗率
环境性能指标
指发动机排放品质和噪声 水平
可靠性指标
规定条件下，正常持续工作 能力
第1章内燃机性能指标及实际循环热计算绪论 (2)解读
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
发动机原理复习提纲!!!!!概要
第一章发动机的性能一.主要内容1.理论循环的定义，理论循环的评定参数。
2.发动机实际循环的定义。
3.示功图的概念。
4.指示指标与有效指标。
5.机械效率的定义，机械损失的测定，影响发动机机械损失的因素。
6.热平衡的基本概念。
二.重点1.对发动机理论循环与实际循环的分析2.发动机的指示指标与有效指标3.发动机的机械损失组成、影响因素三.难点1.理论循环的比较2.循环热效率及其影响因素3.有效指标的分析与提高发动机动力性和经济性的4.汽车发动机机械效率的测定方法5.热平衡（实际循环热平衡、发动机热平衡）1.理论循环的定义，理论循环的评定参数。
答：理论循环定义：发动机的理论循环是将非常复杂的实际工作过程加以抽象简化，忽略一些因素，所得出的简化循环。
理论循环评定参数：循环热效率ηt:指热力循环所获得的理论功W t与为获得理论功所加入的总的热量Q1之比,即ηt=W t/Q1=1-Q2/Q1循环热效率是用来评价动力机械设备在能量转换过程中所遵循的理论循环的经济性。
循环平均压力P t：指单位气缸工作容积所做的循环功，即P t=W t/V s=ηt·Q1/ V s循环平均压力是用来评价循环的做功能力。
1.发动机实际循环的定义。
答：发动机实际循环的定义：发动机的实际循环是由进气行程、压缩行程、做功行程以及排气行程4个行程5个过程组成的工作循环。
发动机的热平衡:是指发动机实际工作过程中所加入气缸内的燃料完成燃烧时所能放出的热量的具体分配情况。
发动机理论循环的定义发动机的机械损失组成、影响因素————刘忠俊答：发动机的机械损失组成包括：①发动机内部相对运动件的摩擦损失；②驱动附件的损失；③换气过程中的泵气损失。
影响因素：⑴气缸内最高燃烧压力（凡是导致最高燃烧压力上升的因素都将加大摩擦损失，导致机械损失加大）；⑵转速——转速N上升，机械损失功率增加，机械效率下降；⑶负荷——随负荷减少，机械效率ηm下降，直到空转时，有效功率Pe=0；⑷润滑条件和冷却水温度；⑸发动机技术状况。
第一章 发动机热力循环及性能指标
（3）假设工质的压缩与膨胀过程均为绝热过程，不考虑缸壁 的传热、漏气等热损失和补燃损失。
（4）假设工质的燃烧过程为对工质进行的定容或定压加热过 程，排出的废气带走热量用定容放热过程代替。
ηtm
1
1 ε K 1
λρK 1 ( λ 1) Kλ( ρ - 1)
式中
ρ
λ
ε 发动机的压缩比 ε Va /Vc (Vh Vc )/Vc
预膨胀比 后膨胀比 压力升高比
K 绝热指数
ρ Vz /Vz' ε/δ
δ Vb /Vz
λ pz /pc
P3 (P3 V 3 T3)
Q1P 4
(P4 V 4 T4)
(λ 1)
ηtp
1
1 ε K1
ρK 1 K (ρ 1)
2、循环平均压力 pt
单位气缸工作容积所做的循环功，用以评定发动机
的循环做功能力。
W pt Vh
1）混合加热循环的平均压力为
ptm
εK ε 1
pa λ 1
K 1
Kλρ 1ηt
式中 pa 进气终了压力（KPa）
2）定容加热循环（ ρ 1 ），循环平均压力
（5）假设循环过程为可逆过程，不考虑实际循环中存在的摩
2．发动机理论循环的评定指标
发动机的性能主要决定于两方面： （1）由燃烧一定量的燃料能够得到尽可能多的功； （2）由一定的气缸工作容积能够得到尽可能多的功。 发动机的理论循环是用循环热效率和循环平均压力来衡量和评定的。理论循环 热力分析的重点是研究循环热效率。
2.1 循环热效率：工质所做循环净功与循环加热量之比，说明每循环工质对热量的利用
第一章汽车发动机性能的评价
(4)进气晚关角β 进气门晚于活塞到达下止点而关闭的角度称为进
气晚关角。
(5)气门重叠角α+δ 排气门晚关和进气门早开必然形成气门开启重
叠，其重叠开启的角度称为气门重叠角。
二、充气效率及其对发动机性能的影响
1.充气效率
2.影响充气效率的因素
(1)进气终了压力pa′ pa′对ην有重要影响，pa′越高，ην值越大。
PPT文档演模板
•图1-4 发动机机械效率随负荷变化的 关系曲线
第一章汽车发动机性能的评价
•第一节 发动机动力能和经济性能的评价指标
•(3)润滑油品质 在机械损失中，摩擦损失占了很大的百分比，因此 改善相对运动面上的润滑条件可以显著提高ηm。
•表1-7 常用发动机润滑油的粘度等级及使用环境温度范围
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第一章汽车发动机性能的评价
•第二节 发动机的换气过程
•1)增大进气门直径，即增大进气门处的有效流通截面面积，选择合 适的排气门直径。 2)为了进一步增大进气门流通截面，提高充气量，现代发动机采用 了3～5个(每缸个进气门，1～2个排气门)的多气门结构。
•表1-8 几种典型的多气门与2气门轿车发动机动力性能比较
1_第一章汽车发动机性 能的评价
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2023/5/7
第一章汽车发动机性能的评价
•第一章 汽车发动机性能的评价
１)动力性能指标：有效功率、有效转矩、发动机转速、活塞平均 速度等。 ２)经济性能指标：有效热效率、有效燃油消耗率等。 ３)强化指标：升功率、强化系数等。 ４)有害物质排放指标：CO、HC、NOx和微粒等。 ５)其他运行性能指标：噪声和冷起动等。 ６)使用性能指标：可靠性、耐久性、维修方便性。 第一节 发动机动力性能和经济性能的评价指标 第二节 发动机的换气过程 第三节 燃料的特性及其对发动机的影响 第四节 柴油机混合气的形成与燃烧
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。
典型发动机原理 简答题及参考答案
典型发动机原理简答题及参考答案第一章发动机的性能1、简述工质改变对发动机实际循环的影响。
答：①工质比热容变化的影响：比热容Cp、Cv加大，k值减小，也就是相同加热量下，温升值会相对降低，使得热效率也相对下降。
②高温热分解：这一效应使燃烧放热的总时间拉长，实质上是降低了循环的等容度而使热效率ηt有所下降。
③工质分子变化系数的影响：一般情况下μ＞1时，分子数增多，输出功率和热效率会上升，反之μ＜l时，会下降。
④可燃混合气过量空气系数的影响：当过量空气系数φa1时，ηt值将随φa上升而有增大。
2、S/D〔行程/缸径〕这一参数对内燃机的转速、结构、气缸散热量以及与整车配套的主要影响有哪些？答：活塞平均运动速度?m?sn30，假设S／D小于1，称为短行程发动机，旋转半径减小，曲柄连杆机构的旋转运动质量的惯性力减小；在保证活塞平均运动速度?m不变的情况下，发动机转速n增加，有利于与汽车底盘传动系统的匹配，发动机高度较小，有利于在汽车发动机仓的布置； S／D值较小，相对散热面积较大，散热损失增加，燃烧室扁平，不利于合理组织燃烧等。
反之假设S／D值较大，当保持?m不变时，发动机转速n将降低。
S／D较大，发动机高度将增加，相对散热面积减少，散热损失减少等。
3、内燃机的机械损失包括哪几局部？常用哪几种方法测量内燃机的机械损失？答：机械损失由活塞与活塞环的摩擦损失、轴承与气门机构的摩擦损失、驱动附属机构的功率消耗、流体节流和摩擦损失、驱动扫气泵及增压器的损失等组成。
测定方法有：①示功图法、②倒拖法、③灭缸法、④油耗线法等。
4、简述单缸柴油机机械损失测定方法优缺点。
答：测量单缸柴油机机械损失的方法有：示功图法，油耗线法，倒拖法等。
用示功图法测量机械损失一般在发动机转速不是很高，或是上止点位置得到精确校正时才能取得较满意的结果。
在条件较好的实验室里，这种方法可以提供最可信的测定结果。
油耗线法仅适用干柴油机。
此法简单方便，甚至还可以用于实际使用中的柴油机上。
汽车发动机原理
第一章发动机的性能动力性能指标：功率、转矩、转速。
经济性能指标：燃料与润滑油消耗率。
发动机的性能指标主要有运转性能指标：冷起动性能。
噪声和排气品质。
耐久可靠性指标：大修或更换零件之间的最长运行时间与故障长期工作能力。
第一节发动机理论循环一、三种基本循环1．进行理论循环分析的目的发动机的理论循环是将实际循环进行若干简化，忽略一些次要的影响因素，并对其中变化复杂、难于进行细致分析的物理、化学过程（如可燃混合气的准备与燃烧过程等）进行简化处理，从而得到便于进行定量分析的假想循环或简化循环。
（1）用简单的公式来阐明发动机工作过程各基本热力参数间的关系，以明确提过以理论循环热效率为代表的经济和以循环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，以判断实际发动机工作过程的经济性和循环进行的完善程度以及改进潜力。
（3）有利于分析比较发动机各种热力循环方式的经济性和动力性。
2．建立理论循环的简化假设最简单的理论循环是空气标准循环。
（1）假设工质(工质是热机中热能转变的一种媒介物质（如燃气、蒸汽等）依靠它在热机中的状态变化（如膨胀）才能获得功)是理想气体，其物理常数与标准状态下的空气物理常数相同。
（2）假设工质是闭口系统中作闭循环。
（3）假设工质的压缩及膨胀是绝热熵等过程。
（4）假设燃烧是外界无数个高温热源定容或定压向工质加热。
工质放热为定容放热。
3．三种基本循环发动机有三种基本空气标准循环，即定容加热循环、定压加热循环和混合加热循环。
汽油机混合气燃烧迅速，近似为定容加热循环；高增压和低速大型柴油机，由于受热燃烧最高压力的限制，大部分燃料在上止点以后燃烧，燃烧时汽缸压力变化不显著，所以近似为定压加热循环；高速柴油机介于两者之间，其燃烧过程视为定容、定压加热循环的组合，近似为混合加热循环。
混合加热循环定容加热循环定压加热循环图中，a—c为绝热压缩，a—z为等容或等压加热，z—b为绝热膨胀，b—a为等容加热。
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Pa —压缩始点的压力(kPa)
第一章发动机的性能
定容加热循环平均压力
ptvk1kpa1(1)t
定压加热循环平均压力
ptpk1kpa1k(1)t
第一章发动机的性能
（1）进气终了压力 pa 提高， pt增加；
t 提高， pt 增加; 凡是使 t 提高的因素，也都会增加 pt。 （2） （其他参数不变）
不影响 t 。
混合加热循环， 时，t 也
t 1k 11(1) k k1 (1)
第一章发动机的性能
（3） （其他参数不变） 定容加热循环， = 1 ，无影响。
对定压加热循环和混合加热循环
时，t
第一章发动机的性能
4、循环平均压力
定义：
pt
W Vs
根据热力学理论，得到混合加热循环平均压力为：
ptm k1kp a1[(1 )k(1 )]t
燃烧过程为定压加热过 程；
第一章发动机的性能
1.1.3 基本发动机理论循环分析
1、循环特征参数
压缩比 压力升高比 预膨胀比 后膨胀比
Va Vc
pz pc
VZ VZ/
Vb V Z 第一章发动机的性能
2、热效率
t
W Q1
1Q2 Q1
（1）对混合加热循环
t
1
Q2 Q1' Q1''
第一章发动机的性能
第一章发动机的性能
四冲程非增压发发动机实际循环与理论循环的比较
发动机实际循环与理论循环相比较，可 以发现，两者存在很大的差异。由于发动机 理论循环是在理想条件下得到的，因此，这 种差异表明了实际循环的缺陷，可以说明燃 料燃烧热量的损失，指示发动机工作过程改 进的方向。
利用循环特性参数，得
t 1k 11(1) k k1 (1)
第一章发动机的性能
（2）定容加热循环( )1
t 1k 11(1) k k1 (1)
t
1
1
k1
第一章发动机的性能
（3）定压加热循环( )1
t 1k 11(1) k k1 (1)
t
1 k 1 1k1k(1)
第一章发动机的性能
3、热效率分析
第一章发动机的性能
5、三种基本循环的比较
（1）初态相同，压缩比 相同，加热量Q1相同
t,v t,m t,p
（2）初态相同，加热量Q1相同，最高爆发压力相同
t,v t,m t,p
第一章发动机的性能
1. 2 发动机的实际循环
1.2.1 发动机实际循环的示功图 1.2.2 发动机实际循环的过程
对三种循环，都是 时，pt 也 （3） （其他参数不变）
定容加热循环
混合加热循环 时，pt 也 定压加热循环， = 1,不第影一章响发动机p的t性。能
（4） （其他参数不变） 定容加热循环， = 1,不影响 pt 。
定压加热循环
混合加热循环 时，t ，但 从表面 看 pt ，所以，pt 是否增加，取决于综合结果
• 1.实际工质的影响Wk
理论循环假定工质比热容是定值。燃烧后生成 CO2\H20等气体. －比热容增大,循环的最高温度降低.
泄漏使工质数量减少.
2.换气损失Wr
换气时消耗的功成为换气损失.其中应工质流动是需要 克服进\排气系统阻力所消耗的功,称为泵气损失.
（1）提前排气； （2）强制排气； （3）强制进气
汽车发动机原理
同学们好
第一章发动机的性能
发动机性能包括动力性能指标（功率、转矩、转速）、经 济性能指标（燃料及润滑油消耗率）及运转性能指标（冷启 动性、噪声和排气品质）等。
衡量一台发动机的质量主要对以上性能指标进行评定，同 时要把可靠性、耐久性、结构工艺性、使用维修性、生产实 际条件及使用特点等多方面予以综合评定。
即泵气损失
第一章发动机的性能
• 3.燃烧损失WZ
1)实际循环中燃料燃烧需要一定的时间,所以喷油或点 火在上止点前,并且燃烧还会延续到膨胀行程.由此形成 非瞬时燃烧损失和补燃损失. 2)实际循环中会有部分燃 料由于缺氧产生不完全燃烧损失.
3)在高温下部分燃烧产物分解而吸热,即
2CO 2热2CO O2 2H2O热2H2O2
第一章发动机的性能
1. 汽油机的实际循环
Wk 工质损失 Wb 传热损失 Wz 燃烧损失 Wr 换气损失 W 提前排气损失
第一章发动机的性能
2. 柴油机的实际循环
Wk 工质损失
Wb 传热损失 Wz 燃烧损失 Wr 换气损失
W 提前排气损失
第一章发动机的性能
造成发动机实际循环与理论循环存在差异的原因：
（1） （其他参数不变）
t 1k 11(1) k k1 (1) 对三种循环，都是
时，t 也
t
1
1 k1
当 = 20 左右时， 对t 影响不大
低速柴油机 = 16～22
t
1 k 1 1k1k(1)
高速柴油机 = 14～20
汽油机
= 8～12
第一章发动机的性能
（2） （其他参数不变）
定容加热循环， 不出现 定压加热循环， = 1
1. 1 发动机的理论循环
发动机的理论循环是对其实际循环进行 抽象并加以理想化而得到，突出发动机工作 过程中最本质、最重要的因素。
举例说明如下。
第一章发动机的性能
实际循环 1、进气过程: 0～1 2、压缩过程: 1～2 3、燃烧过程: 2～4 4、膨胀过程: 4～5 5、排气过程: 5～0
第一章发动机的性能
热，工质放热为等容放热 5、整个循环过程为可逆过程
第一章发动机的性能
1.1.2 发动机的三种基本理论循环：
1、混合加热循环（萨巴德循环）——高速柴油机循环
燃烧过程为定容、定压 加热过程；
第一章发动机的性能
2、定容加热循环(奥托循环）——汽油机循环
燃烧过程为定容加热过程；
第一章发动机的性能
3、定压加热循环（狄塞尔循环）——高增压和低速 大型柴油机循环
使循环的最高温度降低.
第一章发动机的性能
• 4 传热损失Wb
实际循环中,气缸壁(包括气缸套\气缸盖\活塞环\气门\ 喷油器等)和工质的热交换,造成损失.
• 5 缸内流动损失损失
实际循环简化
1、5～0～1 5～1， 封闭循环
2、1～2和4～5 绝 热过程
3、2～4 2～3～4， 加热过程
第一章发动机的性能
1.1.1 发动机理论循环的基本假定
1、假定工质为理想气体 2、忽略进、排气过程，假定为封闭循环 3、压缩、膨胀过程简化为绝热等熵过程 4、燃烧过程简化为外界热源等定容或等压向工质加