汽车发动机原理-第一章 发动机性能
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负荷降低 喷油时间减少 燃烧时间减少
ηt升高
ρ0减小而λp基本不变
b)汽油机 （点燃后火焰传播燃烧，燃烧时间与燃烧速度有关）
负荷降低 残余废气增多 燃烧速度降低
ht降低
ρ0增大而λp减小
燃烧时间增长
第二节 四冲程发动机的实际循环
包括进：气、压缩、燃烧、膨胀作功和排气5个部分。
四冲程汽油机工作工程
四冲程柴油机实际循环
T 混合加热 等压加热 等容加热
zv
同）
放热量： Q2v Q2m Q2 p
pmax Q1 z/
zp zm
热效率： v m p
cp
最高温度： Tv Tm Tp
c
cv
a
bv
bm Q2 v
bp
Q2m Q2 p
S
不同机型三种循环ηt的比较 （Q1和pmax相同）
（3）汽油机、柴油机负荷变化（吸热Q1不同）时的比较： a)柴油机 （特点是边喷油边烧，燃烧时间与喷油时间有关）
P z/ Q1 z
Q1
c
W
b
Q2
a
混合加热循环 V
其中εc为压缩比，λp为定容增压比（pz/pc），ρ0为定压 预胀比（Vz/ V z/ ）。
对于等容加热循环（ ρ0=1） ：
t
1
1
1 c
对于等压加热循环（ λp =1）：
t
1
1
1 c
0 1 0 1
1、压缩比εc对循环热效率ηt的影响： εc增大,提高了循环平均吸热温度，降低了循环平均
一、进气过程（r—a)：
进气门开启，排气门关闭，活塞 下行，新鲜工质被吸入汽缸。
特点： 1、由于进气系统的阻力，进气终 了压力pa小于大气压力p0 （约 0.85～0.95 p0）,一般柴油机要略高 于汽油机。
2、受高温零件和废气加热，进气 终了温度Ta高于大气环境温度T0 （约 300 ～ 380K)，一般汽油机略高于 柴油机。
测定方法。
衡量发动机性能的指标：
三个主要 性能指标
动力性 （功率、转矩、转速等） 经济性 （燃油消耗率等） 运转性 （冷起动、排放、噪音等）
实际上，上述指标在一台发动机上难以同时兼顾，必 须根据需要权衡利弊；另外，作为一种大众化的消费品， 还必须考虑其生产成本、使用维修、可靠耐用等方面。
第一节 发动机的理论循环
第一章 发动机的性能
第一节发动机理论循环 第二节四冲程发动机的实际循环 第三节发动机的指示性能指标 第四节发动机的有效性能指标 第五节机械损失与机械效率 第六节热平衡
第一章 发动机的性能
本章要求：
了解：发动机的理论循环和实际循环过程。 理解：发动机的主要性能指标。 掌握：提高发动机性能的基本途径，机械效率的
放热温度，扩大了循环温差, ηt提高。
T εc增大
z1
z
ηt
Tz
1
0.8
c1 b
c b1
a
S
最高温度相同时， εc对循环热效率ηt的影响
0.6
0.4 p 2.6、0 1.2、 1.4
0.2
0
4 8 12 16 20 εc
ηt 随εc的变化关系
2、定压预胀比ρ0和定容增压比λp对循环热效率ηt的影响：
T λp增大
Q1 z1/
z1 z
等压
等容 z/
c
b
b1 Q2
a
Q2
S
ρ0和λp对循环热效率ηt的影响
在总吸热量Q1不变 的情况下，随着λp增 大（等容加热部分增 大），ρ0减小（等压 加热部分减小） ，使 得循环放热量Q2减少， ηt增大。
3、等熵指数κ对循环热效率ηt的影响：
ηt
1
1.4
0.8
(
p
1)t
取λp=1（等压加热循环）有：
pt
c
c
1
pde
1
(
0
1)t
可见pt主要与进气终点压力pde、压缩比εc、定压预胀比ρ0、等熵
指数κ和循环热效率ηt有关。
四、三种基本循环的比较：
（1）同一机型不同循环模
T 混合加热 等容加热 等压加热
式的对比（εc和Q1不变）：
zv
放热量： Q2v Q2m Q2 p
四冲程发动机的实际循环：
P
z
c
r-a 进气 a-c 压缩 c-z 燃烧 z-b 膨胀作功 b-r 排气
b
r
a
V 发动机实际循环P-V图
发动机实际循环过程非常复杂，进行理 论研究时十分困难。
一、三种基本循环
Pc z
引入空气标准假设，根据不同发动
机工作特点，将实际循环简化为等
b
容、等压和混合加热循环。
（2）机械效率—εc和λp增大，Pz升高，会使机械效率降低； （3）燃烧方面—εc过大，汽油机容易产生爆燃和表面点火等 不正常燃烧，柴油机会因燃烧室容积过小而设计困难，同时使燃烧 效率降低；
目前，柴油机εc一般在12～22， λp为1.3 ～2.2，最高爆发压 力Pz在7 ～14MPa；汽油机εc一般在6～12， λp为2.0 ～4.0，最高 爆发压力Pz在3 ～8.5MPa；
r
a
V
Pz
Q1
c b
a Q2
V
等容加热循环 （汽油机）
P
Q1
c
z
Βιβλιοθήκη Baidu
P z/ Q1 z
Q1
c
b
Q2
a
V
等压加热循环 （低速柴油机）
b
Q2
a
V
混合加热循环 （高速柴油机）
二、循环热效率ηt：
t
W
Q1
Q1 Q2 Q1
1 Q2 Q1
对于混合加热循环：
t
1
1
1 c
p 0 1 p 1 p 0 1
三、循环平均压力pt：
定义单：位汽缸容积所做的循环功称为循环平均压力pt（kPa）：
pt
W VS
（用于评定气缸工作容积做工能力的大小）
对于混合加热循环有：
pt
c
pde
c 1 1
( p
1) p (0
1) t
式中pde为进气终点的压力（kPa）
取ρ0=1（等容加热循环）有：
pt
c
c
1
pde
1
二、压缩过程（a—c)：
进、排气门关闭，活塞上行，工质 被压缩，温度和压力升高。
（一）压缩的作用： 1、增大工作过程的温差，获得大的 膨胀比，提高热效率，同时为燃烧过 程创造有利条件。 2、在柴油机中，压缩后气体的高 温是保证燃烧着火的必要条件。
Q1
zm zp
热效率： v m p
z/
最高温度： Tv Tm Tp
最高压力： pv pm pp
因此，要提高热效率，就应 增大等容加热的比重，即提高 循环加热 “等容度”；但需要 适当限制最高温度和压力。
c bp
bm
bv
Q2 p
Q2m
a
Q2v
S
同一机型不同循环模式的比较
（2）三种循环具有相同加 热量Q1的比较（Q1和pmax相
1.3
0.6
1.2
0.4
0.2
0
4 8 12 16 20 εc
ηt 与κ、εc的关系
随着κ增大，循环热效率ηt也增大。
增大εc、λp，减小ρ0，有利于ηt的提高，但实际应用中还必 须综合考虑以下因素：
（1）结构条件—增大εc和λp，会使最高燃烧压力Pz急剧升高， 提高了对零部件强度的要求；
ηt升高
ρ0减小而λp基本不变
b)汽油机 （点燃后火焰传播燃烧，燃烧时间与燃烧速度有关）
负荷降低 残余废气增多 燃烧速度降低
ht降低
ρ0增大而λp减小
燃烧时间增长
第二节 四冲程发动机的实际循环
包括进：气、压缩、燃烧、膨胀作功和排气5个部分。
四冲程汽油机工作工程
四冲程柴油机实际循环
T 混合加热 等压加热 等容加热
zv
同）
放热量： Q2v Q2m Q2 p
pmax Q1 z/
zp zm
热效率： v m p
cp
最高温度： Tv Tm Tp
c
cv
a
bv
bm Q2 v
bp
Q2m Q2 p
S
不同机型三种循环ηt的比较 （Q1和pmax相同）
（3）汽油机、柴油机负荷变化（吸热Q1不同）时的比较： a)柴油机 （特点是边喷油边烧，燃烧时间与喷油时间有关）
P z/ Q1 z
Q1
c
W
b
Q2
a
混合加热循环 V
其中εc为压缩比，λp为定容增压比（pz/pc），ρ0为定压 预胀比（Vz/ V z/ ）。
对于等容加热循环（ ρ0=1） ：
t
1
1
1 c
对于等压加热循环（ λp =1）：
t
1
1
1 c
0 1 0 1
1、压缩比εc对循环热效率ηt的影响： εc增大,提高了循环平均吸热温度，降低了循环平均
一、进气过程（r—a)：
进气门开启，排气门关闭，活塞 下行，新鲜工质被吸入汽缸。
特点： 1、由于进气系统的阻力，进气终 了压力pa小于大气压力p0 （约 0.85～0.95 p0）,一般柴油机要略高 于汽油机。
2、受高温零件和废气加热，进气 终了温度Ta高于大气环境温度T0 （约 300 ～ 380K)，一般汽油机略高于 柴油机。
测定方法。
衡量发动机性能的指标：
三个主要 性能指标
动力性 （功率、转矩、转速等） 经济性 （燃油消耗率等） 运转性 （冷起动、排放、噪音等）
实际上，上述指标在一台发动机上难以同时兼顾，必 须根据需要权衡利弊；另外，作为一种大众化的消费品， 还必须考虑其生产成本、使用维修、可靠耐用等方面。
第一节 发动机的理论循环
第一章 发动机的性能
第一节发动机理论循环 第二节四冲程发动机的实际循环 第三节发动机的指示性能指标 第四节发动机的有效性能指标 第五节机械损失与机械效率 第六节热平衡
第一章 发动机的性能
本章要求：
了解：发动机的理论循环和实际循环过程。 理解：发动机的主要性能指标。 掌握：提高发动机性能的基本途径，机械效率的
放热温度，扩大了循环温差, ηt提高。
T εc增大
z1
z
ηt
Tz
1
0.8
c1 b
c b1
a
S
最高温度相同时， εc对循环热效率ηt的影响
0.6
0.4 p 2.6、0 1.2、 1.4
0.2
0
4 8 12 16 20 εc
ηt 随εc的变化关系
2、定压预胀比ρ0和定容增压比λp对循环热效率ηt的影响：
T λp增大
Q1 z1/
z1 z
等压
等容 z/
c
b
b1 Q2
a
Q2
S
ρ0和λp对循环热效率ηt的影响
在总吸热量Q1不变 的情况下，随着λp增 大（等容加热部分增 大），ρ0减小（等压 加热部分减小） ，使 得循环放热量Q2减少， ηt增大。
3、等熵指数κ对循环热效率ηt的影响：
ηt
1
1.4
0.8
(
p
1)t
取λp=1（等压加热循环）有：
pt
c
c
1
pde
1
(
0
1)t
可见pt主要与进气终点压力pde、压缩比εc、定压预胀比ρ0、等熵
指数κ和循环热效率ηt有关。
四、三种基本循环的比较：
（1）同一机型不同循环模
T 混合加热 等容加热 等压加热
式的对比（εc和Q1不变）：
zv
放热量： Q2v Q2m Q2 p
四冲程发动机的实际循环：
P
z
c
r-a 进气 a-c 压缩 c-z 燃烧 z-b 膨胀作功 b-r 排气
b
r
a
V 发动机实际循环P-V图
发动机实际循环过程非常复杂，进行理 论研究时十分困难。
一、三种基本循环
Pc z
引入空气标准假设，根据不同发动
机工作特点，将实际循环简化为等
b
容、等压和混合加热循环。
（2）机械效率—εc和λp增大，Pz升高，会使机械效率降低； （3）燃烧方面—εc过大，汽油机容易产生爆燃和表面点火等 不正常燃烧，柴油机会因燃烧室容积过小而设计困难，同时使燃烧 效率降低；
目前，柴油机εc一般在12～22， λp为1.3 ～2.2，最高爆发压 力Pz在7 ～14MPa；汽油机εc一般在6～12， λp为2.0 ～4.0，最高 爆发压力Pz在3 ～8.5MPa；
r
a
V
Pz
Q1
c b
a Q2
V
等容加热循环 （汽油机）
P
Q1
c
z
Βιβλιοθήκη Baidu
P z/ Q1 z
Q1
c
b
Q2
a
V
等压加热循环 （低速柴油机）
b
Q2
a
V
混合加热循环 （高速柴油机）
二、循环热效率ηt：
t
W
Q1
Q1 Q2 Q1
1 Q2 Q1
对于混合加热循环：
t
1
1
1 c
p 0 1 p 1 p 0 1
三、循环平均压力pt：
定义单：位汽缸容积所做的循环功称为循环平均压力pt（kPa）：
pt
W VS
（用于评定气缸工作容积做工能力的大小）
对于混合加热循环有：
pt
c
pde
c 1 1
( p
1) p (0
1) t
式中pde为进气终点的压力（kPa）
取ρ0=1（等容加热循环）有：
pt
c
c
1
pde
1
二、压缩过程（a—c)：
进、排气门关闭，活塞上行，工质 被压缩，温度和压力升高。
（一）压缩的作用： 1、增大工作过程的温差，获得大的 膨胀比，提高热效率，同时为燃烧过 程创造有利条件。 2、在柴油机中，压缩后气体的高 温是保证燃烧着火的必要条件。
Q1
zm zp
热效率： v m p
z/
最高温度： Tv Tm Tp
最高压力： pv pm pp
因此，要提高热效率，就应 增大等容加热的比重，即提高 循环加热 “等容度”；但需要 适当限制最高温度和压力。
c bp
bm
bv
Q2 p
Q2m
a
Q2v
S
同一机型不同循环模式的比较
（2）三种循环具有相同加 热量Q1的比较（Q1和pmax相
1.3
0.6
1.2
0.4
0.2
0
4 8 12 16 20 εc
ηt 与κ、εc的关系
随着κ增大，循环热效率ηt也增大。
增大εc、λp，减小ρ0，有利于ηt的提高，但实际应用中还必 须综合考虑以下因素：
（1）结构条件—增大εc和λp，会使最高燃烧压力Pz急剧升高， 提高了对零部件强度的要求；