第一章发动机热力循环与性能指标2
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。
发动机性能PPT课件教学内容
提出四冲程理论：进气—压缩—燃烧膨胀做功—排气。
1862~1876年：奥托用煤气在内燃机上实现四冲 程；
这种煤气机基本上克服了蒸汽机的缺点。它 “出于蒸汽机而胜于蒸汽机”。1863年成立 “奥奥托托的功公绩司：”用。透明气缸和手动活
关键：基于电控技术的现代内燃机理论及其应用。
国内很缺、国外也不完善；是E/G低碳化的主要 途径。
1.1 内燃机与汽车及其发展史简介
一、蒸汽机的发明 产生汽车的概念内燃机现代汽车
1673~1712年：赫更斯的内燃机草图~纽科门蒸 汽机(泵)的问世：动力(源)机械的 雏形；
迎 来能英源利国用的的（初工级业阶）段 产业革命; 1766~1790年：瓦特蒸汽机的发明；
✓蒸汽车加水/行驶10英里； ✓电动车充电/行驶30英里； ✓汽油车加油/150英里；
•电动车38％
1.三足鼎立时期：
✓马车行走15~20英里/日，
19st末~20st初
养马麻烦
电动汽车 (1881~1936) 续驶距离短
2.1890年世界汽车 4200辆:其中
汽油车 (1886~)
轻,体积小,
初期效率
设计精良、坚固耐用， 维修简便； ➢ 1910年创造出汽车生产流水线， “世界生产方式历史性变革”，使汽车大众化。
当时车价比较：大众化的效果 欧尔德斯摩拜尔1901牌：650美元 凯蒂莱克 1903牌：750美元； 最初T型牌：875美元。
亨利.福特与其儿子坐在他的T型畅销车内。
1888~1916期间：汽车技术不断成熟的阶段。 1888年充气式轮胎发明[英]，1894年充气是橡胶轮胎[法] 1889年戴姆勒发明4速变速器； 1891年发明FR驱动方式[法]奠定汽车基本传动型式 1892~1897年发明柴油机； 1896年：汽车照明[美]、石棉制动片[英]； 1898年发明万向节、主减速器[法雷诺]取代链传动
发动机原理与汽车理论发动机原理基础知识
10
燃烧过程
11
结论：膨胀
发动机的实际膨胀过程与压缩过程很相似，也是一 个复杂的热力过程（吸热量大于放热量、吸热量等于 放热量、吸热量小于放热量）。总体来说，缸内气体 的吸热量大于放热量。 膨胀过程不仅有散热损失和漏气损失，还有补燃损 失。 膨胀过程终了b点的压力和温度越低，说明气体膨胀 和热量利用越充分。
发动机原理与汽车理论 发动机原理基础知识
2
课程内容概述
第一章 发动机原理基础知识 第二章 发动机的换气过程 第三章 汽油机的燃料与燃烧 第四章 柴油机的燃料与燃烧 第五章 燃气发动机的燃料与燃烧 第六章 发动机的特性 第七章 汽车的动力性 第八章 汽车的制动性 第九章 汽车的使用经济性 第十章 汽车的操纵稳定性 第十一章 汽车的舒适性 第十二章 汽车的通过性 第十三章 汽车性能的合理使用
原子数，单：k=1.67，双：cvk=1.4，三：k=1.3。
根据热力学公式和循环平均压力可求出混合加热循环的平均 压力为：
pt
k 1
p1
k 1
1
k
1t
影响因素
定容加热循环。
由4个热力过程组成:（ρ=1）
循环净功为W 。
将ρ=1代入混合加热循环计算式中。
定容加热循环的热效率为：
t
1
1
k 1
定容加热循环的平均压力为： pt
k p1
1 k 1
1t
影响因素
18
4.理想循环的影响因素
（1）压缩比ε。ε提高,循环热效率ηt和平均压力pt提高。因 为ε提高，可以提高压缩终了的温度和压力，在定容加热量一定 时，缸内最高压力提高，使膨胀功增加。
(2）压力升高比λ和预胀比ρ。在定容加热循环中，压力升高比 λ增加，循放加热量增加(在ε一定时)，使循环净功W0和循环放 热量Q2均相应增加, 所以循环热效率不变，但循环平均压力提高； 在混合加热循环中(在ε和总加热量一定时) ，λ提高，预胀比 ρ减小，循环热效率和平均压力提高。
内燃机原理课件
第一章发动机的性能指标与循环分析§1.1 工质对活塞所作之功及示功图四．工质对活塞作功1．正功，负功在发动机工作循环的每一个冲程中，由于活塞总在运动，活塞顶面缸内工质和活塞背面缸外介质都要对活塞作功。
工质压力与活塞运动方向相同时，作正功，反之作负功。
2．冲程功，循环功每一冲程所作之功叫冲程功；每一循环所作之功叫循环功，图1各冲程压力形成的封闭曲线所包围的环积分面积表示。
五．四冲程发动机的示功图1．自然吸气四冲程发动机的示功图1)活塞背面压力p0在四个冲程中对活塞作功为零，因而循环功可由单缸内工质对活塞作功来计算；2)循环动力过程功：压缩与燃烧膨胀冲程所作之正功称为循环动力过程功，即：W1+W3进、排气冲程泵气功：进、排气过程中，工质对活塞所作之功，是排气负功与进气正功之和，即：W2+W3循环过程净功（指示功）：Wi=(W1+W3)-(W2+W3)= W1-W22．增压四冲程发动机示功图由于增压时缸内平均进气压力大于大气压力p0，一般也大于缸内平均排气压力，所以示功图上的泵气功为正功，净指示功为W i=W1+W2六．泵气过程功1．实际泵气功：W2面积2．理论泵气功：（p b-p k）V s，自然吸气机型为零。
3．泵气损失功：自然吸气机型为W2。
§1.2 动力、经济性能指标一. 两类指标 1) 指示性能指标以工质对活塞作功为计算基准的指标称为指示性能指标，简称指示指标。
直接反映工作循环进行的好坏。
包括指示功、平均指示压力、指示热效率和指示燃油消耗率。
2) 有效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，简称有效指标。
用于评定发动机实际工作能力的优劣。
二. 指示性能指标1. 循环指示功与平均指示压力1) 循环指示功：在气缸内完成一个工作循环工质对活塞所作的有用功。
用W i 表示。
W i=W 1+W 2（增压）Wi =(W1+W 3)-(W 2+W 3) = W 1-W 2 （自然吸气）2) 平均指示压力：单位气缸工作容积所作的循环指示功。
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。
01 第一章 发动机热力循环及性能指标
① 热能利用的完善程度；② 能量相互转换的效率；③ 寻求提高 热量利用率的途径。
将内燃机的实际循环进行若干简化，提出一种假想循环，这种假 想循环就称为“理想循环”。
第一章
内燃机的热力循环及性能指标
1. 内燃机的热力循环
1-1 内燃机理想热力循环 在热机中，确定工质所经历的过程称为循环。内燃机的实际 热力循环是由进气、压缩、燃烧、膨胀和排气等多个过程所组成 的，循环中工质存在着质和量的变化，整个过程是不可逆的。 要确切地描述内燃机中实际的热力过程，在目前条件下还非 常困难。为了了解内燃机的
V
膨胀过程的容积变化用后膨胀比
Vb Vz
Vs Vc 表示。 Vc
表示。
Pz Pc
定容加热的压力升高，以压力升高比
表示。
图1（c）为等压循环（也称狄赛尔diesel循环） a—c 为绝热压缩； c—z 为定压加入热量 Q1; z—b 为绝热膨胀； b—a 为等容释放热量Q2。 Vz 定压加热过程的容积变化用初膨胀比 表示,其它同等容 Vc 循环。
图1－6
四冲程内燃机实际循环的p-V示功图
(1) 工质不同（理想循环为双原子气体；实际的为空气和燃烧 产物的混合物）, t
① 工质成分变化 t
柴油机中，燃烧前是新鲜空气与上循环的残留废气的混合 物，燃烧后，工质成分为燃烧产物。 ②工质比热变化 t a. 理想循环工质的比热是不随温度变化的，
1
点还在燃烧。这就是后燃现象。 e点的位置取决于混合气形成 的完善程度，供油规律，过量空气系数的大小及发动机的转速 等因素。一般好的情况下在上止点后40℃A～70℃A，也可能拖 延到排气门打开。后燃是在后膨胀比较小的情况下进行的，所 以损失了z1z1’ez1 , t 。 ③ 不完全燃烧 t 由于混合气形成不良引起不完全燃烧，使燃料热值未充分 利用，使燃烧膨胀线下移 , t 。 （6） 漏气损失 t 理想循环中工质质量不变。 实际循环中，气门，活塞环处有泄露，一般约为总量的 0.2%。 上面已就实际循环与理论循环的差异做了一般性的比较， 下面将继续讨论压缩，膨胀过程，燃烧与换气过程将在后面的 章节详细论述。
内燃机工作循环及性能要求
2004年我国公布了汽车燃油经济性法规，从2005年7月1日起实行第一阶段要求， 2008年年初实行第二阶段要求 表 l. 乘用车表燃料消耗量限值(1)单位：L／100km
如果申请车型在结构上具有以下一种或多种特征，其限值见表2： a)装有自动变速器； b)具有三排或三排以上座椅，； c)符合GB／T 15089-2001中3.5.1规定条件的M1G类汽车。 表2.乘用车燃料消耗量限值(2)单位：L／100km
我国轻型汽车（≯ 我国轻型汽车（≯3。5T） 5T） 污染物排放限值
(GB 18352.1-2001) 车辆类型
6座2.5吨以下 M1类
基准质量kg 全部 RM≤1250
1250<RM≤1700
CO（g/km） 2.72 2.72 5.17 6.90 3.5 1.2 1.1
HC+NO（g/km）
SI&IDI DI
此外从行驶的稳定性出发当车速由于外界阻力矩的增加而减少时由于外界阻力矩的增加而减少时希望动力装置能提供更大的主动力矩从而达到新的稳定运行点但内燃机的输出转矩随转速的变化特性通常比较平坦对于柴油机来说更由于柴油机供油特性和涡轮增压器特性分别随转速的降低而供油量相应减少进气增压压力相应减少使输出转矩反而下降因此必须在燃油泵中设置调速器在涡轮增压器上设置放气阀以便改善其原有特性提高发动机对工况变化的适应性
车辆需要在多种环境条件和道路工况条件下使用，因而在规定发动机设计 任务时必须考虑发动机在各种条件下能经济、正常、有效使用的适应能力。 对发动机性能有直接影响的自然环境条件包括气温、气压、沙尘等。例如， 低温起动性能是发动机的重要性能指标，对于汽油机一般要求在-10℃环境 温度下不依靠任何辅助起动装置或措施能用电动机拖转后自行点火运转； 对柴油机一般要求在-5℃环境温度下能起动。若车辆工作的环境温度更低， 则往往要考虑采用辅助起动措施来提高发动机的低温环境适应性。低温时 除了有起动问题外，还存在低温进气造成的燃烧不良和金属结构材料的低 温脆性等问题，这些也都是需要注意的。为适应高气温下工作，发动机冷 却系设计必须留有充分余量，橡胶、塑料件的耐高温性能也必须得到保证。 环境气压主要涉及高海拔下因进气密度低而引起的一系列问题。为此可考 虑通过增压提高进气密度以恢复发动机所需要的功率或通过气压控制系统 防止燃油过量造成油耗或排放过高。对于行驶在沙漠等沙尘区的车辆来说， 仅装有通常的空气滤清器是不够的，必须在其前加装初滤器，形成有效的 二级过滤装置来清除进气中的尘埃，否则将严重损害发动机的寿命。
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四冲程发动机的工作示功图
• （4）排气行程
• 在示功图上曲线ar表 示。在排气行程中， 气缸内压力稍高于大 气压力，约为 0.105～0.115MPa （0.105-0.12）。排 气终了时，废气温度 约为900～1200K （700-900）。
二、发动机实际循环与理论循环的差异
P z'
非 瞬 时 燃 烧 损 失
P
P0
上止点
V 下止点
第二节 发动机的实际循环
一、实际循环：由进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个 过程组成。
P
P0
上止点
V 下止点
第二节 发动机的实际循环
一、实际循环：由进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个 过程组成。
P
P0
上止点
V 下止点
第二节 发动机的实际循环
一、实际循环：由进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个 过程组成。
三.导入新课 四.归纳总结、布置作业
P
Q1''
z' z
Q1'
P
z
Q1
P Q1 cz
c
c
b
b
Q2
a
Q2 a
b Q2
a
V a)
b)
V
V c)
图1-1 发动机理论循环
a)混合循环 b)定容加热循环 c)定压加热循环
第二节 发动机的实际循环
第二节 发动机的实际循环
一、实际循环：由进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个 过程组成。
总结
• 本次课介绍的主要内容： • 1、发动机的实际循环 • 2、发动机实际循环与理论循环的比较
• 重点：发动机实际循环及其展开示功图 • 难点：发动机实际循环的各种热损失
第一章 发动机热力循环及性能指标
《发动机原理与汽车理论》
授课顺序
一. 考勤 二. 复习
1.发动机的三种基本理论循环：
定容加热循环、定压加热循环、混合加热循环。
2.发动机三种基本理论循环的简化条件：
假设工质为理想气体，其比热容为定值。 假设工质的质量不变，是在闭口系统中作封闭循环。 假设工质的压缩与膨胀过程为绝热过程。 假设工质燃烧过程为定容或定压加热，放热过程为定容放热。
PБайду номын сангаас
P0
上止点
V 下止点
第二节 发动机的实际循环
一、实际循环：由进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个 过程组成。
P
P0
上止点
V 下止点
第二节 发动机的实际循环
一、实际循环：由进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个 过程组成。
P
P0
上止点
V 下止点
四冲程汽油发动机的工作示功图
• （1）进气行程
• 压力：由于进气系统有阻力， 进气终了时气缸内的气体压力 约为0.075～0.09MPa （0.085-0.095）。
• 温度：流进气缸内的可燃混合 气，因为与气缸壁、活塞顶等 高温机件表面接触并与前一循 环留下的高温残余废气混合， 所以温度可升高到370～400K （310-340）。
• 在示功图上，曲线位于大气压 力线下面，它与大气压力线纵 坐标之差即表示气缸内的真空 度。
四冲程发动机的工作示功图
• （2）压缩行程 • 在示功图上，活塞达到
c
z 高温热分解损失和补燃损失 工质变化引起的损失
发动机的传热损失
时间损失
r 换气损失
P0
上止点
b
排气损失
a
V 下止点
理论循环与实际循环的比较:
1. 实际循环存在着工质的成分和数量变化引起的损失 2.实际循环中必须更换工质，因而存在着换气损失 3.实际循环中的燃烧过程存在着非瞬时燃烧损失和补燃损失 4.实际循环中存在着不完全燃烧和高温热分解引起的损失 5.实际循环与理想循环之间的重要差别在于工质与燃烧室壁、气 缸壁等壁面之间始终存在着热交换，大部分时间存在着传热损失 6.实际循环中还存在机械运动的摩擦和不完全燃烧等损失
上止点时压缩终了，此 时，混合气被压缩到活 塞上方很小的空间，即 燃烧室中。可燃混合气 压力升高到0.6～ 1.2MPa（3-5），温度 可达600～700K（7501000）。
四冲程发动机的工作示功图
• （3）作功行程
• 示功图上曲线cz表示可燃混合 气燃烧后，放出大量的热能， 混合气压力和温度迅速增加， 所能达到的最高压力约3～ 5MPa（6-9），相应温度则 为2200～2800K（18002200）。示功图上曲线 zb表 示活塞向下移动时，气缸内容 积增加，气体压力和温度都降 低，在作功行程终了的b点， 压力降至0.3～0.5MPa（0.20.5），温度则降为1300～ 1600K（1000-1200）。