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
作用: 作用:增大温差，膨胀比增 大，提高热功转换效率，为 燃烧创造条件; 压缩过程是柴油机着火的 必要条件。 压缩过程为多变过程， 在压缩过程中，多变指数 n1’不断变化。
pVn1’＝常数
压缩比ε 表示工质被压缩的程度。 表示工质被压缩的程度。
va ε = vc
式中
ds p
（1）指示功Wi：缸内工质在一个工作循环内对活塞
所做的功称为指示功。 本教材中，指示功指的是（总）指示功。 表示缸内循环过程中理论上可利用的总功量。
(总)指示功＝ 指示功＝动力过程功＋ 动力过程功＋理论泵气功(不考虑泵气损失) 净指示功＝ 净指示功＝动力过程功＋ 动力过程功＋泵气过程功(考虑泵气损失)
(总)指示功＝ 指示功＝动力过程功＋ 动力过程功＋理论泵气功(不考虑泵气损失) 净指示功＝ 净指示功＝动力过程功＋ 动力过程功＋泵气过程功(考虑泵气损失)
1.1.3 增压四冲程发动机的示功图
1排气口 3压气机
2涡轮 4进气口
增压四冲程发动机的实际循环过程： 增压四冲程发动机的实际循环过程：
实际进气压力pd＞实际排气压力pe ＞大气压力p0
汽油机： c′点：着火点 柴油机： c′点：喷油点
燃烧过程的பைடு நூலகம்高爆发压力pz（pmax）及最高温度Tz (Tmax)范围： 汽油机 柴油机 增压柴油机 pz（MPa） 3.0~6.5 4.5~9.0 9.0~13.0 Tz（K） 2200~2800 1800~2200
柴油机因压缩比高，燃烧的 最高爆发压力pz很高，但因相对于 燃油而言，其空气量大，所以最 高燃烧温度Tz值反而比汽油机低。
实际循环过程： 实际循环过程： 1 进气过程: ra 2 压缩过程: ac 3 燃烧过程: cz 4 膨胀过程: zb 5 排气过程: br （p>p0→p<p0） （p↑，T↑） （p↑↑，T↑↑） （p↓，T↓） （p>p0）
排气 膨胀
进气
压缩、、、、点燃
TDC上止点
BDC下止点
（一）进气过程rr’a r：进气始点（上止点） 排气终了压力Pr>大气压p0 原因： 残余废气。 进气初期，残余废气膨 胀，Pr降至Pr’后，新鲜工质 被吸入气缸（r’a） 进气终了压力pa一般小于大 气压力p0(或增压压力pb）； 原因：进气系统的阻力 进气终了的温度Ta>大气温度T0（或压气机出口温度Tb） 原因：高温机件及残余废气加热。
1.2.1 指示性能指标与有效性能指标
1.指示(Indicated) 性能指标：以每循环工质对活塞所作功 为计算基准的指标 指示指标不受循环过程中机械摩擦、 指示指标不受循环过程中机械摩擦、附件消耗及进排气和 扫气流动损失等因素的影响。 扫气流动损失等因素的影响。 基于示功图算出， 基于示功图算出，直接反映燃烧和热力循环组织的好坏， 直接反映燃烧和热力循环组织的好坏， 用于理论分析和科研。 用于理论分析和科研。 2.有效(Brake/Effective)性能指标：以曲轴输出功为计算基准的 指标。 指标。 由试验测出， 由试验测出，直接评定发动机实际工作性能的优劣， 直接评定发动机实际工作性能的优劣， 用于 产品开发、 产品开发、实验研究、 实验研究、生产和使用当中。 生产和使用当中。 只有与作功有关 只有与作功有关的指标 如功、功率、 功率、油耗、 油耗、平均压力、 平均压力、热 与作功有关的指标， 的指标，如功、 效率等才有“有效”与“指示”之分
汽车发动机原理
Automotive Engine Fundamentals
第一章 动力、经济性能指标与影响因素
第1章
动力、 动力、经济性能指标与影响因素
主要内容： 主要内容： 1.工质对活塞作功及示功图 2.动力、 动力、经济性能指标 3.影响动力、 影响动力、经济性能指标的环节与因素
可靠性 耐久性 成本核算 结构工艺 操纵维修 性能指标
汽油机 柴油机
原因： 由于柴油机膨胀比大，转 化为有用功的热量多，热效率 高，所以膨胀终了的温度和压 力均比汽油机小。
（五）排气过程b′br
b’：排气门提前打开点 b：下止点 排气终了压力pr 高于 大气压po ； 压力差pr-po用于克服 排气系统阻力。
排气终了压力pr与温度Tr大致范围： pr（MPa） 汽油机 （1.05~1.2）po 柴油机 （1.05~1.2）po 废气涡轮增压柴油机 （0.75~1.0）pb 排气终了的温度常作为检查发 动机工作状态的参数。 发动机排气温度低，说明燃料 燃烧后转变为有用功的热量多，工 作过程进行的好。 如果发现发动机排温偏高，应 立即查明原因。
d
自然吸气(Natural Aspirated)发动机作功分析： 发动机作功分析：
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
与泵气有关的功： 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。 数和。自然吸气发动机进、 自然吸气发动机进、排气压力相同（ 排气压力相同（等 于大气压力）， 于大气压力），即理论泵气功为零 ），即理论泵气功为零。 即理论泵气功为零。 实际泵气功(泵气过程功) 由于流动存在阻力， 由于流动存在阻力，进气压力低于大气压， 进气压力低于大气压，排 气压力高于大气压力， 气压力高于大气压力，造成进气和排气流动损 失功， 失功，两者之和为实际泵气功。 两者之和为实际泵气功。 W2+W3 负功 泵气损失(Pumping loss) （实际泵气功−理 论泵气功）： 泵气功）： W2+W3 负功
主要指标参数
主要指示指标：指示功、指示平均压力、指示功率、 指示效率、指示燃油消耗率 主要有效指标：有效功、有效平均压力、有效功率、 有效转矩、有效效率、有效燃油消耗率 主要强化指标：升功率、比质量、比体积 其它主要指标：机械效率
1.2.2 主要指示指标及有效指标的定义与换算 1.指示功、 指示功、有效功和机械损失功
压缩终了压力Pc及温度Tc的大致范围：
pc（MPa） 0.8~2.0 3.0~5.0 5.0~8.0 Tc（K） 600~750 750~1000 900~1100
汽油机 柴油机 增压柴油机
（柴油自燃温度:335℃/608K）
（三）燃烧过程c’cz
作用：化学能转变为热能，使工质的压力及温度升高， 为膨胀做功创造条件。 燃烧过程放出的热量越多,放热时越接近上止点，则 热效率越高。
（四）膨胀过程zb zb’b
是非绝热过程，有 散热损失，漏气损失， 补燃和高温热分解等； 实际膨胀过程也是 多变过程。 其膨胀多变指数n2’ 在整个膨胀过程中不断 变化。
膨胀终点b的压力Pb及温度Tb的范围：
pb（MPa） 0.3~0.6 0.2~0.5 T b（K） 1200~1500 1000~1200
Tr（K） 900~1100 700~900
自然吸气(Natural Aspirated)发动机作功分析： 发动机作功分析：
动力过程功（ 动力过程功（动力循环功） 动力循环功）：压缩与燃烧膨胀冲程所作功 之代数和Wt Wt=W1+W3=面积Saczba 泵气过程功：进气与排气冲程所 作功之代数和Wpr Wpr= -（W2+W3）=面积Sbrab 循环净指示功 Win =Wt+Wpr =（W1+W3）-（W2+W3） =W1-W2 = Sbdczb - Sradr
TDC - Top Dead Center BDC - Bottom Dead Center IVO - Intake Valve Open IVC - Intake Valve Close EVO - Exhaust Valve Open EVC - Exhaust Valve Close
ds
A
p
1 2 3 4 5
进气过程: 压缩过程: 燃烧过程: 膨胀过程: 排气过程:
ra ac cz zb br
1排气口 2涡轮 3压气机 4进气口
增压四冲程发动机作功分析： 增压四冲程发动机作功分析：