汽车1.1发动机理论循环

发动机的性能指标用来表征发动机的性能特点，并作为评 价各类发动机性能优劣的依据。
发动机的主要性能指标有：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)、运转性能 指标(冷起动性能、噪声和排气品质)和耐久可靠性指标 (大修或更换零件之间的最长运行时间与无故障长期工作 能力)等。
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定容加热循环的平均压力为：
ptV
c
k c
1
pde k 1
(
p
1) t
定压加热循环的平均压力为：
ptp
k c
c 1
pde k 1
k
(0
1) t
pt随进气终点压力pde、压缩比、压力升高比λp、 初始膨胀比ρ0、等熵指数k和循环热效率的增加而增加。
思考题：为什么理论上能够提高发动机理论循环热效率和 平均压力的措施，在实际发动机上却不能实现呢？
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三种基本循环 根据加热方式不同，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。用p-v图 表示如下：
混合加热循环
定容加热循环
定压加热循环
图1-1 发动机理论循环
a→c 绝热压缩过程 ；c→z 为等容或等压加热过程；
z→b 绝热膨胀过程 ；b→a 等容放热
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在对发动机进行理论分析时，习惯上的处理方式为： 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，燃烧时气缸压力变化不显著， 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 热的组合，近似为混合加热循环。
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第一节 发动机理论循环
一、三种基本循环 定义：发动机的理论循环是将复杂的实际工作的热力循环过
程加以抽象简化，忽略一些因素，所得出的简化循环。 意义： 1）用公式来阐明发动机工作过程中各基本热力参数间的关
系，以明确提高发动机经济性（理论循环热效率）和动 力性（循环平均压力）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。
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建立理论循环的简化假设
在进行理论循环研究之前，首先必须对发动机的实际 过程进行必要的简化假设，这是建立理论循环的一个重要 依据。最简单的理论循环是空气标准循环，其简化条件为：
l）假设工质是理想气体，其物理常数与标准状态下的空气物 理常数相同； 2）假设工质是在闭口系统中作封闭循环； 3）假设工质的压缩及膨胀是绝热等熵过程； 4）假设燃烧是外界无数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。
本书以发动机性能为研究对象，深入到发动机工作过程的 各个阶段，分析影响这些性能的各种因素，从中找出提高 性能的一般规律。
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主要内容
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 实际循环的评定——指示指标 第四节 发动机动力性和经济性评定——有效指标 第五节 发动机的环境指标 第六节 发动机的机械损失 第七节 发动机的热平衡
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四、三种基本循环的比较
当加热量Q1相同时，三种循环的比较如下
aczb—定容加热循环 acˊzˊbˊ—定压加热循环
ac〞z〞b〞—混合加热循环
a）压缩比相同 由图a可知：Q2p>Q2m>Q2v → ηtv >ηtm>ηtp 因此，要提高混合加热循环热效率，应增加 定容部分的加热量（即增大λp）
热力学第二定律：不可能把热量从低温物体传向高温物体 而不引起其它变化 （克劳修斯）；或者说：不可能制成 一种循环动作的热机，从单一热源取热，使之完全变为功 而不引起其它变化（开尔文）。
熵（S）：热能除以温度所得的商，标志热量转化为功的 程度。 焓（H）：单位质量的物质所含的全部热能。
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tm
1
1
k 1 c
(p
p 0k 1 1) kp (0
1)
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定容加热循环（ρ0=1 ）热效率为：
tV
1
1
k 1 c
定压加热循环（λp=1 ）热效率为：
tp
1
1
k 1 c
0k 1 k(0 1)
12通过上述公式分析，影响循环效率ηt的因素如下：1.压缩比 c
随着压缩比的增大，三种循环的循环热效率都提高。 2.等熵指数k
发动机的理论循环分析传统上就是指这三种循环的对比分 析。
评定理论循环采用循环热效率 t 和循环平均压力pt。
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二、循环热效率ηt
定义：工质所做循环功W（J）与循环加热量Q1（J）之比 意义：评定循环经济性
t
W Q1
Q1 Q2 Q1
1 Q2 Q1
式中：Q2——工质在循环中放出的热量（J）
混合加热循环热效率为：
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章
发动机的性能 发动机的换气过程 燃料与燃烧 汽油机混合气的形成与燃烧 柴油机混合气的形成与燃烧 汽车发动机特性 车用发动机废气涡轮增压 发动机排气污染与噪声控制 新型汽车动力装置 发动机动力学
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第一章 发动机的性能
和合理选择燃烧始点）； 保证工质具有较高的绝热指数k；
（2）提供了发动机之间进行动力性、经济性对比的理论依 据 同一机型不同加热模式的对比，当ε、k及Q1不变： 等容循环ηt>混合循环ηt>等压循环ηt
当加热量Q1和pmax不变时： 等压循环ηt>混合循环ηt>等容循环ηt
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补充知识：
热力学第一定律：△U=Q+W。表示系统在过程中能量的变 化关系。表述形式：热量可以从一个物体传递到另一个物 体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过 程中，能量的总值保持不变。（是能量守恒定律和能量转 换定律的热力学表述）
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三、循环平均压力pt
定义：单位气缸容积所做的循环功， 用来评定循环的做 功能力。 （kPa）
意义：评定循环动力性
pt
W Vs
式中：W—循环所做的功（J） Vs—汽缸工作容积（L）
混合加热循环的平均压力为：
ptm
k c
c 1
pde k 1
[(p
1)
kp
(0
1)]t
式中：pde—进气终点的压力（ kPa ）
b)最高燃烧压力相同 由图b可知：Q2v>Q2m>Q2p → ηtp >ηtm>ηtv 因此，对于高增压这类受机件强度限制，其 循环最高压力不得过大的情况下，宜按定压 加热循环工作。
压缩比相同
最高燃烧压力相同
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理论循环分析的意义： （1）指出了改善发动机动力性、经济性的基本原则和方向
在允许的条件下，尽可能提高压缩比ε； 合理组织燃烧，提高循环加热等容度（减少初始膨胀比ρ
随k值增大，循环热效率将提高。（k值取决于工质的特性， 双原子气体k=1.4，多原子气体k=1.33） 3.压力升高比λp 在混合加热循环中，当Q1和εc不变时，λp↑，ηt↑。 4.初始膨胀比ρ0 在等压加热循环中，随着Q1↑，ρ0↑，若εc不变， ηt↓；在 混合加热循环中，当Q1和εc不变时， ρ0↑， ηt↓。
汽车发动机原理
2020/11/11
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参考书
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课程简介
《汽车发动机原理》---本课程讲述的内容主要包括：汽 车发动机性能评定的指标，发动机的工作过程，发动机的 特性、增压、排放与噪声控制，并对未来汽车新型动力装 置的原理进行了介绍。
专业核心课程 动力机械及工程专业考研课程
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