汽车发动机原理第二章 发动机循环与性能指标
《汽车发动机构造与维修》复习指导书
《汽车发动机构造与维修》复习指导书注：各部分检修内容不作考试重点。
一、各章重点第1章发动机基本工作原理与总体构造重点：1.发动机排量、压缩比2.四冲程发动机工作原理3.柴油机与汽油机的区别、四冲程与二冲程的区别第2章发动机循环与性能重点：1.发动机性能指标（动力性指标、经济性指标）2.发动机性能特性(1)发动机工况(2)速度特性(3)负荷特性3.高速柴油机的理论循环和汽油机的理论循环第3章机体组与曲柄连杆机构重点：1.机体组、活塞组、连杆组、曲轴飞轮组的组成，主要零部件的作用、结构、原理、装配关系2.曲柄连杆机构的拆装、调整，连杆组的检修3.活塞环安装、活塞组拉缸及其控制4.如何检验和校正连杆的弯曲，扭转变形第4章配气机构与换气过程重点：1.配气机构的组成、主要零部件的构造、工作原理、传动关系和调整方法2.配气相位、充气效率的概念3.配气机构的调整（气门间隙、配气相位、气门密封性检验等）第5章化油器式发动机燃油系统与燃烧重点：1.过量空气系数和空燃比2.汽油机各工况对混合气成分的要求3.汽油机的燃烧过程（正常燃烧、不正常燃烧），使用因素对燃烧过程的影响（汽油品质、混合气浓度、点火提前角、转速、负荷等）第6章电控汽油喷射系统重点：1.汽油喷射系统的构成和工作原理，汽油喷射控制方式，燃油压力调节器，喷油器等2.汽油喷射所需传感器的原理与结构，如发动机曲轴位置和转速传感器、节气门位置传感器、空气流量计、爆震传感器、氧传感器等。
第7章柴油机燃油系统与燃烧重点：1.柴油机燃烧过程，使用因素对燃烧过程的影响2.喷油器、喷油泵的功用、基本结构、工作原理与检修，分配式喷油泵的优点3.柴油机的燃烧室，与采用的喷油器第8章进排气系统及排气净化装置重点：1.废气涡轮增压的基本结构与原理2.可变进气歧管技术3.排气净化装置的构造与原理（EGR、二次空气喷射、三元催化转化器）第9章冷却、润滑系统重点：1.冷却系的功用、冷却水循环路线2.冷却系主要元件的结构、工作原理（如节温器、冷却风扇）3.润滑系的功用、油路，润滑方式4.润滑系主要元件的结构、工作原理（机油泵、机油滤清器）第10章发动机的装配、磨合及验收重点：1.发动机装配工艺与技术要求二、复习题及参考答案一、名词解释1、湿式缸套外表面直接与冷却液接触的气缸套。
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。
热工基础与发动机原理第2章
• 5）发动机工作温度 • 发动机的工作温度直接影响润滑油的工作温度，而随润滑油温度的提
高，其黏度减小。发动机的工作温度过高或过低，就会使润滑油的黏 度过小或过大，均会导致机械损失增加，机械效率下降。同时，温度 过高有时使润滑油变质。因此，使用中应尽量保持发动机正常的工作 温度，一般为80℃~95℃。此外，发动机的工作温度也直接影响混合 气的形成及燃烧过程。发动机工作温度过低，燃料不易蒸发，混合气 形成不良，不完全燃烧损失增加，指示功率减小，使机械效率下降。 而温度过高，则会导致燃烧过程不正常，汽油机易发生爆燃，也会使 指示功率减少，机械效率下降。
，每小时耗油量为 GT （kg/h），则指示燃油消耗率为
Pi （kW）
gi
GT Pi
10 3
指示燃油消耗率是评定发动机实际循环经济 性的重要指标之一
9
• 4．指示热效率
• 指示热效率是指发动机实际循环指示功与所消耗热量之比，即
i
Wi Q1
• Q1 为做 Wi 指示功所消耗的热量，按所消耗的燃料量与燃料的热值 来计算，燃料的热值是指单位质量的燃料燃烧后放出的热量，其数值 取决于燃料本身的性质。
19
• 3．影响机械效率的因素
• （1）点火提前角或供油提前角 • 汽油机的点火提前角和柴油机的供油提前角直接影响实际循环指示功
和缸内最高压力。汽油机的点火提前角和柴油机的供油提前角不易过 大或过小，必须根据发动机的转速和负荷等合理选择。 • （2）发动机转速 • 随发动机转速提高，各摩擦表面间的相对运动速度加大，摩擦损失增 加；同时由于转速上升而引起运动件的惯性力加大，致使活塞侧压力 和轴承负荷增加，也会使汽缸和活塞的摩擦损失增加。此外，转速提 高，还会使泵气损失及驱动附件的机械损失增加。所以，随发动机转 速提高，机械损失功率增加，机械效率下降。根据试验统计，机械损 失功率与转速平方近似成正比，所以转速越高，机械效率下降越快， 如图2-3所示。这也成为通过提高转速来强化发动机动力性的一大障 碍。
第2章发动机的性能与性能指标
③泵气损失，占机械损失的10-20%，是指进排气过 程所消耗的功等。
2.机械损失功率和机械损失压力
与pmi和pme类似，机械损失功率Pm为：
Pm
pmmVhin
30
[kW]
pmm与pmi和pme之间的关系为： pmm =pmi-pme
me
m Pe
[kg/kW]
Pl，me 发动机强化程度高。 实际中，汽油机的强化程度要比柴油机高。
强化系数pme • Cm （MPa • m/s
）
汽油机
PL 30-70
汽车柴油机 18-30
拖拉机柴油机 9-15
me 1.1-4.0
2.5-9.0 5.5-16
pmeCm 8-17
e,汽0.20~0.30 ，ge,汽21~8410[g/kW·h]。
由此可见，柴油机的热效率比汽油机高，经济
性比汽油机好。
三、发动机强化指标
1、升功率
——单位气缸工作容积所发出的有效功率。
Pl
P e
iV h
p3[m0kenW/1L0]3
2、比质量
——发动机的质量m与所给出的标定功率 的比值。
则：
Pi
pmi[VkWhin]
300
3、指示燃油消耗率bi（gi）
指示燃油消耗率：单位指示功率的耗油量，也称 指示比油耗。
b i
B P
[g1/k0W3 ·h]
i
式中：B为每小时耗油量[ kg/h ]。
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) -
汽车发动机原理课后简答题答案
第一章1.内燃机动力性能和经济性能指标为什么要分为指示指标和有效指标两大类？表示动力性能的指标有哪些？它们的物理意义是什么？它们之间的关系是什么？表示经济性能的指标有哪些？它们的物理意义是什么？它们之间的关系是什么？答：指示指标是以工质对活塞所做的功为基础的，它不考虑动力输出过程中机械摩擦和附件消耗等外来因的影响，可以直接反映由燃烧到热工转换的工作循环进行的好坏：有效指标是以曲轴对外输出的功率为基础，代表了发动机整机的性能。
表示动力性能的指标：平均指示压力p mi是发动机单位气缸工作容积的指示功平均指示功率P i发动机单位时间所做的指示功，P i=p mi V s in30τ平均有效压力p me发动机单位气缸工作容积输出的有效功有效功率P e发动机指示功率减去机械损失功率对外输出的功率，P e=P i−P m有效扭矩发动机工作时，由功率输出轴输出的扭矩转速n和活塞平均速度C m：提高发动机转速，即增加单位时间内做工的次数，从而使发动机体积小、重量轻和功率增加。
转速增加活塞平均速度也增加，他们之间的关系：C m=Sn30表示经济性能的指标：指示热效率ηi是实际循环指示功与所消耗的燃料热量之比。
指示燃油消耗率b i单位指示功的耗油量，与指示热效率之间的关系：b i=3.6×106ηi×Hμ有效热效率ηe发动机有效功与所消耗燃料热量的比值有效燃油消耗率b e与P e的关系：b e=BP e ×106，与ηe的关系ηe=3.6×106b e×Hμ2.怎样求取发动机的指示功率、有效功率、平均指示压力和平均有效压力？指示功率P i=p mi V s in30τb i=BP i×106 P i=P e+P m有效功率P e=P i−P m P e=T tq n9550P e=p me V s in30τb e=BP e×106平均指示压力p mi=W iV s P i=p mi V s in30τ平均有效压力p me=30P eτV s in p me=0.1047T tqτiV s×30×10−33.机械效率的定义是什么？机械效率是有效功率和指示功率的比值，ηm=P eP i =p mep mi=1−P mP i=1−p mmp mi4.压缩比的定义是什么？压缩比等于气缸总容积与燃烧室容积的比值。
汽车发动机的性能指标
第一章
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
发动机原理基础知识
气体的热力性质 热力学第一定律 热力学第二定律 发动机的循环 发动机的性能指标 发动机的机械效率
3/28
第五节
发动机的性能指标
一、指示性能指标
二、有效性能指标
三、发动机其他性能评定
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一、指示性能指标
指示性能指标是以汽缸内工质对活塞所做的有用功为基础的 性能指标，只能评定发动机实际工作循环进行的质量好坏。 1.平均指示压力 2.指示功率 3.指示燃油消耗率 4.指示热效率
转速一定，随负荷增加，机械损失功率缓慢增加；
转速一定，在中小负荷范围,随负荷增加，指示功率迅速增加； 在大负荷范围,随负荷增加，指示功率缓慢增加。怠速时，指 示功率等于机械损失功率。 由 m 1 可知，在转速一定时，在中小负荷范围，随负荷增 加，机械效率η m增长较快。在大负荷范围，机械效率η m的增 长速度也逐渐缓慢。在怠速时，机械效率η m等于零。
15/28
6．有效热效率
有效热效率:指发动机实际循环有效功与所消耗热量之比。
We e Q1
16/28
三、发动机其它性能
1．排放性能:有害气体、颗粒（指发动机排出的除水以外 任何液态和固态微粒）。 2．噪声：我国噪声标准中规定轿车噪声不得大于84dB 。 3．冷起动性能：指发动机在低温条件下起动的可靠性，它 直接影响发动机的燃料经济性、使用寿命和驾驶员的劳动 强度等。我国标准规定，不采用特殊的低温起动措施，汽 油机在－10℃、柴油机在－5℃以下的气温条件下，接通起 动机，15 s内发动机应能顺利起动。
m me Pe
3）强化系数：指平均有效压力pe与活塞平均速度Cm的乘积。
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
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第2章 发动机循环与性能指标
§2.1 发动机的理论循环
1． 压缩比 Tz 相同, 高的 ac’z’b’a比 低的循环 aczba具有较大的平均 吸热温度和较低的平 均放热温度，所以 高的 t 较高。
三、理论循环分析
t 1
1
K 1
t 1
1
K 1
1 1 K 1
Q2—循环放出的热量（J）。
第2章 发动机循环与性能指标
§2.1 发动机的理论循环
2．循环平均压力——评定循环的做功能力
W pt Vs
式中 W — 循环所做的功（J）； Vs — 气缸工作容积（L）。
第2章 发动机循环与性能指标
§2.1 发动机的理论循环
混合加热循环
t 1
式中
1
K 1
第2章 发动机循环与性能指标
§2.1 发动机的理论循环
3．压力升高比λ T 定容加热循环：Q1增加， λ正比增大， ε若不变， c 则膨胀比不变， Q2也增 a 加， Q2/Q1不变，ητ不变， 但 pt 增大。
z
b
z'
b'
S
t 1
1
K 1
pa 1t ptv 1 K 1
第2章 发动机工作循环与
性能指标
发动机循环
理想循环
实际循环
发动机性能
经济性 动力性 可靠耐久性 使用维修性 排放噪声性
加工工艺性
主要 研究
经济性、动力性、 排放、振动、噪 声
第2章
发动机循环与性能指标
第一节
发动机理论循环
第2章 发动机循环与性能指标
§2.1 发动机的理论循环
一、三种基本循环 （一）简化条件： （1）假设工质为理想气体，其比热容为定值。 （2）假设工质在闭口系统中作封闭循环。 （3）假设压缩与膨胀过程是绝热等熵过程。 （4）假设燃烧是定容或定压加热。工质放热 为定容放热。
Tc Ta
k 1
； Tz '
Tc Ta
k 1
k 1
Tz Tz ' Ta
Q1v m cv Tz ' Tc Q2 m cv Tb Ta
vz k 1 vz vz ' Tb Tz T z v vb b v z'
k 1
Q1 p m cp Tz Tz '
Tz
k 1
Ta k
第2章 发动机循环与性能指标
§2.1 发动机的理论循环
混合加热循环循环平均压力
pa 1 K 1t ptm 1 K 1
Z’
b’ b
vb vz vc / 2
vb vz ' vc / 2
t 1
1
K 1
K 1 K 1
第2章 发动机循环与性能指标
§2.1 发动机的理论循环
混合加热循环： Q1和ε不变时， ρ增大, λ减小， Q2 增大, pt 也下降。 ηt下降,
K
第2章 发动机循环与性能指标
§2.1 发动机的理论循环
混合加热循环：
Q1和ε不变时， λ增大,ρ减小， Q2 减小,ηt提高,
pt 也提高。
第2章 发动机循环与性能指标
§2.1 发动机的理论循环
4．预膨胀比ρ 定压加热循环： Q1 增加，ρ增大， ε 若不变，平均膨胀比 减小， Q2增加， ηt 下降。
第2章 发动机循环与性能指标
§2.1 发动机的理论循环
（二）理论循环 1． 混合加热循环
a→c绝热压缩；c→z’定容加热 z’→z定压加热；z→b绝热膨胀 b→a定容放热。 高速柴油机近似为混合加 热循环。
燃烧过程基本上由定容 燃烧和定压燃烧两个阶段 组成。
第2章 发动机循环与性能指标
§2.1 发动机的理论循环
K
式中 pa — 压缩始点的压力（kPa）。
W Q1t pt Vs Vs
第2章 发动机循环与性能指标
§2.1 发动机的理论循环
预膨胀比：ρ =1
定容加热循环
1
t 1
K 1
1 1 K 1
K
t 1
1
K 1
pa 1t ptv 1 K 1
K
第2章 发动机循环与性能指标
§2.1 发动机的理论循环
定压加热循环
压力升高比：λ=1
t 1
1
K 1
1 1 K 1
K
循环热效率
t 1
1
K
K 1
1 K 1
K
循环平均压力
pa ptp K 1t 1 K 1
a→c绝热压缩；c→z定压加热
z→b 绝热膨胀；b→a定容放热。
第2章 发动机循环与性能指标
§2.1 发动机的理论循环
二、评定指标 循环热效率
循环平均压力
1．循环热效率——评定循环经济性
W Q1 Q2 Q2 t 1 Q1 Q1 Q1
式中 W — 循环所做的功（J）；
Q1 —循环加热量（J）；
2．定容加热循环
a→c绝热压缩；c→z定容加热 z→b绝热膨胀；b→a定容放热。
汽油机中混合气燃 烧迅速，近似为定容加 热循环。
第2章 发动机循环与性能指标
§2.1 发动机的理论循环
3．定压加热循环
高增压和低速大 型柴油机，工作循 环近似为定压加热 循环。
受燃烧最高压力 的限制，大部分燃 料在上止点后压力 基本上一定的情况 下燃烧。
1 1 K 1
K
——压缩比 ；
λ ——压力升高比；
ρ ——预膨胀比；
K ——绝热指数。
第2章 发动机循环与性能指标
W Q1 Q2 Q2 t 1 Q1 Q1 Q1
§2.1 发动机的理论循环
cv Tb Ta t 1 cv Tz ' Tc c p Tz Tz '
K
第2章 发动机循环与性能指标
§2.1 发动机的理论循环
较低时， 增 提高 ， 长很快；在
t
较大时，再增 t 增加 加 ， 缓慢。
汽油机：
，爆燃 ＜10
定容加热循环热效率与压缩比的关系
第2章 发动机循环与性能指标
§2.1 发动机的理论循环
2．绝热指数K t 愈高 。空气K=1.4，稀混合气K K值越大， 值增大，而混合气中燃料蒸气较多时，K值减 小。