汽车发动机原理(张志沛第四版) 第一章 内燃机性能指标及实际循环热计算

三.影响机械效率的因素
1.转速n(或活塞平均速度Cm)
ｎ或Ｃｍ 增大，各摩擦副之间的相对速度增加，摩擦损失 增大，同时曲柄连杆机构的惯性力增大，活塞的侧压力和轴承 负荷增大，摩擦损失也增大。ｎ增大，泵气损失、驱动附件消 耗的功随之增加，所以机械效率下降。
2.负荷变化 当n不变，负荷↑,则Pi↑,而Pm基本不变。
sn cm (m / s) 30
二.内燃机经济性指标
1.有效热效率ηe：实际循环的有效功与为得到有效功所消耗热量的 比值。
2. 有效燃油消耗率ge：单位有效功率的耗油量。
三.内燃机强化程度
1.升功率：发动机每升工作容积所发出的有效功率称为升功率。
peVhin pe n L (kw / L) 30 Vhi 30
c.初始膨胀比减小。 （2）后燃及不完全燃烧
b.最高压力的下降;
（3）在高温下部分燃烧产物分解而吸热，是循环最高温度下降。 5.时间损失 6.其他几项损失
第三节 热平衡
一. 热量分配情况： （1）一部分转化为有用功 ； （2）一部分传递给冷却介质： （3）废气带走的热量； （4）不完全燃烧、辐射热、驱动附件的能量 消耗等其他热量损失. QT=Qe+Qs+Qr+Qb+QL 100%=qe+qs+qr+qb+ql
几种主要液体燃料的成分、热值及理论空气
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2.过量空气系数α
L L0
L表示发动机工作过程中每1kg燃料实际供给的空气量, L0表示1kg燃料完全燃烧需要的理论空气量 α>1 稀混合气 α<1 浓混合气 α＝1 理论混合气
一般汽油机α＝０.８~１.２，车用高速柴油机α＝１.２~
１.６，增压柴油机α＝１.８~２.２。
3.油耗线法
在负荷特性曲线中找出接近直线的线条，并顺此线条作延 长线，直到与横坐标相交，则交点到坐标原点的长度即该机的 平均机械损失压力。
4.示功图法
录取被测内燃机一个汽缸的示功图，然后算出ｐｉ 值， 同时从测功器上记录该工况的读数值并由此算出ｐｅ 值， 二者之差值即为该工况下内燃机的平均机械损失压力ｐｍ。
各缸的指示功率为：
P i1 P e P e (1)
P i2 P e P e (2)
将上列各式相加得到整机指示功率为：
P ＝iP ） i P i1 P i 2 e (P e (1) P e (2)
因此，机械损失功率为
P ） m P i P e (i 1) P e (P e (1) P e (2)
第一章内燃机性能指标及实际循环热计算
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节 第十节 内燃机理论循环概述 内燃机实际循环与热损失 热平衡 指示指标 有效指标 机械损失 燃烧热化学 燃烧基本理论 实际循环的近似计算———热计算 实际循环数发出的标定功率之比。
3.强化系数：平均有效压力ｐｅ与活塞平均速度Ｃｍ的乘积称为强 化系数。
四.内燃机其他性能评定
1．排气品质
汽车的排放标准对氮氧化物(ＮＯｘ)、碳氢化合物(ＨＣ) 及一 氧化碳(ＣＯ)３ 种危害最大的气体的排放量都做出限额规定。 排气颗粒是指排放物中除水以外的各种液态和固态微粒。
设1kg燃料中含C－gCkg H－gHkg O－gOkg
C O2 CO2 1 H 2 O2 H 2O 2
所以1kg燃料完全燃烧所需的氧气量为：
gc g g kmol H kmol O kmol 12 4 32
1 g c g H gO L0 ( ) kmol / kg 0.21 12 4 32
2.火焰的传播 （1）α =0.85~0.95时，火 焰传播速度u最大,用此混 合气时，发动机的功率达 最大，故称功率混合比。 （2）α =1.03~1.1 时，燃烧 最完全，热效率最高，油 耗最低，故称经济混合比。
α 对火焰传播的影响
三.燃油喷雾与扩散燃烧
1.燃油喷雾与混合 喷入汽缸中的燃油首先要经历破碎和雾化过程。燃油喷入 汽缸后的雾化、吸热、汽化的过程总是伴随着混合气的形成过 程，即边雾化、边混合的过程，以逐步形成可燃混合气。柴油 机混合气形成的方式有多种形式，如雾化混合型、油膜混合型、 雾化-油膜混合型等。 不管具体柴油机的混合气形成哪种形式，在一个循环的工 作过程中混合气的形成都必须经历预混合和扩散混合这样两个 阶段。 预混合燃烧 扩散燃烧
④ 这时电力测功器所测得的倒拖功率即为内燃机在该工况 下的机械损失功率。
2.灭缸法 首先将内燃机调整到给定工况稳定工作，测定其有效功 率，然后停止向一个气缸（例如第一缸）供油，并调整测功 器的阻力矩，使内燃机恢复到原来的转速，再测定内燃机的 有效功率，由于有一个气缸不工作，第二次测得的有效功率 比第一次测得的小，两者之差即为停油气缸的指示功率，然 后恢复第一缸的工作，同法，依次使各缸熄火，即可测得对 应的有效功率、……。
2．定容加热循环
汽油机中混合 气燃烧迅速，近似 为定容加热循环。
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。
二、评定指标 1．循环热效率
混合加热循环
t 1
1
K 1
K 1 1 K 1
2．循环平均压力
K
混合加热循环
pa 1 K 1t ptm 1 K 1
连锁反应速度的普遍方程式为：
3.内燃机燃烧速度的半经验方程式
燃烧品质指数ｍ对燃烧百分比ｘ和燃烧速度ｄｘ /ｄφ 的影响
二.预混合气体中的火焰传播
1.火焰核心的形成 预混合气体在外源点火的情况下形成火焰核心的前提条件 是火花塞附近的混合气必须具备一定的浓度。汽油机预混合气 体的着火浓度范围为α ＝0.5 -1.3。 在预混合气体中，从火花塞跳火花至火焰核心形成要经历 一段时间。这段时间的长短与火花塞附近预混合气体的压力、 温度、氧的浓度、燃料种类、混合气浓度、气流运动状况、电 火花的性质、电极几何形状和距离等诸多因素有关。
1. 掌握内燃机三种理想循环，理解内燃机实际循环 与热损失，了解内燃机热平衡； 2. 掌握内燃机指示指标与有效指标，理解机械损失 及其测试方法； 3. 熟悉内燃机燃烧热化学及基本理论，了解内燃机 实际循环的热近似计算，了解时间循环数值计算 的基本微分方程。
第一节 内燃机理论循环概述
一、理想循环 1.混合加热循环 高速柴油机 :混合加热循环 燃烧过程基本上由定容燃 烧和定压燃烧
第八节 燃烧基本理论
一.连锁反应的机理及燃烧放热规律
1.连锁反应的基本概念 链锁反应过程包括： ①链引发：反应物分子受到某种因素激发（如受热裂解、 受光辐射等）分解成自由原子或自由基。 ②链传播：自由原子或自由基与反应物作用，一方面使反 应进行，另一方面又生成新的自由原子（基）。 直链反应—一个活化中心与反应物作用产生一 个新的活化中心，反应以恒速进行。 支链反应—一个活化中心引起的反应，同时生成 两个以上的活化中心，反应速度急剧增长。 ③链中断：自由原子（基）与容器壁面或惰性气体分子碰 撞，反应能力下降，不再引起反应。
二.指示功率
指示功率Pi：发动机单位时间内所作的指示功。
三.指示热效率和指示燃油消耗率
1. 指示热效率ηi：发动机实际循环指示功与所消耗燃料热量的比值。 ηi = Wi / Q1 2. 指示燃油消耗率gi：单位指示功的耗油量。
第五节 有效指标
一.内燃机动力性指标
1.有效功率Pe：发动机功率输出轴上实际输出的净功率。 Pe = Pi - Pm (kW) 2.有效转矩Me：发动机工作时，由功率输出轴输出的转矩。 3.平均有效压力pe：发动机单位气缸工作容积输出的有效功，反映 了发动机输出转矩Te的大小。 4.转速n和活塞平均速度Cm 四行程内燃机曲轴旋转一圈，则活塞上、下移动两个活塞行 程。所以转速与活塞平均速度的关系为：
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第二节 内燃机实际循环与热损失
发动机实际循环与 理论循环的比较
1.工质的影响：实际循环中，燃烧前后工质成分、数量改变；
2.换气损失：实际循环中，存在进、排气过程中的流动阻力损失 和有用功损失；
3.气缸壁的传热损失：工质与周围环境的热量交换；
4.燃烧损失： （1）燃料燃烧速度的有限性
a.压缩负功的增加 ;
2.扩散燃烧的特点
扩散燃烧阶段的燃烧情况非常复杂，它既存在预混合燃 烧的形式，又存在单油滴的扩散燃烧形式，是一种气、液双 相混合的燃烧过程。
柴油机中的燃烧，不管是预混合气的均相气相燃烧，还 是微油滴群的油滴扩散燃烧，都仅与局部的油气比例和着火 环境有关，而与整个燃烧室中油气的宏观比例无关。
负荷增加，则m
3.润滑油品质和冷却液温度 在保证内燃机正常工作时有可靠润滑条件的前提下，尽 量选用粘度较小的机油，以减少摩擦损失，改善起动性能。 冷却液温度直接影响内燃机的热负荷，所以与机油粘度 也密切相关，从而也影响到摩擦的大小。
第七节 燃烧热化学
一.燃烧所必备的空气量
1.1kg燃料完全燃烧所需的理论空气量
二.理论分子变更系数
1.α >1的情况 柴油机：
汽油机： 2.α <1的情况 仅在汽油机上出现。
三.实际分子变更系数
内燃机工作时，由于汽缸中废气不可能完全排除干净，每 次吸入新鲜充量时都有上个循环留下来的残余废气，因此研究 燃烧前、后工质摩尔数的变化时，应将这种实际情况考虑进去。 考虑了残余废气后，燃烧后的工质摩尔数Ｍ′２与燃烧前工 质摩尔数Ｍ′１之比称为实际分子变更系数，以μ表示:
2．噪声
汽车是城市中主要的噪声源之一，发动机又是汽车的主要噪 声源。
3．起动性
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℃以下的气温条件下起动发动机时，15s以内发动机 要能自行运转。