内燃机性能指标及实际热循环
内燃机原理习题
7.影响进气终了缸内压力和温度的因素有哪些？它们对发动机的性能有何影响？
8.简述曲轴箱扫气式二冲程发动机换气过程的特点。
9.一台新的发动机应如何合理选择配气相位？
6.何谓抗爆剂？通常用什么物质？
7.爆震产生的原因是什么？有何外在现象？影响因素有哪些？
8.从提高指示热效率出发，应如何控制汽油机的燃烧过程？
9.何谓点火调整特性？画出曲线并分析其历程。
10.如何进行混合气成分调整？为什么一种混合气浓度不能兼顾动力性与经济性需要？
11.何谓汽油机点火提前角调整特性？画出汽油机最佳点火提前角随转速(节气门位置一定)和负荷(转速一定)变化的曲线，分析其历程。
五、汽油机燃烧过程
1.汽油机实际燃烧过程是如何进行的？燃烧进程的各时期有何特征？
2.可燃混合气成分对燃烧有何影响？回火原因何在？汽油机为什么有时在排气管放炮？
3.试述燃烧过程的有效性，分析点火提前角对此的影响。
4.转速和负荷不同时，燃烧过程如何进展？它们对点火提前角有何要求？
5.气缸尺寸、活塞、缸盖的材料、冷却强度对燃烧有何影响？
6.何谓燃料的热值？何谓高热值和低热值？内燃机为什么使用低热值。
7.液体燃料的理论空气量如何计算？
8.液体燃料燃烧时，燃烧产物中应包含哪些成份？如何计算？
9.汽油机为什么在过量空气系数小于1时，才能发出最大功率？这时的燃烧产物中出现什么成分？
10.酒精的低热值比汽油低得多，为什么在过量空气系数为1时，两者的混合气热值都差不多？
有效转矩有效扭矩：轴输出扭矩
内燃机工作循环
2020/2/12
由热效率表达式，还可以得到如下结论：
1. 提高压缩比εc可以提高热效率ηt，但提高率随着压 缩比εc的不断增大而逐渐降低。
2. 增大压力升高比λp可使热效率ηt提高。 3. 压缩比εc以及压力升高比λp的增加，将导致最高循
环压力pz的急剧上升。 4. 增大初始膨胀比ρ0，可以提高循环平均压力，但循
环热效率ηt随之降低。 5. 等熵指数k增大，循环热效率ηt提高。
2020/2/12
内燃机实际工作条件的约束和限制： • 1)结构条件的限制
2020/2/12
表3—2给出了在从原油提炼液体燃料过程中 ，不同炼制工艺对油料性质的影响。热裂解 法虽然工艺简单，但由于所得到的燃油稳定 性较差，一般还需要进行催化裂解等炼制过 程，以保证质量。值得强调的是，每一种商 品燃料都是多种烃类的混合物，而且是各种 炼制工艺所得油料的调和产物；近年来，为 了提高汽油燃料的辛烷值，大量采用催化重 整工艺，即将低辛院值的汽油在铂、镍等催 化剂的接触催化下进行重整，使其辛烷值水 平得到进一步提高。
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一、内燃机的燃料
• （一）石油燃料 • （二）天然气燃料 • （三）代用燃料
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(一)石油燃料
• 1、石油中烃的分类 • 2、石油的炼制方法与燃料 • 3、柴油和汽油的理化性质
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1、石油中烃的分类
从化学结构上看，石油基本上是 由脂 肪族烃、环烷族烃和芳香族烃等各种烃类
4)分别用假想的加热与放热过程来代替实际的燃烧 过程与排气过程，并将排气过程即工质的放热视为 等容放热过程。
第一章 内燃机性能指标及实际循环热
k 1
2 分析 = 1 t = const. t ；当 = 10 左右时， t 不大 且汽油机容易爆燃，因此，汽油机 = 6～10
（三） 定压加热循环 （狄赛尔DIESEL 循环） －船舶用大型低速柴油机的理想循环
1 热效率 因为: 压力升高比
式中:
二、理想循环及其分析比较
（一）
混合加热循环
－车用柴油机的理想循环 1 循环特征参数 v1 （1） 压缩比
v2
（2） 压力升高比
p3 p2
v4 v3
（3） 预胀比
2
热效率
tm
w0 q2v q2 1 1 q1 q1 q1v q1 p
1 忽略进、排气过程 2 压缩、膨胀过程 （复杂的多 变过程） 简化为绝热过程 3 燃烧过程简化为定容加热过 程 （2～3） 和定压加热过程 （3～4） 4 排气放热简化为定容放热过 程 5 假定工质为定比热的理想气 体
（三）评定循环过程中质和量的指标
1．循环的热效率
w0 q1 q2 q2 t 1 q1 q1 q1
式中： w0——mkg工质的循环净功（J） q1——mkg工质在循环中吸收的热量（J） q2——mkg工质在循环中放出的热量（J） 热效率可环平均压力pt
w0 pt （J/m3）或（N· 2） m Vh
Vh——气缸工作容积（m3） 循环平均压力表示单位气缸工作容积所作 的循环功，用来评定循环的动力性。
第三节 热平衡
定义：按照热能在有效功和各项损失方面的数量
分配来研究燃料中总热量的利用情况，称为内燃 机的热平衡。（通常有实验确定） 总热量: QT = GT hu（kJ/h） 式中： GT——每小时的油耗量(kg/h) hu——燃料低热值（kJ/kg)
内燃机工作循环的四个冲程
内燃机工作循环的四个冲程内燃机是一种将燃料燃烧产生的热能转化为机械能的装置。
它是现代工业中的重要发明之一，广泛应用于汽车、飞机、船舶、发电机等领域。
内燃机的工作原理基于燃料的燃烧和气体的膨胀，而这个过程被称为“循环”。
内燃机的工作循环由四个冲程组成，它们是：进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程。
这四个冲程的顺序是固定的，每个冲程都有特定的任务。
在这篇文章中，我们将详细介绍内燃机工作循环的四个冲程，以及它们的作用。
一、进气冲程进气冲程是内燃机工作循环的第一个冲程。
在这个冲程中，活塞向下移动，气门打开，进气门打开，新鲜的空气和燃料被吸入到气缸中。
这个过程是通过曲轴的旋转来完成的。
曲轴连接杆和活塞一起工作，将活塞向下推动。
这个过程中，气缸内的压力降低，因为活塞的下降增加了气缸的容积，从而吸入更多的空气和燃料。
进气冲程的主要作用是将空气和燃料引入气缸中。
这些燃料和空气的比例被称为“混合气”。
混合气的质量对内燃机的性能和效率有很大影响。
如果混合气的比例不正确，燃料将无法完全燃烧，从而浪费燃料和降低功率。
因此，进气冲程的正确执行对内燃机的性能至关重要。
二、压缩冲程压缩冲程是内燃机工作循环的第二个冲程。
在这个冲程中，活塞向上移动，气门关闭，进气门关闭，混合气被压缩。
这个过程中，气缸内的压力增加，因为活塞的上升减少了气缸的容积。
这个过程中，混合气被压缩到非常高的压力和温度。
这种高压和高温的混合气将燃烧产生的热能转化为机械能。
压缩冲程的主要作用是将混合气压缩到一定的压力和温度。
这种压缩可以增加燃料的燃烧效率，从而提高内燃机的性能和效率。
压缩比是衡量内燃机性能的一个重要指标，它是进气冲程和压缩冲程中气缸容积的比值。
压缩比越高，内燃机的性能和效率越高。
三、燃烧冲程燃烧冲程是内燃机工作循环的第三个冲程。
在这个冲程中，混合气被点燃，燃料燃烧产生高温高压的气体。
这个过程中，活塞被推向下方，从而产生机械能。
燃烧冲程的主要作用是将燃料的化学能转化为机械能。
内燃机热力循环-打印版
内燃机热力循环一、燃气轮机循环燃气轮机理想循环为布雷顿循环（Brayton Cycle) ，它是工质连续流动做功的一种轮机循环，如图1所示 。
它既可作内燃布雷顿循环，又可作外燃布雷顿循环。
内燃的布雷顿循环为开式循环，常用工质为空气或燃气。
外燃的布雷顿循环是闭式循环，通过热交换器对工质加热，在另一热交换器排出工质余热。
循环过程为：工质在压气机中等熵压缩1－2，在燃烧室（或热交换器中）等压加热2－3 ，在燃气轮机中等熵膨胀3－4和等压排气4－1 。
图1 燃气轮机循环燃气轮机循环的指示热效率为11k k i c ηπ-=-式中，c π为压气机中气体的压比，k 为比热比。
燃气轮机开式循环常与内燃机基本循环配合使用。
二、涡轮增压内燃机热力循环将涡轮增压技术（或燃气轮机技术）应用到内燃机上是内燃机循环的一项重大技术发展。
一方面内燃机希望获得更多的进气（或可燃混合气）充量，以提高内燃机的功率和热效率；另一方面从内燃机排出的高温、高压废气能导入燃气涡轮中再作功，推动与燃气涡轮相连（同轴）的压气机来提高进气（或可燃混合气）的压力供给内燃机，这样就成为涡轮增压内燃机。
涡轮增压内燃机有等压涡轮和变压涡轮两种系统，它们的热力循环也有所不同。
1．恒压涡轮增压内燃机热力循环图2是等压涡轮增压内燃机热力循环。
它由内燃机基本循环1→2→3’→3→4→1和燃气轮机循环7→1→5→6→7组成。
图2 等压涡轮增压内燃机热力循环压气机将气体从状态7（大气压力p0）等熵压缩到状态1（压力为p s）之后进入内燃机。
按内燃机热力循环到达状态4。
气体在排气过程进入等压涡轮时由于排气门的节流损失和排气动能在排气总管内的膨胀、摩擦、涡流等损失而变成热能，气体温度升高，体积膨胀而到达状态5。
气体从4→5 这部分能量没有利用，对内燃机来说相当于从状态4直接回到状态1。
气体在等压涡轮中从状态5等熵膨胀到状态6，然后排入大气。
2 ．变压涡轮增压内燃机热力循环变压涡轮增压内燃机热力循环如图3 。
发动机期末复习题
4、柴油机间接喷射式燃烧室类型中包括下面列出的 （ ） A、半开式燃烧室 B、开式燃烧室 C、统一室燃烧室
D、预燃室燃烧室
5、传统柴油机的喷油时刻与供油时刻的关系是（ ）
A、同步
B、提前
C、滞后
D、没有联系
6、表示柴油机的供油始点用（ ） A、喷油提前角 B、供油提前角 C、雾化提前角 D、着火提前角
4、四冲程发动机换气过程中存在气门叠开现象的原因是 （ ） A、进气门早开和排气门早开 B、进气门晚关和排气门早开 C、进气门早开和排气门晚关 D、进气门晚关和排气门晚关
5、充气效率用于评价发动机实际换气过程完善程度，它的物理意义是反映 （ ）
A、机械效率
B、流动效率
C、换气效率
D、容积效率
6、为了利用气流的运动惯性，在活塞运动到上止点以后，才关闭气门。从上止点到气门完
四、判断题 1、在进、排气门开、闭的四个定时中，排气提前角对充气效率的影响最大。 2、从排气门打开到气缸压力接近排气管压力的这个时期，称为强制排气阶段。 3、在超临界排气期间，排出的废气量由缸内和排气管内的压力差来决定。 4、排气终了时，排气管内废气压力高，说明残余废气密度大，残余废气系数上升。 5、充气效率总是小于 1 的。 6、发动机进气终了的温度 Ta 低于进气状态温度 Ts 。
D、选用高牌号的汽油
11、电控汽油喷射系统中对理论空燃比进行反馈控制的是 （ ）
A、空气流量传感器
B、压力调节器 C、电源电压
D、氧传感器
12、汽油机的不规则燃烧包括
A、被过热表面点燃 B、因温度过高自燃 C、受火焰传播燃烧
D、由已燃气体点燃
2、汽油机出现表面点火的原因中包括
（）
A、压力过高 B、清除水垢 C、浓度过高 D、积炭过多
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。
活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较
活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较一、引言活塞式内燃机是一种广泛应用的发动机类型，它通过燃料的燃烧产生高温高压气体驱动活塞运动，从而提供机械能。
在设计和优化活塞式内燃机时，理想循环是一个重要的概念，因为它可以提供最高效率的理论基础。
本文将介绍几种常见的理想循环，并比较它们之间的热力学性能。
二、理想循环1. Otto循环Otto循环是一种常见的四冲程汽油发动机循环。
在该循环中，空气被压缩到极限压力后，点火器点火将混合物点燃。
然后，高温高压气体通过扩张过程转化为低温低压气体，并通过排气门排出。
Otto循环可以表示为以下四个过程：- 压缩（1-2）：空气被等熵地压缩到最大压力。
- 点火（2-3）：混合物被点火并等容地燃烧。
- 膨胀（3-4）：高温高压气体被等熵地膨胀为低温低压气体。
- 排气（4-1）：剩余的废气被等熵地排出。
2. Diesel循环Diesel循环是一种常见的柴油发动机循环。
在该循环中，空气被压缩到高压状态，然后喷入燃料并点燃。
然后，高温高压气体通过扩张过程转化为低温低压气体，并通过排气门排出。
Diesel循环可以表示为以下四个过程：- 压缩（1-2）：空气被等熵地压缩到最大压力。
- 燃烧（2-3）：燃料被喷入并等容地燃烧。
- 膨胀（3-4）：高温高压气体被等熵地膨胀为低温低压气体。
- 排气（4-1）：剩余的废气被等熵地排出。
3. Brayton循环Brayton循环是一种常见的涡轮喷气式发动机循环。
在该循环中，空气经过压缩和加热后进入涡轮机，驱动涡轮机旋转并产生功。
然后，高温高压气体经过扩张过程转化为低温低压气体，并通过排气门排出。
Brayton循环可以表示为以下四个过程：- 压缩（1-2）：空气被等熵地压缩到最大压力。
- 加热（2-3）：空气被等压地加热。
- 膨胀（3-4）：高温高压气体被等熵地膨胀为低温低压气体。
- 排气（4-1）：剩余的废气被等熵地排出。
三、比较1. 热效率对于给定的入口条件，不同的理想循环具有不同的最大理论热效率。
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p z'
Wz c
z
Wk 工质影响 Wb 传热损失
r Wr
b Wz 燃烧损失
b'
W
a
换气损失
v
一、工质的影响
工质性质 •
理论上: 理想气体，双原子气体 实际上: 燃烧前: 燃料+空气
三、汽车对发动机的要求 动力性是基本要求 对经济性、可靠性等方面也有着要求
第一章 内燃机性能指标及 实际热循环
发动机——汽车的动力源 品质的评价--------定性、定量----- 指标
指标的建立需要条件和基础，作为能量 转换机构的工作过程需要建立模型。
发动机的实际循环
进气过程0-1 压缩过程1-2 燃烧过程2-3-4
1 1)
循环平均压力
• 循环平均压力 单位气缸容积所做的循环功 ------理论
循环的做功能力。
pt W / Vh (K pa )
Vc
Vh
Va
循环平均压力
1、混合加热循环的循环平均压力
ptm
k
1
pa [(
k 1
1) k(
1)] t
2、定容加热循环的循环平均压力
ptv
k pa ( 1 k 1
活塞式 转子
直立
按发动机气缸布置
卧式 V型 W型
按冷却介质 分冷、水冷
按气缸数 单缸、多缸
绪论
按活塞冲程数 2冲程、4冲程
按点火方式 点燃、压燃
按增压程度 低增压、中增压、高增压 低速 n < 500 r/min
按发动机转数 中速500 r/min < n < 1500 r/min 高速 n > 1500 r/min
混
P
Q1〞
z′
z
合
Q1′
加
c
热
车用柴油机 的理想循环
循
b
Q2
环
a
Vc
Vh
V
定容加热循环 (奥托Otto循环 )
P z
Q1 c
汽油机的理想循环
b
Q2 a
Vc
Vh
V
定压加热循环（狄赛尔diesel 循想循环
b Q2
a
Vc
Vh
V
循环特征参数
P z′ Q1〞
Q1′
z
绪论
二、汽车内燃机的发展 1、汽车用发动机的分类
发动机 内燃机和外燃机 车用发动机 间歇工作式发动机 四个冲程中只有一个冲程做功，做功不连续 燃气轮机：连续工作式发动机
绪论
1、汽车用发动机的分类
按燃料
汽油 柴油 液化石油气、天然气 沼气、混合动力、纯电动 氢、醇类、二甲醚 植物油、太阳能
绪论
按发动机往复运动件
柴油机 = 12～22
汽油机 = 10 左右时 t 不大
汽油机 = 6～11
问题分析和结论
3、 、 影响
、 t pz 急剧 发动机
的结构、强度、寿命 、可靠性 ， 运动 件惯性 摩擦力 机械效率 4、k 影响
k t
§ 1-2 内燃机实际循环与热损失
实际循环 ：进气、压缩、燃烧、膨胀、排气
密、准确、优化 （5） 设计、零部件生产商 分散集中分散 （6） 电控应用日益增多，混合气制备更加完善 （7） 检测设备与手段先进 （8） 低排放的代用燃料发动机正在普及，零排放
正在开发并进入实用
绪论
3、现代发动机的发展
结论： 新技术、电子控制技术可保持
发动机运行参数最佳值，使动力、经济、 排放等性能指标最佳化，并监视运行工况
➢性能 ➢可靠性 ➢寿命
课程性质 车辆工程方向的专业限选课
内容
绪论
动力性指标
1、对象
以性能指标作为研究对象
经济性指标 运转性指标
衡量发动机的质量，还要考虑可靠性，耐久性，
加工容易，操纵维修方便，成本核算
2、工作过程
发动机冲程 ：吸气压缩做功排气
热力过程：吸气压缩燃烧膨胀排气
燃烧 膨胀 为能量转换过程
c
压缩比
压力升高比
b Q2
a
Va Vc
Vc
Vh V
(Vh Vc ) / Vc
pz
pc
预胀比
Vz / Vh / Vz
Vz'
绝热指数 k 空气的 k =1.4
循环热效率
根据热力学公式可得 1、混合加热循环的热效率
P z′ Q1〞
Q1′
z
c
tm
W0 Q1
1 Q2 Q1
P
Q1〞
3
4
Q1′
2
膨胀过程4-5 排气过程5-0
0 Pe
Vc
V
5 Q2
1
Vh
实际循环的简化
➢忽略进、排气过程
➢压缩、膨胀过程 （复杂的多变过程）
简化为
绝热过程
➢燃烧过程简化为
定容加热过程 定压加热过程
➢排气放热简化为定容放热过程 ➢假定工质为定比热的理想气体
§ 1-1 内燃机理论循环
将实际工作过程抽象简化后建立的循环
1) t
3、定压加热循环的循环平均压力
ptp
k 1
pa (
k 1
1)kt
问题分析和结论
tm
1
1
k 1
(
k 1 1) k(
1)
ptm
k
1
pa [(
k 1
1) k(
1)] t
1、 为定值 t、pt ； t 、pt ； = 1 t = C
t 、pt ； 2、 变化 柴油机 = 20 左右时 t 不大
•起动性好 可很快达到全负荷
•对燃料要求高 石油紧张，汽油、柴油价 格高；要求一定的标号
•噪声、排污 *结构较复杂
3、现代发动机的发展
60 年代以前: 动力性、可靠性、耐久性 70～80年代: 经济性、动力性 90 年代口号: 清洁、经济、安全 （1） 相关学科日益增多，学科之间相互渗透 （2） 标准化，系列化，通用化 （三化） （3） 新材料，新工艺，新产品 （4） 使用计算机设计、计算零部件及其配合，精
绪论
机动
灵活
交通运输的5种运输方式 中公路运输的特点
快速 便捷 换装少
货损少
效率高
可以实现“门到门”的服务 效益高
在综合运输体系中承担着必不可少的作用
绪论
汽车工业的快速发展，高新技术在汽车中 的应用越来越多 -----技术密集的行业
发动机 ---汽车的心脏 ---动力来源
直接影响着整车的
1
Q2 Q1 Q1
Vc
b Q2
a Vh V
tm
1
1k1(
k 1 1) k(
1)
循环热效率 P z
2、定容加热循环的热效率 Q1 c
Vz / Vc 1
Vc
tv
1
1
k 1
b Q2
a
Vh
V
循环热效率
P
Q1
c
z
3、定压加热循环的热效率
pz 1
pc
Vc
b Q
a2
Vh V
tp
1
1 k k1 k(
按混合气形成方式、按燃烧室型式、 按照用途等多种分类
2、车用发动机的优缺点
优点 缺点
•功率范围 广
Ne = 0.6～35000 kw 蒸汽机 11～16%
•有效热效率高
蒸汽轮机 30% 汽油机30%，柴油机40%
增压柴油机46%以上
•比重量小，升功率大 体积小、重量轻
比重量 柴油机3.7 kg/kw 车用汽油机1.37 kg/kw