第一章内燃机原理

1、 内燃机原理 第一章 发动机的性能 掌握发动机理想循环与实际循环的差异，熟悉指示指标、有效指标和机械损失。了解燃烧热化学和着火方式，掌握过量空气系数和分子变更系数。 发动机性能 n经济性、动力性、可靠耐久性、使用维修性、排放噪声性以及加工工艺性等各个方面 本章主要内容n发动机的理论循环和实际循环n评定发动机性能的参数n发动机的热平衡 第一节发动机理论循环发动机理论循环定义：发动机的理论循环是将非常复杂的实际工作过程加以抽象简化，忽略一些因素，所得出的简化循环。意义：通过对理论循环的研究，可以清楚地确定影响性能的某些重要因素，从而找到提高发动机性能的基本途径 三种空气标准循环n定容加热循环汽油机

2、 n 定压加热循环高增压和低速大型柴油机n混合加热循环高速柴油机标准循环的简化条件n假设工质是理想气体n假设工质是在闭口系统中作封闭循环n假设工质的压缩及膨胀是绝热等熵过程n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三种空气循环的P-V图比较 循环热效率n定义：工质所做循环功W（J）与循环加热量Q1（J）之比n意义：评定循环经济性t1212111QQQQQQWt循环热效率n按工程热力学公式，混合加热循环的热效率为：111111KKKtm循环热效率n 定容加热循环（=1）热效率为 ：n定压加热循环（=1）热效率为 ：)1(1111KKKtP111KtV影响热效率的因素

3、n压缩比n 绝热指数Kn 压力升高比n预膨胀比三种循环热效率的比较n循环总加热量相同时，定容加热循环热效率最大，定压加热循环热效率最小。n最高压力相同时，定压加热循环热效率最大，定容加热循环最小。 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 式中 W循环所做的功（J） Vs气缸工作容积（L） stVWp 第二节四行程发动机的实际循环四行程发动机的实际循环包括：进气、压缩、燃烧、膨胀和排气。四行程发动机示功图 一、进气过程n进气过程（r-a线），此时进气门打开，排气门关闭，活塞由上止点向下止点移动。n一般进气终点的压力Pa和温度Ta的范围是： 汽油机 Pa=(0.

4、8-0.9)P0 Ta=340-380K 柴油机 Pa =(0.85-0.95)P0 Ta=300-340K 增压柴油机 Pa =(0.9-1.0)Pk Ta=320-380K 汽车发动机增压压力 Pk=(1.3-2.0)P0 二、压缩过程n压缩过程(a-c线)，进排气门均关闭，活塞由下止点向上止点移动，缸内工质受到压缩，温度、压力不断上升 n压缩终了的压力和温度的大致范围是： Pc（MPa） Tc（K） 汽油机 0.8-2.0 600-750 柴油机 3.0-5.0 75O-1OOO 增压柴油机 5.0-8.0 9O0-1100n的大致范围是： 汽油机 =7-10 柴油机 =14-22 增压

5、柴油机 =12-15三、燃烧过程(一)n燃烧过程（c-z线）的作用是将燃料的化学能转变为热能，使工质的压力、温度升高。放出的热量越多，放热时越靠近上止点，热效率越高。此时进排气门均关闭，活塞处在上止点前后 。n 燃烧的最高爆发压力及最高温度的大致范围是； Pz（MPa） Tz（K） 汽油机 3.O-6.5 2200-2800 柴油机 4.5-9.O 1800-2200 增压柴油机 9.0-13.0三、燃烧过程(二)n发动机实际的燃烧过程如下：四、膨胀过程n膨胀过程中，进、排气门关闭，高温、高压的工质推动活塞，由上止点向下止点移动而膨胀做功，气体的压力、温度迅速降低。n发动机膨胀终了的压力和温度

6、的大致范围是： Pb（MPa） Tb（K） 汽油机 0.3-0.6 1200-1500 柴油机 0.2-0.5 1000-1200五、排气过程n当膨胀过程结束时，排气门打开，活塞由下止点返回上止点移动，将气缸内的废气排除 。n排气终了的压力和温度的范围是： 汽油机和柴油机 Pr=(1.05-1.2)P0 废气涡轮增压柴油机 Pr=(0.75-1.0) Pk 汽油机 Tr=900-ll00 柴油机 Tr=700-900 第三节实际循环的评定指示指标两类指标的比较n指示指标（i）以工质在气缸内对活塞做功为基础，评定实际循环质量的好坏。n有效指标（e）以曲轴对外输出的功率为基础，代表整机的性能。指示

7、指标平均指示压力 pmi Wi ：一个实际循环工质对活塞所做的有用功，称为指示功（KJ J）Vs ：气缸工作容积（L） simiVWp指示指标平均指示压力 pmin以一个假想的、大小不变的压力作用在活塞上，使活塞移动一个行程，其所做的功等于循环功，则此假想的压力即为平均指示压力 pminPmi 的物理意义是单位气缸工作容积的指示功汽油机 0.8 - 1.50.8 - 1.5 MPaMPa 柴油机 0.7 - 1.10.7 - 1.1 MPaMPa 增压柴油机 1.0 - 2.51.0 - 2.5 MPaMPan与循环平均压力 pt 的比较 指示指标指示功率 pi（Ni）n循环指示功 Wi（kJ

8、）可以写成：n发动机指示功率 Pi（kW）：32104SDpVpWmismii30260niVpinWpsmiii指示指标指示热效率 in指示热效率in指示热效率i 的范围 汽油机 0.3 - 0.4 柴油机 0.4 - 0.5 n与循环热效率 t 的比较 iiiQW指示指标指示比油耗 bi（gi）n指示燃料消耗率（简称指示比油耗）是指单位指示功的耗油量n单位【g / (Kw h)】 汽油机 205-320 柴油机 170-205310iipBb6106 .3hbii 第四节发动机经济性和动力性的评定发动机经济性和动力性有效指标n发动机的指示功率Pi 并不能完全对外输出n功在发动机内部的传递过

9、程中，不可避免有损失Pm ，这些损失包括： 运动零件的摩擦损失 驱动附属机构的损失 泵气损失动力性指标有效功率 Pe（Ne） Pe = Pi Pm Pm 机械损失功率 Pe 有效功率，可由试验求得动力性有效指标有效扭矩 Ttq（Me）n由功率输出轴输出的扭矩称为有效扭矩Ttq。它与有效功率Pe（kW）之间的关系是 ： 95501000602nTnTptqtqe动力性指标平均有效压力Pme n发动机单位气缸工作容积输出的有效功。与有效功率Pe 之间的关系是：n与平均指示压力 Pmi 的比较nPme值大，说明单位气缸工作容积对外输出的功多，做功能力强 30niVppsmee动力性指标转速n和活塞平

10、均速度Cmn提高发动机转速（n），即增加单位时间的做功次数，从而使发动机体积小、重量轻和功率大。n活塞平均速度Cm：nCm与曲柄连杆机构的惯性力、磨损、寿命相关。一般汽油机不超过18m/s，柴油机不超过13m/s。 30snCm动力性指标转速n和活塞平均速度Cmnn、Cm、S/D值的大致范围是： n（r/min） Cm（m/s） S/D 小客车汽油机 5000-8000 12-18 0.7 - 1.0载货车汽油机 3600-4500 10-15 0.8 - 1.2 汽车柴油机 2000-5000 9-15 0.75- 1.2增压柴油机 1500-4000 8-12 0.9 - 1.3 经济性指

11、标有效热效率e1QWeen指示热效率en指示热效率e 的范围 汽油机 0.25 - 0.3 柴油机 0.3 - 0.45 n与循环热效率 i 的比较经济性指标有效燃油消耗率be（ge）n有效燃料消耗率（简称比油耗）是指单位有效功的耗油量n单位【g / (Kw h)】汽油机 270325（205-320）柴油机 190285（170-205）n与指示燃料消耗率的比较1000eepBb6106.3hbee发动机强化指标n升功率PL （kWL）n比质量me （kgkW）n强化系数Pme Cm （MPa M/s） P PL L m me e PmeCmPmeCm汽油机 30-70 1.1-4.0 8-

12、17汽车柴油机 18-30 2.5-9.0 6-11拖拉机柴油机 9-15 5.5-16 9-15第五节发动机的环境指标环境指标n排放性能： 一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOx）、微粒n噪声第六节机械损失机械效率mn有效功率和指示功率的比 :n联系两类指标的纽带mimmimmimeiemppPPppPP11机械损失的分配情况 机械损失名称机械损失名称 占占Pm的百分比（的百分比（% ） 占占Pi的百分比（的百分比（%）n摩擦损失 62-75 8-20 n驱动各种附件损失 10-20 1-5 n带动机械增压器损失 6-10 n泵气损失 10-20 2-4 n总功率损失 10-30 机械损失的测定n倒拖法：汽油机n灭缸法：多缸非增压柴油机n油耗线法：柴油机机械损失的影响因素DSDKpmmn气缸直径和行程n摩擦损失n转速n负荷n润滑油品质和冷却水温度第六节热平衡实际循环的热平衡n实际工质影响 n换气损失n燃烧损失 n传热损失 热量分配的大致情况 名 称 汽油机 柴油机理论循环热效率t 0.54-