发动机的理想循环

1、1.1 发动机理想循环发动机的工作循环是指在气缸内进行的每一次将燃料燃烧的热能转换为机械能的一系列连续过程。由于发动机实际循环的所有热力过程都是非常复杂的，为便于分析，根据实际工作过程所表现的特征，将其简化。 1、工质是理想气体,其比热视为定值； 2、工质与外界无质量交换，不计进、排气过程及其流动损失； 3、工质的压缩和膨胀过程均为绝热过程，不计缸壁传热、漏气等热损失； 4、燃烧过程为外界高温热源以定容过程、等压过程向工质加热，排气过程用定容放热过程代替。 5、构成循环的各个过程均是可逆的。 一、理论循环1、定容加热循环 循环加入到气缸中的热量是在定容情况下加入的。汽油机因混合气燃烧非常迅速，

2、其实际循环很接近定容加热循环。 定容加热循环的热效率随压缩比和指数的增大而增大，平均压力随压缩始点压力等的增大而增大。 热效率： 提高热效率方法： 提高循环的压缩比 提高循环的最高温度2、定压加热循环 低速柴油发动机和空气喷射式柴油发动的工作过程均近似于定压循环。它与定容循环的不同之处不于加热过程是在定压条件下进行的。 热效率： 提高热效率方法： 提高循环的压缩比 降低循环的预胀比 提高循环的最高温度 3、混合加热循环 每循环加入到气缸中的热量分为两部分，一部分是在定容情况下加入，另一部分是在等压情况下加入。高速柴油机的实际循环很接近混合循环。 混合加热循环的热效率随压缩比、压力升高比的增大而

3、增大，随预胀比的增大而减小。 而循环平均压力随压缩始点压力等的增大而增大。 热效率： 提高热效率方法： 提高循环的压缩比 降低循环的预胀比 降低循环的预胀比 提高循环的最高温度 1.2发动机实际循环 发动机的实际循环比理论循环复杂得多，分析实际循环进行的具体情况，可了解它与理论循环之间的差异及其各项热损失，指出提高实际循环批示功和热效率的方向。 一、实际循环四冲程发动机是由曲轴旋转两圈完成一个实际工作循环，分为进气、压缩、作功和排气四个行程。以汽油机为例，其工作过程如下图所示。 具体分析循环的压力、温度等。 1）进气行程 进气终了时气缸内压强为0.0750.09Mpa，温度上升至370400K

4、。 2）压缩行程 压缩终了时气缸内压强上升至0.61.2Mpa，温度继续上升至600700K。 3）作功行程 作功中气缸内最高压强可达35Mpa，最高温度可达22002800K；作功终了时气缸内压强下降至0.30.5Mpa，温度下降至13001600K。 4）排气行程 排气终了时气缸内压强下降至0.1050.115Mpa，温度下降至9001200K。 二、实际循环与理论循环的差异与理论循环相比，实际循环存在各种损失： 1、理论循环的工质是空气，比热设为定值，而实际循环的工质是空气、燃料和燃烧产物，其比热随温度上升而增大。 2、为了使循环重复进行而更换工质所消耗的功，称为换气损失。 3、由于燃烧

5、燃烧需要一定时间，使喷油或点火在上止点前开始，且燃烧还延续到膨胀过程形成非瞬时燃烧损失和补燃损失。 4、由于气缸壁散热、使压缩、膨胀线均脱离理论循环的绝热压缩、膨胀线，引起传热损失。1.3指示指标 p-V图 p-图 发动机性能指标:指示指标，有效指标 指示指标:以工质在汽缸内对活塞做功为基础，评价工作循环的质量。 有效指标:以曲轴上得到的净功率为基础，评价整机性能。 示功图:发动机缸内压力p随汽缸容积V（p-V图） 或曲轴转角f （p-f图） 变化的图示一、指示功和平均指示压力 （一）指示功 一个循环工质对活塞所做的有用功。 应该：非增压： 增压：因为: 不容易测量,实际将归到机械损失中考虑。

6、 所以: 其中 横、纵座标比例尺 指示功大，说明 汽缸工作容积大 热功转换有效程度大。为突出后者，比较不同大小发动机的热功转换有效程度，引入平均有效压力的概念。 （二）平均指示压力 单位汽缸工作容积所做的指示功。 （假想参数） 其中每缸工作容积。 686981 kpa 7841180 kpa 二、指示功率 单位时间所做的指示功。 若:缸数i，每缸工作容积V m ，冲程数t，平均指示压力 p p ，转速 n r/min 。则 w kw 若:每缸工作容积V L ，平均指示压力 p bar 。则 kw 三、指示比油耗和指示热效率 （一）指示比油耗 单位指示功率的耗油量。 g/kwh 每小时耗油量 k

7、g/h （二）指示热效率 做指示功所消耗的热量。 燃料的低热值。0.430.50 =170200 g/kwh 0.250.40 =230340 g/kwh 1.4有效指标一、有效功率和机械损失功率 （一）有效功率 单位时间所做的有效功。 kw 其中 平均有效压力。 （二）机械损失功率 发动机内部损耗的功率。 机械损失包括:发动机内部摩擦损失；驱动附件损耗，如:机油泵、燃油泵、扫气泵、冷却水泵、风扇、配气机构；和泵气损失等。 kw 其中 平均机械损失压力。 二、有效扭矩 功率输出轴输出的扭矩。 w kw 三、平均有效压力 单位汽缸工作容积所做的有效功。 由于 kw kw 所以 kpa 58888

8、3 kpa 588981 kpa 四、升功率和比重量 （一）升功率 单位汽缸工作容积所发出的功率。 kw/l （二）比重量 发动机净重量G与所发出有效功率的比值。 kg/kw ， 发动机强化程度高。 1126 kw/l 49 kg/kw 915 kw/l 5.516 kg/kw 2255 kw/l 1.354 kg/kw 可见，汽油机的强化程度要比柴油机的高。 五、有效比油耗和有效热效率 （一）有效比油耗 单位有效功率的耗油量。 g/kwh 每小时耗油量 kg/h （二）有效热效率 做有效功所消耗的热量。 0.300.40 =218285 g/kwh 0.200.30 =285380 g/kw

9、h 由此可见，柴油机的热效率比汽油机的高，经济性比汽油机好。 1.5机械损失一、机械效率 对于不同类型的发动机，绝对损失大的，其相对损失却不一定也大。必须有 一个衡量标准，故引进机械效率的概念。 有效功率与指示功率的比值。 性能好，所以应尽量提高。 0.70.85 0.70.9二、影响机械效率的因素 (一)转速 其中活塞平均运行速度。 与几乎呈直线关系。与n似呈二次方关系。 n 惯性力 活塞对缸壁的侧压力 轴承负荷 各摩擦副相对速度 摩擦损失 泵气损失，驱动附件损耗 若要提高转速来强化发动机，则将成为主要障碍之一。 （二）负荷 发动机的负荷 柴油机:油门拉杆或齿条位置 汽油机:节气门开度 转速n一定，负荷 时，发动机燃烧剧烈程度，平均指示压力；而由于转速不变，平均机械损失压力基本保持不变。则，机械效率下降。 当发动机怠速运转时，有效功率，指示功率全部用来克服机械损失功率。即，因此，。 由于车用柴油机普遍在高转速、较低负荷下工作，机械效率下降严重。因此，机械效率对于车用柴油机尤为重要。 （三）润滑油品质和冷却水温度 润滑油粘度影响润滑效果；润滑油温度影响润滑油粘度；冷却水温度影响