发动机原理第一二章(1)

1、1.1 1.1 概述概述1.2 1.2 内燃机的理论循环内燃机的理论循环1.3 1.3 内燃机实际循环及其评价指标内燃机实际循环及其评价指标1.4 1.4 内燃机有效性能指标内燃机有效性能指标1.5 1.5 机械损失机械损失1.6 1.6 热平衡热平衡第第2 2章章 内燃机循环机性能评价指标内燃机循环机性能评价指标第一节第一节 概述概述基本概念：基本概念：内燃机：内燃机：将燃烧化学能转化成机械能的热机，燃料在将燃烧化学能转化成机械能的热机，燃料在发动机内部燃烧并转化为气体的热能，经过气体膨胀，发动机内部燃烧并转化为气体的热能，经过气体膨胀，再将热能转化为机械能再将热能转化为机械能两个过程：化学

2、能两个过程：化学能热能热能机械能机械能 发动机：发动机：汽油机，柴油机汽油机，柴油机工质：工质：实现热能和机械能相互转化的媒介物质称为工实现热能和机械能相互转化的媒介物质称为工质，依靠它在热机中的状态变化（如膨胀）才能获得质，依靠它在热机中的状态变化（如膨胀）才能获得功，而做功通过工质才能传递热功，而做功通过工质才能传递热 空气空气燃料燃料混合气混合气Q1Q1WtWtWiWiWeWeQ1Q1：燃料完全燃烧放出的总热量：燃料完全燃烧放出的总热量WtWt：机械功，理论值，不考虑损失：机械功，理论值，不考虑损失WiWi：指示功，实际推动活塞所做的功，燃烧损失：指示功，实际推动活塞所做的功，燃烧损失W

3、eWe：有效功，对外输出功，摩擦损失：有效功，对外输出功，摩擦损失循环热效循环热效率率实际燃烧过程中的能量损失实际燃烧过程中的能量损失机械传递过程中的能量损失机械传递过程中的能量损失ttjmjm内燃机热功转换及能量传递过程内燃机热功转换及能量传递过程三大环节三大环节1. 1. 混合气形成并导入气缸的过程混合气形成并导入气缸的过程2. 2. 燃烧放热过程燃烧放热过程3. 3. 能量传递过程能量传递过程1. 1. 混合气形成并导入气缸的过程混合气形成并导入气缸的过程影响燃烧效影响燃烧效率和动力性率和动力性汽油机混合方式：主要应用于进气道多点喷射的外部扩散混合燃烧预混合燃烧柴油机非均匀混合的分层燃烧

4、均匀混合燃烧汽油机式缸内直喷的内部混合方混合气形成方式目的：保证良好的混合气形成条件，并尽可能多进气。目的：保证良好的混合气形成条件，并尽可能多进气。2. 2. 燃烧放热过程燃烧放热过程等容加热循环等容加热循环等压加热循环等压加热循环混合加热循环混合加热循环控制放热规控制放热规律律目的：通过燃烧过程的组织，有效地控制放热效率。目的：通过燃烧过程的组织，有效地控制放热效率。思考题：汽油机和柴油机分别可以简化为思考题：汽油机和柴油机分别可以简化为哪种放热过程，为什么？哪种放热过程，为什么？3. 3. 能量传递过程能量传递过程1QWtttjiWWimeWW机械功机械功指示功指示功有效功有效功热能经曲

5、柄连杆机构转热能经曲柄连杆机构转化为机械能化为机械能混合气不均匀、不完全燃混合气不均匀、不完全燃烧损失，燃烧时间损失烧损失，燃烧时间损失活塞与气缸之间摩擦活塞与气缸之间摩擦曲轴和轴承之间摩擦曲轴和轴承之间摩擦汽油机的压缩比为什么要低于柴油机？汽油机的压缩比为什么要低于柴油机？内燃机能量转换效果怎样评价？内燃机能量转换效果怎样评价？汽油机热效率高还是柴油机热效率高，为什汽油机热效率高还是柴油机热效率高，为什么？么？燃料性质和点燃方式燃料性质和点燃方式柴油机，因为压缩比高柴油机，因为压缩比高思考题：思考题：循环热效循环热效率率实际燃烧过程中的能量损失实际燃烧过程中的能量损失机械传递过程中的能量损失

6、机械传递过程中的能量损失tjm发动机的理论循环发动机的理论循环: :将非常复杂的实际工作过程将非常复杂的实际工作过程加以抽象简化，忽略一些次要影响因素，并对其加以抽象简化，忽略一些次要影响因素，并对其中变化复杂、难于进行细致分析的物理、化学过中变化复杂、难于进行细致分析的物理、化学过程程如可燃混合气的准备与燃烧过程等如可燃混合气的准备与燃烧过程等进行简进行简化处理，得到便于进行定量分析的循环，称发动化处理，得到便于进行定量分析的循环，称发动机的理想循环。机的理想循环。第二节第二节 内燃机的理论循环内燃机的理论循环一、卡诺循环与内燃机的动力循环一、卡诺循环与内燃机的动力循环研究目的研究目的提高热

7、力动力机械装置的热效率提高热力动力机械装置的热效率卡诺循环的四个过程卡诺循环的四个过程绝热压缩过程绝热压缩过程压缩行程压缩行程等温加热过程等温加热过程做功行程做功行程绝热膨胀过程绝热膨胀过程做功行程做功行程等温放热过程等温放热过程排气行程排气行程绝热压缩过程绝热压缩过程等温加热过程等温加热过程绝热膨胀过程绝热膨胀过程等温放热过程等温放热过程1 1）卡诺效率取决于高温热源温度和低温热源温度差）卡诺效率取决于高温热源温度和低温热源温度差2 2）实际循环效率往往低于卡诺效率）实际循环效率往往低于卡诺效率热效率（卡诺效率）热效率（卡诺效率）1212121111TTQQQQQQWtcp提高动力循环的主要

8、途径，是如何提高高低热源提高动力循环的主要途径，是如何提高高低热源的温度差的温度差p任何实际循环的热效率都不可能超过卡诺效率，任何实际循环的热效率都不可能超过卡诺效率，为实际内燃机动力装置的燃烧放热过程的组织指明为实际内燃机动力装置的燃烧放热过程的组织指明方向方向四冲程内燃机实际循环热效率取决于什么？四冲程内燃机实际循环热效率取决于什么？o 混合气形成方式和放热规律，汽油机：均匀混合气形成方式和放热规律，汽油机：均匀混合气火焰传播，燃烧速度快；柴油机：预混合气火焰传播，燃烧速度快；柴油机：预混合燃烧和扩散燃烧，在气缸容积膨胀过程混合燃烧和扩散燃烧，在气缸容积膨胀过程燃烧，压力升高率低燃烧，压力

9、升高率低o 压缩比的匹配压缩比的匹配二、三种理论循环二、三种理论循环p 等容加热循环等容加热循环p 等压加热循环等压加热循环p 混合加热循环混合加热循环1、研究理论循环的目的、研究理论循环的目的:1)确定循环热效率的理论极限，以判断实际发动确定循环热效率的理论极限，以判断实际发动机经济性和工作过程进行的完善程度以及改进机经济性和工作过程进行的完善程度以及改进潜力。潜力。2)分析比较发动机不同热力循环方式的经济性和分析比较发动机不同热力循环方式的经济性和动力性。动力性。3) 确定提高以理论循环热效率为代表的经济性和确定提高以理论循环热效率为代表的经济性和以平均压力为代表的动力性的基本途径。以平均

10、压力为代表的动力性的基本途径。1 忽略进排气损失，将实际开口循环开口循环简化为闭口循闭口循环环；2 压缩过程和膨胀过程简化为理想的绝热等熵过程绝热等熵过程；3 将燃烧过程简化为等容、等压加热或混合加热过等容、等压加热或混合加热过程程，排气过程简化为等容放热过程等容放热过程；4 工质可视为理想气体理想气体，在整个循环过程中其物理化学性质保持不变，比热容为常数；简化原则为简化原则为: : 3、发动机的理论循环：、发动机的理论循环： 发动机理论循环的三种形式：a) c)。汽油机汽油机 混合气燃烧迅速，气缸内温度压力增长很快，可以认为其燃烧过程基本是在容积不变的条件下进行的，即可简化为定容加热循环。高

11、增压和低速大型高增压和低速大型柴油机柴油机高速柴油机高速柴油机 混合加热循环混合加热循环定压加热循环定压加热循环定容加热循环定容加热循环 由于受燃烧最高压力的限制，大部分燃料是在上止点以后燃烧，燃烧时气缸压力变化不显著，是在压力基本上一定的情况下进行，即可简化为等压加热循环。 介于两者之间，其燃烧过程可认为是先定容加热后定压加热的组合，即可简化为混合加热循环。思考题：汽油机和柴油机分别可以简思考题：汽油机和柴油机分别可以简化为哪种加热循环，为什么？化为哪种加热循环，为什么？三、三、理论循环的评价理论循环的评价：1、循环热效率、循环热效率(简称简称热效率热效率) ：1212111QQQQQQWt

12、式中：式中： 工质所做工质所做循环功（循环功（J） 循环加热量（循环加热量（J） 工质在工质在循环中放出的热（循环中放出的热（J）tW1Q2Q理论循环是用理论循环是用循环热效率循环热效率和和循环平均压循环平均压力力来评定。来评定。评定循环的经济性压力升高率压力升高率预胀比预胀比压缩比压缩比czPP /zzVVcaVV /)(2abvTTcQ)()(111zzpczvpvTTcTTcQQQ1212111QQQQQQWt3理想循环的指标理想循环的指标 ) 1() 1(1111kkkttktkkpp11111混合加热循环混合加热循环：) 1(1.111kkkttktkkpp) 1(.1.11定压加热

13、循环定压加热循环：111kttktkpp) 1(1.11定容加热循环定容加热循环：等熵指数压力升高率预膨胀比压缩比三种理论循环的热效率三种理论循环的热效率均与压缩比和等熵指数均与压缩比和等熵指数有关有关2、循环平均压力、循环平均压力 ：sstVQVWp1ttp评定循环的动力性(kPa)式中： 循环所做的功（J） 气缸工作容积（L）WsV3理想循环的指标理想循环的指标 ) 1() 1(1111kkkttktkkpp11111混合加热循环混合加热循环：) 1(1.111kkkttktkkpp) 1(.1.11定压加热循环定压加热循环：111kttktkpp) 1(1.11定容加热循环定容加热循环：

14、等熵指数压力升高率预膨胀比压缩比sstVQVWp1t) 1() 1(1111kkkttktkkpp11111混合加热循环混合加热循环：三种理论循环的热效率三种理论循环的热效率均与压缩比和等熵指数均与压缩比和等熵指数有关有关u提高压缩比可以扩大循环高低温热源的温差，增加膨胀提高压缩比可以扩大循环高低温热源的温差，增加膨胀比，从而提高循环热效率，但当压缩比大于比，从而提高循环热效率，但当压缩比大于14后，随压缩后，随压缩比的增加，热效率增加率减小，而机械负荷和热负荷却成比的增加，热效率增加率减小，而机械负荷和热负荷却成比例增加比例增加u空气的等熵指数空气的等熵指数k=1.4，但实际循环是工质而非纯

15、空气的，但实际循环是工质而非纯空气的多变过程。一般多变指数多变过程。一般多变指数nk，提高多变指数使其接近纯空，提高多变指数使其接近纯空气，可提高热效率气，可提高热效率aczz1b1bu对于等容循环，当压对于等容循环，当压缩比不变时，增大压力缩比不变时，增大压力升高能提高热效率吗？升高能提高热效率吗？为什么？为什么？当压力升高比增加时，循环加热量当压力升高比增加时，循环加热量Q1增加，最增加，最高压力和温度相应提高，导致高压力和温度相应提高，导致Q2/Q1不变，所以不变，所以热效率不变。热效率不变。czPP /1212111QQQQQQWt 从理论循环的分析可知，提高压缩比从理论循环的分析可知

16、，提高压缩比和压力升和压力升高比高比对提高循环热效率对提高循环热效率t起着有利的作用，但发动起着有利的作用，但发动机实际工作条件机实际工作条件约束和限制约束和限制循环热效率提高。循环热效率提高。发动机实际工作条件对循环热效率提高循环发动机实际工作条件对循环热效率提高循环热效率的约束和限制：热效率的约束和限制：1)零件的强度和可靠性的限制零件的强度和可靠性的限制 2)机械效率的限制机械效率的限制3)燃烧方面的限制燃烧方面的限制四、理论循环的比较四、理论循环的比较111ct) 1(111001ct) 1() 1(111001pppct 循环名循环名称称循环热效率循环热效率循环特点循环特点等容加等容

17、加热循环热循环 加热过程在等容条件下很快完成，加热过程在等容条件下很快完成，热效率仅与压缩比有关热效率仅与压缩比有关等压加等压加热循环热循环 加热过程在等压条件下缓慢完成，加热过程在等压条件下缓慢完成，负荷的增加使得热效率下降负荷的增加使得热效率下降混合加混合加热循环热循环介于上述两者之间介于上述两者之间表表11 三种理论循环的比较三种理论循环的比较1、压缩比及加热量分别相同时比较、压缩比及加热量分别相同时比较c压缩比压缩比 相同相同加热量加热量 相同相同初态初态1 1相同相同tptmtv 等容加热循环热效率最高，而等压加热循环的等容加热循环热效率最高，而等压加热循环的均最低。欲提高混合加热循

18、环的热效率均最低。欲提高混合加热循环的热效率 ，应增加等，应增加等容加热循环的等容部分。容加热循环的等容部分。1Q绝热压缩绝热压缩等容加热等容加热等压加热等压加热2、加热量及循环的最高压力分别相同时比较、加热量及循环的最高压力分别相同时比较加热量加热量 相同相同初态初态1 1相同相同循环的最高压力相同循环的最高压力相同1Qvmp 对于高增压柴油机，为了得到较高的热效率，对于高增压柴油机，为了得到较高的热效率，宜按等压加热循环工作。宜按等压加热循环工作。tvtmtp3、最高温度、最高压力分别相同时比较、最高温度、最高压力分别相同时比较apmvQQQ222bzc”ccTmaxTmax和和PmaxP

19、max相同，则放相同，则放热量相同热量相同加热量、压缩比不同加热量、压缩比不同1v1m1pQQQtvtmtp 当气缸内最高压力或者最高温度受到限制时，当气缸内最高压力或者最高温度受到限制时，适当提高工质的压缩程度，增加等压加热部分，适当提高工质的压缩程度，增加等压加热部分，有利于提高循环热效率有利于提高循环热效率回顾回顾1、a混合加热循环，可将高速柴油机简化为混合加热循环混合加热循环，可将高速柴油机简化为混合加热循环2、b等容加热循环，可将汽油机简化为等容加热循环等容加热循环，可将汽油机简化为等容加热循环3、c等压加热循环，可将低速柴油机机简化为等压加热循环等压加热循环，可将低速柴油机机简化为

20、等压加热循环卡诺循环可简化为哪四个个过程？卡诺循环可简化为哪四个个过程？压力升高率压力升高率预胀比预胀比压缩比压缩比 zzVVczPPcaVV率经济性指标：循环热效压力动力性指标：平均循环理论循环的评价指标第三节第三节 内燃机实际循环及其评价指标内燃机实际循环及其评价指标一、发动机的实一、发动机的实 际循环际循环1、进气冲程、进气冲程 图图a）2、压缩冲程、压缩冲程 图图b）3、做功冲程、做功冲程 图图c）（燃烧和膨胀过程）（燃烧和膨胀过程）4、排气冲程、排气冲程 图图d）1 1、进气行程、进气行程 进气过程开始时，进气门打开，排气门关闭，活塞由上止点向下止点移动。对于非增压发动机： 由于进气

21、系统的阻力，进气终了压力 因为气流受到内燃机高温零件及残余废气的加热，进气终了的温度0ppa0TTa一、实际循环分析一、实际循环分析220vpppaa进气流动损失 为进气系统的流动阻力系数； 为进气密度， 为进气气流的平均流速 v汽油机汽油机 09 . 08 . 0ppa）（KTa380340柴油机柴油机 095. 085. 0ppa）（KTa340300增压柴油机增压柴油机 00 . 19 . 0ppa）（KTa3803202 2、压缩行程、压缩行程进、排气门均关闭，活塞由下止点向上止点移动。理论循环中压缩过程是绝热的，实际上，内燃机的压缩过程是一个复杂的多变过程（非纯空气的工质与气缸壁面进

22、行热交换，并存在漏气现象），常用平均多变系数 表示 。进气终了压力温度在柴油机中，其压缩终了的压力和温度均比汽油机高许多。这是由于柴油机的比汽油机大的原因。1n1nacpp11nacTT汽油机汽油机MPa0 . 28 . 0cPMPa53cPK750600cTK1000750cT 柴油机柴油机38. 132. 11n4 . 138. 11n12722143 3、做功行程、做功行程实际循环的做功行程包括实际循环的做功行程包括燃烧过程和膨胀过程燃烧过程和膨胀过程。燃烧过程的作用是：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。柴油机因为压缩比高，

23、燃烧最高爆发压力很高，但因相对于燃油的空气量大，所以最高燃烧温度反而比汽油机低。汽油机柴油机燃烧过程燃烧过程：进排气门均关闭，活塞在上止点附近。MPa5 . 63cPMPa95 . 4cPK28002200cTK22001800cT由于柴油机膨胀比大，转化为有用功的热量多，热效率高，所以，膨胀终了的温度和压力均比汽油机小。 汽油机柴油机进排气门均关闭，高温、高压的工质推动活塞，由上止点向下止点移动，膨胀做功，气体的压力、温度迅速降低。 膨胀过程比压缩过程更为复杂，除有热交换和漏气损失外，还有补燃现象。所以，膨胀过程也是一个多变过程多变过程。膨胀过程膨胀过程MPa6 . 03 . 0cPMPa5

24、 . 02 . 0cPK15001200cTK12001000cT4 4、排气过程、排气过程膨胀过程结束，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。由于排气系统有阻力，排气终了的压力pr大于大气压力p0，阻力愈大，排气终了的压力愈大，残留在气缸中的废气就多 。柴油机比汽油机低，其工作过程进行得好，转变为有用功的热量多。汽油机柴油机0)2 . 105. 1 (PPrK1100900rTK900700rT0)2 . 105. 1 (PPr判断发动机燃烧程的好坏四冲程发动机换气过程中汽油机与柴油机温四冲程发动机换气过程中汽油机与柴油机温度的区别与比较？度的区别与比较？温度温度原因原

25、因进气进气汽油机高于柴汽油机高于柴油机油机压缩压缩柴油机高于汽柴油机高于汽油机油机柴油机压柴油机压缩比大缩比大燃烧燃烧汽油机高于柴汽油机高于柴油机油机柴油机空柴油机空气量大气量大膨胀膨胀汽油机高于柴汽油机高于柴油机油机柴油机热柴油机热功转化多功转化多排气排气汽油机高于柴汽油机高于柴油机油机残余废气系数残余废气系数排气终了后，由于在结构上余隙容积的存在，气缸内的废气不能排净而保留一部分。这一部分被保留在气缸内的废气称为残余废气。1mmrr判断气缸内换气过程进行的完善程度式中， 为残余废气量 为新鲜充量rm1m1、实际工质的影响、实际工质的影响 实际工质影响引起的损失：实际工质影响引起的损失：2、

26、换气损失、换气损失 换气损失：换气损失：3、燃烧损失、燃烧损失 非瞬时燃烧损失非瞬时燃烧损失 和补燃损失：和补燃损失： 提前排气损失：提前排气损失：4、传热损失、传热损失 传热、流动传热、流动 损失：损失：5、缸内流动损失、缸内流动损失发动机实际循环与理论循环的比较发动机实际循环与理论循环的比较WbWrWkWzW图图112 发动机实际循环与理论循环的比较发动机实际循环与理论循环的比较a) 柴油机柴油机 b) 汽油机汽油机二、内燃机性能评价指标二、内燃机性能评价指标内燃机性能的评价指标包括指示性指标指示性指标和有效性指标有效性指标指示性指标：指示性指标：以活塞做功为基础，评价气缸内热工转换的完善

27、程度的指标有效性指标：有效性指标：以曲轴飞轮端对外输出的有效功为基础，从实用角度评价对外做功能力的指标指示性指标指示性指标1.实际循环做功能力的评价指标2.实际循环的经济性指标指示功率平均指示压力指示燃油消耗率指示热效率 平均指示压力平均指示压力是指单位气缸容积一个循环所作的指是指单位气缸容积一个循环所作的指示功示功(Pa) 。式中， Wi 发动机一个工作循环的指示功，J； Vs 发动机气缸工作容积，m3。 1. 实际循环做功能力的评价指标实际循环做功能力的评价指标评价内燃机实际循环做功能力的指标有评价内燃机实际循环做功能力的指标有平均指示压平均指示压力和指示功率。力和指示功率。42SDpVp

28、abAWmismiii式中，A为示功图面积 a、b分别为示功图纵、横坐标的比例尺 D和S分别为气缸直径和活塞行程若Vs用L为单位，Wi用kJ为单位，则pmi (MPa) 平均指示压力平均指示压力可以设想为一个恒定的压力作用于活塞顶上，使活塞移动一个行程所作的功，即循环的指示功Wi 。 平均指示压力平均指示压力是衡量发动机实际循环动力性能的一个很重要的指标。图图115 指示功与平均指示压力指示功与平均指示压力 指示功率指示功率Pi ：发动机单位时间内所作的指示功。30260n iVpinWtWPsmiiii若：一台内燃机的缸数i，每缸的工作容积Vs (L) ，平均指示压力为pmi (MPa )

29、，转速n(r/min)，冲程数。(kw ) 对四冲程发动机 对二冲程发动机120n iVpPsmii60n iVpPsmii2. 实际循环的经济性指标实际循环的经济性指标1QWiit式中， Q1 得到指示功Wi所消耗的热量( J) 。发动机实际循环指示功与所消耗燃料热量的比值。评价内燃机实际循环热功转换的经济性指标有。 对于一台发动机，若测得其指示功率Pi (kW)、每小时燃油消耗量B(kg/h) ，则：BHuPiit3106 . 3式中，3.6l03 1kWh的热当量，kJ/(kWh)； B 每小时发动机的耗油量，kg/h； Hu 所用燃料的低热值，kJ/kg。 指示燃油消耗率指示燃油消耗率

30、：指单位指示功的耗油量。通常以单位指示千瓦小时的耗油量来表示。g(kWh) ：iiPBb1000 表示实际循环的经济性指标it和bi之间存在着以下关系：uit iHb6106 . 3uit iHBP3106 . 3一般内燃机的it和bi的统计范围如下： it big(kWh) -1四冲程柴油机 0.40.5 170205二冲程柴油机 0.400.5 218177 四冲程汽油机 0.30.4 205320二冲程汽油机 0.20.3 435305 从统计范围可以看出：柴油机的指示热效率高于汽油机，四冲程发动机的指示热效率高于二冲程发动机。第四节第四节 内燃机有效性能指标内燃机有效性能指标思考题：内

31、燃机指示性能指标与有效性能指标的区别？指示指标只评价内燃机气缸内热工转换的工作循环的好坏，包括做功能力评价指标和经济性指标。有效性能指标用于评价指示功经内部传递途径对外输出功的过程中，所要克服的内部摩擦损失功率以及驱动福建所消耗的功率损失的大小，包括动力性、经济性和排放性三方面性能指标o以曲轴输出功为计算基础以曲轴输出功为计算基础的性能指标，称为有效性能指标，有效性能指标，简称有效指标。有效指标。o有效指标被用来有效指标被用来直接评定发动机实际工直接评定发动机实际工作性能作性能的优劣的优劣(包括动力性、经济性和包括动力性、经济性和排放性排放性)。有效性指标（名词解释）有效性指标（名词解释）一、

32、发动机动力性指标一、发动机动力性指标1、有效功率、有效功率Pe 有效功率：指示功率克服运动件的摩擦损失功有效功率：指示功率克服运动件的摩擦损失功率以及驱动冷却风扇、机油泵等附件所消耗的率以及驱动冷却风扇、机油泵等附件所消耗的功率损失厚，经曲轴对外输出的有用功率。功率损失厚，经曲轴对外输出的有用功率。动力性指标是评价内燃机对外做功的能力。主要有：。miePPP式中：式中： Pi 指示功率指示功率 Pm 实际机械损失功率实际机械损失功率其中，机械损失其中，机械损失Pm包括：发动机内部摩擦损失；包括：发动机内部摩擦损失； 驱动附件损耗和泵气损失等。驱动附件损耗和泵气损失等。( kw )机械效率：机械

33、效率：发动机的有效功率与指示功率之比。发动机的有效功率与指示功率之比。mimmieiemPPWWPP1式中：式中： Pmm 平均机械损失压力平均机械损失压力 Pmi 平均指示压力平均指示压力内部动力传递过程中动力损失的大小发动机实际工作时，通过试验手段直接测量发动机实际工作时，通过试验手段直接测量曲轴输出的有效转矩曲轴输出的有效转矩Ttq和发动机转速，则和发动机转速，则有效功率有效功率Pe可按下式求得可按下式求得95501000602nTnTPtqtqe2、平均有效压力、平均有效压力Pme：o 发动机单位气缸工作容积所输出的有效功。o 与平均指示压力相似；是衡量发动机动力性能的一个很重要的参数

34、。tqstqseseeTiVTinVpVWP3m1014. 330冲程数； Vs (L)每缸的工作容积； i一台内燃机的缸数； n(r/min)转速。 Ttqpme ，对于结构一定的发动机对于结构一定的发动机，pme 反映反映了发动机单位气缸工作容积输出转矩的大小。了发动机单位气缸工作容积输出转矩的大小。Mpa3 . 17 . 0mePMpa0 . 16 . 0mePMpa9 . 29 . 0meP汽油机汽油机柴油机柴油机增压柴油机增压柴油机思考题：为什么汽油机的平均有效压力比柴油机大？ 单位气缸工作容积所输出的额定功率。单位气缸工作容积所输出的额定功率。30meLp nP式中，式中，pme为

35、标定工况下的平均有效压力，为标定工况下的平均有效压力，MPa； n为标定转速，为标定转速，rmin。(kWL)seLV iPP 3、升功率、升功率PL：pL值越大，气缸工作容积的利用效率越好，发值越大，气缸工作容积的利用效率越好，发动机强化程度越高，输出一定有效功率的发动动机强化程度越高，输出一定有效功率的发动机尺寸就越小。机尺寸就越小。强化程度评价指标强化程度评价指标npmeCm增加，活塞的热负荷机惯性动力增加，磨损加剧，增加，活塞的热负荷机惯性动力增加，磨损加剧，减小寿命。减小寿命。 30SnCm活塞平均速度活塞平均速度30meLp nP发动机的升功率与平均有效压力和转速的乘积成正比发动机

36、的升功率与平均有效压力和转速的乘积成正比。发动机的类型发动机转速n(r/min）活塞平均速度Cm(m/s)汽油机 3600-800010-24柴油机2000-50009-18增压柴油机1500-40008-1表表116 强化系数范围强化系数范围 30SnCm为了限制为了限制Cm，可以适当减小活塞的行程可以适当减小活塞的行程S，以，以减小行程与缸径比减小行程与缸径比S/D。但是。但是S/D过小，影响燃过小，影响燃烧室结构，使其高度降低，直接影响混合气的烧室结构，使其高度降低，直接影响混合气的行程和燃烧过程。行程和燃烧过程。 二、发动机经济性指标二、发动机经济性指标 经济性指标是从发动机对外做功的

37、角度，衡量发经济性指标是从发动机对外做功的角度，衡量发动机输出一定的有用功所消耗的能源的代价。动机输出一定的有用功所消耗的能源的代价。 衡量发动机经济性能的重要指标是衡量发动机经济性能的重要指标是1QWeetueetBHP3106 . 3式中，B为每小时燃油消耗量，kg/h； Hu为燃料的低热值，kJ/kg。1、有效热效率、有效热效率实际循环的有效功与为得到此有效功所消耗的实际循环的有效功与为得到此有效功所消耗的热量的比值热量的比值310eeBbP63.6 10eetubH 可见，有效燃油消耗率与有效热效率成可见，有效燃油消耗率与有效热效率成反比。因此，尽可能减小实际循环及动力传反比。因此，尽

38、可能减小实际循环及动力传递过程中的损失，可以改善燃油经济性。递过程中的损失，可以改善燃油经济性。2、有效燃油消耗率、有效燃油消耗率指单位有效功所消耗的燃油量，指单位有效功所消耗的燃油量， g(kWh)一般内燃机在标定工况下的一般内燃机在标定工况下的be和和et值大致在以下范围：值大致在以下范围： beg (kWh)-1 et低速柴油机低速柴油机 190225 0.380.45中速柴油机中速柴油机 195240 0.360.43高速柴油机高速柴油机 215285 0.300.40(其中较低的其中较低的be值属排气涡轮增压的四冲程、二冲程柴油机值属排气涡轮增压的四冲程、二冲程柴油机)四冲程汽油机四

39、冲程汽油机 274410 0.300.20二冲程汽油机二冲程汽油机 410545 0.200.15三、发动机排放指标三、发动机排放指标排放指标：排放指标：在发动机热功转换过程中，由于燃烧在发动机热功转换过程中，由于燃烧而造成的有害排放物向环境直接排出的允许排放而造成的有害排放物向环境直接排出的允许排放量的限制指标。量的限制指标。尾气排放：尾气排放：发动机的有害排放物是指由发动机表发动机的有害排放物是指由发动机表面对外辐射的噪声，和由发动机排气管向环境排面对外辐射的噪声，和由发动机排气管向环境排出的有害物质。出的有害物质。汽油机：汽油机：尾气排放主要有尾气排放主要有CO, HC, NOx柴油机：

40、柴油机：尾气排放除尾气排放除CO, HC, NOx外，还有碳外，还有碳烟。烟。一、机械效率一、机械效率第五节机械损失第五节机械损失机械效率用于正确评价缸内指示功对外传递过程中的内部损机械效率用于正确评价缸内指示功对外传递过程中的内部损失程度，以便寻求改善发动机性能的有效途径失程度，以便寻求改善发动机性能的有效途径。mimmiemPPPP1式中，式中，Pmm为假象的平均机械损失压力。为假象的平均机械损失压力。niVPPPPsmmemimm30二、内燃机的机械损失二、内燃机的机械损失机械损失功率包括：机械损失功率包括：内燃机内部运动件的摩擦损失内燃机内部运动件的摩擦损失 （包括活塞与活（包括活塞与

41、活塞环的摩擦损失、曲轴轴颈和轴承的摩擦损失以塞环的摩擦损失、曲轴轴颈和轴承的摩擦损失以及配气机构的摩擦损失，占及配气机构的摩擦损失，占6275 ）驱动附属机构的损失驱动附属机构的损失（包括冷却风扇、机油泵、（包括冷却风扇、机油泵、喷油泵、空气压缩机以及发电机等，占喷油泵、空气压缩机以及发电机等，占1020 ）换气过程中的泵气损失换气过程中的泵气损失（包括进排气损失，占（包括进排气损失，占1020）三、机械损失的测定三、机械损失的测定1、倒拖法、倒拖法2、示功图法、示功图法3、灭缸法、灭缸法4、油耗线法、油耗线法实验方法：实验方法： 让内燃机在给定的工况下稳定运转；让内燃机在给定的工况下稳定运转

42、； 当冷却水和机油温度到达正常值时，立即切断供油当冷却水和机油温度到达正常值时，立即切断供油 （柴油机）或停止点火（汽油机），同时用电力测功（柴油机）或停止点火（汽油机），同时用电力测功 器以同样转速反拖发动机；器以同样转速反拖发动机； 此过程中尽可能维持冷却水和机油温度不变；此过程中尽可能维持冷却水和机油温度不变； 这时电力测功器所测得的倒拖功率即为内燃机在该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。工况下的机械损失功率。1.倒拖法倒拖法特点：必须使用平衡式电力测功器。特点：必须使用平衡式电力测功器。 适用：汽油机和柴油机适用：汽油机和柴油机倒拖法误差分析：倒拖法误

43、差分析： 由于缸内压力和温度与实际工况不相符。由于缸内压力和温度与实际工况不相符。在低压缩比发动机中误差大约为在低压缩比发动机中误差大约为5%，而在高，而在高压缩比发动机中，误差可达压缩比发动机中，误差可达15-20%。2.示功图法示功图法o 运用各种示功器录取气缸的示功图，从中算出运用各种示功器录取气缸的示功图，从中算出Pi值，值，o 从测功器和转速计读数中测出发动机的有效功率从测功器和转速计读数中测出发动机的有效功率Pe和转速和转速n，从而可以算出从而可以算出Pi值。值。示功图法一般用于当上止点位置能得到精确校正时才示功图法一般用于当上止点位置能得到精确校正时才能取得较满意的结果。能取得较

44、满意的结果。决定于示功图测录的正确程度：决定于示功图测录的正确程度： a.最大的误差来源于最大的误差来源于p图或图或pV图上图上； b.实验方法：实验方法： 将内燃机调整到给定工况稳定工作，测定其有效功率；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；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

45、气缸的指示功率；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、可测得对应的有效功率、。 3.灭缸法灭缸法适用：多缸柴油机适用：多缸柴油机不适用：汽油机不适用：汽油机(偏差大偏差大)，废气涡轮增压内燃机，单缸机，废气涡轮增压内燃机，单缸机各缸的指示功率为各缸的指示功率为： 1(1)ieePPP2(2)ieePPP将上列各式相加得到整机指示功率为：将上列各式相加得到整机指示功率为：12(1)(2)(iiieeePPPiPPP）因此，机械损失功率为因此，机械损失功率为 (1)(2)(1

46、)(mieeeePPPiPPP）灭缸法误差分析：灭缸法误差分析： 用灭缸法测量柴油机机械损失误差控制在用灭缸法测量柴油机机械损失误差控制在5%左右，但对汽油机由于灭一缸后进气条件左右，但对汽油机由于灭一缸后进气条件变化明显，所以误差较大。变化明显，所以误差较大。4.油耗法油耗法 实验方法：实验方法： 保证内燃机转速不变，如保证内燃机转速不变，如逐渐改变柴油机供油齿条的位逐渐改变柴油机供油齿条的位置，置，测出每小时耗油量测出每小时耗油量B B随负随负荷变化的关系，绘制成曲线，荷变化的关系，绘制成曲线，这个曲线称为负荷特性曲线这个曲线称为负荷特性曲线，在曲线中找出接近直线的线条，在曲线中找出接近直

47、线的线条，并顺此线条作延长线，直到与并顺此线条作延长线，直到与横坐标相交，则交点到坐标原横坐标相交，则交点到坐标原点的长度即该机的平均机械损点的长度即该机的平均机械损失压力。失压力。 适用：柴油机不适用：汽油机一般内燃机的机械效率大致在以下范围：一般内燃机的机械效率大致在以下范围： m非增压柴油机非增压柴油机 0.780.85增压柴油机增压柴油机 0.800.92汽油机汽油机 0.800.901.1.转速转速n(n(或活塞平均速度或活塞平均速度C Cm m) )m转速增加，则四、影响机械效率的因素四、影响机械效率的因素mimmiemPPPP1 在保证内燃机正常工作时有可靠润滑条件的前提下，尽量

48、选用粘度较小的机油，以减少摩擦损失，改善起动性能。 冷却水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。3.3.润滑油品质和冷却水温度润滑油品质和冷却水温度m负荷增加，则当n不变，负荷,则Pmi,而Pmm基本不变。2.负荷负荷mimmiemPPPP1第六节第六节 热平衡热平衡o 热平衡是指发动机实际工作过程中所加入气缸的热平衡是指发动机实际工作过程中所加入气缸的燃料完全燃烧室所放出的热量的具体分配情况。燃料完全燃烧室所放出的热量的具体分配情况。o 按照热能表现为有效功和各种损失的数量分配来按照热能表现为有效功和各种损失的数量分配来研究燃料中总热量的利用情况。研究

49、燃料中总热量的利用情况。o 燃料的总热量大体按以下几部分，由试验确定：燃料的总热量大体按以下几部分，由试验确定：LBRSETqqqqqqLBRSETqqqqqq式中，式中，qT为发动机所消耗燃油的热量为发动机所消耗燃油的热量 qE为转化为有效功部分的热量为转化为有效功部分的热量 qS为传给冷却介质的热量为传给冷却介质的热量 qR为排出废气带走的热量为排出废气带走的热量 qB为燃料不完全燃烧的热损失为燃料不完全燃烧的热损失 qL为其他热损失为其他热损失1、发动机所耗燃油的热量、发动机所耗燃油的热量 kJ/h kJ/h ：TqBHqT单位时间燃料完全燃烧所放出的热量单位时间燃料完全燃烧所放出的热量式中，式中，B为单位时间耗油量为单位时间耗油量kg/h Hu为燃料的热值为燃料的热值kJ/kg2、转换为有用功的热量、转换为有用功的热量EqeEPq3106 . 3式中，式中，Pe为有效功率为有效功率3、传递给冷却介质的热量、传递给冷却介质的热量sq)(12ttcqqsmsS式中，式中，qms为通过发动机的冷却介质质量流量（为通过发动机的冷却介质质量流量（kg/h）; Cs为冷却介