第一章發(fā)動機(jī)性能

1、發(fā)動機(jī)原理主講：程勉宏主講：程勉宏 汽車發(fā)動機(jī)原理以發(fā)動機(jī)性能為主要研究對象，把合理組織工作過程，提高整機(jī)性能作為主要內(nèi)容，通過分析各工作過程中影響性能指標(biāo)的諸多因素，從中找到提高汽車發(fā)動機(jī)性能指標(biāo)的一般規(guī)律。 本課程的任務(wù)是研究汽車發(fā)動機(jī)的工作過程及整機(jī)性能，掌握發(fā)動機(jī)實(shí)際工作過程的分析方法及性能指標(biāo)與各工作過程的內(nèi)在聯(lián)系；了解影響整機(jī)性能的基本途徑。發(fā)動機(jī)的基本構(gòu)成兩大機(jī)構(gòu)l曲柄連桿機(jī)構(gòu)l配氣機(jī)構(gòu) 五大系統(tǒng)五大系統(tǒng)l進(jìn)排氣系統(tǒng)進(jìn)排氣系統(tǒng)l燃料供給系統(tǒng)燃料供給系統(tǒng)l潤滑系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)l冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)l起動系統(tǒng)起動系統(tǒng)l點(diǎn)火系統(tǒng)（汽油機(jī)）點(diǎn)火系統(tǒng)（汽油機(jī)）骨架l機(jī)體l氣缸套l曲軸箱l氣缸蓋l油

2、底殼 第第1 1章章 發(fā)動機(jī)的性能發(fā)動機(jī)的性能1.1 緒論 1.2 發(fā)動機(jī)理論循環(huán) 1.3 四行程發(fā)動機(jī)的實(shí)際循環(huán)1.4 實(shí)際循環(huán)的評定指示指標(biāo)1.6 熱平衡1.5 機(jī)械損失（1 1）動力性指標(biāo)功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速；）動力性指標(biāo)功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速；（2 2）經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)燃料與潤滑油消耗率；）經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)燃料與潤滑油消耗率；（3 3）強(qiáng)化指標(biāo)升功率、活塞功率和強(qiáng)化系數(shù)；）強(qiáng)化指標(biāo)升功率、活塞功率和強(qiáng)化系數(shù)；（4 4）運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo)冷起動性能、噪聲和排氣品質(zhì)；）運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo)冷起動性能、噪聲和排氣品質(zhì)；（5 5）耐久可靠性指標(biāo)大修或更換零件之間的最長）耐久可靠性指標(biāo)大修或更換零件之間的最長運(yùn)行時(shí)間與無故障長期工

3、作能力。運(yùn)行時(shí)間與無故障長期工作能力。 經(jīng)濟(jì)性、動力性、可靠耐久性、使用維修性、排放噪聲性以及加工工藝性等各個(gè)方面 。1.1 緒論 一、發(fā)動機(jī)分類 發(fā)動機(jī)也叫內(nèi)燃機(jī)：按其不同的特點(diǎn)可分為多種類型1、使用的燃料：1）汽油機(jī)：用火花塞點(diǎn)燃，往復(fù)活塞式。=8-12。2）柴油機(jī)：柴油和空氣混合氣通過壓燃自行著火的往復(fù)活塞式。3）天然氣發(fā)動機(jī)NG4）液化石油氣發(fā)動機(jī)LPG5）酒精發(fā)動機(jī)6）雙燃料多燃料發(fā)動機(jī)2、點(diǎn)火方式：壓燃式、點(diǎn)燃式 3、工作循環(huán)：二沖程、四沖程4、活塞運(yùn)動方式：往復(fù)式、旋轉(zhuǎn)式5、冷卻方式：冷卻液、風(fēng)冷6、氣缸數(shù)量：單缸機(jī)、多缸機(jī)7、進(jìn)氣形式：非增壓（自然吸氣式）、增壓8、混合氣的形成

4、：化油器式、缸內(nèi)直噴、進(jìn)氣道噴射、 分層給氣式9、燃燒室形式：開式燃燒室、分隔式燃燒室10、氣門形式與數(shù)量：二氣門、多氣門；頂置氣門、側(cè)置氣門1.單缸機(jī)主要特點(diǎn)：體積小重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，零部件少，應(yīng)用于小型設(shè)備的動力。圖為一臺二沖程風(fēng)冷發(fā)動機(jī)，升功率高于四沖程機(jī)，存在掃氣損失，采用混合燃油，存在燒機(jī)油，且HC排放高，油耗高。二、典型內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)2.多缸機(jī) 主要特點(diǎn)：轉(zhuǎn)矩輸出均勻，平衡好，體積較大，應(yīng)用于車輛。分為直列和V性排列方式， 常用3、4、6、V6、V8、V12缸等。排放與油耗好于二沖程機(jī)。圖中所示為一臺四沖程水冷直列三缸機(jī)發(fā)動機(jī)，采用化油汽供油，單頂置凸輪軸，通過搖臂驅(qū)動氣門，齒型帶傳動

5、。 圖為直列四缸四沖程水冷發(fā)動機(jī)，化油器供油，頂置凸輪軸，齒型帶傳動、中間軸驅(qū)動分電器。Alfa Romeo 1.9 JTD 16v 在熱機(jī)中，確定工質(zhì)所經(jīng)歷的過程稱為循環(huán)。發(fā)動機(jī)的實(shí)際熱力循環(huán)是由進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣等多個(gè)過程所組成的，循環(huán)中工質(zhì)存在著質(zhì)和量的變化，整個(gè)過程是不可逆的。 要確切地描述發(fā)動機(jī)中實(shí)際的熱力過程，在目前條件下還非常困難。為了了解發(fā)動機(jī)的 熱能利用的完善程度； 能量相互轉(zhuǎn)換的效率； 尋求提高熱量利用率的途徑。 將發(fā)動機(jī)的實(shí)際循環(huán)進(jìn)行若干簡化，提出一種假想循環(huán)，這種假想循環(huán)就稱為“理論循環(huán)”。 1.2 發(fā)動機(jī)理論循環(huán)意義：通過對理論循環(huán)的研究，可以清楚地確定影響

6、性能的某些重要因素，從而找到提高發(fā)動機(jī)性能的基本途徑。 理論循環(huán)的簡化假定： 工質(zhì)是一種理想的完全氣體，在整個(gè)循環(huán)中保持物理及化學(xué)性質(zhì)不變，其狀態(tài)參數(shù)的變化遵守氣體狀態(tài)方程： 不考慮實(shí)際存在的工質(zhì)更換以及漏氣損失，工質(zhì)數(shù)量保持不變，循環(huán)是在定量工質(zhì)下進(jìn)行的。 把氣缸內(nèi)工質(zhì)的壓縮和膨脹看成是完全理想的絕熱等熵過程，工質(zhì)與外界不進(jìn)行熱交換，無摩擦、流動損失, 工質(zhì)比熱容為常數(shù)。 用假想的定容或定壓加熱來代替實(shí)際的燃燒過程，用定容放熱代替實(shí)際排氣帶走的熱量。 基本名詞及定義基本名詞及定義 工作循環(huán)工作循環(huán)：完成一個(gè)熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過程。：完成一個(gè)熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過程。 止點(diǎn)（死點(diǎn)）止點(diǎn)（死點(diǎn)）：

7、活塞在氣缸中的極限位置。：活塞在氣缸中的極限位置。 上止點(diǎn)：活塞頂部離曲軸中心最遠(yuǎn)處。上止點(diǎn)：活塞頂部離曲軸中心最遠(yuǎn)處。 下止點(diǎn)：活塞頂部離曲軸中心最近處。下止點(diǎn)：活塞頂部離曲軸中心最近處。 工作行程（工作行程（ ）：上下止點(diǎn)間的距離。：上下止點(diǎn)間的距離。四行程發(fā)動機(jī)：活塞經(jīng)四個(gè)行程完成一個(gè)工作循環(huán)的發(fā)動機(jī)四行程發(fā)動機(jī)：活塞經(jīng)四個(gè)行程完成一個(gè)工作循環(huán)的發(fā)動機(jī)二行程發(fā)動機(jī)：活塞經(jīng)二個(gè)行程完成一個(gè)工作循環(huán)的發(fā)動機(jī)二行程發(fā)動機(jī)：活塞經(jīng)二個(gè)行程完成一個(gè)工作循環(huán)的發(fā)動機(jī) 曲柄半徑曲柄半徑 ：曲軸中心與連桿軸徑中心之距：曲軸中心與連桿軸徑中心之距 SRRS2曲 軸曲 柄連 桿活 塞排 氣 門進(jìn) 氣 門行程

8、下 止 點(diǎn)上 止 點(diǎn) 氣缸余隙容積氣缸余隙容積 （燃燒室容積）：活塞在上止點(diǎn)時(shí)，活塞頂部（燃燒室容積）：活塞在上止點(diǎn)時(shí)，活塞頂部 以上的容積。以上的容積。 氣缸工作容積氣缸工作容積 （氣缸排量）：活塞從上止點(diǎn)到下止點(diǎn)所走過（氣缸排量）：活塞從上止點(diǎn)到下止點(diǎn)所走過的容積。的容積。 發(fā)動機(jī)排量發(fā)動機(jī)排量 ：各缸排量之和。：各缸排量之和。 氣缸總?cè)莘e氣缸總?cè)莘e ：活塞在下止點(diǎn)時(shí)，活塞頂部以上的容積。：活塞在下止點(diǎn)時(shí)，活塞頂部以上的容積。 壓縮比壓縮比 ：氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比。：氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比。 一般：汽油機(jī)一般：汽油機(jī) 610 柴油機(jī)柴油機(jī) 1624 SDVs42iVVsecsVV

9、 cVsVeVaVccscaVVVVV圖圖 1-11-1圖圖 1-11-1（b b）為等容循環(huán)（也稱奧托循環(huán)）為等容循環(huán)（也稱奧托循環(huán)）ac ac 為絕熱壓縮；為絕熱壓縮；cz cz 為等容加入熱量為等容加入熱量Q Q1 1; ;zb zb 為絕熱膨脹；為絕熱膨脹；ba ba 為等容釋放熱量為等容釋放熱量Q Q2 2。根據(jù)加熱方式的不同, 理想循環(huán)有三種形式一、 理論循環(huán)三種形式壓縮過程的容積變化用壓縮比：壓縮過程的容積變化用壓縮比： 膨脹過程的容積變化用后膨脹比膨脹過程的容積變化用后膨脹比 ： ascccVVVVVbzVV定容加熱的壓力升高，以壓力升高比：定容加熱的壓力升高，以壓力升高比：z

10、cPP 圖（圖（c c）為等壓循環(huán)（也稱狄賽爾）為等壓循環(huán)（也稱狄賽爾dieseldiesel循環(huán)）循環(huán)） ac ac 為絕熱壓縮；為絕熱壓縮； cz cz 為定壓加入熱量為定壓加入熱量Q1; Q1; zb zb 為絕熱膨脹；為絕熱膨脹； ba ba 為等容釋放熱量為等容釋放熱量Q2Q2。 定壓加熱過程的容積變化用預(yù)膨脹比定壓加熱過程的容積變化用預(yù)膨脹比 表示表示, ,其它同等容循環(huán)。其它同等容循環(huán)。 zcVV 圖（圖（a a）為混合循環(huán)）為混合循環(huán) a a c c 為絕熱壓縮；為絕熱壓縮； c z c z 為定容加入熱量為定容加入熱量QQ1 1; ; y z y z 為定壓加熱量為定壓加熱量

11、QQ1 1; ; z b z b 為絕熱膨脹；為絕熱膨脹； b a b a 為等容釋放熱量為等容釋放熱量Q Q2 2。n定容加熱循環(huán)汽油機(jī) n 定壓加熱循環(huán)高增壓和低速大型柴油機(jī)n混合加熱循環(huán)高速柴油機(jī)1、循環(huán)熱效率 定義Q2工質(zhì)在循環(huán)中放出的熱量（J） n意義：評定循環(huán)經(jīng)濟(jì)性t1212111QQQQQQWt二、理論循環(huán)評定指標(biāo)n定義：工質(zhì)所做循環(huán)功W（J）與循環(huán)加熱量Q1（J）之比2、循環(huán)熱效率公式壓縮比，壓力升高比，預(yù)膨脹比， ； 后膨脹比，K絕熱指數(shù)。 ascccVVVVV111111KKKtm（1）按工程熱力學(xué)公式，混合加熱循環(huán)的熱效率為：bzVVzcPPzcVV反映氣缸容積反映氣缸容

12、積反映供油規(guī)律反映供油規(guī)律壓力升高比，在定容過程中代表了加熱量大?。?）定壓加熱循環(huán)（=1）熱效率為 ：111KtV（2）定容加熱循環(huán)（=1）熱效率為 ：1111(1)KtPKK tk當(dāng)當(dāng) 不變不變t當(dāng)當(dāng) 不變不變t3、循環(huán)熱效率計(jì)算式分析（1）混合加熱循環(huán)熱效率111111KKKtm1 1）當(dāng)當(dāng) 、 不變不變tk2 2）當(dāng)當(dāng) 不變不變tt壓縮比的影響壓縮比的影響 壓縮比對上述三種理想循環(huán)的影響是相同的。由壓縮比對上述三種理想循環(huán)的影響是相同的。由熱效率的公熱效率的公式式： , ,提高循環(huán)平均吸熱溫度，降低循環(huán)平均放熱溫度擴(kuò)大了循提高循環(huán)平均吸熱溫度，降低循環(huán)平均放熱溫度擴(kuò)大了循環(huán)溫差和膨脹

13、比環(huán)溫差和膨脹比, , t t 。 當(dāng)壓縮比較小時(shí)，熱效率當(dāng)壓縮比較小時(shí)，熱效率隨壓縮比的增加顯著增大；當(dāng)隨壓縮比的增加顯著增大；當(dāng)壓縮比較大時(shí)，熱效率隨壓縮壓縮比較大時(shí)，熱效率隨壓縮比的增加增大較少。比的增加增大較少。太大受到太大受到爆震限制爆震限制由試驗(yàn)曲線看出由試驗(yàn)曲線看出: :111111KKKtm因素 混合加熱循環(huán) 定容加熱循環(huán) 定壓加熱循環(huán) tttKtttCttttCtCt理論循環(huán)熱效率影響因素分析 5、循環(huán)平均壓力pt 定義：單位氣缸容積所做的循環(huán)功， 用來評定 循環(huán)的做功能力n式中 W循環(huán)所做的功（J） Vs氣缸工作容積（L） stVWp 混合：混合： 定容：定容： 定壓：定壓

14、：takktmkkpp1111takktvkpp111takktpkkpp) 1(11 pt是隨壓縮始點(diǎn)壓力pa、壓縮比、壓力升高比、初膨脹比、絕熱指數(shù)K和熱效率的增加而增加。6 6、三種理論循環(huán)的比較、三種理論循環(huán)的比較a) a) Q Q1 1， 相同：相同：等容加熱速率快，等容加熱速率快， Q Q2p2p Q Q2m2m Q Q2v2v tvtv t tm m tptpb) b) Q Q1 1，p pz z相同：相同： 不同，即不同，即 p p m m v v Q Q2v2v Q Q2m2m Q Q2p2p tptp t tm m tvtvc) c) T Tz z，p pz z相同：相同：

15、工質(zhì)做功能力相同，工質(zhì)做功能力相同， Q Q2p2p= =Q Q2m2m= =Q Q2v2v tptp t tm m tvtv7、理論循環(huán)的重要指導(dǎo)意義（1）指出了改善內(nèi)燃機(jī)動力、經(jīng)濟(jì)性能的基本原則： 提高高溫?zé)嵩吹钠骄鶞囟?，即提高加熱過程中工質(zhì)的平均溫度。 提高壓縮比 提高循環(huán)加熱的等容度 保證工質(zhì)有較高的絕熱指數(shù)K（2）提供了內(nèi)燃機(jī)之間進(jìn)行動力性、經(jīng)濟(jì)性比較的理論依據(jù)t 實(shí)際循環(huán)有較多的損失，熱效率較低，作功也實(shí)際循環(huán)有較多的損失，熱效率較低，作功也較少，具體表現(xiàn)在以下五個(gè)方面：較少，具體表現(xiàn)在以下五個(gè)方面：1 1）工質(zhì)不同）工質(zhì)不同2 2）氣體流動阻力）氣體流動阻力3 3）傳熱損失）傳熱

16、損失4 4）燃燒不及時(shí)、后燃及不完全燃燒損失）燃燒不及時(shí)、后燃及不完全燃燒損失5 5）漏氣損失）漏氣損失8、實(shí)際循環(huán)存在的問題1 1）工質(zhì)不同）工質(zhì)不同l理想循環(huán)的工質(zhì)，性質(zhì)不變，比熱容不變。l實(shí)際循環(huán)的工質(zhì)，燃燒前、燃燒過程中及燃燒后不同。成分和物質(zhì)的量發(fā)生變化；比熱容隨溫度升高而上升；高溫分解使循環(huán)熱效率下降。2 2）氣體流動阻力）氣體流動阻力l理想循環(huán)是閉式循環(huán)，沒有任何流動阻力損失。l實(shí)際循環(huán)是開式循環(huán)，有一定的流動阻力損失。3 3）傳熱損失）傳熱損失l理想循環(huán)，無傳熱損失。l在實(shí)際循環(huán)，存在傳熱損失。4 4）燃燒不及時(shí)、后燃及不完全燃燒損失）燃燒不及時(shí)、后燃及不完全燃燒損失l理想循環(huán)

17、，示功圖上方呈方角形，無燃燒損失。l實(shí)際循環(huán)，示功圖上方呈圓弧形，存在燃燒不及時(shí)損失。l在內(nèi)燃機(jī)中，后燃延續(xù)上止點(diǎn)后才能結(jié)束。l少量燃油來不及燃燒即隨排氣排出，引起不完全燃燒損失。5 5）漏氣損失）漏氣損失l理想循環(huán)，無漏氣損失。l實(shí)際循環(huán)，活塞環(huán)與氣缸壁之間常有微量工質(zhì)漏出，存在漏氣損失。一、四行程發(fā)動機(jī)示功圖 1.3 四行程發(fā)動機(jī)的實(shí)際循環(huán)實(shí)際循環(huán)：實(shí)際循環(huán)：1 1個(gè)循環(huán)個(gè)循環(huán)4 4個(gè)行程個(gè)行程5 5個(gè)過程：個(gè)過程： 進(jìn)氣進(jìn)氣- -壓縮壓縮- -燃燒燃燒- -膨脹（做功）膨脹（做功）- -排氣，各過程都存在各排氣，各過程都存在各種損失種損失 示功圖就是把發(fā)動機(jī)在示功圖就是把發(fā)動機(jī)在1 1個(gè)

18、循環(huán)中氣缸工質(zhì)狀態(tài)的個(gè)循環(huán)中氣缸工質(zhì)狀態(tài)的變化，表示為變化，表示為壓力與容積的關(guān)系圖（壓力與容積的關(guān)系圖（p-V p-V 圖）圖）或或壓力壓力與曲軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系圖（與曲軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系圖（ 圖）圖）。 示功圖包含了示功圖包含了許多反映內(nèi)燃機(jī)性能的信息和數(shù)據(jù)許多反映內(nèi)燃機(jī)性能的信息和數(shù)據(jù)，是評價(jià)分析內(nèi)燃機(jī)性能的主要手段。，是評價(jià)分析內(nèi)燃機(jī)性能的主要手段。 下圖（下圖（a a）是四沖程汽油機(jī)的示功圖，指示功是）是四沖程汽油機(jī)的示功圖，指示功是 W W1 1是正功，是正功，W W2 2是泵氣功，對非增壓機(jī)而言是負(fù)功。是泵氣功，對非增壓機(jī)而言是負(fù)功。 下圖（下圖（b b）是二沖程汽油機(jī)（非增壓）的示功圖，）

19、是二沖程汽油機(jī)（非增壓）的示功圖，二沖程機(jī)沒有單獨(dú)的進(jìn)排氣行程，只有二沖程機(jī)沒有單獨(dú)的進(jìn)排氣行程，只有acac壓縮過程、壓縮過程、cdcd燃燒過程、燃燒過程、dada膨脹（作功）過程和膨脹（作功）過程和eabeab掃氣過程。指掃氣過程。指示功示功abcdeaabcdea為正功。為正功。21WWWip發(fā)動機(jī)示功圖發(fā)動機(jī)示功圖續(xù)1、進(jìn)氣過程（r-a線），此時(shí)進(jìn)氣門打開，排氣門關(guān)閉，活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動。二、四行程發(fā)動機(jī)的實(shí)際循環(huán)進(jìn)氣過程：換氣，為氣缸進(jìn)氣過程：換氣，為氣缸Q-WQ-W轉(zhuǎn)換物質(zhì)準(zhǔn)備轉(zhuǎn)換物質(zhì)準(zhǔn)備 理想理想無損失的可逆過程；無損失的可逆過程； 純空氣，純空氣，p=pp=p0 0 實(shí)際

20、實(shí)際進(jìn)氣流動損失：進(jìn)氣流動損失： 熱交換：高溫零件加熱熱交換：高溫零件加熱 殘余廢氣殘余廢氣22vpppasasaaTTT進(jìn)氣道、氣缸進(jìn)氣道、氣缸壁、進(jìn)排氣門壁、進(jìn)排氣門n一般進(jìn)氣終點(diǎn)的壓力pa和溫度Ta的范圍是： 汽油機(jī) pa =(0.8-0.9) p0 Ta =340-380K 柴油機(jī) pa =(0.85-0.95) p0 Ta =300-340K 增壓柴油機(jī) pa =(0.9-1.0) pk Ta =320-380K 汽車發(fā)動機(jī)增壓壓力 pk =(1.3-2.0) p0 分析：為什么柴油機(jī)進(jìn)氣終了的壓力比汽油機(jī)大，而溫度比汽油機(jī)低？2、壓縮過程(a-c線)，進(jìn)排氣門均關(guān)閉，活塞由下止點(diǎn)向

21、上止點(diǎn)移動，缸內(nèi)工質(zhì)受到壓縮，溫度、壓力不斷上升，工質(zhì)受壓縮的程度用壓縮比表示 。壓縮行程（過程）壓縮行程（過程） 作用：燃燒前的準(zhǔn)備作用：燃燒前的準(zhǔn)備提高提高p p和和T T； 提高膨脹比提高膨脹比提高效率提高效率 理想：純空氣，絕熱過程：理想：純空氣，絕熱過程：k=1.4;k=1.4; 實(shí)際：多變過程實(shí)際：多變過程熱交換熱交換/ /漏氣，平均多變指數(shù)；漏氣，平均多變指數(shù)； 原則：以平均原則：以平均n n1 1計(jì)算結(jié)果計(jì)算結(jié)果終了狀態(tài)相同，即終了狀態(tài)相同，即 壓縮終了狀態(tài)：壓縮終了狀態(tài)： 1nacpp11nacTTn壓縮比是發(fā)動機(jī)的一個(gè)重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)。n在汽油機(jī)中，為了提高熱效率，希望增加壓

22、縮比，但受到汽油機(jī)不正常燃燒的限制。n在柴油機(jī)中，為保證噴入氣缸的燃料能及時(shí)自燃以及冷起動時(shí)可靠著火，必須使壓縮終點(diǎn)有足夠高的溫度，要求較高的壓縮比。 n的大致范圍是： 汽油機(jī) =7-12 柴油機(jī) =14-22 增壓柴油機(jī) =12-15n壓縮終了的壓力和溫度的大致范圍是： pc（MPa） Tc（K）汽油機(jī) 0.8-2.0 600-750柴油機(jī) 3.0-5.0 750-1000增壓柴油機(jī) 5.0-8.0 900-1100n壓縮過程的作用：增大工作過程的溫差，獲得最大限度的膨脹比，提高熱功轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)也為燃燒過程創(chuàng)造有利的條件。 3、燃燒過程（c-z線）的作用是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使工質(zhì)的

23、壓力、溫度升高。放出的熱量越多，放熱時(shí)越靠近上止點(diǎn)，熱效率越高。此時(shí)進(jìn)排氣門均關(guān)閉，活塞處在上止點(diǎn)前后 。 汽油機(jī)燃燒過程：n汽油與空氣形成的可燃混合氣是在上止點(diǎn)前由電火花點(diǎn)火而燃燒（圖c點(diǎn)）；n火焰迅速傳播到整個(gè)燃燒室；n工質(zhì)的壓力、溫度劇烈上升，整個(gè)燃燒接近于定容加熱 。 柴油機(jī)燃燒過程：n在上止點(diǎn)前就開始噴油（圖中的c），柴油微粒迅速蒸發(fā)而與空氣混合，并借助于壓縮空氣的熱量而自燃，開始，燃燒速度很快，而氣缸容積變化很小，所以工質(zhì)的壓力、溫度劇增，接近于定容加熱，如圖中的c-z段；n接著，是一面噴油，一面燃燒，燃燒速度緩慢下來，且隨著活塞向下止點(diǎn)移動，氣缸容積增大，所以氣缸壓力升高不大，而

24、溫度繼續(xù)上升。該過程接近于定壓加熱。燃燒的最高爆發(fā)壓力及最高溫度的大致范圍是； pz（MPa） Tz（K）汽油機(jī) 3.0-6.5 2200-2800柴油機(jī) 4.5-9.0 1800-2200增壓柴油機(jī) 9.0-13.04、膨脹過程 膨脹過程中，進(jìn)、排氣門關(guān)閉，高溫、高壓的工質(zhì)推動活塞，由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動而膨脹做功，氣體的壓力、溫度迅速降低。膨脹做功行程=燃燒過程+膨脹過程作用：實(shí)現(xiàn)E Q1W的能量轉(zhuǎn)換過程通過曲柄通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu) 膨脹過程比壓縮過程更為復(fù)雜，除有熱交換和漏氣損失外，還有補(bǔ)燃（即一些燃料不能及時(shí)燃燒，在膨脹行程中繼續(xù)燃燒）等現(xiàn)象。n發(fā)動機(jī)膨脹終了的壓力和溫度的大致范圍是

25、： pb（MPa） Tb （K） 汽油機(jī) 0.3-0.6 1200-1500 柴油機(jī) 0.2-0.5 1000-1200柴油機(jī)柴油機(jī) 高，膨脹比大，熱效率高，膨脹終了溫度及壓力高，膨脹比大，熱效率高，膨脹終了溫度及壓力都比汽油機(jī)小都比汽油機(jī)小5、排氣過程n當(dāng)膨脹過程結(jié)束時(shí)，排氣門打開，活塞由下止點(diǎn)返回上止點(diǎn)移動，將氣缸內(nèi)的廢氣排除 。n排氣過程（圖中的b-r線）中，由于排氣系統(tǒng)有阻力，排氣終了的壓力pr大于大氣壓力p0，壓力差pr-p0用來克服排氣系統(tǒng)的阻力。阻力愈大，排氣終了的壓力pr愈大，殘留在氣缸中的廢氣就愈多。 n排氣終了的壓力和溫度的范圍是：n汽油機(jī)和柴油機(jī) pr=(1.05-1.2

26、) p0 廢氣渦輪增壓柴油機(jī) pr=(0.75-1.0) pk 汽油機(jī) Tb =900-1100 柴油機(jī) Tb =700-9001.4 實(shí)際循環(huán)的評定兩類指標(biāo)的比較n指示指標(biāo)（i） 以工質(zhì)在氣缸內(nèi)對活塞做功為基礎(chǔ)，評定實(shí)際循環(huán)質(zhì)量的好壞。評價(jià)實(shí)際循環(huán)的做功能力和經(jīng)濟(jì)性評價(jià)實(shí)際循環(huán)的做功能力和經(jīng)濟(jì)性。n有效指標(biāo)（e） 以曲軸對外輸出的功率為基礎(chǔ)，代表整機(jī)的性能。1、平均指示壓力 pmi Wi ：一個(gè)實(shí)際循環(huán)工質(zhì)對活塞所做的有用功，稱為指示功（kJ）Vs ：氣缸工作容積（L） simiVWp一、實(shí)際循環(huán)的做功能力和經(jīng)濟(jì)性實(shí)際循環(huán)的做功能力和經(jīng)濟(jì)性- -指示指標(biāo)平均指示壓力 pmi意義：n以一個(gè)假想

27、的、大小不變的壓力作用在活塞上，使活塞移動一個(gè)行程，其所做的功等于循環(huán)功，則此假想的壓力即為平均指示壓力 pminpmi 的物理意義是單位氣缸工作容積的指示功,是衡量實(shí)際循環(huán)動力性能的一個(gè)重要指標(biāo)。 汽油機(jī) 0.8 - 1.50.8 - 1.5 MPaMPa 柴油機(jī) 0.7 - 1.10.7 - 1.1 MPaMPa 增壓柴油機(jī) 1.0 - 2.51.0 - 2.5 MPaMPa意義：比較不同氣缸的做功能力； 評價(jià)Vs的利用程度12030260inVpinVpinWtiWPsmismiiii指示功率：發(fā)動機(jī)單位時(shí)間所做的指示功指示功率：發(fā)動機(jī)單位時(shí)間所做的指示功其中，其中， : 1個(gè)循環(huán)所需時(shí)

28、間（個(gè)循環(huán)所需時(shí)間（s） n: 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速 r/min; i : 氣缸數(shù)氣缸數(shù) ：沖程數(shù)，四沖程機(jī)：沖程數(shù)，四沖程機(jī) =4 二沖程機(jī)二沖程機(jī) =2nt2602、指示功率 Pi i（Ni i）pmi 、Pi是做功能力評價(jià)指標(biāo)是做功能力評價(jià)指標(biāo)動力性指標(biāo)動力性指標(biāo)3、指示熱效率 i in指示熱效率i i：實(shí)際循環(huán)指示功與所消耗的燃料熱量之比值 n指示熱效率i i 的范圍 汽油機(jī) 0.3 - 0.4 柴油機(jī) 0.4 - 0.5 n與循環(huán)熱效率 t t 的比較 iiiQW4、指示比油耗 bi i（gi i）n指示燃料消耗率（簡稱指示比油耗）是指單位指示功的耗油量n單位【g / (kW h)】

29、 汽油機(jī) 205-320 柴油機(jī) 170-205310iiPBb6106 .3hbiibi、i是評定發(fā)動機(jī)實(shí)際循環(huán)經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)。二、發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)性和動力性有效指標(biāo)n發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)性和動力性指標(biāo)是以曲軸對外輸出的功率為基礎(chǔ)，代表了發(fā)動機(jī)的整機(jī)性能，通常稱它們?yōu)橛行е笜?biāo)。n發(fā)動機(jī)的指示功率Pi 并不能完全對外輸出n功在發(fā)動機(jī)內(nèi)部的傳遞過程中，不可避免有損失Pm（機(jī)械損失功率） ，這些損失包括： 運(yùn)動零件的摩擦損失.如活塞、活塞環(huán)對缸壁的摩擦，曲柄連桿機(jī)構(gòu)軸承的摩擦，氣閥機(jī)構(gòu)的摩擦等。(最大) (1)有效功率 Pe Pe = Pi Pm (kW)Pm 機(jī)械損失功率 Pe 有效功率，可由試驗(yàn)測得 驅(qū)動附

30、屬機(jī)構(gòu)的損失.如驅(qū)動水泵、機(jī)油泵、噴油泵、風(fēng)扇、電動機(jī)等。 泵氣損失.進(jìn)排氣過程所消耗的功 1、動力性指標(biāo)（2）有效轉(zhuǎn)矩 Ttq（Me）n由功率輸出軸輸出的轉(zhuǎn)矩稱為有效轉(zhuǎn)矩Ttq(N.m)。它與有效功率Pe（kW）之間的關(guān)系是 ： 95501000602nTnTptqtqe 或或 一般，汽油機(jī)：一般，汽油機(jī)： 柴油機(jī)：柴油機(jī)： 增壓柴油機(jī)：增壓柴油機(jī)：tqstqsesemeTiVTinVPVWp31014. 3MPa30 kW30inVpPsmeeMPa3 . 17 . 0mepMPa0 . 16 . 0mepMPa2 . 29 . 0mep（3）平均有效壓力pme 發(fā)動機(jī)單位氣缸工作容積輸出

31、的有效功。與有效功率Pe 之間的關(guān)系是：pme值大，說明單位氣缸工作容積對外輸出的功多，做功能力強(qiáng) 提高提高n n，可增加發(fā)動機(jī)單位時(shí)間做功次數(shù)，可增加發(fā)動機(jī)單位時(shí)間做功次數(shù)，PePe C Cm m ，活塞熱負(fù)荷，活塞熱負(fù)荷 ，慣性力，慣性力 ，磨損，磨損 ，壽命，壽命 ； 為限制為限制C Cm m , ,可可 S S S S/ /D D。 S S/ /D D11時(shí)為短行時(shí)為短行程。但程。但 S/DS/D ，燃燒室高，燃燒室高 ，影響混合氣形成和燃，影響混合氣形成和燃燒。燒。（4）轉(zhuǎn)速n和活塞平均速度Cm30SnCmS：活塞行程：活塞行程一般汽油機(jī)不超過18m/s，柴油機(jī)不超過13m/s。一般

32、一般 汽油機(jī)：汽油機(jī)：n=36008000r/minn=36008000r/min； 柴油機(jī)：柴油機(jī)：n=20005000r/minn=20005000r/min； 增壓柴油機(jī)：增壓柴油機(jī)： n=15004000r/minn=15004000r/min；smCm/1810smCm/159smCm/128nn、Cm、S/D值的大致范圍是： n（r/min） Cm（m/s） S/D 小客車汽油機(jī) 5000-8000 12-18 0.7 - 1.0載貨車汽油機(jī) 3600-4500 10-15 0.8 - 1.2 汽車柴油機(jī) 2000-5000 9-15 0.75- 1.2增壓柴油機(jī) 1500-400

33、0 8-12 0.9 - 1.3 2、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)1QWeen有效熱效率e e 的范圍 汽油機(jī) 0.25 - 0.3 柴油機(jī) 0.3 - 0.45 n與指示熱效率 i i 、循環(huán)熱效率t的比較（1）有效熱效率en有效熱效率e e：有效功與所消耗燃料熱量之比值（2）有效燃油消耗率be(ge)n有效燃料消耗率（簡稱比油耗）是指單位有效功的耗油量n單位【g / (kW h)】汽油機(jī) 270325（205-320）柴油機(jī) 190285（170-205）n與指示燃料消耗率的比較1000eepBb6106.3hbee單位時(shí)間、單位有效功率所消耗的燃料量 單位氣缸工作容積輸出的額定功率。評價(jià)氣缸工作容積的利用

34、效率。seLiVPP 定義式定義式;30smeeniVpP npnpPmemeL30稱稱p pmemen n為發(fā)動機(jī)強(qiáng)化指標(biāo)；發(fā)展趨勢：為發(fā)動機(jī)強(qiáng)化指標(biāo)；發(fā)展趨勢： 高功率（強(qiáng)化）、更輕巧、更緊湊型發(fā)動機(jī)高功率（強(qiáng)化）、更輕巧、更緊湊型發(fā)動機(jī)但但n n的提高受活塞平均速度的限制。的提高受活塞平均速度的限制。（1）升功率PL：3、發(fā)動機(jī)強(qiáng)化指標(biāo)（2）比質(zhì)量me （kgkW）（表征發(fā)動機(jī)質(zhì)量利用程度和結(jié)構(gòu)緊湊性）（3）強(qiáng)化系數(shù)pme Cm （MPa m/s） eePmmn P PL L m me e p pmemeC Cm m 汽油機(jī) 30-70 1.1-4.0 8-17 汽車柴油機(jī) 18-30

35、2.5-9.0 6-11 拖拉機(jī)柴油機(jī) 9-15 5.5-16 9-154、環(huán)境指標(biāo)： 氣態(tài)污染物：指排氣污染物中的一氧化碳（CO）、碳?xì)浠衔铮℉C）、氮氧化合物（NOx）、二氧化碳COCO2 2 等。 顆粒物(微粒, PM)：指按規(guī)定的試驗(yàn)方法，在最高溫度為325K(52)的稀釋排氣中，由過濾器收集到的排氣成分。（1） 排放指標(biāo)：指發(fā)動機(jī)在Q1W過程中，因燃燒而排出的環(huán)境污染物的限制指標(biāo)。2）蒸發(fā)物：汽油機(jī)燃油系統(tǒng)蒸發(fā)的HC化合物。1）尾氣排放物有害排放物：尾氣排放物、蒸發(fā)物、噪聲。各國法規(guī)限制標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展趨勢：各國法規(guī)限制標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展趨勢：3）噪聲 噪聲會刺激神經(jīng)，使人心情煩燥、反應(yīng)遲鈍、甚至產(chǎn)

36、生耳聾、高血壓和神經(jīng)系統(tǒng)疾病。汽車是城市的主要噪聲源之一，發(fā)動機(jī)又是汽車的主要噪聲源，故必須給予控制。 一、機(jī)械效率mn有效功率和指示功率的比 :npmm：平均機(jī)械損失壓力n聯(lián)系兩類指標(biāo)的紐帶 汽油機(jī)：0.70.9 柴油機(jī)：0.70.85mimmimmimeiemppPPppPP111.5 1.5 機(jī)械損失機(jī)械損失意義：評價(jià)發(fā)動機(jī)內(nèi)部動力傳遞效率意義：評價(jià)發(fā)動機(jī)內(nèi)部動力傳遞效率機(jī)械損失的分配情況 機(jī)械損失名稱機(jī)械損失名稱 占占P Pm m的百分比（的百分比（% % ） 占占P Pi i的百分比的百分比（% %）n摩擦損失 62-75 8-20 n驅(qū)動各種附件損失 10-20 1-5 n帶動機(jī)械

37、增壓器損失 6-10 n泵氣損失 10-20 2-4 n總功率損失 10-30 二、機(jī)械損失的影響因素n氣缸直徑和行程n摩擦損失n轉(zhuǎn)速n負(fù)荷n潤滑油品質(zhì)和冷卻水溫度1、氣缸直徑和行程n根據(jù)試驗(yàn)，機(jī)械損失功率與缸徑、行程的大致關(guān)系為 D氣缸直徑；S活塞行程；Dm曲軸的平均直徑；K與氣缸數(shù)和轉(zhuǎn)速有關(guān)的常數(shù)。n當(dāng)發(fā)動機(jī)工作容積增加，即加大缸徑或行程時(shí)，機(jī)械損失功率增加，但因氣缸的面積與容積之比值（AV）減小，相對摩擦面積減少，故相對的機(jī)械損失少，機(jī)械效率提高。n當(dāng)氣缸工作容積一定，而行程、缸徑比（SD）減小時(shí)，則因活塞平均速度Cm值和AV值均有所下降，所以機(jī)械效率提高。 DSDKPmm2、摩擦損失

38、n在機(jī)械損失中，摩擦損失所占比例最大，達(dá)70%左右，故降低摩擦損失一直是極為關(guān)注的問題。 n活塞組件是發(fā)動機(jī)中主要的摩擦源，產(chǎn)生摩擦的部件是：活塞環(huán)、活塞裙部和活塞銷。 n曲軸組件 曲軸摩擦源于軸頸與軸承（包括主軸頸、連桿軸頸或平衡軸頸）及其密封裝置。 n配氣機(jī)構(gòu) ：減小配氣機(jī)構(gòu)運(yùn)動件質(zhì)量，降低彈簧負(fù)荷，在搖臂與凸輪接觸面處加入滾動軸承等，都是減少配氣機(jī)構(gòu)摩擦損失的有效措施。 n氣缸套內(nèi)壁、軸頸、軸承等各摩擦表面的加工精度、零件材料及熱處理等，對摩擦損失也有較大影響。 3、 轉(zhuǎn)速n（或活塞平均速度Cm） n發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速上升（Cm隨之加大），致使： n1）各摩擦副間相對速度增加，摩擦損失增加。n2）曲柄連桿機(jī)構(gòu)的慣性力加大，活塞側(cè)壓力和軸承負(fù)荷均增高，摩擦損失增加。 n3）泵氣