第一章 發(fā)動機(jī)的工作循環(huán)和性能指標(biāo)

第一章發(fā)動機(jī)的工作循環(huán)和性能指標(biāo)第一節(jié)發(fā)動機(jī)的理論循環(huán)理論循環(huán)是將實(shí)際工作過程加以抽象簡化后建立的循環(huán)模式。1．工質(zhì)是理想氣體，其物理常數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣物理常數(shù)相同。2．工質(zhì)是在閉口系統(tǒng)中作封閉循環(huán)。3．工質(zhì)的壓縮和膨脹過程是絕熱的、等熵的過程。4．燃燒是外界無數(shù)個高溫?zé)嵩炊ㄈ莼蚨▔合蚬べ|(zhì)加熱。5.工質(zhì)放熱為定容放熱。假定：一、三種基本循環(huán)汽油機(jī)混合氣燃燒迅速，氣缸內(nèi)溫度壓力增長很快，可以認(rèn)為其燃燒過程基本是在容積不變的條件下進(jìn)行的，即可簡化為定容加熱循環(huán)。高增壓和低速大型柴油機(jī)高速柴油機(jī)——混合加熱循環(huán)——定壓加熱循環(huán)——定容加熱循環(huán)由于受燃燒最高壓力的限制，大部分燃料是在上死點(diǎn)以后燃燒，燃燒時氣缸壓力變化不顯著，是在壓力基本上一定的情況下進(jìn)行，即可簡化為等壓加熱循環(huán)。介于兩者之間，其燃燒過程可認(rèn)為是先定容加熱后定壓加熱的組合，即可簡化為混合加熱循環(huán)。三種基本循環(huán)二．評定循環(huán)的指標(biāo)1．循環(huán)熱效率熱效率是用來評定循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性。2．循環(huán)平均壓力循環(huán)平均壓力用來評定循環(huán)的動力性。

1．壓縮比ε

2．絕熱指數(shù)k

3．壓力升高比λ

4．預(yù)膨脹比ρ

基本參數(shù):三．理想循環(huán)的指標(biāo)

混合加熱循環(huán)：定壓加熱循環(huán)：定容加熱循環(huán)：1．壓縮比2．絕熱指數(shù)

3．壓力升高比

4．預(yù)膨脹比

四、理想循環(huán)影響因素的分析ε↑，ηt↑λ↑，ηt↑ρ↑，ηt↓，pt↑k↑，ηt↑一、發(fā)動機(jī)的實(shí)際循環(huán)進(jìn)氣壓縮燃燒膨脹排氣四行程進(jìn)氣行程壓縮行程膨脹行程排氣行程動畫工作過程：行程：第二節(jié)發(fā)動機(jī)的實(shí)際循環(huán)二、示功圖1、示功圖的概念發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)的壓力隨氣缸工作容積或曲軸轉(zhuǎn)角而變化的坐標(biāo)圖，稱為示功圖。2、示功圖的形式p-v圖和p-φ圖動畫表示工質(zhì)在氣缸內(nèi)受到的壓縮程度。3、示功圖的認(rèn)識上止點(diǎn)（topdeadcenter——TDC）下止點(diǎn)（bottomdeadcenter——BDC）壓縮比氣缸工作容積壓縮終點(diǎn)氣缸容積氣缸總?cè)莘e1、進(jìn)氣過程（r-a）三、實(shí)際循環(huán)分析2、壓縮過程（a-c）柴油機(jī)壓縮終了時的壓力和溫度均比汽油機(jī)高許多。對于非增壓發(fā)動機(jī)：①②進(jìn)氣受到發(fā)動機(jī)高溫零件及殘余廢氣的加熱進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力理論循環(huán)中假設(shè)該過程是絕熱的，實(shí)際上該過程是一個復(fù)雜的多變過程?！卟裼蜋C(jī)的ε比汽油機(jī)大：汽油機(jī)ε＝6～10柴油機(jī)ε＝14～22柴油機(jī)因?yàn)閴嚎s比高，燃燒最高爆發(fā)壓力很高，但因相對于燃油的空氣量大，所以最高燃燒溫度反而比汽油機(jī)低。３、燃燒過程（c－z）燃料的化學(xué)能熱能由于柴油機(jī)膨脹比大，轉(zhuǎn)化為有用功的熱量多，熱效率高，所以，膨脹終了的溫度和壓力均比汽油機(jī)小。

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)燃現(xiàn)象。所以，膨脹過程也是一個多變過程。４、膨脹過程（z－b）５、排氣過程（b－v）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，阻力愈大，排氣終了的壓力愈大，殘留在氣缸中的廢氣就多。柴油機(jī)ＴＶ比汽油機(jī)低，其工作過程進(jìn)行得好，轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ臒崃慷?。?發(fā)動機(jī)實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)的比較動畫1.實(shí)際工質(zhì)的影響：工質(zhì)成分、比熱的變化及工質(zhì)的泄漏所引起的損失

2.實(shí)際壓縮、絕熱膨脹的非絕熱損失3.燃燒的非定容定壓損失4.換氣損失（非瞬時燃燒損失和補(bǔ)燃損失）

5.排氣門提前開啟損失第三節(jié)熱損失及熱平衡⑴轉(zhuǎn)化為有效功的熱量QE⑵傳遞給冷卻介質(zhì)的熱量QS⑶廢氣帶走的熱量QR⑷燃料不完全燃燒的熱損失QB⑸其它熱量損失QL

二.發(fā)動機(jī)熱平衡第四節(jié)指示指標(biāo)指示指標(biāo)：以工質(zhì)在氣缸內(nèi)對活塞做功為基礎(chǔ)的性能指標(biāo)。

——評定工作循環(huán)進(jìn)行的質(zhì)量好壞。有效指標(biāo)：從內(nèi)燃機(jī)功率輸出軸上得到的凈功率，以此為基礎(chǔ)的性能指標(biāo)。

——評定整個內(nèi)燃機(jī)性能的好壞。內(nèi)燃機(jī)的性能指標(biāo)指示指標(biāo)有效指標(biāo)內(nèi)燃機(jī)性能評定

動力性經(jīng)濟(jì)性排氣品質(zhì)有害氣體顆粒振動噪聲起動性HCCONOX擴(kuò)充一、指示功指示功二、平均指示壓力假想有一個大小不變的壓力作用在活塞上，使活塞移動一個行程所做的功等于循環(huán)指示功，那么這個壓力就是平均指示壓力。Vh——?dú)飧坠ぷ魅莘e，L三、指示功率指示功率：內(nèi)燃機(jī)單位時間所做的指示功。假設(shè)：一臺內(nèi)燃機(jī)的氣缸數(shù)為i，缸徑為D（cm），行程為S（cm），每氣缸工作容積為Vh（L），轉(zhuǎn)速為n（r/min），平均指示壓力為

pmi(KPa)。則內(nèi)燃機(jī)指示功為：所以，指示功率（即每秒所做指示功）為：其中τ——行程數(shù)，對四行程τ=4；對二行程τ=2四行程內(nèi)燃機(jī)：

指示熱效率ηi：實(shí)際循環(huán)指示功與所消耗的燃料熱量之比值。四、指示熱效率通常：指示燃油消耗率gi：單位指示功的耗油量。單位不統(tǒng)一

五、指示燃油消耗率①②歸納評定內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)的動力性指示功率Pi平均指示壓力pmi評定內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性指示燃油消耗率gi指示熱效率ηi一、動力性指標(biāo)

1.有效功率

2.有效扭矩

3.平均有效壓力

4.轉(zhuǎn)速和活塞平均速度二、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)

1.

有效熱效率

2.有效燃料消耗率（簡稱耗油率)三、發(fā)動機(jī)強(qiáng)化指標(biāo)

1.升功率和比重量

2.強(qiáng)化系數(shù)第五節(jié)有效指標(biāo)機(jī)械損失功率包括：

①內(nèi)燃機(jī)內(nèi)部運(yùn)動件的摩擦損失

②驅(qū)動附屬機(jī)構(gòu)的損失

③泵氣損失內(nèi)燃機(jī)的指示功率不能完全對外輸出，它須扣除一部分功率損失后才能變?yōu)榍S的有效功輸出。一、動力性指標(biāo)1、有效功率內(nèi)燃機(jī)工作時，由功率輸出軸輸出的扭矩，稱為有效扭矩。2、有效扭矩由對四行程發(fā)動機(jī):發(fā)動機(jī)在單位氣缸工作容積中所做的有效功，稱為平均有效壓力。3、平均有效壓力其中s——活塞行程（m）4、轉(zhuǎn)速和活塞平均速度四行程內(nèi)燃機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)一圈，則活塞上、下移動兩個活塞行程。所以轉(zhuǎn)速與活塞平均速度的關(guān)系為：轉(zhuǎn)速n↑，必然使活塞平均速度Ｃｍ

↑，那么活塞的熱負(fù)荷↑,曲柄連桿機(jī)構(gòu)的慣性力↑，磨損加劇，壽命下降，所以Ｃｍ值受到限制，一般：汽油機(jī)不超過１８m/s，柴油機(jī)不超過１３m/s

。二、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)1.有效熱效率內(nèi)燃機(jī)的有效功與所消耗的燃料熱量之比值。表示單位有效功的耗油量.2.有效燃料消耗率三、發(fā)動機(jī)強(qiáng)化指標(biāo)升功率：發(fā)動機(jī)每升工作容積所發(fā)出的有效功率稱為升功率。1.升功率和比質(zhì)量比質(zhì)量：比質(zhì)量是發(fā)動機(jī)的干質(zhì)量ｍ與所發(fā)出的功率之比。ＰＬ↑、ｍｅ↓，則發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)越緊湊。2.強(qiáng)化系數(shù)定義：平均有效壓力ｐｅ與活塞平均速度Ｃｍ的乘積稱為強(qiáng)化系數(shù)。ｐｅＣｍ值越大，內(nèi)燃機(jī)熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷越高，同時，發(fā)動機(jī)的功率也越大。1．機(jī)械損失功率一．機(jī)械損失功率和機(jī)械效率第六節(jié)機(jī)械損失2．機(jī)械效率為了比較不同的內(nèi)燃機(jī)機(jī)械損失的大小，引入機(jī)械效率的概念。機(jī)械損失功率Pm包括：①內(nèi)燃機(jī)內(nèi)部運(yùn)動件的摩擦損失：占60～75％②驅(qū)動附屬機(jī)構(gòu)的損失：占１0～２０％（如驅(qū)動配氣機(jī)構(gòu)，冷卻水泵，風(fēng)扇，機(jī)油泵，噴油泵，調(diào)速器，點(diǎn)火裝置等）③泵氣損失：占１0～２０％平均機(jī)械損失壓力ｐmm：單位氣缸工作容積的機(jī)械損失功。實(shí)驗(yàn)方法：

①讓內(nèi)燃機(jī)在給定的工況下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，

②當(dāng)冷卻水和機(jī)油溫度到達(dá)正常值時，立即切斷供油（柴油機(jī)）或停止點(diǎn)火（汽油機(jī)），同時將電力測功器轉(zhuǎn)換為電動機(jī)，以給定轉(zhuǎn)速倒拖內(nèi)燃機(jī)，

③此過程中盡可能維持冷卻水和機(jī)油溫度不變，

④這時電力測功器所測得的倒拖功率即為內(nèi)燃機(jī)在該工況下的機(jī)械損失功率。1.倒拖法特點(diǎn)：必須使用平衡式電力測功器。適用：汽油機(jī)和柴油機(jī)二、機(jī)械損失的測定實(shí)驗(yàn)方法：

首先將內(nèi)燃機(jī)調(diào)整到給定工況穩(wěn)定工作，測定其有效功率，然后停止向一個氣缸（例如第一缸）供油，并調(diào)整測功器的阻力矩，使內(nèi)燃機(jī)恢復(fù)到原來的轉(zhuǎn)速，再測定內(nèi)燃機(jī)的有效功率，由于有一個氣缸不工作，第二次測得的有效功率比第一次測得的小，兩者之差即為停油氣缸的指示功率，然后恢復(fù)第一缸的工作，同法，依次使各缸熄火，即可測得對應(yīng)的有效功率、……。

2.滅缸法適用：多缸柴油機(jī)不適用：汽油機(jī)(偏差大)，廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)，單缸機(jī)各缸的指示功率為：

將上列各式相加得到整機(jī)指示功率為：因此，機(jī)械損失功率為

3.油耗線法實(shí)驗(yàn)方法：保證內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速不變，如逐漸改變柴油機(jī)供油齒條的位置，測出每小時耗油量B隨負(fù)荷變化的關(guān)系，繪制成曲線，這個曲線稱為負(fù)荷特性曲線，在曲線中找出接近直線的線條，并順此線條作延長線，直到與橫坐標(biāo)相交，則交點(diǎn)到坐標(biāo)原點(diǎn)的長度即該機(jī)的平均機(jī)械損失壓力。

適用：柴油機(jī)不適用：汽油機(jī)對A點(diǎn)：對B點(diǎn)：∴證明作圖正確4.示功圖法實(shí)驗(yàn)方法：錄取被測內(nèi)燃機(jī)一個氣缸的示功圖，然后根據(jù)示功圖算出pmi值，與此同時從測功器上記錄該工況的讀數(shù)值，并由此算出pme值，兩者之差即為該工況下的平均機(jī)械損失壓力pm