發(fā)動機(jī)性能課件

1、氣缸工作容積（Vh）： 活塞運(yùn)行一個(gè)行程所掃過的容積?；钊谐蹋夯钊麖囊粋€(gè)止點(diǎn)到另一個(gè)止點(diǎn)移動的距離，即上、下止點(diǎn)之間的距離。下止點(diǎn)：活塞在氣缸里作往復(fù)直線運(yùn)動時(shí)，當(dāng)活塞向下運(yùn)動到最低位置，即活塞頂部距離曲軸旋轉(zhuǎn)中心最近的極限位置。上止點(diǎn)：活塞在氣缸里作往復(fù)直線運(yùn)動時(shí)，當(dāng)活塞向上運(yùn)動到最高位置，即活塞頂部距離曲軸旋轉(zhuǎn)中心最遠(yuǎn)的極限位置。燃燒室容積（ Vc ）：活塞位于上止點(diǎn)時(shí)，其頂部與氣缸蓋之間的容積。氣缸總?cè)莘e（Va）：活塞位于下止點(diǎn)時(shí)，其頂部與氣缸蓋之間的容積。第1頁/共113頁氣缸工作容積（Vh）： 活塞運(yùn)行一個(gè)行程所掃過的容積?；钊邪l(fā)動機(jī)排量 ：多缸發(fā)動機(jī)各氣缸工作容積的總和（L），

2、稱為發(fā)動機(jī)排量。壓縮比 ：氣體壓縮前的容積與氣體壓縮后的容積之比值，即氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比稱為壓縮比。一般用表示。示功圖：表示活塞在不同位置時(shí)氣缸內(nèi)氣體壓力的變化情況。第2頁/共113頁發(fā)動機(jī)排量 ：多缸發(fā)動機(jī)各氣缸工作容積的總和（L），稱為發(fā)動 發(fā)動機(jī)的理論循環(huán)是對其實(shí)際循環(huán)進(jìn)行抽象并加以理想化而得到，突出發(fā)動機(jī)工作過程中最本質(zhì)、最重要的因素。第一節(jié) 內(nèi)燃機(jī)理論循環(huán)概述 重要假定：1、忽略進(jìn)、排氣過程，瞬間完成，假定為封閉循環(huán)2、排氣放熱簡化為可逆的定容放熱過程3、壓縮、膨脹過程簡化為可逆的絕熱過程4、燃燒過程簡化為加熱過程可逆定容、定壓過程 5、假定工質(zhì)為定比熱的理想氣體空氣第3頁/

3、共113頁 發(fā)動機(jī)的理論循環(huán)是對其實(shí)際循環(huán)進(jìn)行抽象并加以理想化建立理論循環(huán)模型的意義簡化內(nèi)燃機(jī)的實(shí)際工作過程闡明各基本熱力參數(shù)間的關(guān)系，明確提高以理論循環(huán)熱效率為代表的經(jīng)濟(jì)性和以循環(huán)平均壓力為代表的動力性的基本途徑。確定循環(huán)熱效率的理論限值，以判斷實(shí)際內(nèi)燃機(jī)工作過程的經(jīng)濟(jì)性和循環(huán)進(jìn)行的完善程度以及改進(jìn)潛力。有利于比較內(nèi)燃機(jī)各種熱力循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性和動力性。第4頁/共113頁建立理論循環(huán)模型的意義簡化內(nèi)燃機(jī)的實(shí)際工作過程第4頁/共11第一節(jié) 內(nèi)燃機(jī)理論循環(huán)概述一 實(shí)際循環(huán)向理想循環(huán)的簡化（一） 實(shí)際循環(huán) （以車用柴油機(jī)為例）1 進(jìn)氣過程: 01 （ p p0p p0 ）膨脹排氣壓縮進(jìn)氣燃燒第5頁/共

4、113頁第一節(jié) 內(nèi)燃機(jī)理論循環(huán)概述一 實(shí)際循環(huán)向理想循環(huán)的簡化膨脹排（二） 實(shí)際循環(huán)的簡化1 忽略進(jìn)、排氣過程2 壓縮、膨脹過程 （復(fù)雜的多變過程） 簡化為絕熱過程3 燃燒過程簡化為定容加熱過程 （23） 和定壓加熱過程 （34）4 排氣放熱簡化為定容放熱過程5 假定工質(zhì)為定比熱的理想氣體膨脹壓縮放熱燃燒第6頁/共113頁（二） 實(shí)際循環(huán)的簡化1 忽略進(jìn)、排氣過程膨脹壓縮放熱燃燒第（三）評定循環(huán)過程中質(zhì)和量的指標(biāo)1循環(huán)的熱效率式中： w0工質(zhì)的循環(huán)凈功（J） q1工質(zhì)在循環(huán)中吸收的熱量（J） q2工質(zhì)在循環(huán)中放出的熱量（J） 熱效率可以用來評定循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性。第7頁/共113頁（三）評定循環(huán)過程

5、中質(zhì)和量的指標(biāo)第7頁/共113頁2循環(huán)平均壓力pt （J/m3）或（Nm2）式中: Vh氣缸工作容積（m3） 循環(huán)平均壓力表示單位氣缸工作容積所作的循環(huán)功，用來評定循環(huán)的動力性。第8頁/共113頁2循環(huán)平均壓力pt第8頁/共113頁二、理想循環(huán)及其分析比較（一） 混合加熱循環(huán) 車用（高速）柴油機(jī)的理想循環(huán)1 循環(huán)特征參數(shù)（1） 壓縮比（2） 壓力升高比（3） 預(yù)脹比（4） 后膨脹比 燃燒過程為定容、定壓加熱過程； 壓縮、膨脹過程為絕熱過程； 瞬間完成進(jìn)、排氣過程，定容放熱過程第9頁/共113頁二、理想循環(huán)及其分析比較（一） 混合加熱循環(huán) 燃燒過程2 熱效率計(jì)算得: -壓縮比 -壓力升高比 -預(yù)

6、脹比 K-等熵指數(shù)第10頁/共113頁2 熱效率計(jì)算得: -壓縮比 -壓力升高比 -預(yù)3 分析（1） 為定值 tm ； tm 。 = 1 tm = const. （汽油機(jī)，定容加熱循環(huán)）（2） tm 當(dāng) = 20 左右時(shí)， tm 不大柴油機(jī) = 1222第11頁/共113頁3 分析（1） 為定值（2） tm 當(dāng) 4 循環(huán)平均壓力分析 表示單位氣缸工作容積所作的循環(huán)功，用來評定循環(huán)的動力性。 根據(jù)熱力學(xué)理論，得到混合加熱循環(huán)平均壓力為P1壓縮始點(diǎn)的壓力(kPa)第12頁/共113頁4 循環(huán)平均壓力分析 表示單位氣缸工作容積所作的循環(huán)功， （1）進(jìn)氣終了壓力 Pa 提高， Pt增加； t 提高，

7、Pt 增加; 凡是使 t 提高的因素，也都會增加 Pt。 （2） （其他參數(shù)不變）對三種循環(huán)，都是 時(shí)，pt 也（3） （其他參數(shù)不變）定容加熱循環(huán)混合加熱循環(huán)時(shí)，pt 也定壓加熱循環(huán)， = 1,不影響 pt 。 第13頁/共113頁 （1）進(jìn)氣終了壓力 Pa 提高， Pt增加；（2） （循環(huán)參數(shù)及熱效率、平均壓力的表達(dá)式第14頁/共113頁循環(huán)參數(shù)及熱效率、平均壓力的表達(dá)式第14頁/共113頁理想循環(huán)熱效率和平均指示壓力的影響因素影響熱效率和平均指示壓力的因素有： t=f（k，） pt= f1（pa，k，）借助于pV、Ts圖更能直觀、形象地分析影響關(guān)系 第15頁/共113頁理想循環(huán)熱效率和平

8、均指示壓力的影響因素影響熱效率和平均指示壓理想循環(huán)熱效率和平均指示壓力的影響因素的理論指導(dǎo)意義1）實(shí)際內(nèi)燃機(jī)開發(fā)的目標(biāo)之一就是如何改善內(nèi)燃機(jī)的工作過程，使得提高。 2）關(guān)于內(nèi)燃機(jī)燃燒過程的分配和控制的問題。從理論上來說，增大燃燒速度，也即增大，可以提高熱效率和增加平均壓力，這正是所需要的，而實(shí)際上，往往要受到實(shí)際情況的限制。但理論上的分析為實(shí)際工作指出了方向。3）提高pt的有效途徑之一是提高pa，如增壓技術(shù) 第16頁/共113頁理想循環(huán)熱效率和平均指示壓力的影響因素的理論指導(dǎo)意義1）實(shí)際（二） 定容加熱循環(huán) （奧托OTTO循環(huán)） 汽油機(jī)的理想循環(huán)1 熱效率 因?yàn)? 預(yù)脹比 所以: 熱效率 2

9、分析 = 1 t = const. t ；當(dāng) = 10 左右時(shí)， t 不大 且汽油機(jī)容易爆燃，因此，汽油機(jī) = 610燃燒過程（23）為定容加熱過程 壓縮、膨脹過程為絕熱過程； 瞬間完成進(jìn)、排氣過程，定容放熱過程第17頁/共113頁（二） 定容加熱循環(huán) （奧托OTTO循環(huán)）1 熱效率 所以（三） 定壓加熱循環(huán) （狄賽爾DIESEL 循環(huán)） 船舶用大型低速柴油機(jī)的理想循環(huán)1 熱效率 因?yàn)? 壓力升高比 所以: 熱效率 2 分析（1） 為定值 t （2） 為定值 t 燃燒過程（23）為定壓加熱過程； 壓縮、膨脹過程為絕熱過程； 瞬間完成進(jìn)、排氣過程，定容放熱過程第18頁/共113頁（三） 定壓加熱

10、循環(huán) （狄賽爾DIESEL 循環(huán)） 熱效率分析（1） （其他參數(shù)不變）對三種循環(huán)，都是 時(shí)，t 也當(dāng) = 20 左右時(shí)，對t 影響不大低速柴油機(jī) = 1622高速柴油機(jī) = 1420汽油機(jī) = 812第19頁/共113頁熱效率分析（1） （其他參數(shù)不變）對三種循環(huán)，都是 時(shí)（2） （其他參數(shù)不變）不影響 t 。定容加熱循環(huán)， 不出現(xiàn)定壓加熱循環(huán)， = 1混合加熱循環(huán)，時(shí)，t 也（3） （其他參數(shù)不變）定容加熱循環(huán)， = 1 ，無影響。對定壓加熱循環(huán)和混合加熱循環(huán) 時(shí)，t 第20頁/共113頁（2） （其他參數(shù)不變）不影響 t 。定容加熱循環(huán)，從理論上能夠提高發(fā)動機(jī)的循環(huán)熱效率和平均壓力的措施，

11、往往受實(shí)際工作條件限制的。1. 結(jié)構(gòu)條件限制 提高和對t有利，但Pz急劇增高，影響發(fā)動機(jī)的零件壽命。只有增加零部件強(qiáng)度來適應(yīng)，又導(dǎo)致體積和成本增加。2.機(jī)械效率的限制 提高熱效率會使機(jī)械效率下降。3.燃燒方面限制 太高，汽油機(jī)會爆震。柴油機(jī)燃燒室設(shè)計(jì)困難。低速柴油機(jī) = 1622 ；高速柴油機(jī) = 1420；汽油機(jī) = 8124.排放方面限制第21頁/共113頁從理論上能夠提高發(fā)動機(jī)的循環(huán)熱效率和平均壓力的措施，往往受實(shí)（四） 三種理想循環(huán)熱效率的比較1 初態(tài)1相同，壓縮比相同，加熱量q1相同 2 初態(tài)1相同，最高壓力、最高溫度相同，放熱量q2相同 所以，想提高混合加熱循環(huán)熱效率應(yīng)增加定容部分

12、的加熱量，即增大。 所以，對高增壓這類受機(jī)件強(qiáng)度限制，其循環(huán)最高壓力不得過大的情況，提高，同時(shí)增大定壓加熱部分有利。第22頁/共113頁（四） 三種理想循環(huán)熱效率的比較1 初態(tài)1相同，壓縮比相同低速柴油機(jī)高速柴油機(jī)高速汽油機(jī)初態(tài)1相同，壓縮比相同，加熱量q1相同 初態(tài)1相同，最高壓力和最高溫度相同，放熱量q2相同低速柴油機(jī)高速柴油機(jī)高速汽油機(jī)第23頁/共113頁低速柴油機(jī)高速柴油機(jī)高速汽油機(jī)初態(tài)1相同，壓縮比相同，加熱小 結(jié)由上述理論循環(huán)表達(dá)式可以得到以下結(jié)論：1）增加 ，可提高t，但其提高率隨值的不斷增大而逐漸降低；2）增大，由于可增加混合循環(huán)中等容部分的加熱量，從而導(dǎo)致熱量利用率的提高，因

13、而也可使t提高；3）和的增長，將伴隨著最高循環(huán)壓力Pz的急劇上升，因此，和的增加將受到機(jī)構(gòu)強(qiáng)度、機(jī)械效率和燃燒條件等三方面的限制；第24頁/共113頁小 結(jié)由上述理論循環(huán)表達(dá)式可以得到以下結(jié)論：第24頁/共114）增大，可提高Pt。但由于的增大相當(dāng)于混合循環(huán)中等壓部分的加熱量增加了，因此t將隨之下降；5）絕熱指數(shù)k愈大，則t愈高。第25頁/共113頁4）增大，可提高Pt。但由于的增大相當(dāng)于混合循環(huán)中等壓部第二節(jié) 內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)與熱損失第26頁/共113頁第二節(jié) 內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)與熱損失第26頁/共113頁工質(zhì)特性的真實(shí)情況工質(zhì)是不同組分的混合物，高溫條件下要進(jìn)行各種化學(xué)反應(yīng)而變更其成分工質(zhì)各組分

14、的熱力參數(shù)如比熱容、等熵指數(shù)等，隨溫度、分子結(jié)構(gòu)而變化當(dāng)混合氣的過量空氣系數(shù)小于1時(shí)，過濃部分的燃料不燃燒放熱第27頁/共113頁工質(zhì)特性的真實(shí)情況工質(zhì)是不同組分的混合物，第27頁/共113四沖程增壓發(fā)動機(jī)的實(shí)際循環(huán)示功圖四沖程非增壓發(fā)動機(jī)的實(shí)際循環(huán)示功圖Vc壓縮終點(diǎn)氣缸容積Vs氣缸工作容積Va氣缸總?cè)莘eP0大氣壓力Pk增壓壓力PT排氣壓力Vc壓縮終點(diǎn)氣缸容積Vs氣缸工作容積Va氣缸總?cè)莘eP0大氣壓力第28頁/共113頁四沖程增壓發(fā)動機(jī)的實(shí)際循環(huán)示功圖四沖程非增壓發(fā)動機(jī)的實(shí)際循環(huán) 以四沖程非增壓汽油發(fā)動機(jī)的實(shí)際循環(huán)為例。一、進(jìn)氣過程（ra）二、壓縮過程（ac）壓縮終點(diǎn)壓力和溫度r-a 進(jìn)氣。殘

15、余廢氣膨脹，壓力Pr降至Pr第29頁/共113頁 以四沖程非增壓汽油發(fā)動機(jī)的實(shí)際循環(huán)為例。一、一、進(jìn)氣過程（ra）二、壓縮過程（ac）平均多變指數(shù)n1平衡特征點(diǎn)這點(diǎn)正好反映平均多變指數(shù)n1，是放熱和吸熱的分界點(diǎn) PVn =const.熱力學(xué)公式是一種熱力多變過程。n=0（等壓）,1（等溫）,k（等熵）, （等容）第30頁/共113頁一、進(jìn)氣過程（ra）二、壓縮過程（ac）平均多變指數(shù)n1三、燃燒過程（cz）第31頁/共113頁三、燃燒過程（cz）第31頁/共113頁四、膨脹過程（zb）不能絕對和燃燒過程分開平均多變指數(shù)n2膨脹終點(diǎn)壓力和溫度第32頁/共113頁四、膨脹過程（zb）不能絕對和燃燒

16、過程分開平均多變指數(shù)n2四、膨脹過程（zb）汽油機(jī)柴油機(jī)第33頁/共113頁四、膨脹過程（zb）汽油機(jī)柴油機(jī)第33頁/共113頁五、排氣過程（br） 六、實(shí)際循環(huán)的功 對非增壓發(fā)動機(jī)，閉合曲線b b / c z b的面積A i表示工質(zhì)對活塞所做的功，是正功；r b / a r / r的面積A 1表示換氣消耗的功，稱為泵氣損失，是負(fù)功。第34頁/共113頁五、排氣過程（br） 六、實(shí)際循環(huán)的功第34頁/共1對四沖程增壓發(fā)動機(jī)，上閉合曲線的面積A i表示工質(zhì)對活塞所做的功，是正功；下閉合曲線的面積A 1表示換氣時(shí)，增壓空氣對活塞所做的功，稱為泵氣功，也是正功。第35頁/共113頁對四沖程增壓發(fā)動機(jī)

17、，上閉合曲線的面積A i表示工質(zhì)對活塞所做由進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣五個(gè)過程組成。實(shí)際循環(huán)沒有理論循環(huán)的熱效率高。實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)的比較：第36頁/共113頁實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)的比較：第36頁/共113頁一、工質(zhì)的影響（無法改變）（1） 工質(zhì)性質(zhì) 理論上: 理想氣體，雙原子氣體。 實(shí)際上: 燃燒前: 燃料+空氣+上循環(huán)廢氣； 燃燒后: 燃燒產(chǎn)物。（2）比熱（單位質(zhì)量物體改變單位溫度時(shí)的吸收或釋放的內(nèi)能 ） 理論上：定比熱 實(shí)際上：溫度T 比熱C 第37頁/共113頁一、工質(zhì)的影響（無法改變）（1） 工質(zhì)性質(zhì)第37頁/共113（3）高溫分解 例： C + O CO + 熱量 + O CO2

18、 + 熱量 其中 CO 為中間產(chǎn)物，CO2 為最終產(chǎn)物。若遇高溫，則會發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，即高溫分解: CO2 CO + O - 熱量 這部分熱量雖然在膨脹過程中還可能會釋放出來，但由于活塞已接近下止點(diǎn)，做功效果變差，熱效率下降。第38頁/共113頁（3）高溫分解第38頁/共113頁二、換氣損失 理論上: 忽略進(jìn)、排氣過程。 實(shí)際上: 進(jìn)、排氣門提前開啟，遲后關(guān)閉。而且有流動阻力。 換氣損失中逆向循環(huán)所包圍的面積為泵氣損失。泵氣損失包含在換氣損失之中。第39頁/共113頁二、換氣損失 理論上: 忽略進(jìn)、排氣過程。第39頁/共11三、傳熱損失 理論上: 壓縮、膨脹過程為絕熱過程。 實(shí)際上: 實(shí)際循環(huán)

19、中,氣缸壁(包括氣缸套氣缸蓋活塞環(huán)氣門噴油器等)和工質(zhì)的熱交換, 熱量通過汽缸壁傳給冷卻水或空氣造成損失，。 傳熱損失是發(fā)動機(jī)中的最大損失，占總損失量的30%以上。因此，許多研究者致力于開發(fā)絕熱發(fā)動機(jī)。第40頁/共113頁三、傳熱損失 理論上: 壓縮、膨脹過程為絕熱過程。第40頁影響因素：直徑D（S/D相等）S/D（ S/D相等）燃燒室形狀冷卻介質(zhì)溫度增壓工況變化（負(fù)荷、轉(zhuǎn)速）第41頁/共113頁影響因素：第41頁/共113頁四、 時(shí)間損失理論上: 活塞運(yùn)行速度無限緩慢 定容加熱瞬間完成 定壓加熱速度與活塞運(yùn)行速度密切配合。實(shí)際上: 活塞具有相當(dāng)?shù)倪\(yùn)行速度 燃燒需要時(shí)間 加熱速度與活塞運(yùn)行速度

20、很難完美配合 總之：由于燃料燃燒的放熱規(guī)律與活塞運(yùn)動的規(guī)律難以進(jìn)行完美地配合導(dǎo)致時(shí)間損失。第42頁/共113頁四、 時(shí)間損失理論上: 活塞運(yùn)行速度無限緩慢第42頁/共11五、燃燒損失 理論上: 加熱瞬間停止，膨脹過程無加熱。 實(shí)際上: 雖然大部分（80%以上）燃料在燃燒過程中燃燒掉，但仍有小部分燃料會拖到膨脹線上才燃燒，做功效果變差，熱效率下降。 實(shí)際循環(huán)部分工質(zhì)產(chǎn)生不完全燃燒損失。 參見教材P11：第43頁/共113頁五、燃燒損失 理論上: 加熱瞬間停止，膨脹過程無加熱。第4六、其它幾項(xiàng)損失 1） 渦流與節(jié)流損失 理論上: 閉口系統(tǒng)，沒有氣體流動損失。 實(shí)際上: 進(jìn)、排氣節(jié)流沿程損失，缸內(nèi)進(jìn)

21、氣、擠壓、燃燒渦流損失。2）泄露損失 理論上: 閉口系統(tǒng)，無泄漏。 實(shí)際上: 活塞氣環(huán)不會100%嚴(yán)密密封，總會有些氣體竄到曲軸箱中，造成損失。第44頁/共113頁六、其它幾項(xiàng)損失 1） 渦流與節(jié)流損失第44頁/共113頁 以上六個(gè)方面的差距集中起來，仍使熱效率的降低接近或超過10個(gè)百分點(diǎn)。 實(shí)際生產(chǎn)、使用中，未必都能達(dá)到理想的設(shè)計(jì)和匹配狀況，差距更會加大。 參見表1-9發(fā)動機(jī)理論循環(huán)熱效率與指示熱效率值第45頁/共113頁 以上六個(gè)方面的差距集中起來，仍使熱效率的降低接近或第三節(jié) 熱平衡定義：按照熱能在有效功和各項(xiàng)損失方面的數(shù)量分配來研究燃料中總熱量的利用情況，稱為內(nèi)燃機(jī)的熱平衡。（通常有實(shí)

22、驗(yàn)確定）總熱量: QT = GT hu（kJ/h）式中： GT每小時(shí)的油耗量(kg/h) hu燃料低熱值（kJ/kg)第46頁/共113頁第三節(jié) 熱平衡定義：按照熱能在有效功和各項(xiàng)損失方面的數(shù)量分配1.有效功的熱量 QE kJ/h （ 1 kwh = 只有這部分熱量做了功，是有用的，所以希望越大越好。一般柴油機(jī): 3040% ； 汽油機(jī): 2030%。kJ ）令第47頁/共113頁1.有效功的熱量 QE kJ/h （ 1 kwh 其中：Gs發(fā)動機(jī)冷卻介質(zhì)的每小時(shí)流量 kg/h cs冷卻介質(zhì)比熱 kJ/kg t1 ，t2 冷卻介質(zhì)的進(jìn)、出口溫度 2.傳遞給冷卻介質(zhì)的熱量 QS第48頁/共113頁

23、 其中：Gs發(fā)動機(jī)冷卻介質(zhì)的每小時(shí)流量 kg/h 其中：GT每小時(shí)消耗的燃料量 kg/h GK每小時(shí)消耗的空氣量 kg/h cPr廢氣定壓比熱 kJ/kg cPK空氣定壓比熱 kJ/kg tK ， tr 進(jìn)、排氣溫度 3.廢氣帶走的熱量QR第49頁/共113頁 其中：GT每小時(shí)消耗的燃料量 kg/h 3.4.燃料不完全燃燒的熱損失QB 其中：r燃料效率第50頁/共113頁4.燃料不完全燃燒的熱損失QB 其中：r燃料效率第5.其它熱量損失QL發(fā)動機(jī)熱平衡方程式: 形 式qeqsqrqbql汽油機(jī)柴油機(jī)增壓柴油機(jī)25-3030-4035-4512-2715-3510-2530-5025-4525-

24、400-450-50-53-102-52-5 有 傳 廢 燃燒 其他 效 熱 氣 功 量 熱 損失 損失第51頁/共113頁5.其它熱量損失QL發(fā)動機(jī)熱平衡方程式: 形 式q第52頁/共113頁第52頁/共113頁第四節(jié) 指示指標(biāo)Pressure diagram and Indicated parameters發(fā)動機(jī)性能指標(biāo): 指示指標(biāo)，有效指標(biāo)指示指標(biāo): 以工質(zhì)在汽缸內(nèi)對活塞做功為基礎(chǔ)，評價(jià)工作循環(huán)的質(zhì)量。有效指標(biāo): 以曲軸上得到的凈功率為基礎(chǔ)，評價(jià)整機(jī)性能。示功圖: 發(fā)動機(jī)缸內(nèi)壓力p隨汽缸容積V （p-V圖） 或曲軸轉(zhuǎn)角 （p-圖） 變化的圖示。第53頁/共113頁第四節(jié) 指示指標(biāo)Pres

25、sure diagram and P-V圖P-圖第54頁/共113頁P(yáng)-V圖P-圖第54頁/共113頁第55頁/共113頁第55頁/共113頁一、指示功和平均指示壓力（一） 指示功定義：一個(gè)實(shí)際循環(huán)工質(zhì)對活塞所做的有用功。第56頁/共113頁一、指示功和平均指示壓力（一） 指示功定義：一個(gè)實(shí)際循環(huán)工質(zhì)應(yīng)該：非增壓： 增壓：因?yàn)? 不容易測量, 實(shí)際將歸到機(jī)械損失中考慮。 其中 指示功大，說明 汽缸工作容積大 熱功轉(zhuǎn)換有效程度大。為突出后者，比較不同大小發(fā)動機(jī)的熱功轉(zhuǎn)換有效程度，引入平均指示壓力的概念。所以: 橫、縱座標(biāo)比例尺 示功圖面積（cm2）第57頁/共113頁應(yīng)該：非增壓： 增壓：因?yàn)?

26、 不容易測量, 實(shí)際將歸到機(jī)（二） 平均指示壓力 定義： 內(nèi)燃機(jī)單位汽缸工作容積所做的指示功。 其中：每缸工作容積。 6501100 kpa 7001300 kpa 是衡量實(shí)際循環(huán)動力性的一個(gè)重要指標(biāo)。第58頁/共113頁（二） 平均指示壓力 定義： 內(nèi)燃機(jī)單位汽缸工作容積所一般發(fā)動機(jī)pmi范圍柴油機(jī)：四沖程非增壓柴油機(jī)0.60.95MPa四沖程增壓柴油機(jī)0.852.6MPa二沖程柴油機(jī)0.51.3MPa汽油機(jī)：四沖程摩托車用汽油機(jī)0.81.3MPa四沖程小客車用汽油機(jī)0.81.43MPa四沖程載貨車用汽油機(jī)0.70.85MPa二沖程小型風(fēng)冷汽油機(jī)0.40.7MPa第59頁/共113頁一般發(fā)動

27、機(jī)pmi范圍第59頁/共113頁二、指示功率 定義：內(nèi)燃機(jī)單位時(shí)間所做的指示功。 ， 若: 缸數(shù)i，缸徑為D（cm），行程為S（cm），每缸工作容積為Vh（L），轉(zhuǎn)速為n（r/min），為沖程數(shù)。則每缸每循環(huán)工質(zhì)所做的指示功為：內(nèi)燃機(jī)的指示功率（每秒所做的指示功）為：第60頁/共113頁二、指示功率 定義：內(nèi)燃機(jī)單位時(shí)間所做的指示功。 ， 故四沖程：故二沖程：指示功率也是衡量實(shí)際循環(huán)動力性的一個(gè)重要指標(biāo)。第61頁/共113頁故四沖程：故二沖程：指示功率也是衡量實(shí)際循環(huán)動力性的一個(gè)重要三、指示熱效率和指示燃油消耗率1.指示熱效率i：實(shí)際循環(huán)指示功與所消耗的燃料熱量之比值。做 指示功所消耗的熱量。

28、 燃料的低熱值。 第62頁/共113頁三、指示熱效率和指示燃油消耗率1.指示熱效率i：實(shí)際循環(huán)指2.指示油耗率 ：單位指示功率的耗油量。通常以每千瓦小時(shí)的耗油量表示。 g/kwh 每小時(shí)耗油量 kg/h 指示功率和每小時(shí)耗油量由實(shí)驗(yàn)測得！第63頁/共113頁2.指示油耗率 ：單位指示功率的耗油量。通常以每千瓦獲得1kWh的功所消耗的燃料量為 ，這些燃料所含熱量為 （kJ）由熱功當(dāng)量可知 1kwh=3.6103kJ則可以得到： 指示熱效率和指示耗油率是評定內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)。第64頁/共113頁獲得1kWh的功所消耗的燃料量為 ，這些燃料第64頁第五節(jié) 有效指標(biāo)一、內(nèi)燃機(jī)動力性能指標(biāo)

29、1.有效功率Ne：從內(nèi)燃機(jī)功率輸出軸上得到的凈功率即為有效功率。 損失消耗的功率稱為機(jī)械損失功率Nm。 Ne=Ni-Nm 內(nèi)燃機(jī)的有效功率是由實(shí)驗(yàn)測定。第65頁/共113頁第五節(jié) 有效指標(biāo)一、內(nèi)燃機(jī)動力性能指標(biāo)第65頁/共113頁2有效轉(zhuǎn)矩（有效扭矩）：內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)，由功率輸出軸的轉(zhuǎn)矩成為有效轉(zhuǎn)矩Me。 kw 式中: n內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）； Me有效轉(zhuǎn)矩（Nm）。第66頁/共113頁2有效轉(zhuǎn)矩（有效扭矩）：內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)，由功率輸出軸的轉(zhuǎn)矩成 3平均有效壓力 平均有效壓力Pe是內(nèi)燃機(jī)單位氣缸工作容積輸出的有效功。 （kPa） 工作容積Vh確定后 PeMe Pe值大，則做功能力強(qiáng)，評定內(nèi)燃機(jī)

30、動力性。第67頁/共113頁 3平均有效壓力第67頁/共113頁4轉(zhuǎn)速n和活塞平均速度Cm 轉(zhuǎn)速n增加，活塞平均速度Cm也增加，n和Cm的關(guān)系為： Cm=Sn/30式中：S活塞行程（m）； n轉(zhuǎn)速（r/min）。 Cm是表征內(nèi)燃機(jī)強(qiáng)化程度的參數(shù)。 為了提高轉(zhuǎn)速而不使Cm過大，可以減小行程S，即采用較小的行程缸徑比，但S/D值小傳熱損失將相應(yīng)增大。S/D 1；汽油機(jī): 1。第99頁/共113頁（二） 過量空氣系數(shù)和空燃比第99頁/共113頁2 .空燃比 A/F表示混合氣的濃稀程度。A/F 大 混合氣?。籄/F 小 混合氣濃 第100頁/共113頁2 .空燃比 A/F第100頁/共113頁（三）

31、分子變更系數(shù)1.理論分子變更系數(shù) 容積變化大 膨脹做功好 第101頁/共113頁（三） 分子變更系數(shù) 容積變化大 膨脹做功好 （1） 1的情況燃燒前工質(zhì)摩爾數(shù)：柴油機(jī)：（kmol/kg燃料）；汽油機(jī)：（kmol/kg燃料）為汽油的分子量 燃燒后工質(zhì)摩爾數(shù)：第102頁/共113頁（1） 1的情況第102頁/共113頁理論分子變更系數(shù)：柴油機(jī)：汽油機(jī)：第103頁/共113頁理論分子變更系數(shù)：第103頁/共113頁（2） 1的情況第104頁/共113頁（2） 1的情況第104頁/共113頁2 .實(shí)際分子變更系數(shù) 其中1 kg 燃料燃燒后殘余廢氣的摩爾數(shù)。殘余廢氣系數(shù)。第105頁/共113頁2 .實(shí)際

32、分子變更系數(shù) 其中1 kg 燃料燃燒后殘余廢氣的第八節(jié) 發(fā)動機(jī)混合氣的著火和燃燒方式 一 混合氣的著火（一） 柴油機(jī)低溫多級自燃1. t1 階段混合階段 在壓縮過程終了時(shí)，燃料噴入汽缸內(nèi)形成可燃混合氣。燃料遇到溫度較高的空氣，開始氧化，但速度緩慢，示功圖上的壓縮線沒有明顯的變化。混合階段，為著火做準(zhǔn)備。2. t2階段第一級反應(yīng) 燃燒的實(shí)質(zhì)是燃料的氧化反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)速度很快時(shí)，火焰就會出現(xiàn)。經(jīng)過時(shí)間t1后，反應(yīng)加劇，出現(xiàn)冷火焰，缸內(nèi)壓力超過壓縮壓力。在這一階段，反應(yīng)生成醛類、過氧化物和一氧化碳等中間產(chǎn)物。要求混合氣較濃， = 0.40.5。第106頁/共113頁第八節(jié) 發(fā)動機(jī)混合氣的著火和燃燒方式 一 混合氣的著火第103 . t3 階段第二級反應(yīng) 溫度、壓力升高較大，產(chǎn)生許多化學(xué)反應(yīng)的活性中心，出現(xiàn)藍(lán)火焰?；旌蠚庀〉枚?，略小于1。4 . t1 +t2+ t3時(shí)間后第三級反應(yīng) 活性