第一章 發(fā)動機的工作循環(huán)和性能指標(biāo)

第一章發(fā)動機的工作循環(huán)和性能指標(biāo)第一節(jié)發(fā)動機的理論循環(huán)理論循環(huán)是將實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高速柴油機——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)動機的實際循環(huán)進氣壓縮燃燒膨脹排氣四行程進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)動機的實際循環(huán)二、示功圖1、示功圖的概念發(fā)動機氣缸內(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（topdeadcenter——TDC）下止點（bottomdeadcenter——BDC）壓縮比氣缸工作容積壓縮終點氣缸容積氣缸總?cè)莘e1、進氣過程（r-a）三、實際循環(huán)分析2、壓縮過程（a-c）柴油機壓縮終了時的壓力和溫度均比汽油機高許多。對于非增壓發(fā)動機：①②進氣受到發(fā)動機高溫零件及殘余廢氣的加熱進氣系統(tǒng)的阻力理論循環(huán)中假設(shè)該過程是絕熱的，實際上該過程是一個復(fù)雜的多變過程?！卟裼蜋C的ε比汽油機大：汽油機ε＝6～10柴油機ε＝14～22柴油機因為壓縮比高，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低。３、燃燒過程（c－z）燃料的化學(xué)能熱能由于柴油機膨脹比大，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ＴＶ比汽油機低，其工作過程進行得好，轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ臒崃慷?。?發(fā)動機實際循環(huán)與理論循環(huán)的比較動畫1.實際工質(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)進行的質(zhì)量好壞。有效指標(biāo)：從內(nèi)燃機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)燃機性能的好壞。內(nèi)燃機的性能指標(biāo)指示指標(biāo)有效指標(biāo)內(nèi)燃機性能評定

動力性經(jīng)濟性排氣品質(zhì)有害氣體顆粒振動噪聲起動性HCCONOX擴充一、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——氣缸工作容積，L三、指示功率指示功率：內(nèi)燃機單位時間所做的指示功。假設(shè)：一臺內(nèi)燃機的氣缸數(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：

指示熱效率ηi：實際循環(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)燃機實際循環(huán)的動力性指示功率Pi平均指示壓力pmi評定內(nèi)燃機實際循環(huán)的經(jīng)濟性指示燃油消耗率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)動機強化指標(biāo)

1.升功率和比重量

2.強化系數(shù)第五節(jié)有效指標(biāo)機械損失功率包括：

①內(nèi)燃機內(nèi)部運動件的摩擦損失

②驅(qū)動附屬機構(gòu)的損失

③泵氣損失內(nèi)燃機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:發(fā)動機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：汽油機不超過１８m/s，柴油機不超過１３m/s

。二、經(jīng)濟性指標(biāo)1.有效熱效率內(nèi)燃機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)動機強化指標(biāo)升功率：發(fā)動機每升工作容積所發(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)動機的干質(zhì)量ｍ與所發(fā)出的功率之比。ＰＬ↑、ｍｅ↓，則發(fā)動機結(jié)構(gòu)越緊湊。2.強化系數(shù)定義：平均有效壓力ｐｅ與活塞平均速度Ｃｍ的乘積稱為強化系數(shù)。ｐｅＣｍ值越大，內(nèi)燃機熱負(fù)荷和機械負(fù)荷越高，同時，發(fā)動機的功率也越大。1．機械損失功率一．機械損失功率和機械效率第六節(jié)機械損失2．機械效率為了比較不同的內(nèi)燃機機械損失的大小，引入機械效率的概念。機械損失功率Pm包括：①內(nèi)燃機內(nèi)部運動件的摩擦損失：占60～75％②驅(qū)動附屬機構(gòu)的損失：占１0～２０％（如驅(qū)動配氣機構(gòu)，冷卻水泵，風(fēng)扇，機油泵，噴油泵，調(diào)速器，點火裝置等）③泵氣損失：占１0～２０％平均機械損失壓力ｐmm：單位氣缸工作容積的機械損失功。實驗方法：

①讓內(nèi)燃機在給定的工況下穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，

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

③此過程中盡可能維持冷卻水和機油溫度不變，

④這時電力測功器所測得的倒拖功率即為內(nèi)燃機在該工況下的機械損失功率。1.倒拖法特點：必須使用平衡式電力測功器。適用：汽油機和柴油機二、機械損失的測定實驗方法：

首先將內(nèi)燃機調(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)燃機恢復(fù)到原來的轉(zhuǎn)速，再測定內(nèi)燃機的有效功率，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：多缸柴油機不適用：汽油機(偏差大)，廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機，單缸機各缸的指示功率為：

將上列各式相加得到整機指示功率為：因此，機械損失功率為

3.油耗線法實驗方法：保證內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速不變，如逐漸改變柴油機供油齒條的位置，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，則交點到坐標(biāo)原點的長度即該機的平均機械損失壓力。

適用：柴油機不適用：汽油機對A點：對B點：∴證明作圖正確4.示功圖法實驗方法：錄取被測內(nèi)燃機一個氣缸的示功圖，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械損失壓力pm