第1章-發(fā)動機(jī)工作循環(huán)和性能指標(biāo)

1、第第1 1章章發(fā)動機(jī)工作循環(huán)和性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)和性能指標(biāo)第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo) 通過對本章的學(xué)習(xí)，通過對本章的學(xué)習(xí)，重點(diǎn)掌握重點(diǎn)掌握發(fā)動機(jī)的動力發(fā)動機(jī)的動力性能指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)的定義、相關(guān)指標(biāo)性能指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)的定義、相關(guān)指標(biāo)之間的關(guān)系以及影響發(fā)動機(jī)性能的主要因素；之間的關(guān)系以及影響發(fā)動機(jī)性能的主要因素； 明確并掌握明確并掌握發(fā)動機(jī)實(shí)際循環(huán)的機(jī)械損失及減發(fā)動機(jī)實(shí)際循環(huán)的機(jī)械損失及減少損失的基本途徑；從少損失的基本途徑；從了解了解發(fā)動機(jī)理論循環(huán)發(fā)動機(jī)理論循環(huán)入手，入手，熟悉熟悉發(fā)動機(jī)的實(shí)際工作循環(huán)以及提高發(fā)動機(jī)的實(shí)際工作循環(huán)以

2、及提高發(fā)動機(jī)熱效率的途徑。發(fā)動機(jī)熱效率的途徑。第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo) 發(fā)動機(jī)從燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為有效輸出功的過程，是決發(fā)動機(jī)從燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為有效輸出功的過程，是決定發(fā)動機(jī)動力性能、經(jīng)濟(jì)性能的關(guān)鍵所在，而定發(fā)動機(jī)動力性能、經(jīng)濟(jì)性能的關(guān)鍵所在，而循環(huán)熱效循環(huán)熱效率率是其核心環(huán)節(jié)，因?yàn)樽鳛闊崃ρh(huán)的熱功轉(zhuǎn)換是熱能是其核心環(huán)節(jié)，因?yàn)樽鳛闊崃ρh(huán)的熱功轉(zhuǎn)換是熱能動力機(jī)械最本質(zhì)的體現(xiàn)。動力機(jī)械最本質(zhì)的體現(xiàn)。 熱力循環(huán)的分析熱力循環(huán)的分析，是發(fā)動機(jī)原理最基本的內(nèi)容。，是發(fā)動機(jī)原理最基本的內(nèi)容。 本章介紹的熱力循環(huán)兩個層次不同的模型本章介紹的熱力循環(huán)兩個層次不同的

3、模型-理論循環(huán)理論循環(huán)模型和實(shí)際循環(huán)模型模型和實(shí)際循環(huán)模型體現(xiàn)了科學(xué)研究由本質(zhì)因素擴(kuò)展到體現(xiàn)了科學(xué)研究由本質(zhì)因素擴(kuò)展到一般因素、由簡到繁的原則。一般因素、由簡到繁的原則。 這些模型對發(fā)動機(jī)的發(fā)展起過很大的作用，直到現(xiàn)在，這些模型對發(fā)動機(jī)的發(fā)展起過很大的作用，直到現(xiàn)在，為了更好地改善發(fā)動機(jī)的各種性能，仍離不開對各種模為了更好地改善發(fā)動機(jī)的各種性能，仍離不開對各種模型的深入理解和掌握。型的深入理解和掌握。第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo) 本章著重探討本章著重探討動力性和經(jīng)濟(jì)性動力性和經(jīng)濟(jì)性這兩個發(fā)動機(jī)這兩個發(fā)動機(jī)最主要的性能指標(biāo)。最主要的性能指標(biāo)。 只有通過深入研究

4、發(fā)動機(jī)的工作過程，才能只有通過深入研究發(fā)動機(jī)的工作過程，才能找出影響性能指標(biāo)的各種因素，并從中歸納找出影響性能指標(biāo)的各種因素，并從中歸納出提高整機(jī)性能的一般規(guī)律。出提高整機(jī)性能的一般規(guī)律。第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)1.1 1.1 發(fā)動機(jī)理論循環(huán)發(fā)動機(jī)理論循環(huán)汽車發(fā)動機(jī)的熱力循環(huán)由一系列物理和化學(xué)汽車發(fā)動機(jī)的熱力循環(huán)由一系列物理和化學(xué)變化的復(fù)雜過程所組成，要變化的復(fù)雜過程所組成，要確切確切地地描述描述在發(fā)在發(fā)動機(jī)中實(shí)際進(jìn)行的熱力過程是非常動機(jī)中實(shí)際進(jìn)行的熱力過程是非常困難困難的。的。為了解發(fā)動機(jī)熱能利用的完善程度，能量相為了解發(fā)動機(jī)熱能利用的完善程度，能量相

5、互轉(zhuǎn)換的效率，尋求提高熱量利用率的途徑，互轉(zhuǎn)換的效率，尋求提高熱量利用率的途徑，在理論上通常把發(fā)動機(jī)實(shí)際工作過程進(jìn)行若在理論上通常把發(fā)動機(jī)實(shí)際工作過程進(jìn)行若干簡化，干簡化，忽略一些次要的影響因素忽略一些次要的影響因素，假想為，假想為由幾個基本的熱力過程所組成的理論循環(huán)。由幾個基本的熱力過程所組成的理論循環(huán)。通過對通過對理論循環(huán)理論循環(huán)的分析，可以指出提高發(fā)動的分析，可以指出提高發(fā)動機(jī)動力性和經(jīng)濟(jì)性的方向。機(jī)動力性和經(jīng)濟(jì)性的方向。第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)簡化為理論循環(huán)采取的假定簡化為理論循環(huán)采取的假定（1）工質(zhì)是一種）工質(zhì)是一種理想氣體理想氣體，在整個循環(huán)

6、中保，在整個循環(huán)中保持物理和化學(xué)性質(zhì)不變，其狀態(tài)參量的變化持物理和化學(xué)性質(zhì)不變，其狀態(tài)參量的變化完全遵守理想氣體狀態(tài)方程完全遵守理想氣體狀態(tài)方程 pV=mRT。（2）不考慮實(shí)際存在的工質(zhì)更換及漏氣損失，）不考慮實(shí)際存在的工質(zhì)更換及漏氣損失，工質(zhì)是在閉口系統(tǒng)中做工質(zhì)是在閉口系統(tǒng)中做封閉循環(huán)封閉循環(huán)。（3）工質(zhì)在絕熱壓縮和絕熱膨脹過程中工作，）工質(zhì)在絕熱壓縮和絕熱膨脹過程中工作，與外界與外界不進(jìn)行熱交換不進(jìn)行熱交換。（4）用）用定容放熱和定容或定壓加熱來代替實(shí)定容放熱和定容或定壓加熱來代替實(shí)際的換氣和燃燒過程際的換氣和燃燒過程。第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)分析分

7、析汽油發(fā)動機(jī)汽油發(fā)動機(jī)混合氣燃燒迅速，氣缸內(nèi)溫度混合氣燃燒迅速，氣缸內(nèi)溫度和壓力增長很快，可以認(rèn)為其燃燒過程基本符和壓力增長很快，可以認(rèn)為其燃燒過程基本符合容積不變的條件，可簡化為合容積不變的條件，可簡化為定容加熱循環(huán)定容加熱循環(huán)。高增壓和低速大型柴油發(fā)動機(jī)高增壓和低速大型柴油發(fā)動機(jī)由于受燃燒由于受燃燒最高壓力的限制，大部分燃料是在活塞運(yùn)行到最高壓力的限制，大部分燃料是在活塞運(yùn)行到上止點(diǎn)以后燃燒，是在壓力基本上一定的情況上止點(diǎn)以后燃燒，是在壓力基本上一定的情況下進(jìn)行，可簡化為下進(jìn)行，可簡化為定壓加熱循環(huán)定壓加熱循環(huán)。高速柴油機(jī)高速柴油機(jī)介于兩者之間，燃燒過程可認(rèn)介于兩者之間，燃燒過程可認(rèn)為是先

8、定容加熱后定壓加熱的組合，可簡化為為是先定容加熱后定壓加熱的組合，可簡化為混合加熱（定容加熱和定壓加熱）循環(huán)混合加熱（定容加熱和定壓加熱）循環(huán)。前兩種循環(huán)可認(rèn)為是后一種循環(huán)的特例。前兩種循環(huán)可認(rèn)為是后一種循環(huán)的特例。第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)理論循環(huán)的三種形式理論循環(huán)的三種形式a）定容循環(huán)；）定容循環(huán)； b）定壓循環(huán)；）定壓循環(huán)； c）混合循環(huán)）混合循環(huán)第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)理論循環(huán)示功圖理論循環(huán)示功圖第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)定容循環(huán)定容循環(huán) 將燃燒過程假想為在容積不變的情況

9、下對工將燃燒過程假想為在容積不變的情況下對工質(zhì)加熱的循環(huán)。工質(zhì)從質(zhì)加熱的循環(huán)。工質(zhì)從a點(diǎn)開始絕熱壓縮到點(diǎn)開始絕熱壓縮到c點(diǎn)，自點(diǎn)，自c點(diǎn)定容吸熱到點(diǎn)定容吸熱到z點(diǎn)，然后從點(diǎn)，然后從z點(diǎn)絕熱膨點(diǎn)絕熱膨脹到脹到b點(diǎn)，最后沿點(diǎn)，最后沿b-a線定容散熱再回到線定容散熱再回到a點(diǎn)，點(diǎn)，從而完成一個工作循環(huán)。從而完成一個工作循環(huán)。 在壓縮過程中，工質(zhì)容積的變化用壓縮比在壓縮過程中，工質(zhì)容積的變化用壓縮比表表示，壓縮和膨脹過程工質(zhì)狀態(tài)的變化用示，壓縮和膨脹過程工質(zhì)狀態(tài)的變化用pvk=C表示。工質(zhì)以定容方式先沿表示。工質(zhì)以定容方式先沿c-z線吸熱線吸熱Q1，再沿，再沿b-a線放熱線放熱Q2。第第1 1章章 發(fā)

10、動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)定容循環(huán)的參數(shù)計算定容循環(huán)的參數(shù)計算 壓力升高比壓力升高比 熱效率熱效率tv為：為：壓縮比，壓縮比， Va氣缸總?cè)莘e（氣缸總?cè)莘e（L）；）；Vc氣缸壓縮容積（氣缸壓縮容積（L）；）；VS氣缸工作容積（氣缸工作容積（L）；）；k 絕熱指數(shù)，空氣的絕熱指數(shù)，空氣的k=1.4。czpp111ktvccscaVVVVV第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)定壓循環(huán)定壓循環(huán) 與定容循環(huán)的不同之處僅在于加熱過程是在與定容循環(huán)的不同之處僅在于加熱過程是在定壓條件下進(jìn)行的，即工質(zhì)以定壓方式沿定壓條件下進(jìn)行的，即工質(zhì)以定壓方式沿c-z線吸熱

11、線吸熱Q1； 預(yù)膨脹比預(yù)膨脹比（表示（表示c-z容積的變化）容積的變化） 膨脹比膨脹比（表示（表示z-b膨脹過程的容積變化）膨脹過程的容積變化） 熱效率：熱效率：czVVzbVV）（11111kkkpt第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)混合循環(huán)混合循環(huán)在壓縮行程后，先以定容方式沿在壓縮行程后，先以定容方式沿c-z線加入線加入熱量熱量 ，使工質(zhì)壓力上升到，使工質(zhì)壓力上升到pZ，然后又以定壓，然后又以定壓方式沿方式沿z-z線加入熱量，即為一個工作循環(huán)加線加入熱量，即為一個工作循環(huán)加入的總熱量。入的總熱量。熱效率：熱效率：由上式可以看出：當(dāng)由上式可以看出：當(dāng)=1時，發(fā)動

12、機(jī)以定容時，發(fā)動機(jī)以定容循環(huán)方式工作；當(dāng)循環(huán)方式工作；當(dāng)=1時，發(fā)動機(jī)以定壓循時，發(fā)動機(jī)以定壓循環(huán)方式工作。環(huán)方式工作。) 1(11111kkktmczpp第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)分析分析 循環(huán)平均壓力循環(huán)平均壓力pt：單位氣缸工作容積所做的：單位氣缸工作容積所做的循環(huán)功，表示理論循環(huán)的做功能力。循環(huán)功，表示理論循環(huán)的做功能力。式中：式中：pa壓縮始點(diǎn)壓力（壓縮始點(diǎn)壓力（kPa）stVWptaktmkkpp1111）（）（第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)分析分析（1）增加增加，可提高，可提高t，但提高率將隨但提高率將隨值的

13、不值的不斷增大而逐漸降低；斷增大而逐漸降低；（2）絕熱指數(shù)）絕熱指數(shù)k越大，則越大，則t越高；越高；（3）增大）增大pa可提高可提高pt，但，但pa增大會導(dǎo)致增大會導(dǎo)致t降低；降低；（4）增大增大可提高可提高t；（5）和和的增長，將導(dǎo)致最高壓力的增長，將導(dǎo)致最高壓力pz急劇上升，急劇上升，由于受到發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、燃燒條件和機(jī)械效由于受到發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、燃燒條件和機(jī)械效率等方面的制約，率等方面的制約，和和的提高是有限度的的提高是有限度的。第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)絕熱指數(shù)絕熱指數(shù)k k（2）絕熱指數(shù)）絕熱指數(shù)k越大，則越大，則t越高。越高。 氣體成分：單原子

14、氣體成分：單原子5/31.66，雙原子，雙原子7/5 1.4 空氣絕熱指數(shù)很近似雙原子氣體的絕熱指數(shù)空氣絕熱指數(shù)很近似雙原子氣體的絕熱指數(shù) 當(dāng)與汽油成混合氣時，當(dāng)與汽油成混合氣時，k值要下降，混合氣越濃，值要下降，混合氣越濃，K值越低。值越低。 柴油采用稀薄燃燒方式，混合氣稀，故柴油采用稀薄燃燒方式，混合氣稀，故k值略大，值略大，熱效率較高。熱效率較高。第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)的壓縮比發(fā)動機(jī)的壓縮比、壓力升高比、壓力升高比和和最高工作壓力最高工作壓力p pz z的大致范圍的大致范圍 汽油機(jī)：汽油機(jī)：=611 =24 pz=30008000kPa 柴

15、油機(jī)：柴油機(jī)：=1222 =1.32.2 pz=500014000kPa第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)1.21.2發(fā)動機(jī)實(shí)際工作循環(huán)發(fā)動機(jī)實(shí)際工作循環(huán) 四沖程發(fā)動機(jī)四沖程發(fā)動機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)曲軸旋轉(zhuǎn)二周完成一個實(shí)際工作二周完成一個實(shí)際工作循環(huán)循環(huán)； 而而實(shí)際工作循環(huán)則是由實(shí)際工作循環(huán)則是由進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹、排氣五個過程脹、排氣五個過程所組所組成的，較之理論循環(huán)復(fù)成的，較之理論循環(huán)復(fù)雜得多。雜得多。 示功圖上的封閉曲線表示功圖上的封閉曲線表示實(shí)際工作循環(huán)中工質(zhì)示實(shí)際工作循環(huán)中工質(zhì)壓力隨容積變化的關(guān)系，壓力隨容積變化的關(guān)系，曲線所包圍的面積就是

16、曲線所包圍的面積就是工質(zhì)完成一個循環(huán)所做工質(zhì)完成一個循環(huán)所做的有用功。的有用功。第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)進(jìn)氣過程進(jìn)氣過程 圖中圖中r-a曲線反映出進(jìn)氣過程的曲線反映出進(jìn)氣過程的p-V 關(guān)系。關(guān)系。 在進(jìn)氣過程中，活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動，此時進(jìn)氣在進(jìn)氣過程中，活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動，此時進(jìn)氣門打開，排氣門關(guān)閉。由于上一循環(huán)留在氣缸壓縮容積門打開，排氣門關(guān)閉。由于上一循環(huán)留在氣缸壓縮容積中的殘余廢氣膨脹，壓力由排氣終了時的壓力中的殘余廢氣膨脹，壓力由排氣終了時的壓力pr降到壓降到壓力力pr，然后新鮮工質(zhì)才被吸入氣缸。為了更多地排除，然后新鮮工質(zhì)才被吸入氣

17、缸。為了更多地排除上一循環(huán)的廢氣和盡可能多地吸入新鮮工質(zhì)，實(shí)際上排上一循環(huán)的廢氣和盡可能多地吸入新鮮工質(zhì)，實(shí)際上排氣門在下止點(diǎn)前就已被打開而進(jìn)氣門則在下止點(diǎn)后才被氣門在下止點(diǎn)前就已被打開而進(jìn)氣門則在下止點(diǎn)后才被關(guān)閉。由于進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力，進(jìn)氣終了時壓力關(guān)閉。由于進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力，進(jìn)氣終了時壓力pa總是小總是小于大氣壓力于大氣壓力p0，其壓力差，其壓力差p0-pa用來克服進(jìn)氣系統(tǒng)的阻用來克服進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力。力。 因?yàn)楣べ|(zhì)受到發(fā)動機(jī)高溫零件及殘余廢氣的加熱，進(jìn)氣因?yàn)楣べ|(zhì)受到發(fā)動機(jī)高溫零件及殘余廢氣的加熱，進(jìn)氣終了的溫度終了的溫度Ta，也總是高于大氣溫度，也總是高于大氣溫度T0。第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工

18、作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)進(jìn)氣終了的壓力進(jìn)氣終了的壓力p pa a和溫度和溫度T Ta a的大致范圍的大致范圍 汽油機(jī)汽油機(jī)pa=(0.750.90)p0 Ta=370400K 柴油機(jī)柴油機(jī)pa=(0.800.95)p0 Ta=310340K第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)壓縮過程壓縮過程 圖圖a-c曲線反映出壓縮過程的曲線反映出壓縮過程的p-V關(guān)系。關(guān)系。 在壓縮過程中，活塞由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)移動，在壓縮過程中，活塞由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)移動，此時進(jìn)排氣門均關(guān)閉，氣缸內(nèi)工質(zhì)由于受到此時進(jìn)排氣門均關(guān)閉，氣缸內(nèi)工質(zhì)由于受到壓縮，其溫度、壓力均不斷上升。壓縮，

19、其溫度、壓力均不斷上升。 壓縮過程的作用是增大工作過程的溫差，使壓縮過程的作用是增大工作過程的溫差，使最高溫度提高，從而提高熱效率；獲得最大最高溫度提高，從而提高熱效率；獲得最大限度的膨脹比，對活塞做更多的功；提高工限度的膨脹比，對活塞做更多的功；提高工質(zhì)的溫度和壓力，為冷起動及著火燃燒創(chuàng)造質(zhì)的溫度和壓力，為冷起動及著火燃燒創(chuàng)造條件。條件。第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)壓縮終了的壓力壓縮終了的壓力p pc c和溫度和溫度T Tc c的大的大致范圍致范圍 汽油機(jī)汽油機(jī)pc=6001200kPa Tc=600700K 柴油機(jī)柴油機(jī)pc=35004500kPa Tc

20、=7501000K第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)燃燒過程燃燒過程 圖中圖中c-z曲線反映出燃燒過程的曲線反映出燃燒過程的p-V關(guān)系。關(guān)系。 燃燒過程中，活塞運(yùn)行在上止點(diǎn)附近，此時燃燒過程中，活塞運(yùn)行在上止點(diǎn)附近，此時進(jìn)排氣門均關(guān)閉。在實(shí)際循環(huán)中，由于燃燒進(jìn)排氣門均關(guān)閉。在實(shí)際循環(huán)中，由于燃燒需要一定的時間，燃燒速度也是不均勻的，需要一定的時間，燃燒速度也是不均勻的，所以在示功圖上所以在示功圖上c-z線不是一段直線而是以一線不是一段直線而是以一段圓弧線與壓縮線和膨脹線圓滑相接。段圓弧線與壓縮線和膨脹線圓滑相接。 燃燒過程的作用是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崛紵^程的作

21、用是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使工質(zhì)的壓力、溫度迅速升高。燃燒釋能，使工質(zhì)的壓力、溫度迅速升高。燃燒釋放出的熱量越多，放熱時越接近上止點(diǎn)，熱放出的熱量越多，放熱時越接近上止點(diǎn)，熱效率也就越高。效率也就越高。第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)燃燒過程燃燒過程 由于燃料燃燒不是瞬間完成的，因此在汽油機(jī)中，由于燃料燃燒不是瞬間完成的，因此在汽油機(jī)中，汽油與空氣形成可燃混合氣在上止點(diǎn)前就開始被電汽油與空氣形成可燃混合氣在上止點(diǎn)前就開始被電火花點(diǎn)燃，火焰迅速傳播到整個燃燒室，工質(zhì)的壓火花點(diǎn)燃，火焰迅速傳播到整個燃燒室，工質(zhì)的壓力和溫度均急劇上升，整個過程接近于定容加熱。力和

22、溫度均急劇上升，整個過程接近于定容加熱。 同理，柴油機(jī)應(yīng)在上止點(diǎn)前就開始噴油，柴油與空同理，柴油機(jī)應(yīng)在上止點(diǎn)前就開始噴油，柴油與空氣混合后借助空氣的熱量自燃。開始時燃燒的速度氣混合后借助空氣的熱量自燃。開始時燃燒的速度很快，而容積變化很小，工質(zhì)的壓力和溫度劇增，很快，而容積變化很小，工質(zhì)的壓力和溫度劇增，接近于定容加熱。緊接著是邊噴油邊燃燒，隨著活接近于定容加熱。緊接著是邊噴油邊燃燒，隨著活塞向下移動，氣缸容積增大，故此時氣缸內(nèi)壓力升塞向下移動，氣缸容積增大，故此時氣缸內(nèi)壓力升高不大，但溫度繼續(xù)上升，接近于定壓加熱。高不大，但溫度繼續(xù)上升，接近于定壓加熱。第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指

23、標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)燃燒時最高壓力燃燒時最高壓力p pz z和最高溫度和最高溫度T Tz z的大致范圍的大致范圍 汽油機(jī)汽油機(jī)pz=29404900kPa Tz=20002800K 柴油機(jī)柴油機(jī)pz=58008830kpa Tz=18002200K可以看出，柴油機(jī)燃燒時最高壓力較汽油機(jī)可以看出，柴油機(jī)燃燒時最高壓力較汽油機(jī)高，但由于相對空氣量大，所以其燃燒時最高，但由于相對空氣量大，所以其燃燒時最高溫度反比汽油機(jī)低。高溫度反比汽油機(jī)低。第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)膨脹過程膨脹過程 圖中圖中z-b曲線反映出膨脹過程的曲線反映出膨脹過程的p-V關(guān)系。關(guān)系。

24、 膨脹過程中，進(jìn)、排氣門關(guān)閉，高溫高壓的膨脹過程中，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，從而工質(zhì)推動活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動，從而達(dá)到做功的目的，隨后氣缸內(nèi)的壓力和溫度達(dá)到做功的目的，隨后氣缸內(nèi)的壓力和溫度均迅速降低。均迅速降低。 膨脹過程除了有熱交換和漏氣損失外，還有膨脹過程除了有熱交換和漏氣損失外，還有補(bǔ)燃（即一些燃料著火后不能及時燃燒，在補(bǔ)燃（即一些燃料著火后不能及時燃燒，在膨脹過程中繼續(xù)燃燒）等現(xiàn)象，所以該過程膨脹過程中繼續(xù)燃燒）等現(xiàn)象，所以該過程為一個多變過程。為一個多變過程。第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)膨脹終了的壓力膨脹終

25、了的壓力p pc c和溫度和溫度T Tc c的大致范圍的大致范圍 汽油機(jī)汽油機(jī)pb=294490kPa Tb=15001700K 柴油機(jī)柴油機(jī)pb=196392kPa Tb=10001400K第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)排氣過程排氣過程 圖中圖中b-r曲線反映出排氣過程的曲線反映出排氣過程的p-V關(guān)系。關(guān)系。 排氣過程中，活塞由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)移動，排氣過程中，活塞由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)移動，此時排氣門開啟，將氣缸內(nèi)的廢氣排除。此時排氣門開啟，將氣缸內(nèi)的廢氣排除。 由于排氣系統(tǒng)有阻力，排氣終了的壓力由于排氣系統(tǒng)有阻力，排氣終了的壓力pr大大于大氣壓力于大氣壓力p0，

26、其壓力差，其壓力差pr-p0用來克服排氣用來克服排氣系統(tǒng)的阻力。阻力越大，排氣終了的壓力系統(tǒng)的阻力。阻力越大，排氣終了的壓力pr越大。與進(jìn)氣過程中氣門開閉時間類似，實(shí)越大。與進(jìn)氣過程中氣門開閉時間類似，實(shí)際工作中排氣門已先于其行程開始前被打開際工作中排氣門已先于其行程開始前被打開，并延遲關(guān)閉。，并延遲關(guān)閉。第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)排氣終了時壓力排氣終了時壓力p pr r和溫度和溫度T Tr r的大的大致范圍致范圍 汽油機(jī)汽油機(jī)pr =（1.051.2）p0 Tr =8501200K 柴油機(jī)柴油機(jī)pr =（1.031.15）p0 Tr =700900K第第

27、1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)從理論循環(huán)到實(shí)際循環(huán)熱效率從理論循環(huán)到實(shí)際循環(huán)熱效率t t下降的主要因素下降的主要因素1工質(zhì)向外傳熱的損失工質(zhì)向外傳熱的損失 實(shí)際壓縮、燃燒和膨脹過程中，工質(zhì)都會與周壁實(shí)際壓縮、燃燒和膨脹過程中，工質(zhì)都會與周壁進(jìn)行熱交換，而不是理想的絕熱過程。由此引起進(jìn)行熱交換，而不是理想的絕熱過程。由此引起的額外損失叫傳熱損失。的額外損失叫傳熱損失。 工質(zhì)向外傳熱的部位有三個：活塞頂面、氣缸蓋工質(zhì)向外傳熱的部位有三個：活塞頂面、氣缸蓋底面和缸套壁面。前二者傳熱面積不變，缸套壁底面和缸套壁面。前二者傳熱面積不變，缸套壁面則隨活塞運(yùn)行位置而變。在壓縮過

28、程的中、后面則隨活塞運(yùn)行位置而變。在壓縮過程的中、后期和燃燒膨脹的前期（向缸蓋及活塞頂）、中、期和燃燒膨脹的前期（向缸蓋及活塞頂）、中、后期（向缸套壁），傳熱漸高并達(dá)到最高值，從后期（向缸套壁），傳熱漸高并達(dá)到最高值，從而造成了相當(dāng)?shù)臒崃繐p失。而造成了相當(dāng)?shù)臒崃繐p失。第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)2 2工質(zhì)泄漏的損失工質(zhì)泄漏的損失 工作過程中，工質(zhì)通過活塞環(huán)及氣缸壁之間工作過程中，工質(zhì)通過活塞環(huán)及氣缸壁之間的間隙向外泄漏是不可避免的，它造成了工的間隙向外泄漏是不可避免的，它造成了工質(zhì)數(shù)量的減少。質(zhì)數(shù)量的減少。 正常情況下雖然量不是很大，但在活塞環(huán)、正常情況下雖

29、然量不是很大，但在活塞環(huán)、氣缸套磨損后以及低速工況的情形下，泄漏氣缸套磨損后以及低速工況的情形下，泄漏會明顯增加。會明顯增加。第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)3 3進(jìn)、排氣損失進(jìn)、排氣損失 為了循環(huán)的重復(fù)進(jìn)行，必須更換工質(zhì)，由此為了循環(huán)的重復(fù)進(jìn)行，必須更換工質(zhì)，由此而消耗的功稱為換氣損失。而消耗的功稱為換氣損失。 其中因工質(zhì)流動，需要克服進(jìn)、排氣系統(tǒng)阻其中因工質(zhì)流動，需要克服進(jìn)、排氣系統(tǒng)阻力，造成做功損失稱為泵氣損失，它在圖中力，造成做功損失稱為泵氣損失，它在圖中為閉合曲線為閉合曲線r-r-a-b-r所包圍的面積。所包圍的面積。 在這里面，排氣損失所占比例比進(jìn)氣

30、損失大在這里面，排氣損失所占比例比進(jìn)氣損失大。第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)4 4提前燃燒損失及補(bǔ)燃損失提前燃燒損失及補(bǔ)燃損失 由于實(shí)際著火燃燒過程總要持續(xù)一段時間，所以燃由于實(shí)際著火燃燒過程總要持續(xù)一段時間，所以燃燒始點(diǎn)要略為提前，這樣才能保證更接近上止點(diǎn)燃燒始點(diǎn)要略為提前，這樣才能保證更接近上止點(diǎn)燃燒，從而獲得較高的等容度，由此引起提前燃燒損燒，從而獲得較高的等容度，由此引起提前燃燒損失。失。 同時，由于高溫?zé)岱纸獾茸饔?，壓力不會陡然下降同時，由于高溫?zé)岱纸獾茸饔茫瑝毫Σ粫溉幌陆?，燃燒也要?/p>

31、延一段時間才能結(jié)束，該期間熱功轉(zhuǎn)，燃燒也要拖延一段時間才能結(jié)束，該期間熱功轉(zhuǎn)換的效率下降而形成補(bǔ)燃損失。換的效率下降而形成補(bǔ)燃損失。 上述損失的多少與始燃點(diǎn)的相位密切相關(guān)，汽油機(jī)上述損失的多少與始燃點(diǎn)的相位密切相關(guān)，汽油機(jī)通過調(diào)整點(diǎn)火提前角、柴油機(jī)則通過調(diào)整供油提前通過調(diào)整點(diǎn)火提前角、柴油機(jī)則通過調(diào)整供油提前角來控制這一位置，即選擇適當(dāng)?shù)奶崆敖菂?shù)來減角來控制這一位置，即選擇適當(dāng)?shù)奶崆敖菂?shù)來減少這個損失。少這個損失。第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)5 5不完全燃燒損失不完全燃燒損失 燃料、空氣混合不良，燃燒組織不善均會引起燃燃料、空氣混合不良，燃燒組織不善均會

32、引起燃料熱值不能完全釋放，這些損失稱為不完全燃燒料熱值不能完全釋放，這些損失稱為不完全燃燒損失。損失。l實(shí)際工作循環(huán)的熱效率實(shí)際工作循環(huán)的熱效率t肯定較理論循環(huán)的熱效肯定較理論循環(huán)的熱效率要低。率要低。l近年來逐步普及的燃油噴射技術(shù)、計算機(jī)控制的近年來逐步普及的燃油噴射技術(shù)、計算機(jī)控制的電子點(diǎn)火技術(shù)以及發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)、材料的改進(jìn)技術(shù)電子點(diǎn)火技術(shù)以及發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)、材料的改進(jìn)技術(shù)等等，均可大大地提高熱效率，從而極大地改善等等，均可大大地提高熱效率，從而極大地改善發(fā)動機(jī)的動力性能和經(jīng)濟(jì)性能。發(fā)動機(jī)的動力性能和經(jīng)濟(jì)性能。第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)1.31.3 指示指標(biāo)指

33、示指標(biāo) 指示指標(biāo)：指示指標(biāo)：以工質(zhì)對活塞所做之功為計算基以工質(zhì)對活塞所做之功為計算基準(zhǔn)的指標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)。 指示指標(biāo)不受動力輸出過程中機(jī)械摩擦和附指示指標(biāo)不受動力輸出過程中機(jī)械摩擦和附件消耗等各種外來因素的影響，件消耗等各種外來因素的影響，直接反映直接反映由由燃燒到燃燒到熱功轉(zhuǎn)換熱功轉(zhuǎn)換工作循環(huán)進(jìn)行工作循環(huán)進(jìn)行的好壞的好壞。第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)指示功指示功 指示功：在氣缸內(nèi)完成一個循環(huán)工質(zhì)對活塞指示功：在氣缸內(nèi)完成一個循環(huán)工質(zhì)對活塞所做的有用功，用所做的有用功，用Wi表示。表示。 其大小可以由圖中閉合曲線面積其大小可以由圖中閉合曲線面積Ai減去減去A1

34、即即曲線曲線 所包圍的面積減去曲線所包圍的面積減去曲線 所包圍的面積。為便于測量，將所包圍的面積。為便于測量，將A1（泵氣損失）歸于機(jī)械損失中，因此指示（泵氣損失）歸于機(jī)械損失中，因此指示功就由面積功就由面積Ai來表示。來表示。bzcbb rbarr第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)W Wi i的計算的計算 Ai可用求積儀或計算方法得到，并通過下式可用求積儀或計算方法得到，并通過下式算出算出Wi真實(shí)值。真實(shí)值。式中：式中：Ai示功圖面積（示功圖面積（cm2）；）； a示功圖縱坐標(biāo)比例尺（示功圖縱坐標(biāo)比例尺（kPa/cm）；）； b示功圖橫坐標(biāo)比例尺（示功圖橫坐標(biāo)比

35、例尺（m3/cm）。）。baAWii第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)平均指示壓力平均指示壓力 為了比較不同大小、不同型式發(fā)動機(jī)的性能，需要排除為了比較不同大小、不同型式發(fā)動機(jī)的性能，需要排除氣缸尺寸因素的影響，從而引入平均指示壓力的概念。氣缸尺寸因素的影響，從而引入平均指示壓力的概念。 平均指示壓力是發(fā)動機(jī)單位氣缸工作容積所做的指示功平均指示壓力是發(fā)動機(jī)單位氣缸工作容積所做的指示功，用，用pi表示。表示。 pi是衡量實(shí)際循環(huán)動力性能的一個重要指標(biāo)，它的大致是衡量實(shí)際循環(huán)動力性能的一個重要指標(biāo)，它的大致范圍是：范圍是： 汽油機(jī)汽油機(jī)pi=7001300kPa 柴油

36、機(jī)柴油機(jī)pi=6501100kPa 車用增壓柴油機(jī)車用增壓柴油機(jī)pi=11001600kPasiiVWp 第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)指示功率指示功率 指示功率：發(fā)動機(jī)單位時間內(nèi)所做的指示功，用指示功率：發(fā)動機(jī)單位時間內(nèi)所做的指示功，用Pi表示。表示。 設(shè)一臺發(fā)動機(jī)的氣缸數(shù)為設(shè)一臺發(fā)動機(jī)的氣缸數(shù)為i，缸徑為，缸徑為D（cm），行程），行程為為S（cm），每缸工作容積為），每缸工作容積為Vs（L），轉(zhuǎn)速為），轉(zhuǎn)速為n（r/min），平均指示壓力為），平均指示壓力為pi（kPa），則每缸每循），則每缸每循環(huán)工質(zhì)所做的指示功為：環(huán)工質(zhì)所做的指示功為： （J） 發(fā)動

37、機(jī)的指示功率（每秒所做的指示功）為：發(fā)動機(jī)的指示功率（每秒所做的指示功）為： （kW）式中：式中： 行程數(shù)（四沖程 =4，二沖程 =2）。）。32104SDpVpWisii31030260inVpinWPsiii第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)指示燃油消耗率指示燃油消耗率 指示燃油消耗率：指單位指示功的耗油量，指示燃油消耗率：指單位指示功的耗油量，也就是發(fā)動機(jī)每小時發(fā)出也就是發(fā)動機(jī)每小時發(fā)出1kW指示功率時所指示功率時所消耗的燃油量，用消耗的燃油量，用gi表示。表示。 當(dāng)實(shí)驗(yàn)測得發(fā)動機(jī)的指示功率為當(dāng)實(shí)驗(yàn)測得發(fā)動機(jī)的指示功率為Pi(kW)及每及每小時耗油量為小時耗

38、油量為mh(kg/h)時，指示油耗率時，指示油耗率gi為：為： (g/kWh)310ihiPmg第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)指示熱效率指示熱效率 指示熱效率：指實(shí)際循環(huán)指示功與所消耗的指示熱效率：指實(shí)際循環(huán)指示功與所消耗的燃油熱量的比值，用燃油熱量的比值，用i表示。表示。式中：式中：Q得到指示功得到指示功Wi所消耗的燃油熱量所消耗的燃油熱量（J）。）。式中：式中： hn(kJ/kg)為燃料低熱值。為燃料低熱值。QiiW6106 . 3niihg第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)g gi i、 i i的范圍與相互關(guān)系范圍與相互關(guān)系

39、 gi、i 是評定發(fā)動機(jī)實(shí)際循環(huán)經(jīng)濟(jì)性能的重是評定發(fā)動機(jī)實(shí)際循環(huán)經(jīng)濟(jì)性能的重要指標(biāo)，它們的大致范圍是：要指標(biāo)，它們的大致范圍是：汽油機(jī)汽油機(jī) gi =205320i =0.250.40柴油機(jī)柴油機(jī) gi =170200i =0.430.50 由由i計算式可以看出指示油耗率與指示熱效計算式可以看出指示油耗率與指示熱效率之間的關(guān)系：率之間的關(guān)系：gi高則高則i小，反之小，反之gi低則低則i大。大。第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)1.4 1.4 有效指標(biāo)有效指標(biāo) 有效指標(biāo)有效指標(biāo)：以：以曲軸輸出功曲軸輸出功為計算基準(zhǔn)的指標(biāo)為計算基準(zhǔn)的指標(biāo)稱為有效性能指標(biāo)。稱為有效性能

40、指標(biāo)。 有效指標(biāo)有效指標(biāo)代表著發(fā)動機(jī)整機(jī)性能代表著發(fā)動機(jī)整機(jī)性能，被用來直，被用來直接評定發(fā)動機(jī)實(shí)際工作性能的優(yōu)劣，因而在接評定發(fā)動機(jī)實(shí)際工作性能的優(yōu)劣，因而在生產(chǎn)實(shí)踐中獲得廣泛的應(yīng)用。生產(chǎn)實(shí)踐中獲得廣泛的應(yīng)用。第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)有效功率和機(jī)械損失功率有效功率和機(jī)械損失功率 有效功率：從發(fā)動機(jī)功率輸出軸上得到的有效功率：從發(fā)動機(jī)功率輸出軸上得到的凈凈功率功率，用，用Pe表示。表示。 指示功率指示功率Pi并不能完全對外輸出。功在發(fā)動機(jī)內(nèi)并不能完全對外輸出。功在發(fā)動機(jī)內(nèi)部的傳遞過程中不可避免地存在損失，這些損失部的傳遞過程中不可避免地存在損失，這些損失

41、主要有發(fā)動機(jī)內(nèi)部運(yùn)動件的摩擦損失、驅(qū)動附屬主要有發(fā)動機(jī)內(nèi)部運(yùn)動件的摩擦損失、驅(qū)動附屬設(shè)備的損失及泵氣損失。設(shè)備的損失及泵氣損失。 機(jī)械損失功率：這些損失的總和所消耗的功率，機(jī)械損失功率：這些損失的總和所消耗的功率，用用Pm表示。表示。 Pe=Pi-Pm (kW) 發(fā)動機(jī)的有效功率發(fā)動機(jī)的有效功率Pe，可利用測功器和轉(zhuǎn)速計進(jìn)，可利用測功器和轉(zhuǎn)速計進(jìn)行測量計算而定。行測量計算而定。第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)有效轉(zhuǎn)矩有效轉(zhuǎn)矩 有效轉(zhuǎn)矩：發(fā)動機(jī)工作時，由功率輸出軸輸有效轉(zhuǎn)矩：發(fā)動機(jī)工作時，由功率輸出軸輸出的轉(zhuǎn)矩出的轉(zhuǎn)矩，用，用Te表示。表示。 Te與有效功率與有效

42、功率Pe的關(guān)系為：的關(guān)系為： （kW） 或或 式中：式中：Te有效轉(zhuǎn)矩（有效轉(zhuǎn)矩（Nm）；）； n發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速（發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）。）。260 10009550eeenTT nP）（mNnPTee 9550第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)平均有效壓力平均有效壓力 平均有效壓力：發(fā)動機(jī)單位氣缸工作容積輸平均有效壓力：發(fā)動機(jī)單位氣缸工作容積輸出的有效功，用出的有效功，用pe表示。平均有效壓力表示。平均有效壓力pe與與有效功率有效功率Pe的關(guān)系為：的關(guān)系為： (kW) (kPa) 且有：且有： (kPa) 對總氣缸工作容積（對總氣缸工作容積（VSi）一定的發(fā)動機(jī)來

43、）一定的發(fā)動機(jī)來說，說，pe正比于正比于Te，pe值大，則對外輸出的功值大，則對外輸出的功多，轉(zhuǎn)矩大。多，轉(zhuǎn)矩大。31030inVpPsee31030inVPpseeiVTiVTpsesee14. 3301047. 0第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)平均有效壓力平均有效壓力p pe e值的大致范圍值的大致范圍 汽油機(jī)汽油機(jī)pe=6501100kPa 柴油機(jī)柴油機(jī)pe=600950 kPa 車用增壓柴油機(jī)車用增壓柴油機(jī)pe=9001300kPa第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)有效燃油消耗率有效燃油消耗率 有效燃油消耗率：指單位有效功

44、的耗油量，有效燃油消耗率：指單位有效功的耗油量，也就是發(fā)動機(jī)每有效千瓦小時的耗油量，用也就是發(fā)動機(jī)每有效千瓦小時的耗油量，用ge表示。表示。 當(dāng)實(shí)驗(yàn)測得發(fā)動機(jī)的有效功率為當(dāng)實(shí)驗(yàn)測得發(fā)動機(jī)的有效功率為Pe（kW）及）及每小時耗油量為每小時耗油量為mh（kg/h）時，有效油耗率）時，有效油耗率ge為：為： (g/kWh)310ehePmg第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)有效熱效率有效熱效率 有效熱效率：指實(shí)際循環(huán)有效功（有效熱效率：指實(shí)際循環(huán)有效功（We）與所）與所消耗的燃油熱量的比值，用消耗的燃油熱量的比值，用e表示。與前述表示。與前述的的i推導(dǎo)方式相同推導(dǎo)方式相

45、同6106 . 3neehg第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)分析分析 ge和和e兩項指標(biāo)可以比較不同發(fā)動機(jī)或不同兩項指標(biāo)可以比較不同發(fā)動機(jī)或不同工況的經(jīng)濟(jì)性，其中工況的經(jīng)濟(jì)性，其中g(shù)e更能直接說明發(fā)動機(jī)更能直接說明發(fā)動機(jī)燃油消耗的情況，更有實(shí)際意義。燃油消耗的情況，更有實(shí)際意義。 ge、e的大致范圍是：的大致范圍是：汽油機(jī)：汽油機(jī)：ge =280360（g/kWh）e=0.20.3柴油機(jī)：柴油機(jī)：ge =220290（g/kWh）e=0.30.4車用增壓柴油機(jī)：車用增壓柴油機(jī)：ge=190230（g/kWh） e=0.40.45第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性

46、能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)強(qiáng)化程度發(fā)動機(jī)強(qiáng)化程度1轉(zhuǎn)速和活塞平均速度轉(zhuǎn)速和活塞平均速度 車用發(fā)動機(jī)（特別是小客車類的發(fā)動機(jī)）在車用發(fā)動機(jī)（特別是小客車類的發(fā)動機(jī)）在性能設(shè)計上一般都考慮采取一種強(qiáng)化措施，性能設(shè)計上一般都考慮采取一種強(qiáng)化措施，即提高發(fā)動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。這意味著發(fā)動機(jī)即提高發(fā)動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。這意味著發(fā)動機(jī)將經(jīng)常處在較高的工作轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，也意味將經(jīng)常處在較高的工作轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，也意味著單位時間內(nèi)做功的次數(shù)增多。著單位時間內(nèi)做功的次數(shù)增多。 這樣，在氣缸尺寸相同的情況下發(fā)出的功率這樣，在氣缸尺寸相同的情況下發(fā)出的功率增大，或者是在發(fā)出相同功率的情況下發(fā)動增大，或者是在發(fā)出相同功率

47、的情況下發(fā)動機(jī)體積和質(zhì)量減小。機(jī)體積和質(zhì)量減小。第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo) 轉(zhuǎn)速增加，活塞的平均速度也增加。活塞平均速轉(zhuǎn)速增加，活塞的平均速度也增加。活塞平均速度用度用Cm表示，它和轉(zhuǎn)速的關(guān)系為：表示，它和轉(zhuǎn)速的關(guān)系為： (m/s)式中：式中：S活塞行程（活塞行程（m）。）。 當(dāng)然，當(dāng)然，Cm增大，活塞組的熱負(fù)荷和曲柄連桿機(jī)構(gòu)增大，活塞組的熱負(fù)荷和曲柄連桿機(jī)構(gòu)的慣性力也同時增大，將導(dǎo)致磨損加劇，壽命下的慣性力也同時增大，將導(dǎo)致磨損加劇，壽命下降。降。 一般活塞平均速度一般活塞平均速度Cm的大致范圍是：的大致范圍是：小客車汽油機(jī)小客車汽油機(jī)1215（m/s）

48、載貨車汽油機(jī)載貨車汽油機(jī)1013（m/s）柴油機(jī)柴油機(jī)812.5（m/s）30nSCm第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)2 2升功率升功率 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，用率，用PL表示。表示。 (kW/L) 可以看出：提高可以看出：提高PL的措施是提高的措施是提高pe和和n。 PL可用來評價發(fā)動機(jī)的承載能力、熱負(fù)荷和機(jī)械可用來評價發(fā)動機(jī)的承載能力、熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷的應(yīng)力水平以及發(fā)動機(jī)工作容積（排量）的負(fù)荷的應(yīng)力水平以及發(fā)動機(jī)工作容積（排量）的利用程度，進(jìn)一步提高升功率是發(fā)動機(jī)發(fā)展方向利用程度，進(jìn)一步提高升

49、功率是發(fā)動機(jī)發(fā)展方向的研究課題之一。的研究課題之一。 PL的大致范圍是：的大致范圍是：汽油機(jī)汽油機(jī)2050（kW/L）柴油機(jī)柴油機(jī)1830（kW/L）3310301030nPiVinVPiVPPesseseL第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)3. 3. 比質(zhì)量比質(zhì)量 發(fā)動機(jī)的凈質(zhì)量與它所發(fā)出的有效功率的比發(fā)動機(jī)的凈質(zhì)量與它所發(fā)出的有效功率的比值稱為比質(zhì)量，用值稱為比質(zhì)量，用me表示。表示。 （kg/kW）式中：式中：m發(fā)動機(jī)的凈質(zhì)量（發(fā)動機(jī)的凈質(zhì)量（kg）。）。 me表示發(fā)動機(jī)質(zhì)量的利用程度和結(jié)構(gòu)的緊湊表示發(fā)動機(jī)質(zhì)量的利用程度和結(jié)構(gòu)的緊湊性，它的大致范圍是：性，它

50、的大致范圍是：汽油機(jī)汽油機(jī)1.54.0（kg/kW）柴油機(jī)柴油機(jī)3.58.5（kg/kW）eePmm 第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)1.5 1.5 機(jī)械損失與機(jī)械效率機(jī)械損失與機(jī)械效率 機(jī)械損失的組成機(jī)械損失的組成：機(jī)械摩擦損失機(jī)械摩擦損失：發(fā)動機(jī)內(nèi)部運(yùn)動件的機(jī)械摩：發(fā)動機(jī)內(nèi)部運(yùn)動件的機(jī)械摩擦、攪油及空氣動力損失。擦、攪油及空氣動力損失。輔助設(shè)備（附件）驅(qū)動功率的消耗輔助設(shè)備（附件）驅(qū)動功率的消耗泵氣損失泵氣損失第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)1 1機(jī)械摩擦損失機(jī)械摩擦損失（1）活塞組件的摩擦）活塞組件的摩擦 主要由活塞環(huán)面、活

51、塞裙面及活塞銷三部分主要由活塞環(huán)面、活塞裙面及活塞銷三部分的摩擦損失組成。的摩擦損失組成。 活塞環(huán)的環(huán)面受環(huán)的自身張力以及環(huán)背面氣活塞環(huán)的環(huán)面受環(huán)的自身張力以及環(huán)背面氣體壓力的作用而緊壓在缸壁上，與缸壁形成體壓力的作用而緊壓在缸壁上，與缸壁形成滑動摩擦，而且在活塞運(yùn)行至上止點(diǎn)附近時滑動摩擦，而且在活塞運(yùn)行至上止點(diǎn)附近時由于處于邊界潤滑狀態(tài)，摩擦尤甚。由于處于邊界潤滑狀態(tài)，摩擦尤甚。 活塞裙面在缸內(nèi)運(yùn)動中摩擦損失也較大，但活塞裙面在缸內(nèi)運(yùn)動中摩擦損失也較大，但由于其潤滑相對比環(huán)面充分，與缸壁接觸面由于其潤滑相對比環(huán)面充分，與缸壁接觸面上的單位面積壓力也相對較小。上的單位面積壓力也相對較小。第第1

52、 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)1 1機(jī)械摩擦損失機(jī)械摩擦損失（2）軸承摩擦）軸承摩擦 主要包括曲軸主軸承、凸輪軸軸承、連桿軸主要包括曲軸主軸承、凸輪軸軸承、連桿軸承與各自對應(yīng)的軸頸之間以及前后主軸承密承與各自對應(yīng)的軸頸之間以及前后主軸承密封裝置的摩擦。封裝置的摩擦。 其數(shù)值受缸內(nèi)壓力影響較小，主要取決于潤其數(shù)值受缸內(nèi)壓力影響較小，主要取決于潤滑條件、軸頸直徑、轉(zhuǎn)速和材質(zhì)?；瑮l件、軸頸直徑、轉(zhuǎn)速和材質(zhì)。第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)1 1機(jī)械摩擦損失機(jī)械摩擦損失（3）氣門機(jī)構(gòu)摩擦）氣門機(jī)構(gòu)摩擦 主要包括凸輪與挺柱、搖臂與氣門桿、搖臂主

53、要包括凸輪與挺柱、搖臂與氣門桿、搖臂軸承等部位的摩擦。其中凸輪與挺柱、搖臂軸承等部位的摩擦。其中凸輪與挺柱、搖臂與氣門桿等處的接觸面由于載荷高、面積小與氣門桿等處的接觸面由于載荷高、面積小，摩擦損失較大。，摩擦損失較大。 另外，該損失隨轉(zhuǎn)速有較大變化，尤以低速另外，該損失隨轉(zhuǎn)速有較大變化，尤以低速時為甚。時為甚。第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)1 1機(jī)械摩擦損失機(jī)械摩擦損失（4）其它損失）其它損失 主要包括齒輪、鏈輪、皮帶輪傳動損失，連主要包括齒輪、鏈輪、皮帶輪傳動損失，連桿大頭攪機(jī)油的損失以及曲軸箱內(nèi)空氣壓縮桿大頭攪機(jī)油的損失以及曲軸箱內(nèi)空氣壓縮、通風(fēng)和各機(jī)件

54、運(yùn)動的空氣動力損失等。、通風(fēng)和各機(jī)件運(yùn)動的空氣動力損失等。第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)2 2輔助設(shè)備（附件）驅(qū)動功率的消耗輔助設(shè)備（附件）驅(qū)動功率的消耗 主要指發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時必不可少的輔助機(jī)構(gòu)，主要指發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時必不可少的輔助機(jī)構(gòu)，如水泵、風(fēng)扇、機(jī)油泵、噴油泵、調(diào)速器、如水泵、風(fēng)扇、機(jī)油泵、噴油泵、調(diào)速器、點(diǎn)火裝置等所需的驅(qū)動功率。這些附件消耗點(diǎn)火裝置等所需的驅(qū)動功率。這些附件消耗的功率主要隨轉(zhuǎn)速及潤滑油粘度的上升而加的功率主要隨轉(zhuǎn)速及潤滑油粘度的上升而加大，與負(fù)荷關(guān)系較小。大，與負(fù)荷關(guān)系較小。 近年來汽車大多增加了空調(diào)機(jī)、動力轉(zhuǎn)向器近年來汽車大多增加了空調(diào)機(jī)

55、、動力轉(zhuǎn)向器等多種裝置和設(shè)備，從而加大了附屬機(jī)械功等多種裝置和設(shè)備，從而加大了附屬機(jī)械功率的消耗。率的消耗。第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)3 3泵氣損失泵氣損失 進(jìn)、排氣兩個過程中由于工質(zhì)流動時節(jié)流和進(jìn)、排氣兩個過程中由于工質(zhì)流動時節(jié)流和摩擦等因素造成的能量損失。摩擦等因素造成的能量損失。l機(jī)件（如曲柄連桿機(jī)構(gòu)和配氣機(jī)構(gòu)）的摩擦機(jī)件（如曲柄連桿機(jī)構(gòu)和配氣機(jī)構(gòu)）的摩擦損失占有最大的份額，其次為驅(qū)動附件設(shè)備損失占有最大的份額，其次為驅(qū)動附件設(shè)備的功率損失，再次為泵氣損失。的功率損失，再次為泵氣損失。l柴油機(jī)機(jī)械損失所占比例一般均較汽油機(jī)大柴油機(jī)機(jī)械損失所占比例一般

56、均較汽油機(jī)大。第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)機(jī)械損失分配情況機(jī)械損失分配情況機(jī)械損失名稱占Pm百分比占Pi百分比摩擦損失其中 活塞及活塞環(huán) 連桿、曲軸軸環(huán) 配氣機(jī)構(gòu)627545601520 23820驅(qū)動各種附件損失其中 水泵 風(fēng)扇 機(jī)油泵 電器設(shè)備 帶動機(jī)械增壓器損失10202368121261015 泵氣損失102024 總功率損失1030第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)機(jī)械損失的測定方法機(jī)械損失的測定方法倒拖法倒拖法滅缸法滅缸法示功圖法示功圖法第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)的機(jī)械效率

57、發(fā)動機(jī)的機(jī)械效率 機(jī)械效率：有效功率與指示功率的比值，機(jī)械效率：有效功率與指示功率的比值，用用m表示，即表示，即 機(jī)械效率是衡量發(fā)動機(jī)機(jī)械損失的重要指機(jī)械效率是衡量發(fā)動機(jī)機(jī)械損失的重要指標(biāo)，研究機(jī)械損失的目的是為了尋求提高標(biāo)，研究機(jī)械損失的目的是為了尋求提高機(jī)械效率的有效途徑。機(jī)械效率的有效途徑。 一般機(jī)械效率的大致范圍是：一般機(jī)械效率的大致范圍是：汽油機(jī)汽油機(jī)m=0.70.9柴油機(jī)柴油機(jī)m=0.750.8511eimmmmiiiiPPPPpPPPp 第第1 1章章 發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)與性能指標(biāo)影響機(jī)械效率的主要因素影響機(jī)械效率的主要因素1轉(zhuǎn)速（活塞平均速度）的影響轉(zhuǎn)速（活

58、塞平均速度）的影響機(jī)械效率機(jī)械效率m隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速n或活塞平均速度或活塞平均速度Cm的上升而下降，的上升而下降，這是因?yàn)楫?dāng)負(fù)荷不變而轉(zhuǎn)速上升時：這是因?yàn)楫?dāng)負(fù)荷不變而轉(zhuǎn)速上升時：（1）各摩擦副由于相對速度增加而導(dǎo)致摩擦阻力加大；）各摩擦副由于相對速度增加而導(dǎo)致摩擦阻力加大；（2）曲柄連桿機(jī)構(gòu)等運(yùn)動件的慣性力增大，活塞的側(cè)壓力和軸承）曲柄連桿機(jī)構(gòu)等運(yùn)動件的慣性力增大，活塞的側(cè)壓力和軸承負(fù)荷上升而導(dǎo)致摩擦阻力加大；負(fù)荷上升而導(dǎo)致摩擦阻力加大；（3）泵氣損失、驅(qū)動附件消耗的功隨之增加，所以機(jī)械效率下降）泵氣損失、驅(qū)動附件消耗的功隨之增加，所以機(jī)械效率下降。上述各項因素都使上述各項因素都使m隨隨n的上升而呈下降趨勢。以提高轉(zhuǎn)速為手的上升而呈下降趨勢。以提高轉(zhuǎn)速為手段來強(qiáng)化發(fā)動機(jī)輸出功率時，段來強(qiáng)