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1、第一章 发动机的性能发动机理论循环发动机理论循环四行程发动机的实际循环四行程发动机的实际循环实际循环的评定实际循环的评定指示指标指示指标发动机经济性和动力性的评定发动机经济性和动力性的评定发动机的环境指标发动机的环境指标机械损失与机械效率机械损失与机械效率2/24/20231发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能发动机性能经济性动力性可靠耐久性使用维修性排放噪声性加工工艺性主要研究：经济性、动力性、排放、振动、噪声。2/24/20232发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能第一节 发动机理论循环2/24/20233发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能 第一
2、章 发动机性能 第一章 发动机性能高速柴油机:混合加热循环燃烧过程基本上由定容燃烧和定压燃烧1.混合加热循环混合加热循环压力升高比：压力升高比：=Pz/Pc预膨胀比：预膨胀比：=Vz/Vz（二）理论循环（二）理论循环11 11 发动机理论循环发动机理论循环2/24/20235发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能 汽油机中混合气燃烧迅速，近似为定容加热循环。2定容加热循环定容加热循环11 11 发动机理论循环发动机理论循环2/24/20236发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能 高增压和低速大型柴油机。受燃烧最高压力的限制，大部分燃料在上止点后压力基本上一定的情况下燃
3、烧，其工作循环近似为定压加热循环。3定压加热循环定压加热循环11 11 发动机理论循环发动机理论循环2/24/20237发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能二、评定指标二、评定指标1循环热效率评定循环经济性式中 W 循环所做的功（J）；循环加热量（J）；Q2 循环放出的热量（J）。11 11 发动机理论循环发动机理论循环2/24/20238发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能式中 压缩比；压力升高比；预膨胀比；K 绝热指数。混合加热循环混合加热循环11 11 发动机理论循环发动机理论循环2/24/202310发动机原理 第一章
4、 发动机性能 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能混合加热循环混合加热循环式中 压缩始点的压力（kPa）。11 11 发动机理论循环发动机理论循环2/24/202312发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能定压加热循环定压加热循环压力升高比：压力升高比：=111 11 发动机理论循环发动机理论循环2/24/202314发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能三、理论循环分析三、理论循环分析1 压缩比 两循环最高温度 相同时,高的循环 比 低的循环 具有较大的平均吸热温度和较低的平均放热温度，所以 高的 较高。1
5、1 11 发动机理论循环发动机理论循环2/24/202315发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能定容加热循环热效率与压缩比的关系 较低时，提高 ，增长很快；在 较大时，再增加 ，增加缓慢。汽油机：，爆燃1211 11 发动机理论循环发动机理论循环2/24/202316发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能2绝热指数绝热指数K KK值愈大，愈高。空气K=1.4，稀混合气K值增大，而混合气中燃料蒸气较多时，K值减小。11 11 发动机理论循环发动机理论循环2/24/202317发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能3压力升高比压力升高比定容加热循环：定容加热循
6、环：Q1增加，正比增大，若不变，则膨胀比不变，Q2也增加，Q2/Q1不变，不变，但 增大。TS11 11 发动机理论循环发动机理论循环2/24/202318发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能4预膨胀比预膨胀比定压加热循环：定压加热循环：Q1增加，增大，若不变，平均膨胀比减小，Q2增加，下降。Zb11 11 发动机理论循环发动机理论循环2/24/202320发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能混合加热循环：混合加热循环：和不变时，增大,减小，增大,t下降,也下降。11 11 发动机理论循环发动机理论循环2/24/202321发
7、动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能 第二节 四行程发动机的实际循环2/24/202323发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能示功图：气缸内工质的压力p随气缸工作容积v或曲轴转角变化的图形称为示功图。一、实际循环进行过程一、实际循环进行过程12 12 发动机实际循环发动机实际循环2/24/202324发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能进气过程进气过程rra残余废气残余废气PrP0Pa P0或 pa增压压力增压压力PkTaT0 或TaTk进气系统阻力进气系统阻力高温机件加热高
8、温机件加热12 12 发动机实际循环发动机实际循环2/24/202326发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能 汽油机 Pa=（0.80.90）p0 Ta=340380K柴油机 Pa=（0.850.95）p0 Ta=300340K增压柴油机 Pa =（0.91.0）pk Ta=320380 K12 12 发动机实际循环发动机实际循环一般进气终了的压力pa 及温度Ta大致范围是：2/24/202327发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能压缩过程压缩过程压缩过程为多变过程。柴油机着火的条件。作用作用:增大温差，膨胀比增大，热功转换效率提高，为燃烧创造条件，12 12 发动
9、机实际循环发动机实际循环2/24/202328发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能汽油机 =712柴油机 =1422增压柴油机 =1215 压缩比的大致范围是：12 12 发动机实际循环发动机实际循环2/24/202330发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能燃烧过程燃烧过程燃烧过程放出的热量越多,放热时越接近上止点，则热效率越高。12 12 发动机实际循环发动机实际循环2/24/202331发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能柴柴油油机机：压压缩缩比比高高，燃燃烧烧的的最最高高爆爆发发压压力力pz很很高高；但但相
10、相对对于于燃燃油油的的空空气气量量大大，最最高高燃燃烧烧温温度度Tz值值反反而而比汽油机低。比汽油机低。燃烧的最高爆发压力燃烧的最高爆发压力pz（pmax）及最高温）及最高温Tz(Tmax)的数值范围是：的数值范围是：pz（MPa）Tz（K）汽油机 3.06.5 22002800 柴油机 4.59.0 18002200 增压柴油机 9.013.0 12 12 发动机实际循环发动机实际循环2/24/202332发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能膨胀过程膨胀过程非绝热过程，有散热损失，漏气损失，补燃和高温热分解；实际膨胀过程为多变过程。12 12 发动机实际循环发动机实际循环2/2
11、4/202333发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能膨胀终点膨胀终点b的压力的压力pb及温度及温度T b的范围是：的范围是：pb（MPa）T b（K）汽油机汽油机0.30.612001500柴油机柴油机0.20.510001200柴柴油油机机膨膨胀胀比比大大，转转化化为为有有用用功功的的热热量量多多，热效率高，膨胀终了的温度和压力均比汽油机小。热效率高，膨胀终了的温度和压力均比汽油机小。12 12 发动机实际循环发动机实际循环2/24/202334发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能排气过程排气过程PrP0排气系统阻力排气系统阻力12 12 发动机实际循环发动机实际
12、循环2/24/202335发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能排气终了的压力排气终了的压力pr与温度与温度Tr大致范围是：大致范围是：pr（MPa）Tr（K）汽油机汽油机（1.051.2）po 9001100柴油机柴油机（1.051.2）po700900废气涡轮增压柴油机废气涡轮增压柴油机（0.751.0）pk排气终了的温度是检查发动机工作状态的技术指标。排气终了的温度是检查发动机工作状态的技术指标。12 12 发动机实际循环发动机实际循环2/24/202336发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能二、循环指示功二、循环指示功完成一个循环，工质对活塞所做的功。12 1
13、2 发动机实际循环发动机实际循环2/24/202337发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能12 12 发动机实际循环发动机实际循环2/24/202338发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能循环指示功循环指示功循环指示功：Czbbcc代 表 工 质对活塞做的功，故是正功。Rb”arr 称为泵气损失，非增压发动机为负功，增压发动机为正功。A112 12 发动机实际循环发动机实际循环2/24/202339发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能增增压压发发动动机机示示功功图图12 12 发动机实际循环发动机实际循环2/24/202340发动机原理 第一章 发动机
14、性能 第一章 发动机性能第三节 实际循环的评定指示指标 是以工质对活塞做功为基础，用于评定实际循环的好坏。2/24/202341发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能循环指示功：循环指示功：一、平均指示压力一、平均指示压力pmi式中 示功图面积；示功图纵坐标比例尺；示功图横坐标比例尺。循环指示功循环质量气缸工作容积13 13 发动机指示指标发动机指示指标2/24/202342发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能 平均指示压力：平均指示压力：式中 指示功（kJ）；气缸工作容积(L)。单位气缸工作容积的指示功。13 13 发动机指示指标发动机指示指标2/24/202343
15、发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能 平均指示压力：平均指示压力：式中 指示功（kJ）；气缸工作容积(L)。单位气缸工作容积的指示功。13 13 发动机指示指标发动机指示指标2/24/202344发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能 汽油机 0.81.5(MPa)柴油机 0.71.1(MPa)增压柴油机 12.5(MPa)值的一般范围是：13 13 发动机指示指标发动机指示指标2/24/202345发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能二、指示功率二、指示功率Pi单位时间所做的指示功。单位时间所做的指示功。四行程发动机四行程发动机二行程发动机二行程发动机
16、行程数。式中 13 13 发动机指示指标发动机指示指标2/24/202346发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能单位指示功所消耗的燃油量 g/(kWh)。三、指示燃油消耗率三、指示燃油消耗率bi式中 指示功率（kW）；每小时耗油量(kg/h)。bi值的大致范围是：柴油机 170205 g/(kWh)汽油机 205320 g/(kWh)13 13 发动机指示指标发动机指示指标2/24/202347 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能四、指示热效率四、指示热效率式中 得到指示功 （kJ）所消耗燃料的热量。实际循环的指示功与所消耗燃料热量之比值实际循环的指示功与所消耗燃料热量之比值
17、13 13 发动机指示指标发动机指示指标h 燃料低热值。不计汽化潜热1kg燃料完全燃烧 所放出的热量。_2/24/202348 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能 第四节 发动机经济性和动力性的评定2/24/202349发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能1有效功率有效功率Pe发动机曲轴输出的功率称为有效功率。发动机曲轴输出的功率称为有效功率。一、发动机动力性能一、发动机动力性能式中 指示功（kW）；机械损失功率(kW)。2有效扭矩有效扭矩功率输出轴输出的扭矩。功率输出轴输出的扭矩。14 14 发动机有效指标发动机有效指标2/24/202350 第一章 发动机性能 第一章 发
18、动机性能3平均有效压力平均有效压力发动机单位气缸工作容积输出的有效功。14 14 发动机有效指标发动机有效指标2/24/202351发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能4转速转速n和活塞平均速度和活塞平均速度Cm式中式中S活塞行程（活塞行程（m）;活塞平均速度（活塞平均速度（m/s）。）。活塞组的热负荷曲柄连杆机构的惯性力磨损,寿命 单位时间作功次数单位时间作功次数不大燃烧室高度,混合气形成,燃烧发动机体积发动机体积,功率功率。重量重量,14 14 发动机有效指标发动机有效指标2/24/202352 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能二、发动机经济性能二、发动机经济性能式中
19、每小时的耗油量（kg/h）；有效功率(kW)。1.有效燃油消耗率有效燃油消耗率 单位有效功（1kWh）的耗油量(g)。14 14 发动机有效指标发动机有效指标2/24/202353发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能2有效热效率有效热效率发动机的有效功 (kJ)与所消耗燃油热量 之比值及 的大致范围是：汽油机 0.250.3 270325柴油机 0.30.45 190285g/kWh14 14 发动机有效指标发动机有效指标2/24/202354 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能三、发动机强化指标三、发动机强化指标1升功率升功率和比质量和比质量的措施：提高 和：衡量发动机容积
20、利用率表征质量利用率和结构紧凑性发动机每升工作容积所发出的有效功率发动机干质量与标定功率之比。14 14 发动机有效指标发动机有效指标2/24/202355发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能2强化系数强化系数pmeCmpmeCm的大致范围是：汽油机 817MPam/s小型高速柴油机 611MPam/s重型汽车柴油机 915MPam/s数值大，强化程度高，技术进步。数值大，强化程度高，技术进步。14 14 发动机有效指标发动机有效指标2/24/202356发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能1排出有害气体排出有害气体 目前主要限制一氧化碳（CO）、各种碳氢化合物（H
21、C）及氮氧化合物（NOx）三种危害最大的气体排放量。2排气微粒排气微粒 排气中除水以外的任何液态或固体微粒。一、排放性能一、排放性能第五节第五节 发动机的环境指标发动机的环境指标二、噪声二、噪声我国噪声标准中规定，轿车噪声不得大于84dB。2/24/202357 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能第六节第六节 机械损失与机械效率机械损失与机械效率2/24/202358发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能 1发动机内部运动件的摩擦损失。约占总机械损失的62%75%。2驱动附属机构的损失。约占总机械损失的10%20%。3泵气损失。约占总机械损失的10%20%。一、机械损失一、机械
22、损失：机械损失而消耗的功率称为机械损失功率。16 16 机械损失与机械效率机械损失与机械效率2/24/202359发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能 二、机械效率二、机械效率曲轴输出的有效功率与指示功率之比值式中 平均机械损失压力（MPa）。16 16 机械损失与机械效率机械损失与机械效率2/24/202360发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能三、机械损失的测定三、机械损失的测定 机械损失功率可通过发动机台架实验测定，常用的实验方法有倒拖法和灭缸法，柴油机还可用油耗线法。.1.倒拖法 2.灭缸法16 16 机械损失与机械效率机械损失与机械效率2/24/20236
23、1发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能四、影响机械效率的主要因素四、影响机械效率的主要因素1发动机转速摩擦副间相对速度 ,摩擦损失惯性力 ,侧压力和轴承负荷均 ,摩擦损失泵气损失加大驱动附件的机械损失增加16 16 机械损失与机械效率机械损失与机械效率2/24/202362发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能转速对机械效率的影响16 16 机械损失与机械效率机械损失与机械效率2/24/202363发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能 2发动机负荷发动机负荷 变化不大。，怠速：负荷一定，负荷 ，16 16 机械损失与机械效率机械损失与机械效率2/24/2
24、02364发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能 3润滑油品质润滑油品质 润滑油的粘度即稠稀程度，它表示了流体分子之间内摩擦力的大小。选用润滑油粘度的基本原则是：在保证可靠润滑的条件下，尽量选用粘度小的润滑油。4冷却水温度冷却水温度保证发动机水温正常。16 16 机械损失与机械效率机械损失与机械效率2/24/202365发动机原理 第一章 发动机性能 第一章 发动机性能1.什么是混合加热循环、定容加热循环、定压加热循环？分什么是混合加热循环、定容加热循环、定压加热循环？分别由哪种发动机简化得到？别由哪种发动机简化得到？2.分析分析、K、和和对理论循环的影响？对理论循环的影响？3.在
25、加热量与压缩比相同下，等容加热循环和定压加热循环哪在加热量与压缩比相同下，等容加热循环和定压加热循环哪个热效率高？为什么？实际应用的汽油机和柴油机哪个热效率个热效率高？为什么？实际应用的汽油机和柴油机哪个热效率高？为什么？高？为什么？4.画出四行程发动机实际循环示功图，说明由哪几个过程组画出四行程发动机实际循环示功图，说明由哪几个过程组成。成。5.何谓发动机的指示指标？有效指标？各指标是如何定义的何谓发动机的指示指标？有效指标？各指标是如何定义的？6.发动机的机械损失主要包括哪些？发动机的机械损失主要包括哪些？7.什么是机械效率？分析发动机转速和负荷对机械效率的影响什么是机械效率？分析发动机转速和负荷对机械效率的影响？思考题思考题2/24/202366