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1、第二节 内燃机的三种基本理论循环,混合加热循环：,高速非增压柴油机（车用柴油机）,定容加热循环：,汽油机,定压加热循环：,高增压、低速柴油机（船舶用柴油机）,三、理论循环及其分析,1 特征参数：,（2） 压力升高比：,（1） 压缩比：,（3） 预胀比：,2 循环热效率,定义：,混合加热计算式： ：,定容加热计算式：,定压加热计算式：,3 循环平均压力,定义：,含义：,四、理论循环的重要指导意义,指出了改善内燃机动力、经济性能的基本原则： 提高高温热源的平均温度，即提高加热过程中工质的平均温度。 提高压缩比 提高循环加热的等容度 保证工质有较高的绝热指数K 提供了内燃机之间进行动力性、经济性比较
2、的理论依据,第二节 内燃机的实际循环,一、 实际循环的进行过程,进气过程：r-a,压缩过程: a-c,燃烧过程: c-z,膨胀过程: z-b,排气过程: b-r,内燃机的理论循环,1 忽略进、排气过程； 2 压缩、膨胀过程简化为可逆绝热过程； 3 燃烧过程简化为定容加热过程 和定压加热过程；排气放热简化为定容放热过程； 4 假定工质为定比热的理想气体； 5 工质在闭口系统中作封闭循环；,一、实际循环的简化：,二、实际循环与理论循环的比较,实际工质的影响：绿色,传热损失：红色,燃烧损失：蓝色,换气损失：咖啡色,理论循环：粉色（aczzba),实际循环：a2123456r,实际工质的影响,工质成分
3、前后发生变化：双原子变为多原子 工质比热变化：多原子比热大于双原子 燃气比热随温度升高而变大 空气比热随温度升高而变大 工质高温分解：2CO2 =2CO + O2 2H2O=2H2+O2 工质分子变化系数的影响：分子数增多 工质泄漏：数量减少,传热损失,缸内工质通过活塞顶面、气缸盖低面、气缸套壁面不断向外传热。 压缩过程的传热：开始工质吸热、后期工质向往传热 燃烧与膨胀过程：大部分热量在此阶段传出,燃烧损失,非瞬时燃烧损失：实际燃烧过程要持续一段时间， 非瞬时等容加热； 为了增加等容度，燃烧提前导1点 从而造成此损失存在。 后燃损失：燃烧要拖延一段时间所造成的损失。 不完全燃烧损失： 柴油机：
4、指燃料、空气混合不良，燃烧组织善而引起的 燃料热值不能完全释放的损失。 汽油机：混合气过浓，部分燃料没有参与燃烧，或生成 CO，热量没有完全释放的损失； 燃烧温度较高，使得比热加大，高温分解加剧。,换气损失,实际循环换气过程所造成的损失。 提前排气损失：因排气门提前开启而造成的膨胀功的 损失。（5-b2-6) 泵气损失: 因工质流动时需要克服进排气系统的阻力 所消耗的功。（6-r-a2),各部分损失所占比例,名称 汽油机 柴油机 理论循环热效率 0.540.58 0.640.67 工质的影响 0.10.12 0.090.1 燃烧损失 0.080.1 0.060.09 传热损失 0.030.05
5、 0.040.10 换气损失 0.010.03 0.010.03 实际循环热效率 0.30.40 0.400.45,二、指示性能指标,内燃机的指示性能指标是指以工质对活塞做功为基础的指标，用于评定工作循环的好坏。,1.指示功和平均指示压力,（1）指示功是指气缸内完成一个工作循环所得到的有用功Wi,指示功的大小可以由p-V图中闭合曲线所占有的面积求得。,一、机械效率和有效功率,有效功率为：,机械效率:有效功率和指示功率之比。,有效扭矩 Ttq：由功率输出轴输出的扭矩Ttq（Nm),二、平均有效压力、有效功率和升功率,Ttqpme,pme反映了发动机单位气缸工作容积输出转矩的大小,升功率PL：在标
6、定工况下，发动机每升气缸工作容积所发出的有效功率。,可见，升功率PL是从发动机有效功率的角度对其气缸工作容积的利用率作总的评价。PL是评定一台发动机 评价气缸容积利用程度和紧凑性。,Pe有效功率，kW i气缸数 Vs气缸工作容积，L,功率密度评价指标,比质量me单位有效功率所占发动机质量 (评价轻量化和紧凑性) me= m / Pe (kg/kW) 比容积Ve单位有效功率所占发动机的体积 (评价紧凑性) Ve= V / Pe (m3/kW),目前内燃机的pme和PL值一般在下列范围内： 农用柴油机 0.60.8 8.814.7 汽车用柴油机 0.651 1125.8 强化高速柴油机 12.9
7、1540 固定船用户速柴油机 0.62.5 3.77.35 四冲程摩托车用汽油机 0.781.2 51.888 四冲程小客车用汽油机 0.651.2 4070 四冲程载货汽车用汽油机0.60.7 2225.8 四冲程小型风冷汽油机 0.40.65 18.473.5,三、由吸入空气量计算平均有效压力,1.充量系数c（容积效率）,把每循环吸入气缸的空气量换算成进气管状态（ps，Ts）的体积V1，其值一般要比活塞排量Vs小，两者的比值定义为充量系数c，即,充量系数c是表征实际换气过程进行完善程度的一个极为重要的参数。,2.过量空气系数a,燃烧lkg燃料的实际空气量与理论空气量之比称为过量空气系数a，
8、,gb每循环燃料供给量 l0单位质量燃料完全燃烧所需的理论空气量，称为化学计量空燃比（理论空燃比）。,柴油l014.3，汽油l014.8,对柴油机来说，a总是大于1，以保证喷入气缸的柴油能完全燃烧。柴油机在全负荷时a的一般数值范围为： 高速柴油机 a1.21.5 增压柴油机 a1.72.2,对汽油机来说，在整个运行工况中，可以遇到a1和a1的各种情况(详见第五章)，汽油机在全负荷时a的一般数值范围为 a0.851.1,还可以应用空气燃料比或燃料空气比1来表示，,a对于四冲程内燃机可由测得耗油量和耗气量计算得出：,Aa发动机空气消耗量，kg/h,s为进气管状态下的空气密度,Hu为J/kg skg
9、/m3 pmePa,实际上常用单位如下，ps为MPa ，Hu为kJ/kg，则pme（MPa）为，,四、有效热效率和有效燃油消耗率,有效热效率和有效燃油消耗率是评价发动机经济性能的两个指标。,1.有效热效率是实际循环的有效功与为得到此有效功所消耗的热量的比值。,2.有效燃油消耗率g(kWh)：是指单位有效功的耗油量，通常用每有效kWh所消耗的燃料g数be来表示。,有效燃油消耗率和有效热效率成反比。,一般内燃机在标定工况下be和et值大致在以下范围： beg (kWh)-1 et 低速柴油机 190225 0.380.45 中速柴油机 195240 0.360.43 高速柴油机 215285 0.
10、300.40 (其中较低的be值属排气涡轮增压的四冲程、二冲程柴油机) 四冲程汽油机 274410 0.300.20 二冲程汽油机 410545 0.200.15,Wi、Pi、pmi、 it，bi We、Pe、pme、Ttq、PL m 、Pm、pmm c、a gb、,第三节 机械损失与机械效率,平均机械损失压力pmm定义是：发动机单位气缸工作容积一个循环所损失的功。它可以用来衡量机械损失的大小。,评定发动机机械损失时，常用有Pm和m。现在引入平均机械损失压力pmm,pmi=pme+pmm,Pi=Pe+Pm,一、机械损失的组成部分,1.活塞与活塞环的摩擦损失,占总机械损失的主要部分。原因是滑动面
11、积大，相对速度高，润滑不充分。这种摩擦与活塞的长度，活塞间隙，活塞环数目和环的张力等结构因素有关。在构造相同的情况下，该部分摩擦损失随着气缸压力，活塞速度和润滑油粘度的升高而增加。,2.轴承与气门机构的摩擦损失,该部分摩擦损失包括所有曲轴主轴承，连杆轴承和凸轮轴轴承等的摩擦损失。这些地方由于润滑充分，摩擦损失不大，但随着轴承直径的增大和转速的增高，运动件惯性力增大，这部分损失也增加，这部分损失对气缸中压力的变化不太敏感。 消耗在气门驱动机构上的损耗在低负荷时占得比例较大，在标定工况下所占比例很小。,3.驱动附属机构的功率消耗,附属机构主要指为保证发动机正常工作所比不可少的部件或总成。如水泵总成
12、、机油泵、燃油泵、调速器等。而那些不是每种发动机运转所必要的总成，如发电机、汽车制动用空气压缩机、真空助力泵等，一般不包括在内。 附属机构所消耗的功率随发动机的转速和润滑油粘度的增大而增大，与气缸压力无关，仅占机械损失中的一小部分。,4.风阻损失,活塞、连杆、曲轴等零件在曲轴箱内高速运动时，为克服油雾、空气阻力及曲轴箱通风等将消耗一部分功，但是很小。,5.驱动扫气泵及增压器的损失,机械增压发动机中，也会消耗部分功率。,活塞与活塞环的摩擦损失、 轴承与气门机构的摩擦损失、驱动附属机构的功率消耗、风阻损失之和视为发动机内部损失，用Pf表示损耗的功率。机械增压发动机中增压器的所消耗的功率为PB。发动
13、机的机械摩擦损失功率可表示为：,泵气损失功率Pp：指四冲程柴油机在进气和排气过程中对外作出和吸收的功率之和。在排气行程时，由于废气压力的方向与活塞运动方向相反，活塞必须从曲轴和飞轮上吸收部分功来克服废气压力所作的功才能向上继续运行，所以作用在活塞上的功是负功。进气时做的功是正的。,在计算Pi时相当于泵气损失功率的Pp已经被扣除了，因此就定义而言，Pp没有包括在Pm中的必要，但在测定中把Pf和Pp分开很困难，所以一般将泵气损失功率作为机械损失功率的一部分加以考虑，因此往往用下面两个公式计算摩擦损失。,活塞和活塞环的摩擦损失 (4565) 整个活塞连杆曲轴机构 (6075) 中的摩擦损失 气门机构
14、的驱动损失 (23) 附属机构的驱动损失 (1020) 泵气损失 (1020),一般发动机中机械损失功率的分配大致为：,二、机械损失的测定,1. 示功图法,得到气缸的示功图，算出Pi，测得Pe，可以算出Pm、pmm和机械效率。,示功图法一般用于当上止点位置能得到精确校正时才能取得较满意的结果。,思考：测取的上止点位置比实际的位置靠后，此时的机械效率比实际的大还是小？为什么？,2.倒拖法,这种方法在具有电力测功器的试验条件下方可进行。在测定汽油机机械损失时得到较广泛的应用。,试验时，发动机与电力测功器相连，当发动机以给定工况稳定运行，冷却水、机油温度到达正常值时，停止供油，让电力测功器倒拖发动机
15、以一定的转速运转，并尽量维持冷却水、机油温度不变。这样测得的倒拖功率即为发动机的机械损失功率。,综合结果是倒拖时消耗的功率超过实际的损失功率。低压缩比的误差为5%；高压缩比的误差为15%-20%。,3.灭缸法（各缸轮流断油法） 一般适用于多缸非增压柴油机 1）发动机以给定工况稳定工作，测的其有效功率Pe，同时保持喷油泵齿条位置不变； 2）然后停止向一个缸（如第一缸）供油，并调整测功器，减小负荷，使发动机达到原来的转速，测的有效功率Pe(1) 3）求各缸指示功率Pi（如第一缸）： Pi1= Pe- Pe(1) 同样依次使各缸熄火，可求得其余各缸的指示功率分别记为： Pi2= Pe- Pe(2) ， Pi2.,发动机的指示功率为各缸指示功率的和,即 Pi= Pi1+Pi2 + 把Pi1= Pe- Pe(1)代入上式可得： Pi =iPe-（Pe（1)+Pe
