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1、第二章 发动机工作循环及性能指标,本章要求： 了解：发动机的热平衡。,理解：发动机的实际循环过程，机械损失。 掌握：示功图分析法，主要性能指标。,第一节 发动机的实际循环,发动机的实际循环是由进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个过程所组成。实际循环比理论循环复杂的多。通常用气缸内的工质压力随气缸工作容积或曲轴转角而变化的图形（示功图）来研究。即-示功图和-,四 冲 程 柴 油 机 图,四 冲 程 汽油 机 图,五个工作过程：,1、进气过程 2、压缩过程 3、燃烧过程化学能热能 4、膨胀过程 5、排气过程排气温度是重要参数,第二节 内燃机的性能指标,内燃机的性能指标包括： 指示指标：据示功图求得的动
2、力性和经济性指标 它是以工质在气缸内对活塞所做的功为基础的性能指标。 意义：用来评价实际工作循环的好坏，研究发动机的工作过程。 有效指标：考虑到机械损失的指标。小于指示指标它是以曲轴对外输出的功为基础的性能指标。 意义：用来评定发动机性能的好坏。,内燃机的指示指标：,顺时针 正功-循环指示功； 逆时针 负功-泵气功;机械损失功,示功图上循环曲线所围成的面积的大小表示功的多少。,在气缸完成一个循环，工质对活塞所做的功，用WCi（J）表示。WCi=Pdv （WCi相当于代表的功）,一、指示功和平均指示压力 1、指示功（或循环指示功）,1）定义：发动机单位气缸工作容积每循环做的指示功。Pi=Wci/
3、Vh (kpa) 2）单位：Wci（J），Vh（L），Pi（kpa） 3）Pi，Wci =气缸工作容积的利用程度。 4）作用：评价发动机工作循环的动力性。 5）汽油机:Pi=700-1300kpa 柴油机:Pi=650-1100kpa增压柴油机:Pi=900-2500kpa,2、平均指示压力Pi,二、指示功率Ni,i 气缸数； Pi 平均指示压力（kpa)； n 转数，r/min； 行程数； Vh（L）汽缸工作容积。 当时：,Pi，Ni，动力性指标。,定义：单位时间内所做的指示功，Ni, KW。Ni=Wci/t(N.m/s),KW,KW,三、指示燃油消耗率gi,定义：单位指示功所消耗的燃油量，
4、用gi表示。gi（1000Gf/Ni）g/kwhGf 每小时的燃油消耗量，kg/h；Ni 指示功率，kw。,gi，i，经济性指标。,四、指示热效率i,定义：实际循环指示功Wci与所用燃油的发热量Q1之比值,用i表示。,Ni KW； Hu KJ/kg燃料热值；Gf kg/h； gi g/kwh,可以看出：i1gi,标定工况下，i，gi的大致范围：,gi i 汽油机： 205320 0.250.40 柴油机： 170205 0.400.50,内燃机的有效指标,一、机械损失功率Nm和有效功率Ne 1.机械损失：主要包括： 摩擦损失：活塞环与缸壁间，各轴承与轴颈间，气门传动机构的摩擦。占总损失的607
5、5%。,驱动附属机构的能量损失占1020%。 泵气损失：占1020%。 2.机械损失功率Nm:因机械损失所消耗的功率 3有效功率Ne: NeNi-Nm:曲轴对外输出的功率。,二、有效扭矩（转矩）Me,Ne：功率；KW Me：扭矩；N.m n：转速；r/min,是发动机工作时曲轴输出的平均扭矩。,Men,三、平均有效压力Pe,1.定义：单位气缸工作容积的循环有效功。是评价发动机动力性和强化程度的重要指标。 2.与Ne的关系：,Pe平均有效压力kpa，Vh 汽缸工作容积L对四冲程发动机，4，,3.对于结构一定的发动机，平均有效压力Pe与扭矩Me成正比。,汽油机:Pe=650-1200kpa ； 柴
6、油机:Pe=600-950kpa,四、升功率NL，比重量Ge,升功率NL：发动机每升工作容积发出的有效功率。NLNe/(i Vh) kw/L从有效功率的角度，衡量发动机排量利用的程度，NL越大，发动机的强化程度越高，发出一定有效功率的发动机尺寸越小。比重量：发动机的净重量G与所发出功率Ne的比值。GeG/Ne 表征重量利用程度和结构紧凑性。升功率和比重量都是发动机的强化程度指标。越大，内燃机的热负荷和机械负荷越高。,五、有效燃油消耗率和有效热效率,.有效燃油消耗率: 单位有效功率的油耗量。ge1000Gf/Ne g/kwhGf:每小时的油耗量,kg/h Ne:有效功率kw 有效热效率：发动机的
7、有效功We与所消耗的燃油发出的热量Q1的比值。eWe/Q13.6/ (ge Hu)106Wim/Q1im ge:有效燃油消耗率; Hu:燃料的低热值kJ/kg ge、e是发动机的经济性能指标。,总结,1、按评价发动机性能的不同 使用方面常用的性能指标：Ne, Me, ge 结构设计方面常用的性能指标（强化程度指标）：Pe,NL.Ge 2、发动机铭牌或产品说明上注明的指标，都是在标定工况下的指标。 3、动力性指标：Ne，Me，Pe，NL；经济性指标：ge，e,第三节 机械效率,一、机械效率 1.机械损失功率:发动机机械损失所消耗的功率，Nm 2.平均机械损失压力:单位气缸工作容积的机械损失功，P
8、mPi-Pe,.机械效率：指示功转变为有效功的程度。,i、e、m之间的关系,汽油机：m0.70.9；柴油机：m0.70.85；增压柴油机：m0.80.92,二、影响m的因素,1转速n 负荷一定=Pi、Ni基本不变 n=摩擦损失 =机械损失=Pm,图2-3 m随转速的变化关系,得: n,m 故用提高n来增加发动机的动力性指标受到限制。,使用因素：转速、负荷、润滑油品质、水温等； 结构设计因素：最高燃烧压力、气缸尺寸数目、大气状态等。,2.负荷,n不变，NeMe，NePe, 故负荷可用Ne,Pe表示。 负荷率：Me/Memax100%, 负荷=Pi,Pm近似不变 =mPm/Pi 怠速工况:Ne0
9、NiNm, m=0,负荷定义：发动机的转速变化时,作用在发动机曲轴上的阻力矩。,3.润滑油粘度,润滑油的粘度即机油的稠稀程度。粘度=内部摩擦=机械损失Ni不变=m 粘度=Pm=m 粘度过小=机油的承载能力太低=油膜破裂=发生干摩擦=烧瓦=Pm=m 另外，机油粘度还与其温度有关。机油温度升高，导致机油粘度降低。,4.冷却水温度,冷却水的温度直接影响到润滑油的温度，因而也就关系到润滑油粘度和摩擦损失的大小 使用中，发动机的冷却水温度保持在8095范围内。,图2-5 Pm随润滑油温度变化的关系,第四节 内燃机的热平衡,发动机的热平衡：燃油燃烧所产生的热量恒等于转变为有效功与各项散失的热量之和。 热平
10、衡方程式:Qf=Qe+Qw+Qr+Qb+Qs,Qf:燃油完全燃烧的热量; Qe:转变为有用功的热量;（占2540) Qw:传给冷却介质的热量;（占1035) Qr:被废气带走的热量;（占2550) Qb:燃烧不完全热量损失; Qs:其他热量损失;,燃油完全燃烧的热量QfGThu (kJ/h) 转变为有用功的热量Qe3.6103Ne (kJ/h) 传给冷却介质的热量QwGwcs(t2-t1) (kJ/h) (Gw通过冷却介质的流量kg/h；cs冷却介质的比热kJ/(kg)； t1、t2冷却介质入口、出口温度) 被废气带走的热量Qr(GT+Gk)(cprtr-cpktk) (kJ/h) (GT、G
11、K每小时消耗的燃油和空气量kg/h；cpr、cpk废气和空气的定压比热kJ/(kg)；tk、tr进排气门处工质温度) 燃烧不完全热量损失QbQf(1-r) (kJ/h)(r燃烧效率） 其他热量损失QsQf(QeQwQrQb) (kJ/h),燃料燃烧的总热量仅有转变为有效功，其余的热量损失掉。其中主要由废气带走，其次传给冷却水，在某些汽油机中不完全燃烧所占比例也不小。,进气过程,进气过程中，由于进气气流需克服进气系统的流 动阻力，故进气终了的压力a大气温度0（Ta=300380K）,压缩过程,1、作用：增大工作过程的温差，获得最大限度的膨胀比，提高热功转换效率，同时也为燃烧过程创造有利条件。在柴
12、油机中，压缩后气体的高温是保证燃烧着火的必要条件。,开始 吸热 n1K 绝热 n1=K后 放热 n1K,2、压缩过程的多变指数n1是变化的。,用一平均压缩多变指数n1代替n1，使计算的始点a和终点c的工质状态与实际循环的初、终状态相等。,n1的范围：,汽油机： n1=1.32-1.38 柴油机： n1=1.38-1.42n1越大，热损失越小。 n1主要决定于工质与气缸壁的传热情况。,3. 压缩终点的压力 Pc=Pa n1 kPa压缩终点的温度 Tc= Ta n1-1 k 4、压缩比的影响及范围汽油机中,为提高热效率,希望提高压缩比,但受到不正常燃烧的限制；柴油机中,为保证喷入气缸的燃料能及时自燃以及冷启动时可靠着火,需选取较高的压缩比。汽油机：=6-9 柴油机：=14-21 5、泄露的影响泄露量增大，n1减小,使压缩终点的工质温度、压力下降，使启动困难，功率减小。,
