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1、第2章 发动机工作循环与性能指标发动机循环理想循环理想循环实际循环实际循环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经济性、动力性、排放、振动、噪声 主要研究第一节 发动机理论循环 第2章 发动机循环与性能指标第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环一、三种基本循环一、三种基本循环（一）简化条件：（1）假设工质为理想气体，其比热容为定值。（2）假设工质在闭口系统中作封闭循环。（3）假设压缩与膨胀过程是绝热等熵过程。（4）假设燃烧是定容或定压加热。工质放热为定容放热。第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理
2、论循环第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环（二）理论循环（二）理论循环ac绝热压缩；cz定容加热zz定压加热；zb绝热膨胀ba定容放热。高速柴油机近似为混合加热循环。 燃烧过程基本上由定容燃烧和定压燃烧两个阶段组成。1 混合加热循环第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环2定容加热循环定容加热循环 汽油机中混合气燃烧迅速，近似为定容加热循环。 ac绝热压缩；cz定容加热zb绝热膨胀；ba定容放热。第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环3定压加热循环定
3、压加热循环 高增压和低速大型柴油机，工作循环近似为定压加热循环。 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烧。ac绝热压缩；cz定压加热zb绝热膨胀；ba定容放热。第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环二、评定指标二、评定指标循环热效率 循环平均压力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）。 第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环2循环平均压力评定循环的做功能力式中 W 循环所
4、做的功（J）； Vs 气缸工作容积（L）。 第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环式中 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第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环；第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环混合加热循环循环平均压力混合加热循环循环平均压力式中 压缩始点的压力（kPa）。第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环第2章 发动机循环与性能指标
5、2.1 发动机的理论循环定容加热循环定容加热循环预膨胀比： =1第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环定压加热循环定压加热循环压力升高比：=1循环平均压力循环平均压力循环热效率循环热效率第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环三、理论循环分析三、理论循环分析1 压缩比 Tz 相同, 高的aczba比 低的循环 aczba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。 第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环第2章 发动机循环与性能指标2.1
6、 发动机的理论循环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10第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环2绝热指数绝热指数K KK值越大， 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。第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环3压力升高比压力升高比定容加热循环：定容加热循环：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。
7、TS第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环混合加热循环：混合加热循环：和不变时，增大,减小， 减小,t提高,也提高。第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环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， t下降。bZb第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环混合加热循环：混合加热循环：和不变时，增大, 减小， 增大,t下降,也下降。第2章 发动机循
8、环与性能指标2.1 发动机的理论循环第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环5.三种理论循环比较三种理论循环比较（）初态相同，（）初态相同，Q1和和相等相等第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环.Q1和循环最高压力相等和循环最高压力相等第二节 四行程发动机的实际循环 第2章 发动机循环与性能指标示功图： 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、实际循环进行过程第2章 发动机循环与性能指标2.2 发动机的实际循环实际循环过程实际循环过程进气过程rra压缩过程abcc燃烧
9、过程ccz膨胀过程zbb排气过程bbbr第2章 发动机循环与性能指标2.2 发动机的实际循环进气过程进气过程rrapr高于大气压p0：残余废气。进气终了压力pa：一般小于大气压力p0或增压压pk 。进气终了的温度Ta总高于大气温度T0或增压器出口温度Tk 高温机件及残余废气加热。进气系统的阻力。第2章 发动机循环与性能指标2.2 发动机的实际循环压缩过程压缩过程abcc压缩过程为多变过程。作用作用:增大温差，增大膨胀比，热功转换效率提高，有利着火和燃烧。第2章 发动机循环与性能指标2.2 发动机的实际循环工质被压缩的程度用压缩比表示式中 气缸总容积（气缸最大容积）； 燃烧室容积(气缸余隙容积）
10、。压缩比的大致范围是：汽油机 =712柴油机 =1422增压柴油机 =1215 第2章 发动机循环与性能指标2.2 发动机的实际循环燃烧过程燃烧过程ccz作用：化学能转变为热能，使工质的压力及温度升高，为膨胀创造条件。放热量越多,放热时越接近上止点，则热效率越高。第2章 发动机循环与性能指标2.2 发动机的实际循环燃烧的最高爆发压力pz（pmax）及最高温Tz （Tmax）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 柴油机：压缩比高，燃烧的最高爆发压力 pz很高；但相对于燃油的空气量大，
11、最高燃烧温度Tz值反而比汽油机低。第2章 发动机循环与性能指标2.2 发动机的实际循环膨胀过程膨胀过程zbb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。第2章 发动机循环与性能指标2.2 发动机的实际循环 膨胀终点b的压力pb及温度T b的范围是： pb（MPa） T b（K） 汽油机 0.30.6 12001500柴油机 0.20.5 10001200 柴油机膨胀比大，转化为有用功的热量多，热效率高，膨胀终了的温度和压力均比汽油机小。 第2章 发动机循环与性能指标2.2 发动机的实际循环排气终了压力pr高于大气压po ； 压力差prpo克服排气系统阻力。排气
12、过程排气过程bbr第2章 发动机循环与性能指标2.2 发动机的实际循环二、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。第2章 发动机循环与性能指标2.2 发动机的实际循环循环指示功：czb bc c代表工质对活塞做的功，故是正功。rb ar r 称为泵气损失，非增压发动机为负功，增压发动机为正功。增压发动机示功图第2章 发动机循环与性能指标2.2 发动机的实际循环第三节 发动机的指示指标 是以工质对活塞做功为基础，用于评定实际循环的好坏。 第2章 发动机循环与性能指标循环指示功：循环指示功：一、平均指示压力一、平均指示压力pmi循环指示功循环质量气缸工作容积式中 示功图面积；示功
13、图纵坐标比例尺；示功图横坐标比例尺。第2章 发动机循环与性能指标2.3 发动机的指示指标 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。第2章 发动机循环与性能指标2.3 发动机的指示指标二、指示功率二、指示功率Pi单位时间所做的指示功。i气缸数；每缸工作容积（L）；发动机转速（r/min）；平均指示压力（ MPa ）。每缸、每循环工质做的指示功（kJ）：发动机指示功率(kW)（i个气缸每秒所作的指示功）为：四行程发动机二行程发动机行程数。式中式中 第2章 发动机循环与性能指标2.3 发动机的指示指标单位指示功所消耗的燃油量 g/ ( kWh)
14、 。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) 第2章 发动机循环与性能指标2.3发动机的指示指标 是实际循环的指示功与所消耗燃料热量之比值。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。1kWh=3.6103kJ，1kWh的功需要消耗的热量是 kJ， 为燃料的低热值(kJ/kg)。低热值：不计汽化潜热，1kg燃油完全燃烧所放出的热量。第2章 发动机循环与性能指标2.3 发动机的指示指标 第四节 发动机的有效指标1有效
15、功率有效功率Pe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 指示功率（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。：从活塞顶到曲轴输出端功率传递中损失的功率。摩擦损失、驱动附件损失、泵气损失等。第2章 发动机循环与性能指标2.4 发动机的有效指标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。 值的一般范围是：值的一般范围是： 汽油机 0.71.3MPa 柴油机 0.61.0 MPa增压柴油机 0.92.2 MPa第2章 发动机循环与性能指标2.4 发动机的有效指标4转速转速n和活塞平均速度和活塞平均速度Cm单位时间作功
16、次数单位时间作功次数发动机体积发动机体积，重量重量，功率功率 ,式中 S活塞行程（m）；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 。不大燃烧室高度 ,混合气形成 ,燃烧第2章 发动机循环与性能指标2.4 发动机的有效指标二、发动机经济性能二、发动机经济性能式中 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）。第2章 发动机循环与性能指标2.4 发动机的有效指标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/kWh第2章 发动机循环与性能指标2.4 发动机的有效指标三、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。第2章 发动机循环与性能指标2.4 发动机的有效指标 和 值的大致范围： 汽油机 3070 1.44.0 汽车柴油机
