汽车工程系
Engine Performance f
哪些性能？
第 节 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
发动机理论循环 四冲程发动机的实际循环 发动机的指示性能指标 发动机的有效性能指标 机械损失和机械效率 热平衡
作业题及复习题
发动机的理论循环: 发动机的理论循环 :将非常复杂的实际工 作过程加以抽象简化，忽略一些次要影响因素， 并对其中变化复杂、难于进行细致分析的物理、 化学过程〔如可燃混合气的准备与燃烧过程等〕 进行简化处理，得到便于进行定量分析的循环， 称发动机的理想循环。p1
看不到？
奥迪在发动机上开”窗”研究喷油模式
许多高端跑车的发动机舱都会 采用透明玻璃面板设计，让人们能 够 睹其中的精密机械结构 如果 够一睹其中的精密机械结构。如果 觉得玻璃发动机舱不稀奇，那么玻 璃发动机是否能够引起你的兴趣 璃发动机是否能够引起你的兴趣？ 一般来说，汽车工程师在研究一款 发动机的喷油和燃烧过程时，只能 通过计算机获取的数据进行分析， 而无法近距离观察到发动机中的燃 烧过程 为了实现近距离观察 奥 烧过程。为了实现近距离观察，奥 迪的某个汽车实验室中有一台发动 机，它的燃烧室外壁一侧是由石英 机 它的燃烧 外壁 侧是由石英 玻璃制成的窗口，用于给奥迪工程 师观察其“e-fuels”环保燃料的燃烧 特性。
https://www.doczj.com/doc/f66653130.html,/news/0000679346.html
1、研究理论循环的目的: p1 1)确定循环热效率的理论极限，以判断实际发动机经 济性和工作过程进行的完善程度以及改进潜力。 济性和工作过程进行的完善程度以及改进潜力 2)分析比较发动机不同热力循环方式的经济性和动力 性。 3) 确定提高以理论循环热效率为代表的经济性和以平 均压力为代表的动力性的基本途径。
简化原则为: p1
理解！！
1 假定工质为定比热容的理想气体； 2 不计吸气和排气过程（工质的总质量保持不变） （工质的总质量保持不变）， 假设工质是在闭口系统中作封闭循环； 3 压缩、膨胀过程简化为绝热等熵过程； 4 把燃烧过程看作是外界对工质的加热过程，简化为 把燃烧过程看作是外界对工质的加热过程 简化为 等容加热过程或等压加热过程； 5 排气中的实际放热过程简化为等容放热过程； 排气中的实 放热过程简化为等容放热过程 6 忽略过程损失，把循环的每一过程都假定为可逆过 程，即假设循环过程为可逆循环。
现代汽油机和柴油 机的实际工作循环 是混合循环。相对 而言，传统汽油机 传 更接近于等容循环， 传统柴油机更接近 于等压循环。
a)混合加热循环、b)等容加热循环
（a）混合循环(Sabathe循环) a → c 为绝热压缩； c → z 为定容加入热量Q Q'1; 1; y → z 为定压加热量Q''1; z → b 为绝热膨胀； b → a 为等容释放热量Q2。 （b）等容循环（奥托循环Otto cycle ）——早期汽油机 a—c a c 为绝热压缩； c—z 为等容加入热量Q1; z—b 为绝热膨胀； b—a 为等容释放热量Q2。
c)等压加热循环。
（c）等压循环Diesel cycle— —早期柴油机 a—c a c 为绝热压缩； c—z 为定压加入热量Q1; z—b 为绝热膨胀； b—a 为等容释放热量Q2。
理论循环是用循环热效率和循环平均压 力来评定。 力来评定 1、循环热效率(简称热效率) ηt ：p2
评定循环 经济性
W Q1 ? Q2 Q2 ηt = = = 1? Q1 Q1 Q1
式中：W 式中 工质所做循环功（ 质所做循 J） 循环加热量（J） 工质在循环中放出的热（J）
Q1 Q2
１）混合加热循环的热效率
λ p ρ0 ? 1 ηt = 1 ? k ?1 ? (λ p ? 1) + k λ p ( ρ 0 ? 1) εc
1
k
２）等容加热循环的热效率
ηt = 1 ?
1
1
εc
k ?1
ρ0 = 1
k
３）等压加热循环的热效率
ρ0 ?1 ηt = 1 ? k ?1 ? ε c k ( ρ 0 ? 1)
λp = 1
分析条件：循环总加热量不变。
(1)ε c ↑→ ηt ↑ (2) ρ 0 ↑→ ηt ↓ (3)λ p ↑→ ηt ↑
ρ0 ↓
Q2 Q2
λ p ρ0 ? 1 ηt = 1 ? k ?1 ? (λ p ? 1) + k λ p ( ρ 0 ? 1) εc
1
k
(1)ε c ↑→ ηt ↑ ηt = 1 ? ε (1)ε c ↑→ ηt ↑ (1)κ ↑→ ηt ↑
1
k ?1 c
３）等压加热循环热效率的分析 等 加热循 热效率的 析
(2) ρ 0 ↑→ ηt ↓
4） 等熵指数对循环热效率的影响
从理论循环的分析可知，提高压缩比 从理论循环的分析可知 提高压缩比εc和 压力升高比λp对提高循环热效率ηt起着有利 的作用，但发动机实际工作条件约束和限制 循环热效率提高。 循环热效率提高 1) 2) ) 3) 零件的强度和可靠性的限制 (结构条件) 机械效率的限制 机械效率 制 燃烧方面的限制（爆燃、表面点火） 发动机的压缩比和压力升高比见p4。
1、循环平均压力
p： t p4
(kPa)
W pt = Vs
式中 W 式中：
评定循环 的动力性
循环所做的功（J） 气缸工作容积（L）
Vs
单位气缸容积所做的循环功 单位气缸容积所做的循环功。
1）混合加热循环平均压力公式
２）等容加热循环平均压力公式
pde pt = ? [( (λP ? 1) + kλP ( ρ 0 ? 1) )]ηt ε c ?1 k ?1
pde pt = ? (λP ? 1)ηt ε c ?1 k ?1
ε
k c
ε
k c
3、等压加热循环平均压力公式
pde d pt = ? kλP ( ρ 0 ? 1)ηt ε c ?1 k ?1
pde ：进气终点的压力 (kPa)
混合加热循环的平均压力随进气终点压力、 混合加热循环的平均压力随进气终点压力 压缩比、压力升高比、预胀比、绝热指数和 压缩 压力升高 预胀 热指数和 循环热效率的增大而增大。p4
ε
k c
表1–1 三种理论循环的比较
循环名 称 等容加 热循环 等压加 等 加 热循环 混合加 热循环 循环热效率 循环特点 加热过程在等容条件下很快完成， 加热过程在等容条件下很快完成 热效率仅与压缩比有关 加热过程在等压条件下缓慢完成， 负荷的增加使得热效率下降 介于上述两者之间
ε c κ ?1 κ 1 ρ0 ?1 η t = 1 ? κ ?1 ε c κ ( ρ 0 ? 1)
ηt = 1 ?
1
ηt = 1 ?
1
ε c κ ?1
λ p ρ0 ?1 (λ p ? 1) + κλ p ( ρ 0 ? 1)
κ
1、压缩比及加热量分别相同时比较 压缩比及加热量分别相同时比较 p5
T 4’ 4 3 2 1 5’ 5 5 4’’ 5’’
压缩比ε c 相同 加热量 Q1相同 初态1相同
a
b’
b
b’’
s
ηtv > ηtm > ηtp
等容加热循环热效率最高 而等压加热循环的 等容加热循环热效率最高，而等压加热循环的 均最低。欲提高混合加热循环的热效率 ，应增加混 合加热循环的等容部分。 循 等容
2 加热量及循环的最高压力分别相同时比较 2、加热量及循环的最高压力分别相同时比较
T 4’’ 2’’ 2 2’ 1 3 5’ 5 5’’ 5 4’ 4 4 Pmax
加热量 Q1相同 初态1相同 初态 相同
循环的最高压力相同
T p > Tm > Tv
ηtv < ηtm < ηtp p
a b’’ b b’ s
对于高增压柴油机，为了得到较高的热效率， 宜按等压加热循环工作。
`
柴油机：由于喷雾压燃后边喷油边燃烧,当负荷下降 时，喷油时间缩短，但初期相当于等容燃烧的部分 变化不大。这相当于λp基本不变而 ρ0 减小，则ηt 提高。
?汽油机：点火后传播燃烧且无论负荷大小， 汽油机 点火后传播燃烧 无论负荷大小 火焰传播距离不变。当负荷下降时，燃烧速 度降低 燃烧时间加长 这相当于λp下降而 度降低，燃烧时间加长。这相当于 ρ 0 上升，则ηt降低。
发动机的性能指标 发动机的性能指标 发动机的性能指标用来表征发动机的性能特点，并作为评价各类发动机性能优劣的依据。同时，发动机性能指标的建立还促进了发动机结构的不断改进和创新。因此，发动机构造的变革和多样性是与发动机性能指标的不断完善和提高密切相关的。 一、动力性指标 动力性指标是表征发动机作功能力大小的指标，一般用发动机的有效转矩、有效功率、转速和平均有效压力等作为评价发动机动力性好坏的指标。 1.有效转矩 发动机对外输出的转矩称为有效转矩，记作Te，单位为N·m。有效转矩与曲轴角位移的乘积即为发动机对外输出的有效功。 2.有效功率 发动机在单位时间对外输出的有效功称为有效功率，记作pe单位为KW。它等于有效转矩与曲轴角速度的乘积。发动机的有效功率可以用台架试验方法测定，也可用测功器测定有效转矩和曲轴角速度，然后用公式计算出发动机的有效功率pe： 式中：Te—有效转矩，N·m； n—曲轴转速，r/min。 3.发动机转速 发动机曲轴每分钟的回转数称为发动机转速，用n表示，单位为r/min。发动机转速的高低，关系到单位时间内作功次数的多少或发动机有效功率的大小，即发动机的有效功率随转速的不同而改变。因此，在说明发动机有效功率的大小时，必须同时指明其相应的转速。在发动机产品标牌上规定的有效功率及其相应的转速分别称作标定功率和标定转速。发动机在标定功率和标定转速下的工作状况称作标定工况。标定功率不是发动机所能发出的最大功率，它是根据发动机用途而制定的有效功率最大使用限度。同一种型号的发动机，当其用途不同时，其标定功率值并不相同。有效转矩也随发动机工况而变化。因此，汽车发动机以其所能输出的最大转矩及其相应的转速作为评价发动机动力性的一个指标。 4.平均有效压力 单位气缸工作容积发出的有效功称为平均有效压力，记作pme，单位为MPa。显然，平均有效压力越大，发动机的作功能力越强。 二、经济性指标 发动机经济性指标包括有效热效率和有效燃油消耗率等。
第1章发动机的性能 一、名词解释 1.机械效率 2.理论循环热效率 3.平均有效压力 4.有效燃油消耗率 5.机械效率 6.升功率 二、填空题 1.测定机械损失的方法有、和油耗线法。 2.评定发动机理论循环的指标有和。 3.负荷不变，转速升高，机械效率，转速不变，负荷增大，则机械效率。 4.值越大，表示发出一定有效功率的发动机尺寸越小，发动机强化程度越高；值越大，则表示活塞组的热负荷和曲柄连杆机构的惯性力越大，磨损加剧。 三、选择题 1.同等结构情况下，汽油机和柴油机标定工况相比最高燃烧压力Pz和排气温度T是 a、Pz柴油机大于汽油机，T柴油机大于汽油机 b、Pz柴油机大于汽油机，T柴油机小于汽油机 c、Pz柴油机小于汽油机，T柴油机小于汽油机 d、Pz柴油机小于汽油机，T柴油机大于汽油机 四、判断题 1.内燃机的工作指标主要有动力性能指标、经济性能指标、运转性能指标和耐久可靠性指标等。（） 2.在四冲程发动机的示功图中，指示功面积是由两块面积叠加而成。（） 3.一般来说，柴油机的指示热效率高于汽油机，四冲程发动机的指示热效率高于二冲程发动机。（）、 4.内燃机的指示性能指标是指以曲轴对外输出为基础的指标。（） 5.平均指示压力越高，气缸工作容积的利用程度越佳。（） 6.一般来说，发动机机械损失功率最大的部分是活塞连杆曲轴机构中的摩擦损失。（） 五、简答题 1.简述四冲程汽油机的实际工作循环过程。 2.绘出非增压四冲程汽油机的示功图，并在图中标出大气压力线，压缩终点气缸容积，气缸工作容积。 3.内燃机的机械损失包括哪几部分？常用哪几种方法测量内燃机的机械损失？简述其原理。 4.在初态相同、最高压力和温度相同、放热量相同的前提下，在发动机理想循环p-V 图上比较混合、定容和定压加热循环的热效率。
发动机总体构造测试题 一、选择题 1、上止点是指活塞离曲轴回转中心（）处。 A、最远； B、最近； C、最高； D、最低 2、下止点是指活塞离曲轴回转中心（）处。 A、最远； B、最近； C、最高； D、最低 3、压缩比是指汽缸（）容积与（）容积的比值。 A、工作……燃烧室； B、总……燃烧室； C、总……工作； D、燃烧室……工作 4、气缸总容积等于气缸工作容积与燃烧室容积（）。 A、之差； B、之和； C、乘积； D、之比 5、四冲程发动机在进行压缩冲程时，进气门（），排气门（）。 A、开……开； B、开……关； C、关……开； D、关……关 6、四冲程柴油发动机在进行进气行程时，进入气缸的是（）。 A、纯空气； B、氧气； C、可燃混合气； D、纯燃料 7、四冲程发动机一个工作循环，曲轴共旋转（）。 A、四周； B、三周； C、二周； D、一周 8、二冲程发动机一个工作循环，活塞在上、下止点间往复移动共（）。 A、四次； B、三次； C、二次； D、一次 9、当发动机发出最大功率时，此时发动机转矩（）耗油率（）。 A、最大……最低； B、最小……最高； C、最大……最高； D、小于最大转矩……大于最低油耗
10、汽油机4100Q型发动机中Q字代表该发动机是（）用。 A、工程机械用； B、车用； C、拖拉机用； D、摩托车用 二、判断题 1、活塞行程是指上、下两止点间的距离。（） 2、发动机排量是指所有气缸工作容积的总和。（） 3、四行程发动机在进行压缩行程时，进排气门都是开启的。（） 4、二行程发动机完成一个工作循环，曲轴共转二周。（） 5、四行程柴油机在进气行程时，进入气缸的是可燃混合气。（） 6、汽油机的组成部分有点火系统，而柴油机没有点火系统。（） 7、以发动机曲轴对外输出功率为基础指标称为发动机有效性能（） 8、发动机的速度特性属于调整特性。（） 9、发动机负荷特性属于使用特性。（） 10、柴油机6135Q表示该发动机是六缸、四冲程、气缸直径135mm、风冷、汽车用。（） 三、简答题 1、说明发动机常用术语定义和气缸工作容积、气缸总容积、压缩比的计算公式。 2、叙述四冲程汽油机和四冲程柴油机工作过程的主要不同之处。 3说明发动机主要组成部分名称和每个组成部分的主要部件名称。4、CA—488汽油机有四个气缸，气缸直径87.5mm,，活塞行程92mm，压缩比为8.1，试计算其气缸工作容积、燃烧室容积及发动机排量。（容积以L为单位）