第一章 发动机工作循环及性能(自)

第一章发动机的性能三、名词解释1. 平均有效压力：单位气缸工作容积所做的循环有效功称为平均有效压力。

2. 升功率：在标定工况下，每升发动机工作容积发出的有效功率称为升功率。

3. 活塞平均运动速度：发动机在标定转速下工作时，活塞往复运动速度的平均值称为活塞平均运动速度。

4. 机械效率：指示功减去机械损失功后，转为有效输出功的百分比称为机械效率。

5. 有效燃油消耗率：发动机每发出h kW ⋅1的有效功所消耗的燃油量。

6. 燃烧效率：燃料化学能通过燃烧转为热能的百分比称为燃烧效率。

7. 平均指示压力：单位气缸工作容积所做的循环指示功称为平均指示压力。

8.工质定压比热容：单位质量工质在定压过程中温度升高１℃所需的热量称为工质的定压比热容。

四、简答9.简述工质改变对发动机实际循环的影响。

答案要点：1)工质比热容变化的影响：比热容Cp 、Cv 加大，k 值减小，也就是相同加热量下，温升值会相对降低，使得热效率也相对下降。

2)高温热分解：这一效应使燃烧放热的总时间拉长，实质上是降低了循环的等容度而使热效率ηt 有所下降。

3)工质分子变化系数的影响：一般情况下μ＞1时，分子数增多，输出功率和热效率会上升，反之μ＜l 时，会下降。

4)可燃混合气过量空气系数的影响：当过量空气系数φa <1时，部分燃料没有足够空气，或排出缸外，或生成CO ，都会使ηt 下降。

而φa >1时，ηt 值将随φa 上升而有增大。

10. S/D （行程/缸径）这一参数对内燃机的转速、结构、气缸散热量以及与整车配套的主要影响有哪些？ 答案要点：活塞平均运动速度30sn m =ν若S ／D 小于1，称为短行程发动机，旋转半径减小，曲柄连杆机构的旋转运动质量的惯性力减小；在保证活塞平均运动速度m ν不变的情况下，发动机转速n 增加，有利于与汽车底盘传动系统的匹配，发动机高度较小，有利于在汽车发动机仓的布置；S ／D 值较小，相对散热面积较大，散热损失增加，燃烧室扁平，不利于合理组织燃烧等。

第一章发动机的性能1.简述发动机的实际工作循环过程。

1）进气过程：为了使发动机连续运转，必须不断吸入新鲜工质，即是进气过程。

此时进气门开启，排气门关闭，活塞由上止点向下止点移动。

2）压缩过程：此时进排气门关闭，活塞由下止点向上止点移动，缸内工质受到压缩、温度。

压力不断上升，工质受压缩的程度用压缩比表示。

3）燃烧过程：期间进排气门关闭，活塞在上止点前后。

作用是将燃料的化学能转化为热能，使工质的压力和温度升高，燃烧放热多，靠近上止点，热效率越高。

4)膨胀过程：此时，进排气门均关闭，高温高压的工质推动活塞，由上止点向下至点移动而膨胀做功，气体的压力、温度也随之迅速下降。

（5）排气过程：当膨胀过程接近终了时，排气门打开，废气开始靠自身压力自由排气，膨胀过程结束时，活塞由下止点返回上止点，将气缸内废气移除。

3.提高发动机实际工作循环热效率的基本途径是什么？可采取哪些基本措施？提高实际循环热效率的基本途径是：减小工质传热损失、燃烧损失、换气损失、不完全燃烧损失、工质流动损失、工质泄漏损失。

提高工质的绝热指数κ可采取的基本措施是：⑴减小燃烧室面积，缩短后燃期能减小传热损失。

⑵. 采用最佳的点火提前角和供油提前角能减小提前燃烧损失或后燃损失。

⑶采用多气门、最佳配气相位和最优的进排气系统能减小换气损失。

⑷加强燃烧室气流运动，改善混合气均匀性，优化混合气浓度能减少不完全燃烧损失。

⑸优化燃烧室结构减少缸内流动损失。

⑹采用合理的配缸间隙，提高各密封面的密封性减少工质泄漏损失。

4.什么是发动机的指示指标？主要有哪些？答：以工质对活塞所作之功为计算基准的指标称为指示性能指标。

它主要有：指示功和平均指示压力.指示功率.指示热效率和指示燃油消耗率。

5.什么是发动机的有效指标？主要有哪些？答:以曲轴输出功为计算基准的指标称为有效性能指标。

主要有：1）发动机动力性指标，包括有效功和有效功率.有效转矩.平均有效压力.转速n和活塞平均速度；2）发动机经济性指标，包括有效热效率.有效燃油消耗率；3）发动机强化指标，包括升功率PL.比质量me。

第一章发动机的性能指标与循环分析§1.1 工质对活塞所作之功及示功图四．工质对活塞作功1．正功，负功在发动机工作循环的每一个冲程中，由于活塞总在运动，活塞顶面缸内工质和活塞背面缸外介质都要对活塞作功。

工质压力与活塞运动方向相同时，作正功，反之作负功。

2．冲程功，循环功每一冲程所作之功叫冲程功；每一循环所作之功叫循环功，图1各冲程压力形成的封闭曲线所包围的环积分面积表示。

五．四冲程发动机的示功图1．自然吸气四冲程发动机的示功图1)活塞背面压力p0在四个冲程中对活塞作功为零，因而循环功可由单缸内工质对活塞作功来计算；2)循环动力过程功：压缩与燃烧膨胀冲程所作之正功称为循环动力过程功，即：W1+W3进、排气冲程泵气功：进、排气过程中，工质对活塞所作之功，是排气负功与进气正功之和，即：W2+W3循环过程净功（指示功）：Wi=(W1+W3)-(W2+W3)= W1-W22．增压四冲程发动机示功图由于增压时缸内平均进气压力大于大气压力p0，一般也大于缸内平均排气压力，所以示功图上的泵气功为正功，净指示功为W i=W1+W2六．泵气过程功1．实际泵气功：W2面积2．理论泵气功：（p b-p k）V s，自然吸气机型为零。

3．泵气损失功：自然吸气机型为W2。

§1.2 动力、经济性能指标一. 两类指标 1) 指示性能指标以工质对活塞作功为计算基准的指标称为指示性能指标，简称指示指标。

直接反映工作循环进行的好坏。

包括指示功、平均指示压力、指示热效率和指示燃油消耗率。

2) 有效性能指标以曲轴输出功为计算基准的指标称为有效性能指标，简称有效指标。

用于评定发动机实际工作能力的优劣。

二. 指示性能指标1. 循环指示功与平均指示压力1) 循环指示功：在气缸内完成一个工作循环工质对活塞所作的有用功。

用W i 表示。

W i=W 1+W 2（增压）Wi =(W1+W 3)-(W 2+W 3) = W 1-W 2 （自然吸气）2) 平均指示压力：单位气缸工作容积所作的循环指示功。

第一章发动机工作原理发动机是将其他形式的能量转变为机械能的一种机械装置。

内燃机是燃料在发动机内部燃烧,内燃机每实现一次热功转换，都要经历一系列连续的工作过程，构成一个工作循环，否则，就不能实现热功的转换。

第一节发动机总体结构及基本原理现代汽车发动机根据所用燃料的不同可分为:1.汽油发动机(简称汽油机)1). 化油器式汽油机: 汽油和空气在化油器内混合成可燃混合气,在输入气缸加以压缩，然后用电火花点火使之燃烧而发热作功。

2). 汽油喷射式发动机: 将汽油直接喷人进气管或气缸内，与空气混合形成可燃混合气，再用电火花点燃。

2.柴油发动机(简称柴油机)：汽车用柴油机使用的燃料一般是轻柴油，它是通过喷油泵和喷油器将柴油直接喷人气缸，与气缸内经过压缩的空气混合，使之在高温下自燃作功。

一．发动机总体构造发动机基本由以下机构和系统组成：曲柄连杆机构、配气机构、供给系、润滑系、冷却系、点火系和起动系。

1．曲柄连杆机构：它的功用是将燃料燃烧时产生的热量转变为活塞往复运动的机械能，再通过连杆将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动而对外输出动力。

2．配气机构：它的功用是使可燃混合气及时充人气缸并及时从气缸排出废气。

3．供给系：它的功用是把汽油和空气混合成合适的可燃混合气供人气缸，以供燃烧，并将燃烧生成的废气排出发动机。

4．润滑系：它的功用是将润滑油供给作相对运动的零件以减少它们之间的摩擦阻力，减轻机件的磨损，并部分地冷却摩擦零件5．冷却系：它的功用是把受热机件的热量散到大气中去，以保证发动机正常工作。

6．点火系：它的功用是保证按规定时刻及时点燃气缸中被压缩的混合气。

7．起动系：它的功用是用以使静止的发动机起动并转入自行运转。

汽油机一般都由上述两个机构和五个系统组成。

对于汽车用柴油机，由于其混合气是自行着火燃烧的，所以柴油机没有点火系。

因此柴油机由两个机构和四个系统组成。

二．四冲程发动机工作原理（一）汽车发动机的基本名词术语1．活塞行程与止点上止点：活塞顶距离曲轴旋转中心最远的位置称为上止点。

第一章 内燃机工作循环与性能指标内燃机的实际工作循环：由进气、压缩、燃烧—膨胀、排气四个过程组成，它是周期性地将燃料燃烧所产生的热能转变为机械能的往复过程。

基本原理：内燃机通过进气过程向气缸内吸入新鲜空气或空气与燃料的混合气，通过活塞的压缩行程，将新鲜充量的温度、压力提高到一个合适的水平，然后燃料以点燃或压燃的方式开始燃烧释放出热能，气缸内气体工质被加热，温度和压力得到进一步提升，同时膨胀推动活塞做功实现由热能到机械能的转变，最后通过排气过程排除已燃废气。

理论循环提出的假设：（1）以空气作为循环工质，视其为理想气体，物理及化学性质保持不变，工质比热容为常数；（2）循环工质的总质量保持不变（3）将燃烧过程简化为等容或等压的加热过程，将排气过程简化为等容放热过程；（4）将工质的压缩和膨胀过程看成等熵过程，工质与外界不进行热交换。

三种形式的理论循环：（1）定容加热循环，如汽油机（2）定压加热循环，如高增压和低速大型柴油机（3）混合加热循环，如高速柴油机理论循环的评价指标：（1）循环热效率t η：工质所做循环功W 与循环加热量1Q 之比，用来评价循环的经济性，即 12t 11Q Q W Q Q η-== 影响t η的因素有：①压缩比ε（随着ε增大，三种循环的热效率都提高，提高压缩比可以提高循环平均加热温度，降低循环平均放热温度）；②绝热指数k （随着k 值增大，t η将提 高）；③压力升高比λ（定压加热循环与定容循环的t η均与λ无关，对于混合加热循环，当1Q 与ε不变时，λ增大则ρ减小，膨胀过程增加，2Q 减少，t η提高）；④预胀比ρ（ρ值 增加，t η下降）（2）循环平均压力t p ：单位气缸工作容积所做的循环功，用来评价循环的做功能力，即 t ()SW p kPa V = 对于定压和定容加热循环，循环平均压力t p 随压缩起点压力a p 、压缩比ε、压力升高比λ 预胀比ρ、绝热指数K 和热效率t η的增加而增加；对于混合加热循环，若1Q 不变，增加ρ 就是减少λ，t η下降，t p 也降低继续膨胀循环：（1）脉冲涡轮增压（2）定压涡轮增压四行程内燃机的实际循环：（1）进气过程：进气压力终点a p 一般小于环境大气压力0p ，压力差用于克服进气阻力，进气终点的温度a T 高于环境大气温度0T（2）压缩过程：复杂多变过程，压缩终了的压力1n c a p p ε=，温度11n c a T T ε-=，其中，多 变指数1n 主要受工质与缸壁的热交换及工质泄露情况的影响，当转速提高时，热交换时间 缩短，缸壁的传热和气缸泄漏气量减少，1n 会增大，当负荷增加时，气缸壁温度升高，传 热量减少，1n 增大，而当漏气量增加或缸壁温度降低时，1n 减小。

第一章发动机的性能一.主要内容1.理论循环的定义，理论循环的评定参数。

2.发动机实际循环的定义。

3.示功图的概念。

4.指示指标与有效指标。

5.机械效率的定义，机械损失的测定，影响发动机机械损失的因素。

6.热平衡的基本概念。

二.重点1.对发动机理论循环与实际循环的分析2.发动机的指示指标与有效指标3.发动机的机械损失组成、影响因素三.难点1.理论循环的比较2.循环热效率及其影响因素3.有效指标的分析与提高发动机动力性和经济性的4.汽车发动机机械效率的测定方法5.热平衡（实际循环热平衡、发动机热平衡）1.理论循环的定义，理论循环的评定参数。

答：理论循环定义：发动机的理论循环是将非常复杂的实际工作过程加以抽象简化，忽略一些因素，所得出的简化循环。

理论循环评定参数：循环热效率ηt:指热力循环所获得的理论功W t与为获得理论功所加入的总的热量Q1之比,即ηt=W t/Q1=1-Q2/Q1循环热效率是用来评价动力机械设备在能量转换过程中所遵循的理论循环的经济性。

循环平均压力P t：指单位气缸工作容积所做的循环功，即P t=W t/V s=ηt·Q1/ V s循环平均压力是用来评价循环的做功能力。

1.发动机实际循环的定义。

答：发动机实际循环的定义：发动机的实际循环是由进气行程、压缩行程、做功行程以及排气行程4个行程5个过程组成的工作循环。

发动机的热平衡:是指发动机实际工作过程中所加入气缸内的燃料完成燃烧时所能放出的热量的具体分配情况。

发动机理论循环的定义发动机的机械损失组成、影响因素————刘忠俊答：发动机的机械损失组成包括：①发动机内部相对运动件的摩擦损失；②驱动附件的损失；③换气过程中的泵气损失。

影响因素：⑴气缸内最高燃烧压力（凡是导致最高燃烧压力上升的因素都将加大摩擦损失，导致机械损失加大）；⑵转速——转速N上升，机械损失功率增加，机械效率下降；⑶负荷——随负荷减少，机械效率ηm下降，直到空转时，有效功率Pe=0；⑷润滑条件和冷却水温度；⑸发动机技术状况。

发动机原理 习题第一章 发动机工作循环及性能指标[1]说明提高压缩比可以提高发动机热效率和功率的原因。

答：由混合加热循环热效率公式：知提高压缩比可以提高发动机热效率。

[2] 为什么汽油机的压缩比不宜过高？答：汽油机压缩比的增加受到结构强度、机械效率和燃烧条件的限制。

1ε增高将Pz 使急剧上升，对承载零件的强度要求更高，增加发动机的质量，降低发动机的使用寿命和可靠性2ε增高导致运动摩擦副之间的摩擦力增加，及运动件惯性力的增大，从而导致机械效率下降 3ε增高导致压缩终点的压力和温度升高，易使汽油机产生不正常燃烧即爆震[3]做出四冲程非增压柴油机理想循环和实际循环p-V 图，并标明各项损失。

（见书第9页 图1-2）[4]何为指示指标？何为有效指标？答：指示指标：以工质在气缸内对活塞做功为基础，评价工作循环的质量。

有效指标：以曲轴上得到的净功率为基础，评价整机性能。

[5] 发动机机械损失有哪几部分组成？答： 发动机机械损由摩擦损失、驱动附件损失、泵气损失组成。

[6] 写出机械效率的定义式，并分析影响机械效率的因素。

影响机械效率的因素：1、转速ηm 与n 似呈二次方关系，随n 增大而迅速下降2、负荷 负荷↓时，发动机燃烧剧烈程度↓，平均指示压力↓；而由于转速不变，平均机械损失压力基本保持不变。

则由 ，机械效率下降 当发动机怠速运转时 ，机械效率=03、润滑油品质和冷却水温度 冷却水、润滑油温度通过润滑油粘度间接影响润滑效果。

[7] 试述机械损失的测定方法。

机械损失的测试方法只有通过实际内燃机的试验来测定。

常用的方法有：倒拖法灭缸法、油耗线法和示功图法。

（1）倒拖法步骤：1.让内燃机在给定工况下稳定运转，是冷却水和机油温度达到给定值；2.切断燃油供应或停止点火，同时将电力测功器转换为电动机，以原给定速度倒拖内燃机空转，并尽可能使冷却水、机油温度保持不变。

此方法规定优先采用，且不能用于增压发动机。

（2）灭缸法)1()1(1111-+--⋅-=-ρλλρλεηk k k t ↓↓-=i m m p p 1ηi mi m i e i e m p p N N p p N N -=-===11η此方法仅适用于多缸内燃机（非增压柴油机）步骤：1.将内燃机调整到给定工矿稳定运转，测出其有效功率Pe。

第一章内燃机的循环及性能评价指标1内燃机是在气缸内将燃料的化学能通过燃烧转为热能，再通过曲柄连杆机构将热能转化为机械的动力装置.根据完成一次能量转换所需的行程数不同，内燃机分四冲程机和二冲程机2内燃机对外输出功需要的环节：第一环节：混合气的形成并导入气缸的过程.第二环节:燃烧放热过程.第三环节:能过量的传递过程。

3三种理论循环：等容丶等压丶混合加热循环，①当加热量和压缩比相同时放热Qp>Qm>Q v ②.加热量和最高压力一定时，Qv>Qm>Qp③最高压力和最高温度一定时Qv=Qm=Qp4四冲程内燃机的实际循环热效率取决于混合气形成方式和燃烧放热规律，以及压缩比的最佳匹配.汽油机是均匀混合气以火焰传播形式迅速燃烧，柴油机根据混合气的形成特点家燃烧分预混合燃烧和扩散燃烧5论循环的评价:常用循环热效率（是指热力循环所获得的理论功与为获得该理论功所加入的总热量之比）评价动力机械设备在能量转换过程中所遵循理论循环的经济性，用循环平均压力(是指单位气缸工作容积所做的循环功)评价循环的做工能力. 6四冲程内燃机的实际循环：由进气行程（过程）丶压缩行程（过程）丶做功行程（燃烧过程和膨胀过程）以及排气过程（过程）4个行程5个过程组成。

评价指标：内燃机性能评价指标有两大类，即以活塞做功为基础评价气缸内热功转换的完善程度的指示指标；和以曲轴飞轮端对外输出的有效功为基础，从实用角度评价对外做功的有效指标。

实际循环做功能力的评价指标主要有平均指示压力（定义为单位气缸工作容积所做的指示功）和指示功率（指发动机单位时间所做的指示功）。

实际循环的经济指标有指示热效率和指示燃油消耗率。

7内燃机有效性能指标：①动力性指标a有效功率（克服运动件的摩擦损失功率以及驱动冷却风扇丶机油泵等附件所消耗的功率损失后，经曲轴对外输出的有用功。

称指示功率在传递过程中所有内部消耗功率的总和为机械损失功率）b平均有效压力（单位气缸工作容积输出的有效功）②经济性指标a有效热效率（实际循环对外输出的有效功与未获得此有效功率所消耗的热量之比）③排放指标8机械损失:内燃机的机械损失①摩擦损失62%-75%②驱动附件的损失10%-20%③泵气损失9机械损失的测定a倒拖法b示功图法c灭缸法10 排气提前角如何影响发动机性能？①如果加大排气提前角，排气初期缸内压力和温度更高，超临界排气声速更高。

发动机运行原理发动机是现代交通工具中非常重要的部件之一，它的运行原理直接影响着车辆的性能和效能。

本文将从发动机的工作循环、燃烧原理以及动力输出等方面，详细介绍发动机的运行原理。

一、工作循环发动机的工作循环通常包括四个阶段：吸气、压缩、燃烧和排气。

在吸气阶段，活塞向下运动，汽缸内的气门打开，进气门打开，燃料和空气混合物通过进气道进入汽缸；在压缩阶段，活塞向上运动，进气门关闭，气缸内的混合物被压缩；在燃烧阶段，活塞到达顶点时，火花塞发出火花引燃混合物，产生爆炸燃烧，释放出能量；在排气阶段，活塞再次向下运动，废气通过排气门排出汽缸。

这个工作循环的连续重复使发动机不断地提供动力。

二、燃烧原理燃烧是发动机运行的关键步骤，它使得燃料释放出的能量转化为机械能。

在燃烧室内，燃料与空气混合后被点燃，产生火焰。

燃料的选择和混合比例的合理性会直接影响燃烧的效果。

常见的燃料有汽油、柴油和天然气等。

而混合比例通常由空燃比来衡量，空燃比是指燃烧室内的空气与燃料的质量比。

过高或过低的空燃比都会导致燃烧效率的下降和污染物的增加。

三、动力输出发动机通过燃烧产生的高温高压气体推动活塞，将燃料的化学能转化为机械能。

活塞的上下运动通过连杆和曲轴转化为旋转运动，驱动车辆前进。

发动机输出的动力主要通过曲轴输出轴传递给传动系统，最终驱动车轮。

传动系统的设计和调整可以使车辆获得不同的驱动方式，如前驱、后驱或四驱。

发动机的动力输出直接影响着车辆的加速性能和牵引力。

发动机的运行原理是一个复杂的系统工程，它受到多种因素的影响。

例如，发动机的排量、缸径、冷却系统、润滑系统等都会对发动机的性能产生影响。

同时，发动机的效率也是衡量其性能的重要指标之一。

提高发动机的效率可以通过优化燃烧过程、改进进气和排气系统以及减小摩擦损失等方式来实现。

总结起来，发动机的运行原理是通过工作循环、燃烧原理和动力输出来实现的。

工作循环由吸气、压缩、燃烧和排气四个阶段组成，燃烧原理是发动机能够将燃料的能量转化为机械能的关键步骤，动力输出通过活塞的上下运动和连杆、曲轴的转化实现。