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1.4发动机性能指标1.4.1动力性能指标1.有效转矩：发动机曲轴输出的平均转矩称为有效转矩2.平均有效压力：指单位气缸工作容积所输出的有效功3.有效功率：发动机曲轴输出的功率称为有效功率升功率Pc：发动机在标定工况下没升气缸工作容积所发出的有效功率1.4.2经济性能指标1.燃油消耗率：每小时单位有效功率消耗的燃油量成为燃油消耗率2.有效热效率：燃料中所含的热量转变为有效功的比例称为有效热功率1.4.3运转性能指标1.排放指标2.噪声3.起动性能1.4.4可靠性欲耐久性能指标：汽车发动机使用中的两个重要指标1.可靠性是指发动机在规定的运转条件下，具有持续工作，不至于因为故障而影响正常运转的能力。
一般以保证期内的不停车故障数，停车故障数，更换主要零件和重要零件数等具体指标来衡量2.耐久性：是指发动机在规定的运转条件下，长期工作而不大修的性能。
一般以发动机从开始使用到第一次大修前累计运转的时间表示3.4四冲程发动机的充气效率3.4.1充气效率Nv:评价发动机换气过程完善的程度可采用充气效率作为指标。
它是指在每个循环中，实际进入气缸的冲量与进气状态下充满气缸工作容积的理论充气量的比值。
进气状态是指当时当地的大气状态或增压器压气机出口的气体状态Nv值越高，表示每个循环进入气缸的冲量越多，则发动机的功率转矩增加，动力性，经济性能及排放性能也就越好3.4.2影响换气过程的因素分析1.进气终了压力Pa，Pa↑Nv↑1）减少进气系统流通阻力，可提高Pa2）使用多进气门机构可以有效提高Pa值3）发动机增压，可以较大幅度提高进气终了压力，有效改善发动机性能2.进气终了温度Ta，Ta↑充气气缸中的工质密度愈小，新鲜冲量愈少3.气缸内残余废弃量4.配气定时4.1汽油机对燃料共给系的基本要求汽油机燃油供给系统的作用是根据汽油机的不同工况要求，供给不同浓度的混合气4.1.1稳定工况对混合气浓度的要求稳定工况是指发动机已经预热，转入正常运转，并且在一定时间内工况没有突然变化，他分为怠速，小负荷，中等负荷，大负荷和全负荷等。
一、发动机性能1.发动机性能评价的主要指标:动力性指标: 功率P、转矩T tq、转速n、平均有效压力p e经济性指标：燃油消耗率b、（润滑油消耗率）环保性指标：有害排放物（CO、HC、NO x微粒）、噪声、振动使用性指标：可靠性、耐久性、维修方便性2.循环：理想工质：①理想气体：空气②物性参数不随着压力、温度的变化而变化理想循环：①封闭系统②进排气门的关闭看作瞬时的过程③压缩、膨胀看作绝热等熵过程加热过程：方式：①等容放热过程：等容②等压③混合a图：说明定容加热的热效率最高b图：说明汽柴油机在Q1相同、最高压力相同下，汽油机热效率比柴油机热效率低，而且实际中P zmax柴>P zmax汽，所以汽油机热效率比柴油机热效率就更低了。
3. 理论循环分析的指导意义指出了改善发动机动力性、经济性的基本原则和方向a.在允许的条件下，尽可能提高压缩比εb.合理组织燃烧，提高循环加热等容度（减少预膨胀比ρ和合理选择燃烧始点）c.保证工质具有较高的绝热指数K4.自然吸气四冲程发动机pv 图废气涡轮增压四冲程发动机pv 图5.指示指标1）指示功(kJ) W i (一个实际循环工质对活塞所做的有用功,即净指示功,相当于示功图面积A1±A3)2）平均指示压力(MPa) p mi=W i/ V s3）平均指示功率(kw) P i = p mi V s in/30τ4）指示热效率ηi=W i/Q1 =3.6/ b i hμ5）指示燃料消耗率(g/(kw·h) ) b i=B/P i（单位指示功的耗油量）B—每小时耗油量（kg/h）6.有效指标：动力性指标：（1）有效功率(kJ) P e (曲轴输出功)= P i - P m（2）平均有效压力(MPa) p me=W e/ V s（3）有效功率(kw) P e= p me V s in/30τ（4）有效扭矩(N.m) P e= 2πnT tq/60*1000 = T tq n/9550（5）转速n(转/min)和活塞平均速度C m (m/s)C m = Sn/30经济性指标（6）有效热效率ηe=We/Q1 =3.6/ behμ（7）有效燃料消耗率(g/(kw·h) ) be=B/Pe发动机的强化指标（1）升功率P L(kw.L)和比质量m e (kg/kw)P L = P e/V s i= p me V s in/30V s iτ = p me n/30τm e = m/ P em—发动机的干质量，不含冷却水和润滑油的发动机质量（2）强化系数p me C mp me C m越高，发动机的热负荷和机械负荷越大，发动机的发展趋势是强化系数的提高，故p me C m的提高也标志了技术的进步。
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1章汽车发动机基本结构与工作原理讲解
一、汽车发动机概述
汽车发动机是汽车的动力源，它是一种运用化学能转换成机械能，并
有输出功率的机械装置。
通常情况下，汽车发动机是指内燃机，其主要构
成有气缸、活塞、火花塞、燃料系统等构件。
内燃机以燃烧混合气来增压
气缸，利用增压燃气的压力来使活塞沿周向运动，从而带动曲轴、转子和
其它机械部件运动，产生机械能。
二、汽车发动机结构
汽车发动机主要由气缸、连杆、活塞、火花塞、发动机曲轴、曲轴壳、冷却系统、燃油系统等若干部分组成。
（1）气缸：气缸是内燃机的核心部件。
它主要由气缸盖、气缸筒、
嘴板组成，是内燃机中燃烧混合气和排出烟气的地方。
（2）连杆：连杆是内燃机的轴部件，它由连杆尾和连杆头两部分组成，用于把活塞的运动转换为曲轴的运动。
（3）活塞：活塞是内燃机的运动部件，它是由活塞皮、活塞销、活
塞柱等构成，由气缸中的燃烧混合气的压力带动活塞沿着气缸的径向运动。
（4）火花塞：火花塞是内燃机中重要的设备，它是由火花塞体、火
花塞头、火花塞线圈等构成，用于向气缸中放入火花，由火花“点燃”混
合气，从而发生燃烧作用，产生增压。
发动机原理武汉理工大学汽车工程学院刘志恩lzen@2012年6月目录☐绪论☐第一章发动机的性能☐第二章发动机的换气过程☐第三章燃料与燃烧☐第四章汽油机混合气的形成和燃烧☐第五章柴油机混合气的形成和燃烧☐第六章发动机的特性☐第七章发动机电控燃油喷射（EFI）☐第八章发动机废气涡轮增压☐第九章排气污染及控制第一章发动机的性能☐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。
☐发动机的主要性能指标有：动力性指标、经济性指标、环境指标、可靠性指标和耐久性指标等。
☐本书以发动机性能为研究对象，深入到发动机工作过程的各个阶段，分析影响这些性能的各种因素，从中找出提高性能的一般规律。
发动机的性能指标与示功图☐1. 动力性能指标功率(Power)，转矩(Torque)，转速(Revolution/Speed) 平均有效压力(BMEP)☐2. 经济性能指标 燃油消耗率(Fuel consumption)机油消耗率(Lubricant consumption)☐3. 环境性能指标碳氢(HC), 一氧化碳(CO), 氮氧化物(NOx), 颗粒物(PM), 二氧化碳(CO 2)噪声振动(NVH)☐4. 使用性能指标可靠性或耐久性(Robust, Reliability)维修方便(I/M convenience)，冷起动(Cold start)。
与发动机的工作循环密切相关示功图（四冲程）p-V 图IVC EVO EVC IVO TDC 上止点BDC 下止点p p z p 0V s V c V p A ds ☐示功图(Indicator Diagram)：发动机气缸内工质压力p 随气缸容积V （或曲轴转角 ）的变化曲线示功图P-V 图。
活塞上止点TDC-Top Dead Center;活塞下止点BDC-Bottom Dead Center ；进气门开启IVO-Intake Valve Open;进气门关闭IVC-Intake Valve Close ；排气门开启EVO-Exhaust Valve Open;排气门关闭EVC-Exhaust Valve Close ；示功图☐P-V 图上曲线所包围的面积（积分）表示工质完成一个热力循环所做的功,它反应了发动机做功的能力。
☐发动机实际工作循环是由进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个过程所组成。
实际工作循环非常复杂！本章主要内容☐发动机的理论循环和实际循环☐实际循环的评定－指示指标☐发动机动力性和经济性评定－有效指标☐发动机的环境指标☐发动机的机械损失☐发动机的热平衡第一节发动机理论循环定义：发动机的理论循环是将非常复杂的实际工作的热力循环过程加以抽象简化，忽略一些因素，所得出的简化循环。
意义：通过对理论循环的研究，可以清楚地确定影响性能的某些重要因素，从而找到提高发动机性能的基本途径。
☐一、三种基本循环 最简单的理论循环——空气标准循环，其简化条件为：◆l ）假设工质是理想气体，其物理常数与标准状态下的空气物理常数相同◆2）假设工质是在闭口系统中作封闭循环Q 1Q 2绝热压缩等容/等压加热绝热膨胀等容放热◆3）假设工质的压缩及膨胀是绝热等熵过程◆4）假设燃烧是外界无数数个高温热源定容或定压向工质加热。
工质放热为定容放热根据加热方式不同，发动机有三种基本空气标准循环，用P－V图表示：◆定容加热循环（汽油机，混合气燃烧迅速）◆定压加热循环（高增压和低速大型柴油机，受燃烧最高压力的限制）◆混合加热循环（高速柴油机）评定理论循环的指标：◆循环热效率ηt✓定义：工质所做循环功W（J）与循（J）之比环加热量Q1✓意义：评定循环经济性◆循环平均压力pt✓定义：单位气缸容积所做的循环功，用来评定循环的做功能力✓意义：评定循环动力性（做功能力）☐二、循环热效率ηt （Thermal Efficiency ）按工程热力学公式，混合加热循环热效率为◆ε－压缩比，ε=Va ／Vc=(Vs+Vc)／Vc=1+Vs/Vc ，其中，Va 为气缸总容积，Vc 为气缸压缩容积，Vs 为气缸工作容积；（汽油机7-10，柴油机14-22，增压柴油机12-15）◆λ－压力升高比，λ=p z /p c ；◆ρ－初始膨胀比，ρ=V z /V z ’；◆k －绝热指数，k=1.41212111Q Q Q Q Q Q W t -=-==η()()111111-+--⋅-=-ρλλληρεK KK tm定容加热循环（ρ=1）热效率为定压加热循环（λ=1）热效率为εη111--=K tV )1(1111--⋅-=-ρηρεK KK tP ()()111111-+--⋅-=-ρλλληρεK KK tm☐影响循环热效率ηt的因素 l. 压缩比ε：◆提高ε，循环的ηt都提高。
2. 绝热指数K：◆随K值增大，ηt将提高。
3. 压力升高比λ：◆定压加热循环λ=1；◆定容加热循环λ不影响ηt；◆混合加热循环随λ增大ηt 将提高。
4. 初始膨胀比ρ：◆定容加热循环ρ=1；◆定压加热循环和混合加热循环随ρ增大ηt将下降。
☐三、循环平均压力p tp t 是单位气缸容积所做的循环功，用来评定循环做功的能力，单位：kPa按工程热力学公式，混合加热循环的平均压力p a 为进气终点的压力，即a 点压力。
st V W p =taKtm K K p p ηρλλεε⋅-+-⋅-⋅-=)]1()1[(11定容加热循环（ρ=1）的平均压力为定压加热循环（λ=1）的平均压力为可见，p t 是随压缩始点压力p a 、压缩比ε、压力升高比λ、预膨胀比ρ、绝热指数K 和热效率ηt 的增加而增加。
taKtVK p p ηλεε⋅-⋅-⋅-=)1(11taKtP K K p p ηρεε⋅-⋅-⋅-=)1(11taKtm K K p p ηρλλεε⋅-+-⋅-⋅-=)]1()1[(11理论循环分析的指导意义☐（1）指出了改善发动机动力性、经济性的基本原则和方向在允许的条件下，尽可能提高压缩比ε；合理组织燃烧，提高循环加热等容度（减少初始膨胀比ρ和合理选择燃烧始点）；保证工质具有较高的绝热指数k ；☐（2）提供了发动机之间进行动力性、经济性对比的理论依据同一机型不同加热模式的对比，当ε、k 及Q 1不变：等容循环ηt >混合循环ηt >等压循环ηt当加热量Q 1和p max 不变时：等压循环ηt >混合循环ηt >等容循环ηt第二节四冲程发动机的实际循环☐发动机实际循环由进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个过程所组成。
☐实际循环通常用气缸内的工质压力p随气缸工作容积V（或曲轴转角φ）而变化的图形表示，即示功图p－V图，p－φ图称为展开示功图。
☐可以通过发动机台架试验的方式来获得示功图p－V图，p－φ图。
示功图测取装置电荷放大器压电传感器角标器p-∏ 图示功图（四冲程）p-V 图ITDC 0BDC 180TDC 360BDC540Ep p zp 0EEVO IVCIVOEVCp p zp 0V sV cV pAdsTDC -Top Dead Center BDC -Bottom Dead Center IVO -Intake Valve Open IVC -Intake Valve Close EVO -Exhaust Valve Open EVC -Exhaust Valve CloseTDC(上止点) BDC(下止点)示功图Indicator Diagram压力图/展开示功图TDC∏720 °CA I要求会识图和画图！w/o combustion发动机的实际循环过程示功图过程描述作用终点压力P(MPa)（P=0.1015MPa）终点温度T(K)进气r-a线活塞下行，进开排关吸入新鲜混合气汽：0.075~0.08柴：0.08~0.09汽：340~380柴：300~340压缩a-c线活塞上行，进关排关增大工作过程温差，提高热功转换效率，为燃烧创造条件汽：0.8~2.0柴：3.0~5.0汽：600~750柴：750~1000燃烧c-z线上死点附近，进关排关化学能转变为热能，工质的压力、温度升高汽：3.0~6.5柴：4.5~9.0汽：2200~2800柴：1800~2200膨胀z-b线活塞下行，进关排关活塞主动对外做功，热能转变为机械能，工质的压力、温度下降汽：0.3~0.6柴：0.2~0.5汽：1200~1500柴：1000~1200排气b-r线活塞上行，进关排开排出废气汽：0.105~0.115柴：0.105~0.115汽：900~1200柴：700~900柴油机因压缩比高，燃烧的最高爆发压力p Z 很高，但因相对于燃油的空气量大，所以最高燃烧温度T Z 值反而比汽油机低。
所以各个过程的温度均比汽油机低，唯独压缩过程终点时高于汽油机；压缩比高，所以柴油机气体膨胀比也大，转化为有用功的热量多，热效率高，所以膨胀终了的温度和压力均比汽油机小。
而其他过程的压力均高于汽油机。
第三节实际循环的评定—指示指标☐指示指标用来评定实际循环质量的好坏，以工质在气缸内对活塞做功为基础。
☐循环的动力性（做功能力）平均指示压力pmi（Indicated Mean Effective Pressure） 指示功率Pi （Indicated Power）☐循环的经济性指示热效率ηi Indicated Efficiency指示燃油消耗率bi ISFC☐一、平均指示压力p mi （Indicated MeanEffective Pressure ）平均指示压力p mi （MPa ）是发动机单位气缸工作容积V s (L)一个循环所做的指示功W i(kJ)p mi 是从实际循环的角度评价发动机气缸工作容积利用率高低的一个参数。
si mi V W p =32104-⨯==S Dp V p W mis mi i πp mi （MPa ）汽油机0.8-1.5柴油机0.7-1.1W pdV=⎰功正负确定原则：◎压力方向与活塞运动方向一致，工质对活塞作正功。
◎压力方向与活塞运动方向相反，工质对活塞作负功。
IVCEVOEVCIVO TDC 上止点BDC 下止点pp zp 0V sV cV示功图(IndicatorDiagram)四冲程pAds工质对活塞所作功循环功：动力过程功：压缩与燃烧膨胀过程所作功之代数和。
泵气过程功：进气与排气过程所作功之代数和。
循环指示功＝动力过程功＋泵气过程功(考虑泵气损失)CompressionW<0Power W>0Intake W>0Exhaust W<0◆以一个假想的、大小不变的压力作用在活塞上，使活塞移动一个行程，其所做的功等于循环功，则此假想的压力即为平均指示压力pmi。
