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Department of Automotive EngineeringTsinghua University 汽车发动机原理清华大学汽车工程系帅石金点燃式和压燃式内燃机工作过程、燃烧理论、性能分析以及参数调控Department of Automotive EngineeringDepartment of Automotive EngineeringDepartment of Automotive EngineeringTsinghua University机械损失与机械效率(1) 机械摩擦损失(50％～80％)活塞组件、轴承、气门机构等(2) 附件驱动消耗(～10％)水泵、机油泵、燃油泵、点火装置等运转必不可少的辅助机构(3) 泵气损失(5％～40％)pme mf m W W W W ++=1) 机械效率的定义2) 机械损失的组成与份额3) 机械损失的测量4) 机械效率的影响因素为什么泵气损失包含在机械损失中？Department of Automotive Engineering 电控气门Department of Automotive EngineeringDepartment of Automotive Engineering 机械效率的影响因素Department of Automotive Engineering(c) 压缩、膨胀线不重合，增大汽油机压缩比小，所以误差小Department of Automotive EngineeringDepartment of Automotive EngineeringTsinghua University机械损失与机械效率(4) 油耗线法转速不变，测出整机油耗随负荷的变化曲线。
将此线外延到与横坐标相交的a 点，则a0之值为机械损失值适合柴油机，不适合汽油机)(/1)( a me acp nk B φφφ过量空气系数负荷柴油机∞⋅⋅=1) 机械效率的定义2) 机械损失的组成与份额3) 机械损失的测量4) 机械效率的影响因素（参看公式1-32和图2-4）Department of Automotive EngineeringDepartment of Automotive Engineering Tsinghua University 机械损失与机械效率(1) 活塞平均速度z c m ↑，摩擦阻力↑，泵气损失↑(2) 负荷z 负荷Pe ↓，ηm ↓z 怠速ηm ＝0z 增压机型ηm ↑(3) 润滑条件z 机油粘度：冷起动和低温不能过高；高负荷不能过低z 水温80～95°C ，机油温度85～110 °C )P (P P 1ηm e m m +−=1) 机械效率的定义2) 机械损失的组成与份额3) 机械损失的测量4) 机械效率的影响因素。
第3讲 内能的利用【知识要点】一、热机1.热机：利用 的机械叫热机。
热机的种类：分为蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机。
内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。
内燃机根据其所使用的燃料分为汽油机和柴油机两类。
2. 内燃机的工作原理工作物质的内能3．热值（q ）：1kg 某种燃料完全燃烧放出的 ，叫热值；热值单位是： 。
（1）燃料燃烧放出热量：Q 放 ＝qm ；（Q 放 是燃料放出的热量，单位是J ；q 是热值，单位是J/kg ；m 是质量，单位是kg 。
）对于热值的概念，要注重理解三个关键词：“1kg ”、“某种燃料”、“完全燃烧”。
①1kg 是指燃料的质量，如果燃料的质量不是1kg ，那么该燃料完全燃烧放出的热量就不等于热值的数值；②某种燃料是指热值与燃料的种类有关；③完全燃烧意思是燃料要完全烧尽，否则1kg 燃料燃烧过程中，化学能转变成内能就不是该热值所确定的值。
（2）热值表示燃料在完全燃烧时把化学能转化为内能的本领大小，是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧无关．4.热机的效率：用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量 ，叫热机的效率。
热机的效率是热机性能的一个重要指标。
公式：qmW Q W 有用总有用==η 5.在热机的各种损失中，废气带走的能量最多，设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施。
注意：热机能量的损失：①燃料未完全燃烧（完全燃烧条件：充足空气，研磨成细颗粒）；②废气排出带走能量（废气的利用）；③克服磨擦，消耗能量（使用润滑剂，减小摩擦）。
三、能量转化与守恒6.能量守恒定律：能量既不会 ，也不会 ，它只会从一种形式转化为另一种 ，或者从一个物体转移到另一个 ，而在转化和转移过程中，能量的总量 。
【典型例题】一、热机1．如图为汽油机某一冲程示意图，下列选项中与其能量转化过程相似的是（ ） A ．用手反复弯折铁丝B ．用热水壶烧水C ．压缩空气棉花燃烧D ．开水瓶的瓶塞被水蒸气弹出 2．如图所示是四冲程汽油机的剖面图，关于其四个冲程的描述正确的是A ．吸气冲程中，汽油和空气的混合物进入汽缸B ．压缩冲程中，通过做功的方式使汽缸内气体的内能减小C ．做功冲程中，燃料释放的能量绝大部分转化为机械能D ．排气冲程中，废气带走了燃料释放的能量的极少部分3．柴油机和汽油机在一个工作循环中的四个冲程完全相同的冲程是（ ）A．吸气、压缩B．压缩、排气C．吸气、压缩、排气D．排气4．关于四冲程汽油发动机内部工作描述正确的是（）A．吸气冲程时，吸入的是空气B．通过喷油嘴压燃点火，在压缩冲程时，将机械能转化为内能，C．做功冲程时，若每次对外做功1000J，则2400r/min的发动机的额定功率为20kW D．排气冲程时，排出的废气已经没有内能了全转化为机械能了5．某单缸四冲程汽油机的气缸活塞面积为30 cm2，一个冲程活塞在气缸中移动的距离是50 mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×l05 Pa，飞轮l min转动1 800周，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），下列说法中正确的是A．汽油机每秒内完成30个冲程B．汽油机的功率为2025 WC．做功冲程中燃气对活塞的平均压力为2.7×l07 ND．一个做功冲程中燃气对活塞做的功为1.35×l05 J6．小明家的汽车发动机为四缸汽油机．该发动机在工作时气缸内的燃气的平均气压为1×106Pa，汽缸的横截面积为50cm2，活塞的行程长10cm，转速3600r/min．则该发动机的功率为（）A．15kW B．30kW C．60kW D．75kW7．关于在四冲程的柴油发动机内部工作描述正确的是（）A．吸气冲程时，吸入的是柴油和空气的混合物B．压缩冲程时，将机械能转换为内能，点燃方式采用压燃式C．做功冲程时，若1000J/次对外做功，则2400r/min的发动机的额定功率为20kW D．排气冲程时，将废气的内能转化为排气门的机械能8．如图所示为汽油机的四个冲程，其中机械能转化为内能的冲程是图___________。
第三章热力学第二定律热力学第一定律指出了能量的守恒和转化以及在转化过程中各种能量具有相应的当量关系，但它不能指出变化的方向和变化进行的程度。
自然界的变化无一例外地不违反热力学第一定律，但是不违反热力学第一定律的变化却不一定能发生。
自发变化：某种变化有自动发生的趋势，一旦发生就无需借助外力，可以自动进行，这种变化称为自发变化。
§3.1 自发变化的共同特征——不可逆性下列过程是自发的：（1）焦耳热功当量中功自动转变成热；（2）气体向真空膨胀，吸收热量，降低其内能；（3）热量从高温物体传入低温物体，降低高温物体的内能，使其以热的形式传给低温热源；（4）浓度不等的溶液混合均匀，可降低其内能（5）锌片与硫酸铜的置换反应，将化学能转变成体积功，降低其内能；它们的逆过程都不能自动进行。
要使它们反方向进行，则必须借助外力。
当借助外力，体系恢复原状后，会给环境留下不可磨灭的影响。
如：（1）要将热转变成功，根据卡诺可逆循环，热的一部分可转变为功，而另一部分则必须释放给低温热源，即环境做了功而得到了部分的热。
环境中留下了功变成热的痕迹；（2）要使气体压缩，则环境必须对其做压缩功，而得到等量的热。
环境中留下了功变成热的痕迹；（3）要使热量从低温物体传入高温物体，必须对其做功而得到相应的热。
环境中留下了功变成热的痕迹；（4）将均匀的混合溶液分离，必须通过萃取、结晶、蒸发等对其做功，而得到相应的热。
环境中留下了功变成热的痕迹；（5）要用铜来置换硫酸锌里的锌，则必须对其做电功。
这些例子说明，一个自发变化发生后，不可能使体系和环境都恢复到原来的状态而不留下任何影响，就是说自发过程是不可逆的。
§3.2 热力学第二定律在生活和生成实践中遇到的自动进行的过程，其共同特征就是不可逆性。
也就是说，一切实际过程都是热力学不可逆过程。
而这些不可逆过程都是相互联系的。
人们逐渐总结出反映这一普遍联系的简便说法，即热力学第二定律（The Second Law of Thermodynamics ）。
点燃式和压燃式内燃机工作过程、燃烧理论、性能分析及参数调控Email: sjshuai@Phone: 010-********-14帅石金清华大学汽车工程系汽车发动机原理Automotive Engine FundamentalsTsinghua University第一部分：动力输出与能量利用第1章性能指标与影响因素第2章燃料、工质与热化学第3章工作循环与能量利用第4章换气过程与进气充量第5章运行特性与整车匹配第二部分：燃烧与排放第6章燃烧的基础知识第7章柴油机混合气形成与燃烧第8章汽油机混合气形成与燃烧第9章有害排放物的生成与控制第10章新燃烧方式与替代燃料动力1.动力的获取和输出；能量的消耗和利用2.燃料能量转换的“质”环节；加入整机能量总量的“量”环节Tsinghua University1.工质对活塞所作功及示功图2.发动机的性能指标3.影响动力经济性指标的环节与因素第一部分：动力输出与能量利用第1章性能指标与影响因素第2章燃料、工质与热化学第3章工作循环与能量利用第4章换气过程与进气充量第5章运行特性与整车匹配第二部分：燃烧与排放第6章燃烧的基础知识第7章柴油机混合气形成与燃烧第8章汽油机混合气形成与燃烧第9章有害排放物的生成与控制第10章新燃烧方式与替代燃料动力p-ϕ图示功图（四冲程）p-V 图EIIETDC TDC TDC BDC BDCw/o combustion180360540720︒CA p p zp 0IVCEVO EVCIVOTDC(上止点)BDC(下止点)p p zp 0V sV cVpAd sTDC -Top Dead Center BDC -Bottom Dead Center IVO -Intake Valve Open IVC -Intake Valve Close EVO -Exhaust Valve Open EVC -Exhaust Valve Close示功图Indicator Diagram压力图/展开示功图ϕ要求会识图和画图！正负功确定原则：⏹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，工质对活塞作负功工质对活塞所作功Compression 压缩过程W < 0 Power 作功过程W > 0Intake 进气过程W > 0Exhaust排气过程W < 0W p d V=循环功：⏹动力过程功：压缩与燃烧膨胀冲程所作功之代数和⏹泵气过程功：进气与排气冲程所作功之代数和(总)指示功＝动力过程功＋理论泵气功(不考虑泵气损失)净指示功＝动力过程功＋泵气过程功(考虑泵气损失)进气压力p d <大气压力p 0排气压力p e >大气压力p 0与泵气有关的功：⏹理论泵气功忽略流动阻力, 进、排气冲程压力所作功之代数和。
