第5发动机实际循环与评价指标(2003)

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1、l决定发动机动力输出大小的两个因素： 1）燃料能量的转换效率质的环节 2）单位时间内加入整机的能量总量燃料或可燃混合气储能总量量的环节 本篇主要是在热力学基本定律基础上本篇主要是在热力学基本定律基础上的内燃机能量转换及循环充量的原理与的内燃机能量转换及循环充量的原理与规律规律“发动机实际循环与评价指标发动机实际循环与评价指标”： 分析发动机性能和指标的导论和纲领；分分析发动机性能和指标的导论和纲领；分析最重要的是内燃机热机循环的转换析最重要的是内燃机热机循环的转换热效率热效率。 “换气过程与循环充量换气过程与循环充量”： 论述决定动力输出的循环充气（油）量论述决定动力输出的循环充气（油）量“发

2、动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增压”： 是有效地利用废气能量、提高发动机循环是有效地利用废气能量、提高发动机循环 充量进而提高功率有效的方法充量进而提高功率有效的方法 要求结合四冲程发动机要求结合四冲程发动机示功图示功图，分析，分析发动机发动机与与的区别及影响的区别及影响发动机工作效率的因素；掌握发动机的发动机工作效率的因素；掌握发动机的指指示指标示指标和和有效指标有效指标；了解；了解机械效率机械效率的概念的概念和影响机械效率的因素；了解发动机和影响机械效率的因素；了解发动机热平热平衡衡分析的内容及意义。分析的内容及意义。 四冲程发动机的实际循环四冲程发动机的实际循环 5.1 发动机的指示指标

3、发动机的指示指标5.2 机械损失与机械效率机械损失与机械效率5.4 发动机的有效指标发动机的有效指标5.3 发动机的发动机的冲程冲程即为即为行程行程，发动机的工作，发动机的工作过程就是实际循环不断重复进行的过程。过程就是实际循环不断重复进行的过程。发动机的实际循环由发动机的实际循环由进气进气、压缩压缩、燃烧燃烧做功做功和和排气排气过程组成。过程组成。四冲程汽油机的循环过程 实际循环过程分析 图5.1l作用：作用： 吸入新鲜混合气吸入新鲜混合气l活塞运动活塞运动: 从上止点向下止点从上止点向下止点l曲轴转角曲轴转角: 0o180 ol气门状态气门状态（汽油机）（汽油机） 进气门打开排气门关闭进气

4、门打开排气门关闭l终了压力终了压力: 0.0800.092 MPa l终了温度终了温度: 340380 K1. 1.进气过程进气过程l作用：作用： 压缩混合气，为燃烧创造条压缩混合气，为燃烧创造条件件l活塞运动活塞运动: 从下止点向上止点从下止点向上止点l曲轴转角曲轴转角: 180o360 ol气门状态气门状态（汽油机）（汽油机） 进、排气门均关闭进、排气门均关闭l终了压力终了压力: O.8O.82.0 MPa2.0 MPal终了温度终了温度: : 60600 075750 0 K Kl作用：作用： 燃烧高温高压气体膨胀做功燃烧高温高压气体膨胀做功l活塞运动活塞运动: : 从上止点向下止点从上

5、止点向下止点l曲轴转角曲轴转角: : 360360o o540540 o ol气门状态气门状态: : 进气门、排气门均关闭进气门、排气门均关闭l最高压力最高压力: : 3.03.08.0 8.0 MPaMPa l终了压力终了压力: : 0.30.30.6 MPa0.6 MPa l终了温度终了温度: : 120012001500K1500K3 3、做功过程、做功过程l作用：作用：l活塞运动活塞运动: : 排出膨胀做功后的废气排出膨胀做功后的废气 从下止点向上止点从下止点向上止点l曲轴转角曲轴转角: : 540540o o720720 o ol气门状态气门状态: : 进气门关闭、排气门打开进气门关

6、闭、排气门打开l终了压力终了压力: : 0.1050.1050.1250.125MPaMPal终了温度终了温度: : 90090011001100K K4 4、排气过程、排气过程l1.1.实际工质的影响实际工质的影响 l2.2.换气损失换气损失 l3.3.燃烧损失燃烧损失l4.4.传热损失传热损失 l5.5.缸内流动损失缸内流动损失l6.6.其他几项损失其他几项损失 （a a） 柴油机柴油机 （b b） 汽油机汽油机实际工质的影响实际工质的影响传热、流动损失传热、流动损失燃烧损失燃烧损失提前排气损失提前排气损失换气损失换气损失图5.5 理论循环中假设工质比热容是定值，而理论循环中假设工质比热容

7、是定值，而实际实际气体气体的的比热容是随温度上升而增大的比热容是随温度上升而增大的，且燃烧后，且燃烧后生成的生成的COCO2 2、H H2 2O O等气体，比热容大于空气，这等气体，比热容大于空气，这些原因导致些原因导致循环的最高温度降低循环的最高温度降低，此外，实际循，此外，实际循环存在泄漏，工质数量减少。环存在泄漏，工质数量减少。 换气损失定义换气损失定义泵气损失泵气损失提前排气损失提前排气损失 换气损失定义换气损失定义 在实际循环中，为了使在实际循环中，为了使循环重复进行，必须更换工质，由此而循环重复进行，必须更换工质，由此而消耗的功称为消耗的功称为换气损失换气损失，用，用WrWr表示。

8、表示。l泵气损失泵气损失 因工质流动时需要克服进、排因工质流动时需要克服进、排气系统阻力所消耗的功，称为气系统阻力所消耗的功，称为泵气损失泵气损失。l提前排气损失提前排气损失 在实际循环中，为了使排气在实际循环中，为了使排气充分，排气门要提前开启。由于排气门提充分，排气门要提前开启。由于排气门提前开启而使膨胀后期有用功减少的损失，前开启而使膨胀后期有用功减少的损失，称为称为提前排气损失提前排气损失。 燃烧损失燃烧损失非瞬时燃烧损失和补燃损失非瞬时燃烧损失和补燃损失不完全燃烧损失不完全燃烧损失高温热分解损失高温热分解损失3.3.燃烧损失燃烧损失非瞬时燃烧损失和补燃损失非瞬时燃烧损失和补燃损失理想

9、循环：理想循环：只有在定容或定压下进行加热，只有在定容或定压下进行加热，不考虑燃烧及所需的时间。不考虑燃烧及所需的时间。实际循环：实际循环：燃烧不可能在到达上止点一瞬间燃烧不可能在到达上止点一瞬间完成，需要一定的喷油提前角和点火提前角，完成，需要一定的喷油提前角和点火提前角，有一部分燃料在膨胀过程初期燃烧，即所谓有一部分燃料在膨胀过程初期燃烧，即所谓后燃后燃，造成，造成非瞬时燃烧损失非瞬时燃烧损失和和补燃损失补燃损失。不完全燃烧损失不完全燃烧损失 理想循环中，燃料完全燃烧，而在理想循环中，燃料完全燃烧，而在实际循环中会有部分燃料、空气混合实际循环中会有部分燃料、空气混合不良，部分燃料由于缺氧产

10、生不完全不良，部分燃料由于缺氧产生不完全燃烧损失。燃烧损失。高温热分解损失高温热分解损失 二版二版P P115115各式各式向右的反应向右的反应为为高温热分解高温热分解，需要需要。但在膨胀后期及排气的。但在膨胀后期及排气的较低较低温度温度下，各式下，各式，同时，同时。那。那么，么，燃烧放热的总时间就拉长燃烧放热的总时间就拉长，导致，导致。 理论循环假设汽缸壁和工质之间无热交理论循环假设汽缸壁和工质之间无热交换。但在实际循环中，汽缸壁（包括汽缸盖、换。但在实际循环中，汽缸壁（包括汽缸盖、汽缸套、活塞、活塞环、气门、喷油器等）汽缸套、活塞、活塞环、气门、喷油器等）和工质间存在着热交换，使压缩、膨胀

11、线均和工质间存在着热交换，使压缩、膨胀线均脱离理论循环的绝热压缩、膨胀线，造成损脱离理论循环的绝热压缩、膨胀线，造成损失，用失，用表示。表示。 指压缩、燃烧和膨胀过程中，由于缸内指压缩、燃烧和膨胀过程中，由于缸内气流气流与与所形成的损失。所形成的损失。 体现在压缩过程中，体现在压缩过程中，多消耗压缩功多消耗压缩功；燃；燃烧膨胀过程中，一部分能量用于克服气流烧膨胀过程中，一部分能量用于克服气流阻力，使作用于活塞上做功的阻力，使作用于活塞上做功的压力减少压力减少。6. 6.其他几项损失其他几项损失涡流损失涡流损失 活塞高速运动使工质在气缸内产生涡活塞高速运动使工质在气缸内产生涡流，造成流，造成压力