发动机的实际循环与性能指标

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1、第二章发动机的实际循环与性能指标在第一章中，我们按照热力学的观点把发动机的热力循环理想化、抽象化，分析影响理想循环的基本因素，找出提高效率及作功能力的途径。本章将对发动机的实际循环进行分析。在第一章中，我们按照热力学的观点把发动机的热力循环理想化、抽象化，分析影响理想循环的基本因素，找出提高效率及作功能力的途径。本章将对发动机的实际循环进行分析。研究实际循环的目的，就是分析与理想循环的差异和引起各种损失的原因，以求不断改善实际循环，缩小与理想循环的差距，促进发动机的改进与发展。发动机的工作性能，常用性能指标来衡量

2、。本课程是以动力性、经济性、排放、振动、噪声等性能为研究对象，深入到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。第一节四行程发动机的实际循环在发动机的实际工作中，燃料燃烧的热能，通过工质的膨胀转化为机械功，这种连续不断地把热能变为机械功的循环，称为发动机的实际循环。、一、实际循环进行过程（一）示功图气缸内工质的压力p随气缸工作容积v或曲轴转角θ变化的图形称为示功图。示功图有两种基本形式：以气缸工作容积为独立变量的称为p—V示功图；以曲轴转角为独立变量的称为p—θ示功图，也称展开示功

3、图。如图分别为p—V图和p—θ图。示功图是研究实际循环的依据，一般由专门的仪器在发动机工作时直接测得。（二）实际循环过程发动机在实际循环是由进气、压缩、燃烧、膨胀、排气等五个过程组成。通常用缸内的气体压力p随气缸工作容积v而变化的图形来表示工质在气缸中的实际工作情况，如图所示为四行程发动机示功图。（1）排气终了时气缸内压力p（r点）高于大气压p0，残余废气膨胀，压力由排气终点的压力pr降到压力pr’（2）活塞下行，新鲜工质被吸入气缸。由于进气系统的阻力，进气终了压力pa一般小于大气压力p0，压力差p0~pa用来克

4、服进气系统的阻力。由于新鲜工质受到发动机高温零件和残余废气的加热，进气终了的温度Tca总高于大气温度T0。一般进气终了的压力Pca及温度Tca大致范围是：汽油机Pca=（0.8~0.90）p0Tca=340~380K柴油机Pca=（0.85~0.95）p0Tca=300~340K增压柴油机Pca=（0.9~1.0）p0Tca=320~380K2．压缩过程压缩过程（图中ac′c线）的作用是增大工作过程的温差，使工质获得最大限度的膨胀比，提高循环热效率，并为着火燃烧创造有利条件。在柴油机中压缩后气体的高温是保证燃料着

5、火的必要条件。压缩过程是进、排气门均关闭，活塞从下向上移动，缸内工质受到压缩，温度及压力不断上升的过程。工质被压缩的程度用压缩比εc表示。式中va—气缸总容积（气缸最大容积）；vcc—燃烧室容积(气缸余隙容积）;vs—气缸工作容积(活塞排量）；压缩比是发动机的一个重要结构参数。选用时要考虑许多因素。汽油机常常为了提高热效率希望加大压缩比，但受到汽油机爆燃及表面点火的限制将在第五章阐述。在柴油机中，为保证喷入气缸的燃料能及时自燃以及冷起动时可靠着火，必须使压缩终点有足够高的温度，因此有较高的压缩比。压缩比的大致范围

6、是：汽油机εc=7~10柴油机εc=14~22增压柴油机εc=12~15在理想循环中，假设压缩过程是绝热的，实际上发动机的压缩过程有漏气和散热损失，是一个复杂的多变过程。压缩开始，新鲜工质温度较低，受缸壁加热；随着工质温度升高，到某瞬间与缸壁温度相等，热交换为零；此后由于工质温度高于缸壁温度，向缸壁散热。因此，发动机的实际压缩过程，是一个多变指数不断变化的多变过程。压缩终了压力pco及温度Tco的大致范围是：pco（MPa）Tco（K）汽油机0.8~2.0600~750柴油机3.0~5.0750~1000增压柴油

7、机5.0~8.0900~1100在使用中，实测的压缩压力值是发动机的动力性技术指标。如因活塞环失效、气缸磨损严重、气门封闭不严等，使压缩终了压力降低，造成起动困难，功率下降，应查明原因，及时检修。3．燃烧过程燃烧过程的作用是将燃料的化学能转变为热能，使工质的压力及温度升高，为膨胀创造条件。燃烧过程放出的热量越多,放热时越接近上止点，则热效率越高。在汽油机中，当活塞压缩到上止点前某一刻（图2-3b中c′点）汽油与空气形成的混合气由电火花点燃，火焰迅速传遍整个燃烧室，使工质的压力及温度急剧上升，其压力在极短的时间内达

8、到最高值pmax(pz)。因此，接近定容加热（如图中cz段）。在柴油机中，同样应在上止点前开始喷油（图中c′点），柴油微粒迅速蒸发而与空气混合，并借助于空气的热量而自燃。燃烧开始时，燃烧速度很快，而气缸容积变化很小，工质温度，压力剧增，所以接近定容加热（图a中cz′段）。随后是边喷油边燃烧，燃烧速度慢，且随着活塞下移气缸容积增大，所以气缸压力升高不大，而温度继续上升，因此