发动机原理复习提纲概要.docx

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发动机原理复习提纲概要

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Wt与为获得理论功所加入的总的热量Q1之比,即

ηt=Wt/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Pt：

指单位气缸工作容积所做的循环功，即

Pt=Wt/Vs=ηt·Q1/Vs

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。

3.示功图的概念。

气缸内气体压力随活塞位移（或气缸内容积）而变化的循环曲线。

循环曲线所包围的面积可表示为机器所作的功或所消耗的功，故称为示功图。

【计算公式：

δW=pAdx=pdV规定：

热力系统对外界做功（dV>0，膨胀,δW>0）为正，外界对热力系统做功（dV<0，压缩,δW<0）为负】

4.指示指标与有效指标。

指示指标：

表征工质在气缸内部经历的循环的完善程度。

包含以下量：

实际

循环

做功

能力

的评

价指标

指示功

一个实际循环中工质

对活塞所做的有用功

平均指示压力pmi

单位气缸容积一个循

环所做的指示功

平均指示功率Pi

内燃机单位时间内所做

的指示功。

i:

汽缸数；n:

发动机转速（r/min）；τ：

冲程数

实际

循环的

经济性

指标

指示热效率ηit

实际循环指示功Wi与所消耗

的燃料热量Q1之比值

指示燃油

消耗率bi

指示燃料消耗率bi是指单位指示功的耗油量，通过以每千瓦小时的耗油量表示[g/（kW•h）]。

有效指标：

以发动机曲轴输出功率为基础的性能指标，称为发动机的有效指标。

动力性

指标

有效功率Pe

曲轴对外输出的功率

平均有效压力pme

单位气缸工作容积输出的有效功

升功率PL

发动机单位气缸工作容积所输出的额定功率

经济性

指标

有效热效率μet

实际循环对外输出的有效功与为获得此有效功所消耗的热量之比

有效燃油消耗量be

单位时间内为了获得单位有效功率所消耗的燃油量[g/（kW•h）]

排放指标

在发动机热工转换过程中，由于燃烧而造成的有害排放物向环境直接排除的允许排放量的限制指标

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：

发动机内部相对运动件的摩擦损失；

驱动附件的损失；

换气过程中的泵气损失。

影响因素：

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）；

转速——转速N上升，机械损失功率增加，机械效率下降；

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；

润滑条件和冷却水温度；

发动机技术状况。

理论循环的比较

1）初始态p1、T1、压缩比、加热量Q1相同

pmaxv>pmaxm>pmaxp

Q2P>Q2M>Q2V

ηv>ηm>ηp

结论：

当压缩比一定时，应提高循环加热的压力升高比λ，即增加等容加热

部分所占比例。

故欲提高混合加热循环热效率，应增加定容部分的加热量。

2）初始态p1，T1、最高压力p3（p4）相同

Q2V>Q2M>Q2P,ηp>ηm>ηv

结论：

1）最高压力受限制时（机械强度），通过提高压缩比ε，或增大定压加热过程的加热量（控制喷油正时），可提高循环热效率。

2）柴油机比汽油机更接近等压循环，而且pmax远高于汽油机，柴油机经济性能远优于汽油机。

在实际过程中，由于汽油机受最高压力及爆震的限制，压缩比低于柴油机，即最高压力低于柴油机，所以柴油机热效率高于汽油机。

（前述）

循环热效率及其影响因素

循环热效率

指热力循环所获得的理论功与为获得理论功所加入的总的热量之比

意义：

评定循环经济性

循环热效率主要取决于混合气的形成方式和燃烧放热规律，及其与压缩比的最佳匹配

有效指标的分析：

PPT第一章77页到89页

提高发动机动力性和经济性的方法：

PPT第一章113页到118页

难点4.汽车发动机机械效率的测定方法（p24-26）（ppt第一章发动机的性能93-105页）

首先，机械效率的定义

所以通过测量机械损失来测量机械效率。

常用方法如下。

1.示功图法

在发动机试验台架上由测功器测得有效功率，通过燃烧分析仪或示波器测得缸内压力，经计算得出指示功率，用指示功率和有效功率的差值来确定机械损失。

示功图法一般用于当上止点位置能得到精确校正时才能取得较满意的结果。

示功

详见ppt。

不赘述了

第二章发动机的换气过程

一.主要内容

了解换气过程的情况，分析影响充气量的因素，寻找改善换气过程的途径。

1.四行程发动机的换气过程：

四行程发动机的换气过程的划分，配气相位的选择，进排气损失的概念。

2.四行程发动机的充气效率ŋV的概念。

影响充气效率的因素。

汽油机和柴油机的负荷调节方式。

残余废气系数的定义。

3.改进四行程发动机换气过程的措施，减少发动机进气系统阻力的技术措施。

4.汽车发动机充气系数与转速之间的关系。

提高汽油机中低转速动力性的技术措施。

5.进气管的波动效应。

6.进气系统的可变技术。

一.重点

1.四行程发动机换气过程的划分、换气损失与泵气损失

2.充气效率的定义、提高方法

3.汽车发动机配气相位的选择

4.汽车发动机的可变技术

二.难点

1.影响汽车发动机充气效率的因素

2.动态效应定义、分类、原理

3.可变技术种类、技术方案

改进四行程发动机换气过程的措施

合理组织换气过程：

1）保证标定工况和全负荷条件下，吸入尽可能多的充量，以获

得更高的输出功率和转矩。

即提高充量系数φc的问题，这是

换气过程的中心问题。

2）保证多缸机各缸的循环进气量的差异不超出应有的范围，即

多缸机各缸进气不均匀性的问题。

3）应尽量减小不可避免的换气损失，特别是占最大比例的排气

损失。

4）进气后在缸内所建立的流场（旋流场与湍流场），应能满足快

速合理燃烧的要求。

5）换气过程还对解决高、低速性能的矛盾，汽油机混合气组成

和均匀分配，柴油机缸内气体流动等问题，起着重要作用，

因此也影响到汽车的经济性、排放、噪声及乘坐的舒适性等。

减少发动机进气系统阻力的技术措施

进气系统的阻力：

沿程阻力：

管道摩擦阻力，与管长和管内流动面上的表面质

量有关；（进气管、进气道）

局部阻力：

是由于流通截面大小、形状以及流动方向变化，

在局部产生涡流损失而引起的。

（进气门处，主要损失）

对发动机进气流动过程而言，局部阻力损失较沿程阻力损失更为重要，特别是减少气门圈座处的局部阻力损失对提高充气效率影响尤其重要。

气门座处的流通截面是进气流道中截面最小且截面变化最大、流速最高的地方，局部阻力最大。

进气马赫数Ma：

气门处气流总平均速度vm与当地当时的声速C之比。

时面值：

在气门开启期间随气门升程的变化，气门开启截面积对时间或曲轴转角的积分。

气门的时面值（气门的角面值）=

Af=dt时间内气门开启截面积

时面值（角面值）表示了气门的通过能力。

总体手段：

控制平均进气马赫数，减少气门流通截面处的流动损失；（减少局部损失）

进气道和进气管、改进空气滤清器。

（减少沿程损失）

1）控制平均进气马赫数，减少气门流通截面处的流动损失

即降低气门座处的流速和改善气门座处的流动状况：

增大时面值

增大气门直径；

增加气门数；

改进凸轮廓线设计，适当增加气门升程；

合理设计气门的结构，减少气门处的流动损失。

2）进气道和进气管的改进

保证足够的流通面积；

保证内壁面过渡圆滑、平稳，避免气流急转弯及截面突变现象；

改善管道表面的光洁度，以减小阻力。

3）进气管形状及进气管长度

进气管形状：

利用进气管形状形成进气涡流和滚流，有利于燃料与空气混合和燃烧快速进行。

但进气流动损失相应增加，导致充气效率下降。

现代发动机的解决方案：

采用电控高压喷射技术，同时改善进气管形状。

进气管长度：

从减少进气流动损失角度，进气管长度越短越好

为充分利用进气波动效应来提高充气效率，不同转速应对应不同的进气管长度。

提高汽油机中低转速动力性的技术措施

个人总结:

减小气门叠开角,防止倒灌,充分利用燃料做功;

使用细长的进气通路,增加小空气流量情况下的进气速度’

加装机械增压机等低转速下效果明显的增压机械

进气管的波动效应（张屹）

四行程发动机换气过程的划分、换气损失与泵气损失

换气过程包括自由排气阶段、强制排气阶段、进气过程和气门叠开四个阶段；

换气损失——等于排气损失与进气损失之和（W+X+Y）

对实际循环示功图的分析中，W以及X、Y的一部分所表示的功损失d，已经在求取平均有效压力pme时包括进去，所以（X+Y-d）称为泵气损失。

1.充气效率的定义、提高方法

充气效率是指每一个进气行程所吸入的空气质量与标准状态下（1个大气压、20℃、密度为1.187kg/m2）占有气缸活塞行程容积的干燥空气质量的比值。

提高方法：

3.      汽车发动机配气相位的选择

1.      影响汽车发动机充气效率的因素

2.      动态效应定义、分类、原理

3.      可变技术种类、技术方案

第三章发动机燃料与燃烧

一.主要内容

1.发动机的常用燃料

2.汽车发动机燃料的的种类及指标。

3.馏程、十六烷值、辛烷值的概念及对发动机燃烧过程的影响。

4.汽油和柴油性能差异对发动机的影响。

5.代用燃料及其应用。

6.过量空气系数和空燃比的概念。

7.过量空气系数的使用范围及发展趋势。

8.燃烧的基本知识

9.预混合燃烧和扩散燃烧的基本概念。

二.重点

1.发动机燃料（汽油/柴油）的指标、性能差异对发动机的影响

2.过量空气系数的概念，汽油机和柴油机的过量空气系数的范围

3.着火过程

4.气相燃烧的类型、定义、特点

三.难点

1.汽油、柴油的性能差异对汽车发动机的影响

2.链锁自燃着火理论

3.油滴与喷雾燃烧（扩散燃烧）

4.预混合燃烧和扩散燃烧的概念

一、主要内容

1、发动机的常用燃料。

答：

汽油和柴油