汽车性能与使用技术.ppt

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1、汽车性能与使用技术汽车性能与使用技术目目 录录 第一章第一章 发动机原理基础知识发动机原理基础知识第一节第一节 气体的热力性质气体的热力性质第二节第二节 热力学第一定律热力学第一定律第三节第三节 热力学第二定律热力学第二定律第四节第四节 发动机的循环发动机的循环第五节第五节 发动机的性能指标发动机的性能指标第六节第六节 发动机的机械效率发动机的机械效率下一页下一页返回返回目目 录录第二章第二章 发动机的换气过程发动机的换气过程第一节第一节 四冲程发动机的换气过程四冲程发动机的换气过程第二节第二节 影响换气过程的因素影响换气过程的因素第三节第三节 改善换气过程的措施改善换气过程的措施第四节第四节

2、 发动机的进气增压发动机的进气增压上一页上一页下一页下一页返回返回目目 录录第三章第三章 汽油机的燃料与燃烧汽油机的燃料与燃烧第一节第一节 汽油的性质汽油的性质第二节第二节 汽油机混合气的形成与燃烧汽油机混合气的形成与燃烧第三节第三节 汽油机的排放污染汽油机的排放污染第四节第四节 改善汽油机燃烧过程的措施改善汽油机燃烧过程的措施上一页上一页下一页下一页返回返回目目 录录第四章第四章 柴油机的燃料与燃烧柴油机的燃料与燃烧第一节第一节 柴油的性质柴油的性质第二节第二节 柴油机混合气的形成与燃烧柴油机混合气的形成与燃烧第三节第三节 改善柴油机燃烧过程的措施改善柴油机燃烧过程的措施第四节第四节 柴油机

3、的排放与噪声柴油机的排放与噪声上一页上一页下一页下一页返回返回目目 录录第五章第五章 发动机特性发动机特性第一节第一节 发动机负荷特性发动机负荷特性第二节第二节 发动机速度特性发动机速度特性第三节第三节 柴油机的调速特性柴油机的调速特性第四节第四节 发动机的万有特性发动机的万有特性上一页上一页下一页下一页返回返回目目 录录第六章第六章 汽车的动力性汽车的动力性第一节第一节 汽车的驱动力汽车的驱动力第二节第二节 汽车的行驶阻力汽车的行驶阻力第三节第三节 汽车的行驶条件汽车的行驶条件第四节第四节 汽车动力性的评价汽车动力性的评价第七章第七章 汽车的经济性汽车的经济性第一节第一节 汽车的经济性及其评

4、价汽车的经济性及其评价第二节第二节 汽车燃油经济性的影响因素汽车燃油经济性的影响因素上一页上一页下一页下一页返回返回目目 录录第八章第八章 汽车的制动性能汽车的制动性能第一节第一节 汽车的制动力及分配汽车的制动力及分配第二节第二节 汽车制动性能的评价汽车制动性能的评价第三节第三节 提高制动性能的措施提高制动性能的措施上一页上一页下一页下一页返回返回目目 录录第九章第九章 汽车的操纵稳定性汽车的操纵稳定性第一节第一节 汽车的横向稳定性汽车的横向稳定性第二节第二节 轮胎的侧偏特性轮胎的侧偏特性第三节第三节 汽车的转向特性汽车的转向特性第四节第四节 汽车转向轮的振动汽车转向轮的振动上一页上一页下一页

5、下一页返回返回目目 录录第十章第十章 汽车的通过性和行驶平顺性汽车的通过性和行驶平顺性第一节第一节 汽车的通过性汽车的通过性第二节第二节 汽车的行驶平顺性汽车的行驶平顺性第十一章第十一章 汽车的使用寿命汽车的使用寿命第一节第一节 汽车的使用寿命汽车的使用寿命第二节第二节 汽车的磨损汽车的磨损上一页上一页下一页下一页返回返回目目 录录第十二章第十二章 汽车在特殊条件下的使用汽车在特殊条件下的使用第一节第一节 汽车走合期的使用汽车走合期的使用第二节第二节 汽车在低温条件下的使用汽车在低温条件下的使用第三节第三节 汽车在高温条件下的使用汽车在高温条件下的使用第四节第四节 汽车在高原和山区条件下的使用

6、汽车在高原和山区条件下的使用第五节第五节 汽车在坏路或无路条件下的使用汽车在坏路或无路条件下的使用上一页上一页返回返回第一章第一章 发动机原理基础知识发动机原理基础知识第一节第一节 气体的热力性质气体的热力性质第二节第二节 热力学第一定律热力学第一定律第三节第三节 热力学第二定律热力学第二定律第四节第四节 发动机的循环发动机的循环第五节第五节 发动机的性能指标发动机的性能指标第六节第六节 发动机的机械效率发动机的机械效率一、气体的状态参数一、气体的状态参数热力学中把工质所处的宏观状态称为工质的热力状态。工质的状态热力学中把工质所处的宏观状态称为工质的热力状态。工质的状态常用物理量来描述，这些物

7、理量称为状态参数。常用的状态参数有常用物理量来描述，这些物理量称为状态参数。常用的状态参数有6 6个，个，即压力即压力p p、温度、温度T T、比体积、比体积v v、比热力学能、比热力学能u u、比焓、比焓h h、比熵、比熵s s。其中。其中p p、T T、v v三个可以测量的物理量称为基本状态参数三个可以测量的物理量称为基本状态参数1 1。压力。压力p p气体对单位面积容器壁所施加的垂直作用力称为压力气体对单位面积容器壁所施加的垂直作用力称为压力p p。按照分子。按照分子运动论，气体的压力是大量分子向容器壁面撞击的统计量。压力的单位运动论，气体的压力是大量分子向容器壁面撞击的统计量。压力的单

8、位为为PaPa，工程上常用，工程上常用kPakPa与与MpaMpa。容器内气体压力的大小有两种不同的表示方法：一种是指气体施于容器内气体压力的大小有两种不同的表示方法：一种是指气体施于容器壁上压力的实际数值，叫绝对压力，符号为容器壁上压力的实际数值，叫绝对压力，符号为p p；另一种是测量时压；另一种是测量时压力计的读数，叫表压力，符号为力计的读数，叫表压力，符号为p pg g。由由图图1-11-1可知，表压力是绝对压力高出于当时当地的大气压力可知，表压力是绝对压力高出于当时当地的大气压力p pa a。的数值。其关系式为的数值。其关系式为第一节第一节 气体的热力性质气体的热力性质下一页下一页返回

9、返回如果容器内气体的绝对压力低于外界大气压力时，表压力为负值，如果容器内气体的绝对压力低于外界大气压力时，表压力为负值，仅取其数值，称为真空度，记作仅取其数值，称为真空度，记作p pv v，即，即p=pp=pa a-p-pv v表压力、真空度都只是相对于当时当地的大气压力而言的，真空度表压力、真空度都只是相对于当时当地的大气压力而言的，真空度的数值越大，说明越接近绝对真空。只有绝对压力才是真正说明气体状的数值越大，说明越接近绝对真空。只有绝对压力才是真正说明气体状态的状态参数。态的状态参数。2 2。温度。温度T T温度表示气体冷热的程度。按照分子运动论，气体的温度是气体内温度表示气体冷热的程度

10、。按照分子运动论，气体的温度是气体内部分子不规则运动激烈程度的量度，是与气体分子平均速度有关的一个部分子不规则运动激烈程度的量度，是与气体分子平均速度有关的一个统计量。气体的温度越高，表明气体分子的平均动能越大。统计量。气体的温度越高，表明气体分子的平均动能越大。热力学温度热力学温度T T的单位为的单位为K K，是国际单位制，是国际单位制(SI)(SI)中的基本单位，选取水中的基本单位，选取水的三相点温度为基本定点温度，规定其温度为的三相点温度为基本定点温度，规定其温度为273.16K273.16K，1K1K等于水的三等于水的三相点热力学温度的相点热力学温度的1/273.161/273.16。

11、国际单位制。国际单位制(SI)(SI)允许使用摄氏温度允许使用摄氏温度t t，第一节第一节 气体的热力性质气体的热力性质上一页上一页下一页下一页返回返回并定义并定义t=Tt=T一一T T0 0T T0 0=273.16K=273.16K在一般工程计算中，把在一般工程计算中，把ToTo取作取作273K273K已足够精确。摄氏温度每一度间已足够精确。摄氏温度每一度间隔与热力学温度每一度间隔相等，但摄氏温度的零点比热力学温度的零隔与热力学温度每一度间隔相等，但摄氏温度的零点比热力学温度的零点高点高273.16K273.16K。热力学温度不可能有负值。热力学温度不可能有负值3 3。比体积。比体积v v

12、比体积是单位质量的物质所占有的容积，即比体积是单位质量的物质所占有的容积，即式中，式中，v v为比体积，为比体积，m m3 3/kg/kg；V V为容积，为容积，m m3 3；m m为质量，为质量，kgkg比体积的倒数称为密度。密度是指单位容积的物质所具有的质量：比体积的倒数称为密度。密度是指单位容积的物质所具有的质量：式中，式中，P P为密度，为密度，kg/mkg/m3 3第一节第一节 气体的热力性质气体的热力性质上一页上一页下一页下一页返回返回二、理想气体状态方程二、理想气体状态方程所谓理想气体，是假设在气体内部，其分子不占体积，分子间又没所谓理想气体，是假设在气体内部，其分子不占体积，分

13、子间又没有吸引力的气体。有吸引力的气体。在热力计算和分析中，常把空气、燃气和烟气等气体都近似地看做在热力计算和分析中，常把空气、燃气和烟气等气体都近似地看做理想气体。因为气体分子之间的平均距离通常要比液体和固体的大得多，理想气体。因为气体分子之间的平均距离通常要比液体和固体的大得多，所以，气体分子本身的体积比气体所占的容积小得多，气体之间的吸引所以，气体分子本身的体积比气体所占的容积小得多，气体之间的吸引力也很小。通常把实际气体近似地看做理想气体来进行各种热力计算，力也很小。通常把实际气体近似地看做理想气体来进行各种热力计算，其结果极其相似。所以，对理想气体性质的研究，在理论上和实际上都其结果

14、极其相似。所以，对理想气体性质的研究，在理论上和实际上都是很重要的。是很重要的。根据分子运动论和对理想气体的假定，结合实验所得的一些气体定根据分子运动论和对理想气体的假定，结合实验所得的一些气体定律，并综合表示成理想气体状态方程式律，并综合表示成理想气体状态方程式( (或称克拉贝隆方程式或称克拉贝隆方程式) )。对于。对于1kg1kg理想气体，其状态方程为理想气体，其状态方程为pv=RTpv=RT第一节第一节 气体的热力性质气体的热力性质上一页上一页下一页下一页返回返回对于对于mkgmkg理想气体，总容积理想气体，总容积V=mvV=mv，其状态方程为，其状态方程为pV=mRTpV=mRT式中，

15、式中，R R为气体常数，为气体常数，J/(kgK)J/(kgK)R R的数值决定于气体的种类。的数值决定于气体的种类。对于对于1 1摩尔质量的理想气体，其状态方程为摩尔质量的理想气体，其状态方程为式中，式中，R Rm m为通用气体常数，为通用气体常数，J/(molK)J/(molK)，对于任何理想气体，数值，对于任何理想气体，数值相同；相同；V Vm m为摩尔体积，为摩尔体积，m m3 3/mol/mol；理想气体状态方程式反映了理想气体三个基本状态参数间的内在联理想气体状态方程式反映了理想气体三个基本状态参数间的内在联系，即系，即F(pF(p，v v，T)=0T)=0，只要知道其中两个参数，

16、就可以通过该方程求出，只要知道其中两个参数，就可以通过该方程求出第三个参数第三个参数第一节第一节 气体的热力性质气体的热力性质上一页上一页返回返回热力学是研究热能性质及其转换规律的科学。工程热力学是热力学热力学是研究热能性质及其转换规律的科学。工程热力学是热力学的一个分支。它着重研究与热力工程有关的热能和机械能相互转换的规的一个分支。它着重研究与热力工程有关的热能和机械能相互转换的规律。分析热力工程有关热力过程及热力循环的目的，是为了从理论上研律。分析热力工程有关热力过程及热力循环的目的，是为了从理论上研究提高热工转换的有效途径。究提高热工转换的有效途径。一、功、热量、热力学能一、功、热量、热

17、力学能1 1。功。功力学中把物体所受到的力力学中把物体所受到的力F F和物体在力的作用方向上的位移和物体在力的作用方向上的位移x x两者的两者的乘积，定义为力所用的功，并用符号乘积，定义为力所用的功，并用符号W W表示，即表示，即W=FxW=Fx热力学中，功就是当系统和外界之间存在压差时，系统通过边界和热力学中，功就是当系统和外界之间存在压差时，系统通过边界和外界之间相互传递的能量。外界之间相互传递的能量。图图1-21-2表示表示1kg1kg工质封闭在气缸内，进行一个可逆过程的膨胀做功情工质封闭在气缸内，进行一个可逆过程的膨胀做功情况。设活塞截面积为况。设活塞截面积为A(mA(m2 2) )，

18、工质作用在活塞上的压力，工质作用在活塞上的压力p p，活塞被推进一，活塞被推进一微小距离微小距离dxdx，第二节第二节 热力学第一定律热力学第一定律下一页下一页返回返回在这期间，工质的膨胀极小，工质的压力近乎不变，因而工质对活在这期间，工质的膨胀极小，工质的压力近乎不变，因而工质对活塞做的功为塞做的功为dw=pAdx=pdvdw=pAdx=pdv对可逆过程，如图对可逆过程，如图1-21-2所示，单位工质由状态所示，单位工质由状态1 1膨胀到状态膨胀到状态2 2所做的所做的膨胀功为膨胀功为如果已知工质的初、终态参数，以及过程如果已知工质的初、终态参数，以及过程1-21-2的函数关系的函数关系p=

19、f(v)p=f(v)，则可求得单位工质的膨胀功则可求得单位工质的膨胀功w w。其数值等于。其数值等于p-vp-v图上过程曲线图上过程曲线1-21-2下面所下面所包围的面积。因此，包围的面积。因此，p-vp-v也叫示功图。由图可见，膨胀功不仅与状态的也叫示功图。由图可见，膨胀功不仅与状态的改变有关，而且与状态变化所经历的过程有关。改变有关，而且与状态变化所经历的过程有关。若气缸中的工质为若气缸中的工质为mkgmkg，其总容积为，其总容积为V=mvV=mv，膨胀功为，膨胀功为第二节第二节 热力学第一定律热力学第一定律上一页上一页下一页下一页返回返回当工质不是膨胀，而是受到外界压缩时，则是外界对工质

20、做功。这当工质不是膨胀，而是受到外界压缩时，则是外界对工质做功。这时时pdvpdv为负值，为负值，w w也是负值，负的膨胀功实际上表明工质接受了外界的压也是负值，负的膨胀功实际上表明工质接受了外界的压缩功。缩功。2 2。热量。热量热量是由温度的不同，系统和外界间穿越边界而传递的能量。热量热量是由温度的不同，系统和外界间穿越边界而传递的能量。热量和功一样不是热力状态的参数，而是工质状态改变时对外的效应，但热和功一样不是热力状态的参数，而是工质状态改变时对外的效应，但热量不可能把它的全部能量表现为使物体改变宏观运动的状态。量不可能把它的全部能量表现为使物体改变宏观运动的状态。热量和功的根本区别在于

21、：功是两物体间通过宏观运动发生相互作热量和功的根本区别在于：功是两物体间通过宏观运动发生相互作用而传递的能量；热量则是两物体间通过微观的分子运动发生相互作用用而传递的能量；热量则是两物体间通过微观的分子运动发生相互作用而传递的能量。而传递的能量。一般规定，外界加给系统的热量为正，系统传给外界的热量为负。一般规定，外界加给系统的热量为正，系统传给外界的热量为负。国际单位制规定功国际单位制规定功W W和热量和热量Q Q的单位都用焦耳，的单位都用焦耳，J J第二节第二节 热力学第一定律热力学第一定律上一页上一页下一页下一页返回返回3 3。热力学能。热力学能气体的热力学能就是指气体内部所具有的各种能量

22、的总和，主要由气体的热力学能就是指气体内部所具有的各种能量的总和，主要由气体分子运动的动能和分子间位能组成。分子运动的动能包括分子直线气体分子运动的动能和分子间位能组成。分子运动的动能包括分子直线运动动能、旋转运动动能、分子内原子振动能和原子内的电子振动能等，运动动能、旋转运动动能、分子内原子振动能和原子内的电子振动能等，它仅取决于气体的温度，随温度的升高分子运动的动能增大。分子间的它仅取决于气体的温度，随温度的升高分子运动的动能增大。分子间的位能是分子间相互吸引而形成的，它取决于气体的压力或比体积。当气位能是分子间相互吸引而形成的，它取决于气体的压力或比体积。当气体的状态一定时，气体的温度、

23、压力和比体积都有固定的数值，其热力体的状态一定时，气体的温度、压力和比体积都有固定的数值，其热力学能也必然有固定的数值，所以热力学能也是气体的状态参数。学能也必然有固定的数值，所以热力学能也是气体的状态参数。对于理想气体而言，因假设其分子间没有吸引力，也就没有位能，对于理想气体而言，因假设其分子间没有吸引力，也就没有位能，所以理想气体的热力学能仅指其内部动能，它是温度所以理想气体的热力学能仅指其内部动能，它是温度T T的单值函数。的单值函数。1k1k。气体的热力学能用符号气体的热力学能用符号u u表示，单位为表示，单位为J/kgJ/kg或或kJ/kgkJ/kg，则，则u=f(T)u=f(T)第

24、二节第二节 热力学第一定律热力学第一定律上一页上一页下一页下一页返回返回分析发动机热功转换过程时，通常只计算热力学能的变化值。分析发动机热功转换过程时，通常只计算热力学能的变化值。1kg1kg气体的温度从气体的温度从T T1 1变化到变化到T T2 2时，其热力学能的变化量时，其热力学能的变化量u u为为气体的热力学能用符号气体的热力学能用符号U U表示，单位为表示，单位为J J或或kJkJ，温度从，温度从T T1 1变化到变化到T T2 2时，时，其热力学能的变化量其热力学能的变化量U U为为二、热力学第一定律二、热力学第一定律热力学第一定律是能量转换与守恒定律在热力学中的应用。根据热热力学

25、第一定律是能量转换与守恒定律在热力学中的应用。根据热力学第一定律，建立了闭口系统和开口系统的能量方程式，它们是进行力学第一定律，建立了闭口系统和开口系统的能量方程式，它们是进行热力分析和热力计算的主要基础。热力学第一定律可以描述为：热和功热力分析和热力计算的主要基础。热力学第一定律可以描述为：热和功可以相互转换，为了要获得一定量的功，必须消耗一定量的热；反之，可以相互转换，为了要获得一定量的功，必须消耗一定量的热；反之，消耗一定量的功，必会产生一定量的热消耗一定量的功，必会产生一定量的热第二节第二节 热力学第一定律热力学第一定律上一页上一页下一页下一页返回返回工质经历受热做功的热力过程时，工质

26、从外界接受的热量、工质因工质经历受热做功的热力过程时，工质从外界接受的热量、工质因受热膨胀而对外所做出的功、同时间内工质所储存或付出的能量三者之受热膨胀而对外所做出的功、同时间内工质所储存或付出的能量三者之间，必须保持收支上的平衡，否则就不符合能量守恒的原则。间，必须保持收支上的平衡，否则就不符合能量守恒的原则。工质内部所具有的各种能量，总称为工质的热力学能工质内部所具有的各种能量，总称为工质的热力学能( (热力学能热力学能) )。由于工程热力学主要讨论热能和机械能之间的相互转换，不考虑化学能由于工程热力学主要讨论热能和机械能之间的相互转换，不考虑化学能变化和原子核反应的热力过程，故可以认为这

27、两部分能量保持不变，认变化和原子核反应的热力过程，故可以认为这两部分能量保持不变，认为工质热力学能是分子热运动的动能和克服分子间作用力的分子位能的为工质热力学能是分子热运动的动能和克服分子间作用力的分子位能的总和。由于工质内的动能与位能都与热能有关，故也称作工质内部的热总和。由于工质内的动能与位能都与热能有关，故也称作工质内部的热能。能。分子热运动动能是温度分子热运动动能是温度T T的函数，分子间的位能是比体积，：的函的函数，分子间的位能是比体积，：的函数。因此，工质的热力学能取决于工质的温度和比体积，即与工质的热数。因此，工质的热力学能取决于工质的温度和比体积，即与工质的热力状态有关。一旦工

28、质的状态发生变化，热力学能也就跟着改变。力状态有关。一旦工质的状态发生变化，热力学能也就跟着改变。工质热力学能变化值工质热力学能变化值 ，只与工质的初、终状态有关，只与工质的初、终状态有关，而与工质由状态而与工质由状态1 1到状态到状态2 2所经历的过程无关所经历的过程无关第二节第二节 热力学第一定律热力学第一定律上一页上一页下一页下一页返回返回对于理想气体，因假设其分子间没有引力，故理想气体分子间的位对于理想气体，因假设其分子间没有引力，故理想气体分子间的位能为零，其比热力学能能为零，其比热力学能u u仅是温度的单值函数。仅是温度的单值函数。第二节第二节 热力学第一定律热力学第一定律上一页上

29、一页返回返回一、热力循环一、热力循环通过工质的热力状态变化过程，可以把热能转化为机械能而做功。通过工质的热力状态变化过程，可以把热能转化为机械能而做功。但仅仅依靠任何一个过程，都不可能连续不断地做功。为了连续不断地但仅仅依靠任何一个过程，都不可能连续不断地做功。为了连续不断地将热转换为功，必须在工质膨胀做功以后，经过某种压缩过程，使它回将热转换为功，必须在工质膨胀做功以后，经过某种压缩过程，使它回复到初始状态，以便重新膨胀做功。这种使工质经过一系列变化，又回复到初始状态，以便重新膨胀做功。这种使工质经过一系列变化，又回到初始状态的全部过程，称为热力循环到初始状态的全部过程，称为热力循环( (简

30、称循环简称循环) )热力循环可分为正向循环和逆向循环。把热能转变为机械功的循环热力循环可分为正向循环和逆向循环。把热能转变为机械功的循环叫正向循环叫正向循环( (或热机循环或热机循环) )；依靠消耗机械功而将热量从低温热源传向高；依靠消耗机械功而将热量从低温热源传向高温热源的循环，叫逆向循环温热源的循环，叫逆向循环( (或热泵循环或热泵循环) )如如图图1-31-3所示，设所示，设1kg1kg工质在工质在p-vp-v图上进行一个可逆的正向循环，膨图上进行一个可逆的正向循环，膨胀过程线胀过程线1-a-21-a-2曲线，高于压缩过程曲线，高于压缩过程2-b-12-b-1曲线，即过程曲线，即过程1-

31、a-21-a-2曲线，大曲线，大于过程于过程2-b-12-b-1所消耗的压缩功，整个循环中工质作出的净功所消耗的压缩功，整个循环中工质作出的净功 为正。为正。用用w w0 0表示净功的绝对值，即在表示净功的绝对值，即在p-vp-v图上封闭曲线图上封闭曲线1-a-2-b-11-a-2-b-1。所包围的面。所包围的面积积第三节第三节 热力学第二定律热力学第二定律下一页下一页返回返回二、热力循环评价二、热力循环评价发动机工作过程中，工质向低温热源传递的热量一般是无法回收利发动机工作过程中，工质向低温热源传递的热量一般是无法回收利用的。为评价发动机热力循环进行的好坏，通常用循环热效率和循环平用的。为评

32、价发动机热力循环进行的好坏，通常用循环热效率和循环平均压力来评定。均压力来评定。1 1。循环热效率循环热效率是指循环中热功转换的效率，是衡量热。循环热效率循环热效率是指循环中热功转换的效率，是衡量热机性能的重要指标之一，通常用于评机性能的重要指标之一，通常用于评价热力循环在能源利用方面的经济性价热力循环在能源利用方面的经济性如如图图1-41-4所示，工质的吸热过程曲线所示，工质的吸热过程曲线1-a-21-a-2，高于工质的放热过程曲，高于工质的放热过程曲线线2-b-12-b-1，即过程，即过程1-a-21-a-2中工质的吸热量中工质的吸热量 大于过程大于过程2-b-12-b-1中工质放中工质放

33、出的热量出的热量 ，整个循环中工质从高温热源中接受的净热量，整个循环中工质从高温热源中接受的净热量 为为正。用正。用q q1 1表示循环中工质从高温热源中接受热量的绝对值，用表示循环中工质从高温热源中接受热量的绝对值，用q q2 2表示工表示工质向低温热源放出热量的绝对值，则循环中工质接受的净热量为质向低温热源放出热量的绝对值，则循环中工质接受的净热量为q q1 1-q-q2 2，用曲线用曲线1-a-2-b-11-a-2-b-1所包围的面积表示。按热力学第一定律，循环中工质所包围的面积表示。按热力学第一定律，循环中工质所接受的净功为所接受的净功为第三节第三节 热力学第二定律热力学第二定律上一页

34、上一页下一页下一页返回返回从从T-sT-s图上可以看出，在热力循环中，工质从高温热源所接受的热图上可以看出，在热力循环中，工质从高温热源所接受的热量量q q1 1，只有一部分变成循环净功，只有一部分变成循环净功w w0 0，而另一部分热量，而另一部分热量q q2 2放出给低温热源。放出给低温热源。通常采用热力循环的净功通常采用热力循环的净功w w0 0与工质从高温热源接受的热量与工质从高温热源接受的热量q q1 1的比值的比值作为指标，称为循环热效率，用作为指标，称为循环热效率，用 表示，即表示，即循环热效率说明工质从高温热源吸收的热量，有多少转换为功。循环热效率说明工质从高温热源吸收的热量，

35、有多少转换为功。q q2 2愈小，则愈小，则 愈大，但因愈大，但因q q2 200，所以，所以 总小于总小于1 1。2 2。循环平均压力。循环平均压力循环平均压力用来评定循环的动力性，它是指单位气缸工作容积所循环平均压力用来评定循环的动力性，它是指单位气缸工作容积所做的循环功，用符号做的循环功，用符号P Pt t表示，即表示，即式中，式中，V Vs s为气缸工作容积，为气缸工作容积，m m3 3第三节第三节 热力学第二定律热力学第二定律上一页上一页下一页下一页返回返回三、热力学第二定律三、热力学第二定律热力学第二定律表明，连续获得机械功，至少有两个热源，高温热热力学第二定律表明，连续获得机械功

36、，至少有两个热源，高温热源和低温热源。工质从高温热源取得热量，把其中一部分转变为机械功，源和低温热源。工质从高温热源取得热量，把其中一部分转变为机械功，另一部分热量传给低温热源。不可能只利用一个高温热源，如从单一热另一部分热量传给低温热源。不可能只利用一个高温热源，如从单一热源源( (如以海洋、大气或大地作为单一热源如以海洋、大气或大地作为单一热源) )不断吸取热量，全部转变为机不断吸取热量，全部转变为机械功。械功。根据长期制造制冷机的经验得出：不可能使热量从低温物体传向高根据长期制造制冷机的经验得出：不可能使热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化。因此，不管利用什么机器，都不可能不付代温

37、物体而不引起其他变化。因此，不管利用什么机器，都不可能不付代价地实现把热量从低温物体转移到高温物体，即不可能自发地进行低温价地实现把热量从低温物体转移到高温物体，即不可能自发地进行低温热源向高温热源传热。热源向高温热源传热。 第三节第三节 热力学第二定律热力学第二定律上一页上一页返回返回一、实际循环一、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转变为机械功的循环，称为发动机的实机械功，这种连续不断地把热能转变为机械功的循环，称为发动机的实际循环。际循环。四冲程发动机的实际循环是由进气、

38、压缩、燃烧、膨胀、排气四冲程发动机的实际循环是由进气、压缩、燃烧、膨胀、排气5 5个个过程组成。通常用气缸内的气体压力过程组成。通常用气缸内的气体压力p p随比体积随比体积v(v(或曲轴转角或曲轴转角)而变化而变化的图形，来表示工质在气缸中的实际工作情况，如的图形，来表示工质在气缸中的实际工作情况，如图图1-51-5所示所示1 1。进气过程。进气过程进气过程是指充量进入气缸的过程进气过程是指充量进入气缸的过程( (图图1-5(a)1-5(a)中中rrarra线线) )。在进气过。在进气过程中，进气门开启、排气门关闭，活塞由上止点向下止点移动程中，进气门开启、排气门关闭，活塞由上止点向下止点移动

39、由于上一循环的残余废气，排气终了时气缸内压力由于上一循环的残余废气，排气终了时气缸内压力P Pr r高于大气压力高于大气压力p p0 0，随着活塞下行，首先是残余废气膨胀，压力由，随着活塞下行，首先是残余废气膨胀，压力由p pr r下降到低于大气压下降到低于大气压力的力的p pr r 。在压力差的作用下，新鲜气体被吸入气缸。由于进气系统有。在压力差的作用下，新鲜气体被吸入气缸。由于进气系统有阻力，过气终了的压力阻力，过气终了的压力p pa a。第四节第四节 发动机的循环发动机的循环下一页下一页返回返回仍低于大气压力仍低于大气压力p p0 0。进气终了气体因受到高温零件和残余废气的加。进气终了气

40、体因受到高温零件和残余废气的加热，其温度热，其温度T Ta a，总是高于大气温度，总是高于大气温度T T0 02 2。压缩过程。压缩过程活塞在气缸内压缩工质的过程，即为压缩过程活塞在气缸内压缩工质的过程，即为压缩过程( (图图1-5(a)1-5(a)的，的，accacc。线线) )。压缩过程进、排气门均关闭，活塞从下止点向上止点移动，缸内。压缩过程进、排气门均关闭，活塞从下止点向上止点移动，缸内工质受压后温度和压力不断上压缩过程的目的是增大工作过程的温差，工质受压后温度和压力不断上压缩过程的目的是增大工作过程的温差，使工质获得最大限度的膨胀比，提高循环热效为着火燃烧创造有利条件。使工质获得最大

41、限度的膨胀比，提高循环热效为着火燃烧创造有利条件。工质被压缩的程度用压缩比工质被压缩的程度用压缩比 表示。表示。式中，式中，v vt t为气缸最大容积，为气缸最大容积，m m3 3；V Vcccc为燃烧室容积，为燃烧室容积，m m3 3；V Vs s为气缸工为气缸工作容积，作容积，m m3 3。第四节第四节 发动机的循环发动机的循环上一页上一页下一页下一页返回返回3 3。燃烧过程。燃烧过程在上止点前混合气着火燃烧在上止点前混合气着火燃烧( (图图1-5(a)1-5(a)中的中的cz线线) )。燃烧过程放出。燃烧过程放出的热量越多，放热时越靠近上止点，则热效率越高。的热量越多，放热时越靠近上止点

42、，则热效率越高。如如图图1-61-6所示的汽油机工作过程中，当活塞压缩到上止点前所示的汽油机工作过程中，当活塞压缩到上止点前( (图图1-1-6(b)6(b)中中c点点) )，由电火花点燃混合气，火焰迅速传遍整个燃烧室，使工，由电火花点燃混合气，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到最高值，从而接质的压力及温度急剧上升，其压力在极短的时间内达到最高值，从而接近定容加热。近定容加热。在柴油机中，同样应在上止点前开始喷油和燃烧。燃烧开始时，燃在柴油机中，同样应在上止点前开始喷油和燃烧。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，接近定容加

43、烧速度很快，而气缸容积变化很小，工质温度、压力剧增，接近定容加热热( (图图1-6(a)1-6(a)中中czcz段段) )。随后是边喷油边燃烧，燃烧速度慢，且随着活。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，气缸压力升高不大，而温度继续升高，接近等塞下移，气缸容积增大，气缸压力升高不大，而温度继续升高，接近等压加热压加热( (图图1-6(a)1-6(a)中中zzzz段段) )。在实际燃烧过程中，不仅有散热损失，燃烧不完全损失，而且由于在实际燃烧过程中，不仅有散热损失，燃烧不完全损失，而且由于燃烧需要一定时间，因此还存在非瞬时燃烧损失。燃烧需要一定时间，因此还存在非瞬时燃烧损

44、失。第四节第四节 发动机的循环发动机的循环上一页上一页下一页下一页返回返回4 4。膨胀过程。膨胀过程膨胀过程是燃烧后的高温、高压气体在气缸内膨胀，推动活塞由上膨胀过程是燃烧后的高温、高压气体在气缸内膨胀，推动活塞由上止点向下止点移动而做功的过程。止点向下止点移动而做功的过程。( (图图1-5(a)1-5(a)中的中的zbzb线线) )随着气缸容积增随着气缸容积增大，气体的压力、温度迅速下降大，气体的压力、温度迅速下降膨胀过程与压缩过程情况相似，不仅有散热损失、漏气损失，还有膨胀过程与压缩过程情况相似，不仅有散热损失、漏气损失，还有补燃和高温热分解。补燃和高温热分解。5 5。排气过程。排气过程排

45、气过程如图排气过程如图1-5(a)1-5(a)所示中的所示中的bbrbbr曲线。在膨胀过程末期，活塞接曲线。在膨胀过程末期，活塞接近下止点近下止点( (图图1-5(a)1-5(a)中的中的bb时排气门开启，废气高速排出。当活塞由下时排气门开启，废气高速排出。当活塞由下止点向上止点移动时，缸内废气继续排出，直到排气门关闭，排气过程止点向上止点移动时，缸内废气继续排出，直到排气门关闭，排气过程结束结束排气终了的温度常作为检查发动机工作状态的技术指标。如发动机排气终了的温度常作为检查发动机工作状态的技术指标。如发动机工作过程不良，热功转换效率低，则排气终了温度偏高。工作过程不良，热功转换效率低，则排

46、气终了温度偏高。第四节第四节 发动机的循环发动机的循环上一页上一页下一页下一页返回返回二、理想循环二、理想循环发动机的工作过程十分复杂，为了便于研究，在工程热力学中通常发动机的工作过程十分复杂，为了便于研究，在工程热力学中通常将发动机实际工作循环加以抽象和简化，概括为由几个基本热力过程所组将发动机实际工作循环加以抽象和简化，概括为由几个基本热力过程所组成的理想循环。研究这些理想循环，可以指明提高发动机动力性和经济性成的理想循环。研究这些理想循环，可以指明提高发动机动力性和经济性的方向。的方向。发动机实际循环通常按以下条件简化：发动机实际循环通常按以下条件简化：(1)(1)假设工质所在的系统为闭

47、口系统，不考虑进、排气过程，并忽略假设工质所在的系统为闭口系统，不考虑进、排气过程，并忽略气流阻力的影响。气流阻力的影响。(2)(2)假设压缩与膨胀过程是绝热过程，忽略气缸壁传热、摩擦及漏气假设压缩与膨胀过程是绝热过程，忽略气缸壁传热、摩擦及漏气等热损失。等热损失。(3)(3)假设以等容过程、等压过程等向工质加热代替燃烧过程；工质的假设以等容过程、等压过程等向工质加热代替燃烧过程；工质的放热过程则视为等容过程放热过程则视为等容过程(4)(4)假设工质为理想气体，其比热视为定值。假设工质为理想气体，其比热视为定值。(5)(5)忽略实际过程中各种损失，并假设循环的每一过程为可逆过程。忽略实际过程中

48、各种损失，并假设循环的每一过程为可逆过程。第四节第四节 发动机的循环发动机的循环上一页上一页下一页下一页返回返回三、发动机循环的评定指标三、发动机循环的评定指标理想循环的评定指标主要有热效率和平均有效压力。热效率可用来理想循环的评定指标主要有热效率和平均有效压力。热效率可用来评定循环的经济性，平均有效压力可用来评定循环的动力性。评定循环的经济性，平均有效压力可用来评定循环的动力性。式中，式中， 为热效率；为热效率；W W为工质的循环净功，为工质的循环净功，J J；Q Q为工质在循环中吸为工质在循环中吸收的热量，收的热量，J J。 第四节第四节 发动机的循环发动机的循环上一页上一页返回返回发动机

49、性能指标是评价发动机性能好坏的各种物理量的总称，主要发动机性能指标是评价发动机性能好坏的各种物理量的总称，主要包括动力性指标包括动力性指标(如功率、转矩、平均压力等如功率、转矩、平均压力等)和经济性指标和经济性指标(如热效率、如热效率、燃油消耗率等燃油消耗率等)，此外还有运转性能、工作可靠性、结构工艺性等指标。，此外还有运转性能、工作可靠性、结构工艺性等指标。本节仅介绍发动机动力性和经济性的评定指标。按照建立体系的基本节仅介绍发动机动力性和经济性的评定指标。按照建立体系的基础不同，发动机的性能指标可分为两大类：指示性能指标和有效性能指础不同，发动机的性能指标可分为两大类：指示性能指标和有效性能

50、指标。标。指示性能指标是以气缸内工质对活塞所做的功为基础建立起来的性指示性能指标是以气缸内工质对活塞所做的功为基础建立起来的性能体系，只能评定发动机实际工作循环进行的质量好坏。有效性能指标能体系，只能评定发动机实际工作循环进行的质量好坏。有效性能指标是以发动机曲轴输出功率为基础的性能指标，以评定发动机整机性能的是以发动机曲轴输出功率为基础的性能指标，以评定发动机整机性能的好坏。好坏。一、指示性能指标一、指示性能指标1。平均指示压力。平均指示压力平均指示压力是指发动机单位气缸工作容积在每一个循环内所做的平均指示压力是指发动机单位气缸工作容积在每一个循环内所做的指示功，用符号指示功，用符号pi来衡