汽车节能技术第一章.ppt

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1、绪绪 论论 四、四、传热学知识传热学知识 热力学着重研究在热力学平衡状态下不同形式的能量间的热力学着重研究在热力学平衡状态下不同形式的能量间的相互转换的规律。而传热学则是研究由于存在温度差而引起的相互转换的规律。而传热学则是研究由于存在温度差而引起的热量传递规律，探讨不同条件下热传递系统的温度分布和有关热量传递规律，探讨不同条件下热传递系统的温度分布和有关热流量问题的分析计算实验。热传递是复杂的现象，可分为三热流量问题的分析计算实验。热传递是复杂的现象，可分为三种基本方式：种基本方式：热传导、热对流、热辐射。热传导、热对流、热辐射。1.1.热传导（导热）热传导（导热）是相互接触而温度不同的物体

2、或物体中温度不同的各部分是相互接触而温度不同的物体或物体中温度不同的各部分之间，当不存在宏观的相对位移时，由微观粒子（分子、原子之间，当不存在宏观的相对位移时，由微观粒子（分子、原子和它们的组成部分）的移动、转动和振动等热运动引起的热传和它们的组成部分）的移动、转动和振动等热运动引起的热传递现象。递现象。导热系数导热系数 单位单位导热热阻导热热阻绪绪 论论 四、四、传热学知识传热学知识2.2.热对流热对流 液体中温度不同的各部分之间，由于相对的宏观运动液体中温度不同的各部分之间，由于相对的宏观运动而把热量从一处带到另一处的现象，称为热对流。而把热量从一处带到另一处的现象，称为热对流。沿用沿用1

3、7011701年牛顿提出的冷却公式年牛顿提出的冷却公式对流换热系数对流换热系数3.3.热辐射热辐射 凡温度高于凡温度高于0开尔文的物体都有向外发射辐射粒子的能力。开尔文的物体都有向外发射辐射粒子的能力。物体转化本身的热能向外辐射能量的现象称为热辐射。物体转化本身的热能向外辐射能量的现象称为热辐射。斯蒂芬斯蒂芬-波尔兹曼常数波尔兹曼常数第一章发动机性能一、汽车发动机的发展一、汽车发动机的发展1.1.汽车发动机发展史的回顾汽车发动机发展史的回顾 17941794年年，英国人斯特里特提出从燃料的燃烧中获取动力，英国人斯特里特提出从燃料的燃烧中获取动力，第一次提出了燃料与空气混合的概念；第一次提出了燃

4、料与空气混合的概念；17991799年提出点燃煤年提出点燃煤气等气等 18161816年年R.stirlingR.stirling发明了热空气发动机发明了热空气发动机 18171817年年RivazRivaz开发了第一台大气压下的氢气发动机开发了第一台大气压下的氢气发动机 18331833年年，英国人赖特提出了直接利用燃烧压力推动，英国人赖特提出了直接利用燃烧压力推动 活塞作功的设计；活塞作功的设计；18601860年年LenoirLenoir发明第一台煤气发动机，人们开始意识到发明第一台煤气发动机，人们开始意识到燃料在密闭室内燃烧。燃料在密闭室内燃烧。1.1.汽车发动机发展史的回顾汽车发动机

5、发展史的回顾 1860年，奥拓研制了第一台四冲程煤气发动机。1876年，德国发明家奥托，研制成功第一台往复活塞式、单缸、卧式、3.2千瓦(4.4马力)的四冲程内燃机。1886年，戴姆勒.奔茨等人研制了汽油发动机。1892年，狄塞尔发明了柴油发动机。1897年，德国工程师狄塞尔首创的压缩点火式内燃机(柴油机)研制成功；1898年，柴油机首先用于固定式发电机组；1903年用作商船动力；1904年装于舰艇；1913年第一台以柴油机为动力的内燃机车制成；1920年左右开始用于汽车和农业机械。经过100多年的发展，汽油机和柴油机技术发生了巨大变化。集各门学科、高科技于一身，无论是自身性能还是与工作机械的

6、匹配，都达到登峰造极的地步。重量大约减轻100倍，油耗下降5倍。汽车发动机发展汽车发动机发展 1.1.汽车发动机发展史的回顾汽车发动机发展史的回顾汽车发动机发展汽车发动机发展 奥拓四冲程煤气发动机汽车奥拓四冲程煤气发动机汽车本茨设计制造出装用汽油机的三轮汽车本茨设计制造出装用汽油机的三轮汽车19531953年第一汽车制造厂在长春奠基，年第一汽车制造厂在长春奠基，19561956年年7 7月月1313日，日，1212辆国产辆国产“解放解放”牌汽车驶下总装线，开创了我国汽车工业的新纪元。牌汽车驶下总装线，开创了我国汽车工业的新纪元。19891989年确定了三大三小的格局。年确定了三大三小的格局。1

7、9941994年汽车工业被列为国家支柱产业。年汽车工业被列为国家支柱产业。19981998年我国汽车产量超过年我国汽车产量超过160160万辆，进入世界十强。万辆，进入世界十强。20032003年成为世界第四大汽车生产国和第三大消费国。年成为世界第四大汽车生产国和第三大消费国。20052005年我国汽车产量达到年我国汽车产量达到570.7570.7万辆，销售汽车万辆，销售汽车575.82575.82万辆。万辆。20062006年汽车保有量年汽车保有量49854985万辆。万辆。20082008年我国汽车销量年我国汽车销量938.05938.05万辆，万辆，保有量保有量64676467万辆。万辆

8、。我国摩托车工业，自我国摩托车工业，自19931993年连续产量居世界第一年连续产量居世界第一.截至截至20112011年底，全国机动车保有量为年底，全国机动车保有量为2.252.25亿辆，其中汽车亿辆，其中汽车1.061.06亿辆亿辆。2.2.我国汽车发动机产业发展现状我国汽车发动机产业发展现状我国发动机发展主要存在问题：我国发动机发展主要存在问题：自主开发能力差，自主开发能力差，核心技术主要是掌握在国外。核心技术主要是掌握在国外。企业数量众多，规模小，重复投资引进。企业数量众多，规模小，重复投资引进。汽车发动机发展汽车发动机发展 汽油机产量汽油机产量 上述十家企业共生产汽油机728.420

9、4万台，占汽油机生产累计总量的55.51%。2.2.我国汽车发动机产业发展现状我国汽车发动机产业发展现状柴油机产量柴油机产量 十家企业共销售柴油机307.0745万台，占柴油机累计销售总量的81.82%。2.2.我国汽车发动机产业发展现状我国汽车发动机产业发展现状国际十佳国际十佳3.3.国内外十佳发动机国内外十佳发动机 W ard年度十佳发动机奖项是由名为 W ard s A utow orld（沃德的汽车世界）这本杂志评选出来的。该杂志创刊于 1924年，在全世界范围内都颇具影响力。虽然有资格获得 W ar d十佳发动机的只有在北美市场发售的车型，但实际上能够赢得北美市场和 W ar d的认

10、可就可以等同于赢得了全世界的认可。1 1、奥迪、奥迪3.0L TFSI3.0L TFSI机械增压机械增压DOHC V-6DOHC V-6 这 款 3.0LTFSI V 6具有惊人的中低速扭矩，同时全铝构造更轻并具有更好的经济性。功率达 到 333hp/5500-7000rpm，扭 矩 达 441N m/2900-5300rpm。奥迪 3.0TFSI发动机采用缸内直喷技术，机械增压装置完美地融合在 90度 的 V6发动机中，压缩比达10.5:1。国内市场中的奥迪 A6L、A8、Q7等车型中配备。国际十佳国际十佳 3.3.国内外十佳发动机国内外十佳发动机2 2、宝马、宝马 N20 N20 涡轮增压

11、涡轮增压 2.0L I-42.0L I-4 3 3、宝马、宝马3.0L N55 3.0L N55 涡轮增压涡轮增压 I-6I-6120hp/L，扭力约350Nm左右。国内市场中目前只有进口版Z4配备了此款发动机。产生300hp/5800rpm功率以及高达407Nm/1200-5000rpm最大扭矩，在目前中国市场的进口335i和国产535i车型上均可见到 国际十佳国际十佳 3.3.国内外十佳发动机国内外十佳发动机4 4、福特、福特EcoBoost EcoBoost 涡轮增压涡轮增压2.0L I-42.0L I-4 此 款 2.0LEcoB oost 涡轮增压发动机相比以往福特推出的传统发动机，

12、拥有巨大的技术进步，加装了当下流行的可变正时气门+缸内直喷+涡轮增压，以高效动力表现以及可观的燃油经济性赢得评委们的青睐。采用博格华纳的 K03低惯量转子涡轮，在进、排气门可变正时的帮助下，发动机在 1750rpm 便可达到最大扭矩输出，提高了发动机在低转速时的动力表现。此发动机最大功率 240马力，扭矩可达 340Nm，可谓小排量大输出。国内所搭载此款发动机的车型包括福特蒙 迪 欧 致 胜、沃 尔 沃 S80L以及备受关注的路虎揽胜极光 国际十佳国际十佳 3.3.国内外十佳发动机国内外十佳发动机5 5、马自达、马自达Skyactiv-G 2.0L I-4Skyactiv-G 2.0L I-4

13、 这款成本不高但科技感十足的自然吸气4缸2.0LSkyactv发动机，国内被称为“创驰蓝天”技术，重点在于提升动力系统的效率和动力性能，此款发动机的亮点之一在于其高达 14:1的超高压缩比例，虽然后期经过调整有所降低，但仍然达到了13:1。能够采用如此高的压缩比，与发动机采用独特设计的燃烧室分不开。效率方面，与目前普通马自达 2.0发动机相比提高了15%以上。这款发动机将主要用于马自达3 Skyactiv版本以及2013款CX-5中，目前还没有引入中国市场。国际十佳国际十佳 3.3.国内外十佳发动机国内外十佳发动机6 6、克莱斯勒、克莱斯勒Pentastar 3.6L DOHC V-6Pent

14、astar 3.6L DOHC V-6 该发动机结构简单、耐久度高、保养维护费用低等特点，可产出286马力的最大功率以及347Nm的最大扭矩，油耗9.4L/100km左右。JEEP吉普牧马人、大切诺基等车型均配备了此款发动机。7 7、福特、福特Coyote,5.0L V-8Coyote,5.0L V-8 这款发动机只出现在美版的福特野马Boss 302。功率444hp，使用了全新的顶置凸轮和铝制结构，以及双独立可变凸轮轴正时技术，发动机可以随时迅速控制节气门开闭程度，提升车辆的加速性能以及低转速动力输出。8 8、通用别克涡轮增压、通用别克涡轮增压2.0L I-42.0L I-4 此次获奖的通用

15、别克 2.0高功率涡轮增压直列四缸发动机，拥有 270马力、400Nm 的动力输出数据，动力水平直逼同平台的欧宝 Insignia O PC搭载的 2.8L V6涡轮增压发动机 ，而国内版均为虽然也使用同样代号的 2.0涡轮增压发动机，但功率与海外版的 270马力版本截然不同，国内的 2.0发动机只有不到230马力的最大功率。1010、英菲尼迪、英菲尼迪VQ,3.5L V-6 VQ,3.5L V-6 混合动力混合动力 VQ混合动力发动机采用一台可以输出68马力（50千瓦）功率、270Nm的HM34电动机作为辅助，可输出超过360马力的动力，通过位于电动机前后两套离合器的开闭组合来控制动力的流向

16、，电动机则身兼二职，既做驱动使用的电动机，又用来做发电机。车辆的百公里油耗约小于6L/100km新推出的发动机将主要配备于英菲尼迪M35h车型上，虽然目前还没有进入国内市场，但有消息称英菲尼迪将有望在今年内引进混合动力版本的车辆。国际十佳国际十佳 3.3.国内外十佳发动机国内外十佳发动机9 9、现代、现代GDi1.6L I-4GDi1.6L I-4 韩系发动机近年来屡次获奖。此次上榜的是一台全新小排量GDi1.6升 4缸发动机。这款发动机应用了缸内直喷技术，使燃料燃烧更加充分，输出更加高效，同时有效降低油耗以及二氧化碳排放量。其最大功率约为101kW)/6300rpm和166Nm/4850rp

17、m的最大扭矩。此款发动机用于现代以及起亚的众多入门级车型，例如海外版现代雅绅特、飞思、起亚秀尔等。遗憾的是，也许是出于成本以及国内油品质量考虑，目前这款1.6升高效发动机没有被引进到国内市场中。2012年12月11日，由汽车与 运 动 主 办 “中国心”2012年度十佳发动机，作为国内惟一的汽车发动机评选活动，受 到 各 界 关 注国内十佳国内十佳 3.3.国内外十佳发动机国内外十佳发动机4.4.汽车发动机发展面临问题汽车发动机发展面临问题石油缺乏：石油缺乏：根根据据英英国国石石油油公公司司 世世界界能能源源统统计计评评论论 的的数数据据，截截止止 2 20 00 03 3年年底底，世世界界已

18、已探探明明石石油油储储量量为为 1 11 14 48 80 0亿亿桶桶，合合计计 1 15 57 70 0亿亿吨吨。从从现现有有数数据据来来看看，如如果果石石油油消消费费保保持持现现在在的的速速度度，世世界界石石油油储储备备还还可可以以满满足足 4 40 0年年 到到 5 50 0年年 之之 需需。我我国国石石油油资资源源总总量量较较丰丰富富。据据 2 20 00 03 3年年B BP P的的统统计计，在在世世界界 1 10 03 3个个产产油油国国中中我我国国石石油油可可采采资资源源总总量量和和剩剩余余可可采采储储量量分分别别居居第第 1 11 1位位和和第第 1 10 0位位。截截至至 2

19、 20 00 03 3年年底底，我我国国石石油油可可采采资资源源探探明明率率为为 4 43 3，总总体体属属于于石石油油勘勘探探中中等等成成熟熟阶阶段段。综综合合分分析析资资源源情情况况和和勘勘探探潜潜力力，预预计计未未来来 1 15 52 20 0年年内内，我我国国石石油油储储量量仍仍处处于于高高稳稳定定增增长长期期，年年均均新新增增石石油油可可采采储储量量在在 1 1.4 4亿亿 1 1.8 8亿亿 吨吨 左左 右右，大体保持目前的储量增长水平。大体保持目前的储量增长水平。从从19931993年起成为石油净进口国，我国进口石油的三分之一用于汽车消年起成为石油净进口国，我国进口石油的三分之一

20、用于汽车消耗。国内石油产量基本维持在耗。国内石油产量基本维持在2 2亿吨左右水平，每年进口量还在增加。亿吨左右水平，每年进口量还在增加。20112011年达到年达到2.72.7亿吨，很快将突破亿吨，很快将突破3 3亿吨，预计亿吨，预计20152015年进口依存度达到年进口依存度达到60%60%以上。以上。据预测将严重影响国家能源安全。据预测将严重影响国家能源安全。4.4.汽车发动机发展面临问题汽车发动机发展面临问题 我国的油价在世界范围内处于中游，但收入与油我国的油价在世界范围内处于中游，但收入与油价比排名世界第四，而且我国的高速公路收费；随着价比排名世界第四，而且我国的高速公路收费；随着排放

21、标准的更加严格，运输成本会进一步提高。排放标准的更加严格，运输成本会进一步提高。排放排放 汽车排出的污染物质主要包括在气缸内燃烧后从排气汽车排出的污染物质主要包括在气缸内燃烧后从排气管排出的废气，以及曲轴箱窜气、机油蒸气排放、燃料箱管排出的废气，以及曲轴箱窜气、机油蒸气排放、燃料箱和化油器的蒸发排放等。有害物质包括和化油器的蒸发排放等。有害物质包括COCO、COCO2 2、NONOX X、HCHC、碳烟等。碳烟等。噪声污染噪声污染 噪声污染已经成为四大公害之一。而城市噪声污染主噪声污染已经成为四大公害之一。而城市噪声污染主要来自城市交通噪声，其中汽车噪声占据很大部分。在我要来自城市交通噪声，其

22、中汽车噪声占据很大部分。在我国城市噪声源中，交通噪声占国城市噪声源中，交通噪声占46.8%46.8%，社会生活噪声占，社会生活噪声占28.9%28.9%，工业噪声占，工业噪声占8.3%8.3%，施工噪声占，施工噪声占5.1%5.1%，其它噪声占，其它噪声占10.9%10.9%。而且，交通噪声所占比例有逐年上升的趋势。而且，交通噪声所占比例有逐年上升的趋势。4.4.汽车发动机发展面临问题汽车发动机发展面临问题5.5.汽车动力装置发展预测汽车动力装置发展预测内燃机技术主要体现在以下几个方面内燃机技术主要体现在以下几个方面（1 1）缸内直喷电控汽油机性能的进一步改善）缸内直喷电控汽油机性能的进一步改

23、善（2 2）使用共轨式高压电控直喷柴油机）使用共轨式高压电控直喷柴油机（3 3）汽柴油品质的提高）汽柴油品质的提高（4 4）各种高效排放后处理装置的开发和使用）各种高效排放后处理装置的开发和使用5.5.汽车动力装置发展预测汽车动力装置发展预测汽车发动机发展汽车发动机发展 二、二、发动机的理论循环过程发动机的理论循环过程1.1.对实际循环所作的假设条件对实际循环所作的假设条件 a)a)假设工质是理想气体，整个循环工质组假设工质是理想气体，整个循环工质组成成分不变。成成分不变。b)b)闭口系统作封闭循环，不考虑换气损失。闭口系统作封闭循环，不考虑换气损失。c)c)将压缩和膨胀过程假定为绝热等熵过程

24、。将压缩和膨胀过程假定为绝热等熵过程。d)d)假设燃烧是外界无数个高温热源定容或假设燃烧是外界无数个高温热源定容或定压加热。定压加热。根据加热方式不同，发动机有三种基本空气根据加热方式不同，发动机有三种基本空气标准循环标准循环,即定容加热循环、定压加热循环和混即定容加热循环、定压加热循环和混合加热循环。合加热循环。a)a)定容加热循环定容加热循环 由于汽油机的均匀混合气为爆炸燃烧，燃烧速度由于汽油机的均匀混合气为爆炸燃烧，燃烧速度很快，而在上止点附近容积变化又较小，因此燃烧过很快，而在上止点附近容积变化又较小，因此燃烧过程相当于定容燃烧。程相当于定容燃烧。2.三种理论循环三种理论循环发动机的理

25、论循环过程发动机的理论循环过程示功图示功图温熵图温熵图 b)b)定压加热循环定压加热循环 低速柴油机燃油质量差，形成可燃混合气的速度低速柴油机燃油质量差，形成可燃混合气的速度慢，不均匀混合气的扩散燃烧速度很慢。燃烧持续慢，不均匀混合气的扩散燃烧速度很慢。燃烧持续时间长，接近定压加热。时间长，接近定压加热。2.三种理论循环三种理论循环发动机的理论循环过程发动机的理论循环过程示功图示功图温熵图温熵图 c)c)混合加热循环混合加热循环 高速柴油机在燃烧初期，由于部分混合气已与空气混合，高速柴油机在燃烧初期，由于部分混合气已与空气混合，之后由于边喷油、边混合、边燃烧，燃烧速度受到制约，因此之后由于边喷

26、油、边混合、边燃烧，燃烧速度受到制约，因此燃烧过程兼有逐渐爆炸燃烧和扩散燃烧的特征，对应于气缸内燃烧过程兼有逐渐爆炸燃烧和扩散燃烧的特征，对应于气缸内的容积变化情况，可以将燃烧过程简化为定容定压加热。的容积变化情况，可以将燃烧过程简化为定容定压加热。2.三种理论循环三种理论循环发动机的理论循环过程发动机的理论循环过程示功图示功图温熵图温熵图 为压力升高比 为预膨胀比 3.循环热效率循环热效率发动机的理论循环过程发动机的理论循环过程示功图的制取示功图的制取发动机示功图制取方法发动机示功图制取方法上止点位置传感器上止点位置传感器曲轴转角传感器曲轴转角传感器内置压力传感器的火花塞内置压力传感器的火花

27、塞示功图的制取示功图的制取发动机缸压所需传感器发动机缸压所需传感器4.热效率的影响因素热效率的影响因素发动机的理论循环过程发动机的理论循环过程1 1）压缩比）压缩比 随着压缩比的增大，三种循环的效率都提高。压缩比的随着压缩比的增大，三种循环的效率都提高。压缩比的提高，可以提高循环平均吸热温度，降低循环平均放热温度，提高，可以提高循环平均吸热温度，降低循环平均放热温度，扩大循环温差，增大膨胀比，如图扩大循环温差，增大膨胀比，如图1-21-2所示。图所示。图1-31-3表示定容表示定容加热循环热效率随压缩比变化的情况。在加热循环热效率随压缩比变化的情况。在 较低时，随着较低时，随着 的提高，效率增

28、长很快；在的提高，效率增长很快；在 较大时，再增加较大时，再增加 则效果较则效果较小。小。4.热效率的影响因素热效率的影响因素发动机的理论循环过程发动机的理论循环过程2 2）压力升高比）压力升高比 增大时，对于混合加热循环来说，若增大时，对于混合加热循环来说，若q q1 1不变则不变则q q2 2减少；减少；若若q q2 2不变则不变则q q1 1增大，都会使效率增大。增大，都会使效率增大。3 3）预膨胀比）预膨胀比 在等压加热循环中，随着加热量在等压加热循环中，随着加热量q q1 1的增加的增加,值加大。若值加大。若 保持不变，因平均膨胀比减小，放出的热量保持不变，因平均膨胀比减小，放出的热

29、量q q2 2增加，效率增加，效率下降。下降。在混合加热循环中，当循环总加热量在混合加热循环中，当循环总加热量q q1 1和和 保持不变，保持不变，值增大，意味着等压加热部分增大，同样效率下降。值增大，意味着等压加热部分增大，同样效率下降。5.循环平均压力循环平均压力发动机的理论循环过程发动机的理论循环过程是单位气缸容积所做的循环功，用来评定循环的做功能力是单位气缸容积所做的循环功，用来评定循环的做功能力式中式中循环所做的功（循环所做的功（J J）气缸工作容积（气缸工作容积（L L）根据工程热力学公式，混合加热循环的平均压力为：根据工程热力学公式，混合加热循环的平均压力为：式中式中压缩始点的压

30、力（压缩始点的压力（KPa）定容加热循环的平均压力为：定容加热循环的平均压力为：定压加热循环的平均压力为：定压加热循环的平均压力为：发动机的理论循环过程发动机的理论循环过程5.循环平均压力循环平均压力三、三、四冲程发动机的实际循四冲程发动机的实际循环环 四冲程发动机的实际工作过程是由连续的循环组成。活塞在上止点前打开进气门，气缸内的残余废活塞在上止点前打开进气门，气缸内的残余废气膨胀，过了上止点后，气缸真空度不断吸入新鲜气膨胀，过了上止点后，气缸真空度不断吸入新鲜空气与燃料的混合气。空气与燃料的混合气。1.1.进气过程进气过程四冲程发动机的实际循环四冲程发动机的实际循环由于进气阻力，气流受高温

31、零由于进气阻力，气流受高温零件及残余废气的加热，有如下件及残余废气的加热，有如下关系关系汽油机汽油机柴油机柴油机增压柴油机增压柴油机增压压力增压压力2.2.压缩过程压缩过程 四冲程发动机的实际循环四冲程发动机的实际循环汽油机汽油机 n1=1.321.38柴油机柴油机 n1=1.381.40增压柴油机增压柴油机 n1=1.351.37工质温度低，被加热，多变指数大于绝热指数，工质温工质温度低，被加热，多变指数大于绝热指数，工质温度高，放热，多变指数小于绝热指数度高，放热，多变指数小于绝热指数汽油机汽油机 0.82.0 600750柴油机柴油机 3.05.0 7501000增压柴油机增压柴油机 5

32、.08.0 9001100压缩比范围压缩比范围 汽油机：汽油机：7 71010 柴油机：柴油机：14142222 增压柴油机：增压柴油机：12121515 压缩比很重要，常用测量压缩压力来检查，当气缸密封不良时，压缩比很重要，常用测量压缩压力来检查，当气缸密封不良时，会出现压缩终点温度、压力下降，起动困难，功率减小等。会出现压缩终点温度、压力下降，起动困难，功率减小等。3.3.燃烧过程燃烧过程 四冲程发动机的实际循环四冲程发动机的实际循环汽油机汽油机 3.06.5 22002800柴油机柴油机 4.59.0 18002200增压柴油机增压柴油机 9.013.0燃烧放出热量越多，放热时越靠近上止

33、点，热效率越高。燃烧放出热量越多，放热时越靠近上止点，热效率越高。1四冲程发动机的实际循环四冲程发动机的实际循环4.4.膨胀过程膨胀过程汽油机汽油机 n2=1.231.28柴油机柴油机 n2=1.151.28汽油机汽油机 0.30.6 12001500柴油机柴油机 0.20.5 10001200 工质温度低，被加热，多工质温度低，被加热，多变指数大于绝热指数，工质温变指数大于绝热指数，工质温度高，放热，多变指数小于绝度高，放热，多变指数小于绝热指数热指数.四冲程发动机的实际循环四冲程发动机的实际循环5.5.排气过程排气过程由于排气系统阻力，排气终了的压力大于大气压力由于排气系统阻力，排气终了的

34、压力大于大气压力汽油机和柴油机汽油机和柴油机废气涡轮增压柴油机废气涡轮增压柴油机汽油机汽油机柴油机柴油机 发动机实际工作循环由上述五个过程组成，由于存发动机实际工作循环由上述五个过程组成，由于存在各种损失与理论循环相比存在一定偏差。在各种损失与理论循环相比存在一定偏差。四、实际循环的评定四、实际循环的评定指示指标指示指标 指示指标用来评定实际循环质量的好坏，它以工质在气指示指标用来评定实际循环质量的好坏，它以工质在气缸内对活塞做功为基础。用平均指示压力及指示功率评定循缸内对活塞做功为基础。用平均指示压力及指示功率评定循环的动力性环的动力性做功能力；用循环热效率及燃料消耗率评定循做功能力；用循环

35、热效率及燃料消耗率评定循环的经济性。环的经济性。1.1.平均指示压力平均指示压力 一个实际循环工质对活塞所做的有用功称为指示功，单位一个实际循环工质对活塞所做的有用功称为指示功，单位气缸工作容积的指示功为平均指示压力。可根据测量示功图气缸工作容积的指示功为平均指示压力。可根据测量示功图面积计算求得。面积计算求得。为了比较不同大小气缸的做功能力，需要排除尺寸的影响。为了比较不同大小气缸的做功能力，需要排除尺寸的影响。Pmi的一般范围是：汽油机 0.80.81.5MPa1.5MPa 柴油机 0.70.71.1MPa1.1MPa 增压柴油机 1 12.5MPa2.5MPa2.2.指示功率指示功率 发

36、动机单位时间所做的指示功，称为指示功率发动机单位时间所做的指示功，称为指示功率Pi Pi。行程数；i-气缸数3.3.指示热效率和指示燃油消耗率指示热效率和指示燃油消耗率 指示热效率是实际循环指示功与所消耗的燃料热量之比。指示热效率是实际循环指示功与所消耗的燃料热量之比。指示燃油消耗率是指单位指示功的耗油率。指示燃油消耗率是指单位指示功的耗油率。四、实际循环的评定四、实际循环的评定指示指标指示指标五、发动机经济性和动力性的评价五、发动机经济性和动力性的评价 发动机经济性和动力性指标是以曲轴对外输出的功率为发动机经济性和动力性指标是以曲轴对外输出的功率为基础，代表了发动机整机的性能，通常称它们为有

37、效指标。基础，代表了发动机整机的性能，通常称它们为有效指标。1.1.发动机动力性能发动机动力性能 1 1）有效功率有效功率 Pi Pi 发动机的指示功率并不能完全对外输出，功在发动机内发动机的指示功率并不能完全对外输出，功在发动机内部的传递过程中，不可避免有损失，这些损失包括：部的传递过程中，不可避免有损失，这些损失包括：1)1)发动机内部运动零件的摩擦损失；发动机内部运动零件的摩擦损失；2)2)驱动附属机构的损失；驱动附属机构的损失；3)3)泵气损失，指进排气过程所消耗的功。泵气损失，指进排气过程所消耗的功。2 2）有效扭矩）有效扭矩 发动机工作时，由功率输出轴输出的扭矩称为有效扭矩发动机工

38、作时，由功率输出轴输出的扭矩称为有效扭矩TtqTtq。式中：式中：TtqTtq一有效扭矩一有效扭矩(Nm)(Nm)；n n一发动机转速一发动机转速(r/min(r/min)。3 3）平均有效压力）平均有效压力 p pmeme 平均有效压力平均有效压力Pme(MPa)Pme(MPa)，是发动机单位气缸工作容积输出的有，是发动机单位气缸工作容积输出的有效功。它与有效功率效功。它与有效功率(kw)(kw)之间的关系是：之间的关系是：Pme的般范围是：汽油机 0.71.3 MPa 柴油机 0.61.0 MFa 增压柴油机 0.92.2 MPa1.1.发动机动力性能发动机动力性能发动机经济性和动力性的评

39、价发动机经济性和动力性的评价4)4)转速和活塞平均速度转速和活塞平均速度 提高发动机转速，即增加单位时间的做功次数，从而提高发动机转速，即增加单位时间的做功次数，从而使发动机体积小、重量轻和功率大。使发动机体积小、重量轻和功率大。式中式中 活塞行程活塞行程(m)(m)。转速转速 增加，活塞平均速度增加，活塞平均速度 也增加，也增加，与与 的关系为的关系为1.1.发动机动力性能发动机动力性能发动机经济性和动力性的评价发动机经济性和动力性的评价1 1）有效热效率有效热效率 是发动机的有效功是发动机的有效功WeWe与所消耗燃料热量与所消耗燃料热量Q1Q1之比。之比。2 2）有效燃料消耗率有效燃料消耗

40、率 bebe式中：式中：BB每小时的耗油量每小时的耗油量(kg/h)(kg/h)；P Pe e有效功率有效功率(kW)(kW)。1升0.2642加仑1公里0.621英里英里/加仑235.21/（L/100km)2.2.发动机经济性指标发动机经济性指标是单位有效功的耗油量。是单位有效功的耗油量。发动机经济性和动力性的评价发动机经济性和动力性的评价1 1）升功率和比质量升功率和比质量 升功率升功率PL(kW/L)PL(kW/L)是发动机每升工作容积所发出的有效功率。是发动机每升工作容积所发出的有效功率。比质量比质量me(kg/kW)me(kg/kW)是发动机的干质量与所给出的标定功率之比。它是发动

41、机的干质量与所给出的标定功率之比。它表征质量利用程度和结构紧凑性。表征质量利用程度和结构紧凑性。发动机经济性和动力性的评价发动机经济性和动力性的评价3.3.发动机强化指标发动机强化指标2 2）强化系数强化系数 平均有效压力平均有效压力PmePme与活塞平均速度与活塞平均速度CmCm的乘积称为强化系数。的乘积称为强化系数。它与活塞单位面积的功率成正比。其值愈大，发动机的热负它与活塞单位面积的功率成正比。其值愈大，发动机的热负荷和机械负荷愈高。由于发动机的发展趋势是强化程度不断荷和机械负荷愈高。由于发动机的发展趋势是强化程度不断提高，所以提高，所以PmeCmPmeCm值增大，也是技术进步的值增大，

42、也是技术进步的个标志。个标志。PmeCmPmeCm的大致范围是：的大致范围是：汽油机汽油机 8 817MPam17MPams s 小型高速柴油机小型高速柴油机 6 611MPam11MPams s 重型汽车柴油机重型汽车柴油机 9 915MPam15MPam5 5发动机经济性和动力性的评价发动机经济性和动力性的评价3.3.发动机强化指标发动机强化指标六、发动机的环境指标六、发动机的环境指标 发动机的环境指标主要指排气品质和噪声。发动机的环境指标主要指排气品质和噪声。发动机的发动机的排放物中含有对人类有害的有毒物质，对大气污染，从而排放物中含有对人类有害的有毒物质，对大气污染，从而形成公害。其排

43、出的有害物分为下述两类。形成公害。其排出的有害物分为下述两类。1.1.排放排放 1 1）有害气体）有害气体 目前主要限制一氧化碳目前主要限制一氧化碳(CO)(CO)、各种碳氢化合物、各种碳氢化合物(HC)(HC)及及氮氧化合物氮氧化合物(NO(NOx x)三种危害最大的气体排放量。三种危害最大的气体排放量。2 2）排气微粒）排气微粒 指排气中除水以外的、单个颗粒大于指排气中除水以外的、单个颗粒大于0.0020.002微米的任何微米的任何液体或固体微粒。其中，以碳为主要成分的固体颗粒形成液体或固体微粒。其中，以碳为主要成分的固体颗粒形成碳烟，是排气微粒最主要的成分。碳烟，是排气微粒最主要的成分。

44、2.2.噪声噪声 噪声会刺激神经，使人心情烦燥、反应迟钝、甚至产生耳聋、高噪声会刺激神经，使人心情烦燥、反应迟钝、甚至产生耳聋、高血压和神经系统疾病。汽车是城市的主要噪声源之一。发动机又是汽血压和神经系统疾病。汽车是城市的主要噪声源之一。发动机又是汽车的主要噪声源，故必须给予控制。如我国噪声标准中规定，轿车加车的主要噪声源，故必须给予控制。如我国噪声标准中规定，轿车加速噪声不得大于速噪声不得大于74dB74dB。六、发动机的环境指标六、发动机的环境指标 由道路所激发的车体结构的振动；轮台触地所激起的空气振动；车体穿过大气所产生的湍流；发动机的振动和排气、进气；传动系统中的相互运动所激发的振动；

45、制动器与轮圈的摩擦；空调风机等。发动机的机械损失消耗了一部分指示功率，而使对外输出的有效发动机的机械损失消耗了一部分指示功率，而使对外输出的有效功率减少。不同类型发动机各部分机械损失所占百分比差别很大，下功率减少。不同类型发动机各部分机械损失所占百分比差别很大，下表给出机械损失分配的大致情况。表给出机械损失分配的大致情况。七、机械损失七、机械损失 机械损失的大小可以用机械损失功率机械损失的大小可以用机械损失功率Pm(kW)Pm(kW)和平均和平均机械损失压力机械损失压力Pmm(MPa)Pmm(MPa)单位气缸工作容积的机械损失单位气缸工作容积的机械损失功来表示。它们和有效指标的关系是功来表示。

46、它们和有效指标的关系是 同样，为了比较各种不同内燃机机械损失所占比例同样，为了比较各种不同内燃机机械损失所占比例的大小，引入机械效率的概念。的大小，引入机械效率的概念。机械效率是有效功率和指示功率的比。机械效率是有效功率和指示功率的比。1.1.机械效率机械效率机械损失机械损失 机械损失功率是通过对实际发动机试验来测定。常用的机械损失功率是通过对实际发动机试验来测定。常用的测试方法有倒拖法、灭缸法和油耗线法。测试方法有倒拖法、灭缸法和油耗线法。1 1）倒拖法）倒拖法 发动机与平衡式电力测功器相连。首先让发动机在给发动机与平衡式电力测功器相连。首先让发动机在给定的工况下稳定运转，当冷却水和机油温度

47、到达正常值时，立定的工况下稳定运转，当冷却水和机油温度到达正常值时，立即切断供油即切断供油(柴油机柴油机)或停止点火或停止点火(汽油机汽油机)，同时将电力测功器，同时将电力测功器转换为电动机，以给定转速倒拖发动机，并尽可能维持冷却水转换为电动机，以给定转速倒拖发动机，并尽可能维持冷却水和机油温度不变。电力测功器所测得的倒拖功率，即为发动机和机油温度不变。电力测功器所测得的倒拖功率，即为发动机在该工况下的机械损失功率。在该工况下的机械损失功率。这种方法的缺点是必须使用平衡式电力测功器，而且由这种方法的缺点是必须使用平衡式电力测功器，而且由于缸内压力、温度与实际不符，测量结果往往偏大。我国汽车于缸

48、内压力、温度与实际不符，测量结果往往偏大。我国汽车发动机试验标准中规定，应优先采用此法测量机械损失功率。发动机试验标准中规定，应优先采用此法测量机械损失功率。机械损失机械损失2.2.机械损失的测定机械损失的测定机械损失机械损失发动机台架试验发动机台架试验 发动机的各项性能指标包括功率、油耗等通常是在发动机试验台上发动机的各项性能指标包括功率、油耗等通常是在发动机试验台上完成的。试验台由测功器及台架、辅助系统、测试仪器组成。完成的。试验台由测功器及台架、辅助系统、测试仪器组成。发动机试验台架简图发动机试验台架简图1冷却水箱2空气流量计3稳压筒4量油装置5燃油箱6测功器7转速表8消声器9垫层10基

49、础11底板12高压气瓶13示功器14混合水箱机械损失机械损失测功器测功器 测功器是用来吸收试验发动机发出的功，改变其负荷及测功器是用来吸收试验发动机发出的功，改变其负荷及转速，模拟实际使用的各种工况，同时测定发动机的输出转转速，模拟实际使用的各种工况，同时测定发动机的输出转矩，发动机转速可测得，功率则由下式求得：矩，发动机转速可测得，功率则由下式求得：式中：式中：TtqTtq一有效扭矩一有效扭矩(Nm)(Nm)；n n一发动机转速一发动机转速(r/min(r/min)常用的测功器有水力测功器、电涡流测功器和平衡式常用的测功器有水力测功器、电涡流测功器和平衡式直流电力测功器三种。直流电力测功器三

50、种。机械损失机械损失水力测功器水力测功器水力测功器是由制动器与测力机构组成水力测功器是由制动器与测力机构组成111111111转子轴 2外壳 3无接触密封 4进水孔 5定子 6转子 7进水管 8进水环室 9分隔室 10联轴节11转速传感器 12排水室 13固定轴承 14回水孔 15隔板 16浮动活塞阀 17活塞座 18控制阀 19伺服电机 20 排水孔DYNABAR水力测功器机构图1111DYNABAR水力测功器功率范围图a a为最大功率线（满水线）为最大功率线（满水线）b b为最大转矩线（转子强度）为最大转矩线（转子强度）c c为额定功率线（进出孔截面）为额定功率线（进出孔截面）d d为最大