《發(fā)動(dòng)機(jī)原理》.ppt

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Speaker: Lin Ying,學(xué)院、系室：交通學(xué)院 交通工程系 專(zhuān)業(yè)、年級(jí)、班級(jí)：交通運(yùn)輸08級(jí)（1）（2） 主講教師：丁 藝 教授,《發(fā)動(dòng)機(jī)原理》,福建農(nóng)林大學(xué) 2010年08月,汽車(chē)是現(xiàn)代交通運(yùn)輸?shù)闹饕ぞ咧?。汽?chē)運(yùn)輸具有機(jī)動(dòng)、靈活、快速、換裝少、貨損少、效率高、效益高的特點(diǎn)。汽車(chē)與國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展緊密相連、與人民日常生活密切相關(guān)。 汽車(chē)工業(yè)是機(jī)械電子工業(yè)的一個(gè)重要組成部分，也是一個(gè)綜合性的工業(yè)部門(mén)和技術(shù)密集行業(yè)。在一定程度上，一個(gè)國(guó)家的汽車(chē)工業(yè)代表了這個(gè)國(guó)家的工業(yè)發(fā)達(dá)水平。 發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車(chē)的心臟，《汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)原理》是交通運(yùn)輸（汽車(chē)運(yùn)用工程）專(zhuān)業(yè)的必修課程。,概 述,《汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)原理》以發(fā)動(dòng)機(jī)性能為主要研究對(duì)象，把合理組織工作過(guò)程，提高整機(jī)性能作為主要內(nèi)容，通過(guò)分析各工作過(guò)程中影響性能指標(biāo)的諸多因素，從中找到提高汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)的一般規(guī)律。 本課程的任務(wù)是研究汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程及整機(jī)性能，使學(xué)生掌握發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工作過(guò)程的分析方法及性能指標(biāo)與各工作過(guò)程的內(nèi)在聯(lián)系；掌握性能實(shí)驗(yàn)的基本方法以及數(shù)據(jù)處理與分析；了解影響整機(jī)性能的基本途徑，為從事汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的管理、使用、維護(hù)與修理提供理論基礎(chǔ)。,發(fā)動(dòng)機(jī)：將某種形式的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械（Engine） 能的一種機(jī)器。,組件式GIS技術(shù),空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),GIS與數(shù)據(jù)挖掘集成技術(shù),發(fā)動(dòng)機(jī)（狹義）：主要制用于可移動(dòng)的交通工具或 可移動(dòng)的機(jī)械設(shè)備上的動(dòng)力裝置。如航空發(fā)動(dòng)機(jī)、 船舶、汽車(chē)、拖拉機(jī)…… 現(xiàn)代汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)（Automotive Engine）多為往復(fù) 式的內(nèi)燃機(jī)。,內(nèi)燃機(jī)：將燃料在氣缸內(nèi)燃燒，使其熱能直接轉(zhuǎn)化為 機(jī)械能的機(jī)器。 往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)(Reciprocating Piston Engine) ：活 塞在氣缸中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)。 蒸汽機(jī)和目前大多內(nèi)燃機(jī)都是往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)。 現(xiàn)代汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)如果不加特別說(shuō)明，一般都是往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)。 現(xiàn)代汽車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料有汽油、柴油、酒精和液化石油氣等。但目前廣泛使用的還是汽油和柴油。,該門(mén)課程主要內(nèi)容及安排,主要內(nèi)容：汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際工作過(guò)程與性能指標(biāo)；燃燒熱化學(xué)與熱計(jì)算；換氣過(guò)程及燃燒過(guò)程的進(jìn)行與使用因素的影響；發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲及排放污染的形成機(jī)理與防止措施；主要特性（負(fù)荷特性、速度特性、萬(wàn)有特性）與制取方法及分析；車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的廢棄渦輪增壓等。 基本要求： (1) 明確本課程的地位、性質(zhì)、任務(wù)及主要研究對(duì)象；了解目前國(guó)內(nèi)外研究水平及主要發(fā)展方向; (2) 重點(diǎn)掌握發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)及指示指標(biāo)、有效指標(biāo)、機(jī)械效率的定義、計(jì)算與分析；明確實(shí)際循環(huán)的各項(xiàng)損失及減少損失的的基本途徑;,(3) 明確換氣過(guò)程的進(jìn)行；重點(diǎn)掌握充氣系數(shù)的概念及影響因素與 提高充氣系數(shù)的措施；了解進(jìn)排氣管內(nèi)的動(dòng)力效應(yīng); (4) 熟悉汽油機(jī)及柴油機(jī)的混合氣形成；掌握汽油機(jī)正常燃燒過(guò)程 的特點(diǎn)與分期及不正常燃燒現(xiàn)象與形成機(jī)理；掌握柴油機(jī)燃燒 過(guò)程的特點(diǎn)與分期；了解柴油不正常噴射發(fā)生的原因及消除措 施；明確使用因素對(duì)燃燒過(guò)程的影響; (5) 掌握發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲及排放污染形成機(jī)理、測(cè)定方法與防治措施； 明確使用因素對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲及排氣中有害氣體濃度的影響。 (6) 明確發(fā)動(dòng)機(jī)特性的定義、基本分析式及研究意義；重點(diǎn)掌握負(fù) 荷特性、速度特性、調(diào)速特性、萬(wàn)有特性曲線的制取方法與分 析；掌握大氣修正方法。了解車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的廢棄渦輪增壓技術(shù);,安排：課堂教學(xué)30學(xué)時(shí)，其中含作業(yè)講評(píng)、測(cè)驗(yàn)1次。 課程成績(jī)?cè)u(píng)定：平時(shí)成績(jī)（作業(yè)、測(cè)驗(yàn)）30%，期末 考試成績(jī)70%。,主要參考書(shū),汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)原理（徐兆坤主編） 清華大學(xué)出版社 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)原理（張志沛主編） 人民交通出版社 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)原理（陳培陵主編） 人民交通出版社 汽車(chē)拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)（武漢工學(xué)院董敬、莊志） 中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社 工程熱力學(xué)（龐麓鳴） 工程熱力學(xué)（曾丹玲） 工程熱力學(xué)（沈維道） 汽車(chē)構(gòu)造（各種版本）,《發(fā)動(dòng)機(jī)原理》 2009-2010學(xué)年 第一學(xué)期,§1-1 氣體的熱力性質(zhì),一、氣體的熱力狀態(tài)及其基本狀態(tài)參數(shù) 內(nèi)燃機(jī)：燃料在機(jī)器內(nèi)部燃燒的發(fā)動(dòng)機(jī)（熱能→機(jī)械能）。 內(nèi)燃機(jī)中，熱能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)換是通過(guò)氣體狀態(tài)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在氣缸中，氣體不斷經(jīng)歷壓縮、吸熱、膨脹、放熱等熱力過(guò)程，氣體的熱力狀態(tài)在不斷發(fā)生變化。 氣態(tài)工質(zhì)： 氣體——遠(yuǎn)離液態(tài)，不易液化的氣態(tài) 蒸氣——?jiǎng)傆梢簯B(tài)過(guò)渡過(guò)來(lái)或比較容易液化的氣態(tài) 內(nèi)燃機(jī)的工質(zhì)是氣體（包括空氣、燃?xì)夂蜔煔猓?,(一) 氣體的熱力狀態(tài) 氣體在任何一個(gè)瞬刻的狀態(tài)就是它在該瞬刻所處的物 理?xiàng)l件。 (二) 狀態(tài)參數(shù) 標(biāo)志氣體熱力狀態(tài)的物理量。每一個(gè)狀態(tài)參數(shù)都是從 某一方面來(lái)描寫(xiě)氣體所處的狀態(tài)。 工程熱力學(xué)中常用 的狀態(tài)參數(shù)有6個(gè)：壓力P 比容V 溫度T 內(nèi)能U 熵S 焓H 基本狀態(tài)參數(shù) （可直接測(cè)量、應(yīng)用最多）,,溫度T：Temperature 溫度表示氣體的冷熱程度。也就是氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)弱程度。與大量分子平均移動(dòng)能的大小成正比。 其中： ——比例系數(shù) m ——分子的質(zhì)量 ——分子直線運(yùn)動(dòng)的均方根速度 是國(guó)際單位制SI中基本單位 溫度是用以確定一個(gè)系統(tǒng)是否與另一個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡的一個(gè)熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,（3）朗肯溫標(biāo) = 1.8K （4）華氏溫標(biāo) = + 459.67,壓力P： 單位面積上所受的垂直作用力稱(chēng)為壓力。 根據(jù)分子運(yùn)動(dòng)論，氣體的壓力是大量分子向容器壁面撞擊的平均結(jié)果。（統(tǒng)計(jì)量） 單位：在國(guó)際單位制（SI）中，壓力單位是“帕斯卡”，代號(hào)Pa（N/m2）成正比。 1KPa=103Pa 1MPa=106Pa (千帕) （兆帕） 在工程實(shí)際中，使用的壓力單位有“標(biāo)準(zhǔn)大氣壓”，代號(hào)atm； 及“巴”，代號(hào)bar；“工程大氣壓”， 代號(hào)at(kgf/cm2)。 1atm=101325 Pa=101.325 KPa 1bar=105 Pa 1個(gè)工程大氣壓1at(kgf/cm2)=98.067kPa,,,,,壓力的測(cè)量：氣體的壓力通常使用壓力計(jì)或真空計(jì)測(cè)量。 因?yàn)閴毫τ?jì)讀數(shù)是氣體的真實(shí)壓力與大氣壓力的差值，稱(chēng)為“表 壓力”，用P表（Pg）表示。氣體的真實(shí)壓力稱(chēng)“絕對(duì)壓力”，用P絕 （P）表示，大氣壓力用P0表示。 ①當(dāng)P絕P0時(shí) P絕=P0+P表（P=P0+Pg） ②當(dāng)P絕P0時(shí) P絕=P0-P真（此時(shí)表壓力是真空度） 注：此時(shí)表壓力是負(fù)值，用真空度表示，代入上式時(shí)不隨負(fù)號(hào)，僅取其數(shù)值,大氣壓力因地而異，即同一絕對(duì)壓力的氣體，其表壓力也因地、因時(shí)而異，因此，只有絕對(duì)壓力才能作為狀態(tài)參數(shù)。,,,,,,,,,,,,,,,二、工質(zhì)及平衡態(tài)、熱力系、熱力過(guò)程 (一) 工質(zhì)及其平衡態(tài) 工質(zhì)： 工程熱力學(xué)中，把實(shí)現(xiàn)熱能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的工作物 質(zhì)稱(chēng)為“工質(zhì)”。 內(nèi)燃機(jī)的工質(zhì)是：空氣和燃?xì)?。 空氣具有：①好的流動(dòng)性和膨脹性；（在相同溫差或壓差下， 其膨脹比最大，因而能夠更有效地做功） ②氣體熱力性質(zhì)最簡(jiǎn)單，可以簡(jiǎn)化為理想氣體。,平衡態(tài)： 一個(gè)系統(tǒng)不受外界作用，系統(tǒng)內(nèi)部不發(fā)生狀態(tài)地任 何改變，則稱(chēng)為該系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。所謂外界作用，即是與 外界的熱、功、質(zhì)的交換。 ①無(wú)不平衡力：力學(xué)平衡 系統(tǒng)平衡狀態(tài)條件： ②無(wú)溫度梯度：熱平衡 ③無(wú)化學(xué)反應(yīng)：擴(kuò)散或溶解過(guò)程，化學(xué) 平衡 ④無(wú)電位差：電平衡 即：當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的各部分的溫度和壓力處處相等，不隨時(shí)間而變化，它是 系統(tǒng)在沒(méi)有外界作用的情況下可以長(zhǎng)久保持的狀態(tài)。這時(shí)系統(tǒng)各部分的狀態(tài)均勻一致，每一個(gè)狀態(tài)參數(shù)只有一個(gè)數(shù)值。,,(二) 熱力系統(tǒng) 凡是人為劃定的熱力學(xué)研究對(duì)象叫“熱力學(xué)系統(tǒng)”，亦稱(chēng)“熱力系”、“系統(tǒng)”。與系統(tǒng)相關(guān)的稱(chēng)“外界”（與系統(tǒng)有相互作用的其它系統(tǒng)稱(chēng)為外界）。 包圍系統(tǒng)的封閉表面就是系統(tǒng)與外界的分界面，稱(chēng)為邊界（或界面）。邊界可以是真實(shí)的，也可以是假想的。 根據(jù)邊界上物質(zhì)和能量交換情況，熱力系統(tǒng)可分為： 開(kāi)口系統(tǒng) open system ： 系統(tǒng)與外界不僅有功、熱的交換，而且也有物質(zhì)交換。（亦稱(chēng)控制體積 control volume） 如：燃?xì)廨啓C(jī) 。 閉口系統(tǒng) closed system：系統(tǒng)與外界可以有功、熱的交換，但沒(méi)有物質(zhì)交換。（亦稱(chēng)控制質(zhì)量 control mass） 如：氣缸。,孤立系統(tǒng) Isolated system：系統(tǒng)與外界不發(fā)生任何相互作用， 如物質(zhì)交換、熱和功的傳遞。 非孤立系統(tǒng)+相關(guān)的外界=孤立系統(tǒng) （這是一種處理方法，實(shí) 際不存在） 絕熱系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界不進(jìn)行熱交換的系統(tǒng)。 熱力系的選擇取決于研究目的和任務(wù)。,(三) 熱力過(guò)程、準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程、可逆過(guò)程與不可逆過(guò)程 （1）熱力過(guò)程 系統(tǒng)在外界條件作用下，從某一狀態(tài)變化到另一狀態(tài)所經(jīng)歷的全部狀態(tài)的總和。（曾丹玲：“熱力系狀態(tài)連續(xù)變化的過(guò)程叫做熱力學(xué)過(guò)程） 熱力學(xué)系統(tǒng)在外界條件作用下，任何一個(gè)狀態(tài)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，這個(gè)系統(tǒng)的工質(zhì)從一個(gè)狀態(tài)經(jīng)過(guò)一系列的中間狀態(tài)變至另一個(gè)狀態(tài)，稱(chēng)工質(zhì)經(jīng)歷了一個(gè)熱力過(guò)程。 循環(huán)：熱力系統(tǒng)初始狀態(tài)和終了狀態(tài)相同稱(chēng)熱力系統(tǒng)經(jīng)過(guò)了一個(gè)循環(huán)（有正循環(huán)和逆循環(huán)）。 （2）準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程（內(nèi)平衡過(guò)程） 在一個(gè)熱力過(guò)程中，必定在系統(tǒng)內(nèi)或系統(tǒng)與外界之間存在某種不平衡勢(shì)，使系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生變化，如果這種不平衡勢(shì)無(wú)限小，以致系統(tǒng)在任意時(shí)刻均無(wú)限接近于一個(gè)平衡態(tài)，這種的過(guò)程稱(chēng)為準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。,引入準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的好處： 可以用狀態(tài)參數(shù)描述過(guò)程 可以用狀態(tài)方程進(jìn)行必要的計(jì)算 可以在參數(shù)坐標(biāo)圖上表示過(guò)程 可以計(jì)算過(guò)程中系統(tǒng)與外界的功、熱交換 （3）參數(shù)坐標(biāo)圖上表示過(guò)程（只有準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程才能在圖上表示出來(lái)，不平衡狀態(tài)由于沒(méi)有確定的熱力狀態(tài)參數(shù)，無(wú)法在圖上表示） ∵ 一個(gè)平衡態(tài)只有一組唯一的狀態(tài)參數(shù)，并且在（P、V、T）三個(gè)狀態(tài)參數(shù)之間存在內(nèi)在的聯(lián)系，三個(gè)狀態(tài)參數(shù)之間只有兩個(gè)是彼此獨(dú)立的。因此，用任意兩個(gè)參數(shù)就可以表明工質(zhì)所處的狀態(tài)。,∴ 我們只要用任意兩個(gè)參數(shù)作為平面直角坐標(biāo)圖的縱、橫坐標(biāo)，構(gòu)成參數(shù)坐標(biāo)圖，就可以清晰地表示工質(zhì)所處地?zé)崃顟B(tài)。圖示法具有直觀、簡(jiǎn)明、便于分析等優(yōu)點(diǎn)。 如果非準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程，在圖上只能用虛線表示它從一個(gè)平衡點(diǎn)開(kāi)始到另一個(gè)平衡點(diǎn)經(jīng)歷的過(guò)程，無(wú)法確定其真實(shí)過(guò)程。,（4）可逆過(guò)程與不可逆過(guò)程（是carnot在1796～1832引出的） 一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)沿某一過(guò)程曲線由狀態(tài)1變?yōu)闋顟B(tài)2后，若能沿著逆方向的同一曲線從狀態(tài)2回到狀態(tài)1，而不引起外界的變化，這個(gè)過(guò)程叫可逆過(guò)程。 或：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)經(jīng)歷一個(gè)過(guò)程，其結(jié)果是系統(tǒng)和外界的初態(tài)均可完全恢復(fù)而不留任何痕跡，此過(guò)程稱(chēng)為可逆過(guò)程。 可逆過(guò)程：無(wú)摩擦、無(wú)溫差的平衡過(guò)程。 不可逆過(guò)程 ： 有壓差下的膨脹、有溫差的傳熱；自發(fā)過(guò)程（均衡過(guò)程）；伴有摩擦存在的過(guò)程（耗散過(guò)程） 摩擦 擴(kuò)散 耗散效應(yīng) 滲透 溶解 渦流 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程≠可逆過(guò)程,,共同點(diǎn)：無(wú)限緩慢、無(wú)限接近平衡態(tài) 。 差別：準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程要求工質(zhì)內(nèi)部平衡，不排斥耗散效應(yīng)存 在；可逆過(guò)程要求工質(zhì)內(nèi)部平衡，內(nèi)外無(wú)耗散效應(yīng)。 簡(jiǎn)單地說(shuō)：可逆過(guò)程=準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程+無(wú)任何耗散效應(yīng)。 系統(tǒng)在可逆過(guò)程中對(duì)外輸出的功量等于準(zhǔn)靜功。因此，可以直接根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部的參數(shù)來(lái)計(jì)算它。這在工程計(jì)算上將帶來(lái)極大方便。 可逆過(guò)程是沒(méi)有任何損失的理想過(guò)程，實(shí)際的熱力過(guò)程既不可能是絕對(duì)的平衡過(guò)程，又不可避免地會(huì)有摩擦。因此，可逆過(guò)程是實(shí)際過(guò)程地理想極限。今后我們所討論的主要是可逆過(guò)程。,,三、理想氣體狀態(tài)方程 Ideal gas equation of state 理想氣體是一種實(shí)際上不存在的假想氣體。這種氣體的分子是一些彈性的、不占體積的質(zhì)點(diǎn)，分子之間也沒(méi)有相互作用力。 引入理想氣體概念，主要是為了研究問(wèn)題方便。因?yàn)椋绻紤]了氣體的性質(zhì)非常復(fù)雜，狀態(tài)參數(shù)之間則是極其復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系，使研究問(wèn)題復(fù)雜。 氣體的溫度愈高、壓力愈低時(shí)，氣體比容愈大，氣體離液態(tài)愈遠(yuǎn)。氣體分子間的距離很大，與距離有關(guān)的分子之間的作用力就很小，分子本身體積相對(duì)氣體分子運(yùn)動(dòng)所占有的空間也顯得極為微小。這時(shí)，這些氣體就可以作為理想氣體處理。通常所見(jiàn)的氣體o2、N2、H2、co、co2及空氣等都作為理想氣體看待，誤差并不大，鍋爐中所產(chǎn)生的水蒸汽離液態(tài)較近，一般不能作為理想氣體處理。,,,,,,,另一方面，該式也說(shuō)明了在一定狀態(tài)時(shí)，已知兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)就可以確定氣體的狀態(tài)。若氣體得質(zhì)量為m千克，將上式兩邊同乘以m得： 式中： 為m千克氣體所占總?cè)莘e（米3） 阿伏加德羅定律指出，在同溫、同壓下，1摩爾的任何氣體所占的容積相同。 且由實(shí)驗(yàn)測(cè)得，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（壓力為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，即1.01325×105帕（Pa），溫度為0℃（273.15K）時(shí)）時(shí)，摩爾容積為： =22.41410-3 米3/摩=22.414[標(biāo)準(zhǔn)m3/kmol] 因此，若采用摩爾質(zhì)量為度量氣體質(zhì)量的單位，則所有氣體的氣體常數(shù)相等了。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,四、工質(zhì)的比熱 在工程中，熱量的計(jì)算常常利用比熱 比熱：?jiǎn)挝涣康奈镔|(zhì)作單位溫度變化時(shí)所吸收或放出的熱量。 （在一個(gè)系統(tǒng)中，工質(zhì)單位溫升所吸收的熱量，即在溫度間隔 內(nèi)使氣體溫度升高1°k時(shí)平均所需熱量，稱(chēng)平均熱容量。） 平均熱容量： KJ/K 瞬時(shí)熱容量（真實(shí)熱容）： 單位熱容量（比熱）： （ ） 式中：C——某工質(zhì)在某一狀態(tài)下的比熱 dq——某工質(zhì)在某一狀態(tài)下溫度變化時(shí)所吸收或放出的熱量（KJ）,,,,,,,,,,,,,,(一) 與工質(zhì)的性質(zhì)（種類(lèi)）關(guān)系：不同的工質(zhì)比熱不同，可通過(guò)查有關(guān)表格得。 (二)比熱與單位關(guān)系：量度氣體質(zhì)量的單位可以是： kg、kmd、m3 質(zhì)量比熱： 摩爾比熱： 熱容比熱： 三者關(guān)系 （ ：摩爾質(zhì)量 ）,,,,,,,,,(三) 比熱與熱力過(guò)程關(guān)系 工質(zhì)的比熱與工質(zhì)從一狀態(tài)到另一狀態(tài)所經(jīng)歷的熱力過(guò)程有關(guān)。熱力工程中最常見(jiàn)的加熱過(guò)程是定壓過(guò)程和定容過(guò)程。,,,,,,,,,,,,在一定溫度下，同一種氣體的 與 值彼此不等，且 ， 與 關(guān)系式可由第一定律解析式導(dǎo)出。,在一定溫度下，同一種氣體的 與 值彼此不等，且 ， 與 關(guān)系式可由第一定律解析式導(dǎo)出。,(四) 比熱與加熱時(shí)工質(zhì)的狀態(tài)關(guān)系(與溫度和壓力關(guān)系) 實(shí)驗(yàn)證明：氣體的比熱是溫度、壓力的函數(shù)。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,對(duì)于理想氣體，比熱僅是溫度的函數(shù)。(因理想氣體分子間沒(méi)有相互作用力，因而分子具有內(nèi)動(dòng)能而不存在內(nèi)位能。因此，理想氣體的比熱僅是溫度函數(shù)，與壓力、比容無(wú)關(guān)。） 理想氣體： 理想氣體 與 的關(guān)系極為復(fù)雜，可近似表示為： （ ） 式中： 、 、 等系數(shù)均由實(shí)驗(yàn)確定，與氣體種類(lèi)有關(guān)。（常數(shù)）,如果以比熱為縱坐標(biāo)，溫度為橫坐標(biāo)，則得 的關(guān)系曲線?？梢?jiàn)不同的溫度對(duì)應(yīng)不同的比熱。工質(zhì)在每一溫度下所對(duì)應(yīng)的比熱稱(chēng)為工質(zhì)的“真實(shí)比熱”。,,,,,,,,,,=面積1、2、 、 因比熱隨T不同而變化，使計(jì)算復(fù)雜，為使計(jì)算方便，取平均比熱 。 平均比熱：在一定溫差范圍內(nèi)單位量物質(zhì)所吸收或放出的熱量和溫度差之比值。 =面積1、2、 、 =面積ABCD = AC,,,,,,,,,,,,,,,,,,,矩形高AC表示在 至 范圍內(nèi)的平均比熱,,,,,,,,,,= 工程上將平均比熱制成表，可直接查取。此表的溫度是從0 （因若 、 溫度都變化，使制表困難） 1－2 =面積OE2DO-面積C0E1C = = 又 ∴,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(五)理想混合氣體及其比熱 內(nèi)燃機(jī)的工質(zhì)通常是由各種氣體組成的混合氣體，燃?xì)庥蒀O2、O2、N2及少量SO2、H2o、CO等組成。在高溫時(shí)，燃?xì)鈨?nèi)部存在極復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，高溫分解，低溫還原，研究十分困難，但高溫時(shí)間極短，一般在1400℃以下時(shí)，分解、分離現(xiàn)象相對(duì)次要。所以，我們常將混合氣體視為理想氣體研究。（不存在化學(xué)反應(yīng)） 有關(guān)理想氣體的公式和定律對(duì)理想混合氣體也都適用。 ：理想混合氣體的平均摩爾質(zhì)量 ：理想混合氣體的平均摩爾質(zhì)量,,,,,,,,,式中： ——組成氣體的質(zhì)量 ——組成氣體的摩爾數(shù) 理想混合氣體的比熱：其比熱取決于各組成氣體的比熱和其相對(duì)成分。 ——第種組成氣體的相對(duì)重量成分 （ ）,,,,,,,,,,,§1-2 熱力學(xué)第一定律,一、幾個(gè)基本概念 1、功 work,平常工程熱力學(xué)說(shuō)的簡(jiǎn)單系統(tǒng)只有一種形式的功——膨脹功（亦稱(chēng)容積功）。 容積功：作用在系統(tǒng)邊界的力使系統(tǒng)邊界發(fā)生位移，并使容積發(fā)生變化而作功。 設(shè)一千克工質(zhì)在氣缸中進(jìn)行膨脹，經(jīng)歷一個(gè)可逆過(guò)程 ∵是可逆過(guò)程 ∴ ∵ ∴ 式中： ——活塞移動(dòng) 時(shí)工質(zhì)作的微量功 ——膨脹過(guò)程中工質(zhì)在某瞬間的壓力,,,,,,,,,,,,,整個(gè)過(guò)程1-2中所作的功應(yīng)為 m千克工質(zhì)所作的功，則為 （ ）,,,,,,,,,,,,,,,,以上兩式為工質(zhì)在可逆過(guò)程中對(duì)外界（包括活塞）所作膨脹功的數(shù)學(xué)表達(dá)式，如已知在狀態(tài)變化過(guò)程中 與 的變化規(guī)律，即過(guò)程方程式 ，即可求得功量。 工質(zhì)在可逆過(guò)程中所作得功可以用 圖上過(guò)程曲線下的面積表示。所以，壓容圖亦稱(chēng)示功圖。,,,,,從示功圖可知，膨脹功的數(shù)值不僅決定于工質(zhì)初態(tài)和終態(tài)，而且 和過(guò)程經(jīng)過(guò)的途徑有關(guān)，即與過(guò)程的性質(zhì)有關(guān)。所以，膨脹功不 是狀態(tài)參數(shù)，而是過(guò)程的函數(shù)。 規(guī)定：膨脹功為正，壓縮功為負(fù),,,,,,,,,,,,,,,,,,2、熱量、熵 熱量（hert） ：依靠溫差而傳遞的能量稱(chēng)為傳熱量或稱(chēng)熱量。 功與熱的比較 規(guī)定：系統(tǒng)吸收熱量為正，放熱為負(fù),,熵和溫熵圖（示熱圖）,,,,,,,,,,m千克工質(zhì) （ ——可逆） 1千克工質(zhì) （如不可逆 ） ——做功推動(dòng)力 ——傳熱推動(dòng)力 這用完全形式邏輯對(duì)比引出，但這不是很好的說(shuō)明，只是為了加深記憶,,,,,,二、熱力學(xué)第一定律 熱力學(xué)第一定律是能量轉(zhuǎn)換和守恒定律在熱力學(xué)上的應(yīng)用。能量轉(zhuǎn)換定律（The Lew of Conservation Energy）是1843年英國(guó)業(yè)余物理學(xué)家Joule通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)找出熱功當(dāng)量，實(shí)際上是德國(guó)一個(gè)醫(yī)生Mayer在1842年已發(fā)現(xiàn)，但他的論文未被采納。 能量轉(zhuǎn)換及守恒定律：自然界一切物質(zhì)都具有能量，能量有各種不同的形式，它能夠從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式，在轉(zhuǎn)換中能量保持不變。 熱力學(xué)第一定律：“在任何發(fā)生能量轉(zhuǎn)換的熱力過(guò)程中，轉(zhuǎn)換前后的總能量維持恒定?！?或：“第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)是不可能造成?！?,,,,,,,,,或：“熱能可以轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，機(jī)械能也可以轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，一定量的熱能可以轉(zhuǎn)化為數(shù)量相當(dāng)?shù)臋C(jī)械能，一定量的機(jī)械能也可以轉(zhuǎn)化為數(shù)量相當(dāng)?shù)臒崮??！?國(guó)際單位制規(guī)定功 、熱 的單位均使用“焦耳”（ ），這時(shí) 如果單位不同： 則： 或 式中： ——功的熱當(dāng)量 ——熱的功當(dāng)量,,,,,,,,,,,,,,,,五、閉口系統(tǒng)能量平衡方程 以氣缸中定量工質(zhì)為例：工質(zhì)與外界并無(wú)質(zhì)量的交換，只有能量的傳遞（傳熱與作功），這就是前面介紹的封閉熱力系或定質(zhì)量熱力系（閉口系統(tǒng)）。 工質(zhì)從外界吸收熱量Q，從狀態(tài)1變到狀態(tài)2（膨脹），并對(duì)外界作膨脹功W，由于討論是閉口系統(tǒng)，不存在工質(zhì)流進(jìn)流出的問(wèn)題，所以 和 可不予考慮。則在此過(guò)程中工質(zhì)儲(chǔ)存能量的變化為： ∴熱力學(xué)第一定律解析式：,,,,,,,以上三式僅從熱一律原則直接推導(dǎo)得，沒(méi)有附加條件，因此可適用于任何工質(zhì)、任何過(guò)程（可逆和不可逆的一切變化過(guò)程） 若工質(zhì)經(jīng)歷的是可逆過(guò)程，則上式可寫(xiě)成：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,穩(wěn)定流動(dòng)能量平衡方程 現(xiàn)分析 千克工質(zhì)流經(jīng)開(kāi)口系統(tǒng)時(shí)能量變化關(guān)系。 流入熱力系時(shí)帶入的能量為： 式中： 工質(zhì)流出熱力系時(shí)帶出的能量：,,,,,,,,,,,,,,,,∴熱力系儲(chǔ)存能量的變化為： 此外，系統(tǒng)在過(guò)程中從外界吸熱Q，并對(duì)外輸出軸功（控制體積功，除了軸功外，還可能有容積變形、膨脹功、拉伸功、電磁功……等，在此假定除外，其余沒(méi)有）。 為使截面Ⅰ—Ⅰ前的 千克工質(zhì)流入熱力系，外界必須用力 ，克服阻力把它推入熱力系，此時(shí)外界對(duì)工質(zhì)作功 焦。同理， 千克工質(zhì)由熱力系截面Ⅱ—Ⅱ流出時(shí)，也必須克服外界阻力 ，對(duì)外界作功 焦。上述 乃是千 克工質(zhì)在流動(dòng)時(shí)所作的功，稱(chēng)為流動(dòng)功（或推動(dòng)功、壓縮功、壓力勢(shì)能）,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,∴ 將 、 、 代入能量平衡方程,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,焓： 焦 對(duì)一千克工質(zhì)： 焦/千克 可見(jiàn)：由狀態(tài)參數(shù) 、 、 決定的焓也是狀態(tài)參數(shù)，在狀態(tài)變化過(guò)程中，焓變量為： 對(duì)于開(kāi)口流動(dòng)體系來(lái)說(shuō)，焓是 內(nèi)能+推進(jìn)功 對(duì)于閉口系統(tǒng)沒(méi)有更多物理意義，只是一個(gè)狀態(tài)參數(shù)，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,引用焓，在閉口系統(tǒng)有時(shí)很方便，如：一個(gè)閉口系統(tǒng)，定壓膨脹，可逆過(guò)程： 可見(jiàn)：在閉口系統(tǒng)定壓過(guò)程，系統(tǒng)所吸收的熱量等于系統(tǒng)焓的增量。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,技術(shù)功 ： 若工質(zhì)流進(jìn)、流出熱力系的動(dòng)能和位能的變化量很小，可略去不計(jì),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,則 ： ∴工質(zhì)流經(jīng)熱力設(shè)備時(shí)所作的技術(shù)功應(yīng)等于膨脹功和推動(dòng)功的代數(shù)和 ∵ ∴,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,也可由第一解析式直接轉(zhuǎn)化而得 = 或： （復(fù)合狀態(tài)參數(shù)） ∴,,,,,,,,,,,,,,,,,定壓過(guò)程（焓的推導(dǎo)） 所以：理想氣體無(wú)論經(jīng)歷什么過(guò)程，其內(nèi)能變化在數(shù)值上總等于定容過(guò)程的加熱量。 焓的變量在數(shù)值上總等于定壓過(guò)程的加熱量。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,熵的計(jì)算 ∵ ∴ 若 為定值，則： 或： ∵ ∴,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,若 為定值，則： 熵 從狀態(tài)1變化到狀態(tài)2，只與初態(tài)1和終態(tài)2有關(guān)， 與過(guò)程無(wú)關(guān)，所以， 也是狀態(tài)參數(shù)。,,,,,,,,,,,,,,,,,,熵的變量 （∵ 為定值） 在 圖上，定容過(guò)程曲線為一條對(duì)數(shù)曲線。,,,,,,,,,,,,,二、等壓過(guò)程 定壓過(guò)程比容與溫度成正比 膨脹功 熱量 或,,,,,,,,,,,,熵的變量,,,,,,,,,,,,,三、定溫過(guò)程 定溫過(guò)程氣體絕熱壓力與比容成反比 膨脹功 熱量 ∵ ∴,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,單原子氣體 =1.67 雙原子氣體 =1.4 三（多）原子氣體 =1.3 從 得,,,,,,,,,,,,,,,,,,熱量 熵的變量 功 閉口系統(tǒng)：膨脹功 ∵ ∴ 可見(jiàn)：絕熱過(guò)程中工質(zhì)對(duì)外作膨脹功時(shí)消耗工質(zhì)的內(nèi)能。 ∵ ∴,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,四、多變過(guò)程 定義：壓力、比容的關(guān)系符合 的過(guò)程（ ） ——多變指數(shù) 這是一般化公式——多變過(guò)程方程式 當(dāng) 則 定壓過(guò)程 則 定溫過(guò)程 則 絕熱過(guò)程 則 定容過(guò)程 可見(jiàn)：當(dāng) 為某一定值時(shí)， 就代表一個(gè)特定過(guò)程，此式可將許多有規(guī)律的熱力過(guò)程包括在內(nèi)，具有相當(dāng)?shù)钠毡樾?，討論多變過(guò)程得到的結(jié)論，對(duì)其他特殊過(guò)程具有原則性指導(dǎo)意義。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,由于多變過(guò)程方程式的數(shù)學(xué)形式與絕熱過(guò)程相同，因此多變過(guò)程中的初、終態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系，以及求膨脹功（技術(shù)功）的公式，在形式上均與絕熱過(guò)程的公式完全相同，只是以代替各式中的值。 膨脹功 技術(shù)功 多變過(guò)程中氣體的技術(shù)功 等于閉口系統(tǒng)中同量氣體膨脹功的 倍,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,熵的變量 或,,,,,,,,,,,,,,,,,,在 、 圖上的表示,,,,,,,§1-4 熱力學(xué)第二定律,一、熱力學(xué)第二定律的幾種表述 熱力學(xué)第二定律是人們根據(jù)無(wú)數(shù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)的有關(guān)熱現(xiàn)象的第二個(gè)經(jīng)驗(yàn)定律，并被大量經(jīng)驗(yàn)和事實(shí)說(shuō)明它的正確性。熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)就是指出一切過(guò)程的不可逆性。 第一種說(shuō)法：克勞修斯說(shuō)法（1950年），“不可能把熱從低溫物 體傳至高溫物體，而不引起其它變化?！奔础盁岵豢赡茏詣?dòng)（自發(fā)）地、不付代價(jià)地從低溫物體傳至高溫物體?！?第二種說(shuō)法：開(kāi)爾文說(shuō)法（1951年），“不可能從單一熱源取熱使之完全變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其它影響。”即“只冷卻一個(gè)熱源而連續(xù)不斷作功的循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)是造不成功的?！?,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,卡諾循環(huán)及其熱效率 熱力學(xué)第二定律指出，第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)是不可能造成的，也就是說(shuō)，任何熱機(jī)都不可能將吸取的熱量循環(huán)不息地全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣ΑＤ敲丛谝欢l件下（高溫恒溫?zé)嵩春偷蜏睾銣責(zé)嵩匆欢〞r(shí)），循環(huán)中吸取的熱量最多能轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗌俟Γ考词钦f(shuō)，提高循環(huán)中熱變功的效率的基本途徑是什么？卡諾循環(huán)和卡諾定理回答了這些問(wèn)題。,,,問(wèn) 題,,,,,,,,,,,,由可逆過(guò)程組成的循環(huán)稱(chēng)為可逆循環(huán)。熱機(jī)循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性是以熱效率來(lái)衡量的。,,,,,,,,,,,,據(jù)熱力學(xué)第一定律： ——卡諾循環(huán)熱效率,,由卡諾循環(huán)的熱效率公式可以得出： 1、卡諾循環(huán)的熱效率決定于高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩吹臏囟?，也就是工質(zhì)在定溫吸熱和定溫放熱時(shí)的溫度。（ 取決于 、 ）。,,,,,,,,,,,,,,,,,,卡諾定理 “在兩個(gè)不同溫度的恒溫?zé)嵩撮g工作的所有熱機(jī)，沒(méi)有其他熱機(jī)的熱效率能比卡諾熱機(jī)的熱效率更高。”,,,《發(fā)動(dòng)機(jī)原理》 2009-2010學(xué)年 第一學(xué)期,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2、壓縮 線 進(jìn)氣門(mén)、排氣門(mén)均關(guān)，活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)行，提高工質(zhì) 、P.(工質(zhì)受壓縮的程度用 表示。) （6～10 ） 800～2000 600～750,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,4、排氣 線 進(jìn)氣門(mén)關(guān)、排氣門(mén)開(kāi)、活塞從下止點(diǎn) 上止點(diǎn)。排出廢氣、為下一循環(huán)作準(zhǔn)備。 ：900～1100 ：1.05～1.15 從實(shí)際循環(huán)分析可知： 實(shí)際循環(huán)情況復(fù)雜，研究也十分困難 工質(zhì)對(duì)活塞作功為正，活塞對(duì)工質(zhì)作功為負(fù),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,為研究方便，將內(nèi)燃機(jī)實(shí)際工作過(guò)程抽象簡(jiǎn)化。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,§2-2 理論循環(huán),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,由于1～2及3～4為定熵過(guò)程，則,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,二、定壓加熱循環(huán) 1、定壓加熱循環(huán)熱效率 由于 令 預(yù)脹比（定壓預(yù)脹比）,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,∵ 將以上各式代入 公式得：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2、混合加熱循環(huán)平均壓力 （ ） 將 、 、 代入式子得：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,由此可知： 一定的機(jī)器，其 不一定 實(shí)際機(jī)器最好是：燃燒放熱宜占曲軸轉(zhuǎn)角小，平均接近上止點(diǎn) 注：有些書(shū)用“等容度“來(lái)衡量在等容加熱的程度 “等容度”：等容過(guò)程所占的程度。,,第三章,§3-1 指示指標(biāo),§3-2 有效指標(biāo),§3-3 機(jī)械損失,發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo),,,,,,,發(fā)動(dòng)機(jī)（主要指汽、柴機(jī)）性能指標(biāo)有動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。此外，上世紀(jì)70年代以來(lái)，還考慮了噪音、排氣煙度和排氣成分等指標(biāo)。 “發(fā)動(dòng)機(jī)原理“是以性能指標(biāo)為研究對(duì)象，深入到工作過(guò)程的各個(gè)階段，分析影響性能指標(biāo)的各種因素，從中找出提高性能指標(biāo)的一般規(guī)律。 但衡量發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量，還要考慮它的可靠性、耐久性及結(jié)構(gòu)工藝性、操縱維修、成本核算等各個(gè)方面。所以，在研究提高性能指標(biāo)的同時(shí)，必須根據(jù)使用特點(diǎn)，生產(chǎn)條件等實(shí)際情況，把要求合理的統(tǒng)一起來(lái)。 發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)有兩種：一種是以工質(zhì)對(duì)活塞作功為基礎(chǔ)的指標(biāo)——指示指標(biāo)。它們用來(lái)評(píng)定工作循環(huán)進(jìn)行的好壞。另一類(lèi)是以曲軸輸出功率為基礎(chǔ)的性能指標(biāo)——有效指標(biāo)。它們用來(lái)評(píng)定整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的好壞。,,,,發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo),,,,,,,,§3-1 指示指標(biāo),一、循環(huán)指示功 和平均指示壓力 (indicated),,,,,,,,,發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo),,,,,,,,,,,,發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo),,,,,,,,,,高，則同樣大小的氣缸工作容積發(fā)生的指示功愈多，氣缸工作容積的利用程度愈佳，它排除了工作容積影響。（上世紀(jì)70年代后，都在尋求高的平均指示壓力）可以比較不同大小，不同型式發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。,發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo),,,,,發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,三、指示燃油消耗率 和指示熱效率 工質(zhì)每作1 的指示功所消耗的燃料量稱(chēng)為指示燃油消耗率（指示耗油率）。 ：工質(zhì)完成的指示功與所消耗的燃料熱量之比。,發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo),,§3-2 有效指標(biāo),發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo),,發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo),,,,,,,,,,,,,發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo),,,,,,,,,,,,,發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo),,發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo),,,,,,,,,,,,,發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2、比質(zhì)量 ：發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量 與所發(fā)出標(biāo)定功率 之比 ——發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量，指未加水、油， 不包括散熱器、排氣管、空濾器、 消音器、儀表等附件時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量 說(shuō)明金屬材料在發(fā)動(dòng)機(jī)中利用程度。,發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo),,,,,,,,,,,,,發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo),,,,,§3-3 機(jī)械損失,發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo),,,,,,,,,,,,,,換氣過(guò)程：發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣過(guò)程和進(jìn)氣過(guò)程的總和稱(chēng)之。 發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)充氣量的多少是決定發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能的主要因素。 因發(fā)動(dòng)機(jī)是利用燃料在氣缸內(nèi)燃燒所放出的熱能使工質(zhì)壓力提高而對(duì)活塞作功的。 燃料燃燒熱量的放出，依賴(lài)于燃料和空氣中氧氣，要使 、 、 ，就需要燃料在氣缸內(nèi)燃燒時(shí)放熱多，這就依賴(lài)于氣缸中所能充填 進(jìn)去的燃料量，也依賴(lài)于充填進(jìn)去的空氣量。 液體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，其燃料占體積極小，所以從燃料量來(lái)看，可以使燃料多到保證將氣缸內(nèi)的氧氣完全利用的程度，而并不會(huì)對(duì)氣缸內(nèi)的充氣量有明顯的影響。可是由于空氣占體積大，所以從而使得發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中燃燒所能放出熱量的多少，主要是限于能夠充入氣缸的空氣量的多少。 液體燃料與空氣比例： 重量比 1∶15 體積比 1∶10000,,,,,,,,,,,,,,,,另外，燃料是強(qiáng)制進(jìn)入，由化油器或噴油泵多供一些燃料容易作到，而更多的充入（吸入）空氣卻較困難。因此，氣缸中燃燒放出熱量的大小，就取決于充入氣缸空氣量的多少，如果每循環(huán)進(jìn)入氣缸的空氣量多，就可以多供一些燃料，使燃燒放出的熱量增加，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和扭矩。 所以，發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)充氣量的多少，是決定發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能的主要因素，我們研究換氣過(guò)程的目的，就在于了解換氣過(guò)程進(jìn)行的情況，分析影響充氣量的因素，從而設(shè)法使對(duì)氣缸大小一定的發(fā)動(dòng)機(jī)充氣量盡可能提高。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,泵氣損失—— + - 即示功圖中的下環(huán)面積。 和 在計(jì)算時(shí)，已考慮進(jìn)去了，實(shí)際示功圖中進(jìn)排氣過(guò)程負(fù)功為 + - 。 平均泵氣損失壓力 ， 一般在0.15～0.3 左右，作為功的損失并不很大，但時(shí) ，對(duì)提高充氣性能是很重要的。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,實(shí)際進(jìn)氣量： ∴ ∵ 差別不大,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,據(jù)： 一般指油門(mén)全開(kāi)時(shí)的充氣系數(shù)。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,因此，就一定的轉(zhuǎn)速而言，可以配合進(jìn)氣管長(zhǎng)度，使發(fā)動(dòng)機(jī)功率提高。（可變進(jìn)氣支管） 排氣管壓力波動(dòng) 同樣道理，排氣管中的氣體壓力波動(dòng)也是可以利用，如在排氣門(mén)關(guān)閉之前，排氣管中正好有膨脹波到達(dá)，使排氣門(mén)處壓力降低，能幫助燃燒室掃氣，使廢氣排除干凈，利于 。 進(jìn)排氣管的壓力波動(dòng)，在單缸機(jī)轉(zhuǎn)速變化小時(shí)好用，在多缸機(jī)上由于各缸進(jìn)排氣管與總管相連，易互相干擾，利用很困難。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,第五章,§5-1 燃料及主要性能,§5-2 汽油機(jī)的燃燒過(guò)程,§5-3 燃油機(jī)的燃燒過(guò)程,發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過(guò)程,,,,,,,,,§5-1 燃料及主要性能,燃燒過(guò)程是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿倪^(guò)程，燃燒過(guò)程好壞，關(guān)系到能量轉(zhuǎn)換的效率的高低，從而直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)。 發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際燃燒過(guò)程的進(jìn)展情況十分復(fù)雜，牽涉面很廣，影響因素多。 對(duì)燃燒過(guò)程的基本要求：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,二、汽油的抗爆性 汽油機(jī)產(chǎn)生爆 震燃燒與很多因素有關(guān)，但在一定結(jié)構(gòu)和使 用工況下，主要取決于燃料的性能。 汽油的抗爆性：汽油對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生爆燃的抵抗稱(chēng)之，抗爆性 好，可以承受高的壓縮比，從而改善發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。 燃料抗爆性與其化學(xué)組成有關(guān)，烷烴的抗爆性最差，烯烴次 之，環(huán)烷烴較好，芳香烴最好，在同一種烴內(nèi)，輕餾分優(yōu)于重餾 分，異構(gòu)體優(yōu)于正構(gòu)體。 汽油的抗爆性指標(biāo)和測(cè)定 評(píng)定汽油抗爆性指標(biāo)：辛烷值 汽油抗爆性取決于各種烴類(lèi)的含量，而含抗爆性高的烴類(lèi)多 的汽油其抗爆性高，否則就低。,,,,,,,,,,,,,,,,,,由于各種烴的抗爆性不同，所以汽油的抗爆性很難用同一個(gè)理 化指標(biāo)表示，目前廣泛采用與標(biāo)準(zhǔn)燃料在特定條件下實(shí)驗(yàn)的比較方 法，確定燃料的抗爆性。 兩種標(biāo)準(zhǔn)液 異辛烷：抗爆性很高，定為100 正庚烷：抗爆性很低，定為0 按不同容積比混合得到各種不同抗爆性的標(biāo)準(zhǔn)燃料，其中異辛 烷的百分?jǐn)?shù)即為該標(biāo)準(zhǔn)液的辛烷值。 測(cè)定方法 有 研究法辛烷值（東歐及美、英）RON 馬達(dá)法辛烷值（我國(guó)SYB2106-59）NON,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,五、燃料的熱值 1kg燃料完全燃燒時(shí)，所產(chǎn)生的熱量。單位（ ）或（ ） 1、高熱值：燃料的熱值中包括水的汽化潛熱在內(nèi)的熱值（包括燃料中H燃燒后生成水蒸汽冷凝放出的潛熱）。 2、低熱值：高熱值中減去水的汽化潛熱的熱值，在發(fā)動(dòng)機(jī)工作中，排氣溫度高，水的汽化潛熱不能利用，故采用低熱值作為燃料熱值來(lái)計(jì)算。 汽油低熱值約10500 （44000 ） 柴油低熱值約10000 （42500 ）,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,當(dāng) 值變濃或稀，有抑制爆燃作用，但濃一些混合氣使發(fā)動(dòng)機(jī)燃料消耗增加，用稀混合氣則功率有所降低。 =1.05～1.15 經(jīng)濟(jì)混合氣， 低。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,3、氣缸的尺寸 缸徑太大，易引起爆燃。 大，燃燒室尺寸也相應(yīng)大，使火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x長(zhǎng)。同時(shí)燃燒室面積比值下降，冷卻效果差，使得爆燃傾向上升，所以沒(méi)有缸徑很大的汽油機(jī)。一般車(chē)用汽油機(jī) 100mm。 （采運(yùn)機(jī)械上 ） 小結(jié)： 著火落后期（化學(xué)準(zhǔn)備） 1、汽油機(jī)燃燒分三期 火焰?zhèn)鞑テ冢ㄖ匾?、要求時(shí)間短） 補(bǔ)燃期（要求 ） 2、希望Ⅱ期 ，最大壓力希望在上止點(diǎn)附近（上止點(diǎn)后一點(diǎn)）太前：有用功消耗多；太后：有用功減少。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,（三）緩燃期 從 出現(xiàn)到 的階段， 一般在上止點(diǎn)后20°～25°。 燃料仍在繼續(xù)噴射，此期內(nèi)仍有大量燃料燃燒，由于此時(shí)，氣缸內(nèi)容積是在不斷增大的情況下進(jìn)行的，故壓力略有下降，其溫度升高到最高值， =1700～2000℃左右。隨著燃燒進(jìn)行，廢氣增多，氧和燃油濃度下降，燃燒變得不利，逐漸緩慢。 緩燃期一般噴油已結(jié)束，到緩燃期終了，放熱量達(dá)循環(huán)放熱量的70～80%。 （四）補(bǔ)燃期 后 結(jié)束點(diǎn)難確定，一般認(rèn)為放熱量達(dá)95～97%，即可認(rèn)為補(bǔ)燃期結(jié)束。 柴油機(jī)中，由于燃燒時(shí)間短，混合又不均勻，總有一些燃料不能及時(shí)燃燒，拖到膨脹過(guò)程進(jìn)行。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,此期：缸內(nèi)壓力下降 ，氣流運(yùn)動(dòng)減慢 ，廢氣量增多（故燃燒條件極差，形成碳煙可能性大），且補(bǔ)燃期是在膨脹中進(jìn)行，有效功下降，相反使零件熱負(fù)荷增大，排氣溫度提高，冷卻損失增大（動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性下降）。因此，希望補(bǔ)燃期短（即加強(qiáng)氣流運(yùn)動(dòng)，改善混合氣形成，使之充分混合，減少緩燃期噴油量，使燃燒在上止點(diǎn)附近完成）。 根據(jù)上述對(duì)柴油機(jī)燃燒過(guò)程的分析，可以知道： 1、為了保證柴油機(jī)工作可靠（尤其是冷起動(dòng)的可靠性），應(yīng)該保證燃料有很好的發(fā)火性。 2、為使柴油機(jī)工作柔和，燃燒噪音小，壽命長(zhǎng)，速燃期的壓力升高率和最高燃燒壓力不超過(guò)一定限度，應(yīng)盡可能縮短發(fā)火延遲期，減少在發(fā)火延遲期內(nèi)形成的作好燃燒準(zhǔn)備的混合氣量。 3、為使燃燒完全、及時(shí)，提高動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，減少排氣冒煙，應(yīng)改善和加速緩燃期中燃料與空氣的混合，提高后期的燃燒速率，減少補(bǔ)燃。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,第六章,§6-1 汽油機(jī)的特性,§6-2 柴油機(jī)的特性,§6-3 發(fā)動(dòng)機(jī)的萬(wàn)有特性,發(fā)動(dòng)機(jī)的特性,發(fā)動(dòng)機(jī)的特性,,,發(fā)動(dòng)機(jī)的特性,,§6-1 汽油機(jī)的特性,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,隨 變化如前； ： 提高， 增加，而 下降，由于 ，故 隨 的提高而下降。 在某一中間 時(shí)， 乘積最大，即 最大，其 達(dá)最小，其它轉(zhuǎn)速時(shí)， 都有所上升。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,小客車(chē)，對(duì)車(chē)速（最高）要求高，需增大高速時(shí)的扭矩以提高其超車(chē)能力，且它的后備功率較大，低速時(shí)已有良好的加速性能。因此不強(qiáng)調(diào)扭矩儲(chǔ)備，應(yīng)選用最大扭矩出現(xiàn)在較高 下的扭矩特性。 4、發(fā)動(dòng)機(jī)的工作范圍 一般應(yīng)在最大功率轉(zhuǎn)速 與最大扭矩轉(zhuǎn)速 之間。 當(dāng)工作轉(zhuǎn)速 時(shí)，經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、可靠性大大變壞，不能使用。當(dāng) 時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)工作不穩(wěn)定，也不能使用。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,（三）部分速度特性 汽車(chē)大部分在部分負(fù)荷下工作（即節(jié)氣門(mén)部分開(kāi)），隨節(jié)氣門(mén)關(guān)小，節(jié)流損失增大，進(jìn)氣終了壓力 下降，從而引起 降低，且 隨上升， 下降更快。 所以節(jié)氣門(mén)開(kāi)度減小， 隨 轉(zhuǎn)速 提高而下降更快，而且最 大扭矩點(diǎn)以及最大功率點(diǎn)均向低 速方向移動(dòng)。,發(fā)動(dòng)機(jī)的特性,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,二、汽油機(jī)的負(fù)荷特性 在點(diǎn)火提前角和化油器調(diào)整完好，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 不變時(shí)，改變節(jié)氣門(mén)開(kāi)度（改變負(fù)荷）， （每小時(shí)耗油量）和 （耗油率）隨負(fù)荷變化的關(guān)系。 汽油機(jī)的負(fù)荷調(diào)節(jié)是改變節(jié)氣門(mén)的開(kāi)度，直接改變進(jìn)入氣缸的混合氣量，故稱(chēng)之為“量調(diào)節(jié)”。 在 一定時(shí)，隨節(jié)氣門(mén)開(kāi)度增加（即負(fù)荷增加）其 、 、均提高，故可用 、 、 其中任一個(gè)來(lái)表示負(fù)荷的變化。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性可以表示不同負(fù)荷下的經(jīng)濟(jì)性，由負(fù)荷特性可以看出： 的最低值 愈小，經(jīng)濟(jì)性愈好，同時(shí)在負(fù)荷減小時(shí)， 曲線上升愈緩慢愈好，這樣就表示在負(fù)荷變化較廣的范圍內(nèi)能保持較好的經(jīng)濟(jì)性，這對(duì)于負(fù)荷變化很大的汽車(chē)、拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)尤為重要。 根據(jù)負(fù)荷特性，汽車(chē)在低負(fù)荷下工作是不經(jīng)濟(jì)的，而且負(fù)荷愈小愈不經(jīng)濟(jì)，因此，合理選擇發(fā)動(dòng)機(jī)的功率大小，使它在工作時(shí)經(jīng)常處于負(fù)荷較高的狀況，