当前课程知识点：汽车发动机原理 > 第一章: 性能指标与影响因素 > 1.2 四冲程发动机示功图分析 > Video
同学们好
这节课我们介绍
四冲程发动机的示功图
本节课将以四冲程发动机示功图为例
讲解发动机做功的正负
动力过程功与泵气过程功的定义
在此基础上引出
理论泵气功 实际泵气功
与泵气损失功
净指示功与总指示功等概念
最后介绍增压四冲程发动机
泵气过程功
与自然吸气四冲程发动机
泵气过程功的差异
四冲程发动机在其
工作循环过程中
活塞顶面缸内工质的压力
和活塞背面曲轴箱中的工质压力
都会对活塞做功
压力方向始终指向
活塞顶面或背面
如果压力方向与活塞运动
方向一致
工质对活塞做正功
压力方向与活塞运动方向相反
工质对活塞做负功
在压缩冲程活塞上行
运动方向与工质压力方向相反
冲程功为负功
在做功冲程活塞下行
运动方向与工质压力方向相同
冲程功为正功
在排气冲程活塞上行
运动方向与工质压力方向相反
冲程功为负功
而在进气冲程活塞下行
运动方向与工质
压力方向相同
冲程功为正功
曲轴箱内工质也会对活塞做功
但做功正负
与缸内工质对活塞做功相反
即在进气和做功冲程
缸内工质做正功
而曲轴箱工质做负功
在压缩和排气冲程
缸内工质做负功
而曲轴箱工质做正功
对四冲程发动机而言
曲轴箱内工质压力变化不大
在一个工作循环内
对活塞做功相互抵消，近似为零
所以后续示功图分析忽略
曲轴箱工质对活塞所做循环功
在压缩和做功冲程
缸内工质所做功的代数和
称之为动力过程功
在进气和排气冲程
缸内工质所做功的代数和
称为泵气过程功
一个循环的所有冲程功相加
就是发动机的循环功
可以表示为压力曲线
对体积的积分
下面我们重点讨论泵气过程功
泵气过程功
由理论泵气功 实际泵气功
和泵气损失功
在忽略流动阻力的理想情况下
发动机在进气和排气冲程时
缸内工质所做功
称为理论泵气功
对自然吸气发动机而言
此时进气和排气冲程
缸内工质的压力与大气压相等
进气正功和排气负功抵消
理论泵气功为零
实际情况由于存在流动阻力
发动机在进气冲程时
缸内存在一定的真空度
也就是说缸内压力
小于大气压力
而在排气冲程
缸内压力大于大气压力
这时进气和排气冲程的功不相等
排气冲程的负功绝对值较大
因此实际泵气功为负功
其绝对值等于进气
和排气冲程
压力曲线包围的面积
也就是图中的W2和W3
两块面积之和
有了理论泵气功和实际泵气功
就可以计算泵气损失功
即泵气损失功
等于理论泵气功减实际泵气功
泵气损失功本质上
是由于流动损失造成进气冲程
做正功减少
而排气冲程做负功增加
所以泵气损失功永远是负功
发动机指示功
是指缸内工质在一个循环内
对活塞做功的代数和
依据是否考虑进排气冲程
流动损失及泵气损失
发动机指示功
可以分为总指示功与净指示功
总指示功为动力过程功
与理论泵气功之和
净指示功为动力过程功
与实际泵气功之和
对自然吸气发动机而言
动力过程功即图中的
W1加W3的面积
理论泵气功为零
实际泵气功为负的W2加W3
那块面积
因此总指示功等于W1加W3
净指示功等于W1加W3
减去W2和W3的面积之和
最后等于W1减W2这块面积
增压四冲程发动机的示功图
与自然吸气四冲程发动机相比
在进排气冲程
存在较大的差异
以涡轮增压四冲程发动机为例
如图所示
涡轮增压器由压气机与涡轮
两部分组成
涡轮与排气管相连
发动机排出的废气驱动涡轮
涡轮与压气机之间
通过刚性轴连接
压气机与进气管相连
涡轮带动压气机对进气进行增压
此时涡轮增压发动机的示功图
变为图所示
图中PB为压气机出口压力
PK为涡轮入口压力
由于存在进排气流动损失
在进气冲程时
缸内压力PD小于
压气机出口压力PB
在排气冲程时缸内压力PE
大于涡轮入口压力PK
在发动机中高负荷
一般进气冲程缸内压力PD
要大于排气冲程缸内压力PE
此时实际泵气功即W2所示面积
由于进气冲程正功
大于排气冲程负功
因此实际泵气功为正功
在忽略流动阻力的情况下
进气冲程缸内压力PD
等于压气机出口压力PB
排气冲程缸内压力PE
等于涡轮入口压力PK
此时的理论泵气功等于PD减PK
乘以体积
即低压示功图长方形面积
是正功
泵气损失这时候等于理论泵气功
减去泵气过程功
等于PB减PK
乘以这个行程
也就是它的这个排量
再减去W2这块面积
即低压示功图阴影面积所示
这时候泵气损失功是负功
总指示功是不考虑进排气冲程
流动损失的循环功
它等于动力过程功
加理论泵气功
等于W1这块面积
加上PB减PK
乘上排量
那个方形的
长方形的一块面积
那么净指示功
是等于动力过程功
加实际泵气功
等于W1加W2这块面积
需要注意的是依据进气冲程
缸内压力大于还是小于
排气冲程缸内压力
发动机理论泵气功和实际泵气功
可以正也可以负
也可以为零
但泵气损失功永远是负功
涡轮增压发动机
在中高负荷由于存在
正的实际泵气功
因此其指示功大于动力过程功
但涡轮增压发动机
在小负荷，有可能进气冲程
缸内压力小于排气冲程缸内压力
这时候发动机指示功
是小于动力过程功的
好 关于四冲程发动机示功图
我们就介绍到这里
同学们再见
-0.1 总论
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-0.2 车用发动机的种类
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-1.1 示功图及其测取
--Video
-1.2 四冲程发动机示功图分析
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-1.3 二冲程发动机示功图分析
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-1.4 性能指标分类与循环指示功
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-1.5 动力、经济性能指标与测定换算
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-1.6 影响动力、经济性能指标的环节和因素
--Video
-第一章习题(计入课程成绩)--作业
-2.0 导论
--Video
-2.1 燃料的分类
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-2.2 汽油、柴油的炼制
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-2.3 汽油的理化特性
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-2.4 柴油的理化特性
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-2.5 燃料构成与理化特性
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-2.6 汽油、柴油质量标准
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-2.7 燃料与发动机工作模式
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-2.8 工质主要热力参数
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-2.9 燃烧热化学
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-第二章习题(计入课程成绩)--作业
-3.0 导论
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-3.1 热力过程与热机循环的简化
--Video
-3.2 理论循环分类及循环热效率
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-3.3 理论循环热力参数对热效率的影响
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-3.4 工质对循环热效率的影响
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-3.5 真实循环对热效率的影响
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-3.6 机械损失的构成
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-3.7 机械损失的测量方法
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-3.8 机械效率的影响因素
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-3.9 发动机的能量分配与转化效率
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-3.10 发动机的节能途径与技术
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-第三章：工作循环与能量利用--第三章习题(计入课程成绩)
-4.0 导论
--Video
-4.1 四冲程发动机换气系统及换气过程
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-4.2 配气相位对发动机性能的影响
--Video
-4.3 充量系数的解析式
--Video
-4.4 进气阻力对充量系数的影响
--Video
-4.5 其他因素对充量系数的影响
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-4.6 充量系数的速度特性
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-4.7 压力波及其传播特性
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-4.8 单缸机的进排气动态效应
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-4.9 多缸机的进排气动态效应与进气不均匀性
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-4.10 四冲程发动机增压系统及性能
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-4.11 二冲程发动机的换气过程与换气质量
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-第四章习题(计入课程成绩)--作业
-5.0 导论
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-5.1 发动机运行工况
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-5.2 发动机特性曲线分类
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-5.3 发动机速度特性
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-5.4 发动机负荷特性
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-5.5 发动机全特性
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-5.6 发动机外特性与整车动力性
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-5.7 发动机全特性与整车经济性
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-5.8 混合动力专用发动机及其运行特性
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-第五章习题(计入课程成绩)--作业
-期中考试（只有一次答题机会！）--期中测试题（占30%总分）
-6.0 导论
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-6.1 燃烧现象及其分类
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-6.2 可燃混合气的着火与着火理论
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-6.3 湍流及其在燃烧中的作用
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-6.4 均质混合气中的火焰传播
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-6.5 液体燃料的雾化
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-6.6 油滴的蒸发与燃烧
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-6.7 示功图与燃烧放热率
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-第六章习题(计入课程成绩)--作业
-7.1 柴油机燃烧过程分析
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-7.2 柴油机燃烧放热规律
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-7.3 柴油机燃油喷射系统
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-7.4 柴油机喷油过程
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-7.5 柴油机缸内气流运动
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-7.6 柴油机燃烧室的分类及其特性
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-7.7 柴油机混合气形成方式
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-7.8 柴油机粗暴燃烧与燃烧噪声
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-第七章习题(计入课程成绩)--作业
-8.1 汽油机燃烧过程分析
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-8.2 汽油机的不正常燃烧：爆燃和表面点火
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-8.3 汽油机的不规则燃烧：循环波动和各缸不均匀性
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-8.4 汽油机燃油喷射系统及其演变
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-8.5 非直喷汽油机燃烧室及其特性
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-8.6 汽油机进气道喷射与混合气形成
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-8.7 汽油机缸内直喷与混合气形成
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-第八章习题(计入课程成绩)--作业
-9.1 有害排放物种类及其危害
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-9.2.1 NO的生成机理
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-9.2.2 CO和HC的生成机理
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-9.2.3 PM和Soot的生成机理
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-9.3 有害排放物生成的影响因素
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-9.4 汽油机机内净化技术
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-9.5 柴油机机内净化技术
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-9.6 汽油机后处理技术
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-9.7 柴油机后处理技术
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-第九章习题(计入课程成绩)--作业
-10.1 燃烧模式及其分类
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-10.2 汽油机均质混合气压燃（HCCI）模式
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-10.3 柴油机均质混合气压燃（HCCI）模式
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-10.4 内燃机部分预混压燃（PCCI）模式
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-10.5 均质混合气引燃（HCII）模式
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-10.6 天然气发动机
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-10.7 氢燃料发动机
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-10.8 二甲醚发动机
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-10.9 甲醇发动机
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-10.10 乙醇发动机
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-10.11 生物柴油发动机
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-第十章习题(计入课程成绩)--作业
-期末考试--期末测试题（占30%总分）
