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 > 1.6 影响动力、经济性能指标的环节和因素 > Video
同学们好
这节课我们介绍发动机的
动力性经济性能的
影响指标和因素
上一节课我们介绍了
各种动力经济性能指标的计算公式
这些公式是通过试验测得某些参数
比如转速 转矩
整机燃料消耗率等
换算得到的
由于这些参数
本身也是发动机
动力经济性能指标的一种综合体现
所以这些计算公式
不能从本质上
来展现相关基本因素或者参数
对发动机性能的影响规律
因此我们需要从发动机工作过程
所涉及的基本物理概念出发
归纳出影响
动力经济性能指标的
相关因素的综合表达式
只有这样我们才能对
发动机的动力经济性能
有一个全貌本质的理解
本节课我们将基于有效功率
和有效燃料消耗率
这两个性能指标
探讨影响发动机动力性
经济性的环节和因素
首先我们基于有效输出功率
来探讨发动机动力性的环节
和影响因素
发动机动力输出的过程
本质上是进入缸内的燃料化学能
转换为曲轴有效输出功的过程
有效功率的大小
首先取决于单位时间内
加入缸内化学能多少
这是量的环节
其次取决于化学能量
转换为有效输出功的效率
这是质的环节
基于这种认识
我们对发动机的有效功率
表示为燃料能量转换总效率
整机燃料消耗率
以及燃料低热值三者的乘积
该表达式适用于
任何类型的发动机
对缸外预制均匀混合气发动机
如化油器
和进气道喷射汽油机
也可以表示为总效率
整机混合气燃料消耗率
和混合气热值三者的乘积
这三个参数分别代表
影响发动机动力性的三个环节
其中燃料低热值
或混合气低热值
以及燃料消耗率
或混合气消耗率属于量环节
而燃料能量转换总效率
属于质环节
下面分别对燃料
与可燃混合气热值
整机燃料消耗率
与可燃气混合流量
以及燃料的能量转换总效率
即有效效率等
涉及到的一些关键参数和概念
进行解析
燃料热值定义为单位质量的燃料
在标准状态定压或定容条件下
完全燃烧所能放出的热量
也就是反应热
燃烧时燃烧产物以水蒸气排出
其汽化潜热未能释放时的
热值叫做低热值
发动机排出的废气中
水蒸气都是呈气态
所以适合于用低热值
可燃混合气热值
定义为单位质量
或单位体积的可燃混合气
在标准状态
定压定容条件下完全燃烧时的
低热值
它取决于燃料热值
和燃料与空气的混合比例
这一比例反映了混合气中
燃料的浓稀程度
是发动机一个极为重要的参数
混合气浓度
有多种不同的表示方法
一种是空燃比
用α或A/F表示
定义为混合器中
空气质量与燃料质量之比
国外还采用燃空比
F/A表示混合气的浓度
与空燃比成反比
一公斤汽油或柴油完全燃烧
大约需要14.6公斤的空气
因此汽油或柴油的理论空燃比
大约是14.6
另外一种是用相对空燃比表示
可燃混合气的浓度
国内常用过量空气系数表示
设单位质量的燃料完全燃烧
所需要的理论空气质量为L0
对汽油或柴油大约为14.6
而实际供给的空气质量为L
则过量空气系数φA
定义为φA等于L除以L0
φA大于1为稀混合气
φA小于1为浓混合气
等于1则为化学计量比混合气
此时燃料与空气中的氧气
恰好能完全反应燃烧掉
燃空当量比φ
定义为燃料完全燃烧
所需要的理论空气质量
与实际供给的空气质量之比
是过量空气系数φA的倒数
国外更多地用燃空当量比
表示混合气浓度
有了表征可燃混合气的浓度的参数
我们就很容易
依据可燃混合气热值的定义
得出其表达式
这是可燃混合气热值的表达式
注意混合气热值有两种单位
一种是单位质量可燃混合气
发出来的热量
单位是千焦每公斤
即质量混合气热值
另一种是单位体积可燃混合气
发出的热量
单位是千焦每立方米
即体积混合气热值
从混合气热值的表达式可以看出
混合气热值除了与燃料热值
直接相关外
还与混合气浓度密切相关
我们将在第二章
燃料工质与热化学中
对混合气热值及其影响因素
展开讨论
接下来我们讲解
如何计算整机燃料消耗率
与可燃混合气流量
如果我们知道了
发动机的单缸燃料循环供应量
和发动机转速
就很容易得到
整机燃料消耗率的表达式
这是燃料消耗率的表达式
式中I为汽缸数 τ冲程数
四冲程为4 二冲程为2
可燃混合气流量的计算
要复杂一些
涉及到每循环
进入缸内的空气质量
为此需要引入发动机充量系数
又叫充量效率或容积效率
用φC表示
充量系数被定义为
每缸每循环
吸入缸内的新鲜空气质量
与按进气状态计算得到的
理论充气质量的比值
注意对自然吸气机型
进气密度ρs
是指大气密度
而对增压机型进气密度
是指压气机之后的空气密度
充量系数是决定发动机动力性能
与进气过程完善程度
极为重要的评定指标
在第四章换气过程
与进气充量中我们还会展开讨论
有了充量系数的定义
我们就可以计算
进入缸内的新鲜空气量
加上进入缸内的燃料量
就可以推导得到
可燃混合气流量的详细表达式
这就是可燃混合气
流量的详细表达式
从这一表达式可以看出
影响混合气流量的因素很多
这些影响因素
对我们了解掌握
如何提高发动机的动力性
具有指导意义
最后我们对影响发动机动力性
和经济性的能量
转换总效率 即有效效率
涉及到的相关概念进行解析
发动机由燃料化学能
转换为曲轴输出功
共经历三个转换过程
也就是说存在三个转换效率
即燃烧效率 循环热效率
和机械效率
燃烧效率定义为燃料化学能
通过燃烧转换为热能的百分比
实际上汽油机
和柴油机的燃烧效率是非常高的
图所示是汽油机
和柴油机燃烧效率
随燃空当量比的变化规律
从图中可以看出
在发动机实际运行时
当可燃混合气偏稀
而又能正常工作时
汽油机的燃烧效率在95%到98%
而柴油机的燃烧效率在98%左右
只有发动机属于富油燃烧
也就是燃空当量比大于1的时候
其燃烧效率才会大幅度下降
循环热效率及热功转换效率
定义为燃烧发出的热量
经发动机工作循环转换为工质
对活塞所做指示功的百分比
目前发动机的循环热效率还偏低
尤其是汽油机
提高发动机的循环热效率
还有较大空间
在第三章工作循环
与能量利用中
我们会对如何提高循环热效率
展开讨论
机械效率定义为
指示功减去机械损失功后
转换为有效输出功的百分比
在第三章中我们也会对
如何提高发动机的机械效率
展开讨论
有了前面对燃料
与可燃混合气热值
整机燃料消耗率
与可燃混合气流量
以及有效效率的解析与计算式
我们就可以推导出
有效功率与有效燃料消耗率的
综合表达式
这就是有效功率
和有效燃料消耗率的综合表达式
涉及到了发动机动力经济性能中
量和质两大环节
多达15个性能与结构参数或因素
这两个公式给出了
整个课程的总纲
理顺了发动机动力性经济性
问题的思路
事实上表达式中
反映的每一个因素
就是发动机动力经济性能
所涉及的一个领域或研究方向
后续三章将分别针对燃料与工质
工作循环与能量利用
以及换气过程与进气充量
三个方面涉及的理论
及影响因素展开分析
由于本节课的内容
为前面数节课内容的综合
请同学们在课下
结合前几节的内容
自行再推导一遍有效功率
与有效燃料消耗率的综合表达式
以便加深理解
在推导表达式时
务必注意其中各个物理量的单位
关于发动机
动力性能指标的影响因素和环节
就介绍到这里
同学们 再见
-0.1 总论
--Video
-0.2 车用发动机的种类
--Video
-1.1 示功图及其测取
--Video
-1.2 四冲程发动机示功图分析
--Video
-1.3 二冲程发动机示功图分析
--Video
-1.4 性能指标分类与循环指示功
--Video
-1.5 动力、经济性能指标与测定换算
--Video
-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
--Video
-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
--Video
-3.3 理论循环热力参数对热效率的影响
--Video
-3.4 工质对循环热效率的影响
--Video
-3.5 真实循环对热效率的影响
--Video
-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
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-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
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-4.3 充量系数的解析式
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-4.4 进气阻力对充量系数的影响
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-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）
