当前课程知识点：汽车发动机原理 > 第三章：工作循环与能量利用 > 3.9 发动机的能量分配与转化效率 > Video
同学们好
这节课我们学习
发动机的能量分配与转化效率
这幅图给出了
汽油机和柴油机的燃料化学能
在额定工况
完全燃烧放热的条件下
它的宏观流向及比例
由图可以看出
常规汽油机与柴油机的能量分配
略有差别
总体而言1/3弱的能量
转化为有效输出功
柴油机比汽油机要高一些
说明柴油机比汽油机的
能量利用率高
大约1/3为废气排出能量
汽油机比柴油机要略高
1/3弱
为冷却系统带走的能量
汽油机也略高一点
其余小于10%的一部分
为附件有效驱动功率
和辐射等额外消耗
下面我们以一台
四冲程自然吸气柴油机为例
详细解析其能量分配
与转化效率
该柴油机的压缩比为13
进气压力为一个大气压
进气温度为摄氏20度环境温度
缸内最高爆发压力为50bar
图中A表示燃烧效率为百分之百
也就是假设燃料的化学能
通过燃烧全部转化为热能
B表示混合加热理论循环热效率
也就是假设工质是理想气体
循环为理想循环
C表示混合加热理想循环效率
也就是假设工质是真实工质
循环是理想循环
D表示真实循环指示效率
E表示真实循环有效效率
燃烧释放的热能通过AB转化
BC转化 CD转化
和DE转化四个环节
最终可以转化为
从曲轴输出的有效功
由A到B是一个热功转换过程
损失了39%的热量
由工程热力学我们知道
热功转换效率
取决于热气循环的平均加热温度
和平均放热温度
两者温差越大热效率越高
假设发动机的平均加热温度T1
能达到2200K
平均放热温度T2
能低到环境温度293K
那么根据卡诺循环热效率的
计算公式我们可以得到
这个循环的热效率
可以达到86.7%
但是发动机提高加热温度
受燃烧室材料限制
因此T1难以大幅度提高
不过尽可能降低放热温度
也就是排气温度仍有较大余地
涡轮增压
以及超膨胀循环等技术
都是降低平均放热温度
提高热效率的有效途径
由B理论循环热效率61%
下降到C理想循环热效率53.5%
损失了7.5个百分点
循环热效率下降了12.3%
该热效率损失
是由于真实工质
造成工质等熵指数指数下降
也就是真实工质
做功能力下降造成的
通过采用稀混合气
或者是低温燃烧
我们可以增加工质的等熵指数
和做功能力
从而提高循环热效率
由C理想循环热效率53.5%
下降到D真实循环热效率45%
损失了8.5个百分点
循环热效率下降了15.9%
该损失我们用相对热效率来表示
相对热效率定义为
真实循环效率
与理想循环效率的比
它反映了真实循环
接近理想循环的完美程度
此处相对热效率大约84%
表明真实循环已达到较高水平
但还有改善余地
如采用压燃模式提高等容度
采用绝热或者是隔热
减少传热损失
都可以在一定程度提高
真实循环接近理想循环的程度
由D指示效率45%
下降到E有效效率38%
损失了7个百分点
该损失用机械效率反映
此处机械效率达到了84.4%
处于较高水平
但仍有改善的空间
比如采用短冲程
降低活塞平均速度
减少摩擦损失
采用可变配气相位
减少泵气损失等等
都可以提高发动机的机械效率
通过对该自然吸气柴油机
各个能量转化环节
进行定量的解析
我们了解了在正常燃烧
和匹配调试条件下
发动机各种能量转化效率
所能达到的水平
同时也表明
发动机经过100多年的发展
要想进一步提高有效效率
是一件不容易的事情
基于上述发动机能量
转化环节的分析
如果我们能从改变循环模式
燃料重整 混合气改质
以及改变燃烧
及负荷调节方式等方面着手
是可以找到进一步提高
发动机能量利用效率的新途径
关于发动机的能量分配
及转化效率
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
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-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
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-第一章习题(计入课程成绩)--作业
-2.0 导论
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-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
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-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
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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）
