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汽車發(fā)動機(jī)原理,第一章發(fā)動機(jī)性能,1,學(xué)習(xí)發(fā)動機(jī)原理的目的和內(nèi)容:,目的: 提高發(fā)動機(jī)性能 內(nèi)容: 深入發(fā)動機(jī)工作過程的各個階段,分析影響發(fā)動機(jī)性能指標(biāo)的各種因素,研究提高性能的具體措施和努力方向。,2,發(fā)動機(jī)性能評價的主要指標(biāo):,動力性指標(biāo): 功率P、轉(zhuǎn)矩Ttq、轉(zhuǎn)速n、平均有效壓力pe 經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)：燃油消耗率b、（潤滑油消耗率） 環(huán)保性指標(biāo)：有害排放物（CO、HC、NOx微粒）、噪聲、振動 使用性指標(biāo)：可靠性、耐久性、維修方便性,3,循環(huán)分類,(1)理論循環(huán)(Theoretical Cycle ) 工質(zhì)——理想氣體（空氣），物性參數(shù)為常數(shù) 循環(huán)——理想循環(huán)； 封閉熱力循環(huán)：系統(tǒng)加熱—燃燒放熱，膨脹后當(dāng)作系統(tǒng)放熱 氣體交換:氣門瞬間開閉,缸內(nèi)壓力不變地流入流出過程 特殊熱力過程 ：絕熱壓縮和膨脹，等容或等壓放熱和吸熱 （2）理想循環(huán)(Ideal Cycle） 工質(zhì)——真實工質(zhì)，組份變化、特性參數(shù)變化； 循環(huán)——理想循環(huán) （3）真實循環(huán)（Real Cycle） 工質(zhì)——真實工質(zhì) 循環(huán)——真實循環(huán),4,1、理論循環(huán),發(fā)動機(jī)工作過程,5,定容加熱循環(huán),奧托循環(huán)（Otto Cycle ） 汽油機(jī),6,定壓加熱循環(huán),狄賽爾循環(huán)（Diesel Cycle） 低速及高增壓柴油機(jī),7,混和加熱循環(huán),薩巴特循環(huán)（Sabathe Cycle ） 高速柴油機(jī),8,三種理論循環(huán),自然吸氣發(fā)動機(jī)三種理論循環(huán)的p-v 及T-S圖 a)等容循環(huán) b)等壓循環(huán) c)混合循環(huán),9,基于理論循環(huán)的發(fā)動機(jī)評價指標(biāo)： 循環(huán)熱效率ηt和循環(huán)平均壓力pt,10,最高溫度相同時，提高壓縮比ε對循環(huán)的影響,11,壓縮比ε 、絕熱指數(shù)Κ與循環(huán)熱效率ηt的關(guān)系,等容加熱理論循環(huán)熱效率ηt 與壓縮比ε的關(guān)系曲線,12,壓力升高比λ和預(yù)膨脹比ρ對循環(huán)熱效率ηt的影響,13,加熱量Q1相同時，三種理論循環(huán)ηt的比較,14,理論循環(huán)分析的指導(dǎo)意義,指出了改善發(fā)動機(jī)動力性、經(jīng)濟(jì)性的基本原則和方向 在允許的條件下，盡可能提高壓縮比ε 合理組織燃燒，提高循環(huán)加熱 等容度（減少預(yù)膨脹比ρ和合理選擇燃燒始點） 保證工質(zhì)具有較高的絕熱指數(shù)K,15,四行程發(fā)動機(jī)的實際循環(huán),自然吸氣四行程發(fā)動機(jī)示功圖 a)示功圖 b)壓力圖(展開示功圖),,Ai,,A2,,A1,,vs,va,,vc,,r,r’,,P0,b’,,Pe,Va—氣缸總?cè)莘e Vs—氣缸工作容積 Vc—氣缸剩余容積 P0—大氣壓力 Pd—缸內(nèi)進(jìn)氣壓力 Pe—缸內(nèi)排氣壓力,返回,16,示功圖測試系統(tǒng),示功圖是研究熱—功轉(zhuǎn)換的最常用的手段,17,非增壓發(fā)動機(jī)的展開示功圖,18,四行程發(fā)動機(jī)的實際循環(huán)(增壓),,返回,19,渦輪增壓系統(tǒng)工作原理圖,返回上一頁,20,自然吸氣式發(fā)動機(jī)示功圖分析,,,,W1 W2 W3,,21,指示指標(biāo)—實際循環(huán)的評價指標(biāo),指示指標(biāo)：是以工質(zhì)對活塞所作之功（凈指示功Wi）為計算基準(zhǔn)的。 指示指標(biāo)用來標(biāo)定實際循環(huán)質(zhì)量的好壞。 它不受動力輸出 過程中機(jī)械摩擦和附件消耗等外來因素的影響，直接反映由燃燒到熱工轉(zhuǎn)換的工作循環(huán)進(jìn)行的好壞，因而在工作過程的分析研究中得到廣泛的應(yīng)用。,22,指示指標(biāo),1. 指示功 (kJ) Wi (一個實際循環(huán)工質(zhì)對活塞所做的有用功,即凈指示功,相當(dāng)于示功圖面積A1±A3) 2.平均指示壓力 (MPa) pmi=Wi/ Vs 3.平均指示功率 (kw) Pi = pmiVsin/30τ 4.指示熱效率 ηi=Wi/Q1 =3.6/ bihμ 5.指示燃料消耗率 (g/(kw·h) ) bi=B/Pi （單位指示功的耗油量） B— 每小時耗油量（kg/h） 注意：計算時用國際單位制,返回,23,有效指標(biāo)——評價發(fā)動機(jī)性能的指標(biāo),有效指標(biāo)：指以曲軸輸出功We為計算基準(zhǔn)的指標(biāo)稱為有效性能指標(biāo)。 有效指標(biāo)用來直接評定發(fā)動機(jī)實際工作性能的優(yōu)劣，故在生產(chǎn)實踐中得到廣泛的應(yīng)用。,24,平均指示壓力,返回,25,有效指標(biāo),26,Pm(機(jī)械損失功）,指示功率不能完全對外輸出，功在發(fā)動機(jī)內(nèi)部傳遞過程中，不可避免有以下?lián)p失： 內(nèi)部運動零件的摩擦損失 驅(qū)動附屬機(jī)構(gòu)的損失 泵氣損失,返回,27,有效指標(biāo),經(jīng)濟(jì)性指標(biāo) 6.有效熱效率 ηe=We/Q1 =3.6/ bihμ 7.有效燃料消耗率 (g/(kw·h) ) be=B/Pe,28,發(fā)動機(jī)的強(qiáng)化指標(biāo),升功率PL(kw.L)和比質(zhì)量me (kg/kw) PL = Pe/Vsi= pmeVsin/30Vsiτ = pmen/30τ me = m/ Pe m— 發(fā)動機(jī)的干質(zhì)量，不含冷卻水和潤滑油 的發(fā)動機(jī)質(zhì)量 2.強(qiáng)化系數(shù)pmeCm pmeCm越高，發(fā)動機(jī)的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷越大，發(fā)動機(jī)的發(fā)展趨勢 是強(qiáng)化系數(shù)的提高，故pmeCm的提高也標(biāo)志了技術(shù)的進(jìn)步。,29,機(jī)械損失 (定義),發(fā)動機(jī)運行,30,機(jī)械損失(組成與份額),,發(fā)動機(jī)內(nèi)部運動零件的摩擦損失(占Pm 的62~75%) 活塞組件與缸壁的摩擦(45~60% ) 、曲柄連機(jī)組軸承的摩擦、 (15~20% )氣閥機(jī)構(gòu)的摩擦(2~3% )等。 驅(qū)動附件的損失(占Pm 的10~20%) 水泵、水箱風(fēng)扇、機(jī)油泵、柴油機(jī)噴油泵、空調(diào)、轉(zhuǎn)向助力泵等 泵氣損失(占Pm 的10~20%) A3+A2,31,機(jī)械損失(測量方法),1）倒拖法 發(fā)動機(jī)按測試工況運行到正常穩(wěn)定狀態(tài) (水溫、油溫正常) ,斷油或切斷點火，立即將測功機(jī)轉(zhuǎn)為電動機(jī)運行，反拖發(fā)動機(jī)到同樣轉(zhuǎn)速，則測得的反拖功率即為機(jī)械損失功率。顯然，這種測試方法必然將泵氣損失功包含在內(nèi)了。 誤差： （a）無燃燒，缸內(nèi)壓力低，活塞與缸套間隙加大；潤滑油粘度加大，摩擦損失增加 （b）缸內(nèi)工質(zhì)溫度低，工質(zhì)密度大，排氣壓力加大，泵氣損失增加。 汽油機(jī)壓縮比小，所以誤差小，柴油機(jī)則誤差較大。,32,2）滅缸法 用于多缸機(jī) 設(shè)N缸發(fā)動機(jī)正常運轉(zhuǎn)時，測出有效功率Pe。然后第i缸滅火（停止供油或點火 ），在相同轉(zhuǎn)速下測定工作的N-1個氣缸的有效功率（Pe）-i, 此時認(rèn)為總的Pm 不變，則滅缸后所減少的輸出功率量為被滅缸的指示功率Pi 本質(zhì)上也是倒拖法，只不過是用N-1個缸的動力來反拖被來的那一缸而已。理論上反拖法存在的誤差，滅缸法也存在，但由于測定時整機(jī)狀態(tài)更接近于真實情況，某些誤差會相對小一些。 新問題：滅缸后進(jìn)排氣波動效應(yīng)會影響各缸進(jìn)氣的均勻性，從而引起額外的測試誤差。,33,3）油耗線法 轉(zhuǎn)速不變，測出整機(jī)油耗隨負(fù)荷 的變化曲線。將此線外延到與橫 坐標(biāo)交的a點，則a0之值為機(jī)械 損失值pmm。 圖上橫坐標(biāo)為正值：輸出功率點； 為0 ：怠速點； 為負(fù)值：外界輸入功率的反拖點，而a點則是發(fā)動機(jī)停機(jī)不耗油的全反拖點。顯然此值亦包含了泵氣損失。 適合柴油機(jī)，不適合汽油機(jī),34,小結(jié)： 1）汽油機(jī)多用倒拖法，不適合用滅缸法和油耗線法（不成直線） 2）小型柴油機(jī)適合滅缸法、反拖法，自然吸氣柴油機(jī)多在生產(chǎn)、調(diào)試中使用油耗線法，作為產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控的手段。 3）廢氣渦輪增壓柴油機(jī)無法使用倒拖法和滅缸法，因為這兩種方法都破壞 了增壓系統(tǒng)的正常工作。 低增壓 可以用油耗線法。高增壓機(jī)型，除示功圖法外，尚無更好的方法。,35,機(jī)械損失(影響因素),36,3）潤滑條件及冷卻水溫度 機(jī)油選用原則：在保證發(fā)動機(jī)正常工作時有可靠潤滑條件的前提下，盡量選用粘度系數(shù)小的潤滑油，以減少摩擦損失，改善起動性能。 強(qiáng)化系數(shù)高，軸承負(fù)荷大時，用粘度較大的潤滑油；轉(zhuǎn)速高，配合間隙小時，用粘度較小的潤滑油。 冷卻水溫度影響燃燒過程和傳熱損失，也與潤滑油的用油溫度有關(guān)，也就關(guān)系到摩擦損失的大小，提高水溫，對性能有益，但受水的沸點的限制，水溫在80~95℃ 正常機(jī)油溫度在85~110 ℃ ，高品質(zhì)油可允許在更高溫度下工作,37,常用動力、經(jīng)濟(jì)性指示指標(biāo)、有效指標(biāo)和機(jī)械損失指標(biāo)一覽表,升功率—單位排量發(fā)出的功率；比質(zhì)量—單位有效功率所占質(zhì)量,38,發(fā)動機(jī)實際循環(huán)與理論循環(huán)的比較,,,補(bǔ)（后）燃損失,,排氣提前損失 （自由排氣損失）,換氣損失,,,,傳熱、流動引起的損失wb,,非瞬時燃燒引起的損失（燃燒提前）,39,某四沖程自然吸氣柴油機(jī)能量利用率遞減圖例,,40,發(fā)動機(jī)熱平衡圖,燃料燃燒放出的熱量QT,轉(zhuǎn)化為指示功的熱量Qi,,,轉(zhuǎn)化為有效功的熱量Qe,,排氣帶走的熱量QR,傳給冷卻介質(zhì)的熱量Qs,QL,41,能量的合理利用,42,思考題,內(nèi)燃機(jī)的理論循環(huán)與真實循環(huán)有何差別？真實汽油機(jī)和柴油機(jī)接近何種理論循環(huán)？ 相同壓縮比ε、循環(huán)加熱量Q1時，三種基本理論循環(huán)的熱效率ηt哪個大？哪個小？利用T—S圖加以證明。 利用T—S圖證明在Q1和最高壓力P相同時，柴油機(jī)的熱效率比汽油機(jī)的高。（注意柴油機(jī)最高壓力大于汽油機(jī)） 簡述各種機(jī)械損失測定方法的原理 6185Q-l 柴油機(jī)，D×S= 135×140mm，6缸四沖程，2200rpm時的輸出功率為154kw，be為217g/kw.h。 求：1.此時的Pme、Ttq和ηe值，已知柴油的熱值為42500kJ/kg 2.ηm=0.75,求其bi、 ηi 、Pi及Pm各值,43,