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汽車發(fā)動機原理,第一章發(fā)動機性能,1,學習發(fā)動機原理的目的和內(nèi)容:,目的: 提高發(fā)動機性能 內(nèi)容: 深入發(fā)動機工作過程的各個階段,分析影響發(fā)動機性能指標的各種因素,研究提高性能的具體措施和努力方向。,2,發(fā)動機性能評價的主要指標:,動力性指標: 功率P、轉矩Ttq、轉速n、平均有效壓力pe 經(jīng)濟性指標：燃油消耗率b、（潤滑油消耗率） 環(huán)保性指標：有害排放物（CO、HC、NOx微粒）、噪聲、振動 使用性指標：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)動機工作過程,5,定容加熱循環(huán),奧托循環(huán)（Otto Cycle ） 汽油機,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,7,混和加熱循環(huán),薩巴特循環(huán)（Sabathe Cycle ） 高速柴油機,8,三種理論循環(huán),自然吸氣發(fā)動機三種理論循環(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)動機評價指標： 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的關系,等容加熱理論循環(huán)熱效率ηt 與壓縮比ε的關系曲線,12,壓力升高比λ和預膨脹比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)分析的指導意義,指出了改善發(fā)動機動力性、經(jīng)濟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)動機的實際循環(huán),自然吸氣四行程發(fā)動機示功圖 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—氣缸總容積 Vs—氣缸工作容積 Vc—氣缸剩余容積 P0—大氣壓力 Pd—缸內(nèi)進氣壓力 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—功轉換的最常用的手段,17,非增壓發(fā)動機的展開示功圖,18,四行程發(fā)動機的實際循環(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)動機示功圖分析,,,,W1 W2 W3,,21,指示指標—實際循環(huán)的評價指標,指示指標：是以工質(zhì)對活塞所作之功（凈指示功Wi）為計算基準的。 指示指標用來標定實際循環(huán)質(zhì)量的好壞。 它不受動力輸出 過程中機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換的工作循環(huán)進行的好壞，因而在工作過程的分析研究中得到廣泛的應用。,22,指示指標,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——評價發(fā)動機性能的指標,有效指標：指以曲軸輸出功We為計算基準的指標稱為有效性能指標。 有效指標用來直接評定發(fā)動機實際工作性能的優(yōu)劣，故在生產(chǎn)實踐中得到廣泛的應用。,24,平均指示壓力,返回,25,有效指標,26,Pm(機械損失功）,指示功率不能完全對外輸出，功在發(fā)動機內(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)動附屬機構的損失 泵氣損失,返回,27,有效指標,經(jīng)濟性指標 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)動機的強化指標,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)動機的干質(zhì)量，不含冷卻水和潤滑油 的發(fā)動機質(zhì)量 2.強化系數(shù)pmeCm pmeCm越高，發(fā)動機的熱負荷和機械負荷越大，發(fā)動機的發(fā)展趨勢 是強化系數(shù)的提高，故pmeCm的提高也標志了技術的進步。,29,機械損失 (定義),發(fā)動機運行,30,機械損失(組成與份額),,發(fā)動機內(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% ) 、曲柄連機組軸承的摩擦、 (15~20% )氣閥機構的摩擦(2~3% )等。 驅(qū)動附件的損失(占Pm 的10~20%) 水泵、水箱風扇、機油泵、柴油機噴油泵、空調(diào)、轉向助力泵等 泵氣損失(占Pm 的10~20%) A3+A2,31,機械損失(測量方法),1）倒拖法 發(fā)動機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，立即將測功機轉為電動機運行，反拖發(fā)動機到同樣轉速，則測得的反拖功率即為機械損失功率。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。 汽油機壓縮比小，所以誤差小，柴油機則誤差較大。,32,2）滅缸法 用于多缸機 設N缸發(fā)動機正常運轉時，測出有效功率Pe。然后第i缸滅火（停止供油或點火 ），在相同轉速下測定工作的N-1個氣缸的有效功率（Pe）-i, 此時認為總的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：滅缸后進排氣波動效應會影響各缸進氣的均勻性，從而引起額外的測試誤差。,33,3）油耗線法 轉速不變，測出整機油耗隨負荷 的變化曲線。將此線外延到與橫 坐標交的a點，則a0之值為機械 損失值pmm。 圖上橫坐標為正值：輸出功率點； 為0 ：怠速點； 為負值：外界輸入功率的反拖點，而a點則是發(fā)動機停機不耗油的全反拖點。顯然此值亦包含了泵氣損失。 適合柴油機，不適合汽油機,34,小結： 1）汽油機多用倒拖法，不適合用滅缸法和油耗線法（不成直線） 2）小型柴油機適合滅缸法、反拖法，自然吸氣柴油機多在生產(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。高增壓機型，除示功圖法外，尚無更好的方法。,35,機械損失(影響因素),36,3）潤滑條件及冷卻水溫度 機油選用原則：在保證發(fā)動機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。 強化系數(shù)高，軸承負荷大時，用粘度較大的潤滑油；轉速高，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，也就關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)濟性指示指標、有效指標和機械損失指標一覽表,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)動機實際循環(huán)與理論循環(huán)的比較,,,補（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能量利用率遞減圖例,,40,發(fā)動機熱平衡圖,燃料燃燒放出的熱量QT,轉化為指示功的熱量Qi,,,轉化為有效功的熱量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)燃機的理論循環(huán)與真實循環(huán)有何差別？真實汽油機和柴油機接近何種理論循環(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，柴油機的熱效率比汽油機的高。（注意柴油機最高壓力大于汽油機） 簡述各種機械損失測定方法的原理 6185Q-l 柴油機，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,