汽车发动机原理(第1章.ppt

汽车发动机原理 点燃式和压燃式内燃机的 工作过程、燃烧理论、性能分析以及参数调控 清华大学清华大学 汽车工程系汽车工程系 帅石金帅石金 博士博士 Email: Phone:Department of Automotive Engineering Tsinghua University 讲课内容 第一篇 动力输出与能量利用 第1章 动力经济性能指标与影响因素 第2章 燃料与工质 第3章 循环分析与能量利用 第4章 换气过程与循环充量 第二篇 燃烧与排放 第5章 燃烧的基础知识 第6章 燃烧过程及混合气形成 第7章 特殊燃烧问题的机理与对策 第8章 有害排放物的生成与控制 第9章 燃烧室与调节参数的优化 第三篇 运行特性与性能调控 第10章 发动机运行特性与整车匹配 第11章 柴油机调速特性 1.动力的获取和输出；能量的消耗和利用。 2. 燃料能量转换的“质”环节；加入整机能 量总量的“量”环节。 Department of Automotive Engineering Tsinghua University 讲课内容 第一篇 动力输出与能量利用 第1章 动力经济性能指标与影响因素 第2章 燃料与工质 第3章 循环分析与能量利用 第4章 换气过程与循环充量 第二篇 燃烧与排放 第5章 燃烧的基础知识 第6章 燃烧过程及混合气形成 第7章 特殊燃烧问题的机理与对策 第8章 有害排放物的生成与控制 第9章 燃烧室与调节参数的优化 第三篇 运行特性与性能调控 第10章 发动机运行特性与整车匹配 第11章 柴油机调速特性 1. 工质对活塞所作功及示功图 2. 动力经济性指标 3. 影响动力经济性指标的环节与因素 p- 图 示功图（四冲程） p-V 图 EI IE TDC TDC TDC BDC BDC w/o combustion 0 180360540720CA p pz p0 IVC EVO EVC IVO TDC上止点 BDC下止点 p pz p0 VsVc V p A ds 示功图示功图(Indicator Diagram) ： 发动机气缸内工质压力p随气缸容积V（或曲轴 转角）的变化曲线 TDCTDC-Top Dead Center; BDCBDC-Bottom Dead Center IVOIVO-Intake Valve Open; IVCIVC-Intake Valve Close EVOEVO-Exhaust Valve Open; EVCEVC-Exhaust Valve Close 示功图 压力图/ 展开示功图 BDCTDC EPOIPO EPC IPC p pz p0 VcVs V BDC BDC TDC TDC BDC p pz p0 0180 360540720 CA IPO-Intake Port Open IPC-Intake Port Close EPO-Exhaust Port Open EPC-Exhaust Port Close 示功图（二冲程汽油机） Department of Automotive Engineering Tsinghua University 示功图测取装置 WpdV= 功正负确定原则： 压力方向与活塞运动方向一致，工质对活塞作正功 压力方向与活塞运动方向相反，工质对活塞作负功 IVC EVO EVC IVO TDC上止点 BDC下止点 p pz p0 VsVc V 示功图 (Indicator Diagram) 四冲程 p A ds 工质对活塞所作功 循环功循环功： 动力过程功动力过程功：压缩与燃烧膨胀过程所作功之代数和 泵气过程功泵气过程功：进气与排气过程所作功之代数和 总指示功总指示功动力过程功理论泵气功(不考虑泵气损失) 净指示功净指示功动力过程功泵气过程功(考虑泵气损失) Compression W0 Intake W0 Exhaust W1 ,稀混合气; a 1, 浓混合气; a =1 化学计量比（Stoichiometric ratio），过去称理论空燃比。 可燃混合气浓度与热值 燃空当量比(equivalent ratio) 1 / a，欧美国家常用 Department of Automotive Engineering Tsinghua University 2）空燃比 （Air/Fuel ratio） 3）燃空比（Fuel/Air ratio） 4）可燃混合气热值Hum（Mixture low heat value） 定义：单位质量或单位体积可燃混合气可燃混合气发出的热量（kJ/kg或kJ/m3）。 Hu表示燃料的能量密度，越高越便于携带；Hum代表混合气的能量密度，越 高则相同工作容积时发出功率越高（pme也越高）。 或 可燃混合气浓度与热值 Department of Automotive Engineering Tsinghua University 能量转换效率 （1）燃烧效率 （2）循环热效率 （3）机械效率 有效效率 每缸每循环燃烧时发出的热量 (kJ) 单缸循环油量(kg) 指示效率 正常燃烧： 汽油机c=95%98% 柴油机c=98%99% Combustion Efficiency Thermal Efficiency Mechanical Efficiency Effective Efficiency Indicated Efficiency Department of Automotive Engineering Tsinghua University 混合气充量 充量系数（容积效率） Volumetric efficiency 定义：定义：每缸每循环吸入缸内的新鲜空气量与按进气系统前状态计算而得的 理论充气量之比。(75%-90%) 可燃混合气流量： l 大气密度（自然吸气机型） l 增压后空气密度（增压机型） Department of Automotive Engineering Tsinghua University 功率和油耗的表达式（课程总纲） 燃烧效率 （第二篇） 循环热效率 （第3章） 机械效率 （第3章） 充量效率 （第4章） 混合气热值 （第2章） Department of Automotive Engineering Tsinghua University 第1章小结 要求掌握： 1. 基本概念 各种功；平均有效压力；空燃比/过量空气系数/燃空当量比 2. 画示功图（p-V p-），并会标识 3. 推导动力性和经济性的性能指标表达式及其关系 4. 了解影响动力性和经济性的主要环节和因素 5. 自学二冲程相关内容 Department of Automotive Engineering Tsinghua University 第1章作业 思考题：思考题： 11、12、14、15 注意：只收手写作业！不收打印作业或电子版作业！ Department of Automotive Engineering Tsinghua University 11画图：1）在p-V坐标图上画出四冲程增压柴油机的示功图，用箭头 注明各过程进行方向，并在曲线上标出进、排气门早开、晚关和着火 的五个点。2）在p- 坐标图上对应画出上述示功图的压力变化图（整 个循环）和上述对应的五个点。（注意：图画大一点。各曲线形状及 对应关系要定性准确。坐标原点及上、下止点都要标出来。） 12. 基于Pe的综合表达式（1-31）分析：1）哪些参数属于质环节参数？ 哪些参数属于量环节参数？2）由自吸式改为增压式发动机时，式中各 种参数怎样变化？能否提高Pe？ 146135Q -1四冲程柴油机，冲程140mm，发动机转速2200r/min时的 机械效率为0.75，输出功率为154kW，有效油耗为217g/kW.h。已知柴 油热值为42500kJ/kg。求此时的pme、Ttq、Pm、e和Wi各值。 第1章作业 Department of Automotive Engineering Tsinghua University 15一台四冲程6缸柴油机（缸径x冲程=102mmx125mm）在全负荷时 的台架测量结果如下： 燃油体积 200 cm3 燃油测量时间 21.22 s 燃油密度 0.83 kg/dm3 空气体积 5 m3 空