发动机循环与性能.ppt

汽车发动机原理 主编 吴建华 机械工业出版社2005.7,配套教材： 汽车发动机原理 陈培陵 编 人民交通出版社,第一章. 发动机的性能 第二章. 发动机的换气过程 第三章. 发动机废气涡轮增压 第四章. 燃料与燃烧化学 第五章. 柴油机混合气的形成与燃烧 第六章. 汽油机混合其的形成与燃烧 第七章. 发动机的特性 第八章. 发动机排放与噪声 第九章. 车用发动机的发展 趋势,目 录,概 论,内燃机: 将燃料在机器 内部燃烧,使化学能 转变为热能,再转变 为机械能的 一种动 力机械装置.,燃料喷射,雾化混合,燃烧膨胀,活塞作功,化学能,热能,机械能,动画演示,动画演示,动画演示,第一章 发动机的性能,第一节 发动机理论循环,对内燃机的实际过程的假设： 1)空气作为工质，并视其为理想气体，工质比热容为常数。 2) 循环是在定量工质下进行的。 3)压缩和膨胀过程视为绝热过程。 4)分别用定容或定压加热与放热过程来代替实际的燃烧与排气过程。,三种基本循环,为等熵指数， c=Va/Vc为压缩比，p=pz/pc为压力升高比，0= Vz/Vc为初始膨胀比。,指示热效率t,发动机循环功与所循环量之比,1、压缩比= Va/Vc气缸总容积与气缸压缩容积之比。 其中Va=Vs+Vc 2、绝热指数K 双原子气体K=1.4，多原子气体K=1.3 3、压力升高比 =Pz/Pc 4、预胀比 =Vz/Vz,循环平均压力Pt Pt=W/Vs,物力含义：单位气缸容积一个循环所做的功,第二节 四行程发动机的实际循环,实际循环与理论循环相比，存在许多不可逆损失。 一、工质不同带来的影响 实际循环中，工质的成分及数量不断发生着变化， 三原子气体比热容比两原子气体大，且随着温度的上升而增大。 在燃烧产物中还存在着高温分解以及复合放热现象。,二、换气损失 三、传热损失 四、时间损失 五、燃烧损失 六、涡流和节流损失 七、泄漏损失,1、进气过程的损失 2、压缩过程中的损失 3、燃烧过程中的损失 4、膨胀过程中的损失,实际循环中各部分损失的构成,第三节 发动机的指示性能指标,指示性能指标是指以工质对活塞做功为基础的指标。 一、平均指示压力：单位气缸容积一个循环所做的指示功。 二、指示功率：单位时间内所作的指示功。 Wi=PmiVs,三、指示热效率i和指示燃油消耗率bi,动力性能指标:有效功率、扭矩、平均有效压力、转速、 活塞平均速度 经济性能指标:有效效率、有效燃油消耗率、润滑油消耗率 运转性能指标:冷起动性能、噪声、排气品质 耐久可靠性指标:大修或更换零件之间的最长运行时间、无 故障长期工作能力 发动机强化指标：升功率、比质量、强化系数,燃料的 化学能,工质的 内能,工质的 机械能,有效功,燃烧,热力循环,曲柄连杆机构,指示性能指标,机械效率,第四节 发动机的有效性能指标,一、发动机动力性能 1、有效功率Pe 从指示功率到有效功率发生在发动机内部的不可避免的损失：摩擦损失、驱动附件损失、泵气损失。 Pe = Pi Pm 2、有效扭矩Ttq,3、平均有效压力Pme Ttq pme 4、转速和活塞平均速度 Cm = Sn/30,二、发动机经济性能 1、有效热效率e=We/Q1 2、有效燃油消耗率be=B/Pe1000 三、发动机强化指标 1、升功率： 比质量： me=m/Pe 2、强化系数PmeCm,第五节 机械损失与机械效率,机械损失的组成 1.活塞与活塞环的摩擦损失 是整个摩擦损失的主要部分。由于它的滑动面大、 相对速度高、润滑不充分等原因造成的。 这种摩擦与活塞的长度、活塞间隙、活塞环的数 目、环的张力 等结构因素有关。 在构造相同的情况下，随气缸内压力、活塞速度、 润滑油粘度的升高而增加。,2.轴承与气门机构的摩擦损失 随着轴承直径的增大和转速的提高，这部分损失将增加，对气缸中压力的变化不敏感。 在气门驱动机构上的损耗，所占比例是很微小的。 3.驱动附属机构的功率消耗 附属机构，是指为保证发动机工作所必不可少的部件总成，如：冷却水泵、风扇、机油泵、喷油泵、调速器、电器设备等,4.流体摩擦损失 连杆、曲轴等零件在曲轴箱内高速运动时，为克服油雾、空气阻力及曲轴箱通风等所消耗的功。 5.驱动扫气泵及增压器的损失 在二冲程或机械增压发动机中，还要加上对进气进行压缩而带来的损失。,2,4,6,8,10,0.20,0.16,0.12,0.08,0.04,0,Vm/(ms-1),Pmm/MPa,泵气损失,活塞与活塞环的摩擦损失,气门机构损失,附属机构驱动损失,连杆轴承摩擦损失,凸轮轴摩擦损失,非增压发动机机械损失 各组成部分的分配情况,一、机械效率m m=Pe/Pi= 1 - Pm/Pi 二、机械损失的测定,1.示功图法 制取示功图，算出Pi；测功器和转速计测出有效功率Pe，算出m及pm。最大的误差取决于p图或pV图上止点位置的确定。各个气缸存在着一定的不均匀性也会引起误差。,2.倒拖法 发动机与电力测功器相连，当发动机冷却水、机油温度到正常值时，切断发动机供油，将电力测功器转换为电动机，以给定转速倒拖发动机，倒拖功率即为发动机在该工况下的机械损失功率。 3.灭缸法 仅适用于多缸机。 内燃机调整到给定工况稳定工作，测出其有效功率Pe， 油门位置不变，停止向某一气缸供油或点火， 将转速恢复到原来的数值，并重新测定其有效功率Pe。 则被熄灭的气缸原来所发出的指示功率(Pi)x为 (Pi)x = (PePe)x 依次将各缸灭火，最后可以从各缸指示功率的总和求得整台发动机的指示功率Pi Pi = (PePe)x 然后可以求出Pm和m。,4.油耗线法 BHuit = 3.6103(Pe + Pm) 假设it和机械损失功率Pm不随负荷而变化，当柴油机空转时有 B0Huit = 3.6103Pm 机械效率可近似地用下式估算,三、影响机械损失的因素 1、气缸直径及行程 2、摩擦损失 3、转速 4、负荷 5、润滑油品质和冷却水温度 第六节 热平衡 热量分配情况。 1、实际工质的影响 补图1-18 2、换气损失 3、燃烧损失 4、传热损失 QL= QT-（QE+QS+QR+Q