发动机动力经济性能指标.ppt

技术培训内容（一）,绪论第一章动力经济性能指标与影响因素第二章燃料与工质第三章循环分析与能量平衡第四章换气过程与循环充量第五章燃烧的基础知识第六章汽油机燃烧过程及混合气的形成第七章柴油机燃烧过程及混合气的形成第八章燃烧与有害物的生成与排放,绪论,一、发动机的分类1、按所用燃料分汽油机、柴油机、天然气（CNG、LNG）、液化石油气（LPG）、酒精（甲醇、乙醇）、氢等2、按缸内着火方式分压燃式（柴）、点燃式（汽）3、按冲程数分四冲程、二冲程4、按活塞运动方式分往复活塞式、旋转活塞式,5、按气缸冷却方式分液体冷却（水冷）、空气冷却（风冷）6、按气缸数目分单缸、多缸（2、3、4、5、6、8）7、按转速分低速（n300rpm）、中速（300rpmn1000rpm）、高速（1000rpmn）8、按增压程度分增压比b：空气经过一个专用的压气机（增压器）压缩后的压力Pk与压缩前的压力P0之比。非增压（自然吸气式）、低增压（b1.8）、中增压（1.8b2.5）、高增压（2.5b3.6）、超高增压（3.6b）,9、按气缸排列方式分立式、卧式、直列式、V型、W型对置气缸或对置活塞式H型、王字型、X型、星型10、按混合气形成方式分进气管或进气道喷射（0.20.35MPa）、缸内直接喷射（3.012MPa）、分层充量、化油器式11、按燃烧室设计分开式燃烧室（浴盆形、楔形、半球形、碗形、形分隔式燃烧室（涡流室、预燃室）,12、按进、排气门凸轮轴设计和布置分二气门、三气门、四气门（多气门）顶置（上置）或侧置（下置）气门顶置或侧置凸轮轴13、按用途分农用、船用、汽车用、工程机械用、拖拉机用、发电用、内燃机车用,绪论end,三、发动机总体构造1、汽油机两大机构：曲柄连杆机构、配气机构五大系：燃料供给系、点火系、冷却系、润滑系、起动系2、柴油机两大机构：曲柄连杆机构、配气机构四大系：燃料供给系、冷却系、润滑系、起动系,第一章动力经济性能指标与影响因素,性能：动力性、经济性、可靠耐久性、排放、振动、噪声、使用维修性、加工工艺性等以性能为研究对象，深入到工作过程的各个阶段，分析影响这些性能的各种因素，从中找出提高性能的一般规律,本章主要内容,工质对活塞所作功及示功图动力经济性指标影响动力经济性指标的环节与因素,工质对活塞所作功及示功图,p-图,示功图（四冲程）,p-V图,IVC,EVO,EVC,IVO,TDC上止点,BDC下止点,p,pz,p0,Vs,Vc,V,p,A,ds,示功图(IndicatorDiagram)：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。,TDC-TopDeadCenter;BDC-BottomDeadCenterIVO-IntakeValveOpen;IVC-IntakeValveCloseEVO-ExhaustValveOpen;EVC-ExhaustValveClose,示功图,压力图/展开示功图,p-图,示功图（四冲程）,p-V图,I,TDC0,BDC180,TDC360,BDC540E,ppz,p0E,EVOIVC,IVOEVC,ppz,p0,Vs,Vc,V,p,A,ds,TDC-TopDeadCenterBDC-BottomDeadCenterIVO-IntakeValveOpenIVC-IntakeValveCloseEVO-ExhaustValveOpenEVC-ExhaustValveClose,TDC(上止点)BDC(下止点)示功图IndicatorDiagram,压力图/展开示功图,TDC720CAI,要求会识图和画图！w/ocombustion,BDC,TDC,EPO,IPO,EPCIPC,p,pz,p0,Vc,Vs,V,IPO-IntakePortOpenIPC-IntakePortCloseEPO-ExhaustPortOpenEPC-ExhaustPortClose,示功图（二冲程汽油机）,示功图测取装置,电荷放大器角标器,压电传感器,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。,工质对活塞所作功,循环功：,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：进气与排气过程所作功之代数和。,总指示功动力过程功理论泵气功(不考虑泵气损失)净指示功动力过程功泵气过程功(考虑泵气损失),动力经济性指标,1.动力性能指标功率(Power),转矩(Torque),转速(Revolution/Speed),平均有效压力(BMEP)2.经济性能指标燃油消耗率(Fuelconsumption),机油消耗率(Lubricantconsumption)3.环保性能指标碳氢(HC),一氧化碳(CO),氮氧化物(NOx),颗粒物(PM),二氧化碳(CO2)噪声振动(NVH)4.使用性能指标可靠性或耐久性(Robust,reliability),维修方便(I/Mconvenience),冷起动(Coldstart),发动机性能指标,指示指标与有效指标,1）以工质对活塞作功为计算基准的指标称为指示指标基于示功图算出，直接反映燃烧和热力循环组织的好坏用于理论分析和科研2）以曲轴输出功为计算基准的指标称为有效指标由试验测出，直接反映产品最终性能用于产品开发、生产和使用当中,只有与作功有关的指标，才有“有效”与“指示”之分。其余，如转速、每小时耗油量等，则无此区别。,平均指示压力（IMEP）IndicatedMeanEffectivePressure,动力性能指标,定义：单位气缸工作容积所作的循环指示功。循环指示功可以认为是一个假想不变的压力pmi作用在活塞上，使活塞移动一个冲程所作的功。平均指示压力反映发动机作功能力的大小（单位体积作功量大小J/m3）和强化程度。,注意：这里的压力事实上就是物理上所说的压强，N/m2,不同发动机平均有效压力pme范围,摩托车发动机（四冲程）,赛车发动机（自然吸气）,赛车发动机（涡轮增压）,轿车汽油机（自然吸气）,轿车汽油机（涡轮增压）,轿车柴油机（涡轮增压）,卡车柴油机（涡轮增压）,大型柴油机,中型高速柴油机,十字头二冲程柴油机,pmebar,12,16.6,56,9,14.1,14,20,12,21.2,11,23.5,15,29.4,15,25,15,18.2,转矩：,转矩（Torque）,角速度（Angularvelocity）,E.g.单缸四冲程发动机,动力性指标之间的关系,平均有效压力：,功率：,对于某一发动机，转矩和平均有效压力都反映负荷（率）的大小,有效效率：,BSFC,Effectiveefficiency,Fuelmassflow燃油流量(kg/s),Lowheatvalue低热值(kJ/kg),Indicatedefficiency,经济性指标,有效油耗：,指示效率：,指示油耗：ISFC,E.g.求油耗：,比功率PL单位发动机排量发出的功率（评价气缸容积利用程度和紧凑性）PL=Pe/Vs（kW/L)比质量me单位有效功率所占发动机质量（评价轻量化和紧凑性）me=m/Pe（kg/kW）比容积Ve单位有效功率所占发动机的体积（评价紧凑性）Ve=V/Pe（m3/kW）强化系数pmevm其值愈大，发动机的热负荷和机械负荷愈高。,功率密度评价指标,（升功率）,升功率PL、比质量me和强化系数pmeCm的大致范围,发动机转速与活塞平均速度,主要影响：,惯性力引起的机械应力,摩擦（磨损）,热负荷,充气效率,噪声,活塞平均速度：（发动机强化指标之一）,注意：发动机转速与活塞速度不完全是一个概念！平均活塞速度越高，也说明发动机强化度越高,单位：,动力经济性指标end,最大平均活塞速度,vm,22,21.7,27,9.5,19.8,12.3,14.7,8.1,13.1,7.8,m/s,7.0,12,5.3,9.5,5.7,摩托车发动机（四冲程）,赛车发动机（自然吸气）,赛车发动机（涡轮增压）,轿车汽油机（自然吸气）,轿车柴油机,卡车柴油机（涡轮增压）,大型柴油机,中速柴油机,十字头二冲程柴油机,影响动力经济性指标的环节和因素,决定动力输出的三大环节,设单位时间内加入整机的燃料总量为B(kg/s)，燃料的低热值为Hu(kJ/kg)，燃料能量转换的总效率为et，则有效功率Pe可表示为：设单位时间进入发动机的混合气总量为Gm(kg/s)，混合气的低热值为Hum(kJ/kg)，则有效功率Pe也可表示为：提高功率的三大环节：可燃混合气或燃料的能量密度混合气热值Hum或燃料热值Hu单位时间实际吸入内燃机的可燃混合气总量Gm或燃料总量B可燃混合气能量或燃料能量转换为有效输出功的多少工作过程各环节效率或总效率et,与燃料热值和混合气浓度直接相关,“质”的环节,“量”的环节,油/气混合比（浓度）是影响发动机性能的重要参数：1）过量空气系数a（Excessairratio/Relativeair-fuelratio）设单位质量燃料完全燃烧所需理论空气量为l0，而实际供给的空气量为l，则a定义为：a1,稀混合气;a1,浓混合气;a=1化学计量比（Stoichiometricratio），过去称理论空燃比。,可燃混合气浓度与热值,燃空当量比(equivalentratio)1/a，欧美国家常用,2）空燃比（Air/Fuelratio）3）燃空比（Fuel/Airratio）4）可燃混合气热值Hum（Mixturelowheatvalue）定义：单位质量或单位体积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,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%,CombustionEfficiency,ThermalEfficiency,Me