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汽车发动机原理 第一章发动机性能 1 学习发动机原理的目的和内容 目的 提高发动机性能内容 深入发动机工作过程的各个阶段 分析影响发动机性能指标的各种因素 研究提高性能的具体措施和努力方向 2 发动机性能评价的主要指标 动力性指标 功率P 转矩Ttq 转速n 平均有效压力pe经济性指标 燃油消耗率b 润滑油消耗率 环保性指标 有害排放物 CO HC NOx微粒 噪声 振动使用性指标 可靠性 耐久性 维修方便性 3 循环分类 1 理论循环 TheoreticalCycle 工质 理想气体 空气 物性参数为常数循环 理想循环 封闭热力循环 系统加热 燃烧放热 膨胀后当作系统放热气体交换 气门瞬间开闭 缸内压力不变地流入流出过程特殊热力过程 绝热压缩和膨胀 等容或等压放热和吸热 2 理想循环 IdealCycle 工质 真实工质 组份变化 特性参数变化 循环 理想循环 3 真实循环 RealCycle 工质 真实工质循环 真实循环 4 1 理论循环 发动机工作过程 5 定容加热循环 奥托循环 OttoCycle 汽油机 6 定压加热循环 狄赛尔循环 DieselCycle 低速及高增压柴油机 7 混和加热循环 萨巴特循环 SabatheCycle 高速柴油机 8 三种理论循环 自然吸气发动机三种理论循环的p v及T S图a 等容循环b 等压循环c 混合循环 9 基于理论循环的发动机评价指标 循环热效率 t和循环平均压力pt 10 最高温度相同时 提高压缩比 对循环的影响 11 压缩比 绝热指数 与循环热效率 t的关系 等容加热理论循环热效率 t与压缩比 的关系曲线 12 压力升高比 和预膨胀比 对循环热效率 t的影响 13 加热量Q1相同时 三种理论循环 t的比较 14 理论循环分析的指导意义 指出了改善发动机动力性 经济性的基本原则和方向在允许的条件下 尽可能提高压缩比 合理组织燃烧 提高循环加热等容度 减少预膨胀比 和合理选择燃烧始点 保证工质具有较高的绝热指数K 15 四行程发动机的实际循环 自然吸气四行程发动机示功图a 示功图b 压力图 展开示功图 Ai A2 A1 vs va vc r r P0 b Pe Va 气缸总容积Vs 气缸工作容积Vc 气缸剩余容积P0 大气压力Pd 缸内进气压力Pe 缸内排气压力 返回 16 示功图测试系统 示功图是研究热 功转换的最常用的手段 17 非增压发动机的展开示功图 18 四行程发动机的实际循环 增压 返回 19 涡轮增压系统工作原理图 返回上一页 20 自然吸气式发动机示功图分析 W1W2W3 21 指示指标 实际循环的评价指标 指示指标 是以工质对活塞所作之功 净指示功Wi 为计算基准的 指示指标用来标定实际循环质量的好坏 它不受动力输出过程中机械摩擦和附件消耗等外来因素的影响 直接反映由燃烧到热工转换的工作循环进行的好坏 因而在工作过程的分析研究中得到广泛的应用 22 指示指标 1 指示功 kJ Wi 一个实际循环工质对活塞所做的有用功 即净指示功 相当于示功图面积A1 A3 2 平均指示压力 MPa pmi Wi Vs3 平均指示功率 kw Pi pmiVsin 30 4 指示热效率 i Wi Q1 3 6 bih 5 指示燃料消耗率 g kw h bi B Pi 单位指示功的耗油量 B 每小时耗油量 kg h 注意 计算时用国际单位制 返回 23 有效指标 评价发动机性能的指标 有效指标 指以曲轴输出功We为计算基准的指标称为有效性能指标 有效指标用来直接评定发动机实际工作性能的优劣 故在生产实践中得到广泛的应用 24 平均指示压力 返回 25 有效指标 26 Pm 机械损失功 指示功率不能完全对外输出 功在发动机内部传递过程中 不可避免有以下损失 内部运动零件的摩擦损失驱动附属机构的损失泵气损失 返回 27 有效指标 经济性指标6 有效热效率 e We Q1 3 6 bih 7 有效燃料消耗率 g kw h be B Pe 28 发动机的强化指标 升功率PL kw L 和比质量me kg kw PL Pe Vsi pmeVsin 30Vsi pmen 30 me m Pem 发动机的干质量 不含冷却水和润滑油的发动机质量2 强化系数pmeCmpmeCm越高 发动机的热负荷和机械负荷越大 发动机的发展趋势是强化系数的提高 故pmeCm的提高也标志了技术的进步 29 机械损失 定义 发动机运行 30 机械损失 组成与份额 发动机内部运动零件的摩擦损失 占Pm的62 75 活塞组件与缸壁的摩擦 45 60 曲柄连机组轴承的摩擦 15 20 气阀机构的摩擦 2 3 等 驱动附件的损失 占Pm的10 20 水泵 水箱风扇 机油泵 柴油机喷油泵 空调 转向助力泵等泵气损失 占Pm的10 20 A3 A2 31 机械损失 测量方法 1 倒拖法发动机按测试工况运行到正常稳定状态 水温 油温正常 断油或切断点火 立即将测功机转为电动机运行 反拖发动机到同样转速 则测得的反拖功率即为机械损失功率 显然 这种测试方法必然将泵气损失功包含在内了 误差 a 无燃烧 缸内压力低 活塞与缸套间隙加大 润滑油粘度加大 摩擦损失增加 b 缸内工质温度低 工质密度大 排气压力加大 泵气损失增加 汽油机压缩比小 所以误差小 柴油机则误差较大 32 2 灭缸法用于多缸机设N缸发动机正常运转时 测出有效功率Pe 然后第i缸灭火 停止供油或点火 在相同转速下测定工作的N 1个气缸的有效功率 Pe i 此时认为总的Pm不变 则灭缸后所减少的输出功率量为被灭缸的指示功率Pi本质上也是倒拖法 只不过是用N 1个缸的动力来反拖被来的那一缸而已 理论上反拖法存在的误差 灭缸法也存在 但由于测定时整机状态更接近于真实情况 某些误差会相对小一些 新问题 灭缸后进排气波动效应会影响各缸进气的均匀性 从而引起额外的测试误差 33 3 油耗线法转速不变 测出整机油耗随负荷的变化曲线 将此线外延到与横坐标交的a点 则a0之值为机械损失值pmm 图上横坐标为正值 输出功率点 为0 怠速点 为负值 外界输入功率的反拖点 而a点则是发动机停机不耗油的全反拖点 显然此值亦包含了泵气损失 适合柴油机 不适合汽油机 34 小结 1 汽油机多用倒拖法 不适合用灭缸法和油耗线法 不成直线 2 小型柴油机适合灭缸法 反拖法 自然吸气柴油机多在生产 调试中使用油耗线法 作为产品质量监控的手段 3 废气涡轮增压柴油机无法使用倒拖法和灭缸法 因为这两种方法都破坏了增压系统的正常工作 低增压可以用油耗线法 高增压机型 除示功图法外 尚无更好的方法 35 机械损失 影响因素 36 3 润滑条件及冷却水温度机油选用原则 在保证发动机正常工作时有可靠润滑条件的前提下 尽量选用粘度系数小的润滑油 以减少摩擦损失 改善起动性能 强化系数高 轴承负荷大时 用粘度较大的润滑油 转速高 配合间隙小时 用粘度较小的润滑油 冷却水温度影响燃烧过程和传热损失 也与润滑油的用油温度有关 也就关系到摩擦损失的大小 提高水温 对性能有益 但受水的沸点的限制 水温在80 95 正常机油温度在85 110 高品质油可允许在更高温度下工作 37 常用动力 经济性指示指标 有效指标和机械损失指标一览表 升功率 单位排量发出的功率 比质量 单位有效功率所占质量 38 发动机实际循环与理论循环的比较 补 后 燃损失 排气提前损失 自由排气损失 换气损失 传热 流动引起的损失wb 非瞬时燃烧引起的损失 燃烧提前 39 某四冲程自然吸气柴油机能量利用率递减图例 40 发动机热平衡图 燃料燃烧放出的热量QT 转化为指示功的热量Qi 转化为有效功的热量Qe 排气带走的热量QR 传给冷却介质的热量Qs QL 41 能量的合理利用 42 思考题 内燃机的理论循环与真实循环有何差别 真实汽油机和柴油机接近何种理论循环 相同压缩比 循环加热量Q1时 三种基本理论循环的热效率 t哪个大 哪个小 利用T S图加以证明 利用T S图证明在Q1和最高压力P