发动机的性能

第一章发动机性能、性能：动力性、经济性、可靠性耐久性、运行性能(冷启动性能、排放、振动、噪音)、使用维护性、加工技术性等以性能为研究对象，深入工作过程的各个阶段，分析影响这些性能的各个因素，从中找出提高性能的一般规律。 本章的主要内容包括：预备知识：工程热力学基础【1 .理想气体的变化过程，p-v图； 2 .熵概念，ts图3 .卡诺循环和卡诺定理引擎的理论循环四冲程引擎的实际循环评估指标指示引擎的动力性和经济性评估3354有效的指标引擎环境指标引擎的机械损失引擎的热平衡，预备知识：热力学基础、 在理想气体的变化过程工程学工程热力学中，实现热能和机械能相互转换的功能物质称为“工程质”。 热机的运行是通过气体工程在特定条件下不断改变热态(简称状态)，执行某一特定热工程的转换过程来实现的。 表示状态参数气体的热状态的宏物理量称为气体的状态参数。 常用状态参数有压力p、温度t、比体积v、内u、焓h、熵s 6个。 其中，p、t、v可以直接用仪表测量，物理意义容易理解，成为描述工程状态的最常见的基本状态参数。 理想的气体状态方程(克拉贝隆方程) 是描述热系统平衡状态下三个基本状态参数之间的关系的方程。 mkg理想气体pV=mRT1kg理想气体pv=RT1mol理想气体pVm=RmT热过程从有热系统的状态变化为其他状态时经历的所有状态的合计。 热循环的封闭热过程是即使工质从初始状态出发，也经过一系列变化而返回初始状态的过程。 过程方程描述了热过程中状态参数的变化规律的方程。 例如，恒压过程： p=恒压t/v=恒压过程： t=恒压PV=恒压容积过程： v=恒压t/p=恒压理想气体变化过程上述过程的共同特征：作为热过程的状态参数的值不变化. 许多实际热过程中所有状态参数都有变化，但状态参数的变化遵循一定的规律。 这个规律可以将pvn=constant匹配这个方程的过程称为变化过程。 n变化指数在一个变化过程中n是恒定的，n的值随着变化过程而不同，并且可以在0时改变。 n=0、1、k、吗？ 绝热过程(恒熵过程) n=cp/cv时的变化过程。 n用k表示，其中k=cp/cv并且称为绝热指数或等熵指数。 cp比定压热容量大。 物理意义： p恒定时1Kg质量在1k内的增量cv高于定容量热容量。 物理意义： v一定时，1Kg的工业质量会提高1k焓的增加量。 cpcv8756； k1、热力学第一定律式：输入系统的能量-系统输出的能量=系统储能的变化，压力容积图(p-v图，示功图) 表示热过程中的p-v间的相互关系的曲线图。 例如，熵和温熵图(T-s图，热图)熵：熵的增量等于在可逆过程中系统交换的热除以传热时的绝对温度的商。 温度熵图(表示T-s图、热图) 是表示热过程中T-s间的相关关系的曲线图。 例如：卡诺循环和卡诺定理，法国工程师卡诺(S.Carnot )，1824年提出卡诺循环的热二律创始者，卡诺循环是两个恒温过程和两个绝热过程交替构成的可逆过程。、卡诺循环模式图、4-1绝热压缩过程、内部工作、1-2恒温吸热过程、q1=T1(s2-s1 )、2-3绝热膨胀过程、外部工作、3-4恒温散热过程、q2=T2(s2-s1 )、卡诺循环热效率、q1、q2、w、卡诺循环热效率(Carnotefficiency )、t， c仅依赖于恒温热源T1和T2，与工作性质无关，对暖机循环热机效率的说明：t1t，c，t2c，温度差越大t，c越高，T1=T2，t，c=0，单热源热机不可能，t1=k，T2=0K，t，c100%，热二律， 第一节进行发动机理论循环、理论循环分析的意义定义：发动机理论循环抽象地简化了非常复杂的实际工作过程，忽略了次要因素，是得到的简化循环。 意思：通过理论循环的研究，可以明确确定影响性能的几个重要因素，找出提高发动机性能的基本途径，以一三种基本循环，目的：以简单的公式揭示发动机工作中各基本热参数之间的关系，提高经济性和动力性的基本途径确定循环热效率的理论界限，判断实际发动机工作过程的经济性和循环进程的完善程度和改进可能性。 有助于分析比较发动机各种热循环方式的经济性和动力性。 建立理论循环的简化假设是工程学理想的气体，其物理常数与标准状态的空气物理常数相同。 假设工质在闭口系统中进行封闭循环。 假设工质的压缩和膨胀是隔热等熵过程。 假定燃烧是外界无数的高温热源在恒定容量或者恒定压力下被工程加热的。 工程散热是恒容散热。 根据加热方式，发动机有三种基本空气标准循环。 定容加热循环(汽油发动机，混合气燃烧快)定压加热循环(高增压和低速大型柴油机，受燃烧最高压力限制)混合加热循环(高速柴油机)，3种基本循环，2012-9-05，定容加热循环定容循环的特征：吸放热过程：定容过程。 压缩膨胀过程：绝热过程热效率：其中：压缩比k :绝热指数，空气： k=1.4，定容加热循环，热效率： tv，定压加热循环的定压循环特征：吸热过程：定压过程散热过程：定容过程. 压缩、膨胀过程：绝热过程的热效率：其中：压缩比、=Va/Vc:预膨胀比、=V3/V2k :绝热指数、空气： k=1.4、定压加热循环、热效率分析：一定、tp一定、tp，因此应合理选择值。 混合加热循环的混合循环特点：吸热过程：定压过程和定容过程即散热过程：定容过程. 压缩膨胀过程：绝热过程热效率：其中：压缩比，=Va/Vc； :预备膨胀比、=V3/V2:压力上升比、=p3/p2k :绝热指数、空气： k=1.4、评价混合加热循环、理论循环指标：循环热效率t定义：工程循环功率W(J )与循环加热量Q1(J )之比. 意思：评价循环经济性。 循环平均压力pt的定义：单位缸的工作容积进行的循环功能用于评价循环功能。 意思：评价循环动力性(工作能力)。 二、循环热效率t基于工程热力学公式，混合加热循环热效率为一压缩比，=Va/Vc=(Vs Vc)/Vc=1 Vs/Vc，其中Va为气缸总容积，Vc为气缸压缩容积，Vs为气缸工作容积； (汽油发动机7-10、柴油机14-22、增压柴油机12-15)压力上升比，=pz/pc； 一预备膨胀比，=Vz/Vz=/； -后膨胀比，=Vb/Vz； k一绝热指数、混合加热循环、定容加热循环(=1)热效率为定压加热循环(=1)热效率，影响t的因素l .压缩比(c )提高，提高循环平均吸热温度，降低循环平均散热温度，扩大循环温度差，增大膨胀比，三种循环的t都提高图1-3表示定容加热循环的热效率随压缩比变化的情况。2 .随着绝热指数k:k的值增大，t升高。 3 .压力上升比(p ) :恒压加热循环=1，恒压加热循环不影响t，混合加热循环随着增大t升高。 4 .预膨胀比(0 ) :定容加热循环=1，定压加热循环和混合加热循环t随着增大而下降。 t与k、的关系，、对t、pt的影响，三、循环平均压力ptpt(kPa )是每单位缸体容积的循环功，为了评价循环功能，根据工程热力学式，混合加热循环的平均压力。 在此，pa :压缩开始点压力(kpa ) :压缩比、=Va/Vc； :预备膨胀比，=Vz/Vz=/:压力上升比，=pz/pck :绝热指数，空气： k=1.4，定容加热循环(=1)平均压力可以看到定压加热循环(=1)的平均压力，pt是压缩开始点压力pa、压缩比、压力上升比、预备膨胀比、绝热指数k和热效率在三种循环热效率的比较中，在循环总加热量相同的情况下定容加热循环热效率tV 混合加热循环热效率tm 定压加热循环热效率tp最高压力相同的情况下定容加热循环热效率tp 混合加热循环热效率tm 定容加热循环热效率tV的实际条件， 限制发动机理论循环的热效率和提高循环平均压力的措施：限制结构条件的机械效率限制关于燃烧排放的限制，第2节四冲程发动机的实际循环，实际循环通常气缸内的工作压力p根据气缸内的工作容积v (或曲轴角)而变化用p-V图上的曲线包围的面积(积分)显示了工程学完成实际循环的学习。 发动机的实际循环包括进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个过程。 进气工艺活塞，阀门： r-r- a曲线：由于进气阻力，压力低于大气压。 由于零件的高温和废气的加热，吸气终了温度比大气温度高。 在上述条件下，发生进气损失。 一般进气结束后的压力和温度大致范围为：压缩过程活塞、阀门： a-c曲线：作用：提高工作温度和压力，提高热效率。 为冷起动和点火燃烧创造条件。 一般压缩结束后的压力和温度大致范围为：燃气发动机工作原理、燃气发动机演示、2012-9-10、燃烧过程阀、活塞： c-z曲线：燃料越接近上死点附近燃烧、压力和温度越高热效率越高。 汽油发动机提前点火，柴油机提前喷射燃料。 燃烧延迟和早期燃烧会产生燃烧损失。 一般燃烧时的最高压力和最高温度的大致范围是膨胀阀、活塞： z-b曲线：空气、燃料混合不良、燃烧不良引起的不完全燃烧损失。 柴油机压力高，膨胀比大，学习热量多，热效率高。 膨胀结束的压力和温度小于汽油机。 一般膨胀结束后的压力和温度的大致范围为：排气过程阀门、活塞： b-r曲线：排气过程中压力始终大于大气压力，温度始终高于环境温度，排气系统的阻力和压差、温度差产生排气损失。 一般而言，排气结束的压力和温度的大致范围包括、实际循环包括上述5个过程。 在实际的循环演示中，被闭合曲线bbczb包围的面积F1表示活塞的工质的工作，是正确的工作。 曲线RRabr包围的面积F2称为泵气损失。 相对于非增压发动机，在F2为负的增压发动机中，由于进气压比排气压高，因此F2为正。 Fi=F1F2在实际循环中学习。 柴油机压缩比高，燃烧的最高爆炸压力pZ高，但由于相对于燃料的空气量多，最高燃烧温度TZ的值反而比汽油发动机低。 因此，各工艺的温度低于汽油发动机，仅压缩工艺的终点高于汽油发动机的压缩比高，因此柴油机的膨胀比也大，学习的热量多，热效率高，因此膨胀结束的温度和压力小于汽油发动机。 其他工艺的压力高于汽油机。研究实际循环与理论循环差异的意义：分析找到热损失场所的差异原因，探索提高热量有效利用的途径。 实际循环与理论循环的不同原因：实际工质的影响换气损失燃烧损失传热损失缸内流动损失，理论循环与实际循环的比较【1-7(1)】，图1-21，(1)实际工质的影响(Wk )，(2)换气损失(Wr W )换气损失：排气和吸入新鲜空气消耗的工作。 wr-吸排气系统中流动阻力造成的损失叫做泵气损失。 w-早期排气损失。 (3)燃烧损失非瞬时燃烧损失和补燃损失Wz不完全燃烧损失高温下的部分燃烧生成物的分解吸热，(4)在传热损失(Wb )实际循环中，缸壁与工质之间有因热交换而产生的损失。 (5)缸内流动损失是指在压缩、燃烧及膨胀过程中，缸内气流(涡流和湍流)造成的损失。 第三节实际循环评定指示指标，为评定实际循环质量的好坏，工作质量以缸内活塞工作为基础。 循环动力性(工作能力)平均指示压力pmi指示功率Pi循环的经济性指示热效率i指示燃料消耗率bi，一、指示功率Wi平均指示压力pmi指示功率Wi :汽缸完成一个工作循环得到的学习。 Wi不是每个发动机周期评价好坏的参数，每个发动机的工作容积不同。 因此，为了评估不同发动机的循环，必须采用指示工作和工作容积的影响两者的参数，即平均指示压力pmi。 平均指示压力pmi(MPa )是以发动机为单位的气缸动作容积的指示功能。 pmi是衡量实际循环动力性能的重要指标。 对、平均指示压力的理解：以虚拟的、大小不变的压力作用于活塞，使活塞行程移动，当其功与循环功相等时，该虚拟的压力为平均指示压力pmi。 只能这样理解，不能这样定义！ 什么？ 什么？ 二、指示功率Pi引擎的单位时间指示功率。 行程数，4行程=4，2行程=2。 i气缸数。三、指示热效率it、指示燃料消耗率bi指示热效率it是实际循环指示功能与消耗燃料热量之比. 所谓指示燃油效率bi (简单地指示燃油效率)，是单位指示功的燃油效率，通常用每千瓦时的燃油效率来表示。 g/(kWh)、B每小时油耗、kg/h； Pi表示功率。 H燃料的低卡路里、kJ/kg、i、bi的大致范围，第四节发动机的经济性和动力性评定有效指标，发动机的经济性和动力性指标根据曲轴的对外力，表示发动机整体性能，通常称为有效指标。 2种指标的比较，指示指标(I )根据工质在缸内对活塞的作用，评价实际循环质量的好坏。 有效的指标(e )表示基于曲轴输出到外部的功率的整体性能。 一、发动机动力性能1 .有效功率PePe=Pi-Pm机械损失功率Pm1)发动机内部运动部件的摩擦损失。 比例最大2 )驱动附属机构的损失3 )泵气损失指的是，通过实验测定了吸排气过程中消耗的功率Pe的2 .有效扭矩Ttq发动机工作时，有效扭矩Ttq，3 .平均有效压力pme平均有效压力pme(MPa )为发动机单位pme值大表示单位气缸的工作容积向外部输出的功能多，功能强。 这是评价发动机动力性的重要指标。4 .通过转速n和活塞平均速度Cm提高发动机转速，即增加每单位时间的工作次数，发动机体积减小，重量轻，工作量增大，活塞组的热负荷和曲柄连杆机构的惯性力增大，磨损增大，寿命降低，Cm表示发动机强化的程度一般的汽油发动机为18m/s以下，柴油机为13m/