bx发动机原理1

1、1汽车发动机原理 第一章发动机性能2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。3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、维修方便性循环分类(1)理论循环(Theoretical Cycle ) 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

2、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(Ideal Cycle） 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（Real Cycle） 工质真实工质 循环真实循环451、理论循环发动机工作过程6定容加热循环奥托循环（Otto Cycle ） 汽油机7定压加热循环狄赛尔循环（Diesel Cycle） 低速及高增压柴油机8混和加热循环萨巴特循环（Sabathe Cycle ） 高速柴油机9三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 10基于理

3、论循环的发动机评价指标：循环热效率t和循环平均压力pt11最高温度相同时，提高压缩比对循环的影响12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13压力升高比和预膨胀比对循环热效率t的影响14 a)压缩比相同 b)最高压力相同 Q2pQ2mQ2v Q2vQ2mQ2p tvtm tp tptm tv 定压定容定容定压加热量Q1相同时，三种理论循环t的比较15理论循环分析的指导意义指出了改善发动机动力性、经济性的基指出了改善发动机动力性、经济性的基本原则和方向本原则和方向l在允许的条件下，尽可能提高压缩比在允许的条件下，尽可能提高压缩比l合理组织燃烧，提高循环

4、加热合理组织燃烧，提高循环加热 等容度等容度（减少预膨胀比（减少预膨胀比和合理选择燃烧始点）和合理选择燃烧始点）l保证工质具有较高的绝热指数保证工质具有较高的绝热指数K16四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)AiA2A1vsvavcrrP0bPeVa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17示功图测试系统示功图是研究热功转换的最常用的手段18非增压发动机的展开示功图19四行程发动机的实际循环(增压)Pb压气机后压力Pk涡轮机前压力p0A1pdA3pbvaVspepkVc废气涡轮增压发动机示功图返

5、回20涡轮增压系统工作原理图涡轮增压系统工作原理图 返回上一页21自然吸气式发动机示功图分析W1W2vsvavcrrP0bPeVa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l循环动力过程功循环动力过程功压缩冲程、压缩冲程、燃烧膨胀冲程所作之功，正功，等燃烧膨胀冲程所作之功，正功，等于封闭曲线所包围的环积分面积于封闭曲线所包围的环积分面积Saczbal泵气过程功泵气过程功排气冲程、进气排气冲程、进气冲程所作之功，冲程所作之功， 等于封闭曲线所包等于封闭曲线所包围的环积分面积围的环积分面积Sarrba自然吸气发动自然吸气发动机为负机为负，增压发动机为正增

6、压发动机为正；l净指示功净指示功考虑泵气损失的指考虑泵气损失的指示功示功 循环动力功泵气过程功循环动力功泵气过程功 即：即：（W1+W3）（W2+W3 ） W1+W2 返回指示指标W1W2W322指示指标指示指标实际循环的评价指标实际循环的评价指标 指示指标指示指标：是以工质对活塞所作之功：是以工质对活塞所作之功（净指示功净指示功Wi）为计算基准的。）为计算基准的。 指示指标用来标定实际循环质量的好指示指标用来标定实际循环质量的好坏。坏。 它不受动力输出它不受动力输出 过程中机械摩擦和附过程中机械摩擦和附件消耗等外来因素的影响，直接反映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

7、进行的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好坏，因而在工作过程的分析研究中得到广泛的应用。得到广泛的应用。23指示指标指示指标1. 指示功指示功 (kJ) Wi (一个实际循环工质对活塞所一个实际循环工质对活塞所做的有用功做的有用功,即即净指示功净指示功,相当于示功图面积相当于示功图面积A1A3)2.平均指示压力平均指示压力 (MPa) pmi=Wi/ Vs3.平均指示功率平均指示功率 (kw) Pi = pmiVsin/304.指示热效率指示热效率 i=Wi/Q1 =3.6/ bih5.指示燃料消耗率指示燃料消耗率 (g/(kwh) ) bi=B/Pi （单位指示

8、功的（单位指示功的耗油量）耗油量） B 每小时耗油量（每小时耗油量（kg/h） 注意：计算时用国际单位制注意：计算时用国际单位制返回24有效指标有效指标评价发动机性能的指标评价发动机性能的指标 有效指标有效指标：指以曲轴输出功：指以曲轴输出功We为计算基准的指标称为有效性能为计算基准的指标称为有效性能指标。指标。 有效指标用来直接评定发动机有效指标用来直接评定发动机实际工作性能的优劣，故在生产实际工作性能的优劣，故在生产实践中得到广泛的应用。实践中得到广泛的应用。25平均指示压力平均指示压力WipmiVs指示功指示功一个实际循环工一个实际循环工质对活塞所作的有用功质对活塞所作的有用功平均指示压

9、力平均指示压力单位气缸单位气缸容积所作的指示功；容积所作的指示功； pmi=Wi/Vs 由于量纲正好是压力的量纲，由于量纲正好是压力的量纲，所以称为所以称为“压力压力”即：即：Wi=pmiVs相当于一个不变的（平均的）相当于一个不变的（平均的）压力压力pmi作用在活塞上，使其移作用在活塞上，使其移动一个冲程所作的功，其值等动一个冲程所作的功，其值等于于Wi平均指示压力的直观示意图返回26有效指标动力性指标：动力性指标：1. 有效功率有效功率 (kJ) Pe (曲轴输出功曲轴输出功)= Pi - Pm 2.平均有效压力平均有效压力 (MPa) pme=We/ Vs3.有效功率有效功率 (kw)

10、Pe= pmeVsin/304.有效扭矩有效扭矩 (N.m) Pe = 2nTtq/60*1000 = Ttqn/95505.转速转速n(转转/min)和活塞平均速度和活塞平均速度Cm (m/s) Cm = Sn/30返回27Pm(机械损失功）机械损失功） 指示功率不能完全对外输出，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，不可在发动机内部传递过程中，不可避免有以下损失：避免有以下损失： 内部运动零件的摩擦损失内部运动零件的摩擦损失 驱动附属机构的损失驱动附属机构的损失 泵气损失泵气损失返回28有效指标有效指标经济性指标经济性指标 6.有效热效率有效热效率 e=We/Q1 =3.6

11、/ bih 7.有效燃料消耗率有效燃料消耗率 (g/(kwh) ) be=B/Pe29发动机的强化指标发动机的强化指标 升功率升功率PL(kw.L)和比质量和比质量me (kg/kw) PL = Pe/Vsi= pmeVsin/30Vsi = pmen/30 me = m/ Pe m 发动机的干质量，不含冷却水和润滑油发动机的干质量，不含冷却水和润滑油 的发动机质量的发动机质量 2.强化系数强化系数pmeCm pmeCm越高，发动机的热负荷和机械负荷越越高，发动机的热负荷和机械负荷越大，发动机的发展趋势大，发动机的发展趋势 是强化系数的提高，是强化系数的提高，故故pmeCm的提高也标志了技术的

12、进步。的提高也标志了技术的进步。30机械损失机械损失 (定义定义)发动机运行31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6275%)活塞组件与缸壁的摩擦(4560% ) 、曲柄连机组轴承的摩擦、 (1520% )气阀机构的摩擦(23% )等。驱动附件的损失(占Pm 的1020%)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1020%) A3+A2 32机械损失(测量方法)1）倒拖法）倒拖法发动机按测试工况运行到正常稳定状态发动机按测试工况运行到正常稳定状态 (水温、油温正常水温、油温正常) ,断油或切断断油或切断点火，立即将测功机转为电动机

13、运行，反拖发动机到同样转速，则测点火，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。失功包含在内了。误差：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，）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。）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。汽油机压缩比小，所以误差小，柴油机

14、则误差较大。332）灭缸法）灭缸法用于多缸机用于多缸机设设N缸发动机正常运转时，测出有效功率缸发动机正常运转时，测出有效功率Pe。然后第。然后第i缸灭火（停止供油缸灭火（停止供油或点火或点火 ），在相同转速下测定工作的），在相同转速下测定工作的N-1个气缸的个气缸的有效功率（有效功率（Pe）-i, 此时认为总的此时认为总的Pm 不变，则灭缸后所减少的输出功率量为被灭缸的指示功不变，则灭缸后所减少的输出功率量为被灭缸的指示功率率Pi本质上也是倒拖法，只不过是用本质上也是倒拖法，只不过是用N-1个缸的动力来反拖被来的那一缸而已。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

15、，但由于测定时整机状态更接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。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。外的测试误差。343）油耗线法）油耗线法转速不变，测出整机油耗随负荷转速不变，测出整机油耗随负荷的变化曲线。将此线外延到与横的变化曲线。将此线外延到与横坐标交的坐标交的a点，则点，则a0之值为机械之值为机械损失值损失值pmm。图上横坐标为正值：输出功率点；图上横坐标为正值：输出功率点； 为为0 ：怠速

16、点；怠速点； 为负值：外界输入功率的反拖点，而为负值：外界输入功率的反拖点，而a点则是发动机停机不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。耗油的全反拖点。显然此值亦包含了泵气损失。 适合柴油机，不适合汽油机适合柴油机，不适合汽油机35：1）汽油机多用倒拖法，不适合用灭缸法和油耗线法（不成直线）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）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。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

17、倒拖法和灭缸法，因为这两种方法都破坏）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。了增压系统的正常工作。低增压低增压 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。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。36机械损失(影响因素)1）转速）转速n（活塞平均速度（活塞平均速度cm ）n、cm，摩擦损失，摩擦损失，泵气损失，泵气损失，驱动附件消耗的功，驱动附件消耗的功2）负荷）负荷pm373）润滑条件及冷却水温度）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，尽机油选用原则：在保证发动机正常工作

18、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。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。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，水温在制，水温在8095正常机油

19、温度在正常机油温度在85110 ，高品质油可允许在更高温度下工作，高品质油可允许在更高温度下工作38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指标名称 单位 指示指标有效指标 机械损失指标 各指标间的关系 循环功(单缸) kJWi WeWmWe=WiWm 平均压力 MPapmi=Wi/Vs pme=pmi-pmm 功率kwPiPePmPe=PiPm 转矩NmTtq 升功率kw/L PL比质量kg/kw me=m/Pe热效率i=Wi/Q1e=We/Q1m= We/ Wi = Pe/ Pi= pme/ pmi e =i m 燃油消耗率kg/(kwh) bi=B/Pibe=B/Pebi =mbe 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 39发动机实际循环