发动机原理-第二章_工作循环与性能

1、引擎原理，讲座内容：第二章引擎运行周期和性能指标演示者：deng xiaoting讲师，电子邮件：电话：1385110258，第二章引擎运行周期和性能指标，1，测功机分析，引擎性能指标的定义，意义和单位，机械效率及其影响因素。第一节内燃机的理想循环，要求掌握：1，汽车发动机的理想循环是什么；2，理想的循环分别由哪些过程组成？3、影响理想循环热效率的因素；4、汽车发动机理想循环比较。为了便于分析内燃机的实际工作过程，内燃机特定周期的各个实际过程全部抽象成多个可逆过程，结果一个闭合环称为理想周期。1、理论循环的目的：1)确定循环热效率的理论限制，以确定实际引擎经济和工作过程的完整性和改进潜力。2)

2、分析比较发动机不同热周期方式的经济性和动力性。3)确定理论循环热效率所代表的经济性和平均压力所代表的提高动力的基本方法。第一节内燃机的理想循环，2，理想化，第一节内燃机的理想循环，对理想循环的简化假设：1假设工作流体是比热容的理想气体；2在不考虑进气和排气过程(工作流体的总质量保持不变)的情况下，假定工作流体是封闭系统中的闭合回路。3压缩、绝热等熵过程简化的膨胀过程；4将燃烧过程报告为外部工作流体的加热过程，并通过等容加热过程或等压加热过程简化；5废气的实际放热过程简化为等效放热过程。6忽略流程的损失，将周期的每个流程视为可逆流程。换句话说，假设循环过程是可逆循环。3，实际循环和理想化，实际工

3、作流程：进气，压缩，燃烧，膨胀，排气，内燃机第一部分的理想循环，1)汽油机的理想循环：汽油发动机燃烧的快速温度和压力增加的快速容量加热循环2)低速柴油机的理想循环：低速柴油机燃烧压力限制2-3燃烧过程等容量加热；3-4膨胀过程绝热膨胀；4-1排气工艺和其他容量发热。等效加热循环的热效率：=v1/v2-压缩比；k-绝热指数。-等容量加热周期，q2，q1，5，低速柴油机理想的循环-等压力加热周期，1-2压缩工艺绝热压缩；2-3燃烧过程等压加热；3-4膨胀过程绝热膨胀；4-1排气工艺和其他容量发热。等压加热周期的热效率：=v3/v2预膨胀比，6，车用柴油机理想循环-混合加热周期，混合加热周期的热效率

4、：1-2压缩过程的绝热压缩；2-3燃烧过程等容量加热；3-4燃烧过程等压加热；4-5膨胀过程绝热膨胀；5-1排气工艺和其他容量发热。=v1/v2 -压缩比，=p3/p2-压力上升比，=v4/v3-预膨胀比，k-绝热指数。q1、q1、三个理论循环的比较，其次，影响内燃机理想循环的主要因素分析循环的主要目的是找出影响循环热效率的因素，找出提高热效率的方法。一般方法如下：1，分析方法：在循环热效率的公式中执行分析。2、图形方法：从pv图、ts图开始。1，压缩比对上述三个理想周期的影响是相同的。循环平均吸热温度提高，循环平均放热温度降低，循环温差和膨胀率扩大，t .在比较压缩时，随着压缩比的增加，热效

5、率显着提高。如果压缩率大，则随着压缩率的增加，热效率会更低。从测试曲线来看，2，k的影响，kt(混合物稀，k大)k取决于工作流体的特性，二元子气体为1.4。多原子(排气成分)为1.33。多原子(混合)1.32-1.4。，高柴油机热效率的四个因素：高压缩比；混合绝热指数高；泵的气体损失很小。q2/q1保持不变，因为完全燃烧，3，影响(1)对于固定容量加热循环，如果t保持不变，则创建固定容量加热和固定容量加热两个过程的斜率相同。效率没有提高，但动力性能有所提高，周期平均压力pt有所增加。(2)对于混合加热循环，tq1保持不变，值增加(q1v)相对降低q1p的比率。也就是说，q2减少时，整个循环的热

6、效率增加。但是，tzpz、零件的热负荷和机械负荷不能受到零件温和强度的太大限制。4，影响(1)等效压力加热循环，t. (q2)(2)对于混合加热循环，在理论周期的分析中，q2t表明压缩率提高和压力上升率有利于提高循环热效率t，但提高了引擎的实际工作条件约束和循环热效率限制。1)对零件的强度和可靠性的限制；2)机械效率的限制；3)燃烧限制。比较图中每个循环加热过程的相应区域：q2pq2mq2v: tvtmtp，iii，活塞内燃机的理想循环比较1，等压缩比，等加热周期q1条件下等容量加热循环热效率最高，等压力加热周期最低。要提高混合加热周期的热效率，必须增加混合加热周期的等效性。2，等热q1，循环

7、最大压力pz比较了各循环加热过程在相同条件下的面积：q2vq2mq2p所以：tptmtv，理论上柴油机的热效率高于汽油机的热效率。3，比较循环的最高温度、最高压力等条件下t-s图中三个循环的加热和释放量，如下所示：q1pq1mq1v，因此：tptmtv，在实际内燃机中，根据压缩比的选择，tmtptv、双节引擎的实际周期，引擎的实际周期由5个流程组成：进气、压缩、燃烧、膨胀和排气。实际周期比理论周期复杂得多。通常研究圆柱内的工作流体压力随圆柱工作体积或曲轴角而变化的图形(测力计)。-测力计和-测力计。四冲程柴油机示意图、四冲程汽油发动机图、四冲程发动机功率图、a:进气端c:压缩端z:燃烧端b:膨

8、胀端r:排气端va-气缸的总体积vc-气缸的压缩体积vh-气缸的工作体积tdc-上停止点bdc-下停止点实际工作流体的影响由于实际工作流体的影响而造成的损失：wk2，通风损失泵气体损失：wr早期排气损失：w3，燃烧损失非瞬时燃烧损失和燃烧损失：wz不完全燃烧损失高温热解损失4，传热损失传热损失传热，流动损失wb5，缸内流动损失，wk实际工作流体效果造成的损失； wz非瞬时燃烧损失和燃烧损失；wr通风损失；wb传热流量损失；w早期排气损失，发动机实际循环和理论循环的比较，1，实际工作流体的影响wk比热理论：固定比热理论：温度t比热c工作流体特性理论：以上气体，双原子气体实际3360燃烧前：燃料空

9、气；燃烧后：燃烧产物。2、通风损失wr w理论：忽略吸入，排气过程实际上是：入口，排气门提前打开，以后关闭，有流动阻力。泵气体损失：通风损失中被反向循环包围的面积。提前排放损失：排气门在停止点之前提前打开的损失。3，燃烧损失补充燃烧损失理论：加热瞬间停止，膨胀过程不加热。实际上，燃料大部分(80%以上)在燃烧过程中燃烧，但还剩下一些燃料，被拖到膨胀线上燃烧，因此工作效果变坏，热效率下降。不完全燃烧损失的实际周期中，部分燃料，空气混合不良，部分燃料因缺氧而造成不完全燃烧损失。，4、传热损失wb理论：压缩，绝热过程的膨胀过程实际上有：多列通过气缸壁传递到冷却剂或空气中。传热损失是引擎的最大损失，占

10、总损失量的30%以上。因此，很多研究人员致力于开发隔热引擎。5、缸内流动损失理论：封闭系统，无气体流动损失。实际上，入口，排气节流路径损耗，气缸入口，挤压，燃烧涡流损耗。发动机实际循环与理论循环的比较3，燃烧损失高温热解损失是c oco热oco2热其中co是中间产品，co2是最终产物。如果发生高温，co2co o-热的高温分解可能会在膨胀过程中释放，但活塞接近停止点，导致工作效果恶化，产生分解反应，从而降低热效率。减少各种损失，提高实际循环热效率，提高发动机性能，是研究发动机周期的目的。结论：1)汽油机的理论循环热效率低于柴油机。2)实际工作流体比热容变化造成的损失占很大的比例。3)对于汽油机

11、来说，不完全燃烧损失主要是由于浓缩混合造成的，因此使用稀薄混合机是减少汽油机损失的方法之一。柴油机的情况下，不完全燃烧主要是搅拌机形成及燃烧组织不完整，造成柴油机需要改进的原因。发动机理论周期热效率和实际周期表示热效率值的范围：理论周期热效率：0.54-0.580.64-0.67实际周期表示热效率：0.30-0.400.40-0.45，汽油机柴油机，双节内燃机的性能指标，内燃机的性能指标：工作流体相对于气缸内活塞的工作的性能指标。意义：用于评估实际工作循环的好坏，研究引擎的工作过程。有效指标：考虑机械损失的指标。小于显示指标基于曲轴外部输出的性能指标。意义：用于评价发动机性能的好坏。内燃机的指

12、标、顺时针静孔-循环指示力、f1逆时针负泵孔-机械损失力、f2、动力系统的循环曲线所包围的面积的大小表示工作量。完成圆柱体上的循环，并以wi(j)表示工作流体对活塞所做的工作。wi=pdv(wi等于fi=f1-f2表示)，第一，指示力和平均指示力1，指示力(或循环指示力):1，指示力(或循环指示力):指示力是循环中热工作转换的有效程度，1)定义：发动机单位气缸工作体积角度循环显示操作。pmi=wi/vh(kpa)wi=pmi vh=(pmi d2h)/4d和h分别是圆柱直径和活塞冲程。(2)单位：wi(j)、vh(l)、pmi(kpa)3)pmi、wi=柱面工作卷利用率。4)角色：评估引擎工作

13、周期的动力性。5)汽油发动机：pmi=700-1430kpa柴油机：pmi=600-1100kpa增压柴油机3360pmi=850-2600kpa，2，平均指示压力pmi，2，2pmi平均显示压力(kpa)；n转数，r/min；笔划数；vh(l)柱面工作卷。当时：wi、pmi、pi、电源指标。定义：单位时间内的显示操作，pi，kw。kw，kw，第三，燃料消耗率bi。定义：单位表示工作消耗的燃料数量，以bi表示。bi(1000b/pi)g/(kwh)b小时燃料消耗，kg/h；pi表示功率，kw。bi经济指标。第四，表示热效率i。定义：实际周期表示工作wi与使用的燃料的发热量q1的比率，用i表示。

14、pi表示功率kw；hu燃料低热值kj/kg；b每小时油耗kg/h；big/(kwh)，i1bi，校准条件，i，bi的一般范围：bii汽油引擎：2153400.250.40柴油机：1702100.400.50，内燃机的有效指标，第一，有效功率wewe=wi-wm2。机械损失wm:机械损失导致的工作。，3 .机械损失：摩擦损失：活塞环和气缸壁、轴承和轴颈之间、阀驱动机构的摩擦。占总损失的6075%。驱动辅助器具的能量损失占1020%。泵气体损失：占1020%。4。机械损失功率pm:机械损失导致的功率。5有源电力pe:曲轴外部输出功率。pepi-pm，第二，有效扭矩(扭矩)ttq是引擎运行时曲轴输出

15、的平均扭矩，表示引擎克服负载的能力。有源电力：pe:有源电力kw；ttq:有效扭矩nm；n:速度r/min。第三，平均有效压力pme，1。定义：单元柱面工作卷的周期有效操作。是评价发动机动力性和强化度的重要指标。2.与pe的关系：pme平均有效压力kpa，vh气缸工作体积l对4冲程引擎，4，3。对于结构固定的引擎，平均有效压力pme与转矩ttq成正比。汽油发动机： pme=650-1250 kpa；柴油： pme=700-1000 kpa；涡轮增压柴油机：pme=900-2200kpa。(ms)，在型式中，h表示活塞行程(m)n表示引擎速度(r/min)，4、速度n和活塞平均速度cm，以提高引

16、擎速度。也就是说，每单位时间的工作次数增加，引擎大小小、重量轻、功率大。速度增加时，活塞的平均速度也增加。关系如下：速度n、活塞平均速度cm和行程气缸直径比(h/d)ncmh/d总线汽油引擎5000-800012-180.7-1.0卡车汽油引擎3600-450010-150.8-1.2汽车柴油引擎2000-1.2从有效功率的角度测量发动机的位移利用程度，pl越大，发动机的强化程度越高，发出一定有效功率的发动机的大小越小。质量比：引擎的净质量m与发出的pe之比。mem/pekg/kw表征了质量利用程度和紧凑结构。上升趋势和非质量都是发动机的强化度指标。越大，内燃机的热负荷和机械负荷越大。5、上升

17、力pl、非质量me和加强系数、上升力pl和非质量me的范围plme汽油引擎25-651.1-4.0车用柴油机20-402.5-9.0农用柴油机8-155.5-16、3与活塞单位面积的功率成正比。值越大，引擎的热负荷和机械负荷就越高。强化系数范围，6，有效燃料消耗率和有效热效率，有效燃料消耗率be:单位有效功率的燃料消耗。be1000b/peg/kwhb:每小时燃料消耗量，kg/hpe:有效功率kw有效散热效率e:与引擎有效功耗中的热量q1之比。ewe/q 13.6/(behu)106 wim/q1 imhu 3360燃料的低散热量kj/kgbe，e是引擎的经济性能指标。校准条件，e，be的一般范围：bee汽油引擎：270