1发动机的性能.ppt

1、第一章 发动机的性能,本章要求： 了解：发动机理论循环 发动机的热平衡。,理解：发动机的实际循环过程，机械损失。 掌握：灭缸法，主要性能指标。,第二节 四冲程发动机的实际循环,发动机的实际循环是由进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个过程所组成。实际循环比理论循环复杂的多。 通常用气缸内的工质压力随气缸工作容积或曲轴转角而变化的图形（示功图）来研究。即-示功图和-图,四冲程柴油机图,四冲程汽油机图,发动机结构基本术语 上止点：活塞离曲轴回转中心最远处，通常指活塞上行到最高位置，通常用英文缩写词TDC来表示。 下止点：活塞离曲轴回转中心最近处，通常指活塞下行到最低位置，通常用英文缩写词BDC来表示。

2、活塞行程：上、下止点之间的距离。 曲柄半径：与连杆下端（即连杆 大头）相连的曲柄销中心到曲轴 回转中心的距离（mm）。,气缸工作容积（Vh）：活塞从上止点到下止点所扫过的容积。,燃烧室容积（ Vc ）：活塞在上止点时，活塞上方的空间叫燃烧室，它的容积叫燃烧室容积。,气缸总容积（Va）：活塞在下止点时，活塞上方的容积称为气缸总容积（L）。它等于气缸工作容积与燃烧室容积之和，即Va= Vh +Vc发动机排量（VL）：发动机所有气缸工作容积之和（L）。设发动机的气缸数为i，VL = Vh i,压缩比（）：气缸总容积与燃烧室容积的比值，表示活塞由下止点运动到上止点时，气缸内气体被压缩的程度。即 = V

3、a/Vc =1+Vh /Vc,五个工作过程：,1、进气过程 2、压缩过程 3、燃烧过程化学能热能 4、膨胀过程 5、排气过程排气温度是重要参数,汽油发动机四个行程的图示,1.进气行程,.压缩行程,.作功行程,4.排气行程,1、进气行程,排气门关闭,进气门开启,大气压力线,P,V,r,a,示功图,上止点,下止点,示功图：表示活塞在不同位置时气缸内气体压力的变化情况。,活 塞 下 行,2、压缩行程,进气门关闭,排气门关闭,P,V,r,a,示功图,大气压力线,c,上止点,下止点,活 塞 上 行,3、作功行程,进气门关闭,排气门关闭,P,V,r,a,示功图,大气压力线,c,Z,b,上止点,下止点,活

4、塞 下 行,4、排气行程,进气门关闭,排气门打开,P,V,r,示功图,大气压力线,c,Z,b,上止点,下止点,残余废气,a,活 塞 上 行,第三节 发动机的指示性能指标,内燃机的性能指标包括： 指示指标：据示功图求得的动力性和经济性指标 它是以工质在气缸内对活塞所做的功为基础的性能指标。 意义：用来评价实际工作循环的好坏，研究发动机的工作过程。 有效指标：考虑到机械损失的指标。小于指示指标 它是以曲轴对外输出的功为基础的性能指标。 意义：用来评定发动机性能的好坏。,经济性,动力性,顺时针 正功-循环指示功； 逆时针 负功-泵气功;机械 损失功,示功图上循环曲线所围成的面积的大小表示功的多少。,

5、在气缸完成一个循环，工质对活塞所做的功，用Wi（J）表示。 （Wi相当于i代表的功）,一、指示功和平均指示压力 1、指示功（或循环指示功）,指示功大，说明： 气缸工作容积大 热功转换有效程度大,1）定义：发动机单位气缸工作容积每循环做的指示功。 Pmi=Wi/Vh (kPa) 2）单位：Wi（J），Vh（L），Pmi（kPa） 3）Pmi，Wi =气缸工作容积的利用程度。 4）作用：评价发动机工作循环的动力性。 5）汽油机:Pmi=700-1300kPa 柴油机:Pmi=650-1100kPa 增压柴油机:Pmi=900-2500kPa,2、平均指示压力Pmi,二、指示功率Pi,i 气缸数；

6、Pmi 平均指示压力（kPa)； n 转数，r/min； 行程数； Vh（L）气缸工作容积。 当时：,Pmi，Pi，动力性指标。,定义：单位时间内所做的指示功，Pi, kW。 Pi=Wi/t(N.m/s),kW,kW,三、指示燃油消耗率bi,定义：单位指示功所消耗的燃油量，用bi表示。 bi（1000B/Pi）g/kWh B 每小时的燃油消耗量，kg/h； Pi 指示功率，kW。,四、指示热效率it,定义：实际循环指示功Wi与所用燃油的发热量Q1之比值,用it表示。,可以看出：it1bi,标定工况下，it，bi的大致范围：,bi it 汽油机： 205320 0.250.40 柴油机： 170

7、205 0.400.50,bi，it，经济性指标。,一、机械损失功率Pm和有效功率Pe 1.机械损失： 主要包括： 摩擦损失： 活塞环与缸壁间，各轴承与轴颈间，气门传动机构的摩擦。占总损失的6075%。,驱动附属机构的能量损失 占1020%。 泵气损失： 占1020%。 2.机械损失功率Pm: 因机械损失所消耗的功率 3有效功率Pe: PePi-Pm: 曲轴对外输出的功率。,第四节 发动机的有效性能指标,二、有效扭矩（转矩）Ttq,Pe：功率；kW Ttq：扭矩；N.m n：转速；r/min,是发动机工作时曲轴输出的平均扭矩。,三、平均有效压力Pme,1.定义：单位气缸工作容积的循环有效功。

8、是评价发动机动力性和强化程度的重要指标。 2.与Pe的关系：,Pme平均有效压力kPa，Vh 气缸工作容积L 对四冲程发动机，4，,3.对于结构一定的发动机，平均有效压力Pme与扭矩Ttq成正比。,汽油机:Pme=650-1200kPa ；柴油机:Pme=600-950kPa,四、有效燃油消耗率和有效热效率,.有效燃油消耗率: 单位有效功率的油耗量。 be1000B/Pe g/kWh B:每小时的油耗量,kg/h Pe:有效功率kW 有效热效率：发动机的有效功We与所消耗的燃油发出的热量Q1的比值。 etWe/Q13.6/ (be Hu)106 Wim/Q1itm be:有效燃油消耗率; Hu

9、:燃料的热值kJ/kg be、et是发动机的经济性能指标。,五、升功率PL，比质量me,升功率PL： 发动机每升工作容积发出的有效功率。 PLPe/(i Vh) kW/L 从有效功率的角度，衡量发动机排量利用的程度，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尺寸越小。 比质量： 发动机的净质量m与所发出功率Pe的比值。 mem/Pe 表征重量利用程度和结构紧凑性。 升功率和比质量都是发动机的强化程度指标。 越大，内燃机的热负荷和机械负荷越高。,总结,1、按评价发动机性能的不同 使用方面常用的性能指标：Pe, Ttq, be 结构设计方面常用的性能指标（强化程度指标）：Pme,PL

10、.be 2、发动机铭牌或产品说明上注明的指标，都是在标定工况下的指标。 3、动力性指标：Pe，Ttq，Pme，PL； 经济性指标：be，et,第五节 机械损失与机械效率,一、机械效率 1.机械损失功率:发动机机械损失所消耗的功率，Pm 2.平均机械损失压力:单位气缸工作容积的机械损失功，PmmPmi-Pme,.机械效率m：指示功转变为有效功的程度。,it、et、m之间的关系,汽油机：m0.70.9；柴油机：m0.70.85；增压柴油机：m0.80.92,二、影响m的因素,1转速n 负荷一定=Pmi、Pi基本不变 n=摩擦损失 =机械损失=Pmm,m随转速n的变化关系,得: n,m 故用提高n来

11、增加发动机的动力性指标受到限制。,使用因素：转速、负荷、润滑油品质、水温等； 结构设计因素：最高燃烧压力、气缸尺寸数目、大气状态等。,Pmm,2.负荷,n不变，PeTtq，PePme, 故负荷可用Pe,Pme表示。 负荷率：Ttq/Ttqmax100%, 负荷=Pmi,Pmm近似不变 =mPmm/Pmi 怠速工况: Pe0 PiPm, m=0,负荷定义：发动机的转速变化时,作用在发动机曲轴上的阻力矩。,3.润滑油粘度,润滑油的粘度即机油的稠稀程度。 粘度=内部摩擦=机械损失 Pi不变=m 粘度=Pmm=m 粘度过小=机油的承载能力太低=油膜破裂=发生干摩擦=烧瓦=Pm=m 另外，机油粘度还与其

12、温度有关。机油温度升高，导致机油粘度降低。,4.冷却水温度,冷却水的温度直接影响到润滑油的温度，因而也就关系到润滑油粘度和摩擦损失的大小 使用中，发动机的冷却水温度保持在8095范围内。,Pmm随润滑油温度变化的关系,Pmm,第六节 热平衡,发动机的热平衡： 燃油燃烧所产生的热量恒等于转变为有效功与各项散失的热量之和。 热平衡方程式: QT=QE+QS+QR+QB+QL,QT:燃油完全燃烧的热量; QE:转变为有用功的热量; （占2540) QS:传给冷却介质的热量; （占1035) QR:被废气带走的热量; （占2550) QB:燃烧不完全热量损失; QL:其他热量损失;,燃油完全燃烧的热量

13、QTBHu (kJ/h) (B每小时消耗的燃油kg/h；Hu:燃料的热值kJ/kg) 转变为有用功的热量QE3.6103Pe (kJ/h) 传给冷却介质的热量QSGscs(t2-t1) (kJ/h) (Gs通过冷却介质的流量kg/h；cs冷却介质的比热kJ/(kg)； t1、t2冷却介质入口、出口温度) 被废气带走的热量QR(B+Gk)(cprt2-cpkt1) (kJ/h) (B、GK每小时消耗的燃油和空气量kg/h；cpr、cpk废气和空气的定压比热kJ/(kg)；t1、t2进排气门处工质温度) 燃烧不完全热量损失QBQT(1-r) (kJ/h) (r燃烧效率） 其他热量损失QLQT(QE

14、QSQRQB) (kJ/h),冷却液,燃烧不完全,废气,其它,燃料燃烧的总热量仅有%转变为有效功，其余%的热量损失掉。其中主要由废气带走，其次传给冷却水，在某些汽油机中不完全燃烧所占比例也不小。,QE,QL,QR,QB,QS,结束,进气过程,进气过程中，由于进气气流需克服进气系统的流 动阻力，故进气终了的压力a大气温度0 （Ta=300380K）,压缩过程,1、作用： 增大工作过程的温差，获得最大限度的膨胀比，提高热功转换效率，同时也为燃烧过程创造有利条件。 在柴油机中，压缩后气体的高温是保证燃烧着火的必要条件。,开始 吸热 n1K 绝热 n1=K 后 放热 n1K,2、压缩过程的多变指数n1是变化的。 K是绝热压缩指数。,n1的范围：,汽油机：n1=1.32-1.38 柴油机：n1=1.38-1.42 n1越大，热损失越小。 n1主要决定于工质与气缸壁的传热情况。 其它影响因素： 车速、 负荷 n1 气缸尺寸、冷却强度 n1 压缩比、进气终了温度 n1 ,用一平均压缩多变指数n1代替n1，使