汽车发动机原理第二章发动机循环与性能指标.ppt

1、第2章 发动机工作循环与性能指标,发动机循环,发动机性能,经济性、动力性、排放、振动、噪声,第一节 发动机理论循环,第2章 发动机循环与性能指标,一、三种基本循环,（一）简化条件：,（1）假设工质为理想气体，其比热容为定值。,（2）假设工质在闭口系统中作封闭循环。,（3）假设压缩与膨胀过程是绝热等熵过程。,（4）假设燃烧是定容或定压加热。工质放热为定容放热。,（二）理论循环,ac绝热压缩；cz定容加热 zz定压加热；zb绝热膨胀 ba定容放热。,高速柴油机近似为混合加热循环。 燃烧过程基本上由定容燃烧和定压燃烧两个阶段组成。,1 混合加热循环,2定容加热循环,汽油机中混合气燃烧迅速，近似为定容

2、加热循环。,ac绝热压缩；cz定容加热 zb绝热膨胀；ba定容放热。,3定压加热循环,高增压和低速大型柴油机，工作循环近似为定压加热循环。 受燃烧最高压力的限制，大部分燃料在上止点后压力基本上一定的情况下燃烧。,ac绝热压缩；cz定压加热 zb绝热膨胀；ba定容放热。,二、评定指标 循环热效率 循环平均压力,1循环热效率评定循环经济性,式中 W 循环所做的功（J）； 循环加热量（J）； Q2循环放出的热量（J）。,2循环平均压力评定循环的做功能力,式中 W 循环所做的功（J）； Vs 气缸工作容积（L）。,式中 压缩比 ； 压力升高比； 预膨胀比； K 绝热指数。,混合加热循环,；,混合加热循

3、环循环平均压力,式中 压缩始点的压力（kPa）。,定容加热循环,预膨胀比： =1,定压加热循环,压力升高比：=1,三、理论循环分析,1 压缩比,Tz 相同, 高的aczba比 低的循环 aczba具有较大的平均吸热温度和较低的平均放热温度，所以 高的 较高。,定容加热循环热效率与压缩比的关系,较低时， 提高 ， 增长很快；在 较大时，再增加 ， 增加缓慢。,10,2绝热指数K,K值越大， 愈高 。空气K=1.4，稀混合气K值增大，而混合气中燃料蒸气较多时，K值减小。,3压力升高比,混合加热循环：,4预膨胀比,定压加热循环： Q1增加，增大， 若不变，平均膨胀比减小， Q2增加， t下降。,b,

4、5.三种理论循环比较,（）初态相同，Q1和相等,. Q1和循环最高压力相等,第二节 四行程发动机的实际循环,第2章 发动机循环与性能指标,示功图： 气缸内工质的压力p随气缸工作容积v或曲轴转角变化的图形称为示功图。,一、实际循环进行过程,实际循环过程,进气过程rra,pr高于大气压p0：残余废气。,进气终了压力pa： 一般小于大气压力p0或增压压pk 。,进气终了的温度Ta总高于大气温度T0或增压器出口温度Tk 高温机件及残余废气加热。,进气系统的阻力。,压缩过程ab cc,压缩过程为多变过程。,作用:,增大温差，,增大膨胀比，,热功转换效率提高，,有利着火和燃烧。,工质被压缩的程度用压缩比表

5、示,式中 气缸总容积（气缸最大容积）； 燃烧室容积(气缸余隙容积）。,压缩比的大致范围是： 汽油机 =712 柴油机 =1422 增压柴油机 =1215,燃烧过程ccz,作用：化学能转变为热能，使工质的压力及温度升高，为膨胀创造条件。 放热量越多,放热时越接近上止点，则热效率越高。,燃烧的最高爆发压力pz（pmax）及最高温Tz （Tmax）的数值范围是： pz（MPa） Tz（K） 汽油机 3.06.5 22002800 柴油机 4.59.0 18002200 增压柴油机 9.013.0,柴油机：压缩比高，燃烧的最高爆发压力 pz很高；但相对于燃油的空气量大，最高燃烧温度Tz值反而比汽油机低

6、。,膨胀过程zbb,非绝热过程，有散热损失，漏气损失，补燃和高温热分解； 实际膨胀过程为多变过程。,膨胀终点b的压力pb及温度T b的范围是： pb（MPa） T b（K） 汽油机 0.30.6 12001500 柴油机 0.20.5 10001200 柴油机膨胀比大，转化为有用功的热量多，热效率高，膨胀终了的温度和压力均比汽油机小。,排气终了压力pr高于大气压po ； 压力差prpo克服排气系统阻力。,排气过程bbr,二、循环指示功,完成一个循环，工质对活塞所做的功。,循环指示功：,czb bc c代表工质对活塞做的功，故是正功。 rb ar r 称为泵气损失，非增压发动机为负功，增压发动机

7、为正功。,增压发动机示功图,第三节 发动机的指示指标,是以工质对活塞做功为基础，用于评定实际循环的好坏。,第2章 发动机循环与性能指标,循环指示功：,一、平均指示压力pmi,平均指示压力：,单位气缸工作容积的指示功。,二、指示功率P i,单位时间所做的指示功。,每缸工作容积（L）；,发动机转速（r/min）；,平均指示压力（ MPa ）。,每缸、每循环工质做的指示功（kJ）：,发动机指示功率(kW)（i个气缸每秒所作的指示功）为：,四行程发动机,二行程发动机,单位指示功所消耗的燃油量 g/ ( kWh) 。,三、指示燃油消耗率bi,bi值的大致范围是： 柴油机 170205 g/ ( kWh)

8、 汽油机 205320 g/ ( kWh) ,是实际循环的指示功与所消耗燃料热量之比值。,四、指示热效率,1kWh=3.6103kJ，1kWh的功需要消耗的热量是 kJ， 为燃料的低热值(kJ/kg)。,低热值：不计汽化潜热，1kg燃油完全燃烧所放出的热量。,第四节 发动机的有效指标,1有效功率Pe 发动机曲轴输出的功率称为有效功率。,一、发动机动力性能,3平均有效压力,发动机单位气缸工作容积输出的有效功。,值的一般范围是： 汽油机 0.71.3MPa 柴油机 0.61.0 MPa 增压柴油机 0.92.2 MPa,4转速n和活塞平均速度Cm,单位时间作功次数发动机体积，重量，功率,二、发动机

9、经济性能,1. 有效燃油消耗率 单位有效功（1kWh）的耗油量（g）。,2有效热效率,发动机的有效功 （kJ）与所消耗燃油热量 之比值,及 的大致范围是：,三、发动机强化指标,1升功率 和比质量,提高 和,：衡量发动机容积利用率,表征质量利用率和结构紧凑性,：发动机每升工作容积所发出的有效功率。,：发动机干质量与标定功率之比。,和 值的大致范围：,汽油机 3070 1.44.0 汽车柴油机 1830 2.59.0,2强化系数,的大致范围是： 汽油机 817MPam/s 小型高速柴油机 611MPam/s 重型汽车柴油机 915MPam/s,数值增大是技术进步的标志。,2.5 发动机环境指标,发

10、动机环境评价指标主要指排气品质、噪声和车内空气污染。由于它关系到人类生存的环境和健康，因此必须制定相应的法规，给予严格控制。,发动机排放对大气的污染已成公害，各国均采取对策并制定相应的控制法规，以限制发动机的排放污染。,一、排放性能,1排出有害气体 目前主要限制一氧化碳（CO）、各种碳氢化合物（HC）及氮氧化合物（NOx）三种危害最大的气体排放量。 2排气微粒 排气中除水以外的任何液态或固体微粒。,一、排放性能,二、噪声, 噪声：指人们不需要并希望设法加以控制和消除掉的声音的总称。 噪声危害 （1）其作用于人的中枢神经系统，使大脑皮层兴奋，抑制失调，产生头疼、脑胀、昏晕、耳鸣、失眠和心慌等症状

11、； （2）影响人的消化系统和内分泌系统。在一定强度的噪声影响下，人们会出现心跳过速、心律不齐、血压增高等症状。,二、噪声, 噪声限值 我国噪声标准中规定，轿车噪声不得大于84dB。 小汽车（M1类车辆）车外噪声限值为 74 dB(A)。,三、车内空气污染, 车内空气污染 研究表明，车内空气污染有时会高于车外10倍以上，为此，不少国家的环保机构制定了汽车车内环境标准，使得汽车车内各种有害气体的含量有了明确的限值，以确保车内空气污染没有达到对驾乘人员健康产生影响的程度。,三、车内空气污染,车内污染物 主要有甲醛、甲苯及二甲苯、氮氧化物、二氧化硫、二氧化碳、一氧化碳、甲苯二异氰酸酯、总挥发性有机物、

12、可吸入微粒物及细菌等。,2.6 机械损失与机械效率,1发动机内部运动件的摩擦损失。约占总机械损失的62%75%。 2驱动附属机构的损失。约占总机械损失的10%20%。 3泵气损失。约占总机械损失的10%20%。,一、机械损失,：机械损失而消耗的功率称为机械损失功率。,二、机械效率,曲轴输出的有效功率与指示功率之比值,三、机械损失的测定 机械损失功率可通过发动机台架实验测定，常用的实验方法有倒拖法和灭缸法，柴油机还可用油耗线法。 . 1.倒拖法 2. 灭缸法 3 .油耗线法（负荷特性法）,四、影响机械效率的主要因素,1发动机转速,泵气损失加大,驱动附件的机械损失增加,四、影响机械效率的主要因素,由公式可知：转速机械效率。,2发动机负荷,变化不大。,怠速：,3润滑油品质 润滑油的粘度即稠稀程度，它