發(fā)動機原理-第二章_工作循環(huán)與性能ppt課件

.,發(fā)動機原理,講授內(nèi)容：第二章發(fā)動機工作循環(huán)及性能指標主講人：鄧曉亭講師,Email：xiaotingdeng電話第二章發(fā)動機工作循環(huán)及性能指標,重點掌握:1、示功圖分析法、發(fā)動機性能指標的定義、意義和單位；、機械效率及其影響因素。,第一節(jié)內(nèi)燃機的理想循環(huán),要求掌握：1、車用發(fā)動機的理想循環(huán)各是什么；2、理想循環(huán)各由哪些過程組成；3、影響理想循環(huán)熱效率的因素；4、車用發(fā)動機理想循環(huán)的比較。,為便于分析內(nèi)燃機的實際工作過程，將內(nèi)燃機的某個循環(huán)的各個實際過程全部抽象的概括為若干個可逆過程，這樣得到的一個閉合循環(huán)，稱為理想循環(huán)。1、研究理論循環(huán)的目的:1)確定循環(huán)熱效率的理論極限，以判斷實際發(fā)動機經(jīng)濟性和工作過程進行的完善程度以及改進潛力。2)分析比較發(fā)動機不同熱力循環(huán)方式的經(jīng)濟性和動力性。3)確定提高以理論循環(huán)熱效率為代表的經(jīng)濟性和以平均壓力為代表的動力性的基本途徑。,第一節(jié)內(nèi)燃機的理想循環(huán),.,2、理想化,第一節(jié)內(nèi)燃機的理想循環(huán),理想循環(huán)所采取的簡化假定：1假定工質(zhì)為定比熱容的理想氣體；2不計吸氣和排氣過程（工質(zhì)的總質(zhì)量保持不變），假設工質(zhì)是在閉口系統(tǒng)中作封閉循環(huán)；3壓縮、膨脹過程簡化為絕熱等熵過程；4把燃燒過程看作是外界對工質(zhì)的加熱過程，簡化為等容加熱過程或等壓加熱過程；5排氣中的實際放熱過程簡化為等容放熱過程；6忽略過程損失，把循環(huán)的每一過程都假定為可逆過程，即假設循環(huán)過程為可逆循環(huán)。,.,3、實際循環(huán)及理想化,實際工作過程：,進氣、壓縮、燃燒、膨脹、排氣,第一節(jié)內(nèi)燃機的理想循環(huán),1）汽油機的理想循環(huán)：汽油機燃燒迅速溫度和壓力增長快速等容加熱循環(huán)2）低速柴油機的理想循環(huán)：低速柴油機燃燒壓力限制壓力一定等壓加熱循環(huán)3）高速柴油機的理想循環(huán)：高速柴油機先定容再定壓混合加熱循環(huán),4、汽油機的理想循環(huán),1-2的壓縮過程絕熱壓縮；2-3的燃燒過程等容加熱；3-4的膨脹過程絕熱膨脹；4-1的排氣過程等容放熱。,等容加熱循環(huán)的熱效率：,=V1/V2-壓縮比；,k-絕熱指數(shù)。,-等容加熱循環(huán),Q2,Q1,.,5、低速柴油機的理想循環(huán)-等壓加熱循環(huán),1-2的壓縮過程絕熱壓縮；2-3的燃燒過程等壓加熱；3-4的膨脹過程絕熱膨脹；4-1的排氣過程等容放熱。,等壓加熱循環(huán)的熱效率：,=V3/V2預膨脹比,6、車用柴油機的理想循環(huán)-混合加熱循環(huán),混合加熱循環(huán)的熱效率:,1-2的壓縮過程絕熱壓縮；2-3的燃燒過程等容加熱；3-4的燃燒過程等壓加熱；4-5的膨脹過程絕熱膨脹；5-1的排氣過程等容放熱。,=V1/V2-壓縮比,=P3/P2-壓力升高比，=V4/V3-預脹比，k-絕熱指數(shù).,Q1,Q1,.,三種理論循環(huán)的比較,二、影響內(nèi)燃機理想循環(huán)的主要因素分析循環(huán)的主要目的是找出影響循環(huán)熱效率的因素，找到提高熱效率的途徑。常用的方法有：1、解析法：從循環(huán)熱效率的公式出發(fā)進行分析。2、圖示法：由PV圖、TS圖入手分析。,1、壓縮比的影響,壓縮比對上述三種理想循環(huán)的影響是相同的。由熱效率的公式：,提高循環(huán)平均吸熱溫度，降低循環(huán)平均放熱溫度，擴大了循環(huán)溫差和膨脹比,t。,當壓縮比較小時，熱效率隨壓縮比的增加顯著增大；當壓縮比較大時，熱效率隨壓縮比的增加增大較少。,由試驗曲線看出:,.,2、k的影響由公式看出，kt（混合氣較稀,k較大）k取決于工質(zhì)的性質(zhì)，雙原子氣體為1.4；多原子(排氣成分)為1.33；多原子（混合氣）1.32-1.4。,柴油機熱效率高的四個要素：壓縮比高；混合氣絕熱指數(shù)高；泵氣損失小；燃燒完全,.,3、的影響(1)對定容加熱循環(huán)，t不變當一定時，要使，必須增加加熱量Q1，由于定容加熱和定容放熱兩個過程斜率相同，Q2/Q1不變。其對效率沒有改善，但動力性能改善了，循環(huán)平均壓力Pt增大了。,(2)對混合加熱循環(huán)，tQ1不變，值增大（Q1v）則相對的減少了Q1p所占的比例，即，而Q2減少，使整個循環(huán)的熱效率會增大。但TzPz，零件的熱負荷和機械負荷，受零件耐溫和強度限制不能過高。,4、的影響（1）對等壓加熱循環(huán)，t。(Q2)（2）對混合加熱循環(huán)，Q2t,.,從理論循環(huán)的分析可知，提高壓縮比和壓力升高比對提高循環(huán)熱效率T起著有利的作用，但發(fā)動機實際工作條件約束和限制循環(huán)熱效率提高。,1)零件的強度和可靠性的限制;2)機械效率的限制;3)燃燒方面的限制。,比較圖中各循環(huán)加熱過程所對應的面積，得出：Q2pQ2mQ2v所以：tvtmtp,三、活塞式內(nèi)燃機理想循環(huán)的比較1、在等壓縮比、等加熱量Q1條件下,等容加熱循環(huán)熱效率最高，而等壓加熱循環(huán)的均最低。欲提高混合加熱循環(huán)的熱效率，應增加混合加熱循環(huán)的等容部分。,.,2、在等加熱量Q1、循環(huán)最高壓力Pz相等條件下,比較圖中各循環(huán)加熱過程所對應的面積，得出：Q2vQ2mQ2p所以：tptmtv,理論上說明，柴油機的熱效率要高于汽油機的熱效率。,3、在循環(huán)的最高溫度、最高壓力相同的條件下,在T-S圖上比較三種循環(huán)的加熱量和放熱量，可以看出：放熱量q2都相同，而加熱量為：,Q1pQ1mQ1v,所以：,tptmtv,實際內(nèi)燃機中，由于壓縮比選取的不同，有：tmtptv,第二節(jié)發(fā)動機的實際循環(huán),發(fā)動機的實際循環(huán)是由進氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣五個過程所組成。實際循環(huán)比理論循環(huán)復雜的多。通常用氣缸內(nèi)的工質(zhì)壓力隨氣缸工作容積或曲軸轉角而變化的圖形（示功圖）來研究。即-示功圖和-示功圖。,四沖程柴油機圖,四沖程汽油機圖,四行程發(fā)動機示功圖,a：進氣終點c：壓縮終點z：燃燒終點b：膨脹終點r：排氣終點Va-氣缸的總容積Vc-氣缸的壓縮容積Vh-氣缸的工作容積TDC-上止點BDC-下止點,r,五個工作過程,1、進氣過程2、壓縮過程3、燃燒過程4、膨脹過程5、排氣過程,r,.,發(fā)動機實際循環(huán)與理論循環(huán)的比較,1、實際工質(zhì)的影響實際工質(zhì)影響引起的損失：Wk2、換氣損失泵氣損失：Wr提前排氣損失：W3、燃燒損失非瞬時燃燒損失和補燃損失：Wz不完全燃燒損失高溫熱分解損失4、傳熱損失傳熱、流動損失Wb5、缸內(nèi)流動損失,Wk實際工質(zhì)影響引起的損失；Wz非瞬時燃燒損失和補燃損失；Wr換氣損失；Wb傳熱流動損失；W提前排氣損失,.,發(fā)動機實際循環(huán)與理論循環(huán)的比較,1、實際工質(zhì)的影響Wk比熱理論上:定比熱實際上:溫度T比熱C工質(zhì)性質(zhì)理論上:理想氣體，雙原子氣體實際上:燃燒前:燃料+空氣；燃燒后:燃燒產(chǎn)物。,2、換氣損失Wr+W理論上:忽略進、排氣過程實際上:進、排氣門提前開啟，遲后關閉，且有流動阻力。泵氣損失：換氣損失中逆向循環(huán)所包圍的面積。,提前排氣損失：排氣門在下止點前提前開啟而產(chǎn)生的損失。,3、燃燒損失補燃損失理論上:加熱瞬間停止，膨脹過程無加熱。實際上:雖大部分(80%以上)燃料在燃燒過程中燃燒掉，但仍有小部分燃料會拖到膨脹線上才燃燒，做功效果變差，熱效率下降。不完全燃燒損失實際循環(huán)中有部分燃料、空氣混合不良，部分燃料由于缺氧產(chǎn)生不完全燃燒損失。,.,4、傳熱損失Wb理論上:壓縮、膨脹過程為絕熱過程實際上:大量熱量通過汽缸壁傳給冷卻水或空氣。傳熱損失是發(fā)動機中的最大損失，占總損失量的30%以上。因此，許多研究者致力于開發(fā)絕熱發(fā)動機。5、缸內(nèi)流動損失理論上:閉口系統(tǒng)，沒有氣體流動損失。實際上:進、排氣節(jié)流沿程損失，缸內(nèi)進氣、擠壓、燃燒渦流損失。,發(fā)動機實際循環(huán)與理論循環(huán)的比較,3、燃燒損失高溫熱分解損失例C+OCO+熱量+OCO2+熱量其中CO為中間產(chǎn)物，CO2為最終產(chǎn)物。若遇高溫，則會發(fā)生復分解反應，即高溫分解:CO2CO+O-熱量這部分熱量雖然在膨脹過程中還可能會釋放出來，但由于活塞已接近下止點，做功效果變差，熱效率下降。,.,減少各項損失，提高實際循環(huán)熱效率，改善發(fā)動機性能，是研究發(fā)動機循環(huán)的目的。結論：1）汽油機的理論循環(huán)熱效率低于柴油機的；2）實際工質(zhì)比熱容變化引起的損失占較大的比例；3）對于汽油機，不完全燃燒損失主要是由于采用濃混合氣造成的，所以采用稀混合氣是汽油機減少損失的途徑之一。對于柴油機，不完全燃燒主要是混合氣形成及燃燒組織不完善引起的，是柴油機應改善之處。,發(fā)動機理論循環(huán)熱效率和實際循環(huán)指示熱效率值的范圍：,理論循環(huán)熱效率：0.54-0.580.64-0.67實際循環(huán)指示熱效率：0.30-0.400.40-0.45,汽油機柴油機,第二節(jié)內(nèi)燃機的性能指標,內(nèi)燃機的性能指標包括：指示指標：據(jù)示功圖求得的動力性和經(jīng)濟性指標.它是以工質(zhì)在氣缸內(nèi)對活塞所做的功為基礎的性能指標。意義：用來評價實際工作循環(huán)的好壞，研究發(fā)動機的工作過程。有效指標：考慮到機械損失的指標。小于指示指標它是以曲軸對外輸出的功為基礎的性能指標。意義：用來評定發(fā)動機性能的好壞。,內(nèi)燃機的指示指標,順時針正功-循環(huán)指示功,F1逆時針負功-泵氣功-機械損失功,F2,示功圖上循環(huán)曲線所圍成的面積的大小表示功的多少。,在氣缸完成一個循環(huán)，工質(zhì)對活塞所做的功，用Wi（J）表示。Wi=Pdv（Wi相當于Fi=F1-F2代表的功）,一、指示功和平均指示壓力1、指示功（或循環(huán)指示功）：,.,1、指示功（或循環(huán)指示功）：,指示功反映了發(fā)動機在一個工作循環(huán)中獲得的有用功數(shù)量，它除了與循環(huán)中熱功轉換的有效程度有關外，還與氣缸容積大小有關。,1）定義：發(fā)動機單位氣缸工作容積每循環(huán)做的指示功。pmi=Wi/Vh(kpa)Wi=pmiVh=(pmiD2h)/4D和h分別為氣缸直徑和活塞行程。2）單位：Wi（J），Vh（L），pmi（kpa）3）pmi，Wi=氣缸工作容積的利用程度。4）作用：評價發(fā)動機工作循環(huán)的動力性。5）汽油機:pmi=700-1430kpa柴油機:pmi=600-1100kpa增壓柴油機:pmi=850-2600kpa,2、平均指示壓力pmi,二、指示功率Pi,i氣缸數(shù)；pmi平均指示壓力（kpa)；n轉數(shù)，r/min；行程數(shù)；Vh（L）汽缸工作容積。當時：,Wi，pmi，Pi，動力性指標。,定義：單位時間內(nèi)所做的指示功，Pi,kW。,kW,kW,三、指示燃油消耗率bi,定義：單位指示功所消耗的燃油量，用bi表示。bi（1000B/Pi）g/(kwh)B每小時的燃油消耗量，kg/h；Pi指示功率，kW。,bi經(jīng)濟性指標。,四、指示熱效率i,定義：實際循環(huán)指示功Wi與所用燃油的發(fā)熱量Q1之比值,用i表示。,Pi指示功率kW；Hu燃料低熱值kJ/kg；B每小時的燃油消耗量kg/h；big/(kWh),可以看出：i1bi,標定工況下，i，bi的大致范圍：,bii汽油機：2153400.250.40柴油機：1702100.400.50,內(nèi)燃機的有效指標,一、有效功We和有效功率Pe1、有效功We發(fā)動機每循環(huán)曲軸輸出的單缸功量We,也稱為循環(huán)有效功。We=Wi-Wm2.機械損失功Wm:因機械損失所消耗的功。,3.機械損失：摩擦損失：活塞環(huán)與缸壁間，各軸承與軸頸間，氣門傳動機構的摩擦。占總損失的6075%。驅動附屬機構的能量損失占1020%。泵氣損失：占1020%。,.,4.機械損失功率Pm:因機械損失所消耗的功率。5有效功率Pe:曲軸對外輸出的功率。PePi-Pm,二、有效扭矩（轉矩）Ttq,是發(fā)動機工作時曲軸輸出的平均扭矩，代表了發(fā)動機克服負荷的能力。,有效功率：,Pe：有效功率kW；Ttq：有效扭矩Nm；n：轉速r/min。,三、平均有效壓力pme,1.定義：單位氣缸工作容積的循環(huán)有效功。是評價發(fā)動機動力性和強化程度的重要指標。2.與Pe的關系：,pme平均有效壓力kpa，Vh汽缸工作容積L對四沖程發(fā)動機，4，,3.對于結構一定的發(fā)動機，平均有效壓力pme與扭矩Ttq成正比。,汽油機:pme=650-1250kpa；柴油機:pme=700-1000kpa；增壓柴油機：pme=900-2200kpa。,.,（ms）,式中，h為活塞行程(m)n為發(fā)動機轉速(r/min),四、轉速n和活塞平均速度Cm,提高發(fā)動機轉速，即增加單位時間的做功次數(shù)，從而使發(fā)動機體積小、重量輕和功率大。,轉速增大，活塞平均速度也增大，其之間的關系為：,轉速n、活塞平均速度Cm和行程缸徑比(h/D)nCmh/D小客車汽油機5000-800012-180.7-1.0載貨車汽油機3600-450010-150.8-1.2汽車柴油機2000-50009-150.75-1.2增壓柴油機1500-40008-120.9-1.3,五、升功率PL、比質(zhì)量me和強化系數(shù),升功率PL：發(fā)動機每升工作容積發(fā)出的有效功率。從有效功率的角度，衡量發(fā)動機排量利用的程度，PL越大，發(fā)動機的強化程度越高，發(fā)出一定有效功率的發(fā)動機尺寸越小。比質(zhì)量：發(fā)動機的凈質(zhì)量m與所發(fā)出功率Pe的比值。mem/Pekg/kW表征質(zhì)量利用程度和結構緊湊性。升功率和比質(zhì)量都是發(fā)動機的強化程度指標。越大，內(nèi)燃機的熱負荷和機械負荷越高。,五、升功率PL、比質(zhì)量me和強化系數(shù),升功率PL和比質(zhì)量me的范圍PLme汽油機25-651.1-4.0車用柴油機20-402.5-9.0農(nóng)用柴油機8-155.5-16,3、強化系數(shù)pmeCm,平均有效壓力與活塞平均速度的乘積稱為強化系數(shù)。,與活塞單位面積的功率成正比。其值愈大，發(fā)動機的熱負荷和機械負荷愈高。,強化系數(shù)范圍,六、有效燃油消耗率和有效熱效率,.有效燃油消耗率be:單位有效功率的油耗量。be1000B/Peg/kWhB:每小時的油耗量,kg/hPe:有效功率kW有效熱效率e：發(fā)動機的有效功We與所消耗的燃油發(fā)出的熱量Q1的比值。eWe/Q13.6/(beHu)106Wim/Q1imHu:燃料的低熱值kJ/kgbe、e是發(fā)動機的經(jīng)濟性能指標。,標定工況下，e，be的大致范圍：,bee汽油機：2703400.250.30柴油機：1902850.300.45,總結：,1、按評價發(fā)動機性能的不同使用方面常用的性能指標：Pe,Ttq,be結構設計方面常用的性能指標（強化程度指標）:pme，PL，me2、發(fā)動機銘牌或產(chǎn)品說明上注明的指標，都是在標定工況下的指標。3、動力性指標：Pe,Ttq，pme經(jīng)濟性指標：be，e強化性指標：PL,me,第三節(jié)機械效率,一、機械效率1.機械損失功率:發(fā)動機機械損失所消耗的功率，Pm2.平均機械損失壓力:單位氣缸工作容積的機械損失功，pmmpmmpmi-pme（衡量機械損失的大?。?.機械效率：指示功轉變?yōu)橛行ЧΦ某潭取?4.i、e、m之間的關系,汽油機：m0.80.9；柴油機：m0.780.85；增壓柴油機：m0.80.92,.,1、示功圖法2、倒拖法3、滅缸法4、油耗線法,二、機械損失的測定,.,1、示功圖法:,運用燃燒分析儀測錄氣缸的示功圖，從中算出Pi值，從測功器和轉速計讀數(shù)中測出發(fā)動機的轉矩和轉速，進而通過計算得到有效功率Pe，從而可以算出Pm，m及pmm值。,示功圖法一般用于當上止點位置能得到精確校正時才能取得較滿意的結果。,試驗結果的正確程度決定于示功圖測錄的正確程度：a.最大的誤差來源于p圖或pV圖上活塞上止點位置不易正確地確定；b.各個氣缸的不均勻性。,.,2、倒拖法只能在電力測功機上試驗,試驗時，發(fā)動機與電力測功器相連，當發(fā)動機以給定工況穩(wěn)定運行，冷卻水、機油溫度到達正常數(shù)值；切斷對發(fā)動機的供油或停止點火，同時將電力測功器轉換為電動機，以給定轉速倒拖發(fā)動機，并且維持冷卻水和機油溫度不變；這樣測得的倒拖功率即為發(fā)動機在該工況下的機械損失功率。,.,2、倒拖法只能在電力測功機上試驗,缺點：必須使用平衡式電力測功器；沒有燃燒、壓力低、摩擦損失小由于傳熱、壓縮線和膨脹線不重合而做負功（由于缸內(nèi)壓力、溫度與實際不符，導致測量結果偏大）由于強制排氣，引起泵氣損失增加不可用于增壓發(fā)動機,.,3.滅缸法（單缸熄火法、斷缸法）,僅適用于多缸機發(fā)動機調(diào)整到給定工況穩(wěn)定運轉后，先測出整個發(fā)動機的有效功率。在柴油機油門拉桿或齒條位置、或汽油機節(jié)氣門開度固定不動的情況下，停止向某一汽缸供油或點火。調(diào)整測功機，使發(fā)動機恢復到原來的轉速，重新測定有效功率（其余五個汽缸的有效功率），必然要小些（一缸熄火），兩者之差即為滅掉缸的指示功率。逐次滅缸，則整臺發(fā)動機的指示功率為各缸相加。,.,如果滅缸后其他各缸的工作情況和發(fā)動機機械損失沒有變化，則被熄滅的氣缸原來所發(fā)出的指示功率(Pi)x：,依次將各缸滅火，最后可以從各缸指示功率的總和中求得整臺發(fā)功機的指示功率Pi：,3.滅缸法（單缸熄火法、斷缸法）,.,缺點：對汽油機，由于停缸會使進氣情況發(fā)生改變，往往得不到正確的結果。不能用于廢氣渦輪增壓發(fā)動機（增壓狀態(tài)改變）。不可用于單缸機。,3.滅缸法（單缸熄火法、斷缸法）,.,4.油耗線法（負荷特性法）,前提條件：當n一定時，指示熱效率不變，機械損失功率Pm不隨負荷變化。,缺點：適用于柴油機，不適用于汽油機。,三、影響m的因素,1轉速n或活塞平均速度Cm負荷一定=pmi、Pi基本不變n=摩擦損失=機械損失=pmm,m隨轉速的變化關系,得:n,m故用提高n來增加發(fā)動機的動力性指標受到限制。,使用因素：轉速、負荷、潤滑油品質(zhì)、水溫等；結構設計因素：最高燃燒壓力、氣缸尺寸數(shù)目、大氣狀態(tài)等。,2.負荷,柴油機：n不變，泵氣損失基本不變，驅動附件損失基本不變，摩擦損失基本不變，PeTtq，Pepme,故負荷可用Pe,pme表示。負荷率：Ttq/Ttqmax100%,負荷=Pi,Pm近似不變=mPm/Pi怠速工況:Pe0PiPm,m=0,負荷定義：發(fā)動機的轉速變化時,作用在發(fā)動機曲軸上的阻力矩。,2.負荷,汽油機，量調(diào)節(jié)，n不變負荷=油門開大=泵氣損失=Pz=摩擦損失負荷=Pi=Pm基本不變=mPm/Pi怠速工況:Pe0PiPm,m=0,3.潤滑油粘度,潤滑油的粘度即機油的稠稀程度。粘度=內(nèi)部摩擦=承載能力=機械損失Pi不變=m粘度=pmm=m粘度=機油的承載能力太低=油膜破裂=發(fā)生干摩擦=燒瓦=pmm=m另外，機油粘度還與其溫度有關。機油溫度升高，導致機油粘度降低。,3.潤滑油粘度,潤滑油粘度選擇的基本原則：在保證發(fā)動機正常工作時有可靠潤滑條件的前提下，盡量選用粘度較小的機油，以減小摩擦損失，改善啟動性能。發(fā)動機強化程度高、軸承負荷大時，選用粘度較大的機油。轉速高、配合間隙小時，要求機油的流動性好，選用粘度小的機油。長期使用后，軸承間隙變大后改用粘度較高的機油。拖拉機用發(fā)動機經(jīng)常在較高負荷下工作，選用粘度高的機油。車用發(fā)動機可選用粘度較低的機油。,4.冷卻水溫度,冷卻水的溫度直接影響到潤滑油的溫度，因而也就關系到潤滑油粘度和摩擦損失的大小。使用中，發(fā)動機的冷卻水溫度保持在8095范圍內(nèi)。,pmm隨冷卻水溫度變化的關系,第四節(jié)內(nèi)燃機的熱平衡,一、發(fā)動機的熱平衡：燃油燃燒所產(chǎn)生的熱量恒等于轉變?yōu)橛行Чεc各項散失的熱量之和。熱平衡方程式:QT=QE+QS+QR+QB+QL,QT:燃油完全燃燒的熱量;QE:轉變?yōu)橛杏霉Φ臒崃?（占2540)QS:傳給冷卻介質(zhì)的熱量;（占1035)QR:被廢氣帶走的熱量;（占2550)QB:燃燒不完全熱量損失;QL:其他熱量損失;,燃油完全燃燒的熱量QTBHu(kJ/h)轉變?yōu)橛杏霉Φ臒崃縌E3.6103Pe(kJ/h)傳給冷卻介質(zhì)的熱量QSGScs(t2-t1)(kJ/h)(GS通過冷卻介質(zhì)的流量kg/h；cs冷卻介質(zhì)的比熱kJ/(kg)；t1、t2冷卻介質(zhì)入口、出口溫度)被廢氣帶走的熱量QR(B+Gk)(cprtr-cpktk)(kJ/h)(B、GK每小時消耗的燃油和空氣量kg/h；cpr、cpk廢氣和空氣的定壓比熱kJ/(kg)；tk、tr進排氣門處工質(zhì)溫度)燃燒不完全熱量損失QBQT(1-r)(kJ/h)(r燃燒效率）其他熱量損失QLQT(QEQSQRQB)(kJ/h),a從殘余廢氣和排氣中回收的熱量b由氣缸壁傳給進氣的熱量c排出廢氣傳給冷卻水的熱量d在摩擦中傳給冷卻水的部分熱量e從排氣系統(tǒng)輻射的熱量f從冷卻水和水套壁輻射的熱量g從曲軸箱壁和其它不冷卻部分輻射的熱量,燃料燃燒的總熱量僅有2540轉變?yōu)橛行ЧΓ溆?0%75的熱量損失掉。其中主要由廢氣帶走，其次傳給冷卻水，在某些汽油機中不完全燃燒所占比例也不小。冷卻水帶走的熱量占總熱量的1035，其中一部分是排氣道中廢氣傳給冷卻水的熱，一部分是由摩擦產(chǎn)生的熱，真正由燃燒、膨脹過程散出的熱大約占冷卻損失的15%。廢氣帶走的熱量占總熱量的2550。廢氣渦輪增壓是回收這部分熱量的一種方式，由表可見，其有效熱效率最高。,熱平衡中各項數(shù)值范圍,.,二、發(fā)動機的能量分配與合理利用,發(fā)動機的有效動力輸出一般只占燃料總能量的1/3，另有2/3的能量散失在機外。因此，發(fā)動機能量的合理利用包括兩方面的意思，即進一步提高有效效率和機外散失能量的再利用。,.,三、提高發(fā)動機性能的有效途徑,(1)超膨脹發(fā)動機循環(huán),Atkinson超膨脹發(fā)動機循環(huán)Mill(米勒)循環(huán),.,(2)汽油機向稀燃和缸內(nèi)直噴的發(fā)展,措施：“稀燃”就是讓汽油機在更稀空燃比條件下工作，其首要目的是解決排放問題，同時也改善了經(jīng)濟性能。缸內(nèi)直噴,傳統(tǒng)汽油機經(jīng)濟性能低于柴油機的原因：汽油機預制均勻混合氣的點火、火焰?zhèn)鞑サ娜紵绞?，易導致“爆燃”，限制了壓縮比的提高；預制均勻混合氣的方式使空燃比過濃，負荷愈低愈濃，造成部分燃料的不完全燃燒；節(jié)氣門負荷量調(diào)節(jié)的方式，加大了進氣阻力，泵氣損失增大。,.,(3)汽、柴油機的電子控制與可變技術,米勒循環(huán)和缸內(nèi)直噴技術之所以能夠實現(xiàn)，重要原因是出于有了電控技術的緣故。這反過來說明，電控技術的出現(xiàn)，不僅能夠進行各種參數(shù)的最佳匹配，達到全工況性能的綜合優(yōu)化，而且也使過去原理上已證實，但難于實現(xiàn)的很多可變技術成為現(xiàn)實。,.,(4)提高有效熱效率的常規(guī)途徑,提高有效熱效率的新途徑反映了當前發(fā)動機開發(fā)、研究的新的深度。但并不意味著一些常規(guī)的措施已不起作用?，F(xiàn)實產(chǎn)品的設計、開發(fā)和使用中，并不都能達到已有的最佳水平，還要求在燃燒匹配、性能優(yōu)化、降低機械損失諸多環(huán)節(jié)，進行更實際、更深入細微的工作，這恰恰是大多數(shù)發(fā)動機技術人員最經(jīng)常從事的工作。,.,四、發(fā)動機散失能量的再利用,(1)廢氣渦輪增壓,由冷卻介質(zhì)和廢氣帶走的熱量各占燃料總能量的1/3左右。但是，它們再利用的可能性和幅度是不相同的。根據(jù)熱力學第二定律，能量有品質(zhì)的差別。當工質(zhì)溫度愈接近環(huán)境溫度時，其所攜帶的熱能的品質(zhì)就愈差，可利用的百分比就愈低。,(2)復合式發(fā)動機,(3)低散熱發(fā)動機,(4)低品位熱量的利用,復習思考題1、什么是發(fā)動機的指示指標、有效指標？它們有什么用途？2、發(fā)動機的指示指標、有效指標各有哪些？它們的定義、單位是什么？3、什么是機械損失？有哪幾部分組成？4、什么是機械效率？當發(fā)動機的轉速、負荷、機油粘度、水溫發(fā)生變化時，m怎樣變化？,進氣過程,作用：通過進氣過程吸入新鮮工質(zhì)，為加入循環(huán)熱量Q1做準備。進氣過程中，由于進氣氣流需克服進氣系統(tǒng)的流動阻力，故進氣終了的壓力a大氣溫度0。,進氣終點壓力Pa和溫度Ta的大致范圍：Pa（MPa）Ta（K）汽油機：0.08-0.092340-380柴油機：0.08-0.095300-340增壓柴油機：Pa=(0.9-1.0)Pb320-380,壓縮過程,1、作用：增大工作過程的溫差，獲得最大限度的膨脹比，提高熱功轉換效率，同時也為燃燒過程創(chuàng)造有利條件。在柴油機中，壓縮后氣體的高溫是保證燃燒著火的必要條件。,2、壓縮過程的多變指數(shù)n1是變化的。,用一平均壓縮多變指數(shù)n1代替n1，使計算的始點a和終點c的工質(zhì)狀態(tài)與實際循環(huán)的初、終狀態(tài)相等。,n1的范圍：,n1的影響因素：主要受工質(zhì)與氣缸壁的熱交換、工質(zhì)泄漏情況影響。轉速升高，n1越大，傳熱損失越小。負荷汽缸壁溫度增高及相對的傳熱量和泄漏量減少n1,3.壓縮終點的壓力,壓縮終點的溫度,Pc（MPa）和Tc（K）的范圍：汽油機：Pc=0.8-2.0