bx發(fā)動機(jī)原理1課件

1汽車發(fā)動機(jī)原理

第一章發(fā)動機(jī)性能2學(xué)習(xí)發(fā)動機(jī)原理的目的和內(nèi)容:目的:

提高發(fā)動機(jī)性能內(nèi)容:深入發(fā)動機(jī)工作過程的各個(gè)階段,分析影響發(fā)動機(jī)性能指標(biāo)的各種因素,研究提高性能的具體措施和努力方向。3發(fā)動機(jī)性能評價(jià)的主要指標(biāo):動力性指標(biāo):功率P、轉(zhuǎn)矩Ttq、轉(zhuǎn)速n、平均有效壓力pe經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)：燃油消耗率b、（潤滑油消耗率）環(huán)保性指標(biāo)：有害排放物（CO、HC、NOx微粒）、噪聲、振動使用性指標(biāo)：可靠性、耐久性、維修方便性循環(huán)分類(1)理論循環(huán)(TheoreticalCycle)工質(zhì)——理想氣體（空氣），物性參數(shù)為常數(shù)循環(huán)——理想循環(huán)；封閉熱力循環(huán)：系統(tǒng)加熱—燃燒放熱，膨脹后當(dāng)作系統(tǒng)放熱氣體交換:氣門瞬間開閉,缸內(nèi)壓力不變地流入流出過程特殊熱力過程：絕熱壓縮和膨脹，等容或等壓放熱和吸熱（2）理想循環(huán)(IdealCycle）工質(zhì)——真實(shí)工質(zhì)，組份變化、特性參數(shù)變化；循環(huán)——理想循環(huán)（3）真實(shí)循環(huán)（Real

Cycle）

工質(zhì)——真實(shí)工質(zhì)循環(huán)——真實(shí)循環(huán)451、理論循環(huán)發(fā)動機(jī)工作過程6定容加熱循環(huán)奧托循環(huán)（OttoCycle）汽油機(jī)7定壓加熱循環(huán)狄賽爾循環(huán)（DieselCycle）低速及高增壓柴油機(jī)8混和加熱循環(huán)薩巴特循環(huán)（SabatheCycle）高速柴油機(jī)9三種理論循環(huán)自然吸氣發(fā)動機(jī)三種理論循環(huán)的p-v及T-S圖

a)等容循環(huán)b)等壓循環(huán)c)混合循環(huán)10基于理論循環(huán)的發(fā)動機(jī)評價(jià)指標(biāo)：

循環(huán)熱效率ηt和循環(huán)平均壓力pt11最高溫度相同時(shí)，提高壓縮比ε對循環(huán)的影響12壓縮比ε、絕熱指數(shù)Κ與循環(huán)熱效率ηt的關(guān)系等容加熱理論循環(huán)熱效率ηt與壓縮比ε的關(guān)系曲線13壓力升高比λ和預(yù)膨脹比ρ對循環(huán)熱效率ηt的影響14a)壓縮比ε相同b)最高壓力相同

Q2p>Q2m>Q2vQ2v>Q2m>Q2p

ηtv>ηtm>ηtpηtp>ηtm>ηtv

定壓定容定容定壓加熱量Q1相同時(shí)，三種理論循環(huán)ηt的比較15理論循環(huán)分析的指導(dǎo)意義指出了改善發(fā)動機(jī)動力性、經(jīng)濟(jì)性的基本原則和方向在允許的條件下，盡可能提高壓縮比ε合理組織燃燒，提高循環(huán)加熱等容度（減少預(yù)膨脹比ρ和合理選擇燃燒始點(diǎn)）保證工質(zhì)具有較高的絕熱指數(shù)K16四行程發(fā)動機(jī)的實(shí)際循環(huán)自然吸氣四行程發(fā)動機(jī)示功圖a)示功圖b)壓力圖(展開示功圖)AiA2A1vsvavcrr’P0b’PeVa—?dú)飧卓側(cè)莘eVs—?dú)飧坠ぷ魅莘eVc—?dú)飧资Ｓ嗳莘eP0—大氣壓力Pd—缸內(nèi)進(jìn)氣壓力Pe—缸內(nèi)排氣壓力返回17示功圖測試系統(tǒng)示功圖是研究熱—功轉(zhuǎn)換的最常用的手段18非增壓發(fā)動機(jī)的展開示功圖19四行程發(fā)動機(jī)的實(shí)際循環(huán)(增壓)Pb—壓氣機(jī)后壓力Pk—渦輪機(jī)前壓力p0A1pdA3pbvaVspepkVc廢氣渦輪增壓發(fā)動機(jī)示功圖返回20渦輪增壓系統(tǒng)工作原理圖

返回上一頁21自然吸氣式發(fā)動機(jī)示功圖分析W1W2vsvavcrr’P0b’PeVa—?dú)飧卓側(cè)莘eVs—?dú)飧坠ぷ魅莘eVc—?dú)飧资Ｓ嗳莘eP0—大氣壓力Pd—缸內(nèi)進(jìn)氣壓力Pe—缸內(nèi)排氣壓力循環(huán)動力過程功——壓縮沖程、燃燒膨脹沖程所作之功，正功，等于封閉曲線所包圍的環(huán)積分面積Saczba泵氣過程功——排氣沖程、進(jìn)氣沖程所作之功，等于封閉曲線所包圍的環(huán)積分面積Sarr’ba自然吸氣發(fā)動機(jī)為負(fù)，增壓發(fā)動機(jī)為正；凈指示功——考慮泵氣損失的指示功循環(huán)動力功＋泵氣過程功即：（W1+W3）—（W2+W3

）＝W1+W2

⊕一返回指示指標(biāo)W1W2W322指示指標(biāo)—實(shí)際循環(huán)的評價(jià)指標(biāo)指示指標(biāo)：是以工質(zhì)對活塞所作之功（凈指示功Wi）為計(jì)算基準(zhǔn)的。

指示指標(biāo)用來標(biāo)定實(shí)際循環(huán)質(zhì)量的好壞。它不受動力輸出過程中機(jī)械摩擦和附件消耗等外來因素的影響，直接反映由燃燒到熱工轉(zhuǎn)換的工作循環(huán)進(jìn)行的好壞，因而在工作過程的分析研究中得到廣泛的應(yīng)用。23指示指標(biāo)1.指示功(kJ)Wi(一個(gè)實(shí)際循環(huán)工質(zhì)對活塞所做的有用功,即凈指示功,相當(dāng)于示功圖面積A1±A3)2.平均指示壓力(MPa)pmi=Wi/Vs3.平均指示功率(kw)Pi=pmiVsin/30τ4.指示熱效率ηi=Wi/Q1=3.6/bihμ5.指示燃料消耗率(g/(kw·h))bi=B/Pi

（單位指示功的耗油量）

B—每小時(shí)耗油量（kg/h）

注意：計(jì)算時(shí)用國際單位制返回24有效指標(biāo)——評價(jià)發(fā)動機(jī)性能的指標(biāo)有效指標(biāo)：指以曲軸輸出功We為計(jì)算基準(zhǔn)的指標(biāo)稱為有效性能指標(biāo)。有效指標(biāo)用來直接評定發(fā)動機(jī)實(shí)際工作性能的優(yōu)劣，故在生產(chǎn)實(shí)踐中得到廣泛的應(yīng)用。25平均指示壓力WipmiVs指示功——一個(gè)實(shí)際循環(huán)工質(zhì)對活塞所作的有用功平均指示壓力——單位氣缸容積所作的指示功；

pmi=Wi/Vs

由于量綱正好是壓力的量綱，所以稱為“…壓力”即：Wi=pmi·Vs相當(dāng)于一個(gè)不變的（平均的）壓力pmi作用在活塞上，使其移動一個(gè)沖程所作的功，其值等于Wi平均指示壓力的直觀示意圖返回26有效指標(biāo)動力性指標(biāo)：1.有效功率(kJ)Pe(曲軸輸出功)=Pi-Pm

2.平均有效壓力(MPa)pme=We/Vs3.有效功率(kw)Pe=pmeVsin/30τ4.有效扭矩(N.m)Pe=2πnTtq/60*1000=Ttqn/95505.轉(zhuǎn)速n(轉(zhuǎn)/min)和活塞平均速度Cm(m/s)

Cm=Sn/30返回27Pm(機(jī)械損失功）

指示功率不能完全對外輸出，功在發(fā)動機(jī)內(nèi)部傳遞過程中，不可避免有以下?lián)p失：內(nèi)部運(yùn)動零件的摩擦損失驅(qū)動附屬機(jī)構(gòu)的損失泵氣損失返回28有效指標(biāo)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)6.有效熱效率ηe=We/Q1=3.6/bihμ7.有效燃料消耗率(g/(kw·h))be=B/Pe29發(fā)動機(jī)的強(qiáng)化指標(biāo)升功率PL(kw.L)和比質(zhì)量me(kg/kw)

PL=Pe/Vsi=pmeVsin/30Vsiτ=pmen/30τme=m/Pem—發(fā)動機(jī)的干質(zhì)量，不含冷卻水和潤滑油的發(fā)動機(jī)質(zhì)量2.強(qiáng)化系數(shù)pmeCmpmeCm越高，發(fā)動機(jī)的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷越大，發(fā)動機(jī)的發(fā)展趨勢是強(qiáng)化系數(shù)的提高，故pmeCm的提高也標(biāo)志了技術(shù)的進(jìn)步。30機(jī)械損失(定義)發(fā)動機(jī)運(yùn)行31機(jī)械損失(組成與份額)發(fā)動機(jī)內(nèi)部運(yùn)動零件的摩擦損失(占Pm

的62~75%)活塞組件與缸壁的摩擦(45~60%)、曲柄連機(jī)組軸承的摩擦、(15~20%)氣閥機(jī)構(gòu)的摩擦(2~3%)等。驅(qū)動附件的損失(占Pm

的10~20%)水泵、水箱風(fēng)扇、機(jī)油泵、柴油機(jī)噴油泵、空調(diào)、轉(zhuǎn)向助力泵等泵氣損失(占Pm

的10~20%)

A3+A2

32機(jī)械損失(測量方法)1）倒拖法發(fā)動機(jī)按測試工況運(yùn)行到正常穩(wěn)定狀態(tài)(水溫、油溫正常)

,斷油或切斷點(diǎn)火，立即將測功機(jī)轉(zhuǎn)為電動機(jī)運(yùn)行，反拖發(fā)動機(jī)到同樣轉(zhuǎn)速，則測得的反拖功率即為機(jī)械損失功率。顯然，這種測試方法必然將泵氣損失功包含在內(nèi)了。誤差：（a）無燃燒，缸內(nèi)壓力低，活塞與缸套間隙加大；潤滑油粘度加大，摩擦損失增加（b）缸內(nèi)工質(zhì)溫度低，工質(zhì)密度大，排氣壓力加大，泵氣損失增加。汽油機(jī)壓縮比小，所以誤差小，柴油機(jī)則誤差較大。332）滅缸法用于多缸機(jī)設(shè)N缸發(fā)動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，測出有效功率Pe。然后第i缸滅火（停止供油或點(diǎn)火），在相同轉(zhuǎn)速下測定工作的N-1個(gè)氣缸的有效功率（Pe）-i,此時(shí)認(rèn)為總的Pm不變，則滅缸后所減少的輸出功率量為被滅缸的指示功率Pi本質(zhì)上也是倒拖法，只不過是用N-1個(gè)缸的動力來反拖被來的那一缸而已。理論上反拖法存在的誤差，滅缸法也存在，但由于測定時(shí)整機(jī)狀態(tài)更接近于真實(shí)情況，某些誤差會相對小一些。新問題：滅缸后進(jìn)排氣波動效應(yīng)會影響各缸進(jìn)氣的均勻性，從而引起額外的測試誤差。343）油耗線法轉(zhuǎn)速不變，測出整機(jī)油耗隨負(fù)荷的變化曲線。將此線外延到與橫坐標(biāo)交的a點(diǎn)，則a0之值為機(jī)械損失值pmm。圖上橫坐標(biāo)為正值：輸出功率點(diǎn)；

為0：怠速點(diǎn)；

為負(fù)值：外界輸入功率的反拖點(diǎn)，而a點(diǎn)則是發(fā)動機(jī)停機(jī)不耗油的全反拖點(diǎn)。顯然此值亦包含了泵氣損失。

適合柴油機(jī)，不適合汽油機(jī)35小結(jié)：1）汽油機(jī)多用倒拖法，不適合用滅缸法和油耗線法（不成直線）2）小型柴油機(jī)適合滅缸法、反拖法，自然吸氣柴油機(jī)多在生產(chǎn)、調(diào)試中使用油耗線法，作為產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控的手段。3）廢氣渦輪增壓柴油機(jī)無法使用倒拖法和滅缸法，因?yàn)檫@兩種方法都破壞了增壓系統(tǒng)的正常工作。低增壓可以用油耗線法。高增壓機(jī)型，除示功圖法外，尚無更好的方法。36機(jī)械損失(影響因素)1）轉(zhuǎn)速n（活塞平均速度cm

）n↑、cm↑，摩擦損失↑，泵氣損失↑，驅(qū)動附件消耗的功↑2）負(fù)荷pm373）潤滑條件及冷卻水溫度機(jī)油選用原則：在保證發(fā)動機(jī)正常工作時(shí)有可靠潤滑條件的前提下，盡量選用粘度系數(shù)小的潤滑油，以減少摩擦損失，改善起動性能。強(qiáng)化系數(shù)高，軸承負(fù)荷大時(shí)，用粘度較大的潤滑油；轉(zhuǎn)速高，配合間隙小時(shí)，用粘度較小的潤滑油。冷卻水溫度影響燃燒過程和傳熱損失，也與潤滑油的用油溫度有關(guān)，也就關(guān)系到摩擦損失的大小，提高水溫，對性能有益，但受水的沸點(diǎn)的限制，水溫在80~95℃正常機(jī)油溫度在85~110℃

，高品質(zhì)油可允許在更高溫度下工作38常用動力、經(jīng)濟(jì)性指示指標(biāo)、有效指標(biāo)和機(jī)械損失指標(biāo)一覽表指標(biāo)名稱單位

指示指標(biāo)有效指標(biāo)

機(jī)械損失指標(biāo)

各指標(biāo)間的關(guān)系

循環(huán)功(單缸)kJWi

WeWmWe=Wi－Wm

平均壓力

MPapmi=Wi/Vs

pme=pmi-pmm

功率kwPiPePmPe=Pi－Pm

轉(zhuǎn)矩N·mTtq

升功率kw/LPL比質(zhì)量kg/kwme=m/Pe熱效率ηi=Wi/Q1ηe=We/Q1ηm=We/Wi=Pe/Pi=pme/pmi

ηe=ηi·ηm

燃油消耗率kg/(kw·h)bi=B/Pibe=B/Pebi=ηm·be

升功率—單位排量發(fā)出的功率；比質(zhì)量—單位有效功率所占質(zhì)量

39發(fā)動機(jī)實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)的比較補(bǔ)（后）燃損失排氣提前損失（自由排氣損失）泵氣損失傳熱、流動引起的損失wb非瞬時(shí)燃燒引起的損失（燃燒提前）某四沖程自然吸氣柴油機(jī)能量利用率遞減圖例40燃料完全燃燒低熱值能量全部放出

A混合加熱理論循環(huán)熱效率B混合加熱理想循環(huán)熱效率C真實(shí)循環(huán)熱效率D真實(shí)循環(huán)有效熱效