發(fā)動機原理發(fā)動機的性能

汽車發(fā)動機原理汽車發(fā)動機原理1722年英國紐科門研制第一臺蒸汽機1766年英國發(fā)明家瓦特改進了蒸汽機，拉開了第一次工業(yè)革命的序幕。1767年法國軍官庫尼奧研制第一輛蒸汽機三輪車1873年英國人戴維遜發(fā)明鉛電池1900年英國人哈特制造了電動汽車1860年法國勒努瓦內(nèi)燃機，煤氣作為原料的單缸2沖程內(nèi)燃機1876年德國工程師奧托Otto研制成功世界上第一臺往復活塞式四沖程煤氣發(fā)動機。1892年德國人狄塞爾Diesel展出第一臺柴油發(fā)動機。1883年戴姆勒化油器1886年1月29日，德國專利局批準卡爾·本茨為其在1885年研制成功的三輪汽車申請專利，這天被稱為現(xiàn)代汽車誕生日。并成立了世界上第一家汽車制造公司－－奔馳汽車公司1886年德國人哥德里普.戴姆勒第一輛四輪汽車，單缸水冷，1926年戴姆勒和本茨的公司合并，戴姆勒-奔馳汽車公司，汽車之父1908年美國人福特第一次流水線生產(chǎn)了丁型四輪汽車，甲殼蟲汽車發(fā)動機原理1956年中國第一汽車制造廠成立，“解放”牌汽車問世。

汽車發(fā)動機原理數(shù)據(jù)1：自世界能源危機，汽車百公里油耗下降50%，廢氣排放減少90%。代用燃料也取得巨大進步，混合動力汽車、電動汽車、燃料電池電動汽車已處于一定規(guī)模。數(shù)據(jù)2：經(jīng)過百年努力，安全性、舒適性和環(huán)保性等各方面均有極大的發(fā)展，近幾年，出現(xiàn)有眼、有耳、有鼻、有觸覺、有聲音、有腦、能思維可防衛(wèi)的汽車。汽車發(fā)動機原理一、課程的任務

研究工作循環(huán)與整機特性，揭示影響性能的因素及提高性能的措施。二、課程研究的內(nèi)容

理想循環(huán)實際循環(huán)換氣過程燃燒過程汽油機燃燒過程柴油機燃燒過程發(fā)動機循環(huán)發(fā)動機工作過程發(fā)動機特性速度特性負荷特性萬有特性調(diào)速特性指示指標用于評價有效指標用于評價三、研究方法理論研究試驗研究第一章發(fā)動機的性能發(fā)動機構(gòu)造演示§1發(fā)動機理論循環(huán)空氣標準循環(huán)的簡化條件：工質(zhì)是理想氣體，其比熱為定值；工質(zhì)作封閉循環(huán)；壓縮和膨脹是絕熱等熵過程；燃燒是定容或定壓加熱；三種基本空氣標準循環(huán)：定容加熱循環(huán)：汽油機定壓加熱循環(huán)：高增壓和低速大型柴油機混合加熱循環(huán)：高速柴油機第一章發(fā)動機的性能一、三種基本循環(huán)汽油機

混合氣燃燒迅速，氣缸內(nèi)溫度壓力增長很快，可以認為其燃燒過程基本是在容積不變的條件下進行的，即可簡化為定容加熱循環(huán)。高增壓和低速大型柴油機高速柴油機——混合加熱循環(huán)（薩巴特循環(huán)）——定壓加熱循環(huán)（Diesel循環(huán)）——定容加熱循環(huán)(奧托循環(huán)）

由于受燃燒最高壓力的限制，大部分燃料是在上死點以后燃燒，燃燒時氣缸壓力變化不顯著，是在壓力基本上一定的情況下進行，即可簡化為等壓加熱循環(huán)。

介于兩者之間，其燃燒過程可認為是先定容加熱后定壓加熱的組合，即可簡化為混合加熱循環(huán)。第一章發(fā)動機的性能加熱循環(huán)的熱效率8％、32％、46％混合加熱循環(huán)熱效率ηtm:

其中λ為壓力升高比＝Pz/Pc;ρ為預膨脹比ρ=Vz/Vz’=ε/δ,壓縮比

δ為后膨脹比δ＝Vb/Vz；K為絕熱指數(shù)，空氣的K＝1.4

定容加熱循環(huán)（ρ＝1）定壓加熱循環(huán)（λ＝1）第一章發(fā)動機的性能理想循環(huán)影響因素的分析1．壓縮比

2．絕熱指數(shù)

3．壓力升高比

4．預膨脹比

第一章發(fā)動機的性能評定理論循環(huán)的兩個指標1、循環(huán)熱效率：評定循環(huán)的經(jīng)濟性，是工質(zhì)所做循環(huán)功W與循環(huán)熱量Q1之比。

影響循環(huán)熱效率的主要因素：壓縮比增大，熱效率增大但是對汽油機，壓縮比為6－11，因為限制壓縮比提高的因素有：（1）爆然－－辛烷值的限制（2）Pmax

提高，汽油機愈笨重；（3）排氣凈化的限制－－壓縮比愈高，NOx愈高。絕熱指數(shù)K增大，熱效率增大；壓力升高比定容加熱時，吸熱、放熱都增加，熱效率不變；混合加熱時（總加熱量和壓縮比不變），定容加熱部分增加，熱效率提高；預膨脹比定壓加熱：當壓縮比不變，加熱量增加，熱效率下降；混合加熱：預膨脹比增大，等壓加熱部分增加，熱效率下降；第一章發(fā)動機的性能2、循環(huán)平均壓力——評定循環(huán)的做功能力單位氣缸容積所作的循環(huán)功；加熱量相同壓縮比相同時，定容、混合和定壓加熱的熱效率依次減??；

Q2p＞Q2m＞Q2v，則，ηtv

＞＞ηtm＞＞ηtp最高壓力相同時，定容、混合和定壓加熱的熱效率依次增大；Q2v＞Q2m＞Q2p，則,ηtp＞＞ηtm＞＞ηtv第一章發(fā)動機的性能§2四行程發(fā)動機的實際循環(huán)

四沖程內(nèi)燃機——活塞上、下共四個行程，曲軸旋轉(zhuǎn)二周（720），完成一個工作循環(huán)的內(nèi)燃機。

四沖程內(nèi)燃機由下述四個沖程組成一個工作循環(huán)

1.進氣沖程

2.壓縮沖程

3.作功沖程

4.排氣沖程

第一章發(fā)動機的性能進氣壓縮燃燒膨脹排氣工作過程：

行程：四沖程內(nèi)燃機工作循環(huán)

可燃混合氣(或新鮮空氣)引入氣缸；將其壓縮，壓縮接近終點時點燃可燃混合氣(或?qū)⒉裼透邏簢娙霘飧變?nèi)形成可燃混合氣并引燃)；可燃混合氣著火燃燒，膨脹推動活塞下行實現(xiàn)對外作功；最后排出燃燒后的廢氣。即進氣、壓縮、作功、排氣四個過程。

(1)進氣行程

(2)壓縮行程

第一章發(fā)動機的性能四沖程內(nèi)燃機工作循環(huán)

可燃混合氣(或新鮮空氣)引入氣缸；將其壓縮，壓縮接近終點時點燃可燃混合氣(或?qū)⒉裼透邏簢娙霘飧變?nèi)形成可燃混合氣并引燃)；可燃混合氣著火燃燒，膨脹推動活塞下行實現(xiàn)對外作功；最后排出燃燒后的廢氣。即進氣、壓縮、作功、排氣四個過程。

(3)作功行程(4)排氣行程

第一章發(fā)動機的性能排氣門關閉進氣門開啟活塞溫度370~440K，壓力75~90kPa大氣壓力線PVra示功圖上止點下止點示功圖：表示活塞在不同位置時氣缸內(nèi)氣體壓力的變化情況。進氣行程第一章發(fā)動機的性能進氣門關閉排氣門關閉活塞壓縮比：ε=Va/VcPVra示功圖大氣壓力線c上止點下止點溫度600~800K，壓力600~1500kPa壓縮行程第一章發(fā)動機的性能進氣門關閉排氣門關閉活塞PVra示功圖大氣壓力線cZb上止點下止點瞬時最高：溫度2200~2800K，壓力3~5MPa作功終了：溫度1500~1700K，壓力300~500kPa作功行程第一章發(fā)動機的性能進氣門關閉排氣門打開活塞PVr示功圖大氣壓力線cZb上止點下止點溫度900~1200K壓力105~125kPa殘余廢氣排氣行程第一章發(fā)動機的性能實際循環(huán)常用示功圖、示功展開圖來表示；第一章發(fā)動機的性能第一章發(fā)動機的性能1、進氣過程（r－a）進氣阻力的存在，pa<p0；氣流被加熱，Ta>T0；2、壓縮過程（a－c）最初，工質(zhì)受缸壁加熱，n1’>K;某一時刻，工質(zhì)與缸壁溫度相同，n1’=K；工質(zhì)溫度高于缸壁的，向缸壁傳熱，n1’<K；平均壓縮多變指數(shù)n1

：以此計算得到的多變過程，始點、終點的工質(zhì)狀態(tài)與實際壓縮過程的相符即可；主要受工質(zhì)與缸壁的熱交換、工質(zhì)的泄漏量影響；★實際工作中，常以實測的壓縮壓力來檢查內(nèi)燃機的技術狀況，當Pc下降時，應檢修。第一章發(fā)動機的性能3、燃燒過程（c－z）汽油機：定容加熱;柴油機：先定容再定壓加熱；放熱越多，放熱時越靠近上止點，熱效率越高；第一章發(fā)動機的性能4、膨脹過程（z－b）初期，由于補燃，工質(zhì)被加熱，n2’<K;某時刻工質(zhì)的加熱量和散熱量相等，n2’=K；工質(zhì)向缸壁散熱，n2’>K；平均多變指數(shù)n2

：主要受補燃的多少、工質(zhì)與缸壁的熱交換及漏氣情況的影響；5、排氣過程（b－r）排氣阻力的存在，pr>p0；阻力越大，pr越大，殘留在氣缸中的廢氣越多；排氣溫度越低，說明做功效果越好；第一章發(fā)動機的性能§3實際循環(huán)的評定－指示指標

以工質(zhì)在氣缸內(nèi)對活塞做功為基礎；1、指示功Wi:Ai

為陰影示功圖的面積

(J),a.b分別為坐標的比例尺。

圖a四沖程非增壓發(fā)動機的指示功面積Fi：由相當于壓縮、燃燒、膨脹行程中所得到的有用功面積Fl和相當于進氣、排氣行程中消耗的功的面積F2(即泵損失)相減而成，即Fi＝Fl－F2。四沖程增壓發(fā)動機(圖b)，進氣壓力高于排氣壓力，在換氣過程中，工質(zhì)是對外做功的，因此，換氣功的面積F2應與面積Fl疊加起來，即Fi＝F1＋F2。二沖程發(fā)動機(圖c)，只有一塊示功圖面積Fi。

第一章發(fā)動機的性能2、平均指示壓力Pmi

發(fā)動機單位氣缸工作容積的指示功（一個實際循環(huán)工質(zhì)對活塞所作的有用功）；pmi=Wi/Vs3、指示功率Pi：發(fā)動機單位時間所做的指示功；與n有關。4、指示熱效率ηiηit=Wi/Q1

實際循環(huán)指示功與所消耗的燃料熱量之比；5、指示燃料消耗率bi：單位指示功的耗油量，即比油耗（g/kw.h).如：可用它來比較兩臺發(fā)動機的經(jīng)濟性好壞。bi=(B/Pi)×103第一章發(fā)動機的性能通常：①②歸納評定內(nèi)燃機實際循環(huán)的動力性指示功率Pi平均指示壓力Pmi評定內(nèi)燃機實際循環(huán)的經(jīng)濟性指示燃油消耗率bi指示熱效率ηi第一章發(fā)動機的性能一臺四缸四行程車用柴油機，D×S=110×115mm,Pi=80kW,Pm=20kW,n=2000r/min,B=12.5kg/h求：1.Pmi,Pe,Pme,be

2.ηm,PL.3.Ttq,Cm§4發(fā)動機經(jīng)濟性和動力性的評定—有效指標以曲軸對外輸出的功率為基礎，代表發(fā)動機整機性能；一、發(fā)動機動力性能1、有效功率pe=pi－pm：指示功率減去機械損失功率：★發(fā)動機的指示功Pi并不能完全對外輸出，功在發(fā)動機內(nèi)部傳遞過程中的損失叫機械損失功率Pm，它由以下幾部分組成：（1）內(nèi)部運動零件的摩擦損失：占Pm的62-75％，占Pi的8-20％。（2）驅(qū)動附件的損失：占Pm的10－20％，占Pi的1－5％。（3）泵氣損失（進排氣損失）占Pm的10－20％，占Pi的2－4％。第一章發(fā)動機的性能2、有效扭矩Ttq：曲軸輸出的扭矩，（牛頓米）扭矩和功率的關系：

n為轉(zhuǎn)/分,或rpm3、平均有效壓力pme

發(fā)動機單位氣缸工作容積輸出的有效功,工作容積Vs一定時，★對已知發(fā)動機，Vs、i、τ一定，可用Pe來表示扭矩及負荷的大小。4、轉(zhuǎn)速和活塞平均速度Cm=sn/30（發(fā)動機強化程度）轉(zhuǎn)速增大，單位時間的做功次數(shù)增加；活塞平均速度增大，磨損加??；所以Ｃｍ值受到限制，一般：汽油機不超過18m/s，柴油機不超過13m/s。第一章發(fā)動機的性能二、發(fā)動機經(jīng)濟性能有效熱效率ηe

有效功與所消耗燃料熱量之比。機械效率ηm:有效燃料消耗率be

單位有效功的耗油量三、發(fā)動機強化指標升功率pl

發(fā)動機每升工作容積所發(fā)出的有效功率比質(zhì)量me

發(fā)動機的質(zhì)量與所發(fā)出的有效功率之比強化系數(shù)pmecm

平均有效壓力與活塞平均速度的乘積第一章發(fā)動機的性能§5發(fā)動機的環(huán)境指標噪聲<84dB排放性能排出有害氣體（COHCNOx）、顆粒，其排出量有限制。排放標準各國不同，標準還隨著發(fā)展，不斷提高。2000新認證車型在生產(chǎn)車型+OBD(其他輕型車)+OBD(M1類汽油車）國1國2國3國4國1國2國3國4+OBD(其他輕型車)+OBD

(M1類汽油車）2013201220112010200920082007200620052004200320022001第一章發(fā)動機的性能國II： 北京：2003.01；全國：2004.07國III：北京：2005.09；全國：2007.07國IV：北京：2008.01；全國：2010.07歐I歐0ChinaEmissionRegulationRoadmap北京Beijing國II國III北京北京國IV20002001200220032004200520062007200820092010GB18352.3輕型車<3.5t排放執(zhí)行時間第一章發(fā)動機的性能GB17691-2005ChinaEmissionRegulationRoadmap國III: 2007.01國IV: 2010.01國V: 2012.01國V國III國IV20032004200520062007200820092010201120122013國II歐I重型車>3.5t第一章發(fā)動機的性能輕型汽車排放試驗工況UDCEUDC從點火開始起取樣時間，s車速（km/h)第一章發(fā)動機的性能重型柴油車排放試驗工況（R49與ESC）第一章發(fā)動機的性能§6機械損失機械效率ηm

有效功率與指示功率之比機械損失的測定1、示功圖法：取決于示功圖的測錄的正確程度只適用研發(fā)：（a）上止點難以精確測量（b）各缸不均勻性2、倒拖法：發(fā)動機在給定工況下工作，之后切斷燃油或停止點火，將平衡式電力測功器轉(zhuǎn)換為電動機，以給定轉(zhuǎn)速倒拖發(fā)動機，維持冷卻水和油溫不變；測量結(jié)果往往偏大3、滅缸法：適用多缸機；誤差5％4、油耗線法：先繪出負荷特性曲線，找出接近直線的線段，將其延長與橫坐標相交，交點到原點的長度即為平均機械損失壓力的值；不適于汽油機（進氣量隨負荷會明顯改變）第一章發(fā)動機的性能實驗方法：①讓內(nèi)燃機在給定的工況下穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，②當冷卻水和機油溫度到達正常值時，立即切斷供油（柴油機）或停止點火（汽油機），同時將電力測功器轉(zhuǎn)換為電動機，以給定轉(zhuǎn)速倒拖內(nèi)燃機；③此過程中盡可能維持冷卻水和機油溫度不變，④這時電力測功器所測得的倒拖功率即為內(nèi)燃機在該工況下的機械損失功率。2.倒拖法特點：必須使用平衡式電力測功器。適用：汽油機和柴油機第一章發(fā)動機的性能實驗方法：

首先將內(nèi)燃機調(diào)整到給定工況穩(wěn)定工作，測定其有效功率，然后停止向一個氣缸（例如第一缸）供油，并調(diào)整測功器的阻力矩，使內(nèi)燃機恢復到原來的轉(zhuǎn)速，再測定內(nèi)燃機的有效功率，由于有一個氣缸不工作，第二次測得的有效功率比第一次測得的小，兩者之差即為停油氣缸的指示功率，然后恢復第一缸的工作，同法，依次使各缸熄火，即可測得對應的有效功率、……。

3.滅缸法第一章發(fā)動機的性能適用：多缸柴油機不適用：汽油機(偏差大)，廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機，單缸機各缸的指示功率為：

將上列各式相加得到整機指示功率為：因此，機械損失功率為

第一章發(fā)動機的性能4.油耗線法

實驗方法：