第一章發(fā)動機循環(huán)與性能

第一章發(fā)動機循環(huán)與性能第1頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三配套教材：

汽車發(fā)動機原理

陳培陵編

人民交通出版社第2頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三第一章.發(fā)動機的性能第二章.發(fā)動機的換氣過程第三章.發(fā)動機廢氣渦輪增壓第四章.燃料與燃燒化學第五章.柴油機混合氣的形成與燃燒第六章.汽油機混合其的形成與燃燒第七章.發(fā)動機的特性第八章.發(fā)動機排放與噪聲第九章.車用發(fā)動機的發(fā)展趨勢目錄第3頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三

概論內(nèi)燃機:

將燃料在機器內(nèi)部燃燒,使化學能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?再轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的一種動力機械裝置.燃料噴射霧化混合燃燒膨脹活塞作功化學能熱能機械能

第4頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三動畫演示第5頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三

動畫演示第6頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三動畫演示第7頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三第8頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三第9頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三第一章發(fā)動機的性能第一節(jié)發(fā)動機理論循環(huán)對內(nèi)燃機的實際過程的假設：1)空氣作為工質(zhì)，并視其為理想氣體，工質(zhì)比熱容為常數(shù)。2)

循環(huán)是在定量工質(zhì)下進行的。3)壓縮和膨脹過程視為絕熱過程。4)分別用定容或定壓加熱與放熱過程來代替實際的燃燒與排氣過程。第10頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三三種基本循環(huán)pVOzcbaQ1Q2等容加熱循環(huán)pVOzcbaQ1Q2等壓加熱循環(huán)pVOzcbaQvQ2混合加熱循環(huán)Q1-QvZ’第11頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三循環(huán)名稱循環(huán)熱效率循環(huán)特點對應的實際過程等容加熱循環(huán)熱效率僅與壓縮比有關點燃式發(fā)動機

(Otto循環(huán))等壓加熱循環(huán)負荷的增加使熱效率下降燃氣輪機(Brayton循環(huán))混合加熱循環(huán)

介于兩者之間柴油機

(Diesel循環(huán))κ為等熵指數(shù)，εc=Va/Vc為壓縮比，λp=pz/pc為壓力升高比，ρ0=Vz/Vc為初始膨脹比。指示熱效率ηt發(fā)動機循環(huán)功與所循環(huán)量之比

第12頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三1、壓縮比ε=

Va/Vc氣缸總?cè)莘e與氣缸壓縮容積之比。

其中Va=Vs+Vc

2、絕熱指數(shù)K

雙原子氣體K=1.4，多原子氣體K=1.3

3、壓力升高比λ

λ=Pz/Pc

4、預脹比ρ

ρ=Vz/Vz’第13頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三循環(huán)平均壓力Pt

Pt=W/Vs物力含義：單位氣缸容積一個循環(huán)所做的功第二節(jié)四行程發(fā)動機的實際循環(huán)實際循環(huán)與理論循環(huán)相比，存在許多不可逆損失。一、工質(zhì)不同帶來的影響實際循環(huán)中，工質(zhì)的成分及數(shù)量不斷發(fā)生著變化，三原子氣體比熱容比兩原子氣體大，且隨著溫度的上升而增大。在燃燒產(chǎn)物中還存在著高溫分解以及復合放熱現(xiàn)象。第14頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三二、換氣損失三、傳熱損失四、時間損失五、燃燒損失六、渦流和節(jié)流損失七、泄漏損失第15頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三1、進氣過程的損失

2、壓縮過程中的損失

3、燃燒過程中的損失

4、膨脹過程中的損失第16頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三實際循環(huán)中各部分損失的構成第17頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三第三節(jié)

發(fā)動機的指示性能指標指示性能指標是指以工質(zhì)對活塞做功為基礎的指標。一、平均指示壓力：單位氣缸容積一個循環(huán)所做的指示功。二、指示功率：單位時間內(nèi)所作的指示功。Wi=PmiVs第18頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三三、指示熱效率ηi和指示燃油消耗率bi第19頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三第20頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三動力性能指標:有效功率、扭矩、平均有效壓力、轉(zhuǎn)速、

活塞平均速度經(jīng)濟性能指標:有效效率、有效燃油消耗率、潤滑油消耗率運轉(zhuǎn)性能指標:冷起動性能、噪聲、排氣品質(zhì)耐久可靠性指標:大修或更換零件之間的最長運行時間、無

故障長期工作能力發(fā)動機強化指標：升功率、比質(zhì)量、強化系數(shù)燃料的化學能工質(zhì)的內(nèi)能工質(zhì)的機械能有效功燃燒熱力循環(huán)曲柄連桿機構指示性能指標機械效率第四節(jié)發(fā)動機的有效性能指標第21頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三一、發(fā)動機動力性能1、有效功率Pe從指示功率到有效功率發(fā)生在發(fā)動機內(nèi)部的不可避免的損失：摩擦損失、驅(qū)動附件損失、泵氣損失。

Pe=Pi–Pm2、有效扭矩Ttq

第22頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三3、平均有效壓力PmeTtq∝pme4、轉(zhuǎn)速和活塞平均速度Cm=Sn/30第23頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三二、發(fā)動機經(jīng)濟性能1、有效熱效率ηe=We/Q12、有效燃油消耗率be=B/Pe×1000三、發(fā)動機強化指標1、升功率：

比質(zhì)量：

me=m/Pe2、強化系數(shù)PmeCm第24頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三第五節(jié)機械損失與機械效率機械損失的組成1.活塞與活塞環(huán)的摩擦損失是整個摩擦損失的主要部分。由于它的滑動面大、

相對速度高、潤滑不充分等原因造成的。這種摩擦與活塞的長度、活塞間隙、活塞環(huán)的數(shù)

目、環(huán)的張力等結(jié)構因素有關。在構造相同的情況下，隨氣缸內(nèi)壓力、活塞速度、

潤滑油粘度的升高而增加。第25頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三2.軸承與氣門機構的摩擦損失隨著軸承直徑的增大和轉(zhuǎn)速的提高，這部分損失將增加，對氣缸中壓力的變化不敏感。在氣門驅(qū)動機構上的損耗，所占比例是很微小的。3.驅(qū)動附屬機構的功率消耗附屬機構，是指為保證發(fā)動機工作所必不可少的部件總成，如：冷卻水泵、風扇、機油泵、噴油泵、調(diào)速器、電器設備等4.流體摩擦損失

連桿、曲軸等零件在曲軸箱內(nèi)高速運動時，為克服油霧、空氣阻力及曲軸箱通風等所消耗的功。5.驅(qū)動掃氣泵及增壓器的損失

在二沖程或機械增壓發(fā)動機中，還要加上對進氣進行壓縮而帶來的損失。第26頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三2468100.200.160.120.080.040Vm/(m·s-1)Pmm/MPa泵氣損失活塞與活塞環(huán)的摩擦損失氣門機構損失附屬機構驅(qū)動損失連桿軸承摩擦損失凸輪軸摩擦損失非增壓發(fā)動機機械損失各組成部分的分配情況第27頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三一、機械效率ηmηm=Pe/Pi=1-Pm/Pi二、機械損失的測定1.示功圖法制取示功圖，算出Pi；測功器和轉(zhuǎn)速計測出有效功率Pe，算出ηm及pm。最大的誤差取決于p–φ圖或p–V圖上止點位置的確定。各個氣缸存在著一定的不均勻性也會引起誤差。第28頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三2.倒拖法

發(fā)動機與電力測功器相連，當發(fā)動機冷卻水、機油溫度到正常值時，切斷發(fā)動機供油，將電力測功器轉(zhuǎn)換為電動機，以給定轉(zhuǎn)速倒拖發(fā)動機，倒拖功率即為發(fā)動機在該工況下的機械損失功率。3.滅缸法僅適用于多缸機。內(nèi)燃機調(diào)整到給定工況穩(wěn)定工作，測出其有效功率Pe，油門位置不變，停止向某一氣缸供油或點火，將轉(zhuǎn)速恢復到原來的數(shù)值，并重新測定其有效功率Pe’。則被熄滅的氣缸原來所發(fā)出的指示功率(Pi)x為

(Pi)x=(Pe–Pe’)x

依次將各缸滅火，最后可以從各缸指示功率的總和求得整臺發(fā)動機的指示功率Pi

Pi=Σ(Pe–Pe’)x

然后可以求出Pm和ηm。第29頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三4.油耗線法

BHuηit=3.6×103(Pe+Pm)

假設ηit和機械損失功率Pm不隨負荷而變化，當柴油機空轉(zhuǎn)時有

B0Huηit=3.6×103Pm

機械效率可近似地用下式估算第30頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三三、影響機械損失的因素1、氣缸直徑及行程2、摩擦損失3、轉(zhuǎn)速4、負荷5、潤滑油品質(zhì)和冷卻水溫度第六節(jié)熱平衡

熱量分配情況。1、實際工質(zhì)的影響補圖1-182、換氣損失3、燃燒損失4、傳熱損失QL