汽车发动机原理第1章.ppt

汽车发动机原理汽车发动机原理汽车发动机原理汽车发动机原理点燃式和压燃式内燃机的点燃式和压燃式内燃机的工作过程、燃烧理论、性能分析以及参数调控工作过程、燃烧理论、性能分析以及参数调控清华大学清华大学 汽车工程系汽车工程系帅石金帅石金 博士博士博士博士Email:Phone:010-62772515Department of Automotive EngineeringTsinghua UniversityTsinghua University讲课内容讲课内容第一篇第一篇 动力输出与能量利用动力输出与能量利用第第1 1章章 动力经济性能指标与影响因素动力经济性能指标与影响因素第第2 2章章 燃料与工质燃料与工质第第3 3章章 循环分析与能量利用循环分析与能量利用第第4 4章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量第二篇第二篇 燃烧与排放燃烧与排放第第5 5章章 燃烧的基础知识燃烧的基础知识第第6 6章章 燃烧过程及混合气形成燃烧过程及混合气形成第第7 7章章 特殊燃烧问题的机理与对策特殊燃烧问题的机理与对策第第8 8章章 有害排放物的生成与控制有害排放物的生成与控制第第9 9章章 燃烧室与调节参数的优化燃烧室与调节参数的优化第三篇第三篇 运行特性与性能调控运行特性与性能调控第第1010章章 发动机运行特性与整车匹配发动机运行特性与整车匹配第第11 11章章 柴油机调速特性柴油机调速特性1.1.动力的获取和输出；能量的消耗和利用。动力的获取和输出；能量的消耗和利用。2.2.燃料能量转换的燃料能量转换的“质质”环节；加入整机能环节；加入整机能量总量的量总量的“量量”环节。环节。Department of Automotive EngineeringTsinghua UniversityTsinghua University讲课内容讲课内容第一篇第一篇 动力输出与能量利用动力输出与能量利用第第1 1章章 动力经济性能指标与影响因素动力经济性能指标与影响因素第第2 2章章 燃料与工质燃料与工质第第3 3章章 循环分析与能量利用循环分析与能量利用第第4 4章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量第二篇第二篇 燃烧与排放燃烧与排放第第5 5章章 燃烧的基础知识燃烧的基础知识第第6 6章章 燃烧过程及混合气形成燃烧过程及混合气形成第第7 7章章 特殊燃烧问题的机理与对策特殊燃烧问题的机理与对策第第8 8章章 有害排放物的生成与控制有害排放物的生成与控制第第9 9章章 燃烧室与调节参数的优化燃烧室与调节参数的优化第三篇第三篇 运行特性与性能调控运行特性与性能调控第第1010章章 发动机运行特性与整车匹配发动机运行特性与整车匹配第第11 11章章 柴油机调速特性柴油机调速特性1.1.工质对活塞所作功及示功图工质对活塞所作功及示功图2.2.动力经济性指标动力经济性指标3.3.影响动力经济性指标的环节与因素影响动力经济性指标的环节与因素p-图图示功图（四冲程）示功图（四冲程）p-V 图图EIIETDCTDCTDCBDCBDCw/o combustion0180360540720CAppzp0IVCEVOEVCIVOTDC上止点上止点BDC下止点下止点ppzp0VsVcVpAds示功图示功图示功图示功图(Indicator Diagram)：发动机气缸内工质压力发动机气缸内工质压力p随气缸容积随气缸容积V（或曲轴（或曲轴转角转角）的变化曲线）的变化曲线TDCTDC-Top Dead Center;BDCBDC-Bottom Dead CenterIVOIVO-Intake Valve Open;IVCIVC-Intake Valve CloseEVOEVO-Exhaust Valve Open;EVCEVC-Exhaust Valve Close示功图示功图压力图压力图/展开示功图展开示功图 BDCTDCEPOIPOEPC IPCppzp0VcVsVBDCBDCTDCTDCBDCppzp00180360540720CA IPO-Intake Port OpenIPC-Intake Port CloseEPO-Exhaust Port OpenEPC-Exhaust Port Close示功图（二冲程汽油机）示功图（二冲程汽油机）Department of Automotive EngineeringTsinghua UniversityTsinghua University示功图测取装置示功图测取装置WpdV=功正负确定原则：功正负确定原则：压力方向与活塞运动方向一致，工质对活塞作正功压力方向与活塞运动方向一致，工质对活塞作正功压力方向与活塞运动方向相反，工质对活塞作负功压力方向与活塞运动方向相反，工质对活塞作负功IVCEVOEVCIVOTDC上止点上止点BDC下止点下止点ppzp0VsVcV示功图示功图(Indicator Diagram)四冲程四冲程pAds工质对活塞所作功工质对活塞所作功循环功循环功循环功循环功：动力过程功动力过程功动力过程功动力过程功：压缩与燃烧膨胀过程所作功之代数和：压缩与燃烧膨胀过程所作功之代数和 泵气过程功泵气过程功泵气过程功泵气过程功：进气与排气过程所作功之代数和：进气与排气过程所作功之代数和总指示功总指示功总指示功总指示功动力过程功理论泵气功动力过程功理论泵气功(不考虑泵气损失不考虑泵气损失)净指示功净指示功净指示功净指示功动力过程功泵气过程功动力过程功泵气过程功(考虑泵气损失考虑泵气损失)CompressionW0IntakeW0ExhaustW1,稀混合气稀混合气;a 1,浓混合气浓混合气;a=1 化学计量比（化学计量比（Stoichiometric ratio），），过去称理论空燃比。过去称理论空燃比。可燃混合气浓度与热值可燃混合气浓度与热值燃空当量比燃空当量比(equivalent ratio)1/a，欧美国家常用，欧美国家常用Department of Automotive EngineeringTsinghua UniversityTsinghua University2）空燃比）空燃比 （Air/Fuel ratio）3）燃空比）燃空比（Fuel/Air ratio）4）可燃混合气热值）可燃混合气热值Hum（Mixture low heat value）定义：单位质量或单位体积定义：单位质量或单位体积可燃混合气可燃混合气可燃混合气可燃混合气发出的热量（发出的热量（kJ/kg或或kJ/m3）。）。Hu表示燃料的能量密度，越高越便于携带；表示燃料的能量密度，越高越便于携带；Hum代表混合气的能量密度，越代表混合气的能量密度，越高则相同工作容积时发出功率越高（高则相同工作容积时发出功率越高（pme也越高）。也越高）。或或可燃混合气浓度与热值可燃混合气浓度与热值Department of Automotive EngineeringTsinghua UniversityTsinghua University能量转换效率能量转换效率（1）燃烧效率）燃烧效率（2）循环热效率）循环热效率（3）机械效率）机械效率有效效率有效效率每缸每循环燃烧时发出的热量每缸每循环燃烧时发出的热量(kJ)单缸循环油量单缸循环油量(kg)指示效率指示效率正常燃烧：正常燃烧：汽油机汽油机 c=95%98%柴油机柴油机 c=98%99%Combustion EfficiencyThermal EfficiencyMechanical EfficiencyEffective EfficiencyIndicated EfficiencyDepartment of Automotive EngineeringTsinghua UniversityTsinghua University混合气充量混合气充量充量系数（容积效率）充量系数（容积效率）Volumetric efficiency定义：定义：定义：定义：每缸每循环吸入缸内的新鲜空气量与按进气系统前状态计算而得的每缸每循环吸入缸内的新鲜空气量与按进气系统前状态计算而得的 理论充气量之比。理论充气量之比。(75%-90%)可燃混合气流量：可燃混合气流量：l 大气密度（自然吸气机型）大气密度（自然吸气机型）l 增压后空气密度（增压机型）增压后空气密度（增压机型）Department of Automotive EngineeringTsinghua UniversityTsinghua University功率和油耗的表达式（课程总纲）功率和油耗的表达式（课程总纲）燃烧效率燃烧效率（第二篇）（第二篇）循环热效率循环热效率（第（第3章）章）机械效率机械效率（第（第3章）章）充量效率充量效率（第（第4章）章）混合气热值混合气热值（第（第2章）章）Department of Automotive EngineeringTsinghua UniversityTsinghua University第第1章小结章小结要求掌握：要求掌握：1.1.基本概念基本概念各种功；平均有效压力；空燃比各种功；平均有效压力；空燃比/过量空气系数过量空气系数/燃空当量比燃空当量比2.2.画示功图（画示功图（p-V p-V p-p-），并会标识），并会标识3.3.推导动力性和经济性的性能指标表达式及其关系推导动力性和经济性的性能指标表达式及其关系4.4.了解影响动力性和经济性的主要环节和因素了解影响动力性和经济性的主要环节和因素5.5.自学二冲程相关内容自学二冲程相关内容Department of Automotive EngineeringTsinghua UniversityTsinghua University第第1章作业章作业思考题：思考题：思考题：思考题：11、12、14、15注意注意：只收手写作业！不收打印作业或电子版作业！：只收手写作业！不收打印作业或电子版作业！Department of Automotive EngineeringTsinghua UniversityTsinghua University11 11画图：画图：1 1）在）在p-Vp-V坐标图上画出四冲程增压柴油机的示功图，用箭头坐标图上画出四冲程增压柴油机的示功图，用箭头注明各过程进行方向，并在曲线上标出进、排气门早开、晚关和着火注明各过程进行方向，并在曲线上标出进、排气门早开、晚关和着火的五个点。的五个点。2 2）在）在p-p-坐标图上对应画出上述示功图的压力变化图（整坐标图上对应画出上述示功图的压力变化图（整个循环）和上述对应的五个点。（注意：图画大一点。各曲线形状及个循环）和上述对应的五个点。（注意：图画大一点。各曲线形状及对应关系要定性准确。坐标原点及上、下止点都要标出来。）对应关系要定性准确。坐标原点及上、下止点都要标出来。）12.12.基于基于P Pe e的综合表达式（的综合表达式（1-311-31）分析：）分析：1 1）哪些参数属于质环节参数？）哪些参数属于质环节参数？哪些参数属于量环节参数？哪些参数属于量环节参数？2 2）由自吸式改为增压式发动机时，式中各）由自吸式改为增压式发动机时，式中各种参数怎样变化？能否提高种参数怎样变化？能否提高P Pe e？14146135Q-16135Q-1四冲程柴油机，冲程四冲程柴油机，冲程140mm140mm，发动机转速，发动机转速2200r/min2200r/min时的时的机械效率为，输出功率为机械效率为，输出功率为154kW154kW，有效油耗为。已知柴油热值为，有效油耗为。已知柴油热值为42500kJ/kg42500kJ/kg。求此时的。求此时的p pmeme、T Ttqtq、P Pmm、e e和和WWi i各值。各值。第第1章作业章作业Department of Automotive EngineeringTsinghua UniversityTsinghua University1515一台四冲程一台四冲程6 6缸柴油机（缸径缸柴油机（缸径x x冲程冲程=102mmx125mm=102mmx125mm）在全负荷时）在全负荷时的台架测量结果如下：的台架测量结果如下：燃油体积燃油体积 200 cm 200 cm3 3燃油测量时间燃油测量时间 21.22 s 21.22 s燃油密度燃油密度 0.83 kg/dm 0.83 kg/dm3 3空气体积空气体积 5 m 5 m3 3空气测量时间空气测量时间 30.1 s 30.1 s环境空气压力环境空气压力 0.1 MPa 0.1 MPa环境空气温度环境空气温度 300 K 300 K最大有效转矩最大有效转矩 424 Nm 424 Nm发动机转速发动机转速 2650 r/min 2650 r/min平均摩擦压力平均摩擦压力 0.1758 MPa 0.1758 MPa柴油热值柴油热值 42800 kJ/kg 42800 kJ/kg计算：计算：1)1)燃油体积流量和质量流量；燃油体积流量和质量流量；2)2)空气体积流量和质量流量；空气体积流量和质量流量；3)3)有有效功率；效功率；4)4)有效比油耗和有效热效率；有效比油耗和有效热效率；5 5）指示比油耗和指示热效率。）指示比油耗和指示热效率。第第1章作业章作业