最新发动机原理1发动机的性能end精品课件.ppt

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1、汽车发动机原理汽车发动机原理加热循环的热效率加热循环的热效率8、32、46混合加热循环热效率混合加热循环热效率tm: 其中其中为为压力升高比压力升高比Pz/Pc; Pz/Pc; 为预膨胀比为预膨胀比 =Vz/Vz=Vz/Vz=/=/ , , 压缩比压缩比 为后膨胀比为后膨胀比Vb/Vz Vb/Vz ；K K为绝热指数，空气的为绝热指数，空气的K K1.41.4 定容加热循环（定容加热循环（1 1） 定压加热循环（定压加热循环（1 1）) 1() 1(1111KKktm1.11kvt) 1(1111.kkkpt第一章第一章 发动机的性能发动机的性能理想循环影响因素的分析理想循环影响因素的分析1压

2、缩比压缩比 2绝热指数绝热指数 3压力升高比压力升高比 4预膨胀比预膨胀比 第一章第一章 发动机的性能发动机的性能评定理论循环的两个指标评定理论循环的两个指标1、循环热效率：评定循环的经济性，是工质所做循环功、循环热效率：评定循环的经济性，是工质所做循环功W与循环热量与循环热量Q1之比。之比。 影响循环热效率的主要因素：影响循环热效率的主要因素： 压缩比增大，热效率增大压缩比增大，热效率增大 但是对汽油机，压缩比为但是对汽油机，压缩比为611，因为限制压缩比提高的因素有：，因为限制压缩比提高的因素有： （1）爆然辛烷值的限制）爆然辛烷值的限制 （2）Pmax 提高，汽油机愈笨重；提高，汽油机愈

3、笨重； （3）排气净化的限制压缩比愈高，）排气净化的限制压缩比愈高，NOx愈高。愈高。 绝热指数绝热指数K增大，热效率增大；增大，热效率增大； 压力升高比压力升高比 定容加热时，吸热、放热都增加，热效率不变；定容加热时，吸热、放热都增加，热效率不变； 混合加热时（总加热量和压缩比不变），定容加热部分增加，热效率提高；混合加热时（总加热量和压缩比不变），定容加热部分增加，热效率提高； 预膨胀比预膨胀比 定压加热：当压缩比不变，加热量增加，热效率下降；定压加热：当压缩比不变，加热量增加，热效率下降； 混合加热：预膨胀比增大，等压加热部分增加，热效率下降；混合加热：预膨胀比增大，等压加热部分增加，热

4、效率下降；第一章第一章 发动机的性能发动机的性能2、循环平均压力、循环平均压力评定循环的做功能力评定循环的做功能力 单位气缸容积所作的循环功；单位气缸容积所作的循环功； 加热量相同加热量相同 压缩比相同时，定容、混合和定压加热的热效率依次减小；压缩比相同时，定容、混合和定压加热的热效率依次减小； Q2pQ2mQ2v， 则，则，tv tm tp最高压力相同时，定容、混合和最高压力相同时，定容、混合和定压加热的热效率依次增大；定压加热的热效率依次增大；Q2vQ2mQ2p， 则则, tp tm tv第一章第一章 发动机的性能发动机的性能2 四行程发动机的实际循环四行程发动机的实际循环四冲程内燃机四冲

5、程内燃机活塞上、下活塞上、下共四个行程，曲轴旋转二周共四个行程，曲轴旋转二周（720 ），完成一个工作循环的），完成一个工作循环的内燃机。内燃机。四冲程内燃机由下述四个冲四冲程内燃机由下述四个冲程组成一个程组成一个工作循环工作循环1.进气冲程进气冲程2.压缩冲程压缩冲程3.作功冲程作功冲程4.排气冲程排气冲程第一章第一章 发动机的性能发动机的性能进气压缩燃烧膨胀排气工作过程： 行程：四冲程内燃机工作循环四冲程内燃机工作循环 可燃混合气可燃混合气(或新鲜空气或新鲜空气)引入气缸；将其压缩，压缩接近终点时点燃引入气缸；将其压缩，压缩接近终点时点燃可燃混合气可燃混合气(或将柴油高压喷入气缸内形成可燃

6、混合气并引燃或将柴油高压喷入气缸内形成可燃混合气并引燃)；可燃混合；可燃混合气着火燃烧，膨胀推动活塞下行实现对外作功；最后排出燃烧后的废气。气着火燃烧，膨胀推动活塞下行实现对外作功；最后排出燃烧后的废气。即进气、压缩、作功、排气四个过程。即进气、压缩、作功、排气四个过程。 (1) 进气行程进气行程 (2) 压缩行程压缩行程 第一章第一章 发动机的性能发动机的性能四冲程内燃机工作循环四冲程内燃机工作循环 可燃混合气可燃混合气(或新鲜空气或新鲜空气)引入气缸；将其压缩，压缩接近终点时点燃引入气缸；将其压缩，压缩接近终点时点燃可燃混合气可燃混合气(或将柴油高压喷入气缸内形成可燃混合气并引燃或将柴油高

7、压喷入气缸内形成可燃混合气并引燃)；可燃混合；可燃混合气着火燃烧，膨胀推动活塞下行实现对外作功；最后排出燃烧后的废气。气着火燃烧，膨胀推动活塞下行实现对外作功；最后排出燃烧后的废气。即进气、压缩、作功、排气四个过程。即进气、压缩、作功、排气四个过程。 (3) 作功行程作功行程 (4) 排气行程排气行程 第一章第一章 发动机的性能发动机的性能排气门关闭进气门开启活塞温度370440 K， 压力7590 kPa 大气压力线大气压力线PVra示功图上止点下止点示功图：表示活塞在不同位置时示功图：表示活塞在不同位置时气缸内气体压力的变化情况。气缸内气体压力的变化情况。进气行程进气行程第一章第一章 发动

8、机的性能发动机的性能进气门关闭排气门关闭活塞压缩比： =Va/VcPVra示功图大气压力线大气压力线c上止点下止点温度600800K， 压力6001500 kPa 压缩行程压缩行程第一章第一章 发动机的性能发动机的性能进气门关闭排气门关闭活塞PVra示功图大气压力线大气压力线cZb上止点下止点瞬时最高：温度22002800 K， 压力35MPa 作功终了：温度15001700 K， 压力300500 kPa 作功行程作功行程第一章第一章 发动机的性能发动机的性能进气门关闭排气门打开活塞PVr示功图大气压力线大气压力线cZb上止点下止点温度9001200 K 压力105125 kPa残余废气排气

9、行程排气行程第一章第一章 发动机的性能发动机的性能实际循环常用示功图、示功展开图来表示；实际循环常用示功图、示功展开图来表示；第一章第一章 发动机的性能发动机的性能第一章第一章 发动机的性能发动机的性能1、进气过程（、进气过程（ra） 进气阻力的存在，进气阻力的存在， pa T0；2、压缩过程（、压缩过程（ac） 最初，工质受缸壁加热，最初，工质受缸壁加热， n1 K; 某一时刻，工质与缸壁温度相同，某一时刻，工质与缸壁温度相同， n1 =K； 工质温度高于缸壁的，向缸壁传热，工质温度高于缸壁的，向缸壁传热， n1 K； 平均压缩多变指数平均压缩多变指数n1 ：以此计算得到的多变过程，始点、终

10、点：以此计算得到的多变过程，始点、终点的工质状态与实际压缩过程的相符即可；的工质状态与实际压缩过程的相符即可； 主要受工质与缸壁的热交换、工质的泄漏量影响；主要受工质与缸壁的热交换、工质的泄漏量影响；实际工作中，常以实际工作中，常以 实测的压缩压力来检查内燃机的技术状况，实测的压缩压力来检查内燃机的技术状况，当当Pc下降时，应检修。下降时，应检修。第一章第一章 发动机的性能发动机的性能3、燃烧过程（、燃烧过程（cz） 汽油机：定容加热汽油机：定容加热; 柴油机：先定容再定压加热；柴油机：先定容再定压加热； 放热越多，放热时越靠近上止点，热效率越高；放热越多，放热时越靠近上止点，热效率越高；第一

11、章第一章 发动机的性能发动机的性能 4、膨胀过程（、膨胀过程（zb） 初期，由于补燃，工质被加热，初期，由于补燃，工质被加热， n2 K； 平均多变指数平均多变指数n2 ：主要受补燃的多少、工：主要受补燃的多少、工质与缸壁的热交换及漏气情况的影响；质与缸壁的热交换及漏气情况的影响；5、排气过程（、排气过程（br） 排气阻力的存在，排气阻力的存在， pr p0； 阻力越大，阻力越大， pr越大，残留在气缸中的废气越越大，残留在气缸中的废气越多；多； 排气温度越低，说明做功效果越好；排气温度越低，说明做功效果越好；第一章第一章 发动机的性能发动机的性能3 实际循环的评定指示指标实际循环的评定指示指

12、标 以工质在气缸内对活塞做功为基础；以工质在气缸内对活塞做功为基础；1、指示功、指示功Wi: Ai 为阴影示功图的面积为阴影示功图的面积 (J),a.b分别为坐标的分别为坐标的比例尺。比例尺。iAbaAWii 图a的指示功面积Fi：由相当于压缩、燃烧、膨胀行程中所得到的有用功面积Fl和相当于进气、排气行程中消耗的功的面积F2(即泵损失)相减而成，即FiFlF2。(图b)，进气压力高于排气压力，在换气过程中，工质是对外做功的，因此，换气功的面积F2应与面积Fl叠加起来，即FiF1F2 。(图c)，只有一块示功图面积Fi。 第一章第一章 发动机的性能发动机的性能2、平均指示压力、平均指示压力Pmi

13、 发动机单位气缸工作容积的指示功（一个实际循环工质对活塞发动机单位气缸工作容积的指示功（一个实际循环工质对活塞所作的有用功）；所作的有用功）； pmi=Wi / Vs3、指示功率、指示功率Pi ：发动机单位时间所做的指示功；与：发动机单位时间所做的指示功；与n有关。有关。4、指示热效率、指示热效率i it=Wi /Q1 实际循环指示功与所消耗的燃料热量之比；实际循环指示功与所消耗的燃料热量之比；5、指示燃料消耗率、指示燃料消耗率bi：单位指示功的耗油量，即比油耗（：单位指示功的耗油量，即比油耗（g/kw.h).如：可用如：可用它来比较两台发动机的经济性好坏。它来比较两台发动机的经济性好坏。 第

14、一章第一章 发动机的性能发动机的性能通常：1000( /. )TiiGgg kwhN归纳归纳评定内燃机实际循环的动力性评定内燃机实际循环的动力性指示功率指示功率Pi平均指示压力平均指示压力Pmi评定内燃机实际循环的经济性评定内燃机实际循环的经济性指示燃油消耗率指示燃油消耗率bi指示热效率指示热效率i第一章第一章 发动机的性能发动机的性能 一台四缸四行程车用柴油机，DS=110115mm,Pi=80kW,Pm=20kW,n=2000r/min,B=12.5kg/h 求：1.Pmi,Pe,Pme,be 2.m,PL. 3.Ttq,Cm4 发动机经济性和动力性的评定发动机经济性和动力性的评定有效指标

15、有效指标以曲轴对外输出的功率为基础，代表发动机整机性能；以曲轴对外输出的功率为基础，代表发动机整机性能；一、发动机动力性能一、发动机动力性能1、有效功率、有效功率pe = pi pm ：指示功率减去机械损失功率：指示功率减去机械损失功率：发动机的指示功发动机的指示功Pi 并不能完全对外输出，功在发动机内部传递过程并不能完全对外输出，功在发动机内部传递过程中的损失叫机械损失功率中的损失叫机械损失功率Pm，它由以下几部分组成：，它由以下几部分组成： （1）内部运动零件的摩擦损失：占）内部运动零件的摩擦损失：占Pm的的62-75，占，占Pi的的8-20。 （2）驱动附件的损失：占）驱动附件的损失：占

16、Pm的的1020，占，占Pi的的15。 （3）泵气损失（进排气损失）泵气损失（进排气损失） 占占Pm的的1020，占，占Pi的的24。第一章第一章 发动机的性能发动机的性能2、有效扭矩、有效扭矩Ttq：曲轴输出的扭矩，（牛顿米）曲轴输出的扭矩，（牛顿米） 扭矩和功率的关系：扭矩和功率的关系： n为转为转/分分,或或rpm3、平均有效压力、平均有效压力pme 发动机单位气缸工作容积输出的有效功发动机单位气缸工作容积输出的有效功,工作容积工作容积Vs一定时，一定时，对已知发动机，对已知发动机，Vs、i、一定，可用一定，可用Pe来表示扭矩及负荷的大小。来表示扭矩及负荷的大小。4、转速和活塞平均速度、

17、转速和活塞平均速度Cm=sn/30（发动机强化程度）（发动机强化程度） 转速增大，单位时间的做功次数增加；转速增大，单位时间的做功次数增加； 活塞平均速度增大，磨损加剧；活塞平均速度增大，磨损加剧；所以值受到限制，一般：汽油机不超过18m/s， 柴油机不超过13m/s 。tqmeTP)(9550KWnTPtqe第一章第一章 发动机的性能发动机的性能(/ )30msncm s二、发动机经济性能二、发动机经济性能 有效热效率有效热效率e 有效功与所消耗燃料热量之比。有效功与所消耗燃料热量之比。机械效率机械效率m: 有效燃料消耗率有效燃料消耗率be 单位有效功的耗油量单位有效功的耗油量三、发动机强化

18、指标三、发动机强化指标 升功率升功率pl 发动机每升工作容积所发出的有效功率发动机每升工作容积所发出的有效功率 比质量比质量me 发动机的质量与所发出的有效功率之比发动机的质量与所发出的有效功率之比 强化系数强化系数pme cm 平均有效压力与活塞平均速度的乘积平均有效压力与活塞平均速度的乘积ieeQWiemPP /第一章第一章 发动机的性能发动机的性能1000(/. )eeGgg kwhN63.610eeg h(/ )3030eheLhp V inp nkw LV i eemmN5 发动机的环境指标发动机的环境指标噪声噪声 84dB排放性能排放性能 排出有害气体（排出有害气体（CO HC N

19、Ox） 、颗粒，其排出量有限制。、颗粒，其排出量有限制。排放标准各国不同，标准还随着发展，不断提高。排放标准各国不同，标准还随着发展，不断提高。2000新认证车型新认证车型 在生产车型在生产车型+ OBD (其他轻型车其他轻型车)+ OBD (M1类汽油车）类汽油车）国国1国国2国国3国国4国国1国国2国国3国国4+ OBD (其他轻型车其他轻型车)+ OBD (M1类汽油车）类汽油车）2013201220112010200920082007200620052004200320022001第一章第一章 发动机的性能发动机的性能国 II： 北京：2003.01； 全国：2004.07国 III：

20、 北京：2005.09 ；全国：2007.07国 IV： 北京：2008.01；全国：2010.07欧欧 I欧欧 0China Emission Regulation Roadmap北京北京Beijing国国 II国国 III北京北京北京北京国国 IV 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 GB 18352.3轻型车轻型车 3.5t第一章第一章 发动机的性能发动机的性能轻型汽车排放试验工况轻型汽车排放试验工况从点火开始起取样从点火开始起取样时间，s车速 （km/h)第一章第一章 发动机的性能发动机的性能重型柴油车排放试验工

21、况（R49与ESC）第一章第一章 发动机的性能发动机的性能6 机械损失机械损失机械效率机械效率m m 有效功率与指示功率之比有效功率与指示功率之比机械损失的测定机械损失的测定1 1、示功图法：、示功图法：取决于示功图的测录的正确程度取决于示功图的测录的正确程度 只适用研发：（只适用研发：（a）上止点难以精确测量（）上止点难以精确测量（b）各缸不均匀性）各缸不均匀性2 2、倒拖法：、倒拖法： 发动机在给定工况下工作，之后切断燃油或停止点火，将平衡式发动机在给定工况下工作，之后切断燃油或停止点火，将平衡式电力测功器转换为电动机，以给定转速倒拖发动机，维持冷却水电力测功器转换为电动机，以给定转速倒拖

22、发动机，维持冷却水和油温不变；和油温不变； 测量结果往往偏大测量结果往往偏大3 3、灭缸法：、灭缸法：适用多缸机；误差适用多缸机；误差54 4、油耗线法：先绘出负荷特性曲线，、油耗线法：先绘出负荷特性曲线， 找出接近直线的线段，将其延长与找出接近直线的线段，将其延长与 横坐标相交，交点到原点的长度即横坐标相交，交点到原点的长度即 为平均机械损失压力的值；为平均机械损失压力的值； 不适于汽油机不适于汽油机 （进气量随负荷会明显改变）（进气量随负荷会明显改变）第一章第一章 发动机的性能发动机的性能 实验方法：实验方法： 让内燃机在给定的工况下稳定运转，让内燃机在给定的工况下稳定运转， 当冷却水和机

23、油温度到达正常值时，当冷却水和机油温度到达正常值时， 立即切断供油立即切断供油 （柴油机）或停止点（柴油机）或停止点 火（汽油机），同时将电力测功器火（汽油机），同时将电力测功器 转换为电动机，以给定转速倒拖内燃机；转换为电动机，以给定转速倒拖内燃机； 此过程中尽可能维持冷却水和机油温度不变，此过程中尽可能维持冷却水和机油温度不变， 这时电力测功器所测得的倒拖功率即为内燃机在该这时电力测功器所测得的倒拖功率即为内燃机在该 工况下的机械损失功率。工况下的机械损失功率。2.2.倒拖法倒拖法特点：必须使用平衡式电力测功器。特点：必须使用平衡式电力测功器。 适用：汽油机和柴油机适用：汽油机和柴油机第一

24、章第一章 发动机的性能发动机的性能实验方法：实验方法： 首先将内燃机调整到给定工况稳定工作，测定其有效功首先将内燃机调整到给定工况稳定工作，测定其有效功率，然后停止向一个气缸（例如第一缸）供油，并调整测功率，然后停止向一个气缸（例如第一缸）供油，并调整测功器的阻力矩，使内燃机恢复到原来的转速，再测定内燃机的器的阻力矩，使内燃机恢复到原来的转速，再测定内燃机的有效功率，由于有一个气缸不工作，第二次测得的有效功率有效功率，由于有一个气缸不工作，第二次测得的有效功率比第一次测得的小，两者之差即为停油气缸的指示功率，然比第一次测得的小，两者之差即为停油气缸的指示功率，然后恢复第一缸的工作，同法，依次使

25、各缸熄火，即可测得对后恢复第一缸的工作，同法，依次使各缸熄火，即可测得对应的有效功率、应的有效功率、。 3.3.灭缸法灭缸法第一章第一章 发动机的性能发动机的性能适用：多缸柴油机适用：多缸柴油机不适用：汽油机不适用：汽油机(偏差大偏差大)，废气涡轮增压内燃机，单缸机，废气涡轮增压内燃机，单缸机各缸的指示功率为：各缸的指示功率为： 1(1)ieePPP2(2)ieePPP将上列各式相加得到整机指示功率为：将上列各式相加得到整机指示功率为：12(1)(2)(iiieeePPPiPPP）因此，机械损失功率为因此，机械损失功率为 (1)(2)(1)(mieeeePPPiPPP）第一章第一章 发动机的性

26、能发动机的性能4.4.油耗线法油耗线法 实验方法：实验方法： 保证内燃机转速不变，如逐渐改变柴油机供油齿条保证内燃机转速不变，如逐渐改变柴油机供油齿条的位置，测出每小时耗油量的位置，测出每小时耗油量B随负荷变化的关系，绘制成随负荷变化的关系，绘制成曲线，这个曲线称为负荷特性曲线，在曲线中找出接近直曲线，这个曲线称为负荷特性曲线，在曲线中找出接近直线的线条，并顺此线条作延长线，直到与横坐标相交，则线的线条，并顺此线条作延长线，直到与横坐标相交，则交点到坐标原点的长度即该机的平均机械损失压力。交点到坐标原点的长度即该机的平均机械损失压力。 适用：柴油机不适用：汽油机第一章第一章 发动机的性能发动机

27、的性能影响机械损失的因素影响机械损失的因素气缸直径及行程气缸直径及行程 气缸容积一定，而气缸容积一定，而S/D减小，减小， m提高提高 气缸容积增加，气缸容积增加， m提高提高 摩擦损失（占摩擦损失（占70） 转速增加，转速增加， m减小减小 负荷减小，负荷减小， m减小减小 润滑油品质和冷却水温度润滑油品质和冷却水温度 在保证发动机正常工作时有可靠润滑条件的前提下，尽量选用粘在保证发动机正常工作时有可靠润滑条件的前提下，尽量选用粘度较小的度较小的润滑油润滑油；SD FD 100 125 锡柴漏油锡柴漏油 冷却水温直接影响燃烧过程和传热损失。冷却水温直接影响燃烧过程和传热损失。第一章第一章 发

28、动机的性能发动机的性能7 热平衡热平衡实际循环热平衡实际循环热平衡 实际工质的影响：实际气体比热大实际工质的影响：实际气体比热大Wk 换气损失换气损失Wr 泵气损失：泵气损失： 进、排气系统的进、排气系统的 阻力所消耗的功；阻力所消耗的功； 排气门提前开启排气门提前开启 所损失的功；所损失的功； 燃烧损失燃烧损失Wz 非瞬时燃烧损失非瞬时燃烧损失 和补燃损失；和补燃损失； 不完全燃烧损失；不完全燃烧损失； 热分解损失；热分解损失； 传热损失：热交换损失传热损失：热交换损失 Wb第一章第一章 发动机的性能发动机的性能提高实际循环热效率的途经提高实际循环热效率的途经 提高提高来提高汽油机的热效率；

29、来提高汽油机的热效率； 燃用稀混合气来提高汽油机的热效率；燃用稀混合气来提高汽油机的热效率； 改善混合气形成及燃烧组织不完善的状况来提高柴油机的热效率；改善混合气形成及燃烧组织不完善的状况来提高柴油机的热效率；第一章第一章 发动机的性能发动机的性能发动机热平衡发动机热平衡 发动机所耗燃油的热量发动机所耗燃油的热量QT 转化为有效功的热量转化为有效功的热量QE 废气带走的热量废气带走的热量QR （2550） 传递给冷却介质的热量传递给冷却介质的热量QS （1035） 燃料不完全燃烧热损失燃料不完全燃烧热损失QB 其他热量损失其他热量损失QL第一章第一章 发动机的性能发动机的性能第一章第一章 发动机的性能发动机的性能 以四冲程自然吸气柴油机的能量利用递减图为例说明从燃料化学能到以四冲程自然吸气柴油机的能量利用递减图为例说明从燃料化学能到输出功的能量转换。输出功的能量转换。 第一章第一章 发动机的性能发动机的性能48 结束语结束语