柴油机的基本原理.ppt

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1、第一章第一章 柴油机的基本知识柴油机的基本知识热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理本章主要内容本章主要内容1.1 柴油机的工作原理柴油机的工作原理1.2 柴油机的热力循环柴油机的热力循环1.3 柴油机的性能指标柴油机的性能指标1.4 柴油机的分类和发展柴油机的分类和发展热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理1.1 柴油机的工作原理柴油机的工作原理一、基本概念一、基本概念v 热机、外燃机及内燃机的定义及关系热机、外燃机及内燃机的定义及关系l 热机热机将燃料燃烧所产生的将燃料燃烧所产生的热能热能转变为转变为机械能机械能的装置

2、的装置化学能化学能热能热能机械能机械能燃料燃烧燃料燃烧工质加热工质加热根根据据燃燃料料燃燃烧烧过过程程所所处处地地点点不不同同，热热机机又又分分为为外外燃燃机机和和内内燃机两大类。燃机两大类。热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理l 外外燃燃机机燃燃料料的的燃燃烧烧和和热热能能的的释释放放都都在在发发动动机机气气缸缸外外部部发发生生，水水蒸蒸气气被被用用来来作作为为热热能能转转为为机机械械能能的的工工质质的的热机，如蒸汽机、汽轮机等。热机，如蒸汽机、汽轮机等。l内内燃燃机机燃燃料料直直接接在在发发动动机机气气缸缸内内部部进进行行燃燃烧烧，且且发发动动机机的的

3、工工质质就就是是燃燃料料燃燃烧烧产产物物的的热热机机，如如汽汽油油机机、柴柴油油机、煤气机及燃气轮机等。机、煤气机及燃气轮机等。热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理外燃机外燃机内燃机内燃机蒸汽机蒸汽机汽轮机汽轮机热机热机汽油机汽油机柴油机柴油机煤气机煤气机热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理v 内燃机的分类内燃机的分类a.内燃机结构型式很多，根据基本工作原理可分为：内燃机结构型式很多，根据基本工作原理可分为：活塞式内燃机活塞式内燃机和和燃气轮机燃气轮机两大类两大类活活塞塞式式内内燃燃机机按按活活塞塞运运动动方方式式又又

4、可可分分为为往往复复活活塞塞式式内内燃燃机机和和旋转活塞式旋转活塞式内燃机。内燃机。其其中中，以以往往复复活活塞塞式式内内燃燃机机的的使使用用最最为为广广泛泛，所所以以常常讲讲的的“内燃机内燃机”系指这种形式。系指这种形式。b.按着火方式可分为：按着火方式可分为：压燃式内燃机与点燃式内燃机压燃式内燃机与点燃式内燃机热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理c.按使用燃料的不同又可分为：按使用燃料的不同又可分为：汽油机、柴油机、煤气机、多种燃料发动机汽油机、柴油机、煤气机、多种燃料发动机汽油机：转速高，质量轻，噪音小，启动容易，制造成本低汽油机：转速高，质量轻，噪

5、音小，启动容易，制造成本低柴油机：压缩比大，热效率高，经济性和排放性都比汽油机好柴油机：压缩比大，热效率高，经济性和排放性都比汽油机好汽油机汽油机柴油机柴油机热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理d.按工作循环的冲程数分为：按工作循环的冲程数分为：四冲程内燃机和二冲程内燃机四冲程内燃机和二冲程内燃机四冲程四冲程二冲程二冲程热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理e.按进气状态的不同可分为：按进气状态的不同可分为：增压内燃机和非增压（自然吸气式）内燃机增压内燃机和非增压（自然吸气式）内燃机自然吸气自然吸气增压增压热力发动机原理

6、热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理f.按照气缸数分为：按照气缸数分为：单缸机和多缸机单缸机和多缸机单缸单缸多缸多缸热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理g.按照气缸排列方式分为：按照气缸排列方式分为：单行直列式、双行单行直列式、双行V型式型式直列直列V型型热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理h.按照冷却方式分为：水冷式内燃机和风冷式内燃机按照冷却方式分为：水冷式内燃机和风冷式内燃机水冷式发动机是利用气缸体和气缸盖冷却水套中进行循环的冷水冷式发动机是利用气缸体和气缸盖冷却水套中进行循环的冷却液作为

7、冷却介质进行冷却的；却液作为冷却介质进行冷却的；风冷式发动机是利用流动于气缸体与气缸盖外表面散热片之间风冷式发动机是利用流动于气缸体与气缸盖外表面散热片之间的空气作为冷却介质进行冷却的。的空气作为冷却介质进行冷却的。水冷式发动机冷却均匀，工作可靠，冷却效果好。水冷式发动机冷却均匀，工作可靠，冷却效果好。水冷水冷风冷风冷热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理V型发动机型发动机水平对置发动机水平对置发动机直列发动机直列发动机转子发动机转子发动机热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理v 柴油机的特性柴油机的特性l 结构型式：结构

8、型式：l 着火方式：着火方式：l 使用燃料：使用燃料：l 混合方式：混合方式：往复活塞式往复活塞式压燃式压燃式挥发性较差的柴油挥发性较差的柴油缸内混合缸内混合热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理v 柴油机的优点柴油机的优点l 经济性好经济性好有效热效率达有效热效率达50%以上以上l 功率范围广功率范围广单机功率单机功率0.6 45600kWl 尺寸小，重量轻尺寸小，重量轻l 机动性好机动性好启动方便，加速性能好，转速范围宽启动方便，加速性能好，转速范围宽v 柴油机的缺点柴油机的缺点l 机身振动，轴系扭转振动和噪声机身振动，轴系扭转振动和噪声l 工作条件恶劣

9、，承受高温、高压并具有冲击性负荷工作条件恶劣，承受高温、高压并具有冲击性负荷热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理v 柴油机的基本组成柴油机的基本组成l 固固定定件件气气缸缸盖盖、气气缸缸体体、气气缸套、机身、机座、主轴承等缸套、机身、机座、主轴承等l 运动件运动件活塞组、连杆、曲轴活塞组、连杆、曲轴l 辅辅助助机机构构进进气气阀阀、排排气气阀阀、凸轮轴及传动机构等凸轮轴及传动机构等l 辅辅助助系系统统燃燃油油系系统统、冷冷却却系系统、润滑系统、操纵系统统、润滑系统、操纵系统箱式柴油机基本构造箱式柴油机基本构造热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机

10、的基本原理柴油机的基本原理v 柴油机基本结构参数柴油机基本结构参数Vs1.上上止止点点：活活塞塞能能到到达达的的最最高高位位置置（即即离离曲曲轴轴旋旋转转中中心心最最大距离时的位置），称为上止点（大距离时的位置），称为上止点（TDC）。）。2.下下止止点点：活活塞塞能能到到达达的的最最低低位位置置（即即离离曲曲轴轴旋旋转转中中心心最最小距离时的位置），称为下止点（小距离时的位置），称为下止点（BDC）。）。热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理3.曲曲轴轴转转角角：曲曲柄柄绕绕曲曲轴轴旋旋转转，离离开开上上止止点点位位置置的的角角度度，称为曲轴转角，以称为曲

11、轴转角，以表示。表示。4.缸径：气缸的内径，以缸径：气缸的内径，以D表示。表示。Vs热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理5.曲柄半径：从曲轴中心线至曲柄销中心线的距离，以曲柄半径：从曲轴中心线至曲柄销中心线的距离，以R表示。表示。6.连杆长度：连杆大小端轴承孔中心线之间的距离，以连杆长度：连杆大小端轴承孔中心线之间的距离，以L表示。表示。7.活活塞塞行行程程：活活塞塞上上下下止止点点之之间间的的距距离离，称称为为活活塞塞行行程程，以以S表示。活塞行程长度为曲轴半径的两倍，即：表示。活塞行程长度为曲轴半径的两倍，即：S=2RVs热力发动机原理热力发动机原理第

12、一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理8.8.压压缩缩容容积积：活活塞塞位位于于上上止止点点时时，活活塞塞上上顶顶面面与与气气缸缸盖盖底底面面之之间间的的气气缸缸容容积积，称称为为压压缩缩容容积积，以以Vc表表示示。由由于于燃燃料料在这个容积内燃烧，所以在这个容积内燃烧，所以Vc又称为燃烧室容积。又称为燃烧室容积。9.工工作作容容积积：活活塞塞从从上上止止点点移移动动到到下下止止点点，所所扫扫过过的的空空间间容积，称为气缸工作容积，以容积，称为气缸工作容积，以Vs表示，也可称为活塞排量。表示，也可称为活塞排量。Vs热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理

13、10.气气缸缸总总容容积积：活活塞塞位位于于下下止止点点时时，活活塞塞上上顶顶表表面面到到气气缸缸盖盖下下底底面面之之间间的的气气缸缸容容积积，称称为为气气缸缸总总容容积积，以以Va表表示示，也也称称为为气气缸缸最最大大容容积积，它它等等于于燃燃烧烧室室容容积积和和气气缸缸工工作作容容积积之和，即：之和，即：Vs热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理11.压压缩缩比比：气气缸缸总总容容积积与与压压缩缩容容积积的的比比值值称称为为压压缩缩比比，也也称称为几何压缩比，以为几何压缩比，以表示，即表示，即12.活活塞塞平平均均速速度度：活活塞塞在在气气缸缸中中往往复

14、复运运动动的的平平均均速速度度，以以Cm表示，即：表示，即：Vs热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理二、四冲程柴油机工作原理二、四冲程柴油机工作原理v 示功图的定义示功图的定义把把内内燃燃机机在在1个个循循环环中中气气缸缸工工质质状状态态的的变变化化，表表示示为为压压力力与与容容积积的的关关系系图图（p-V图图）或或压压力力与与曲曲轴轴转转角角的的关关系系图（图（p-图）称为示功图。图）称为示功图。其其图图形形面面积积则则为为1个个工工作作循循环环内内燃燃机机所所作作的的功功，称称为为指指示示功功。直直接接反反应应了了内内燃燃机机作作功功的的大大小小，是是

15、评评价价分分析析内内燃机性能的主要手段。燃机性能的主要手段。热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理v 示功图的测量示功图的测量l 示示功功图图可可用用机机械械式式弹弹簧簧示示功功器器、压压电电示示功功器器或或气气电电示示功器测录出来。功器测录出来。l 目目前前常常用用压压电电示示功功器器（燃燃烧烧分分析析仪仪）测测录录p-图图，并并可可转换成转换成p-V图。图。热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理四冲程内燃机工作原理四冲程内燃机工作原理动画动画热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理四冲

16、程内燃机的配气定时图四冲程内燃机的配气定时图（内圈数字非增压内燃机，外圈数字增压内燃机）（内圈数字非增压内燃机，外圈数字增压内燃机）热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理三、二冲程柴油机工作原理三、二冲程柴油机工作原理二冲程柴油机工作原理二冲程柴油机工作原理动画动画热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理ESDZ43/82B型二冲程柴油机的配气定时图型二冲程柴油机的配气定时图热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理v 有效压缩比有效压缩比e进进、排排气气阀阀（口口）全全部部关关闭闭瞬瞬时时的

17、的气气缸缸容容积积与与压压缩缩容容积之比。积之比。s行程失效系数；行程失效系数；s=损失容积损失容积Vs/气缸工作容积气缸工作容积热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理v 二冲程柴油机与四冲程柴油机的比较二冲程柴油机与四冲程柴油机的比较优点：优点：l 提高了柴油机的作功能力提高了柴油机的作功能力l 改善了柴油机的动力性改善了柴油机的动力性l 简化了柴油机的结构简化了柴油机的结构缺点：缺点：l 换气质量差、热效率低换气质量差、热效率低l 热负荷较高热负荷较高热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理四、增压柴油机工作原理四、增压

18、柴油机工作原理二冲程废气涡轮增压柴油机工作原理二冲程废气涡轮增压柴油机工作原理a-扫气口；扫气口；b-排气阀；排气阀；c-喷油器；喷油器；d-废气涡轮；废气涡轮；e-压气机；压气机；f-空气吸入口；空气吸入口；g-导管；导管；h-扫气箱；扫气箱；i-扫气室；扫气室；j-排气管；排气管；k-空冷器空冷器热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理四冲程废气涡轮增压柴油机工作原理四冲程废气涡轮增压柴油机工作原理1-排气管；排气管；2-喷嘴环；喷嘴环；3-涡轮；涡轮；4-涡轮壳；涡轮壳；5-转子轴；转子轴；6-轴承；轴承；7-扩压器；扩压器；8-压气机叶轮；压气机叶轮；

19、9-压气机壳；压气机壳；10-进气管进气管热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理四冲程增压柴油机示功图四冲程增压柴油机示功图热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理6350ZC型增压柴油机配气定时图型增压柴油机配气定时图6350C型柴油机配气定时图型柴油机配气定时图热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理1.2 柴油机的热力循环柴油机的热力循环一、内燃机的理论循环一、内燃机的理论循环v 循环的定义循环的定义在热机中，确定质量工质所经历的过程通常称为循环在热机中，确定质量工质所经历的过程通常称

20、为循环热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理v 内燃机中的实际热力循环内燃机中的实际热力循环a.内内燃燃机机实实际际热热力力循循环环是是由由进进气气、压压缩缩、燃燃烧烧、膨膨胀胀和和排排气气等等多多个个过过程程所所组组成成的的。循循环环中中工工质质存存在在着着质质和和量量的的变化，整个过程是不可逆的。变化，整个过程是不可逆的。b.在在能能量量的的转转变变过过程程中中，实实际际循循环环还还存存在在着着机机械械摩摩擦擦、换换气气、散散热热、燃燃烧烧等等一一系系列列不不可可避避免免的的损损失失，其其物物理理、化化学学过过程程十十分分复复杂杂，如如要要确确切切地地描

21、描述述在在内内燃燃机机中中实实际际进进行的热力过程，在目前条件下还是非常困难的。行的热力过程，在目前条件下还是非常困难的。热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理v 研究内燃机热力循环的目的研究内燃机热力循环的目的a.热能利用的完善程度热能利用的完善程度b.能量相互转换的效率能量相互转换的效率c.寻找提高热量利用率的途径寻找提高热量利用率的途径d.各种热力学循环经济性和动力性的比较各种热力学循环经济性和动力性的比较热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理v 内燃机实际循环进行简化的要求内燃机实际循环进行简化的要求a.在在不不失

22、失基基本本物物理理、化化学学过过程程特特征征的的前前提提下下，将将内内燃燃机机的实际循环进行若干简化；的实际循环进行若干简化；b.使使其其既既近近似似于于所所讨讨论论的的实实际际循循环环，而而又又简简化化了了实实际际上上变变化化纷纷繁繁的的物物理理、化化学学过过程程，从从而而提提出出一一种种便便于于作作定定量量分析分析的假想循环，这种假想循环就称为的假想循环，这种假想循环就称为“理想循环理想循环”；c.利利用用假假想想循循环环能能够够清清楚楚的的比比较较说说明明影影响响内内燃燃机机热热能能利利用完善程度的主要因素。用完善程度的主要因素。热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理

23、柴油机的基本原理v 理想循环的简化假定理想循环的简化假定a.工工质质是是一一种种理理想想的的完完全全气气体体，在在整整个个循循环环中中保保持持物物理理及及化化学学性性质质不不变变，其其状状态态参参量量的的变变化化遵遵守守气气体体状状态态方方程程pV=mRT。b.不不考考虑虑实实际际存存在在的的工工质质更更换换以以及及漏漏气气损损失失，工工质质数数量量保持不变，循环是在定量工质下进行的。保持不变，循环是在定量工质下进行的。c.把把气气缸缸内内工工质质的的压压缩缩和和膨膨胀胀看看成成是是完完全全理理想想的的绝绝热热等等熵熵过过程程，工工质质与与外外界界不不进进行行热热交交换换，无无摩摩擦擦、流流动

24、动损损失失，工质比热容为常数。工质比热容为常数。d.用用假假想想的的定定容容或或定定压压加加热热来来代代替替实实际际的的燃燃烧烧过过程程，用用定容放热代替实际换气带走的热量。定容放热代替实际换气带走的热量。热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理根据加热方式的不同，理想循环有三种形式可供分析选择：根据加热方式的不同，理想循环有三种形式可供分析选择：理论循环示意图理论循环示意图（a）混合循环；（）混合循环；（b）等容循环；（）等容循环；（c）等压循环）等压循环y热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理图（图（b）为等容循环（也称

25、奥托循环）为等容循环（也称奥托循环）a-c 为绝热压缩；为绝热压缩；c-z 为等容加入热量为等容加入热量Q1；z-b 为绝热膨胀；为绝热膨胀；b-a 为等容释放热量为等容释放热量Q2。在压缩、膨胀过程，工质状态用在压缩、膨胀过程，工质状态用 表示。表示。压缩过程的容积变化用压缩比压缩过程的容积变化用压缩比 表示。表示。膨胀过程的容积变化用后膨胀比膨胀过程的容积变化用后膨胀比 表示。表示。定容加热的压力升高，以压力升高比定容加热的压力升高，以压力升高比 表示。表示。对于强制点火的内燃机，其工作过程均近似于等容循环。对于强制点火的内燃机，其工作过程均近似于等容循环。依等容循环方式工作的主要有汽油机

26、、煤气机等。依等容循环方式工作的主要有汽油机、煤气机等。热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理v 等容循环的热效率等容循环的热效率a.等等容容循循环环的的热热效效率率只只随随压压缩缩比比与与绝绝热热指指数数k的的变变化化而而变变化；化；b.由由于于绝绝热热指指数数k在在实实际际循循环环中中变变化化不不大大，因因此此，t主主要要随压缩比随压缩比的增加而增加；的增加而增加；c.压缩比的提高在实际循环下是有一定限制的。压缩比的提高在实际循环下是有一定限制的。热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理v 等容循环压缩比上限取值的限制等

27、容循环压缩比上限取值的限制a.当当提提高高到到超超过过一一定定限限度度（如如=1013）时时，t的的增增加加速速率率已已很很小小，但但循循环环的的最最高高压压力力pz却却增增加加很很多多，作作用用在在活活塞塞上上的的力力随随之之加加大大，内内燃燃机机零零件件所所承承受受的的机机械械负负荷荷和和摩摩擦擦损损失失加加剧剧。在在实实际际内内燃燃机机中中，当当1013时时热热效效率率并不见得增加。并不见得增加。b.依依等等容容循循环环方方式式工工作作的的内内燃燃机机都都是是压压缩缩已已经经混混合合好好了了的的可可燃燃工工质质，为为防防止止先先燃燃与与爆爆燃燃，实实际际使使用用的的压压缩缩比比将将更小。

28、更小。热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理图（图（c）为等压循环（也称狄赛尔循环）为等压循环（也称狄赛尔循环）a-c 为绝热压缩；为绝热压缩；c-z 为定压加入热量为定压加入热量Q1;z-b 为绝热膨胀；为绝热膨胀；b-a 为等容释放热量为等容释放热量Q2。定定压压加加热热过过程程的的容容积积变变化化用用初初膨膨胀胀比比 表表示示，其其它同等容循环。它同等容循环。依依等等压压循循环环方方式式工工作作的的有有低低速速柴柴油油机机和和空空气气喷喷射射式式柴油机等。柴油机等。热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理v 等压循环的

29、热效率等压循环的热效率a.t是是随随着着、k和和的的变变化化而而变变化化的的，和和k对对t的的影影响响与与等容循环中的情况相同。等容循环中的情况相同。b.增增大大将将使使t下下降降，而而的的大大小小标标志志着着内内燃燃机机负负荷荷的的大大小小，因因此此，按按等等压压循循环环工工作作的的内内燃燃机机，其其负负荷荷增增加加将将会会使使热效率下降。热效率下降。热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理图（图（a）为混合循环）为混合循环a-c 为绝热压缩；为绝热压缩；c-y 为定容加入热量为定容加入热量Q1；y-z 为定压加热量为定压加热量Q1；z-b 为绝热膨胀；为绝

30、热膨胀；b-a 为等容释放热量为等容释放热量Q2。y热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理v 混合循环热效率混合循环热效率t随随、k、和和的的变变化化而而变变化化，即即在在混混合合循循环环条条件件下下，内内燃燃机机热热效效率率除除了了与与压压缩缩比比与与绝绝热热系系数数k有有关关外外，还还与其负荷及在等容和等压条件下加入热量的分配有关。与其负荷及在等容和等压条件下加入热量的分配有关。热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理v 三种循环热效率的比较三种循环热效率的比较等等压压循循环环中中，因因pz=pc，所所以以压压力力升升高

31、高比比=1，代代入入得得等等压压循环热效率公式：循环热效率公式：等等容容循循环环中中，因因Vz=Vc，所所以以初初膨膨胀胀比比=1，代代入入得得等等容容循环热效率公式：循环热效率公式：非增压内燃机混合循环热效率的公式：非增压内燃机混合循环热效率的公式：热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理分析上面式子可知：分析上面式子可知：（1），则，则t，但随，但随不断增大，不断增大，t提高幅度逐渐降低。提高幅度逐渐降低。（2），则混合循环中等容加热量，则混合循环中等容加热量，t。（3），则则负负荷荷，但但t下下降降，因因此此，按按等等压压循循环环的的发发动动机机，负荷负

32、荷，则，则t下降。下降。（4）k，则，则t，但在发动机中，但在发动机中k变化不大。变化不大。（5）当）当相同时：相同时：t,vt,vpt,p（6）当）当pz相同，相同，Q1相同，相同，不相同时，不相同时，t,pt,vpt,v因因pz不变时，等压循环的不变时，等压循环的最大，而等容循环的最大，而等容循环的最小。最小。热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理v 继续膨胀循环的定义继续膨胀循环的定义无中冷脉冲涡轮增压内燃机的理想循环无中冷脉冲涡轮增压内燃机的理想循环热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理v 继续膨胀循环不能在内燃机

33、气缸内实现的原因继续膨胀循环不能在内燃机气缸内实现的原因a.这这种种继继续续膨膨胀胀循循环环如如在在内内燃燃机机气气缸缸中中实实现现，将将使使内内燃燃机机气气缸缸加加长长，容容积积增增大大，使使得得平平均均压压力力pt降降低低，发发动机重量增加。动机重量增加。b.由由于于气气缸缸长长度度（容容积积）的的增增加加，使使得得摩摩擦擦损损失失也也大大大增加，反而得不偿失。大增加，反而得不偿失。热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理v 涡轮增压器的工作方式涡轮增压器的工作方式a.脉冲涡轮增压脉冲涡轮增压从从气气缸缸排排出出的的废废气气沿沿绝绝热热膨膨胀胀线线继继续续

34、膨膨胀胀，将将各各缸缸排排出出的的废废气气直直接接引引入入涡涡轮轮，在在涡涡轮轮喷喷嘴嘴中中形形成成脉脉冲冲气气流流，排排气气管管做做成成有有利利于于使使涡涡轮轮进进口口气气体体压压力力幅幅度度达达到到最最大大，以以充充分分利利用用废废气气的脉冲能量在涡轮中做功。的脉冲能量在涡轮中做功。特点：特点：l 充分利用了废气的脉冲能量在涡轮中做功。充分利用了废气的脉冲能量在涡轮中做功。l 供给涡轮的能量变化大，涡轮效率较低，当供给涡轮的能量变化大，涡轮效率较低，当k 2.5时时,定定压压的的效效率率高高于于脉脉冲冲的的效效率率，此此时时常常采采用用定压涡轮增压方式。定压涡轮增压方式。热力发动机原理热力

35、发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理v 无中冷脉冲涡轮增压内燃机理想循环无中冷脉冲涡轮增压内燃机理想循环无中冷脉冲涡轮增压内燃机的理想循环无中冷脉冲涡轮增压内燃机的理想循环a-a 压气机中的绝热压缩过程压气机中的绝热压缩过程a-c 气缸中的绝热压缩过程气缸中的绝热压缩过程c-y 气缸中的定容加热过程气缸中的定容加热过程y-z 气缸中的定压加热过程气缸中的定压加热过程z-b 气缸中的绝热膨胀过程气缸中的绝热膨胀过程b-g 涡轮中的绝热膨胀过程涡轮中的绝热膨胀过程g-a 涡轮中的定压放热过程涡轮中的定压放热过程热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基

36、本原理v 带中冷脉冲涡轮增压内燃机理想循环带中冷脉冲涡轮增压内燃机理想循环带中冷脉冲涡轮增压内燃机的理想循环带中冷脉冲涡轮增压内燃机的理想循环为为了了加加大大进进气气量量，提提高高进进气气密密度度，通通常常对对增增压压器器后后的的进进缸缸空空气气进进行行冷冷却却。其其工工作作循循环环只只是是比比无无中中冷冷的的多多了了一一个个等等压压条条件件下下向向冷冷却却器器放放热热过过程程k-a。热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理v 无中冷定压涡轮增压内燃机的理想循环无中冷定压涡轮增压内燃机的理想循环定压涡轮增压内燃机的理想循环定压涡轮增压内燃机的理想循环a-a 压

37、气机中的绝热压缩过程压气机中的绝热压缩过程a-c 气缸中的绝热压缩过程气缸中的绝热压缩过程c-y 气缸中的定容加热过程气缸中的定容加热过程y-z 气缸中的定压加热过程气缸中的定压加热过程z-b 气缸中的绝热膨胀过程气缸中的绝热膨胀过程b-a 排气管中的定容放热过程排气管中的定容放热过程a-f 排气管中的定压加热过程排气管中的定压加热过程f-g 涡轮中的绝热膨胀过程涡轮中的绝热膨胀过程g-a 涡轮中的定压放热过程涡轮中的定压放热过程热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理v 带中冷定压涡轮增压内燃机理想循环带中冷定压涡轮增压内燃机理想循环带中冷脉冲涡轮增压内燃机

38、的理想循环带中冷脉冲涡轮增压内燃机的理想循环热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理二、柴油机实际循环二、柴油机实际循环内内燃燃机机实实际际循循环环有有着着许许多多不不可可避避免免的的损损失失，它它的的热热效效率率和和循环功循环功比理论循环的要小。比理论循环的要小。四冲程内燃机实际循环的四冲程内燃机实际循环的p-V示功图示功图（a）无气喷射柴油机）无气喷射柴油机 （b）汽油机）汽油机 （c）空气喷射柴油机）空气喷射柴油机热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理v 实际循环与理论循环的区别实际循环与理论循环的区别1.工质不同工质

39、不同ta.工质成分变化工质成分变化t理理想想循循环环的的工工质质是是理理想想气气体体，它它的的物物理理及及化化学学性性质质在在整整个个循环中是不变的。循环中是不变的。实实际际循循环环中中，燃燃烧烧前前的的工工质质是是新新鲜鲜空空气气与与上上循循环环的的残残留留废废气气的的混混合合物物，燃燃烧烧过过程程中中和和燃燃烧烧后后，工工质质成成分分为为燃燃烧烧产产物物，不仅成分发生变化，物质的量也发生了改变。不仅成分发生变化，物质的量也发生了改变。热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理b.工质高温分解工质高温分解t在在1300k温温度度以以上上，燃燃烧烧产产物物会会发

40、发生生高高温温分分解解的的现现象象，分分解吸收热量，解吸收热量，这会降低最高燃烧温度，使循环热效率下降。这会降低最高燃烧温度，使循环热效率下降。热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理c.工质比热变化工质比热变化t理理想想循循环环工工质质的的比比热热是是不不随随温温度度变变化化的的，实实际际工工质质的的比比热热随温度上升而上升。随温度上升而上升。理理想想气气体体是是双双原原子子气气体体（O2，N2，空空气气等等），比比热热比比实实际际的多原子燃气（的多原子燃气（CO2，H2O，SO2等）的比热小。等）的比热小。如如加加热热量量相相同同，实实际际循循环环能能达达

41、到到的的最最高高温温度度较较理理想想循循环环的的为低，循环热效率小些，循环所作功减少了。为低，循环热效率小些，循环所作功减少了。热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理d.工质分子数发生变化工质分子数发生变化t燃燃料料燃燃烧烧后后气气体体的的千千摩摩尔尔值值会会增增大大，当当工工质质V、T相相同同时时，p会增大，这有利于循环作功。会增大，这有利于循环作功。以以上上四四种种变变化化，以以c工工质质比比热热变变化化的的影影响响最最大大，其其他他影影响响较小。较小。热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理2.换气损失换气损失t理理想

42、想循循环环是是闭闭式式循循环环，无无工工质质更更换换，无无流流动动损损失。失。在在实实际际循循环环中中，每每个个循循环的工质必须更换。环的工质必须更换。图图中中b1b1d1b1和和d1rtatd1面积为换气损失。面积为换气损失。非增压柴油机理论循环和实际循环非增压柴油机理论循环和实际循环p-V图的比较图的比较热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理3.涡流与节流损失涡流与节流损失t活活塞塞的的高高速速运运动动使使工工质质在在缸缸内内产产生生涡涡流流，对对分分开开式式燃燃烧烧室室，工工质质流流入入流流出出副副燃燃烧烧室室时时，会会在在通通道道中中产产生生节节流流

43、损损失，使循环热效率下降。失，使循环热效率下降。热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理4.传热损失传热损失t理理想想循循环环时时假假设设工工质质与与气气缸缸盖盖、活活塞塞顶顶、气气缸缸壁壁、进进、排气门等受热零件无热交换。排气门等受热零件无热交换。实实际际循循环环中中，必必须须对对这这些些受受热热部部件件进进行行冷冷却却，才才能能保保证证内内燃燃机机的的正正常常运运行行，部部分分热热量量从从冷冷却却系系统统中中传传出出，使使循循环热效率和循环比功率都有所下降。环热效率和循环比功率都有所下降。热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基

44、本原理5.燃烧不及时，后燃及不完全燃烧损失燃烧不及时，后燃及不完全燃烧损失ta.燃烧不及时燃烧不及时t理理想想循循环环假假定定定定容容加加热热是是瞬瞬间间完完成成的的，而而定定压压加加热热是是在在zz阶阶段段内完成的。内完成的。实实际际循循环环时时，燃燃烧烧需需要一定时间。要一定时间。非增压柴油机理论循环和实际循环非增压柴油机理论循环和实际循环p-V图的比较图的比较热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理压压缩缩消消耗耗功功增增加加：由由于于喷喷油油常常提提前前，使使着着火火在在上上止止点点以以前前开开始始，增增加加了了压压缩缩负功负功ctc1ctct。最最高

45、高燃燃烧烧压压力力pz下下降降：由由于于燃燃烧烧速速度度有有限限、传传热热损损失失及及在在燃燃烧烧过过程程中中活活塞塞离离开开上上止止点点的的运运动动，使使压压力力增长增长ctz1”pi,非非。对对特特定定的的发发动动机机，因因受受热热负负荷荷与与机机械械负负荷荷的的限限制制，用用提提高高pk来来提提高高pi也有一个限度。也有一个限度。热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理2.过量空气系数过量空气系数当每循环供油量不变时，当每循环供油量不变时，pkA/Fa.在在2以以前前，随随着着的的增增大大，混混合合气气中中的的氧氧气气成成分分增增加加，可促进燃烧的改善，

46、可促进燃烧的改善，pi值也随着值也随着值的提高而有所提高。值的提高而有所提高。b.当当2.62时时，随随着着的的提提高高，混混合合气气逐逐渐渐变变得得比比较较稀稀薄，薄，pi的增加就变得很缓慢。的增加就变得很缓慢。c.到到2.6后，后，燃烧速度燃烧速度后燃后燃ipi热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理3.换气质量换气质量v内内燃燃机机的的换换气气质质量量愈愈好好v残残余余废废气气愈愈少少，气气缸缸中中新新鲜鲜充充量量填填充充愈愈充充足足燃燃烧烧速速度度热热利利用用系系数数zi pi。热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理

47、4.油气混合的完善程度油气混合的完善程度柴柴油油机机燃燃油油空空气气混混合合完完善善程程度度愈愈高高，完完全全燃燃烧烧所所需需的的 pi。但。但值也不能太小，太小使气缸热负荷值也不能太小，太小使气缸热负荷，ge。5.燃烧完善的程度燃烧完善的程度i燃燃烧烧完完善善燃燃烧烧速速度度放放热热持持续续期期等等容容度度热热利利用用系数系数zipi。热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理v 指示功率指示功率Ni每每单单位位时时间间内内作作用用于于活活塞塞上上的的指指示示功功称称为为内内燃燃机机的的指指示示功率功率Ni，即：，即：从从上上式式可可见见，加加大大pi、Vs、

48、n、i，减减小小Z，皆皆可可达达到到提提高高内燃机指示功率内燃机指示功率Ni的目的。的目的。热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理v 指示效率指示效率i指指示示效效率率是是评评价价内内燃燃机机工工作作循循环环的的一一个个经经济济性性参参数数，也也是是衡衡量量气气缸缸内内燃燃料料燃燃烧烧应应释释放放出出的的热热能能有有效效转转化化为为指指示示功功的程度的一个尺度。根据指示效率的定义，可得：的程度的一个尺度。根据指示效率的定义，可得：热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理v 指示油耗率指示油耗率gi指示油耗率是指内燃机每小时发

49、出指示油耗率是指内燃机每小时发出1kW指示功率时所消耗指示功率时所消耗的燃油量，即：的燃油量，即：或者或者由上式可以清楚看出由上式可以清楚看出gi与与i反比，反比，i越高，越高，gi越少，反之亦越少，反之亦然。然。热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理v 机械损失功率机械损失功率Nm在在内内燃燃机机工工作作过过程程中中，经经曲曲轴轴输输出出的的有有效效功功率率Ne总总小小于于活活塞所获得的指示功率塞所获得的指示功率Ni，其差值为机械损失功率，其差值为机械损失功率Nm，即：，即：而有效功率与指示功率之比即定义为机械效率而有效功率与指示功率之比即定义为机械效率m

50、，即：，即：热力发动机原理热力发动机原理第一章第一章 柴油机的基本原理柴油机的基本原理v机械损失功率的组成机械损失功率的组成以柴油机为例，机械损失功率主要由下面几部分组成：以柴油机为例，机械损失功率主要由下面几部分组成：NmNmfNpNkNauNmf：摩擦损失功率；：摩擦损失功率；Np：泵气损失功率，泵气损失功率，pkpr为正，为正，pkpr为负；为负；Nk：机械增压压气机或扫气泵消耗的功率；机械增压压气机或扫气泵消耗的功率；Nau：辅辅助助机机械械损损失失功功率率（包包含含：燃燃油油泵泵、机机油油泵泵、水水泵泵、发电机等）。发电机等）。对对应应于于机机械械损损失失功功率率Nm引引入入平平均均