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1、第一章发动机循环与性能本讲稿第一页，共三十二页配套教材：汽车发动机原理 陈培陵 编 人民交通出版社本讲稿第二页，共三十二页第一章第一章.发动机的性能发动机的性能第二章第二章.发动机的换气过程发动机的换气过程第三章第三章.发动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增压第四章第四章.燃料与燃烧化学燃料与燃烧化学第五章第五章.柴油机混合气的形成与燃烧柴油机混合气的形成与燃烧第六章第六章.汽油机混合其的形成与燃烧汽油机混合其的形成与燃烧第七章第七章.发动机的特性发动机的特性第八章第八章.发动机排放与噪声发动机排放与噪声第九章第九章.车用发动机的发展车用发动机的发展 趋势趋势目目 录录本讲稿第三页，共三十二页 概
2、概 论论内燃机内燃机:将燃料在机器将燃料在机器 内部燃烧内部燃烧,使化学能使化学能 转变为热能转变为热能,再转变再转变 为机械能的为机械能的 一种动一种动 力机械装置力机械装置.本讲稿第四页，共三十二页本讲稿第五页，共三十二页本讲稿第六页，共三十二页本讲稿第七页，共三十二页本讲稿第八页，共三十二页本讲稿第九页，共三十二页第一章 发动机的性能第一节 发动机理论循环对内燃机的实际过程的假设：对内燃机的实际过程的假设：n1)空气作为工质，并视其为理想气体，工质比热容为常数。空气作为工质，并视其为理想气体，工质比热容为常数。n2)循环是在定量工质下进行的。循环是在定量工质下进行的。n3)压缩和膨胀过程
3、视为绝热过程。压缩和膨胀过程视为绝热过程。n4)分别用定容或定压加热与放热过程来代替实际的燃烧与排气过程。分别用定容或定压加热与放热过程来代替实际的燃烧与排气过程。本讲稿第十页，共三十二页三种基本循环pVOzcbaQ1Q2等容加热循环等容加热循环pVOzcbaQ1Q2等压加热循环等压加热循环pVOzcbaQvQ2混合加热循环混合加热循环Q1-QvZ本讲稿第十一页，共三十二页循环名称循环热效率循环特点对应的实际过程等容加热循环热效率仅与 压缩比有关点燃式发动机 (Otto循环)等压加热循环负荷的增加使热效率下降 燃气轮机(Brayton 循环)混合加热循环 介于两者之间 柴油机 (Diesel
4、循环)n为等熵指数，为等熵指数，nc=Va/Vc为压缩比，为压缩比，p=pz/pc为压力升高比，为压力升高比，0=Vz/Vc为初始膨胀比。为初始膨胀比。指示热效率指示热效率t发动机循环功与所循环量之比发动机循环功与所循环量之比 本讲稿第十二页，共三十二页1、压缩比=Va/Vc气缸总容积与气缸压缩容积之比。其中Va=Vs+Vc2、绝热指数K 双原子气体K=1.4，多原子气体K=1.33、压力升高比 =Pz/Pc=Pz/Pc4 4、预胀比、预胀比 =Vz/Vz=Vz/Vz本讲稿第十三页，共三十二页循环平均压力Pt Pt=W/Vs物力含义：单位气缸容积一个循环所做的功第二节 四行程发动机的实际循环n
5、实际循环与理论循环相比，存在许多不可逆损失。实际循环与理论循环相比，存在许多不可逆损失。一、工质不同带来的影响一、工质不同带来的影响实际循环中，工质的成分及数量不断发生着变化，实际循环中，工质的成分及数量不断发生着变化，三原子气体比热容比两原子气体大，且随着温度的上升而三原子气体比热容比两原子气体大，且随着温度的上升而增大。增大。在燃烧产物中还存在着高温分解以及复合放热现象。在燃烧产物中还存在着高温分解以及复合放热现象。本讲稿第十四页，共三十二页二、换气损失三、传热损失四、时间损失五、燃烧损失六、涡流和节流损失七、泄漏损失本讲稿第十五页，共三十二页1、进气过程的损失2、压缩过程中的损失3、燃烧
6、过程中的损失4、膨胀过程中的损失本讲稿第十六页，共三十二页实际循环中各部分损失的构成实际循环中各部分损失的构成本讲稿第十七页，共三十二页第三节 发动机的指示性能指标指示性能指标是指以工质对活塞做功为基础的指标。一、平均指示压力：单单位位气气缸缸容容积积一一个个循循环环所所做做的指示功。的指示功。二、指示功率：单位时间内所作的指示功。单位时间内所作的指示功。Wi=PmiVs 本讲稿第十八页，共三十二页三、指示热效率i和指示燃油消耗率bi本讲稿第十九页，共三十二页本讲稿第二十页，共三十二页动力性能指标动力性能指标:有效功率、扭矩、平均有效压力、转速、活塞平均速度经济性能指标经济性能指标:有效效率、
7、有效燃油消耗率、润滑油消耗率运转性能指标运转性能指标:冷起动性能、噪声、排气品质耐久可靠性指标耐久可靠性指标:大修或更换零件之间的最长运行时间、无 故障长期工作能力发动机强化指标发动机强化指标：升功率、比质量、强化系数燃料的燃料的化学能化学能工质的工质的内能内能工质的工质的机械能机械能有效功有效功燃烧燃烧热力循环热力循环曲柄连杆机构曲柄连杆机构指示性能指标指示性能指标机械效率机械效率第四节 发动机的有效性能指标本讲稿第二十一页，共三十二页一、发动机动力性能1、有效功率Pe 从指示功率到有效功率发生在发动机内部的不可避免的损失：摩擦损失、驱动附件损失、泵气损失。Pe=Pi Pm2、有效扭矩Ttq
8、 本讲稿第二十二页，共三十二页3、平均有效压力Pme Ttq pme4、转速和活塞平均速度 Cm=Sn/30本讲稿第二十三页，共三十二页二、发动机经济性能1、有效热效率e=We/Q12、有效燃油消耗率be=B/Pe1000三、发动机强化指标1、升功率：比质量：me=m/Pe2、强化系数PmeCm本讲稿第二十四页，共三十二页第五节 机械损失与机械效率机械损失的组成机械损失的组成1.活塞与活塞环的摩擦损失活塞与活塞环的摩擦损失n是整个摩擦损失的主要部分。由于它的滑动面大、相对速度高、润滑不充分等原因造成的。n这种摩擦与活塞的长度、活塞间隙、活塞环的数 目、环的张力 等结构因素有关。n在构造相同的情
9、况下，随气缸内压力、活塞速度、润滑油粘度的升高而增加。本讲稿第二十五页，共三十二页2.轴承与气门机构的摩擦损失轴承与气门机构的摩擦损失n 随着轴承直径的增大和转速的提高，这部分损失将增加，对气缸中压力的变化不敏感。n 在气门驱动机构上的损耗，所占比例是很微小的。3.驱动附属机构的功率消耗驱动附属机构的功率消耗n附属机构，是指为保证发动机工作所必不可少的部件总成，如：冷却水泵、风扇、机油泵、喷油泵、调速器、电器设备等4.流体摩擦损失流体摩擦损失 连杆、曲轴等零件在曲轴箱内高速运动时，为克服油雾、空气阻力及曲轴箱通风等所消耗的功。5.驱动扫气泵及增压器的损失驱动扫气泵及增压器的损失 在二冲程或机械
10、增压发动机中，还要加上对进气进行压缩而带来的损失。本讲稿第二十六页，共三十二页2468100.200.160.120.080.040Vm/(ms-1)Pmm/MPa泵气损失活塞与活塞环的摩擦损失气门机构损失附属机构驱动损失连杆轴承摩擦损失凸轮轴摩擦损失非增压发动机机械损失各组成部分的分配情况本讲稿第二十七页，共三十二页一、机械效率mm=Pe/Pi=1-Pm/Pi二、机械损失的测定1.示功图法示功图法 制取示功图，算出Pi；测功器和转速计测出有效功率Pe，算出m及pm。最大的误差取决于p图或pV图上止点位置的确定。各个气缸存在着一定的不均匀性也会引起误差。本讲稿第二十八页，共三十二页2.倒拖法倒
11、拖法 w发动机与电力测功器相连，当发动机冷却水、机油温度到正常值时，切断发动机供油，将电力测功器转换为电动机，以给定转速倒拖发动机，倒拖功率即为发动机在该工况下的机械损失功率。3.灭缸法灭缸法 仅适用于多缸机。w内燃机调整到给定工况稳定工作，测出其有效功率Pe，w油门位置不变，停止向某一气缸供油或点火，w将转速恢复到原来的数值，并重新测定其有效功率Pe。则被熄灭的气缸原来所发出的指示功率(Pi)x为(Pi)x=(PePe)x 依次将各缸灭火，最后可以从各缸指示功率的总和求得整台发动机的指示功率PiPi=(PePe)x 然后可以求出Pm和m。本讲稿第二十九页，共三十二页4.油耗线法油耗线法 BH
12、uit=3.6103(Pe+Pm)假设it和机械损失功率Pm不随负荷而变化，当柴油机空转时有 B0Huit=3.6103Pm 机械效率可近似地用下式估算本讲稿第三十页，共三十二页三、影响机械损失的因素1、气缸直径及行程2、摩擦损失3、转速4、负荷5、润滑油品质和冷却水温度第六节第六节 热平衡热平衡 热量分配情况。1、实际工质的影响 补图1-182、换气损失3、燃烧损失4、传热损失QL=QT-（QE+QS+QR+QB）其他热量=燃油-（有效功+冷却+废气+不完全燃烧）本讲稿第三十一页，共三十二页思考题：简述发动机的实际工作循环过程。发动机的实际循环与理论循环有何不同？发动机的指示指标与有效指标的差别？测定发动机的机械效率有那些方法？每种方法的局限性是什么？燃料燃烧所产生的热量都到哪里去了？本讲稿第三十二页，共三十二页