《汽车发动机原理张志沛第四内燃机性能指标及实际循环热计算学习教案.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽车发动机原理张志沛第四内燃机性能指标及实际循环热计算学习教案.pptx（57页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、会计学1汽车发动机原理张志沛第四汽车发动机原理张志沛第四 内燃机性能指内燃机性能指标及实际循环标及实际循环(xnhun)热计算热计算第一页，共57页。本章本章(bn zhn)要求：要求：1.掌握内燃机三种理想循环，理解内燃机实际循环与热损掌握内燃机三种理想循环，理解内燃机实际循环与热损失，了解内燃机热平衡；失，了解内燃机热平衡；2.掌握内燃机指示指标与有效指标，理解机械损失及其测掌握内燃机指示指标与有效指标，理解机械损失及其测试方法；试方法；3.熟悉熟悉(shx)内燃机燃烧热化学及基本理论，了解内燃内燃机燃烧热化学及基本理论，了解内燃机实际循环的热近似计算，了解时间循环数值计算的基机实际循环的
2、热近似计算，了解时间循环数值计算的基本微分方程。本微分方程。第1页/共57页第二页，共57页。高高速速柴柴油油机机:混混合合(hnh)加加热热循循环环燃燃烧烧过过程程基基本本上上由由定定容燃烧和定压燃烧容燃烧和定压燃烧1.混合加热混合加热(ji r)循环循环第一节第一节 内燃机理论循环内燃机理论循环(xnhun)(xnhun)概述概述一、理想循环一、理想循环第2页/共57页第三页，共57页。汽油机中混合汽油机中混合气燃烧气燃烧(rnsho)(rnsho)迅速，近似为定迅速，近似为定容加热循环。容加热循环。2定容加热定容加热(ji r)循环循环第3页/共57页第四页，共57页。高增压高增压(zn
3、 y)(zn y)和和低速大型柴油机工作循低速大型柴油机工作循环近似为定压加热循环。环近似为定压加热循环。3定压加热定压加热(ji r)循环循环第4页/共57页第五页，共57页。二、评定二、评定(pngdng)指标指标混合加热混合加热(ji r)循环循环1循环循环(xnhun)热效率热效率2循环平均压力循环平均压力混合加热循环混合加热循环第5页/共57页第六页，共57页。12:12由由上上述述理理论论循循环环(xnhun)(xnhun)的的tt和和t t表表达达式式可可得得出出以以下下结结论论:()增增加加,可可提提高高t,t,但但其其提提高高率率将将随随值值的的不不断断增增大大而而逐逐渐降低
4、。渐降低。()增增大大，由由于于可可增增加加混混合合循循环环(xnhun)(xnhun)中中等等容容部部分分的的加加热量，从而导致热量利用率的提高，因而也可使热量，从而导致热量利用率的提高，因而也可使tt提高。提高。()和和的的增增长长，将将伴伴随随着着最最高高循循环环(xnhun)(xnhun)压压力力z z的的急剧上升。急剧上升。()增增大大，可可提提高高t t，但但由由于于的的增增大大相相当当于于混混合合循循环环(xnhun)(xnhun)中等压部分的加热量增加了，因此中等压部分的加热量增加了，因此tt将随之降低。将随之降低。()绝热指数越大，则绝热指数越大，则tt越高，越高，第6页/共
5、57页第七页，共57页。第二节第二节 内燃机实际内燃机实际(shj)(shj)循环循环与热损失与热损失发动机实际循环发动机实际循环(xnhun)(xnhun)与理论循与理论循环环(xnhun)(xnhun)的比较的比较第7页/共57页第八页，共57页。1.工质的影响：实际循环中，燃烧前后工质成分、数量改变；工质的影响：实际循环中，燃烧前后工质成分、数量改变；2.换气损失：实际循环中，存在进、排气过程中的流动换气损失：实际循环中，存在进、排气过程中的流动(lidng)阻力损阻力损失和有用功损失；失和有用功损失；3.气缸壁的传热损失：工质与周围环境的热量交换；气缸壁的传热损失：工质与周围环境的热量
6、交换；4.燃烧损失：燃烧损失：（1）燃料燃烧速度的有限性）燃料燃烧速度的有限性 a.压缩负功的增加压缩负功的增加;b.最高压力的下降最高压力的下降;c.初始膨胀比减小。初始膨胀比减小。（2）后燃及不完全燃烧）后燃及不完全燃烧（3）在高温下部分燃烧产物分解而吸热，是循环最高温度下降。）在高温下部分燃烧产物分解而吸热，是循环最高温度下降。5.时间损失时间损失6.其他几项损失其他几项损失第8页/共57页第九页，共57页。第三节第三节 热平衡热平衡一一.热量热量(rling)分配情况：分配情况：（1）一部分转化为有用功）一部分转化为有用功；（2）一部分传递给冷却介质：）一部分传递给冷却介质：（3）废气
7、带走的热量）废气带走的热量(rling)；（4）不完全燃烧、辐射热、驱动附件的能量消耗等）不完全燃烧、辐射热、驱动附件的能量消耗等其他热量其他热量(rling)损失损失.QT=Qe+Qs+Qr+Qb+QL 100%=qe+qs+qr+qb+ql第9页/共57页第十页，共57页。二二.发动机热平衡发动机热平衡第10页/共57页第十一页，共57页。第四节第四节 指示指示(zhsh)(zhsh)指标指标示示功功图图：气气缸缸内内工工质质的的压压力力(yl)p随随气气缸缸工工作作容容积积v或曲轴转角或曲轴转角变化的图形称为示功图。变化的图形称为示功图。第11页/共57页第十二页，共57页。1.指示指示
8、(zhsh)功功Wi：气缸内完成一个工作循环所作的有用功。可由：气缸内完成一个工作循环所作的有用功。可由p-v图图中闭合曲线包围的面积求得。中闭合曲线包围的面积求得。Wi=Fi ab/106 (J)2.平均平均(pngjn)指示压力指示压力pi：单位气缸容积一个工作循环所作的指示功。：单位气缸容积一个工作循环所作的指示功。pi=Wi/Vh (MPa)指示功率指示功率(gngl)Pi：发动机单位时间内所作的指示功。：发动机单位时间内所作的指示功。一一.指示功和平均指示压力指示功和平均指示压力二二.指示功率指示功率第12页/共57页第十三页，共57页。1.指示热效率指示热效率i：发动机实际循环指示
9、功与所消耗：发动机实际循环指示功与所消耗(xioho)燃料燃料热量的比值。热量的比值。i=Wi/Q1 2.指示指示(zhsh)燃油消耗率燃油消耗率gi：单位指示：单位指示(zhsh)功的耗油量。功的耗油量。三三.指示指示(zhsh)(zhsh)热效率和指示热效率和指示(zhsh)(zhsh)燃油燃油消耗率消耗率第13页/共57页第十四页，共57页。第五节第五节 有效有效(yuxio)(yuxio)指标指标一一.内燃机动力性指标内燃机动力性指标(zhbio)(zhbio)1.有效功率有效功率Pe：发动机功率输出：发动机功率输出(shch)轴上实际输出轴上实际输出(shch)的净功率。的净功率。P
10、e=Pi -Pm (kW)2.有效转矩有效转矩Me：发动机工作时，由功率输出轴输出的转矩。：发动机工作时，由功率输出轴输出的转矩。3.平均有效压力平均有效压力pe：发动机单位气缸工作容积输出的有效功，反映了：发动机单位气缸工作容积输出的有效功，反映了发动机输出转矩发动机输出转矩Te的大小。的大小。四行程内燃机曲轴旋转一圈，则活塞上、下移动两个活塞行四行程内燃机曲轴旋转一圈，则活塞上、下移动两个活塞行程。所以转速与活塞平均速度的关系为：程。所以转速与活塞平均速度的关系为：4.转速转速n和活塞平均速度和活塞平均速度Cm第14页/共57页第十五页，共57页。二二.内燃机经济性指标内燃机经济性指标(z
11、hbio)(zhbio)1.有效热效率有效热效率e：实际循环：实际循环(xnhun)的有效功与为得到有效功所的有效功与为得到有效功所消耗热量的比值。消耗热量的比值。2.有效有效(yuxio)燃油消耗率燃油消耗率ge：单位有效：单位有效(yuxio)功率的耗油量。功率的耗油量。第15页/共57页第十六页，共57页。三三.内燃机强化内燃机强化(qinghu)(qinghu)程度程度1.1.升功率：发动机每升工作容积所发出的有效升功率：发动机每升工作容积所发出的有效(yuxio)(yuxio)功率称为升功率称为升功率。功率。2.2.比质量：发动机的质量比质量：发动机的质量G G与所发出与所发出(fc
12、h)(fch)的标定功率之比。的标定功率之比。3.3.强化系数强化系数：平均有效压力平均有效压力与活塞平均速度与活塞平均速度的乘积称为强化系的乘积称为强化系数。数。第16页/共57页第十七页，共57页。四四.内燃机其他内燃机其他(qt)(qt)性能评定性能评定1排气品质排气品质 汽车的排放标准汽车的排放标准(biozhn)对氮氧化物对氮氧化物()、碳氢化合物、碳氢化合物()及一氧化碳及一氧化碳()种危害最大的气体的排放量都做出限额规定。种危害最大的气体的排放量都做出限额规定。排气颗粒是指排放物中除水以外的各种液态和固态微粒。排气颗粒是指排放物中除水以外的各种液态和固态微粒。2噪声噪声 汽车是城
13、市中主要的噪声源之一，发动机又是汽车的主要噪声源。汽车是城市中主要的噪声源之一，发动机又是汽车的主要噪声源。3起动性起动性 我国标准我国标准(biozhn)规定，不采用特殊的低温起动措施，汽油机在规定，不采用特殊的低温起动措施，汽油机在-10、柴油机、柴油机在在-5以下的气温条件下起动发动机时，以下的气温条件下起动发动机时，15s以内发动机要能自行运转。以内发动机要能自行运转。第17页/共57页第十八页，共57页。第六节第六节 机械机械(jxi)(jxi)损失损失机械机械(jxi)(jxi)损失分配情况损失分配情况第18页/共57页第十九页，共57页。12:12 由由上上表表可可知知，机机械械
14、损损失失所所消消耗耗的的功功率率占占指指示示功功率率的的1010 -3030，是是不不可可忽忽视视的的功功率率损损失失，降降低低机机械械损损失失，特特别别是是摩摩擦擦损损失失，使使实实际际循循环环(xnhun)(xnhun)发发出出的的指指示示功功尽尽可可能能转转变变成成对外输出的有效功，是提高内燃机性能的一个重要途径。对外输出的有效功，是提高内燃机性能的一个重要途径。第19页/共57页第二十页，共57页。一一.机械效率机械效率(jxi xiol)(jxi xiol)机械效率是有效功率和指示机械效率是有效功率和指示(zhsh)功率的比值。功率的比值。机械效率机械效率(jxi xiol)的大致范
15、围是：的大致范围是：汽油机汽油机 0.70.9柴油机柴油机 0.70.85第20页/共57页第二十一页，共57页。二二.机械损失机械损失(snsh)(snsh)的测的测定定 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，当冷却水和机油温度到达正常值时，立即切断供油当冷却水和机油温度到达正常值时，立即切断供油（柴（柴油机）或停止点火（汽油机），同时将电力测功器转换油机）或停止点火（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，为电动机，以给定转速倒拖内燃机，此过程此过程(guchng)中尽可能维持冷却水和机油温度不变，中尽可能维持冷却水和机油温度不变，这时电力测
16、功器所测得的倒拖功率即为内燃机在该工况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。下的机械损失功率。1.1.倒拖法倒拖法第21页/共57页第二十二页，共57页。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，并调整测功器的阻力矩，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，再测定内燃机的有效功率，由于有一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比第一次测得的小，两者之个气缸不工作，第二次
17、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，然后恢复第一缸的工作，同法，依次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(yc)(yc)使各缸熄火，即可测得对应的有效功率、使各缸熄火，即可测得对应的有效功率、。2.2.灭缸法灭缸法第22页/共57页第二十三页，共57页。各缸的指示各缸的指示(zhsh)(zhsh)功功率为：率为：将上列各式相加得到将上列各式相加得到(d do)整机指示功率为：整机指示功率为：因此，机械因此，机械(jxi)(jxi)损失功损失功率为率为 第23页/共57页第二十四页，共57页。3.3.油耗线法油耗线法 在负荷特性曲线中找出接近直线
18、的线条，并顺此线条作延长线，在负荷特性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，则交点到坐标原点的长度即该机的平均直到与横坐标相交，则交点到坐标原点的长度即该机的平均(pngjn)机械损失压力。机械损失压力。第24页/共57页第二十五页，共57页。4.4.示功图法示功图法 录取被测内燃机一个汽缸的示功图，然后算出 值，同时从测功器上记录该工况的读数值并由此算出 值，二者之差值即为该工况下内燃机的平均(pngjn)机械损失压力。第25页/共57页第二十六页，共57页。三三.影响机械效率影响机械效率(jxi(jxi xiol)xiol)的因素的因素 或 增大，各摩擦副之间的相
19、对速度增加，摩擦损失(snsh)增大，同时曲柄连杆机构的惯性力增大，活塞的侧压力和轴承负荷增大，摩擦损失(snsh)也增大。增大，泵气损失(snsh)、驱动附件消耗的功随之增加，所以机械效率下降。1.1.转速转速n(n(或活塞或活塞(husi)(husi)平均速度平均速度Cm)Cm)第26页/共57页第二十七页，共57页。2.2.负荷负荷(fh)(fh)变化变化当当n不变，负荷不变，负荷(fh),则则Pi,而而Pm基本不变。基本不变。在保证内燃机正常工作时有可靠润滑条件的前提下，尽在保证内燃机正常工作时有可靠润滑条件的前提下，尽量量(jnling)选用粘度较小的机油，以减少摩擦损失，改善起选用
20、粘度较小的机油，以减少摩擦损失，改善起动性能。动性能。冷却液温度冷却液温度直接影响内燃机的热负荷，所以与机油粘度也密直接影响内燃机的热负荷，所以与机油粘度也密切相关，从而也影响到摩擦的大小。切相关，从而也影响到摩擦的大小。3.3.润滑油品质和冷却液温度润滑油品质和冷却液温度第27页/共57页第二十八页，共57页。第七节第七节 燃烧热化学燃烧热化学(huxu)(huxu)一一.燃烧燃烧(rnsho)(rnsho)所必备的所必备的空气量空气量1.1kg1.1kg燃料完全燃料完全(wnqun)(wnqun)燃烧所需的理论空气量燃烧所需的理论空气量设设1 1kgkg燃料中含燃料中含C Cg gC Ck
21、g Hkg Hg gH Hkg Okg Og gO Okgkg所以所以1kg1kg燃料完全燃烧所需的氧气量为：燃料完全燃烧所需的氧气量为：第28页/共57页第二十九页，共57页。12:12几种主要液体燃料的成分几种主要液体燃料的成分(chngfn)(chngfn)、热值及理论空气、热值及理论空气第29页/共57页第三十页，共57页。2.2.过量过量(gu(guling)ling)空气系数空气系数L表示发动机工作过程中每表示发动机工作过程中每1kg燃料燃料(rnlio)实际供给的空实际供给的空气量气量,L0表示表示1kg燃料燃料(rnlio)完全燃烧需要的理论空气量完全燃烧需要的理论空气量 1
22、稀混合气稀混合气11.1的情况的情况(qngkung)(qngkung)柴油机：柴油机：汽油机：汽油机：2.12.1的情况的情况(qngkung)(qngkung)仅在汽油机上出现。仅在汽油机上出现。第31页/共57页第三十二页，共57页。三三.实际实际(shj)(shj)分子变更系分子变更系数数 内燃机工作时，由于汽缸中废气不可能完全排除干净，每次内燃机工作时，由于汽缸中废气不可能完全排除干净，每次吸入新鲜充量时都有上个循环留下来的残余废气，因此研究燃烧吸入新鲜充量时都有上个循环留下来的残余废气，因此研究燃烧(rnsho)前、后工质摩尔数的变化时，应将这种实际情况考虑进前、后工质摩尔数的变化
23、时，应将这种实际情况考虑进去。去。考虑了残余废气后，燃烧考虑了残余废气后，燃烧(rnsho)后的工质摩尔数后的工质摩尔数与与燃烧燃烧(rnsho)前工质摩尔数前工质摩尔数之比称为实际分子变更系数，之比称为实际分子变更系数，以以表示表示:第32页/共57页第三十三页，共57页。第八节第八节 燃烧基本燃烧基本(jbn)(jbn)理论理论一一.连锁反应的机理连锁反应的机理(j l)(j l)及燃烧放热规律及燃烧放热规律1.1.连锁反应连锁反应(linsufnyng)(linsufnyng)的基本概念的基本概念 链锁反应过程包括：链锁反应过程包括：链引发：链引发：反应物分子受到某种因素激发（如受热裂解
24、、受光反应物分子受到某种因素激发（如受热裂解、受光辐射等）分解成自由原子或自由基。辐射等）分解成自由原子或自由基。链传播：链传播：自由原子或自由基与反应物作用，一方面使反应进行，自由原子或自由基与反应物作用，一方面使反应进行，另一方面又生成新的自由原子（基）。另一方面又生成新的自由原子（基）。直链反应直链反应一个活化中心与反应物作用产生一一个活化中心与反应物作用产生一 个新的活化中心，反应以恒速进行。个新的活化中心，反应以恒速进行。支链反应支链反应一个活化中心引起的反应，同时生成一个活化中心引起的反应，同时生成 两个以上的活化中心，反应速度急剧增长。两个以上的活化中心，反应速度急剧增长。链中断
25、：链中断：自由原子（基）与容器壁面或惰性气体分子碰撞，自由原子（基）与容器壁面或惰性气体分子碰撞，反应能力下降，不再引起反应。反应能力下降，不再引起反应。第33页/共57页第三十四页，共57页。例如例如(lr)：氢的燃烧化学方程：氢的燃烧化学方程：2H2+O22H2O实际过程是：实际过程是：链引发：链引发：H2 2H链传播链传播(链爆炸链爆炸)：H+O2 OH+O O+H2OH+H 2OH+H2 2H2O+2H链中断：链中断：H+H+M H2+M（M是惰性气体分子）是惰性气体分子）H+OH+M H2O+M H+O+M OH+M第34页/共57页第三十五页，共57页。2.2.有效有效(yuxio
26、)(yuxio)反应概念和连锁化学反应的普遍方程反应概念和连锁化学反应的普遍方程式式 所谓有效反应是指能获得(hud)最终产物及活化中心的反应。链锁化学反应的速度与有效链锁化学反应的速度与有效(yuxio)(yuxio)反应中心的生成速度反应中心的生成速度成正比。如果将有效成正比。如果将有效(yuxio)(yuxio)反应中心的生成速度与原始物质反应中心的生成速度与原始物质的分子数的比值称为有效的分子数的比值称为有效(yuxio)(yuxio)反应中心的相对密度反应中心的相对密度，则则:连锁反应速度的普遍方程式为：连锁反应速度的普遍方程式为：第35页/共57页第三十六页，共57页。3.3.内燃
27、机燃烧速度内燃机燃烧速度(sd)(sd)的半经验方程式的半经验方程式燃烧品质指数燃烧品质指数对燃烧百分比对燃烧百分比和燃烧速度和燃烧速度/的影响的影响第36页/共57页第三十七页，共57页。二二.预混合气体中的火焰预混合气体中的火焰(huyn)(huyn)传播传播1.1.火焰核心火焰核心(hxn)(hxn)的形成的形成 预混合气体在外源点火的情况下形成火焰核心的前提条件预混合气体在外源点火的情况下形成火焰核心的前提条件是火花塞附近的混合气必须具备一定的浓度。汽油机预混合气是火花塞附近的混合气必须具备一定的浓度。汽油机预混合气体的着火浓度范围为体的着火浓度范围为 0.5-1.30.5-1.3。在
28、预混合气体中，从火花塞跳火花至火焰核心形成要经历在预混合气体中，从火花塞跳火花至火焰核心形成要经历一段时间。这段时间的长短与火花塞附近预混合气体的压力、一段时间。这段时间的长短与火花塞附近预混合气体的压力、温度、氧的浓度、燃料种类、混合气浓度、气流运动状况、电温度、氧的浓度、燃料种类、混合气浓度、气流运动状况、电火花的性质、电极几何形状和距离等诸多因素火花的性质、电极几何形状和距离等诸多因素(yn s)(yn s)有关。有关。第37页/共57页第三十八页，共57页。2.2.火焰火焰(huyn)(huyn)的传播的传播（1 1）=0.850.95=0.850.95时，火时，火焰传播速度焰传播速度
29、u u最大最大,用此混用此混合合(hnh)(hnh)气时，发动机的气时，发动机的功率达最大，故称功率混功率达最大，故称功率混合合(hnh)(hnh)比。比。（2 2）=1.031.1=1.031.1 时，燃时，燃烧最完全，热效率最高，烧最完全，热效率最高，油耗最低，故称经济混合油耗最低，故称经济混合(hnh)(hnh)比。比。对火焰传播的影响对火焰传播的影响第38页/共57页第三十九页，共57页。三三.燃油喷雾与扩散燃油喷雾与扩散(kusn)(kusn)燃烧燃烧1.1.燃油喷雾与混合燃油喷雾与混合(hnh)(hnh)喷入汽缸中的燃油首先要经历破碎和雾化过程。燃油喷入喷入汽缸中的燃油首先要经历破
30、碎和雾化过程。燃油喷入汽缸后的雾化、吸热、汽化的过程总是伴随着混合气的形成过汽缸后的雾化、吸热、汽化的过程总是伴随着混合气的形成过程，即边雾化、边混合的过程，以逐步形成可燃混合气。柴油程，即边雾化、边混合的过程，以逐步形成可燃混合气。柴油机混合气形成的方式有多种形式，如雾化混合型、油膜混合型、机混合气形成的方式有多种形式，如雾化混合型、油膜混合型、雾化雾化-油膜混合型等。油膜混合型等。不管具体不管具体(jt)(jt)柴油机的混合气形成哪种形式，在一个循柴油机的混合气形成哪种形式，在一个循环的工作过程中混合气的形成都必须经历预混合和扩散混合这环的工作过程中混合气的形成都必须经历预混合和扩散混合这
31、样两个阶段。样两个阶段。预混合燃烧预混合燃烧扩散燃烧扩散燃烧第39页/共57页第四十页，共57页。2.2.扩散燃烧扩散燃烧(rnsho)(rnsho)的特点的特点 扩散燃烧阶段的燃烧情况非常复杂，它既存在预混合燃烧的形扩散燃烧阶段的燃烧情况非常复杂，它既存在预混合燃烧的形式，又存在单油滴的扩散燃烧形式，是一种气、液双相混合的燃烧式，又存在单油滴的扩散燃烧形式，是一种气、液双相混合的燃烧过程。过程。柴油机中的燃烧，不管是预混合气的均相气相燃烧，还是微油柴油机中的燃烧，不管是预混合气的均相气相燃烧，还是微油滴群的油滴扩散燃烧，都仅与局部的油气比例和着火环境有关，而滴群的油滴扩散燃烧，都仅与局部的油
32、气比例和着火环境有关，而与整个燃烧室中油气的宏观比例无关。与整个燃烧室中油气的宏观比例无关。柴油机燃烧过程的另一特点是它容易柴油机燃烧过程的另一特点是它容易(rngy)(rngy)生成炭烟。生成炭烟。第40页/共57页第四十一页，共57页。第九节第九节 实际实际(shj)(shj)循环的近似计算循环的近似计算热计算热计算一一.燃烧热化学燃烧热化学(huxu)(huxu)计算计算根据给定或选定的燃料成分、过量空气系数根据给定或选定的燃料成分、过量空气系数 和残余和残余废气系数废气系数 计算下列各值计算下列各值:1kg1kg燃料所需的理论空气量；燃料所需的理论空气量；新鲜充量的摩尔新鲜充量的摩尔(
33、m r)(m r)数；数；燃烧产物的摩尔燃烧产物的摩尔(m r)(m r)数；数；残余废气的摩尔残余废气的摩尔(m r)(m r)数数；理论分子变更系数理论分子变更系数；实际分子变更系数实际分子变更系数。第41页/共57页第四十二页，共57页。二二.换气过程参数换气过程参数(cnsh)(cnsh)的的确定确定1.1.进气进气(jn q)(jn q)终点压力终点压力papa p p是影响充气效率的主要是影响充气效率的主要(zhyo)(zhyo)因素，对泵气损失也有因素，对泵气损失也有影响。一般情况下，进气终点的汽缸内压力影响。一般情况下，进气终点的汽缸内压力 低于进气系数低于进气系数的压力，其差
34、值取决于吸气过程中的压力降的压力，其差值取决于吸气过程中的压力降。(非增压内燃机非增压内燃机)(增压内燃机增压内燃机)式中式中:环境大气压力；环境大气压力；增压压力。增压压力。第42页/共57页第四十三页，共57页。2.2.残余废气残余废气(fiq)(fiq)系数系数3.3.进气终点进气终点(zhngdin)(zhngdin)温度温度TaTa4.4.充气充气(chn q)(chn q)效率效率vv第43页/共57页第四十四页，共57页。三三.压缩压缩(y su)(y su)过程过程压缩比压缩比是内燃机的一个重要结构参数。是内燃机的一个重要结构参数。汽油机压缩比的选取主要受到燃料和燃烧汽油机压缩
35、比的选取主要受到燃料和燃烧(rnsho)(rnsho)室结构类型、室结构类型、排气污染和不正常燃烧排气污染和不正常燃烧(rnsho)(rnsho)现象等的限制，它的现象等的限制，它的比柴油比柴油机低得多。机低得多。的大致范围是的大致范围是:汽油机汽油机 柴油机柴油机 增压柴油机增压柴油机 第44页/共57页第四十五页，共57页。四四.燃烧燃烧(rnsho)(rnsho)过程计算过程计算柴油机的燃烧柴油机的燃烧(rnsho)(rnsho)方方程式：程式：汽油机的燃烧汽油机的燃烧(rnsho)(rnsho)方程式：方程式：第45页/共57页第四十六页，共57页。五五.膨胀膨胀(png zhng)(
36、png zhng)过程过程膨胀终点的压力膨胀终点的压力(yl)(yl)和和温度：温度：第46页/共57页第四十七页，共57页。六六.平均指示平均指示(zhsh)(zhsh)压力和指示压力和指示(zhsh)(zhsh)热热效率的计算效率的计算平均平均(pngjn)(pngjn)指示压力指示压力pipi：指示指示(zhsh)(zhsh)热效率热效率ii：第47页/共57页第四十八页，共57页。七七.实际循环实际循环(xnhun)(xnhun)热计算举例热计算举例试对试对 柴油机标定工况进行实际柴油机标定工况进行实际(shj)(shj)循环热计算。循环热计算。已知条件为已知条件为:缸径缸径13513
37、5行程行程 140140缸数缸数 12h12h功率功率 .转速转速1500r/min1500r/min压缩比压缩比 16.516.5每缸工作容积每缸工作容积 曲柄半径与连杆长度比曲柄半径与连杆长度比/大气状态大气状态 100kPa100kPa，288K288K燃料平均质量成分燃料平均质量成分0.870.87，0.1260.126，0.0040.004燃料低热值燃料低热值 42500kJ/kg42500kJ/kg燃料燃料燃烧室形式燃烧室形式 形分开式形分开式第48页/共57页第四十九页，共57页。.参数选择参数选择(xunz)(xunz).燃料热化学计算燃料热化学计算.换气过程参数计算换气过程参
38、数计算.压缩过程计算压缩过程计算.燃烧过程计算燃烧过程计算.膨胀过程计算膨胀过程计算.平均指示压力计算平均指示压力计算.指示热效率计算指示热效率计算.指示燃油消耗率计算指示燃油消耗率计算10.10.有效热效率有效热效率 和有效燃油消耗率计算和有效燃油消耗率计算11.11.平均有效压力平均有效压力 和有效功率计算和有效功率计算计算计算(j sun)(j sun)步骤：步骤：第49页/共57页第五十页，共57页。实际循环热计算的数学模型虽不算实际循环热计算的数学模型虽不算(b sun)复复杂，但计算步骤仍较烦琐，手算很费时间。杂，但计算步骤仍较烦琐，手算很费时间。特别是在特别是在经验数据选择不当，
39、需另选数据进行重算时尤显烦琐。经验数据选择不当，需另选数据进行重算时尤显烦琐。如果将热计算的数学模型编成计算机程序，然后上机如果将热计算的数学模型编成计算机程序，然后上机进行计算可大大缩短时间。进行计算可大大缩短时间。八八.热计算热计算(j sun)(j sun)的计算的计算(j sun)(j sun)机程序机程序编制编制第50页/共57页第五十一页，共57页。第十节第十节 实际实际(shj)(shj)循环数值计算循环数值计算一一.数值数值(shz)(shz)计算的数学模型计算的数学模型.单纯燃烧单纯燃烧(rnsho)(rnsho)放放热率计算热率计算.零维燃烧零维燃烧(rnsho)(rnsh
40、o)模模型型.准维燃烧准维燃烧(rnsho)(rnsho)模模型型.多维燃烧多维燃烧(rnsho)(rnsho)模模型型第51页/共57页第五十二页，共57页。.模型假定模型假定在推导缸内工作过程计算在推导缸内工作过程计算(j sun)(j sun)的基本微分方程式时的基本微分方程式时 采用如下采用如下的简化假定的简化假定:()汽缸内工质的状态是均匀的，不考虑缸内各点的压力、温度和汽缸内工质的状态是均匀的，不考虑缸内各点的压力、温度和浓度的差异；浓度的差异；()工质为理想气体，其比热、内能仅与气体温度和成分有关；工质为理想气体，其比热、内能仅与气体温度和成分有关；()气体流入或流出汽缸为准稳定
41、流动；气体流入或流出汽缸为准稳定流动；()进、出口的动能忽略不计。进、出口的动能忽略不计。二二.一种简单的零维模型一种简单的零维模型(mxng)(mxng)数值计算方法数值计算方法第52页/共57页第五十三页，共57页。.基本基本(jbn)(jbn)微分方程组微分方程组四冲程柴油机实际四冲程柴油机实际(shj)(shj)循环数值计算的基本微分方程式：循环数值计算的基本微分方程式：第53页/共57页第五十四页，共57页。.缸内实际缸内实际(shj)(shj)工作过程的计算工作过程的计算)压缩期压缩期)燃烧燃烧(rnsho)(rnsho)期期)膨胀期膨胀期第54页/共57页第五十五页，共57页。.
42、进排气过程进排气过程(guchng)(guchng)的计算的计算 进进排排气气过过程程计计算算的的最最简简单单的的方方法法是是容容积积法法，又又称称充充满满-排排空空法法，实实际际上上是是把把进进排排气气管管系系看看成成是是与与原原有有管管道道容容积积相相当当的的一一个个简简单单容容器器，把把不不稳稳定定的的气气体体流流动动过过程程简简化化为为准准稳稳定定的的流流进进或或流流出出，即即充充满满和和排排空空，把把一一些些存存在在压压力力降降的的元元件件(如如空空气气滤滤清清器器、消消声声器器、增增压压器器、涡涡轮轮等等)简简化化为为节节流流元元件件。这这样样，对对于于简简化化后后的的简简单单容容
43、积积系系统统，可可以以分分别别列列出出质质量量守守恒恒方方程程(fngchng)(fngchng)、能能量量守守恒恒方方程程(fngchng)(fngchng)以以及及气气体体状状态态方方程程(fngchng)(fngchng)，其其形形式式与与求求解解缸缸内内参参数数的的微微分分方方程程(fngchng)(fngchng)式式相相似似，从从而而可可以以求求解解出出进进排气系统内气体的质量、压力、温度等热力学参数。排气系统内气体的质量、压力、温度等热力学参数。第55页/共57页第五十六页，共57页。.内燃机性能内燃机性能(xngnng)(xngnng)的计算的计算 在在机机械械效效率率(jxi(jxi xiol)xiol)或或平平均均机机械械损损失失压压力力确确定定之之后后，可可以以根根据据本本章章第第五五节节的的有有关关公公式式，计计算算出出内内燃燃机机有有效效效效率率、有有效效热热效效率率、燃燃油油消消耗耗率率、平平均均有有效效压压力力等等有有效效性性能能参参数。数。第56页/共57页第五十七页，共57页。