第一章----發(fā)動(dòng)機(jī)的性能PPT課件

1、1 發(fā)發(fā) 動(dòng)動(dòng) 機(jī)機(jī) 原原 理理 徐陽(yáng)徐陽(yáng) 副教授副教授 武漢理工大學(xué)汽車(chē)工程學(xué)院武漢理工大學(xué)汽車(chē)工程學(xué)院 2 v緒論緒論 v第一章 發(fā)動(dòng)機(jī)的性能 v第二章 發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程 v第三章 燃料與燃燒 v第四章 汽油機(jī)混合氣的形成和燃燒 v第五章 柴油機(jī)混合氣的形成和燃燒 v第六章 發(fā)動(dòng)機(jī)的特性 v第八章 排氣污染與控制 3 緒論 v一、發(fā)動(dòng)機(jī)的分類(lèi) 1、按所用燃料分 v汽油機(jī)、柴油機(jī)、天然氣（CNG、LNG）、液 化石油氣（LPG）、酒精（甲醇、乙醇）、氫等 2、按缸內(nèi)著火方式分 v壓燃式（柴）、點(diǎn)燃式（汽） 3、按沖程數(shù)分 v四沖程、二沖程 4、按活塞運(yùn)動(dòng)方式分 v往復(fù)活塞式、旋轉(zhuǎn)活塞式 4

2、5、按氣缸冷卻方式分 v液體冷卻（水冷）、空氣冷卻（風(fēng)冷） 6、按氣缸數(shù)目分 v單缸、多缸（2、3、4、5、6、8） 7、按轉(zhuǎn)速分 v低速（n300rpm）、中速（ 300rpm n 1000rpm）、高速（ 1000rpm n） 8、按增壓程度分 v增壓比b：空氣經(jīng)過(guò)一個(gè)專(zhuān)用的壓氣機(jī)（增壓器） 壓縮后的壓力Pk與壓縮前的壓力P0之比。 v非增壓（自然吸氣式）、低增壓（b1.8）、 中增壓（ 1.8 b2.5）、高增壓（ 2.5 b 3.6）、超高增壓（3.6 b） 5 9、按氣缸排列方式分 v立式、臥式、直列式、V型、W型 v對(duì)置氣缸或?qū)χ没钊?vH型、王字型、X型、星型 10、按混合氣形

3、成方式分 v進(jìn)氣管或進(jìn)氣道噴射（0.20.35MPa）、缸內(nèi)直 接噴射（3.012MPa）、分層充量、化油器式 11、按燃燒室設(shè)計(jì)分 v開(kāi)式燃燒室（浴盆形、楔形、半球形、碗形、 形 v分隔式燃燒室（渦流室、預(yù)燃室） 6 12、按進(jìn)、排氣門(mén)凸輪軸設(shè)計(jì)和布置 分 v二氣門(mén)、三氣門(mén)、四氣門(mén)（多氣門(mén)） v頂置（上置）或側(cè)置（下置）氣門(mén) v頂置或側(cè)置凸輪軸 13、按用途分 v農(nóng)用、船用、汽車(chē)用、工程機(jī)械用、 拖拉機(jī)用、發(fā)電用、內(nèi)燃機(jī)車(chē)用 7 v三、發(fā)動(dòng)機(jī)總體構(gòu)造 v1、汽油機(jī) 兩大機(jī)構(gòu)：曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu) 五大系：燃料供給系、點(diǎn)火系、冷卻系、潤(rùn) 滑系、起動(dòng)系 2、柴油機(jī) v兩大機(jī)構(gòu)：曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配

4、氣機(jī)構(gòu) v四大系：燃料供給系、冷卻系、潤(rùn)滑系、 起動(dòng)系 8 第一章 發(fā)動(dòng)機(jī)的性能 v性能：動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠耐久性、排放、 振動(dòng)、噪聲、使用維修性、加工工藝性等 v以性能為研究對(duì)象，深入到工作過(guò)程的各個(gè) 階段，分析影響這些性能的各種因素，從中 找出提高性能的一般規(guī)律 9 本章主要內(nèi)容 v發(fā)動(dòng)機(jī)的理論循環(huán)和實(shí)際循環(huán) v評(píng)定發(fā)動(dòng)機(jī)性能的參數(shù) v發(fā)動(dòng)機(jī)的熱平衡 10 第一節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)理論循環(huán) 定義：發(fā)動(dòng)機(jī)的理論循環(huán)是將非常復(fù)雜的實(shí)際 工作過(guò)程加以抽象簡(jiǎn)化，忽略一些因素， 所得出的簡(jiǎn)化循環(huán)。 意義：通過(guò)對(duì)理論循環(huán)的研究，可以清楚地確 定影響性能的某些重要因素，從而找到提 高發(fā)動(dòng)機(jī)性能的基本途徑 11

5、v一、三種基本循環(huán) 最簡(jiǎn)單的理論循環(huán)空氣標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)，其簡(jiǎn) 化條件為： vl）假設(shè)工質(zhì)是理想氣體，其物理常數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)狀 態(tài)下的空氣物理常數(shù)相同 v2）假設(shè)工質(zhì)是在閉口系統(tǒng)中作封閉循環(huán) v3）假設(shè)工質(zhì)的壓縮及膨脹是絕熱等熵過(guò)程 v4）假設(shè)燃燒是外界無(wú)數(shù)數(shù)個(gè)高溫?zé)嵩炊ㄈ莼蚨?壓向工質(zhì)加熱。工質(zhì)放熱為定容放熱 12 根據(jù)加熱方式不同，發(fā)動(dòng)機(jī)有三種基本空氣 標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)： v定容加熱循環(huán)（汽油機(jī)，混合氣燃燒迅速） v定壓加熱循環(huán)（高增壓和低速大型柴油機(jī)，受燃 燒最高壓力的限制 ） v混合加熱循環(huán) （高速柴油機(jī) ） 13 評(píng)定理論循環(huán)的指標(biāo)： v循環(huán)熱效率t 定義：工質(zhì)所做循環(huán)功W（J）與循環(huán)加熱量Q1（J） 之

6、比 意義：評(píng)定循環(huán)經(jīng)濟(jì)性 v循環(huán)平均壓力pt 定義：?jiǎn)挝粴飧兹莘e所做的循環(huán)功， 用來(lái)評(píng)定循環(huán)的 做功能力 意義：評(píng)定循環(huán)動(dòng)力性（做功能力） 14 v二、循環(huán)熱效率t 按工程熱力學(xué)公式，混合加熱循環(huán)熱效率為 v一壓縮比，=VaVc=(Vs+Vc)Vc=1+Vs/Vc，其中， Va為氣缸總?cè)莘e，Vc為氣缸壓縮容積，Vs為氣缸工作容積； （汽油機(jī)7-10，柴油機(jī)14-22，增壓柴油機(jī)12-15） v一壓力升高比，=pz/pc； v一預(yù)膨脹比， =Vz/Vz=/； v后膨脹比，=Vb/Vz； v K一絕熱指數(shù) 1 2 1 21 1 1 Q Q Q QQ Q W t 11 1 1 1 1 K K Ktm

7、 15 定容加熱循環(huán)（=1）熱效率為 定壓加熱循環(huán)（=1）熱效率為 1 1 1 K tV ) 1( 1 1 1 1 K K KtP 11 1 1 1 1 K K Ktm 16 影響t的因素 vl. 壓縮比 提高，可以提高循環(huán)平均吸熱溫度，降低循環(huán)平均放 熱溫度，擴(kuò)大循環(huán)溫差，增大膨脹比 ，三種循環(huán)的 t都提高。圖1-3表示定容加熱循環(huán)熱效率隨壓縮比 變化的情況。 17 v2. 絕熱指數(shù)K：隨K值增大， t將提高。 v3. 壓力升高比 ：定壓加熱循環(huán)=1，定容加 熱循環(huán)不影響t，混合加熱循環(huán)隨 增大t 將提高。 v4. 預(yù)膨脹比：定容加熱循環(huán)=1，定壓加熱 循環(huán)和混合加熱循環(huán)隨增大t將下降。 1

8、8 三種循環(huán)熱效率的比較 v循環(huán)總加熱量相同時(shí) 定容加熱循環(huán)熱效率混合加熱循環(huán)熱效 率定壓加熱循環(huán)熱效率 v最高壓力相同時(shí) 定壓加熱循環(huán)熱效率混合加熱循環(huán)熱效 率定容加熱循環(huán)熱效率 19 v三、循環(huán)平均壓力pt pt（kPa）是單位氣缸容積所做的循環(huán)功， 用來(lái)評(píng)定循環(huán)的做功能力 按工程熱力學(xué)公式，混合加熱循環(huán)的平均壓 力 s t V W p t a K tm K K p p )1() 1( 11 20 定容加熱循環(huán)（=1）的平均壓力為 定壓加熱循環(huán)（=1）的平均壓力為 可見(jiàn)，pt是隨壓縮始點(diǎn)壓力pa、壓縮比、 壓力升高比、預(yù)膨脹比、絕熱指數(shù)K和 熱效率t的增加而增加。 t a K tV K p

9、 p )1( 11 t a K tP K K p p )1( 11 21 第二節(jié) 四行程發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán) v實(shí)際循環(huán)通常用氣缸內(nèi)的工質(zhì)壓力p隨氣 缸工作容積V（或曲軸轉(zhuǎn)角）而變化的 圖形表示，即示功圖pV圖，p圖稱(chēng) 為展開(kāi)示功圖。pV圖上曲線(xiàn)所包圍的 面積（積分）表示工質(zhì)完成一個(gè)實(shí)際循 環(huán)所做的有用功。 v發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)是由進(jìn)氣、壓縮、燃燒、 膨脹和排氣五個(gè)過(guò)程所組成 。 22 23 24 過(guò)程示功圖 過(guò)程描述作用 終點(diǎn)壓力P(MPa) （ P0=0.1015MPa） 終點(diǎn)溫度T(K) 進(jìn)氣 r-a線(xiàn) 活塞下行， 進(jìn)開(kāi)排關(guān) 吸入新鮮混合氣 汽：0.0750.08 柴：0.080.09 汽：37

10、0400 柴：300340 壓縮 a-c線(xiàn) 活塞上行， 進(jìn)關(guān)排關(guān) 增大工作過(guò)程溫 差，提高熱功轉(zhuǎn) 換效率，為燃燒 創(chuàng)造條件 汽：0.62.0 柴：3.05.0 汽：600750 柴：7501000 燃燒 c-z線(xiàn) 上死點(diǎn)附 近，進(jìn)關(guān) 排關(guān) 化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊?能，工質(zhì)的壓力、 溫度升高 汽：3.06.5 柴：4.59.0 汽：22002800 柴：18002200 膨脹 z-b線(xiàn) 活塞下行， 進(jìn)關(guān)排關(guān) 活塞主動(dòng)對(duì)外做 功，熱能轉(zhuǎn)變?yōu)?機(jī)械能，工質(zhì)的 壓力、溫度下降 汽：0.30.6 柴：0.20.5 汽：12001500 柴：10001200 排氣b-r線(xiàn) 活塞上行， 進(jìn)關(guān)排開(kāi) 排出廢氣 汽：0.

11、1050.115 柴：0.1050.115 汽：9001200 柴：700900 25 柴油機(jī)因壓縮比高，燃燒的最高爆發(fā)壓力pZ 很高，但因相對(duì)于燃油的空氣量大，所以最 高燃燒溫度TZ值反而比汽油機(jī)低。所以各個(gè) 過(guò)程的溫度均比汽油機(jī)低，唯獨(dú)壓縮過(guò)程終 點(diǎn)時(shí)高于汽油機(jī)； 壓縮比高，所以柴油機(jī)膨脹比也大，轉(zhuǎn)化為 有用功的熱量多，熱效率高，所以膨脹終了 的溫度和壓力均比汽油機(jī)小。而其他過(guò)程的 壓力均高于汽油機(jī)。 26 二、實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)比較 通過(guò)上述實(shí)際循環(huán)的五個(gè)過(guò)程分析， 可以看出發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán)與理想循環(huán)有 很大差別。研究實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)的差 異，就可找出熱量損失所在。分析差異的 原因，可

12、探求提高熱量有效利用的途徑。 27 其差別由以下幾項(xiàng)損失引起。 1換氣損失（Wr） 換氣損失：為更換工質(zhì)，而消耗的功，圖中的Wr所示。其 中因工質(zhì)流動(dòng)需要克服進(jìn)、排氣系統(tǒng)阻力所消耗的功稱(chēng)為泵氣 損失，即圖中曲線(xiàn)rabr包圍的面積。和因排氣門(mén)在下 止點(diǎn)前提前開(kāi)啟而形成的損失稱(chēng)為提前排氣損失，圖中面積W 所示。 28 2燃燒損失（W z+不完燃燒損失+高溫?zé)岱纸鈸p失） （1）實(shí)際循環(huán)中燃料燃燒需要一定時(shí)間，因此點(diǎn)火或 噴油必須上止點(diǎn)之前，并且燃燒還延續(xù)到膨脹行程初期， 由此產(chǎn)生的損失分別稱(chēng)為非瞬時(shí)燃燒損失和補(bǔ)燃損失，如 圖中W z所示。 （2）實(shí)際循環(huán)中 會(huì)有部分燃料由于 缺氧產(chǎn)生不完全燃 燒損失

13、。 （3）在高溫下部 分燃燒產(chǎn)物熱分解 引起的損失，即 2CO2熱2CO+O2 2H2O熱2H2+O2 29 3實(shí)際工質(zhì)影響引起損失（Wk） 理論循環(huán)中假定工質(zhì)的比熱為定值，而實(shí)際氣體的 比熱是隨溫度的上升而增大的。并且在整個(gè)工作循環(huán)中 存在泄漏，使工質(zhì)的數(shù)量減少。因此，使實(shí)際循環(huán)的指 示熱效率it和指示功率pi要比理想循環(huán)小，其損失功為Wk 。 30 4.傳熱、流動(dòng)損失（Wb） 在實(shí)際循環(huán)中，工質(zhì)與燃燒室壁、氣缸壁面之間， 始終存在著熱交換，其壓縮與膨脹過(guò)程不是絕熱的，由 此而產(chǎn)生的損失稱(chēng)傳熱損失，如圖中Wb所示。 31 由上述討論可知，理想循環(huán) 是把發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際工作過(guò)程簡(jiǎn)化 成工質(zhì)的基本熱

14、力過(guò)程組成的循 環(huán)，是最簡(jiǎn)單的空氣標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)。 而實(shí)際 循環(huán)由于存在著各種損失， 其中最重要的是傳熱損失和燃燒 損失，因此實(shí)際循環(huán)的指示功比 理想循環(huán)的指示功要小。實(shí)際循 環(huán)的熱效率也小于理想循環(huán)的熱 效率。 32 第三節(jié) 實(shí)際循環(huán)的評(píng)定指示指標(biāo) v指示指標(biāo)用來(lái)評(píng)定實(shí)際循環(huán)質(zhì)量的好壞， 以工質(zhì)在氣缸內(nèi)對(duì)活塞做功為基礎(chǔ)。 v循環(huán)的動(dòng)力性（做功能力） 平均指示壓力pmi 指示功率Pi v循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性 指示熱效率i 指示燃料消耗率bi 33 v一、平均指示壓力pmi 平均指示壓力pmi（MPa）是發(fā)動(dòng)機(jī)單位氣 缸工作容積的指示功 pmi是衡量實(shí)際循環(huán)動(dòng)力性能的一個(gè)重要指 標(biāo) s i mi V W p

15、3 2 10 4 S D pVpW mismii pmi（MPa） 汽油機(jī)0.8-1.5 柴油機(jī)0.7-1.1 34 以一個(gè)假想的、大 小不變的壓力作用 在活塞上，使活塞 移動(dòng)一個(gè)行程，其 所做的功等于循環(huán) 功，則此假想的壓 力即為平均指示壓 力 pmi 35 v二、指示功率Pi 發(fā)動(dòng)機(jī)單位時(shí)間所做的指示功。 30 2 60 inVp i n WP sim ii 36 v三、指示熱效率i和指示燃料消耗率bi 指示熱效率i是實(shí)際循環(huán)指示功與所消耗的 燃料熱量之比值 。 指示燃料消耗率bi （簡(jiǎn)稱(chēng)指示比油耗）是指 單位指示功的耗油量，通常以每千瓦小時(shí)的 耗油量表示。 g（kWh） 1 Q Wi i

16、 3 10 i i P B b 37 i 、 bi的大致范圍 i big（kWh ） 汽油機(jī) 0.3-0.4 205-320 柴油機(jī) 0.4-0.5 170-205 38 第四節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性的 評(píng)定 有效指標(biāo) v發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性指標(biāo)是以曲軸對(duì) 外輸出的功率為基礎(chǔ)，代表了發(fā)動(dòng)機(jī)整 機(jī)的性能，通常稱(chēng)它們?yōu)橛行е笜?biāo)。 39 兩類(lèi)指標(biāo)的比較 v指示指標(biāo)（i） 以工質(zhì)在氣缸內(nèi)對(duì)活塞做功為基礎(chǔ)，評(píng)定實(shí) 際循環(huán)質(zhì)量的好壞。 v有效指標(biāo)（e） 以曲軸對(duì)外輸出的功率為基礎(chǔ)，代表整機(jī)的 性能。 40 v一、發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能 1. 有效功率Pe vPe=Pi-Pm v機(jī)械損失功率Pm 1)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)

17、零件的摩擦損失。比例最大 2)驅(qū)動(dòng)附屬機(jī)構(gòu)的損失 3)泵氣損失，指進(jìn)排氣過(guò)程所消耗的功 v發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率Pe由試驗(yàn)測(cè)得 2. 有效轉(zhuǎn)矩Ttq v發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，由功率輸出軸輸出的轉(zhuǎn)矩稱(chēng)為有 效轉(zhuǎn)矩Ttq 3 101047. 0 9550100060 2 nT nTnT TP tq tqtq tqe 41 3. 平均有效壓力pme v平均有效壓力pme（MPa）是發(fā)動(dòng)機(jī)單位氣缸工 作容積輸出的有效功 vpme值大，說(shuō)明單位氣缸工作容積對(duì)外輸出的功 多，做功能力強(qiáng)。它是評(píng)定發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性的重要 指標(biāo) niV P p s e me 30 pmi（MPa）pme （MPa） 汽油機(jī)0.8-1.50.7-1

18、.3 柴油機(jī)0.7-1.10.6-1.0 42 4. 轉(zhuǎn)速n和活塞平均速度Cm v提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，即增加單位時(shí)間的做功次數(shù)， 從而使發(fā)動(dòng)機(jī)體積小、重量輕和功率大 vCm大，則活塞組的熱負(fù)荷和曲柄連桿機(jī)構(gòu)的慣 性力均增大，磨損增大，壽命下降，Cm已成為 表征發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化程度的參數(shù)。一般汽油機(jī)不超過(guò) 18m/s，柴油機(jī)不超過(guò)13m/s v為了提高轉(zhuǎn)速又不使Cm過(guò)大，由上式知，可以 減小行程S，即對(duì)于高速發(fā)動(dòng)機(jī)，在結(jié)構(gòu)上采用 較小的行程缸徑比（S/D）值。當(dāng)S/D1時(shí)，常 稱(chēng)為短行程 30 Sn Cm 43 v二、發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性能 1. 有效熱效率e ve是發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功We（J）與所消耗燃料熱 量Q1

19、之比值 2. 有效燃料消耗率be vbeg/（kWh）是單位有效功的耗油量（簡(jiǎn)稱(chēng) 耗油率），通常以每千瓦小時(shí)的耗油量表示 1 Q We e 1000 e e P B b 44 t 、i 、 e 、 bi 、be的大致范圍 ti e bi g/(k Wh ) be g/(k Wh) 汽油機(jī) 0.54-0.58 0.3-0.4 0.25-0.3 205-320 270-325 柴油機(jī) 0.64-0.67 0.4-0.5 0.3-0.45 170-205 190-285 45 v三、發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化指標(biāo) 1. 升功率PL和比質(zhì)量me v升功率PL（kWL）是發(fā)動(dòng)機(jī)每升工作容積所發(fā)出 的有效功率。它用來(lái)衡量

20、發(fā)動(dòng)機(jī)容積利用的程度。 v比質(zhì)量me（kgkW）是發(fā)動(dòng)機(jī)的干質(zhì)量m與所給出的 標(biāo)定功率之比。它表征質(zhì)量利用程度和結(jié)構(gòu)緊湊性。 2. 強(qiáng)化系數(shù)pmeCm v其值愈大，發(fā)動(dòng)機(jī)的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷愈高。 3030 np iV inVp iV P P me s sme s e L 46 升功率PL、比質(zhì)量me和強(qiáng)化系數(shù)pmeCm的大致范圍 PL （kWL） me （kgkW） pmeCm （MPam s ） 汽油機(jī) 30-70 1.1-4.0 8-17 汽車(chē)柴油機(jī) 18-30 2.5-9.0 6-11 47 第五節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)境指標(biāo) v一、排放（歐洲排放體系） v表示歐盟委員會(huì)建議；表示歐盟議會(huì)建議。

21、標(biāo)準(zhǔn)名稱(chēng) 生效時(shí)間 CO /g.km-1 HC /g.km-1 NOX /g.km-1 NOX+HC /g.km-1 測(cè)試規(guī)范 歐洲1 1992.07 2.72 0.97 ECE+EUDC 歐洲2 1996.01 2.20 0.50 歐洲3 2000.01 2.30 0.20 0.15 修改 試驗(yàn)規(guī)范 2000.01 2.30 0.12 0.15 歐洲4 2005.01 2.30 0.10 0.08 2005.01 2.30 0.10 0.08 48 v第一部分（ECE），試驗(yàn)時(shí)需運(yùn)行4個(gè)循環(huán)，總時(shí)間為13min。每循環(huán)持 續(xù)時(shí)間為195s，總里程為4.052km，每循環(huán)里程為1.013km，

22、平均車(chē)速 為18.7kmh（不包括怠速時(shí)為27.01kmh）最高車(chē)速為 50kmh，怠 速時(shí)間占31。 v第二部分為附加的市區(qū)行駛工況（EUDC），總時(shí)間為1220s，試驗(yàn)里程 為11.007km，平均速度為32.5kmh（不包括怠速時(shí)為42.6kmh）， 最高車(chē)速為120kh，怠速時(shí)間占26.2。取樣開(kāi)始時(shí)刻為試驗(yàn)開(kāi)始40s 后。歐3（2000年）改為啟動(dòng)后即取樣。 49 v二、噪聲 按產(chǎn)生機(jī)理分：流體噪聲、機(jī)械噪聲、電磁 噪聲、燃燒噪聲 危害：刺激神經(jīng)，使人心情煩躁、反應(yīng)遲鈍 交通運(yùn)輸噪聲是現(xiàn)代城市的主要噪聲源，約 占城市噪聲的75%，而其中發(fā)動(dòng)機(jī)又是汽車(chē) 的主要噪聲源。包含流體噪聲、機(jī)械

23、噪聲和 燃燒噪聲。 50 第六節(jié) 機(jī)械損失 v機(jī)械損失所消耗的功率占指示功率的 10%-30%。降低機(jī)械損失，特別是摩擦 損失，使實(shí)際循環(huán)得到的功盡可能轉(zhuǎn)變 成對(duì)外輸出的有效功，是提高發(fā)動(dòng)機(jī)性 能重要的一個(gè)方面。 51 機(jī)械損失分配情況 機(jī)械損失名稱(chēng) 占Pm的百分比（%） 占Pi的百分比（%） 摩擦損失 其中 活塞及活塞環(huán) 連桿、曲軸軸承 配氣機(jī)構(gòu) 62-75 45-60 15-20 2-3 8-20 驅(qū)動(dòng)各種附件損失 其中 水泵 風(fēng)扇 機(jī)油泵 電器設(shè)備 10-20 2-3 6-8 1-2 1-2 1-5 帶動(dòng)機(jī)械增壓器損失 6-10 泵氣損失 10-20 2-4 總功率損失 10010-30

24、 52 v一、機(jī)械效率m 機(jī)械效率m是有效功率和指示功率的比 機(jī)械效率m的大致范圍是： v汽油機(jī) 0.7-0.9 v柴油機(jī) 0.7-0.85 mi mm i m mi me i e m p p P P p p P P 11 53 v二二、機(jī)械損失的測(cè)定 1.倒拖法 v特點(diǎn)：必須使用平衡式電力測(cè)功器，而且由于缸 內(nèi)壓力、溫度與實(shí)際不符，測(cè)量結(jié)果往往偏大 v我國(guó)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，應(yīng)優(yōu)先采用此 法測(cè)量機(jī)械損失功率 2. 滅缸法 v特點(diǎn)：僅適用于多缸發(fā)動(dòng)機(jī)，不能用于廢氣渦輪 增壓發(fā)動(dòng)機(jī)及單缸機(jī)。對(duì)于柴油機(jī)，測(cè)量較準(zhǔn)； 但對(duì)汽油機(jī)，由于停缸會(huì)使進(jìn)氣情況改變，往往 得不到正確結(jié)果。 vPm=(i-

25、1)Pe-(Pe(1)+Pe(2)+) 54 3. 油耗線(xiàn)法（又稱(chēng)負(fù)荷特性法） v特點(diǎn)：適用于柴油機(jī)，但不適用于汽油機(jī) v負(fù)荷特性：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變，其經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)隨負(fù) 荷而變化的關(guān)系 v負(fù)荷：節(jié)氣門(mén)開(kāi)度，汽油機(jī)中對(duì)應(yīng)混合氣的數(shù)量， 柴油機(jī)中對(duì)應(yīng)供油量 v方法：在負(fù)荷特性曲線(xiàn)中找出接近直線(xiàn)的線(xiàn)段， 并順此線(xiàn)段作延長(zhǎng)線(xiàn)，直至與橫坐標(biāo)相交，則交 點(diǎn)到坐標(biāo)原點(diǎn)的長(zhǎng)度即為該機(jī)的平均機(jī)械損失壓 力pmm的數(shù)值 55 56 v三、影響機(jī)械損失的因素 1. 氣缸直徑及行程 v根據(jù)試驗(yàn)，機(jī)械損失功率與缸徑、行程的大致關(guān) 系為 v發(fā)動(dòng)機(jī)工作容積增加，即加大缸徑或行程時(shí)，機(jī) 械效率提高。 v當(dāng)氣缸工作容積一定，而行程

26、、缸徑比（SD） 減小時(shí)，機(jī)械效率提高。 D SD KP m m 57 2. 摩擦損失 v（1）活塞組件 產(chǎn)生摩擦的部件：活塞環(huán)、活塞裙部和活塞銷(xiāo) 主要影響因素：活塞環(huán)的結(jié)構(gòu)與組合、活塞裙部的幾 何形狀，缸套的溫度及配合間隙等 采取的措施：減少活塞環(huán)數(shù)目，減薄活塞環(huán)厚度，減 少活塞裙部的接觸面積，在裙部涂固體潤(rùn)滑膜等 v（2）曲軸組件 產(chǎn)生摩擦的部件：軸頸與軸承、密封裝置 主要影響因素：潤(rùn)滑動(dòng)阻力與軸頸的直徑和寬度的立 方成正比 采取的措施：減少運(yùn)動(dòng)件的慣性質(zhì)量，降低軸承負(fù)荷 并使軸承寬度和軸徑減小 58 （3）配氣機(jī)構(gòu) v產(chǎn)生摩擦的部件：氣門(mén)與氣門(mén)導(dǎo)管、 搖臂與凸輪 v主要影響因素：低轉(zhuǎn)速下

27、，負(fù)荷主要 由彈簧力引起；高轉(zhuǎn)速時(shí)，負(fù)荷主要 由慣性力引起 v采取的措施：減少運(yùn)動(dòng)件的慣性質(zhì)量 59 3. 轉(zhuǎn)速n（或活塞平均速度Cm） v發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升（Cm隨之加大），致使： 1）各摩擦副間相對(duì)速度增加，摩擦損失增加 2）曲柄連桿機(jī)構(gòu)的慣性力加大，活塞側(cè)壓力和軸承負(fù) 荷均增高，摩擦損失增加 3）泵氣損失加大 4）驅(qū)動(dòng)附件消耗的功多 v因此，n上升，機(jī)械損失功率增加，機(jī)械效率m 下降 v提高轉(zhuǎn)速?gòu)?qiáng)化發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能與m的降低相 互矛盾 60 61 62 4. 負(fù)荷 63 5. 潤(rùn)滑油品質(zhì)和冷卻水溫度 v（1）潤(rùn)滑油 潤(rùn)滑油粘度：即稠稀程度，表示了流體分子之間內(nèi)摩 擦力的大小。粘度大，內(nèi)摩擦力

28、大，流動(dòng)性差，使摩 擦損失增加，但承載能力強(qiáng)，易于保持液體潤(rùn)滑狀態(tài) 潤(rùn)滑油粘度主要受油的品種和溫度的影響 粘度比：表示粘度隨溫度的變化程度，即50和100 時(shí)潤(rùn)滑油運(yùn)動(dòng)粘度的比值50/100。粘度比愈大， 粘度隨溫度變化愈大。希望粘度隨溫度變化小，以保 證內(nèi)燃機(jī)在各種熱狀態(tài)下都能工作良好 選用原則；在保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)有可靠潤(rùn)滑條件 的前提下，盡量選用粘度較小的潤(rùn)滑油，以減少摩擦 損失，改善起動(dòng)性能 64 v（2）冷卻水溫度 在發(fā)動(dòng)機(jī)使用過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格保持一 定的油溫和水溫，即限制在一定熱力 狀態(tài)下工作。提高水溫，對(duì)性能有益， 但受水的沸點(diǎn)限制，一般水冷發(fā)動(dòng)機(jī)， 水溫多在8095范圍 50%

29、摻比的乙二醇冷卻液，沸點(diǎn)108 ，冰點(diǎn)-36 。 65 第七節(jié) 熱平衡 v一一、 實(shí)際循環(huán)熱平衡 1、實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)（空氣標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)）的差異 理論循環(huán)（四個(gè)假設(shè)）實(shí)際循環(huán)差異 假設(shè)工質(zhì)是理想氣體，物理 常數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣物 理常數(shù)相同（比熱容是定值 ） 實(shí)際氣體比熱是隨溫度上升而增大 ，因此循環(huán) 的最高溫度降低，存在泄漏使工質(zhì)數(shù)量減少 Wk 假設(shè)工質(zhì)是在閉口系統(tǒng)中作 封閉循環(huán) 為使循環(huán)重復(fù)進(jìn)行，必須更換工質(zhì)，換氣損失 （泵氣損失 +提前排氣損失W） Wr 假設(shè)工質(zhì)的壓縮及膨脹是絕 熱等熵過(guò)程 氣缸壁和工質(zhì)間始終存在著熱交換，使壓縮、 膨脹線(xiàn)均脫離理論循環(huán)的絕熱壓縮、膨脹線(xiàn) Wb 假設(shè)燃燒

30、是外界無(wú)數(shù)數(shù)個(gè)高 溫?zé)嵩炊ㄈ莼蚨▔合蚬べ|(zhì)加 熱。工質(zhì)放熱為定容放熱 （1）燃燒需要一定的時(shí)間，所以噴油或點(diǎn)火在 上止點(diǎn)前，并且燃燒還會(huì)延續(xù)到膨脹行程，由 此形成非瞬時(shí)燃燒損失和補(bǔ)燃損失 （2）部分燃料由于缺氧產(chǎn)生不完全燃燒損失 （3）在高溫下部分燃燒產(chǎn)物分解而吸熱使循環(huán) 的最高溫度下降 Wz 66 67 t 、i 、 e 、 bi 、be的大致范圍 ti e bi g/(k Wh ) be g/(k Wh) 汽油機(jī) 0.54-0.58 0.3-0.4 0.25-0.3 205-320 270-325 柴油機(jī) 0.64-0.67 0.4-0.5 0.3-0.45 170-205 190-285 68 2、汽油機(jī)與柴油機(jī)熱量分配的差異 名 稱(chēng) 汽油機(jī) 柴油機(jī) 理論循環(huán)熱效率t 0.54-0.58 0.64-0.6