第二章發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)

1、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理課件課件 第二章第二章 發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)與評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)與評(píng)價(jià) 指標(biāo)指標(biāo) 目錄 第一節(jié) 四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán) 第二節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)的指示指標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)的指示指標(biāo) 第三節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)的有效指標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)的有效指標(biāo) 第四節(jié) 機(jī)械損失與機(jī)械效率機(jī)械損失與機(jī)械效率 第五節(jié)第五節(jié) 提高發(fā)動(dòng)機(jī)的有效效率的途徑提高發(fā)動(dòng)機(jī)的有效效率的途徑 第一節(jié) 四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán) 一、發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán) 四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán)是由進(jìn)氣、壓縮、燃燒、 膨脹、排氣5個(gè)熱力過(guò)程組成、通常用氣缸內(nèi)的氣體 壓力P隨比容V(或曲軸轉(zhuǎn)角)而變化的圖形（稱為示 功圖）來(lái)表示工質(zhì)在氣缸中的實(shí)際工作情況。

2、四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的p-v與圖和p-圖 1進(jìn)氣過(guò)程 進(jìn)氣過(guò)程是指充量進(jìn)入氣缸的過(guò)程(圖2-1(a)中 rra線)。在進(jìn)氣過(guò)程中，進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟、排氣門(mén) 關(guān)閉，活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動(dòng)。 2壓縮過(guò)程 活塞在氣缸內(nèi)壓縮工質(zhì)的過(guò)程，即為壓縮過(guò)程(圖 2-1(a)的acc線)。壓縮過(guò)程進(jìn)、排氣門(mén)均關(guān)閉，活塞從 下止點(diǎn)向上止點(diǎn)移動(dòng)，缸內(nèi)工質(zhì)受壓后溫度和壓力不 斷上升，壓縮過(guò)程的目的是增大工作過(guò)程的溫差，使 工質(zhì)獲得最大限度的膨脹比，提高循環(huán)熱效率，同時(shí) 為著火燃燒創(chuàng)造有利條件。 3燃燒過(guò)程 在上止點(diǎn)前混合氣著火燃燒(圖2-1(b)中的cz線)。 燃燒越完全，放出的熱量越多，放熱時(shí)越靠近上止點(diǎn)， 則熱效率越高。 4

3、膨脹過(guò)程 膨脹過(guò)程是燃燒后的高溫、高壓氣體在氣缸內(nèi)膨脹， 推動(dòng)活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動(dòng)而做功的過(guò)程。(圖2- 1(a)中的zb線)隨著氣缸容積增大，氣體的壓力、溫度 迅速下降。 5排氣過(guò)程 排氣過(guò)程如圖2-1(a)所示中的bbr曲線。在膨脹過(guò) 程末期，活塞接近下止點(diǎn)(圖2-1(a)中的b時(shí)排氣門(mén)開(kāi) 啟，廢氣高速排出。當(dāng)活塞由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)移動(dòng)時(shí)， 缸內(nèi)廢氣繼續(xù)排出，直到排氣門(mén)關(guān)閉，排氣過(guò)程結(jié)束。 由于排氣系統(tǒng)的阻力,排氣終了時(shí)的壓力高于大氣壓。 二、發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)比較 發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán)存在許多不可避免的損失，使其 不可能達(dá)到理論循環(huán)的熱效率和平均壓力數(shù)值。為 了改善實(shí)際循環(huán)，有必要分

4、析兩種循環(huán)之間的差異 和引起各項(xiàng)損失的原因。 （一）換氣損失（ Wr + W ） （二）燃燒損失（Wz +不完燃燒損失+高 溫?zé)岱纸鈸p失） （三）實(shí)際工質(zhì)影響引起損失（Wk ） （四）傳熱、流動(dòng)損失（Wb ） 發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)與理想循環(huán)的差別 第二節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)的指示指標(biāo) 發(fā)動(dòng)機(jī)的指示指標(biāo)是以工質(zhì)對(duì)活塞作功的基礎(chǔ)上建立 的，用以評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)的好壞。 一、發(fā)動(dòng)機(jī)的示功圖 1指示功 指示功是指氣缸內(nèi)完成一個(gè)工作循環(huán)所得到的有 用功Wi。指示功的大小可以由圖2-5中閉合曲線包 圍的面積baczb求得 指示功可由下式求出： ii abAW （kJ） 式中：Ai 示功圖中指示功面積，mm2 ； a 示功

5、圖縱坐標(biāo)比例尺，kPa/mm； b 示功圖橫坐標(biāo)比例尺，mm3/mm。 2平均指示壓力 指示功反映了發(fā)動(dòng)機(jī)在一個(gè)工作循環(huán)中獲得的有用功數(shù) 量，它除了與循環(huán)中熱功轉(zhuǎn)換的有效程度有關(guān)外，還與 氣缸容積大小有關(guān)。為了比較不同氣缸工作容積的發(fā)動(dòng) 機(jī)循環(huán)的熱功轉(zhuǎn)換有效程度，引入平均指示壓力的概念。 平均指示壓力pmi是指單位氣缸工作容積所作的指示功。 pmi = Wi/vs (kPa) 3指示功率 發(fā)動(dòng)機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)所做的全部的指示功，稱為 發(fā)動(dòng)機(jī)的指示功率，用Pi表示。 一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸數(shù)為i，每缸工作容積為vs，轉(zhuǎn) 速為n(r/min)，平均指示壓力為pmi (kPa)，則每缸、 每循環(huán)工質(zhì)的指示功

6、為： smii VpW 4指示燃油消耗率 單位指示功所消耗的燃油量指示燃油消耗率。 通常以每千瓦小時(shí)指示功的耗油量表示。當(dāng)測(cè)量的發(fā) 動(dòng)機(jī)的指示功率為pi (kW)，每小時(shí)耗油量為B(kg/h)時(shí)， 則指示燃油消耗率 i b 為： i i p B b 1000 (g/kWh) 第三節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)的有效指標(biāo) 發(fā)動(dòng)機(jī)的有效指標(biāo)是以曲軸輸出功率為基礎(chǔ)的指標(biāo)， 用來(lái)評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)的整機(jī)性能和設(shè)計(jì)與制造水平，它比 指示指標(biāo)更有實(shí)用價(jià)值。 一、動(dòng)力性指標(biāo) 1有效功率Pe 2有效轉(zhuǎn)矩Ttq 3平均有效壓力Pme 二、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo) 1有效熱效率2有效燃料消耗率 三、發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化程度 1升功率 升功率 PL 的定義是：在標(biāo)定

7、工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)每升氣 缸工作容積所發(fā)出的有效功率。即發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)定功 率PeB 與總工作容積 ivs 之比。 2比質(zhì)量 比質(zhì)量是發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量與標(biāo)定功率PeB之比，即 3強(qiáng)化系數(shù) 用平均有效壓力與活塞平均速度的乘積即PmeCm表示。 強(qiáng)化系數(shù)越大，則發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化程越高。 四、發(fā)動(dòng)機(jī)其他性能評(píng)定指標(biāo) 發(fā)動(dòng)機(jī)除要求具有良好的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和較高的 強(qiáng)化程度外，還必需具有良好的排氣清凈性、較低 的噪聲度、較小的振動(dòng)和可靠的低溫起動(dòng)性。 （1）排氣品質(zhì) （2）噪聲 （3）起動(dòng)性 第四節(jié) 機(jī)械損失與機(jī)械效率 一、機(jī)械損失功率與機(jī)械效率 發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)產(chǎn)生的指示功率在通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸輸 出之前，要損失掉一部分，因此

8、，實(shí)際輸出的功率，稱 為有效功率。指示功率與有效功率之差稱為機(jī)械損失功 率。機(jī)械損失主要包括如下部分。 （一）摩擦損失 （二）驅(qū)動(dòng)附件的損失 （三）泵氣損失 （四）驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)和掃氣泵的損失 機(jī)械效率 )(1 memm PPP 有效功率與指示功率的比值，即 i e m P P e P i P 有效功率 指示功率 二、機(jī)械效率的測(cè)定 有效功率與指示功率之比稱為機(jī)械效率。比較 精確地測(cè)定機(jī)械損失功率的數(shù)值，尋求降低機(jī)械損 失的途徑，對(duì)研制的發(fā)動(dòng)機(jī)或改進(jìn)已有發(fā)動(dòng)機(jī)都是 十分重要的，而要精確地測(cè)出機(jī)械損失功率卻是比 較困難的。目前常用的測(cè)量方法主要有倒拖法、滅 缸法及油耗線法。 三、影響機(jī)械效率的因素

9、發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)因素、結(jié)構(gòu)因素以及機(jī)內(nèi)外的狀態(tài)條件都對(duì) 機(jī)械效率 值有不同程度的影響?，F(xiàn)就影響較大的因素 分述如下。 m （一）轉(zhuǎn)速(活塞平均速度)的影響 （二）負(fù)荷的影響 （三）潤(rùn)滑條件的影響 第五節(jié) 提高發(fā)動(dòng)機(jī)的有效效率的途徑 一、發(fā)動(dòng)機(jī)的能量平衡 發(fā)動(dòng)機(jī)熱平衡圖 二、發(fā)動(dòng)機(jī)的能量分配與合理利用 發(fā)動(dòng)機(jī)的有效動(dòng)力輸出一般只占燃料總能量的1/3， 另有2/3的能量散失在機(jī)外。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)能量的合 理利用包括兩方面的意思，即進(jìn)一步提高有效效率 和機(jī)外散失能量的再利用。 三、提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能的有效途徑 (1)超膨脹發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán) (2)汽油機(jī)向稀燃和缸內(nèi)直噴的發(fā)展 首先開(kāi)展了均質(zhì)混合氣“稀燃”的研究?！跋?/p>

10、燃”就 是讓汽油機(jī)在更稀空燃比條件下工作，其首要目的是 解決排放問(wèn)題，同時(shí)也改善了經(jīng)濟(jì)性能。 傳統(tǒng)汽油機(jī)經(jīng)濟(jì)性能低于柴油機(jī)的原因，是汽 油機(jī)預(yù)制均勻混合氣的點(diǎn)火、火焰?zhèn)鞑サ娜紵绞剑?易導(dǎo)致“爆燃”，限制了壓縮比的提高；二是預(yù)制均 勻混合氣的方式使空燃比過(guò)濃，負(fù)荷愈低愈濃，造成 部分燃料的不完全燃燒；三是節(jié)氣門(mén)負(fù)荷量調(diào)節(jié)的方 式，加大了進(jìn)氣阻力，泵氣損失增大。 (3)汽、柴油機(jī)的電子控制與可變技術(shù) 米勒循環(huán)和缸內(nèi)直噴技術(shù)之所以能夠?qū)崿F(xiàn)，重要原 因是出于有了電控技術(shù)的緣故。這反過(guò)來(lái)說(shuō)明，電 控技術(shù)的出現(xiàn)，不僅能夠進(jìn)行各種參數(shù)的最佳匹配， 達(dá)到全工況性能的綜合優(yōu)化，而且也使過(guò)去原理上 已證實(shí)，但難

11、于實(shí)現(xiàn)的很多可變技術(shù)成為現(xiàn)實(shí)。 (4)提高有效熱效率的常規(guī)途徑 提高有效熱效率的新途徑反映了當(dāng)前發(fā)動(dòng) 機(jī)開(kāi)發(fā)、研究的新的深度。但并不意味著一些 常規(guī)的措施已不起作用。相反，現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品的設(shè) 計(jì)、開(kāi)發(fā)和使用中，并不都能達(dá)到已有的最佳 水平，還要求在燃燒匹配、性能優(yōu)化、降低機(jī) 械損失諸多環(huán)節(jié)，進(jìn)行更實(shí)際、更深入細(xì)微的 工作，這恰恰是大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)人員最經(jīng)常 從事的工作。 四、發(fā)動(dòng)機(jī)散失能量的再利用 (1)廢氣渦輪增壓 由冷卻介質(zhì)和廢氣帶走的熱量各占燃料總能量的 1/3左右。但是，它們?cè)倮玫目赡苄院头仁遣幌嗤?的。 根據(jù)熱力學(xué)第二定律，能量有品質(zhì)的差別。當(dāng)工質(zhì) 溫度愈接近環(huán)境溫度時(shí)，其所攜帶的熱能的品質(zhì)就愈 差，可利用的百分比就愈低。 (2)復(fù)合式發(fā)動(dòng)機(jī) (3)低散熱發(fā)動(dòng)機(jī) (4)低品位熱量的利用 1.1.柴油機(jī)和汽油