發(fā)動機性能介紹

1、會計學1發(fā)動機性能介紹發(fā)動機性能介紹 汽車發(fā)動機原理以發(fā)動機性能為主要研究對象，把合理組織工作過程，提高整機性能作為主要內(nèi)容，通過分析各工作過程中影響性能指標的諸多因素，從中找到提高汽車發(fā)動機性能指標的一般規(guī)律。 本課程的任務是研究汽車發(fā)動機的工作過程及整機性能，掌握發(fā)動機實際工作過程的分析方法及性能指標與各工作過程的內(nèi)在聯(lián)系；了解影響整機性能的基本途徑。五大系統(tǒng)五大系統(tǒng)l進排氣系統(tǒng)進排氣系統(tǒng)l燃料供給系統(tǒng)燃料供給系統(tǒng)l潤滑系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)l冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)l起動系統(tǒng)起動系統(tǒng)l點火系統(tǒng)（汽油機點火系統(tǒng)（汽油機）骨架l機體l氣缸套l曲軸箱l氣缸蓋l油底殼 第第1 1章章 發(fā)動機的性能發(fā)動機的性能1.

2、1 緒論 1.2 發(fā)動機理論循環(huán) 1.3 四行程發(fā)動機的實際循環(huán)1.4 實際循環(huán)的評定指示指標1.6 熱平衡1.5 機械損失（1 1）動力性指標功率、轉矩、轉速；）動力性指標功率、轉矩、轉速；（2 2）經(jīng)濟性指標燃料與潤滑油消耗率；）經(jīng)濟性指標燃料與潤滑油消耗率；（3 3）強化指標升功率、活塞功率和強化系數(shù)；）強化指標升功率、活塞功率和強化系數(shù)；（4 4）運轉性能指標冷起動性能、噪聲和排氣品質(zhì)；）運轉性能指標冷起動性能、噪聲和排氣品質(zhì)；（5 5）耐久可靠性指標大修或更換零件之間的最長）耐久可靠性指標大修或更換零件之間的最長運行時間與無故障長期工作能力。運行時間與無故障長期工作能力。 經(jīng)濟性、動

3、力性、可靠耐久性、使用維修性、排放噪聲性以及加工工藝性等各個方面 。1、使用的燃料：1）汽油機：用火花塞點燃，往復活塞式。=8-12。2）柴油機：柴油和空氣混合氣通過壓燃自行著火的往復活塞式。3）天然氣發(fā)動機NG4）液化石油氣發(fā)動機LPG5）酒精發(fā)動機6）雙燃料多燃料發(fā)動機2、點火方式：壓燃式、點燃式 3、工作循環(huán)：二沖程、四沖程4、活塞運動方式：往復式、旋轉式5、冷卻方式：冷卻液、風冷6、氣缸數(shù)量：單缸機、多缸機7、進氣形式：非增壓（自然吸氣式）、增壓8、混合氣的形成：化油器式、缸內(nèi)直噴、進氣道噴射、 分層給氣式9、燃燒室形式：開式燃燒室、分隔式燃燒室10、氣門形式與數(shù)量：二氣門、多氣門；頂

4、置氣門、側置氣門1.單缸機主要特點：體積小重量輕，結構簡單，零部件少，應用于小型設備的動力。圖為一臺二沖程風冷發(fā)動機，升功率高于四沖程機，存在掃氣損失，采用混合燃油，存在燒機油，且HC排放高，油耗高。二、典型內(nèi)燃機結構2.多缸機 主要特點：轉矩輸出均勻，平衡好，體積較大，應用于車輛。分為直列和V性排列方式， 常用3、4、6、V6、V8、V12缸等。排放與油耗好于二沖程機。圖中所示為一臺四沖程水冷直列三缸機發(fā)動機，采用化油汽供油，單頂置凸輪軸，通過搖臂驅(qū)動氣門，齒型帶傳動。 圖為直列四缸四沖程水冷發(fā)動機，化油器供油，頂置凸輪軸，齒型帶傳動、中間軸驅(qū)動分電器。Alfa Romeo 1.9 JTD

5、16v 在熱機中，確定工質(zhì)所經(jīng)歷的過程稱為循環(huán)。發(fā)動機的實際熱力循環(huán)是由進氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣等多個過程所組成的，循環(huán)中工質(zhì)存在著質(zhì)和量的變化，整個過程是不可逆的。 要確切地描述發(fā)動機中實際的熱力過程，在目前條件下還非常困難。為了了解發(fā)動機的 熱能利用的完善程度； 能量相互轉換的效率； 尋求提高熱量利用率的途徑。 將發(fā)動機的實際循環(huán)進行若干簡化，提出一種假想循環(huán)，這種假想循環(huán)就稱為“理論循環(huán)”。 1.2 發(fā)動機理論循環(huán)理論循環(huán)的簡化假定： 工質(zhì)是一種理想的完全氣體，在整個循環(huán)中保持物理及化學性質(zhì)不變，其狀態(tài)參數(shù)的變化遵守氣體狀態(tài)方程： 不考慮實際存在的工質(zhì)更換以及漏氣損失，工質(zhì)數(shù)量保持不

6、變，循環(huán)是在定量工質(zhì)下進行的。 把氣缸內(nèi)工質(zhì)的壓縮和膨脹看成是完全理想的絕熱等熵過程，工質(zhì)與外界不進行熱交換，無摩擦、流動損失, 工質(zhì)比熱容為常數(shù)。 用假想的定容或定壓加熱來代替實際的燃燒過程，用定容放熱代替實際排氣帶走的熱量。 基本名詞及定義基本名詞及定義 工作循環(huán)工作循環(huán)：完成一個熱能轉化為機械能的過程。：完成一個熱能轉化為機械能的過程。 止點（死點）止點（死點）：活塞在氣缸中的極限位置。：活塞在氣缸中的極限位置。 上止點：活塞頂部離曲軸中心最遠處。上止點：活塞頂部離曲軸中心最遠處。 下止點：活塞頂部離曲軸中心最近處。下止點：活塞頂部離曲軸中心最近處。 工作行程（工作行程（ ）：上下止點間

7、的距離。：上下止點間的距離。四行程發(fā)動機：活塞經(jīng)四個行程完成一個工作循環(huán)的發(fā)動機四行程發(fā)動機：活塞經(jīng)四個行程完成一個工作循環(huán)的發(fā)動機二行程發(fā)動機：活塞經(jīng)二個行程完成一個工作循環(huán)的發(fā)動機二行程發(fā)動機：活塞經(jīng)二個行程完成一個工作循環(huán)的發(fā)動機 曲柄半徑曲柄半徑 ：曲軸中心與連桿軸徑中心之距：曲軸中心與連桿軸徑中心之距 SRRS2曲軸曲柄連桿活塞排氣門進氣門行程下止點上止點 氣缸余隙容積氣缸余隙容積 （燃燒室容積）：活塞在上止點時，活塞頂部（燃燒室容積）：活塞在上止點時，活塞頂部 以上的容積。以上的容積。 氣缸工作容積氣缸工作容積 （氣缸排量）：活塞從上止點到下止點所走（氣缸排量）：活塞從上止點到下止

8、點所走過的容積。過的容積。 發(fā)動機排量發(fā)動機排量 ：各缸排量之和。：各缸排量之和。 氣缸總容積氣缸總容積 ：活塞在下止點時，活塞頂部以上的容積。：活塞在下止點時，活塞頂部以上的容積。 壓縮比壓縮比 ：氣缸總容積與燃燒室容積之比。：氣缸總容積與燃燒室容積之比。 一般：汽油機一般：汽油機 610 柴油機柴油機 1624 SDVs42iVVsecsVV cVsVeVaVccscaVVVVV圖圖 1-11-1圖圖 1-11-1（b b）為等容循環(huán)（也稱奧托循環(huán)）為等容循環(huán)（也稱奧托循環(huán)）ac ac 為絕熱壓縮；為絕熱壓縮；cz cz 為等容加入熱量為等容加入熱量Q Q1 1; ;zb zb 為絕熱膨脹

9、；為絕熱膨脹；ba ba 為等容釋放熱量為等容釋放熱量Q Q2 2。根據(jù)加熱方式的不同, 理想循環(huán)有三種形式一、 理論循環(huán)三種形式壓縮過程的容積變化用壓縮比：壓縮過程的容積變化用壓縮比： 膨脹過程的容積變化用后膨脹比膨脹過程的容積變化用后膨脹比 ： ascccVVVVVbzVV定容加熱的壓力升高，以壓力升高比：定容加熱的壓力升高，以壓力升高比：zcPP 圖（圖（c c）為等壓循環(huán)（也稱狄賽爾）為等壓循環(huán)（也稱狄賽爾dieseldiesel循環(huán)）循環(huán)） ac ac 為絕熱壓縮；為絕熱壓縮； cz cz 為定壓加入熱量為定壓加入熱量Q1; Q1; zb zb 為絕熱膨脹；為絕熱膨脹； ba ba

10、為等容釋放熱量為等容釋放熱量Q2Q2。 定壓加熱過程的容積變化用預膨脹比定壓加熱過程的容積變化用預膨脹比 表示表示, ,其它同等容循環(huán)。其它同等容循環(huán)。 zcVV 圖（圖（a a）為混合循環(huán)）為混合循環(huán) a a c c 為絕熱壓縮；為絕熱壓縮； c z c z 為定容加入熱量為定容加入熱量QQ1 1; ; y z y z 為定壓加熱量為定壓加熱量QQ1 1; ; z b z b 為絕熱膨脹；為絕熱膨脹； b a b a 為等容釋放熱量為等容釋放熱量Q Q2 2。n 定壓加熱循環(huán)高增壓和低速大型柴油機n混合加熱循環(huán)高速柴油機t1212111QQQQQQWt二、理論循環(huán)評定指標n定義：工質(zhì)所做循環(huán)

11、功W（J）與循環(huán)加熱量Q1（J）之比ascccVVVVV111111KKKtm（1）按工程熱力學公式，混合加熱循環(huán)的熱效率為：bzVVzcPPzcVV反映氣缸容積反映氣缸容積反映供油規(guī)律反映供油規(guī)律壓力升高比，在定容過程中代表了加熱量大?。?11KtV（2）定容加熱循環(huán)（=1）熱效率為 ：1111(1)KtPKK tk當當 不變不變t當當 不變不變t3、循環(huán)熱效率計算式分析（1）混合加熱循環(huán)熱效率111111KKKtm1 1）當當 、 不變不變tk2 2）當當 不變不變tt 壓縮比對上述三種理想循環(huán)的影響是相同的。由壓縮比對上述三種理想循環(huán)的影響是相同的。由熱效率的公熱效率的公式式： , ,提

12、高循環(huán)平均吸熱溫度，降低循環(huán)平均放熱溫度擴大了循提高循環(huán)平均吸熱溫度，降低循環(huán)平均放熱溫度擴大了循環(huán)溫差和膨脹比環(huán)溫差和膨脹比, , t t 。 當壓縮比較小時，熱效率當壓縮比較小時，熱效率隨壓縮比的增加顯著增大；當隨壓縮比的增加顯著增大；當壓縮比較大時，熱效率隨壓縮壓縮比較大時，熱效率隨壓縮比的增加增大較少。比的增加增大較少。太大受到太大受到爆震限制爆震限制由試驗曲線看出由試驗曲線看出: :111111KKKtmtttKtttCttttCtCtstVWptakktmkkpp1111takktvkpp111takktpkkpp) 1(11 pt是隨壓縮始點壓力pa、壓縮比、壓力升高比、初膨脹比

13、、絕熱指數(shù)K和熱效率的增加而增加。a) a) Q Q1 1， 相同：相同：等容加熱速率快，等容加熱速率快， Q Q2p2p Q Q2m2m Q Q2v2v tvtv t tm m tptpb) b) Q Q1 1，p pz z相同：相同： 不同，即不同，即 p p m m v v Q Q2v2v Q Q2m2m Q Q2p2p tptp t tm m tvtvc) c) T Tz z，p pz z相同：相同：工質(zhì)做功能力相同，工質(zhì)做功能力相同， Q Q2p2p= =Q Q2m2m= =Q Q2v2v tptp t tm m tvtv（2）提供了內(nèi)燃機之間進行動力性、經(jīng)濟性比較的理論依據(jù)t 實際

14、循環(huán)有較多的損失，熱效率較低，作功也實際循環(huán)有較多的損失，熱效率較低，作功也較少，具體表現(xiàn)在以下五個方面：較少，具體表現(xiàn)在以下五個方面：1 1）工質(zhì)不同）工質(zhì)不同2 2）氣體流動阻力）氣體流動阻力3 3）傳熱損失）傳熱損失4 4）燃燒不及時、后燃及不完全燃燒損失）燃燒不及時、后燃及不完全燃燒損失5 5）漏氣損失）漏氣損失8、實際循環(huán)存在的問題1 1）工質(zhì)不同）工質(zhì)不同l理想循環(huán)的工質(zhì)，性質(zhì)不變，比熱容不變。l實際循環(huán)的工質(zhì)，燃燒前、燃燒過程中及燃燒后不同。成分和物質(zhì)的量發(fā)生變化；比熱容隨溫度升高而上升；高溫分解使循環(huán)熱效率下降。2 2）氣體流動阻力）氣體流動阻力l理想循環(huán)是閉式循環(huán)，沒有任何流

15、動阻力損失。l實際循環(huán)是開式循環(huán)，有一定的流動阻力損失。3 3）傳熱損失）傳熱損失l理想循環(huán)，無傳熱損失。l在實際循環(huán)，存在傳熱損失。4 4）燃燒不及時、后燃及不完全燃燒損失）燃燒不及時、后燃及不完全燃燒損失l理想循環(huán)，示功圖上方呈方角形，無燃燒損失。l實際循環(huán)，示功圖上方呈圓弧形，存在燃燒不及時損失。l在內(nèi)燃機中，后燃延續(xù)上止點后才能結束。l少量燃油來不及燃燒即隨排氣排出，引起不完全燃燒損失。5 5）漏氣損失）漏氣損失l理想循環(huán)，無漏氣損失。l實際循環(huán)，活塞環(huán)與氣缸壁之間常有微量工質(zhì)漏出，存在漏氣損失。 1.3 四行程發(fā)動機的實際循環(huán)實際循環(huán)：實際循環(huán)：1 1個循環(huán)個循環(huán)4 4個行程個行程5

16、 5個過程：個過程： 進氣進氣- -壓縮壓縮- -燃燒燃燒- -膨脹（做功）膨脹（做功）- -排氣，各過程都存在各排氣，各過程都存在各種損失種損失 示功圖就是把發(fā)動機在示功圖就是把發(fā)動機在1 1個循環(huán)中氣缸工質(zhì)狀態(tài)的個循環(huán)中氣缸工質(zhì)狀態(tài)的變化，表示為變化，表示為壓力與容積的關系圖（壓力與容積的關系圖（p-V p-V 圖）圖）或或壓力壓力與曲軸轉角的關系圖（與曲軸轉角的關系圖（ 圖）圖）。 示功圖包含了示功圖包含了許多反映內(nèi)燃機性能的信息和數(shù)據(jù)許多反映內(nèi)燃機性能的信息和數(shù)據(jù)，是評價分析內(nèi)燃機性能的主要手段。，是評價分析內(nèi)燃機性能的主要手段。 下圖（下圖（a a）是四沖程汽油機的示功圖，指示功是）

17、是四沖程汽油機的示功圖，指示功是 W W1 1是正功，是正功，W W2 2是泵氣功，對非增壓機而言是負功。是泵氣功，對非增壓機而言是負功。 下圖（下圖（b b）是二沖程汽油機（非增壓）的示功圖，）是二沖程汽油機（非增壓）的示功圖，二沖程機沒有單獨的進排氣行程，只有二沖程機沒有單獨的進排氣行程，只有acac壓縮過程、壓縮過程、cdcd燃燒過程、燃燒過程、dada膨脹（作功）過程和膨脹（作功）過程和eabeab掃氣過程。指掃氣過程。指示功示功abcdeaabcdea為正功。為正功。21WWWip發(fā)動機示功圖發(fā)動機示功圖二、四行程發(fā)動機的實際循環(huán)22vpppasasaaTTT進氣道、氣缸進氣道、氣缸

18、壁、進排氣門壁、進排氣門1nacpp11nacTTn壓縮過程的作用：增大工作過程的溫差，獲得最大限度的膨脹比，提高熱功轉換效率，同時也為燃燒過程創(chuàng)造有利的條件。 汽油機燃燒過程：n汽油與空氣形成的可燃混合氣是在上止點前由電火花點火而燃燒（圖c點）；n火焰迅速傳播到整個燃燒室；n工質(zhì)的壓力、溫度劇烈上升，整個燃燒接近于定容加熱 。燃燒的最高爆發(fā)壓力及最高溫度的大致范圍是； pz（MPa） Tz（K）汽油機 3.0-6.5 2200-2800柴油機 4.5-9.0 1800-2200增壓柴油機 9.0-13.0膨脹做功行程=燃燒過程+膨脹過程作用：實現(xiàn)E Q1W的能量轉換過程通過曲柄通過曲柄連桿機

19、構連桿機構 膨脹過程比壓縮過程更為復雜，除有熱交換和漏氣損失外，還有補燃（即一些燃料不能及時燃燒，在膨脹行程中繼續(xù)燃燒）等現(xiàn)象。n發(fā)動機膨脹終了的壓力和溫度的大致范圍是： pb（MPa） Tb （K） 汽油機 0.3-0.6 1200-1500 柴油機 0.2-0.5 1000-1200柴油機柴油機 高，膨脹比大，熱效率高，膨脹終了溫度及壓力高，膨脹比大，熱效率高，膨脹終了溫度及壓力都比汽油機小都比汽油機小兩類指標的比較n指示指標（i） 以工質(zhì)在氣缸內(nèi)對活塞做功為基礎，評定實際循環(huán)質(zhì)量的好壞。評價實際循環(huán)的做功能力和經(jīng)濟性評價實際循環(huán)的做功能力和經(jīng)濟性。n有效指標（e） 以曲軸對外輸出的功率為

20、基礎，代表整機的性能。simiVWp一、實際循環(huán)的做功能力和經(jīng)濟性實際循環(huán)的做功能力和經(jīng)濟性- -指示指標意義：比較不同氣缸的做功能力； 評價Vs的利用程度12030260inVpinVpinWtiWPsmismiiii指示功率：發(fā)動機單位時間所做的指示功指示功率：發(fā)動機單位時間所做的指示功其中，其中， : 1個循環(huán)所需時間（個循環(huán)所需時間（s） n: 發(fā)動機轉速發(fā)動機轉速 r/min; i : 氣缸數(shù)氣缸數(shù) ：沖程數(shù)，四沖程機：沖程數(shù)，四沖程機 =4 二沖程機二沖程機 =2nt260pmi 、Pi是是做功能力評價指標做功能力評價指標動力性指標動力性指標iiiQW310iiPBb6106 .3

21、hbiibi、i是評定發(fā)動機實際循環(huán)經(jīng)濟性的重要指標。 驅(qū)動附屬機構的損失.如驅(qū)動水泵、機油泵、噴油泵、風扇、電動機等。 泵氣損失.進排氣過程所消耗的功 1、動力性指標95501000602nTnTptqtqetqstqsesemeTiVTinVPVWp31014. 3MPa30 kW30inVpPsmeeMPa3 . 17 . 0mepMPa0 . 16 . 0mepMPa2 . 29 . 0mep 發(fā)動機單位氣缸工作容積輸出的有效功。與有效功率Pe 之間的關系是：pme值大，說明單位氣缸工作容積對外輸出的功多，做功能力強 30SnCmS：活塞行程：活塞行程一般汽油機不超過18m/s，柴油機

22、不超過13m/s。smCm/1810smCm/159smCm/1281QWee（1）有效熱效率en有效熱效率e e：有效功與所消耗燃料熱量之比值1000eepBb6106.3hbee單位時間、單位有效功率所消耗的燃料量seLiVPP 定義式定義式;30smeeniVpP npnpPmemeL30稱稱p pmemen n為發(fā)動機強化指標；發(fā)展趨勢：為發(fā)動機強化指標；發(fā)展趨勢： 高功率（強化）、更輕巧、更緊湊型發(fā)動機高功率（強化）、更輕巧、更緊湊型發(fā)動機但但n n的提高受活塞平均速度的限制。的提高受活塞平均速度的限制。（1）升功率PL：eePmmn P PL L m me e p pmemeC C

23、m m 汽油機 30-70 1.1-4.0 8-17 汽車柴油機 18-30 2.5-9.0 6-11 拖拉機柴油機 9-15 5.5-16 9-15（1） 排放指標：指發(fā)動機在Q1W過程中，因燃燒而排出的環(huán)境污染物的限制指標。2）蒸發(fā)物：汽油機燃油系統(tǒng)蒸發(fā)的HC化合物。1）尾氣排放物有害排放物：尾氣排放物、蒸發(fā)物、噪聲。各國法規(guī)限制標準發(fā)展趨勢：各國法規(guī)限制標準發(fā)展趨勢：3）噪聲 噪聲會刺激神經(jīng)，使人心情煩燥、反應遲鈍、甚至產(chǎn)生耳聾、高血壓和神經(jīng)系統(tǒng)疾病。汽車是城市的主要噪聲源之一，發(fā)動機又是汽車的主要噪聲源，故必須給予控制。 mimmimmimeiemppPPppPP111.5 1.5 機

24、械損失機械損失意義：評價發(fā)動機內(nèi)部動力傳遞效率意義：評價發(fā)動機內(nèi)部動力傳遞效率DSDKPmm 選用潤滑油粘度的基本原則是：在保證發(fā)動機正常工作時有可靠潤滑條件的前提下，盡量選用粘度較小的潤滑油，以減少摩擦損失，改善起動性能。 1.6 熱平衡BhQQT1eEPQ3106 . 3)(12ttcGQsSs)(12tctcGBQpkprKR)1 (rTBQQ)(iTLQQQ轉換為轉換為PePe的熱量的熱量2550%2550%冷卻損失冷卻損失1035%1035%廢氣帶走熱廢氣帶走熱量量2550%2550%不完全燃燒損失不完全燃燒損失其它損失其它損失QTLBRSETQQQQQQQ5075%2550%2550%有效利用能源的有效利用能源的必要