第1章 發(fā)動機性能指標

1、主講人：主講人： 薛薛 晶晶2014. 3內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 車輛工程專業(yè)Principle of Automobile Engine 本課程主要以發(fā)動機的動力性、本課程主要以發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性、排放、噪聲、振動等性能為經(jīng)濟性、排放、噪聲、振動等性能為研究對象，深入到發(fā)動機工作過程的研究對象，深入到發(fā)動機工作過程的各個階段，分析影響性能指標的各種各個階段，分析影響性能指標的各種因素，找出性能指標變化的一般規(guī)律，因素，找出性能指標變化的一般規(guī)律，從而得出提高發(fā)動機性能的具體措施；從而得出提高發(fā)動機性能的具體措施；也為合理有效地選擇和使用發(fā)動機，也為合理有效地選擇和使用發(fā)動機，提供必要的基本理論知

2、識和實驗技能。提供必要的基本理論知識和實驗技能。奔馳奔馳E230E230六缸六缸2.52.5升發(fā)動機升發(fā)動機 發(fā)動機是汽車的動力來源，發(fā)動機的性能直接影響著發(fā)動機是汽車的動力來源，發(fā)動機的性能直接影響著汽車的性能、可靠程度和壽命。汽車的性能、可靠程度和壽命。 The engine is the power source of automobile. Engine performance directly affects the performance, reliability and longevity of cars. 汽油機特點汽油機特點：工作柔和、噪聲低、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、比質(zhì)量輕工作柔和、噪聲

3、低、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、比質(zhì)量輕，在，在轎車和輕型車上廣泛應(yīng)用。近年來由于汽車新技術(shù)的不斷發(fā)展轎車和輕型車上廣泛應(yīng)用。近年來由于汽車新技術(shù)的不斷發(fā)展及其應(yīng)用，汽油機在燃油經(jīng)濟性方面有了較大的改善。及其應(yīng)用，汽油機在燃油經(jīng)濟性方面有了較大的改善。 柴油機特點柴油機特點：載貨汽車的主要動力，其最大優(yōu)點是載貨汽車的主要動力，其最大優(yōu)點是功率大、功率大、熱效率高、經(jīng)濟性好熱效率高、經(jīng)濟性好，一般柴油機的燃油消耗率比汽油機低，一般柴油機的燃油消耗率比汽油機低3040。所以，近年來柴油機汽車發(fā)展迅速，尤其在載貨汽車和。所以，近年來柴油機汽車發(fā)展迅速，尤其在載貨汽車和客車及工程汽車領(lǐng)域，甚至在轎車領(lǐng)域柴油機的發(fā)展也是

4、不可估客車及工程汽車領(lǐng)域，甚至在轎車領(lǐng)域柴油機的發(fā)展也是不可估量的，在汽車工業(yè)發(fā)達國家轎車柴油機化的比例很高。量的，在汽車工業(yè)發(fā)達國家轎車柴油機化的比例很高。 發(fā)動機性能指標：發(fā)動機性能指標： 動力性能指標：功率、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速動力性能指標：功率、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速 經(jīng)濟性能指標：燃料與潤滑油消耗率經(jīng)濟性能指標：燃料與潤滑油消耗率 運轉(zhuǎn)性能指標：冷起動性能、噪聲和排氣品質(zhì)運轉(zhuǎn)性能指標：冷起動性能、噪聲和排氣品質(zhì) 耐久可靠性指標耐久可靠性指標發(fā)動機質(zhì)量評定：發(fā)動機質(zhì)量評定：主要通過以上性能指標進行評定，主要通過以上性能指標進行評定，但在評定時要把各種性能指標有機地結(jié)合起來。但在評定時要把各種性能指標有機地結(jié)

5、合起來。 第第1章章 發(fā)動機的性能指標發(fā)動機的性能指標1.1發(fā)動機的理論循環(huán)發(fā)動機的理論循環(huán) 確切描述發(fā)動機的實際熱力過程是非常困難的，通常確切描述發(fā)動機的實際熱力過程是非常困難的，通常將發(fā)動機實際工作循環(huán)加以抽象和簡化，使其既近似于所將發(fā)動機實際工作循環(huán)加以抽象和簡化，使其既近似于所討論的實際循環(huán)，以便作定量分析，為討論實際循環(huán)提供討論的實際循環(huán)，以便作定量分析，為討論實際循環(huán)提供了理論依據(jù)。這種假想循環(huán)就稱為發(fā)動機了理論依據(jù)。這種假想循環(huán)就稱為發(fā)動機“理論循環(huán)理論循環(huán)”。簡化的假設(shè)條件：簡化的假設(shè)條件：（1）假設(shè)工質(zhì)為理想氣體）假設(shè)工質(zhì)為理想氣體 ，在整個循環(huán)中保持物理及化，在整個循環(huán)中保

6、持物理及化學(xué)性質(zhì)不變，其狀態(tài)參量的變化完全遵守氣體狀態(tài)方程。學(xué)性質(zhì)不變，其狀態(tài)參量的變化完全遵守氣體狀態(tài)方程。（2）氣缸內(nèi)系統(tǒng)為閉口系統(tǒng)，不考慮實際存在的工質(zhì)更）氣缸內(nèi)系統(tǒng)為閉口系統(tǒng)，不考慮實際存在的工質(zhì)更換以及漏氣損失，工質(zhì)數(shù)量保持不變，循環(huán)是在定量工質(zhì)下?lián)Q以及漏氣損失，工質(zhì)數(shù)量保持不變，循環(huán)是在定量工質(zhì)下進行的。進行的。（3）把氣缸內(nèi)工質(zhì)的壓縮和膨脹看成是完全理想的絕熱）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；工質(zhì)比熱容為常數(shù)。等熵過程，工質(zhì)與外界不進行熱交換；工質(zhì)比熱容為常數(shù)。（4）用假想的定容或定壓加熱和定容放熱來代替實際的）用假想的定容或定壓加熱

7、和定容放熱來代替實際的燃燒和換氣過程。燃燒和換氣過程。 根據(jù)對燃燒過程即加熱方式的不同假設(shè)，可以得到三根據(jù)對燃燒過程即加熱方式的不同假設(shè)，可以得到三種基本理論循環(huán)，理論循環(huán)是用循環(huán)熱效率和循環(huán)平均壓種基本理論循環(huán)，理論循環(huán)是用循環(huán)熱效率和循環(huán)平均壓力來衡量的。力來衡量的。 圖圖1-1 1-1 發(fā)動機理論循環(huán)示功圖發(fā)動機理論循環(huán)示功圖a)混合加熱循環(huán);b)定容加熱循環(huán);c)定壓加熱循環(huán)1）混合加熱循環(huán)）混合加熱循環(huán) ，按燃燒過程的特點分成定，按燃燒過程的特點分成定容和定壓兩種加熱過程?；钊上轮裹c向上容和定壓兩種加熱過程?；钊上轮裹c向上止點運動速度較快，簡化為絕熱壓縮過程；止點運動速度較快，簡

8、化為絕熱壓縮過程；燃燒開始階段燃燒速度較快，氣缸容積變化燃燒開始階段燃燒速度較快，氣缸容積變化不大，可簡化為定容加熱過程，后期燃燒較不大，可簡化為定容加熱過程，后期燃燒較慢，壓力變化不大，可簡化為定壓加熱過程；慢，壓力變化不大，可簡化為定壓加熱過程；然后活塞由上止點向下止點運動，燃燒氣體然后活塞由上止點向下止點運動，燃燒氣體膨脹作功，這一過程可簡化為絕熱膨脹過程，膨脹作功，這一過程可簡化為絕熱膨脹過程，放熱過程簡化為定容放熱。所以車用柴油機放熱過程簡化為定容放熱。所以車用柴油機的理論循環(huán)稱為混合加熱循環(huán)。的理論循環(huán)稱為混合加熱循環(huán)。 柴油機的混合加熱循環(huán)由柴油機的混合加熱循環(huán)由5個基本熱力過程

9、組成：個基本熱力過程組成：a-c為為絕熱壓縮絕熱壓縮過程；過程；c- z為為定容加熱定容加熱過程，加熱量為過程，加熱量為 ；z-z為為定壓加熱定壓加熱過程，加熱量為過程，加熱量為 ；z-b為為絕熱膨脹絕熱膨脹過程；過程；b-a為為定容放熱定容放熱過程，放熱量為過程，放熱量為 。1Q1Q2Q1.1.1基本理論循環(huán)基本理論循環(huán) 混合加熱循環(huán)的熱效率：混合加熱循環(huán)的熱效率： ) 1() 1(1111ppkpktmkcapczpppczk式中 壓縮比， 壓力升高比， 預(yù)膨脹比，絕熱指數(shù)，理想氣體絕熱指數(shù)是定值，其值取決于氣體的原子數(shù)，單原子氣體為1.67，雙原子氣體為1.4，三原子氣體為1.3。 混合

10、加熱循環(huán)的平均壓力：混合加熱循環(huán)的平均壓力：單位汽缸工作容單位汽缸工作容積所做的功，是評價理論循環(huán)的做功能力的指積所做的功，是評價理論循環(huán)的做功能力的指標。標。tmppaktmkkpp) 1() 1(11 壓縮初始點的壓力，即進氣終了的壓力。壓縮初始點的壓力，即進氣終了的壓力。 ap2）定容加熱循環(huán)）定容加熱循環(huán) 在實際工作中，由于燃燒前混合在實際工作中，由于燃燒前混合氣形成的質(zhì)量較好，氣形成的質(zhì)量較好，燃燒時間短、速度快燃燒時間短、速度快，燃燒過程燃燒過程接近于接近于對缸內(nèi)氣體進行對缸內(nèi)氣體進行定容加熱定容加熱過過程，其余過程和混合加熱循環(huán)類似，所以汽程，其余過程和混合加熱循環(huán)類似，所以汽油

11、機的理論循環(huán)又稱為定容加熱循環(huán)。油機的理論循環(huán)又稱為定容加熱循環(huán)。 定容加熱循環(huán)實際可看作定容加熱循環(huán)實際可看作。定容加熱循環(huán)由。定容加熱循環(huán)由4個基本熱力過程組成：個基本熱力過程組成：a-c為絕熱壓縮過為絕熱壓縮過程；程；c-z為定容加熱過程，加熱量為為定容加熱過程，加熱量為Q1； z-b為絕熱膨脹過程；為絕熱膨脹過程；b-a為定容放熱過程，放熱量為為定容放熱過程，放熱量為Q2。 將 =1代入混合加熱循環(huán)熱效率和平均壓力計算式，得出定容加熱循環(huán)的熱效率和平均壓力為 111ktVtVpaktVkpp1113）定壓加熱循環(huán)）定壓加熱循環(huán) 工作接近定壓加熱循環(huán)。定工作接近定壓加熱循環(huán)。定壓加熱循環(huán)

12、實際可看作壓加熱循環(huán)實際可看作。定壓加熱循環(huán)由。定壓加熱循環(huán)由4個基本個基本熱力過程組成：熱力過程組成：a-c為絕熱壓縮過程；為絕熱壓縮過程；c-z為為定壓加熱過程，加熱量為定壓加熱過程，加熱量為Q1；z-b為絕熱膨為絕熱膨脹過程；脹過程；b-a為定容放熱過程，放熱量為為定容放熱過程，放熱量為Q2。 taktkkpp 111 1 將將 =1代入混合加熱循環(huán)熱效率和平均壓力計算式，得出代入混合加熱循環(huán)熱效率和平均壓力計算式，得出定壓加熱循環(huán)的熱效率和平均壓力為定壓加熱循環(huán)的熱效率和平均壓力為 ) 1(1111kkktptpaktpkkpp111結(jié)論：結(jié)論：(1)當初始狀態(tài)一致（當初始狀態(tài)一致（P

13、1，T1相同）且加熱量且加熱量Q1及及，定壓加熱循環(huán)的熱效率最低，定壓加熱循環(huán)的熱效率最低，混合加熱循環(huán)介于兩者之間。混合加熱循環(huán)介于兩者之間。tv tmtp (2)當最高燃燒壓力當最高燃燒壓力Pz和加熱量和加熱量Q1相同但相同但，定容加熱循環(huán)的熱效率最低，混合加，定容加熱循環(huán)的熱效率最低，混合加熱循環(huán)仍介于兩者之間。熱循環(huán)仍介于兩者之間。tp tmtv圖圖2-5 三種理論循環(huán)的比較三種理論循環(huán)的比較1.1.2理論循環(huán)的影響因素理論循環(huán)的影響因素1）壓縮比）壓縮比 ttp隨著壓縮比隨著壓縮比 的提高，三種循環(huán)的熱效率的提高，三種循環(huán)的熱效率 和平均壓力和平均壓力 均提高。均提高。 定容加熱循環(huán)

14、熱效率與壓定容加熱循環(huán)熱效率與壓縮比的關(guān)系，壓縮比較小時，縮比的關(guān)系，壓縮比較小時，隨壓縮比提高，熱效率增加很隨壓縮比提高，熱效率增加很快，但壓縮比較大時，再提高快，但壓縮比較大時，再提高壓縮比則效果就不明顯了。壓縮比則效果就不明顯了。 在實際循環(huán)中，提高汽油機壓縮比在實際循環(huán)中，提高汽油機壓縮比受爆震燃燒的限制，受爆震燃燒的限制，而柴油機在壓縮比為而柴油機在壓縮比為22以上后對熱效率的提高就不太明顯了，以上后對熱效率的提高就不太明顯了，相反壓力的提高卻對機體和零件的強度帶來考驗相反壓力的提高卻對機體和零件的強度帶來考驗。 2）壓力升高比）壓力升高比 在定容加熱循環(huán)定容加熱循環(huán)中，壓力升高比隨

15、著循環(huán)加熱量Q1的增加而加大，且 值成正比加大。若 保持不變， 增大 則平均壓力增加，循環(huán)放熱量Q2亦相應(yīng)增加。即 不變，pt提高。 ptV在混合加熱循環(huán)混合加熱循環(huán)中，當壓縮比和總加熱量一定時，提高壓力升高比 ，預(yù)膨脹比 相應(yīng)減小，相應(yīng) 減小，使循環(huán)熱效率和平均壓力提高。 p2Q3）預(yù)膨脹比）預(yù)膨脹比 在等壓加熱循環(huán)等壓加熱循環(huán)中，若 保持不變，隨著加熱量 增加， 值加大， 下降。在混合加熱循環(huán)混合加熱循環(huán)中，當循環(huán)總加熱量 和 保持不變時，若 值增大，意味著等壓加熱部分增大，同樣 下降。 1Qtp1Qtm4）絕熱指數(shù)）絕熱指數(shù) 絕熱指數(shù)絕熱指數(shù)k越大，熱效率越大，熱效率 越高。越高。 在其

16、他參數(shù)一定時，隨著進氣終了壓力提高，氣缸內(nèi)在其他參數(shù)一定時，隨著進氣終了壓力提高，氣缸內(nèi)最高溫度和壓力都會有所提高，循環(huán)平均壓力也提高。最高溫度和壓力都會有所提高，循環(huán)平均壓力也提高。5）進氣終了壓力）進氣終了壓力 t（1）結(jié)構(gòu)條件的限制）結(jié)構(gòu)條件的限制 從理論循環(huán)的分析得知，從理論循環(huán)的分析得知，提高壓縮比和壓力升高比對提高壓縮比和壓力升高比對提高循環(huán)熱效率起著有利的作用提高循環(huán)熱效率起著有利的作用，但使，但使循環(huán)最高壓力急劇循環(huán)最高壓力急劇升高升高，從而對零件的承載強度要求更高，降低發(fā)動機的使，從而對零件的承載強度要求更高，降低發(fā)動機的使用壽命和使用可靠性，為此必然增加發(fā)動機的質(zhì)量，造成用

17、壽命和使用可靠性，為此必然增加發(fā)動機的質(zhì)量，造成發(fā)動機體積與制造成本的增加。因此，用提高壓縮比和壓發(fā)動機體積與制造成本的增加。因此，用提高壓縮比和壓力升高比的方法來提高循環(huán)熱效率時應(yīng)權(quán)衡考慮。力升高比的方法來提高循環(huán)熱效率時應(yīng)權(quán)衡考慮。 （2）機械效率的限制）機械效率的限制 不加限制地提高壓縮比和壓力升高比反而會使不加限制地提高壓縮比和壓力升高比反而會使機械效率機械效率下降下降，會產(chǎn)生提高壓縮比和壓力升高比帶來的動力性增加量，會產(chǎn)生提高壓縮比和壓力升高比帶來的動力性增加量由于摩擦損失的增加而減少甚至消失。由于摩擦損失的增加而減少甚至消失。 從理論循環(huán)中所得到的結(jié)論用于指導(dǎo)實踐時，必須考慮的約束

18、和限制 ：MPapz147MPapz93柴油機的壓縮比一般在1422之間， 最高循環(huán)壓力汽油機的壓縮比一般在612之間， 最高循環(huán)壓力（3）燃燒方面的限制）燃燒方面的限制 壓縮比過高時壓縮比過高時汽油機汽油機容易產(chǎn)生容易產(chǎn)生爆燃爆燃和和表面點火表面點火等不正等不正常燃燒現(xiàn)象。對于常燃燒現(xiàn)象。對于柴油機柴油機，過高的壓縮比將使壓縮終了的，過高的壓縮比將使壓縮終了的氣缸容積很小，使氣缸容積很小，使燃燒室的設(shè)計困難燃燒室的設(shè)計困難。 ) 1() 1(1111ppptm111tV) 1(1111tp（1）各循環(huán)熱效率的對比）各循環(huán)熱效率的對比 知識點小結(jié)知識點小結(jié)tVpatVpp) 1(1) 1(tm

19、ppatmpp)1() 1(1) 1(tpatppp) 1(1) 1(（2）各循環(huán)平均壓力的對比）各循環(huán)平均壓力的對比)32412(21. 01OHCowwwL)838(23. 01OHCowwwL)32412(21. 04 .22OHCowwwL空氣的摩爾數(shù)空氣的摩爾數(shù)(摩爾數(shù)摩爾數(shù)*O2分子分子量量32=O2質(zhì)量質(zhì)量)空氣的質(zhì)量空氣的質(zhì)量(1摩爾氣體的體摩爾氣體的體積約為積約為22.4L)空氣的體積空氣的體積圖圖4-5 隨負荷的變化關(guān)系隨負荷的變化關(guān)系0aa0LL燃料量燃料量燃料量空氣量1.3.1 實際循環(huán)與理論循環(huán)的比較實際循環(huán)與理論循環(huán)的比較 實際循環(huán)與理想循環(huán)相比，主要存在以下各種損

20、失：實際循環(huán)與理想循環(huán)相比，主要存在以下各種損失：a) 柴油機; b) 汽油機 實際工質(zhì)損失實際工質(zhì)損失(Wk)、傳熱損失、傳熱損失(Wb)、換氣損失、換氣損失(Wr+W)、燃燒損失燃燒損失(Wz)、不完全燃燒和摩擦損失、不完全燃燒和摩擦損失 。1.3 發(fā)動機的實際循環(huán)發(fā)動機的實際循環(huán)1）實際工質(zhì)損失）實際工質(zhì)損失(Wk) 理論循環(huán)中假設(shè)工質(zhì)比熱容是定值，而實際氣體比熱容是理論循環(huán)中假設(shè)工質(zhì)比熱容是定值，而實際氣體比熱容是隨溫度的升高而上升，對于相同的加熱量，隨溫度的升高而上升，對于相同的加熱量，實際循環(huán)實際循環(huán)所能達到所能達到的的最高燃燒溫度小于理論循環(huán)最高燃燒溫度小于理論循環(huán)的，結(jié)果使循環(huán)

21、熱效率下降。實的，結(jié)果使循環(huán)熱效率下降。實際循環(huán)還存在際循環(huán)還存在泄漏泄漏，使工質(zhì)數(shù)量減少，這意味著同樣的加熱量，使工質(zhì)數(shù)量減少，這意味著同樣的加熱量，在實際循環(huán)中所引起的壓力和溫度的升高要比理論循環(huán)的低得在實際循環(huán)中所引起的壓力和溫度的升高要比理論循環(huán)的低得多，其結(jié)果是循環(huán)熱效率低，循環(huán)所做的功減少。多，其結(jié)果是循環(huán)熱效率低，循環(huán)所做的功減少。 2）換氣損失）換氣損失(Wr+W) 理論循環(huán)理論循環(huán)是閉式循環(huán)，沒有工質(zhì)的更換，是閉式循環(huán)，沒有工質(zhì)的更換，不考慮發(fā)動機的不考慮發(fā)動機的進排氣過程進排氣過程，也沒有任何形式的流動阻力損失。，也沒有任何形式的流動阻力損失。實際實際發(fā)動機工發(fā)動機工作時，

22、存在工質(zhì)的更新，即進氣過程吸入新鮮工質(zhì)，排氣過程作時，存在工質(zhì)的更新，即進氣過程吸入新鮮工質(zhì)，排氣過程強制排出廢氣強制排出廢氣，克服進排氣系統(tǒng)的阻力，克服進排氣系統(tǒng)的阻力會消耗部分機械功會消耗部分機械功，這，這就是實際循環(huán)存在的就是實際循環(huán)存在的泵氣損失泵氣損失Wr。 換氣過程中因排氣門在下止點前的早開而產(chǎn)生的損失為換氣過程中因排氣門在下止點前的早開而產(chǎn)生的損失為提提前排氣損失前排氣損失W，泵氣損失和提前排氣損失之和稱換氣損失泵氣損失和提前排氣損失之和稱換氣損失。 3）燃燒損失）燃燒損失(Wz) 實際發(fā)動機的燃燒過程不可能在瞬間完成，為使燃燒過程在上止點附近完成，必須在上止點前使混合氣著火開始

23、燃燒，到上止點后燃燒過程結(jié)束。實際燃燒速度的有限性與后燃及不完全燃燒的存在，使實際循環(huán)與理論循環(huán)存在差距。上止點前的燃燒上止點前的燃燒使活塞在壓縮過程消壓縮過程消耗的功增加耗的功增加，而上止點后的燃燒使最高壓力下降上止點后的燃燒使最高壓力下降，循環(huán)凈功減少，這就是實際循環(huán)存在的燃燒損失WZ。4）傳熱損失）傳熱損失(Wb) 理論循環(huán)理論循環(huán)中將壓縮和膨脹過程看作絕熱過程絕熱過程，實際實際循環(huán)中，氣缸內(nèi)的工質(zhì)與外界自始至終存在熱量傳遞熱量傳遞，而且大多數(shù)時間都有工質(zhì)向外界放熱，所以工質(zhì)的實際作有用功的熱量減少，作功過程的平均壓力降低，循環(huán)功減少，實際循環(huán)熱效率低于理論循環(huán)，這就是實際循環(huán)存在的傳熱

24、損失Wb。5）不完全燃燒和摩擦損失）不完全燃燒和摩擦損失 在混合氣過濃混合氣過濃或混合氣形成不良混合氣形成不良時，燃料存在燃燒不完全燃燒不完全現(xiàn)象，燃料的化學(xué)能不能通過燃燒完全釋放，使實際循環(huán)加熱量減少，循環(huán)熱效率和平均壓力下降，這種損失稱為不完全燃燒損失。 實際循環(huán)中還存在機械運動機械運動造成的摩擦損失摩擦損失。 1.3.2 實際循環(huán)的工作過程實際循環(huán)的工作過程 1）進氣沖程）進氣沖程 吸入新鮮工質(zhì)的沖程即是進氣沖程。吸入新鮮工質(zhì)的沖程即是進氣沖程。進氣沖程中，活塞由上止點向下止點運進氣沖程中，活塞由上止點向下止點運動，進氣門打開，排氣門關(guān)閉，新鮮工動，進氣門打開，排氣門關(guān)閉，新鮮工質(zhì)在氣缸

25、內(nèi)真空作用下被吸入氣缸。質(zhì)在氣缸內(nèi)真空作用下被吸入氣缸。 由于由于進氣系統(tǒng)的阻力進氣系統(tǒng)的阻力，進氣終了時進氣終了時氣缸內(nèi)壓力小于大氣壓力氣缸內(nèi)壓力小于大氣壓力，約為，約為0.0750.095MPa，而工質(zhì)受到受，而工質(zhì)受到受殘余廢殘余廢氣、氣缸壁、活塞頂氣、氣缸壁、活塞頂?shù)雀邷貦C件的加熱，等高溫機件的加熱，溫度總是高于大氣溫度，進氣終了溫度溫度總是高于大氣溫度，進氣終了溫度一般為一般為310400K。 汽油機汽油機 Pa=0.0800.095MPa Ta=310340K 柴油機柴油機 Pa=0.0750.090MPa Ta=370400K 進氣門進氣門 開開 啟啟活塞排氣門排氣門 關(guān)閉關(guān)閉溫

26、度溫度310400 K， 壓力壓力7595 kPa 進氣沖程進行的好壞直接影進氣沖程進行的好壞直接影響發(fā)動機響發(fā)動機動力性動力性。在氣缸容積一。在氣缸容積一定時，定時，提高進氣終了壓力、降低提高進氣終了壓力、降低進氣終了溫度可增加進氣量。進氣終了溫度可增加進氣量。進進氣量的增加意味著循環(huán)作功能力氣量的增加意味著循環(huán)作功能力的增強，循環(huán)熱效率一定時，可的增強，循環(huán)熱效率一定時，可提高發(fā)動機動力性。故在實際發(fā)提高發(fā)動機動力性。故在實際發(fā)動機工作過程中，進氣門的遲閉動機工作過程中，進氣門的遲閉角對發(fā)動機性能影響最大。角對發(fā)動機性能影響最大?；钊蛳禄钊蛳?）壓縮沖程）壓縮沖程 吸入氣缸內(nèi)的工質(zhì)在壓

27、縮沖程中吸入氣缸內(nèi)的工質(zhì)在壓縮沖程中壓壓力力和和溫度溫度急劇升高，為其著火燃燒創(chuàng)造急劇升高，為其著火燃燒創(chuàng)造了有利的條件。壓縮沖程是一個復(fù)雜的了有利的條件。壓縮沖程是一個復(fù)雜的多變過程，其間有多變過程，其間有熱交換熱交換和和漏氣損失漏氣損失。 進氣門、排氣門均關(guān)閉，活塞由下進氣門、排氣門均關(guān)閉，活塞由下止點向上止點運動，氣體被壓縮的程度止點向上止點運動，氣體被壓縮的程度稱壓縮比。稱壓縮比。 壓縮比過低會使發(fā)動機壓縮比過低會使發(fā)動機動力性、經(jīng)濟性和排放性動力性、經(jīng)濟性和排放性下降，下降，提高壓縮比又受到機件強度和不正常燃燒的限制，一般發(fā)提高壓縮比又受到機件強度和不正常燃燒的限制，一般發(fā)動機的壓縮

28、比為：汽油機動機的壓縮比為：汽油機 611；柴油機；柴油機 1622。1262214活塞向上活塞向上 壓縮開始壓縮開始時進入氣缸的新鮮氣體溫度較低，從接觸時進入氣缸的新鮮氣體溫度較低，從接觸的高溫機件上的高溫機件上吸收熱量吸收熱量；隨著壓縮過程的進行，氣體溫；隨著壓縮過程的進行，氣體溫度不斷升高，到某一瞬時與接觸的高溫機件溫度相等時，度不斷升高，到某一瞬時與接觸的高溫機件溫度相等時，與外界沒有熱量交換與外界沒有熱量交換；此后，隨著氣體溫度的繼續(xù)升高，；此后，隨著氣體溫度的繼續(xù)升高，高溫氣體又會高溫氣體又會向與之接觸的機件放熱向與之接觸的機件放熱。 實際發(fā)動機壓縮過程中，氣缸內(nèi)氣體的平均溫度總實

29、際發(fā)動機壓縮過程中，氣缸內(nèi)氣體的平均溫度總是高于與之接觸的機件，所以不可避免存在是高于與之接觸的機件，所以不可避免存在傳熱損失傳熱損失，此外此外氣體泄漏氣體泄漏和和摩擦摩擦也會造成也會造成能量損失能量損失。發(fā)動機氣缸密。發(fā)動機氣缸密封不良，壓縮終了的壓力過低，會導(dǎo)致發(fā)動機動力性、封不良，壓縮終了的壓力過低，會導(dǎo)致發(fā)動機動力性、經(jīng)濟性下降，使用中出現(xiàn)動力不足、起動困難、燃料消經(jīng)濟性下降，使用中出現(xiàn)動力不足、起動困難、燃料消耗增加等故障現(xiàn)象。耗增加等故障現(xiàn)象。 汽油機汽油機 Pc=0.802.00MPa Tc=600750K柴油機柴油機 Pc=3.005.00MPa Tc=750950K3）燃燒過

30、程）燃燒過程 活塞位于上止點附近，進、排氣門均活塞位于上止點附近，進、排氣門均關(guān)閉。燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，使工質(zhì)關(guān)閉。燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，使工質(zhì)的溫度和壓力升高。燃燒越靠近上止點，的溫度和壓力升高。燃燒越靠近上止點，放出熱量越多，熱效率越高。放出熱量越多，熱效率越高。 汽油機汽油機的燃燒過程接近的燃燒過程接近定容加熱循環(huán)定容加熱循環(huán)，原因是汽油機的可燃混合氣是在火花塞點原因是汽油機的可燃混合氣是在火花塞點火之前已基本形成，火焰迅速傳播到整個火之前已基本形成，火焰迅速傳播到整個燃燒室。燃燒室。 柴油機柴油機的燃燒過程接近的燃燒過程接近混合加熱循環(huán)混合加熱循環(huán)，噴油器在上止點前噴，噴油器在上

31、止點前噴油，燃油微粒迅速與空氣混合，在高溫高壓下自燃。開始時，燃油，燃油微粒迅速與空氣混合，在高溫高壓下自燃。開始時，燃燒速度很快，工質(zhì)溫度、壓力劇增，接近定容加熱；后來一面噴燒速度很快，工質(zhì)溫度、壓力劇增，接近定容加熱；后來一面噴油，一面燃燒，燃燒速度逐漸緩慢，又因活塞下移，氣缸容積加油，一面燃燒，燃燒速度逐漸緩慢，又因活塞下移，氣缸容積加大，壓力升高不大，而溫度繼續(xù)上升，燃燒接近定壓加熱。大，壓力升高不大，而溫度繼續(xù)上升，燃燒接近定壓加熱。 汽油機和柴油機在燃燒時最高溫度和壓力一般為：汽油機和柴油機在燃燒時最高溫度和壓力一般為： 汽油機汽油機 Pz=3.006.00MPa Tz=22002

32、800K 柴油機柴油機 Pz=6.009.00MPa Tz=20002500K活塞向下活塞向下 高溫高壓的燃氣推動活塞從上高溫高壓的燃氣推動活塞從上止點向下止點運動，進排氣門均關(guān)止點向下止點運動，進排氣門均關(guān)閉，氣體邊燃燒邊作功，高壓氣體閉，氣體邊燃燒邊作功，高壓氣體通過連桿使曲軸旋轉(zhuǎn)并輸出機械能，通過連桿使曲軸旋轉(zhuǎn)并輸出機械能，除了用以除了用以維持發(fā)動機本身繼續(xù)運轉(zhuǎn)維持發(fā)動機本身繼續(xù)運轉(zhuǎn)外，其余的用于外，其余的用于對外作功對外作功。 4）作功沖程）作功沖程 膨脹過程終了的膨脹過程終了的壓力和溫度越低，說明氣體膨脹和熱量壓力和溫度越低，說明氣體膨脹和熱量利用越充分利用越充分。柴油機的壓縮比高，

33、活塞的沖程長，氣體膨脹。柴油機的壓縮比高，活塞的沖程長，氣體膨脹和熱量利用更充分，所以膨脹終了柴油機的溫度和壓力較汽和熱量利用更充分，所以膨脹終了柴油機的溫度和壓力較汽油機低，熱效率也較高。油機低，熱效率也較高。 汽油機 Pb=0.300.60MPa Tb=15001700K柴油機 Pb=0.200.50MPa Tb=10001400K活塞向下活塞向下5）排氣沖程）排氣沖程 作功沖程接近終了時，排氣門提前作功沖程接近終了時，排氣門提前開啟，首先靠廢氣的壓力進行自由排氣，開啟，首先靠廢氣的壓力進行自由排氣，活塞到達下止點后再向上止點運動時，活塞到達下止點后再向上止點運動時，繼續(xù)將廢氣強制排到大氣

34、中?；钊竭_繼續(xù)將廢氣強制排到大氣中?；钊竭_上止點附近時，排氣沖程結(jié)束，但由于上止點附近時，排氣沖程結(jié)束，但由于氣體流動存在慣性，排氣門在活塞到達氣體流動存在慣性，排氣門在活塞到達上止點之后關(guān)閉。上止點之后關(guān)閉。 由于發(fā)動機由于發(fā)動機排氣系統(tǒng)存在阻力排氣系統(tǒng)存在阻力，使排氣終了的壓力略高，使排氣終了的壓力略高于大氣壓力。在實際工作中，也常用排氣溫度作為檢查發(fā)動于大氣壓力。在實際工作中，也常用排氣溫度作為檢查發(fā)動機工作狀態(tài)的技術(shù)指標，排氣終了溫度偏高，說明發(fā)動機工機工作狀態(tài)的技術(shù)指標，排氣終了溫度偏高，說明發(fā)動機工作過程不良，熱效率低。作過程不良，熱效率低。 汽油機汽油機 Pr=0.1050.

35、120MPa Tr=9001200K柴油機柴油機 Pr=0.1050.120MPa Tr=700900K 活塞向上活塞向上示功圖大氣壓力線大氣壓力線上止點下止點進氣門關(guān)閉排氣門打開溫度溫度9001200 K 壓力壓力105125 kPa殘余廢氣活塞 排氣行程排氣行程PVrcbZ1.4.1 指示性能指標指示性能指標 指示性能指標是以工質(zhì)對活塞所作的功工質(zhì)對活塞所作的功為基礎(chǔ)的指標，用來評定發(fā)動機實際工作循環(huán)質(zhì)量的好壞。 指示功和平均指示壓力、指示功率用來評定實際循環(huán)動實際循環(huán)動力性力性的好壞；指示熱效率和指示燃油消耗率用來評定實際循環(huán)實際循環(huán)的經(jīng)濟性的經(jīng)濟性。1）平均指示壓力）平均指示壓力 平均

36、指示壓力是指發(fā)動機單位氣缸工作容積單位氣缸工作容積在每一循環(huán)每一循環(huán)內(nèi)所作的指示功指示功，用符號pmi表示，單位為kPa。 Wi循環(huán)指示功，J；Vs氣缸工作容積，L。 根據(jù)建立指標體系的基礎(chǔ)不同發(fā)動機的性能指標可分為：指示性能指標、有效性能指標指示性能指標、有效性能指標。 1.4 發(fā)動機的性能指標發(fā)動機的性能指標 pmi = Wi / Vs循環(huán)指示功循環(huán)指示功是指每循環(huán)內(nèi)工質(zhì)對活塞所作的有用功。發(fā)動機每循環(huán)作功的多少與氣缸工作容積有關(guān)，平均指示壓力愈高平均指示壓力愈高，則同樣大小的氣缸每循環(huán)作功就越多。所以平均指示壓力能平均指示壓力能更準確地評定發(fā)動機循環(huán)動力性的好壞更準確地評定發(fā)動機循環(huán)動力

37、性的好壞。各種發(fā)動機的指示壓力范圍 ：2）指示功率）指示功率 指示功率是指發(fā)動機在單位時間單位時間內(nèi)所作的指示功指示功，用符號 來表示，單位是瓦特，發(fā)動機每工作循環(huán)所作的指示功 iPsmiiVpW 。每秒工作循環(huán)次數(shù)為 )60(2nk kWinVptWPsmiii,10303 沖程數(shù)； 氣缸數(shù)； 發(fā)動機轉(zhuǎn)速（r/min）。 in汽油機 0.71.43MPa柴油機 0.6 1.1MPa增壓柴油機0.85 2.6MPa3）指示燃油消耗率）指示燃油消耗率 指示燃油消耗率是指單位指示功率單位指示功率的耗油量耗油量，又稱指示比油耗，用符號bi來表示，單位為克/(千瓦小時)，當發(fā)動機指示功率為Pi(kW

38、) ，每小時耗油量為B (kg/h ) ， 則指示燃油消耗率為： 310iiPBb4）指示熱效率）指示熱效率 指示熱效率是指發(fā)動機實際循環(huán)指示功實際循環(huán)指示功與所消耗熱量消耗熱量之比，即 1QWii若已知發(fā)動機的指示功率為 ( kW ) ，每小時耗油量為B ( kg/h ) ，所用燃料的低熱值為 ，則 iPkgkJHuuiuiiHbBHP63106 . 3106 . 31.4.2 有效性能指標有效性能指標 有效性能指標有效性能指標是以發(fā)動機為基礎(chǔ)的指標，可用來評定整個發(fā)動機工作性能的好壞。1）有效功率）有效功率 (Pe) 有效功率是指從發(fā)動機曲軸上輸出的功率，用符號Pe表示，單位為kW。在數(shù)值

39、上為指示功率Pi與機械損失功率Pm的差值，即 miePPP 機械損失功率機械損失功率是指發(fā)動機在內(nèi)部傳遞動力的過程中損失的功率，主要包括摩擦損失摩擦損失、驅(qū)動附件的損失驅(qū)動附件的損失和泵泵氣損失氣損失。發(fā)動機工作中，機械損失是不可避免的，機械損失功率和有效功率均可通過試驗方法確定。2）平均有效壓力）平均有效壓力 (pme) 平均有效壓力是指發(fā)動機單位氣缸工作容積單位氣缸工作容積輸出的有效功有效功，用符號pme來表示，單位為 kPa，即 semeVWp平均有效壓力越高，有效轉(zhuǎn)矩越大，發(fā)動機的動力性越好平均有效壓力越高，有效轉(zhuǎn)矩越大，發(fā)動機的動力性越好。 平均有效壓力和有效功率的關(guān)系：30inVp

40、tWPsmeee3）有效轉(zhuǎn)矩）有效轉(zhuǎn)矩 (Ttq)有效轉(zhuǎn)矩是指發(fā)動機曲軸上輸出的轉(zhuǎn)矩，用符號Ttq表示，單位是 。在實際工作中，一般通過臺架試驗直接測量發(fā)動機的有效轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，計算出發(fā)動機的有效功率 mN 9550106023nTnTPtqtqe5）有效熱效率）有效熱效率 有效熱效率是指發(fā)動機實際循環(huán)有效功與所消耗熱量之比，即 1QWeetQ1做We有效功所消耗的熱量。 ueetBHP3106 . 3有效熱效率也是評定發(fā)動機經(jīng)濟性的重要指標。 汽油機30. 020. 0e50. 030. 0e可見，柴油機的熱效率比汽油機的高，經(jīng)濟性比汽油機好。 柴油機 4）有效燃油消耗率）有效燃油消耗率 有效

41、燃油消耗率是指單位有效功的耗油量單位有效功的耗油量，簡稱油耗率油耗率，用符號be來表示，常用單位為克/（千瓦小時），當發(fā)動機的有效功率為Pe( kW ) ，每小時耗油量為GT( kg/h ) ，則有效燃油消耗率為： 有效燃油消耗率有效燃油消耗率是評定發(fā)動機實際循環(huán)經(jīng)濟性經(jīng)濟性的重要指標之一 。310eepBb6）升功率）升功率 (PL)單位汽缸工作容積所發(fā)出的有效功率，用符號PL表示，單位是kW/L。 30npV iPPmeseL升功率升功率反映發(fā)動機氣缸工作容積的利用程度氣缸工作容積的利用程度，以及發(fā)動機結(jié)構(gòu)的緊湊性緊湊性。發(fā)動機有效功率一定時，升功率越高，發(fā)動機的體積就越小。提高平均有效壓

42、力和轉(zhuǎn)速是提高升功率的有效措施。轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n和活塞平均速度和活塞平均速度cm cm=Sn/30 提高n，可增加單位時間的做功次數(shù)，使發(fā)動機體積小、重量輕和功率大。 cm大，則活塞組的熱負荷和曲軸連桿機構(gòu)的慣性力均增大，磨損加劇，壽命下降。 cm已成為表征發(fā)動機強化程度的參數(shù)。一般汽油機不超過15m/s，柴油機不超過13m/s。 為了提高為了提高n又不使又不使cm過大，可減小活塞行程過大，可減小活塞行程S。 現(xiàn)代高性能柴油機的循環(huán)熱效率高達40以上，汽油機的循環(huán)熱效率也可達到30左右。 升功率升功率 PL=2255 (kW/L); 比質(zhì)量比質(zhì)量Me=1.54.0 (kg/kW)升功率升功率 PL=

43、1830 (kW/L); 比質(zhì)量比質(zhì)量Me=4.09.0 (kg/kW)7）比質(zhì)量）比質(zhì)量(Me ) ：即每單位功率的質(zhì)量。即每單位功率的質(zhì)量。 Me=m/Pe 例如，每產(chǎn)生1000千瓦輸出功率，假設(shè)柴油機達到此功率要求，機組的重量（即質(zhì)量）需為800千克，而汽油機可能只需要500 千克。 可認為，柴油機 比質(zhì)量 大于汽油機。 1.5 機械損失和機械效率機械損失和機械效率 （1）機械效率）機械效率 機械效率是指有效功率與指示功率的比值，用符號 表示。 mmimmiemPPPP1機械效率越高，機械損失越小，發(fā)動機的性能越好。 在任何情況下，為提高發(fā)動機的性能，都應(yīng)盡可能減少機械損失，提高機械效率

44、。 汽油機 柴油機 90. 070. 0m85. 070. 0m根據(jù)機械效率、有效熱效率和指示熱效率的定義式，可得三者之間的關(guān)系為： mie（2）機械損失的組成）機械損失的組成 1）摩擦損失）摩擦損失 指發(fā)動機曲柄連桿機構(gòu)曲柄連桿機構(gòu)和配氣機構(gòu)配氣機構(gòu)中運動件摩擦造成的損失。 活塞和活塞環(huán)、主軸頸與主軸承、連桿軸頸與連桿軸瓦活塞和活塞環(huán)、主軸頸與主軸承、連桿軸頸與連桿軸瓦之間均存在摩擦損失，其中活塞和活塞環(huán)與氣缸壁之間的摩擦損失最大，這部分占全部摩擦損失的75 %80 %，這是因為其摩擦面積較大，相對運動速度高，且潤滑條件相對差。其次是軸承與軸頸之間的摩擦損失，氣門傳動機構(gòu)的摩擦損失。 2）驅(qū)

45、動附件損失）驅(qū)動附件損失 發(fā)動機正常工作時，必須驅(qū)動冷卻水泵、發(fā)電機、機油泵、噴油泵和風(fēng)扇等一些必要的附件，驅(qū)動這些附件必然會消耗發(fā)動機的指示功率。 3）泵氣損失）泵氣損失 在測定發(fā)動機的機械損失時，很難將泵氣損失與其他機械損失分離開，所以通常將泵氣損失包括在機械損失中。 一般機械損失所消耗的功率占指示功率的1030 %。降低發(fā)動機機械損失，特別是摩擦損失，是提高發(fā)動機性能的重要途徑之一。 （3）影響機械效率的因素）影響機械效率的因素 1）點火提前角或供油提前角）點火提前角或供油提前角 汽油機的點火提前角和柴油機的供油提前角直接影響實際循環(huán)指示功實際循環(huán)指示功和缸內(nèi)最高壓力缸內(nèi)最高壓力。 汽油

46、機的點火提前角過大點火提前角過大，不但有可能發(fā)生爆燃爆燃，還會使提前燃燒的損失提前燃燒的損失增加，循環(huán)指示功減少，同時也會增大缸內(nèi)最高壓力，使活塞側(cè)壓力和軸承負荷增大，氣缸摩擦損失增加，這均導(dǎo)致機械效率降低。 點火提前角過小點火提前角過小，則會使上止點后的燃燒損失增加上止點后的燃燒損失增加，循環(huán)指示功也會減少，盡管機械損失也有所減少，但機械損失減少的比例小于循環(huán)指示功的減少，所以機械效率仍會下降。柴油機的噴油提前角過大或過小同樣發(fā)生類似機械效率下降的現(xiàn)象。 2）發(fā)動機轉(zhuǎn)速）發(fā)動機轉(zhuǎn)速 隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速提高轉(zhuǎn)速提高，各摩擦表面間的相對運動速度加大，摩擦損失增加摩擦損失增加；同時由于轉(zhuǎn)速上升而引起運動

47、件的慣性力加大，致使活塞側(cè)壓力和軸承負荷增加活塞側(cè)壓力和軸承負荷增加，也會使氣缸和活塞的摩擦損失增加氣缸和活塞的摩擦損失增加。此外，轉(zhuǎn)速提高，還會使泵氣損失及驅(qū)動附件的機械損失增加。所以，隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速提高轉(zhuǎn)速提高，機械損失功率增加，機械效率下降機械效率下降。 試驗統(tǒng)計，機械損失功率與轉(zhuǎn)速平方近似成正比，所以轉(zhuǎn)速越高，機械效率下降越快，如圖所示。這成為通過提高轉(zhuǎn)速來強化發(fā)動機動力性的一大障礙。 摩擦損失占所有機械損失的6075 %，而活塞、活塞環(huán)與氣缸壁之間的摩擦損失占總摩擦損失的70 80 %，因此在通過提高轉(zhuǎn)速來強化發(fā)動機動力性時，盡量減小活塞的運行速度減小活塞的運行速度，以減少活塞、活塞環(huán)

48、與氣缸壁之間的摩擦損失，對提高機械效率提高機械效率有重要意義。要提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速，又不使活塞運行速度過高，則應(yīng)盡量減小減小活塞行程活塞行程。 3）發(fā)動機負荷）發(fā)動機負荷 發(fā)動機的機械損失機械損失主要來自摩擦損失摩擦損失，摩擦損失又取決于機件的相對運動速度機件的相對運動速度與機械負荷機械負荷。當發(fā)動機轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速一定一定時，隨負荷增加，平均有效壓力負荷增加，平均有效壓力增大，各機件承受的機械負荷增大機械負荷增大，摩擦損失增加摩擦損失增加；但由于轉(zhuǎn)速一定，泵氣損失和驅(qū)動附件的損失變化不大，所以隨發(fā)動機負荷增加，機械損失功率增加較緩慢。 隨發(fā)動機負荷的增加負荷的增加，油門開度增大油門開度增大，對柴油機意味

49、著每循環(huán)供油量增多，對汽油機意味著每循環(huán)供給的混合氣數(shù)量增多，所以循環(huán)加熱量增加，指示功和指示功率均指示功和指示功率均增長增長迅速。但發(fā)動機負荷較大時，再增加負荷，由于混合氣的濃度增大，使不完全燃燒的損失增加，指示功率隨負荷增長的速度會減慢。 發(fā)動機負荷減小負荷減小時，若保持油門開度不變油門開度不變，發(fā)動機轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速上升，機械效率下降速上升，機械效率下降。 在怠速工況下，由于發(fā)動機輸出軸上無有效功率輸出，即發(fā)動機的指示功率指示功率全部用于克服其內(nèi)部的機械損失內(nèi)部的機械損失。 4）潤滑油粘度）潤滑油粘度 潤滑油的粘度過大，流動性變差粘度過大，流動性變差，尤其是剛剛起動后的一段時間內(nèi)，潤滑油不易到達各

50、摩擦表面，甚至不能形成邊界潤滑，使摩擦損失增加摩擦損失增加；同時隨潤滑油粘度增大，曲軸旋轉(zhuǎn)時的阻力增加，影響發(fā)動機的冷起動性能影響發(fā)動機的冷起動性能。 潤滑油粘度過小，油膜承載能力低，粘度過小，油膜承載能力低，在機械負荷較大時，容易造成因油膜破裂而失去潤滑作用，形成干摩干摩擦擦。因此，潤滑油的粘度過大或過小，均會使機械損失增加，機械效率下降。 在保證潤滑可靠的前提下，盡量選用粘度較小的潤滑油。并在使用中，定期更換潤滑油。 5）發(fā)動機工作溫度）發(fā)動機工作溫度 發(fā)動機的工作溫度發(fā)動機的工作溫度直接影響潤滑油的工作溫度潤滑油的工作溫度，而隨潤滑油溫度的提高，其粘度減小。發(fā)動機工作溫度過發(fā)動機工作溫度過高或過低高或過低，就會使?jié)櫥?/p>