汽車發(fā)動機(jī)原理

1、汽車發(fā)動機(jī)原理汽車發(fā)動機(jī)原理 制作人：張振東目目錄錄前言：前言： 課程緒論課程緒論第一章：發(fā)動機(jī)性能第一章：發(fā)動機(jī)性能第二章：發(fā)動機(jī)換氣過程第二章：發(fā)動機(jī)換氣過程第三章：燃料與燃燒第三章：燃料與燃燒第四章：汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒第四章：汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒第五章：柴油機(jī)混合氣的形成與燃燒第五章：柴油機(jī)混合氣的形成與燃燒第六章：發(fā)動機(jī)的特性第六章：發(fā)動機(jī)的特性第七章：車用發(fā)動機(jī)廢氣渦輪增壓第七章：車用發(fā)動機(jī)廢氣渦輪增壓第八章：排氣污染機(jī)及控制第八章：排氣污染機(jī)及控制第一章：發(fā)動機(jī)的性能第一章：發(fā)動機(jī)的性能1-1.內(nèi)燃機(jī)理論循環(huán)內(nèi)燃機(jī)理論循環(huán)1-2.實(shí)際循環(huán)實(shí)際循環(huán)1-3.實(shí)際循環(huán)的評定實(shí)際

2、循環(huán)的評定 指示指標(biāo)指示指標(biāo)1-4.內(nèi)燃機(jī)經(jīng)濟(jì)性和動力性的評定內(nèi)燃機(jī)經(jīng)濟(jì)性和動力性的評定1-5.機(jī)械損失機(jī)械損失1-6.熱平衡熱平衡1-1.內(nèi)燃機(jī)理論循環(huán)內(nèi)燃機(jī)理論循環(huán) 1.定義：定義： 內(nèi)燃機(jī)理論循環(huán)是實(shí)際循環(huán)的簡化抽內(nèi)燃機(jī)理論循環(huán)是實(shí)際循環(huán)的簡化抽 象，且又在本質(zhì)上反映實(shí)際循環(huán)。象，且又在本質(zhì)上反映實(shí)際循環(huán)。 2.目的：目的： 可以利用數(shù)學(xué)和熱力學(xué)、傳熱學(xué)等工具可以利用數(shù)學(xué)和熱力學(xué)、傳熱學(xué)等工具 對其進(jìn)行分析。對其進(jìn)行分析。 3.簡化條件：簡化條件： (1)循環(huán)是封閉的循環(huán)是封閉的 (2)將燃燒視為高溫源在定容、或者將燃燒視為高溫源在定容、或者 定壓下向工質(zhì)加熱，定壓下向工質(zhì)加熱， 將排氣

3、視為向低溫源定容放熱。將排氣視為向低溫源定容放熱。 (3)工質(zhì)為理想氣體、定比熱工質(zhì)為理想氣體、定比熱 (4) 壓縮或膨脹過程視為絕熱過程壓縮或膨脹過程視為絕熱過程 發(fā)動機(jī)發(fā)動機(jī)發(fā)動機(jī)發(fā)動機(jī)燃燒視為燃燒視為加熱加熱進(jìn)氣進(jìn)氣 10C排氣排氣 310C進(jìn)氣進(jìn)氣 10C排氣排氣 10 C放熱放熱簡化模型：簡化模型：放熱放熱簡化為簡化為 4.三種基本循環(huán)熱效率三種基本循環(huán)熱效率t , 循環(huán)平均壓力循環(huán)平均壓力Pt 根據(jù)加熱方式不同，發(fā)動機(jī)有三種基本循環(huán)：根據(jù)加熱方式不同，發(fā)動機(jī)有三種基本循環(huán)： （1）定容加熱循環(huán)定容加熱循環(huán)-汽油機(jī)汽油機(jī) （2）定壓加熱循環(huán)定壓加熱循環(huán)-大型低速或高增壓柴油機(jī)大型低速

4、或高增壓柴油機(jī) （3）混合加熱循環(huán)混合加熱循環(huán)-高速柴油機(jī)高速柴油機(jī)（1） 壓縮比壓縮比cavv（2） 壓力升高比壓力升高比（3） 預(yù)脹比預(yù)脹比循環(huán)特征參數(shù)循環(huán)特征參數(shù): czppzzvv圖中：圖中：a-c為絕熱壓縮為絕熱壓縮 c-z為定容加熱為定容加熱 z-b為絕熱膨脹為絕熱膨脹 b-a為定容放熱為定容放熱) 1() 1(1111KKKtmtaKtmKKpp)1() 1(11 混合加熱循環(huán)熱效率為：混合加熱循環(huán)熱效率為： 混合加熱循環(huán)的平均壓力為：混合加熱循環(huán)的平均壓力為： 混合加熱循環(huán)混合加熱循環(huán) 圖中：圖中：a-c為絕熱壓縮為絕熱壓縮 c-z為等容加熱為等容加熱 z-b為絕熱膨脹為絕熱膨

5、脹 b-a為等容放熱為等容放熱 定容加熱循環(huán)定容加熱循環(huán)(1)熱效率為：熱效率為： 111Ktv定容加熱循環(huán)定容加熱循環(huán) 定容加熱循環(huán)的平均壓力為：定容加熱循環(huán)的平均壓力為： taKtvKpp) 1(11圖中：圖中：a-c為絕熱壓縮為絕熱壓縮 c-z為等壓加熱為等壓加熱 z-b為絕熱膨脹為絕熱膨脹 b-a為等容放熱為等容放熱 定壓加熱循環(huán)定壓加熱循環(huán)(1)熱效率為：熱效率為： ) 1(1111KKKtp 定壓加熱循環(huán)定壓加熱循環(huán) 定壓加熱循環(huán)的平均壓力為：定壓加熱循環(huán)的平均壓力為： taKtpKKpp) 1(115.熱效率影響因素分析熱效率影響因素分析 壓縮比壓縮比: t 對于柴油機(jī)來說，對于

6、柴油機(jī)來說，不能太不能太高，高， P2, T2對于汽油機(jī)來說，對于汽油機(jī)來說，不能不能太高，否則會產(chǎn)生爆震太高，否則會產(chǎn)生爆震t與與t關(guān)系圖關(guān)系圖壓力升高比壓力升高比: 對定容加熱循環(huán)對定容加熱循環(huán) ： Q1，但，但Q2同比例加大，同比例加大，tv一定；一定； 對混合加熱循環(huán)：對混合加熱循環(huán)： 當(dāng)當(dāng)、 Q1相同時(shí)，相同時(shí)， tm預(yù)膨脹比預(yù)膨脹比: 對混合加熱循環(huán)：對混合加熱循環(huán)： 當(dāng)當(dāng)、 Q1相同時(shí)，相同時(shí)， tm 對定壓加熱循環(huán)對定壓加熱循環(huán) ： Q1 tp v K tv三種循環(huán)的比較：三種循環(huán)的比較：v1、 、 q1相同時(shí)：相同時(shí)：tv tm tpv2、 q1和循環(huán)最高壓力相同時(shí)：和循環(huán)最

7、高壓力相同時(shí)： tp tm tv1-2.實(shí)際循環(huán)實(shí)際循環(huán)5個(gè)過程：個(gè)過程： 進(jìn)氣過程進(jìn)氣過程 壓縮過程壓縮過程 燃燒過程燃燒過程 膨脹過程膨脹過程 排氣過程排氣過程一、進(jìn)氣過程（一、進(jìn)氣過程（ra） 進(jìn)氣門開，排氣門開，活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動進(jìn)氣門開，排氣門開，活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動 作用作用：吸入新氣，為加入：吸入新氣，為加入 作準(zhǔn)備。作準(zhǔn)備。 特點(diǎn)特點(diǎn)：1Q0PPaaaPPP00TTa0TTTaa二、壓縮過程（二、壓縮過程（ac） 進(jìn)排氣門關(guān)閉，進(jìn)排氣門關(guān)閉，活塞由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動活塞由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動，工，工質(zhì)受到壓縮。質(zhì)受到壓縮。 作用作用：擴(kuò)大溫差；擴(kuò)大膨脹比；增加工質(zhì)密度，

8、為燃燒：擴(kuò)大溫差；擴(kuò)大膨脹比；增加工質(zhì)密度，為燃燒 創(chuàng)造有利條件，為柴油機(jī)著火創(chuàng)造條件。創(chuàng)造有利條件，為柴油機(jī)著火創(chuàng)造條件。壓縮程度評價(jià)指標(biāo)壓縮程度評價(jià)指標(biāo)：壓縮比壓縮比caVVVa：氣缸總?cè)莘e；：氣缸總?cè)莘e；Vc：壓縮容積：壓縮容積汽油機(jī)的壓縮比受爆燃的限制，一般汽油機(jī)的壓縮比受爆燃的限制，一般 =710柴油機(jī)的壓縮比主要考慮冷起動性，柴油機(jī)的壓縮比主要考慮冷起動性， =1422 直噴燃燒室直噴燃燒室取下限，分隔式燃燒室取上限取下限，分隔式燃燒室取上限特點(diǎn)特點(diǎn)：多變過程，：多變過程，CpVn11nacpp11 nacTT 壓縮終點(diǎn)參數(shù)壓縮終點(diǎn)參數(shù)：CTVn11三、燃燒過程（三、燃燒過程（cz

9、） a)柴油機(jī)混合加熱柴油機(jī)混合加熱 b)汽油機(jī)混合加熱汽油機(jī)混合加熱進(jìn)排氣門均關(guān)閉，活塞處于上止點(diǎn)前后。進(jìn)排氣門均關(guān)閉，活塞處于上止點(diǎn)前后。作用作用：化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)楣べ|(zhì)內(nèi)能，加入：化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)楣べ|(zhì)內(nèi)能，加入要求：要求：燃燒完全燃燒完全完全轉(zhuǎn)化完全轉(zhuǎn)化 燃燒及時(shí)燃燒及時(shí)靠近上止點(diǎn)燃燒，提高熱效率靠近上止點(diǎn)燃燒，提高熱效率1Q在上止點(diǎn)前由火花塞在上止點(diǎn)前由火花塞點(diǎn)燃，燃燒速度快，點(diǎn)燃，燃燒速度快，接近定容加熱。接近定容加熱。在上止點(diǎn)噴油，在上止點(diǎn)噴油，發(fā)生自燃，開始發(fā)生自燃，開始速度快，接近定速度快，接近定容加熱；接著，容加熱；接著，邊噴油，邊燃燒，邊噴油，邊燃燒，速度減慢，同時(shí)速度減慢，同時(shí)缸內(nèi)

10、容積變大，缸內(nèi)容積變大，缸壓變化不大，缸壓變化不大，接近定壓加熱。接近定壓加熱。四、膨脹過程（四、膨脹過程（zb）22nznbzzbpVVpp膨脹終點(diǎn)參數(shù)計(jì)算：膨脹終點(diǎn)參數(shù)計(jì)算：汽油機(jī)：汽油機(jī)：柴油機(jī)：柴油機(jī)：進(jìn)排氣門均關(guān)閉，工質(zhì)推動活塞向下運(yùn)動作功。進(jìn)排氣門均關(guān)閉，工質(zhì)推動活塞向下運(yùn)動作功。特點(diǎn)特點(diǎn)：多變過程：多變過程CpVn2CTVn121122nznbzzbTVVTT22nznbzzbpVVpp1122nznbzzbTVVTT五、排氣過程（五、排氣過程（br） 排氣門打開，活塞由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動，排出廢氣，為排氣門打開，活塞由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動，排出廢氣，為吸入新氣作準(zhǔn)備。吸入新氣作準(zhǔn)

11、備。特點(diǎn)特點(diǎn)： 排氣壓力排氣壓力PrP0, Pr=Pr-P0, 用于克服排氣阻力，用于克服排氣阻力， Pr越大表示缸內(nèi)殘余廢氣越多。越大表示缸內(nèi)殘余廢氣越多。 Tr反映燃燒的完善程度，反映燃燒的完善程度， Tr越低表示轉(zhuǎn)化為功的熱越低表示轉(zhuǎn)化為功的熱 量越多，燃燒過程進(jìn)行得越好。量越多，燃燒過程進(jìn)行得越好。1-3.實(shí)際循環(huán)的評定指示指標(biāo)實(shí)際循環(huán)的評定指示指標(biāo)理論指標(biāo)：理論指標(biāo)： t，Pt（熱力學(xué)角度），（熱力學(xué)角度），評價(jià)理論循環(huán)質(zhì)量評價(jià)理論循環(huán)質(zhì)量指示指標(biāo)：指示指標(biāo)： i，Pi （活塞角度）（活塞角度） 以工質(zhì)在氣缸內(nèi)對活塞做功為基礎(chǔ)，評價(jià)實(shí)際以工質(zhì)在氣缸內(nèi)對活塞做功為基礎(chǔ)，評價(jià)實(shí)際 循環(huán)的

12、質(zhì)量循環(huán)的質(zhì)量。有效指標(biāo)：有效指標(biāo)： e，Pe（曲軸角度（曲軸角度） 以曲軸上得到的凈功率為基礎(chǔ)，評價(jià)整機(jī)性能以曲軸上得到的凈功率為基礎(chǔ)，評價(jià)整機(jī)性能。一、指示功一、指示功Wi二、平均指示壓力二、平均指示壓力Pmi （表征單位氣缸工作容積的作功能力）（表征單位氣缸工作容積的作功能力） Pmi=Wi/Vs686981 kpa 柴,mip7841180 kpa 汽,mip三、指示功率三、指示功率Ni1QWiiiTNGbiinVPinWPsmiii30260四、指示效率四、指示效率i，指示油，指示油gi1-4.內(nèi)燃機(jī)經(jīng)濟(jì)性和動力性的評定內(nèi)燃機(jī)經(jīng)濟(jì)性和動力性的評定一、有效功率一、有效功率Pe Pe=P

13、i-Pm （摩擦、附件、泵氣損失）（摩擦、附件、泵氣損失）二、有效扭矩二、有效扭矩MeNm三、平均有效壓力三、平均有效壓力Pme四、轉(zhuǎn)速四、轉(zhuǎn)速n和活塞平均速度和活塞平均速度Cm五、有效熱效率五、有效熱效率e, 燃油消耗率燃油消耗率be六、升功率六、升功率NL、比重量、比重量me七、強(qiáng)度系數(shù)七、強(qiáng)度系數(shù) Pme Cm （強(qiáng)度（強(qiáng)度頻度）頻度）1-5. 機(jī)械損失機(jī)械損失 一、機(jī)械效率一、機(jī)械效率m m=Pe/Pi Pm=Pi - Pe 二、機(jī)械效率二、機(jī)械效率m的測定的測定 1.倒拖法倒拖法 2.滅缸法滅缸法 3.油耗線法油耗線法 1.倒拖法：倒拖法： 從電力測功機(jī)上所測得的倒拖功率即為發(fā)從電力

14、測功機(jī)上所測得的倒拖功率即為發(fā)動機(jī)在該工況下的機(jī)械損失功率。動機(jī)在該工況下的機(jī)械損失功率。 適用范圍：適用范圍：在壓縮比不很高的汽油機(jī)上得在壓縮比不很高的汽油機(jī)上得到廣泛應(yīng)用。到廣泛應(yīng)用。 Pi1=Pe-Pe(1) 一缸的指示功率一缸的指示功率Pij=Pe-Pe(j)Pin=Pe-Pe(n)相加得到整機(jī)指示功率為：相加得到整機(jī)指示功率為：Pi=Pi1+ Pi2+Pin= nPe (Pe (1) + Pe (2) + Pe(n) )Pm= Pi Pe =(n-1)Pe (Pe1 + Pe2 + Pe(n) )整機(jī)機(jī)械損失功率為：整機(jī)機(jī)械損失功率為：2.滅缸法：滅缸法： 適用范圍：僅適用于多缸發(fā)動

15、機(jī)；不能用于廢氣渦適用范圍：僅適用于多缸發(fā)動機(jī)；不能用于廢氣渦 輪增壓發(fā)動機(jī)及單缸發(fā)動機(jī)。輪增壓發(fā)動機(jī)及單缸發(fā)動機(jī)。3.油耗線法：油耗線法： 保證發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速不變，逐漸改變柴油機(jī)供油齒條的位保證發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速不變，逐漸改變柴油機(jī)供油齒條的位置，測出每小時(shí)耗油量置，測出每小時(shí)耗油量B隨負(fù)荷隨負(fù)荷Pme變化的關(guān)系，繪制成下變化的關(guān)系，繪制成下圖，此曲線稱為負(fù)荷特性曲線。圖，此曲線稱為負(fù)荷特性曲線。 適用范圍：適用于柴油機(jī)，但不適用于汽油機(jī)。適用范圍：適用于柴油機(jī)，但不適用于汽油機(jī)。影響影響m的因素的因素 1. 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n（Cm） Cm=Sn/30 n 慣性力慣性力 活塞對缸壁的側(cè)壓力活塞對缸壁的側(cè)壓力

16、軸承負(fù)荷軸承負(fù)荷 各摩擦副相對速度各摩擦副相對速度 摩擦損失摩擦損失 泵氣損失泵氣損失 ，驅(qū)動附件損耗，驅(qū)動附件損耗 pmm2.負(fù)荷負(fù)荷 m=1-Pm/Pi 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n一定，負(fù)荷一定，負(fù)荷 時(shí)，時(shí)，Pm變化不大，變化不大，Pi ，m m 。 3.減小摩擦減小摩擦 4.機(jī)油、粘度、冷卻水溫機(jī)油、粘度、冷卻水溫冷卻水溫度冷卻水溫度 潤滑油溫度潤滑油溫度 潤滑油粘度潤滑油粘度 潤滑效果潤滑效果 摩擦摩擦 mmmpP ,m1-6. 環(huán)境指標(biāo)環(huán)境指標(biāo)排放和噪聲排放和噪聲-最重要指標(biāo)最重要指標(biāo)1、排放物、排放物 （1）氣體排放物：）氣體排放物：HC、CO、NOx （2）微粒：除水以外，粒徑大于）微粒：除水以外，粒徑大于0.002 m的的 液體和固體顆粒液體和固體顆粒2、噪聲、噪聲 國標(biāo)規(guī)定：轎車國標(biāo)規(guī)定：轎車84dB,卡車卡車85dB1-7.熱平衡熱平衡 -熱量的分配情況熱量的分配情況一、實(shí)際循環(huán)熱平衡一、實(shí)際循環(huán)熱平衡 1.實(shí)際工質(zhì)影響實(shí)際工質(zhì)影響 2.換氣損失換氣損失 3