bx發(fā)動機原理1

1、1汽車發(fā)動機原理 第一章發(fā)動機性能2學(xué)習(xí)發(fā)動機原理的目的和內(nèi)容:目的: 提高發(fā)動機性能內(nèi)容: 深入發(fā)動機工作過程的各個階段,分析影響發(fā)動機性能指標的各種因素,研究提高性能的具體措施和努力方向。3發(fā)動機性能評價的主要指標: 動力性指標: 功率P、轉(zhuǎn)矩Ttq、轉(zhuǎn)速n、平均有效壓力pe 經(jīng)濟性指標：燃油消耗率b、（潤滑油消耗率） 環(huán)保性指標：有害排放物（CO、HC、NOx微粒）、噪聲、振動 使用性指標：可靠性、耐久性、維修方便性循環(huán)分類(1)理論循環(huán)(Theoretical Cycle ) 工質(zhì)理想氣體（空氣），物性參數(shù)為常數(shù) 循環(huán)理想循環(huán)； 封閉熱力循環(huán)：系統(tǒng)加熱燃燒放熱，膨脹后當(dāng)作系統(tǒng)放熱 氣體

2、交換:氣門瞬間開閉,缸內(nèi)壓力不變地流入流出過程 特殊熱力過程 ：絕熱壓縮和膨脹，等容或等壓放熱和吸熱（2）理想循環(huán)(Ideal Cycle） 工質(zhì)真實工質(zhì)，組份變化、特性參數(shù)變化； 循環(huán)理想循環(huán)（3）真實循環(huán)（Real Cycle） 工質(zhì)真實工質(zhì) 循環(huán)真實循環(huán)451、理論循環(huán)發(fā)動機工作過程6定容加熱循環(huán)奧托循環(huán)（Otto Cycle ） 汽油機7定壓加熱循環(huán)狄賽爾循環(huán)（Diesel Cycle） 低速及高增壓柴油機8混和加熱循環(huán)薩巴特循環(huán)（Sabathe Cycle ） 高速柴油機9三種理論循環(huán)自然吸氣發(fā)動機三種理論循環(huán)的p-v 及T-S圖 a)等容循環(huán) b)等壓循環(huán) c)混合循環(huán) 10基于理

3、論循環(huán)的發(fā)動機評價指標：循環(huán)熱效率t和循環(huán)平均壓力pt11最高溫度相同時，提高壓縮比對循環(huán)的影響12壓縮比 、絕熱指數(shù)與循環(huán)熱效率t的關(guān)系等容加熱理論循環(huán)熱效率t 與壓縮比的關(guān)系曲線13壓力升高比和預(yù)膨脹比對循環(huán)熱效率t的影響14 a)壓縮比相同 b)最高壓力相同 Q2pQ2mQ2v Q2vQ2mQ2p tvtm tp tptm tv 定壓定容定容定壓加熱量Q1相同時，三種理論循環(huán)t的比較15理論循環(huán)分析的指導(dǎo)意義指出了改善發(fā)動機動力性、經(jīng)濟性的基指出了改善發(fā)動機動力性、經(jīng)濟性的基本原則和方向本原則和方向l在允許的條件下，盡可能提高壓縮比在允許的條件下，盡可能提高壓縮比l合理組織燃燒，提高循環(huán)

4、加熱合理組織燃燒，提高循環(huán)加熱 等容度等容度（減少預(yù)膨脹比（減少預(yù)膨脹比和合理選擇燃燒始點）和合理選擇燃燒始點）l保證工質(zhì)具有較高的絕熱指數(shù)保證工質(zhì)具有較高的絕熱指數(shù)K16四行程發(fā)動機的實際循環(huán)自然吸氣四行程發(fā)動機示功圖a)示功圖 b)壓力圖(展開示功圖)AiA2A1vsvavcrrP0bPeVa氣缸總?cè)莘eVs氣缸工作容積Vc氣缸剩余容積P0大氣壓力Pd缸內(nèi)進氣壓力Pe缸內(nèi)排氣壓力返回17示功圖測試系統(tǒng)示功圖是研究熱功轉(zhuǎn)換的最常用的手段18非增壓發(fā)動機的展開示功圖19四行程發(fā)動機的實際循環(huán)(增壓)Pb壓氣機后壓力Pk渦輪機前壓力p0A1pdA3pbvaVspepkVc廢氣渦輪增壓發(fā)動機示功圖返

5、回20渦輪增壓系統(tǒng)工作原理圖渦輪增壓系統(tǒng)工作原理圖 返回上一頁21自然吸氣式發(fā)動機示功圖分析W1W2vsvavcrrP0bPeVa氣缸總?cè)莘eVs氣缸工作容積Vc氣缸剩余容積P0大氣壓力Pd缸內(nèi)進氣壓力Pe缸內(nèi)排氣壓力l循環(huán)動力過程功循環(huán)動力過程功壓縮沖程、壓縮沖程、燃燒膨脹沖程所作之功，正功，等燃燒膨脹沖程所作之功，正功，等于封閉曲線所包圍的環(huán)積分面積于封閉曲線所包圍的環(huán)積分面積Saczbal泵氣過程功泵氣過程功排氣沖程、進氣排氣沖程、進氣沖程所作之功，沖程所作之功， 等于封閉曲線所包等于封閉曲線所包圍的環(huán)積分面積圍的環(huán)積分面積Sarrba自然吸氣發(fā)動自然吸氣發(fā)動機為負機為負，增壓發(fā)動機為正增

6、壓發(fā)動機為正；l凈指示功凈指示功考慮泵氣損失的指考慮泵氣損失的指示功示功 循環(huán)動力功泵氣過程功循環(huán)動力功泵氣過程功 即：即：（W1+W3）（W2+W3 ） W1+W2 返回指示指標W1W2W322指示指標指示指標實際循環(huán)的評價指標實際循環(huán)的評價指標 指示指標指示指標：是以工質(zhì)對活塞所作之功：是以工質(zhì)對活塞所作之功（凈指示功凈指示功Wi）為計算基準的。）為計算基準的。 指示指標用來標定實際循環(huán)質(zhì)量的好指示指標用來標定實際循環(huán)質(zhì)量的好壞。壞。 它不受動力輸出它不受動力輸出 過程中機械摩擦和附過程中機械摩擦和附件消耗等外來因素的影響，直接反映件消耗等外來因素的影響，直接反映由燃燒到熱工轉(zhuǎn)換的工作循環(huán)

7、進行的由燃燒到熱工轉(zhuǎn)換的工作循環(huán)進行的好壞，因而在工作過程的分析研究中好壞，因而在工作過程的分析研究中得到廣泛的應(yīng)用。得到廣泛的應(yīng)用。23指示指標指示指標1. 指示功指示功 (kJ) Wi (一個實際循環(huán)工質(zhì)對活塞所一個實際循環(huán)工質(zhì)對活塞所做的有用功做的有用功,即即凈指示功凈指示功,相當(dāng)于示功圖面積相當(dāng)于示功圖面積A1A3)2.平均指示壓力平均指示壓力 (MPa) pmi=Wi/ Vs3.平均指示功率平均指示功率 (kw) Pi = pmiVsin/304.指示熱效率指示熱效率 i=Wi/Q1 =3.6/ bih5.指示燃料消耗率指示燃料消耗率 (g/(kwh) ) bi=B/Pi （單位指示

8、功的（單位指示功的耗油量）耗油量） B 每小時耗油量（每小時耗油量（kg/h） 注意：計算時用國際單位制注意：計算時用國際單位制返回24有效指標有效指標評價發(fā)動機性能的指標評價發(fā)動機性能的指標 有效指標有效指標：指以曲軸輸出功：指以曲軸輸出功We為計算基準的指標稱為有效性能為計算基準的指標稱為有效性能指標。指標。 有效指標用來直接評定發(fā)動機有效指標用來直接評定發(fā)動機實際工作性能的優(yōu)劣，故在生產(chǎn)實際工作性能的優(yōu)劣，故在生產(chǎn)實踐中得到廣泛的應(yīng)用。實踐中得到廣泛的應(yīng)用。25平均指示壓力平均指示壓力WipmiVs指示功指示功一個實際循環(huán)工一個實際循環(huán)工質(zhì)對活塞所作的有用功質(zhì)對活塞所作的有用功平均指示壓

9、力平均指示壓力單位氣缸單位氣缸容積所作的指示功；容積所作的指示功； pmi=Wi/Vs 由于量綱正好是壓力的量綱，由于量綱正好是壓力的量綱，所以稱為所以稱為“壓力壓力”即：即：Wi=pmiVs相當(dāng)于一個不變的（平均的）相當(dāng)于一個不變的（平均的）壓力壓力pmi作用在活塞上，使其移作用在活塞上，使其移動一個沖程所作的功，其值等動一個沖程所作的功，其值等于于Wi平均指示壓力的直觀示意圖返回26有效指標動力性指標：動力性指標：1. 有效功率有效功率 (kJ) Pe (曲軸輸出功曲軸輸出功)= Pi - Pm 2.平均有效壓力平均有效壓力 (MPa) pme=We/ Vs3.有效功率有效功率 (kw)

10、Pe= pmeVsin/304.有效扭矩有效扭矩 (N.m) Pe = 2nTtq/60*1000 = Ttqn/95505.轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n(轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/min)和活塞平均速度和活塞平均速度Cm (m/s) Cm = Sn/30返回27Pm(機械損失功）機械損失功） 指示功率不能完全對外輸出，功指示功率不能完全對外輸出，功在發(fā)動機內(nèi)部傳遞過程中，不可在發(fā)動機內(nèi)部傳遞過程中，不可避免有以下?lián)p失：避免有以下?lián)p失： 內(nèi)部運動零件的摩擦損失內(nèi)部運動零件的摩擦損失 驅(qū)動附屬機構(gòu)的損失驅(qū)動附屬機構(gòu)的損失 泵氣損失泵氣損失返回28有效指標有效指標經(jīng)濟性指標經(jīng)濟性指標 6.有效熱效率有效熱效率 e=We/Q1 =3.6

11、/ bih 7.有效燃料消耗率有效燃料消耗率 (g/(kwh) ) be=B/Pe29發(fā)動機的強化指標發(fā)動機的強化指標 升功率升功率PL(kw.L)和比質(zhì)量和比質(zhì)量me (kg/kw) PL = Pe/Vsi= pmeVsin/30Vsi = pmen/30 me = m/ Pe m 發(fā)動機的干質(zhì)量，不含冷卻水和潤滑油發(fā)動機的干質(zhì)量，不含冷卻水和潤滑油 的發(fā)動機質(zhì)量的發(fā)動機質(zhì)量 2.強化系數(shù)強化系數(shù)pmeCm pmeCm越高，發(fā)動機的熱負荷和機械負荷越越高，發(fā)動機的熱負荷和機械負荷越大，發(fā)動機的發(fā)展趨勢大，發(fā)動機的發(fā)展趨勢 是強化系數(shù)的提高，是強化系數(shù)的提高，故故pmeCm的提高也標志了技術(shù)的

12、進步。的提高也標志了技術(shù)的進步。30機械損失機械損失 (定義定義)發(fā)動機運行31機械損失(組成與份額)發(fā)動機內(nèi)部運動零件的摩擦損失(占Pm 的6275%)活塞組件與缸壁的摩擦(4560% ) 、曲柄連機組軸承的摩擦、 (1520% )氣閥機構(gòu)的摩擦(23% )等。驅(qū)動附件的損失(占Pm 的1020%)水泵、水箱風(fēng)扇、機油泵、柴油機噴油泵、空調(diào)、轉(zhuǎn)向助力泵等泵氣損失(占Pm 的1020%) A3+A2 32機械損失(測量方法)1）倒拖法）倒拖法發(fā)動機按測試工況運行到正常穩(wěn)定狀態(tài)發(fā)動機按測試工況運行到正常穩(wěn)定狀態(tài) (水溫、油溫正常水溫、油溫正常) ,斷油或切斷斷油或切斷點火，立即將測功機轉(zhuǎn)為電動機

13、運行，反拖發(fā)動機到同樣轉(zhuǎn)速，則測點火，立即將測功機轉(zhuǎn)為電動機運行，反拖發(fā)動機到同樣轉(zhuǎn)速，則測得的反拖功率即為機械損失功率。顯然，這種測試方法必然將泵氣損得的反拖功率即為機械損失功率。顯然，這種測試方法必然將泵氣損失功包含在內(nèi)了。失功包含在內(nèi)了。誤差：誤差：（a）無燃燒，缸內(nèi)壓力低，活塞與缸套間隙加大；潤滑油粘度加大，）無燃燒，缸內(nèi)壓力低，活塞與缸套間隙加大；潤滑油粘度加大，摩擦損失增加摩擦損失增加（b）缸內(nèi)工質(zhì)溫度低，工質(zhì)密度大，排氣壓力加大，泵氣損失增加。）缸內(nèi)工質(zhì)溫度低，工質(zhì)密度大，排氣壓力加大，泵氣損失增加。汽油機壓縮比小，所以誤差小，柴油機則誤差較大。汽油機壓縮比小，所以誤差小，柴油機

14、則誤差較大。332）滅缸法）滅缸法用于多缸機用于多缸機設(shè)設(shè)N缸發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)時，測出有效功率缸發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)時，測出有效功率Pe。然后第。然后第i缸滅火（停止供油缸滅火（停止供油或點火或點火 ），在相同轉(zhuǎn)速下測定工作的），在相同轉(zhuǎn)速下測定工作的N-1個氣缸的個氣缸的有效功率（有效功率（Pe）-i, 此時認為總的此時認為總的Pm 不變，則滅缸后所減少的輸出功率量為被滅缸的指示功不變，則滅缸后所減少的輸出功率量為被滅缸的指示功率率Pi本質(zhì)上也是倒拖法，只不過是用本質(zhì)上也是倒拖法，只不過是用N-1個缸的動力來反拖被來的那一缸而已。個缸的動力來反拖被來的那一缸而已。理論上反拖法存在的誤差，滅缸法也存在

15、，但由于測定時整機狀態(tài)更接理論上反拖法存在的誤差，滅缸法也存在，但由于測定時整機狀態(tài)更接近于真實情況，某些誤差會相對小一些。近于真實情況，某些誤差會相對小一些。新問題：滅缸后進排氣波動效應(yīng)會影響各缸進氣的均勻性，從而引起額新問題：滅缸后進排氣波動效應(yīng)會影響各缸進氣的均勻性，從而引起額外的測試誤差。外的測試誤差。343）油耗線法）油耗線法轉(zhuǎn)速不變，測出整機油耗隨負荷轉(zhuǎn)速不變，測出整機油耗隨負荷的變化曲線。將此線外延到與橫的變化曲線。將此線外延到與橫坐標交的坐標交的a點，則點，則a0之值為機械之值為機械損失值損失值pmm。圖上橫坐標為正值：輸出功率點；圖上橫坐標為正值：輸出功率點； 為為0 ：怠速

16、點；怠速點； 為負值：外界輸入功率的反拖點，而為負值：外界輸入功率的反拖點，而a點則是發(fā)動機停機不點則是發(fā)動機停機不耗油的全反拖點。顯然此值亦包含了泵氣損失。耗油的全反拖點。顯然此值亦包含了泵氣損失。 適合柴油機，不適合汽油機適合柴油機，不適合汽油機35：1）汽油機多用倒拖法，不適合用滅缸法和油耗線法（不成直線）汽油機多用倒拖法，不適合用滅缸法和油耗線法（不成直線）2）小型柴油機適合滅缸法、反拖法，自然吸氣柴油機多在生產(chǎn)、調(diào)試中使）小型柴油機適合滅缸法、反拖法，自然吸氣柴油機多在生產(chǎn)、調(diào)試中使用油耗線法，作為產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控的手段。用油耗線法，作為產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控的手段。3）廢氣渦輪增壓柴油機無法使用

17、倒拖法和滅缸法，因為這兩種方法都破壞）廢氣渦輪增壓柴油機無法使用倒拖法和滅缸法，因為這兩種方法都破壞 了增壓系統(tǒng)的正常工作。了增壓系統(tǒng)的正常工作。低增壓低增壓 可以用油耗線法。高增壓機型，除示功圖法外，尚無更好的方法?？梢杂糜秃木€法。高增壓機型，除示功圖法外，尚無更好的方法。36機械損失(影響因素)1）轉(zhuǎn)速）轉(zhuǎn)速n（活塞平均速度（活塞平均速度cm ）n、cm，摩擦損失，摩擦損失，泵氣損失，泵氣損失，驅(qū)動附件消耗的功，驅(qū)動附件消耗的功2）負荷）負荷pm373）潤滑條件及冷卻水溫度）潤滑條件及冷卻水溫度機油選用原則：在保證發(fā)動機正常工作時有可靠潤滑條件的前提下，盡機油選用原則：在保證發(fā)動機正常工作

18、時有可靠潤滑條件的前提下，盡量選用粘度系數(shù)小的潤滑油，以減少摩擦損失，改善起動性能。量選用粘度系數(shù)小的潤滑油，以減少摩擦損失，改善起動性能。強化系數(shù)高，軸承負荷大時，用粘度較大的潤滑油；轉(zhuǎn)速高，配合間隙強化系數(shù)高，軸承負荷大時，用粘度較大的潤滑油；轉(zhuǎn)速高，配合間隙小時，用粘度較小的潤滑油。小時，用粘度較小的潤滑油。冷卻水溫度影響燃燒過程和傳熱損失，也與潤滑油的用油溫度有關(guān)，也冷卻水溫度影響燃燒過程和傳熱損失，也與潤滑油的用油溫度有關(guān)，也就關(guān)系到摩擦損失的大小，提高水溫，對性能有益，但受水的沸點的限就關(guān)系到摩擦損失的大小，提高水溫，對性能有益，但受水的沸點的限制，水溫在制，水溫在8095正常機油

19、溫度在正常機油溫度在85110 ，高品質(zhì)油可允許在更高溫度下工作，高品質(zhì)油可允許在更高溫度下工作38常用動力、經(jīng)濟性指示指標、有效指標和機械損失指標一覽表指標名稱 單位 指示指標有效指標 機械損失指標 各指標間的關(guān)系 循環(huán)功(單缸) kJWi WeWmWe=WiWm 平均壓力 MPapmi=Wi/Vs pme=pmi-pmm 功率kwPiPePmPe=PiPm 轉(zhuǎn)矩NmTtq 升功率kw/L PL比質(zhì)量kg/kw me=m/Pe熱效率i=Wi/Q1e=We/Q1m= We/ Wi = Pe/ Pi= pme/ pmi e =i m 燃油消耗率kg/(kwh) bi=B/Pibe=B/Pebi =mbe 升功率單位排量發(fā)出的功率；比質(zhì)量單位有效功率所占質(zhì)量 39發(fā)動機實際循環(huán)