汽車節(jié)能技術(shù)第一章

1、汽車節(jié)能技術(shù)第一章第1頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五緒 論 四、 傳熱學(xué)知識2.熱對流 液體中溫度不同的各部分之間，由于相對的宏觀運動而把熱量從一處帶到另一處的現(xiàn)象，稱為熱對流。沿用1701年牛頓提出的冷卻公式對流換熱系數(shù)3.熱輻射 凡溫度高于0開爾文的物體都有向外發(fā)射輻射粒子的能力。物體轉(zhuǎn)化本身的熱能向外輻射能量的現(xiàn)象稱為熱輻射。 斯蒂芬-波爾茲曼常數(shù)第2頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五第一章發(fā)動機性能第3頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五一、汽車發(fā)動機的發(fā)展1.汽車發(fā)動機發(fā)展史的回顧 1794年，英國人斯特里特提出從燃

2、料的燃燒中獲取動力，第一次提出了燃料與空氣混合的概念； 1799年提出點燃煤氣等 1816年R.stirling發(fā)明了熱空氣發(fā)動機 1817年Rivaz開發(fā)了第一臺大氣壓下的氫氣發(fā)動機 1833年，英國人賴特提出了直接利用燃燒壓力推動 活塞作功的設(shè)計； 1860年Lenoir發(fā)明第一臺煤氣發(fā)動機，人們開始意識到燃料在密閉室內(nèi)燃燒。第4頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五1.汽車發(fā)動機發(fā)展史的回顧 1860年，奧拓研制了第一臺四沖程煤氣發(fā)動機。 1876年，德國發(fā)明家奧托，研制成功第一臺往復(fù)活塞式、單缸、臥式、3.2千瓦(4.4馬力)的四沖程內(nèi)燃機。 1886年，戴姆勒.奔茨

3、等人研制了汽油發(fā)動機。 1892年，狄塞爾發(fā)明了柴油發(fā)動機。 1897年，德國工程師狄塞爾首創(chuàng)的壓縮點火式內(nèi)燃機(柴油機)研制成功；1898年，柴油機首先用于固定式發(fā)電機組；1903年用作商船動力；1904年裝于艦艇；1913年第一臺以柴油機為動力的內(nèi)燃機車制成；1920年左右開始用于汽車和農(nóng)業(yè)機械。 經(jīng)過100多年的發(fā)展，汽油機和柴油機技術(shù)發(fā)生了巨大變化。集各門學(xué)科、高科技于一身，無論是自身性能還是與工作機械的匹配，都達到登峰造極的地步。重量大約減輕100倍，油耗下降5倍。汽車發(fā)動機發(fā)展 第5頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五1.汽車發(fā)動機發(fā)展史的回顧汽車發(fā)動機發(fā)展 奧

4、拓四沖程煤氣發(fā)動機汽車本茨設(shè)計制造出裝用汽油機的三輪汽車第6頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五第7頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五第8頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五1953年第一汽車制造廠在長春奠基，1956年7月13日，12輛國產(chǎn)“解放”牌汽車駛下總裝線，開創(chuàng)了我國汽車工業(yè)的新紀元。1989年確定了三大三小的格局。1994年汽車工業(yè)被列為國家支柱產(chǎn)業(yè)。1998年我國汽車產(chǎn)量超過160萬輛，進入世界十強。2003年成為世界第四大汽車生產(chǎn)國和第三大消費國。2005年我國汽車產(chǎn)量達到570.7萬輛，銷售汽車575.82萬輛。

5、2006年汽車保有量4985萬輛。2008年我國汽車銷量938.05萬輛，保有量6467萬輛。我國摩托車工業(yè)，自1993年連續(xù)產(chǎn)量居世界第一.截至2011年底，全國機動車保有量為2.25億輛，其中汽車1.06億輛。 2.我國汽車發(fā)動機產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀我國發(fā)動機發(fā)展主要存在問題： 自主開發(fā)能力差， 核心技術(shù)主要是掌握在國外。 企業(yè)數(shù)量眾多，規(guī)模小，重復(fù)投資引進。汽車發(fā)動機發(fā)展 第9頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五汽油機產(chǎn)量 序號單位產(chǎn)量（臺）產(chǎn)量份額（%）1一汽-大眾10177967.76 2上汽通用五菱9558887.29 3重慶長安8402706.40 4上海通用動力79

6、42366.05 5東風(fēng)日產(chǎn)7939116.05 6奇瑞汽車6359654.85 7五菱柳機6167244.70 8上海大眾5626804.29 9北京現(xiàn)代5580354.2510上海大眾動力5086993.88 上述十家企業(yè)共生產(chǎn)汽油機728.4204萬臺，占汽油機生產(chǎn)累計總量的55.51%。2.我國汽車發(fā)動機產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀第10頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五序號單位產(chǎn)量（臺）產(chǎn)量份額（%）1廣西玉柴機器集團 722542 19.252中國一汽集團 456983 12.183安徽全柴動力股份有限公司 377398 10.064濰柴動力股份有限公司360127 9.60

7、5昆明云內(nèi)動力股份有限公司228417 6.096東風(fēng)汽車 225326 6.007江鈴控股 195296 5.208朝陽柴油機廠188313 5.029山東華源萊動 171609 4.5710北汽福田 144734 3.86柴油機產(chǎn)量 十家企業(yè)共銷售柴油機307.0745萬臺，占柴油機累計銷售總量的81.82%。 2.我國汽車發(fā)動機產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀第11頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五國際十佳3.國內(nèi)外十佳發(fā)動機 Ward年度十佳發(fā)動機獎項是由名為WardsAutoworld（沃德的汽車世界）這本雜志評選出來的。該雜志創(chuàng)刊于1924年，在全世界范圍內(nèi)都頗具影響力。雖然有資

8、格獲得Ward十佳發(fā)動機的只有在北美市場發(fā)售的車型，但實際上能夠贏得北美市場和Ward的認可就可以等同于贏得了全世界的認可。1、奧迪3.0L TFSI機械增壓DOHC V-6 這款3.0LTFSI V6具有驚人的中低速扭矩，同時全鋁構(gòu)造更輕并具有更好的經(jīng)濟性。功率達到333hp/ 5500-7000rpm，扭矩達441Nm/ 2900-5300rpm。奧迪3.0TFSI發(fā)動機采用缸內(nèi)直噴技術(shù)，機械增壓裝置完美地融合在90度的V6發(fā)動機中，壓縮比達10.5:1。 國內(nèi)市場中的奧迪A6L、A8、Q7等車型中配備。第12頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五國際十佳 3.國內(nèi)外十佳

9、發(fā)動機2、寶馬 N20 渦輪增壓 2.0L I-4 3、寶馬3.0L N55 渦輪增壓 I-6120hp/ L，扭力約350Nm左右。國內(nèi)市場中目前只有進口版Z4配備了此款發(fā)動機。產(chǎn)生300hp/ 5800rpm功率以及高達407Nm/ 1200-5000rpm最大扭矩，在目前中國市場的進口335i和國產(chǎn)535i車型上均可見到 第13頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五國際十佳 3.國內(nèi)外十佳發(fā)動機4、福特EcoBoost 渦輪增壓2.0L I-4 此款2.0LEcoBoost渦輪增壓發(fā)動機相比以往福特推出的傳統(tǒng)發(fā)動機，擁有巨大的技術(shù)進步，加裝了當下流行的可變正時氣門+缸內(nèi)

10、直噴+渦輪增壓，以高效動力表現(xiàn)以及可觀的燃油經(jīng)濟性贏得評委們的青睞。 采用博格華納的K03低慣量轉(zhuǎn)子渦輪，在進、排氣門可變正時的幫助下，發(fā)動機在1750rpm便可達到最大扭矩輸出，提高了發(fā)動機在低轉(zhuǎn)速時的動力表現(xiàn)。此發(fā)動機最大功率240馬力，扭矩可達340Nm，可謂小排量大輸出。國內(nèi)所搭載此款發(fā)動機的車型包括福特蒙迪歐致勝、沃爾沃S80L以及備受關(guān)注的路虎攬勝極光 第14頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五國際十佳 3.國內(nèi)外十佳發(fā)動機5、馬自達Skyactiv-G 2.0L I-4 這款成本不高但科技感十足的自然吸氣4缸2.0LSkyactv發(fā)動機，國內(nèi)被稱為“創(chuàng)馳藍天”

11、技術(shù)，重點在于提升動力系統(tǒng)的效率和動力性能，此款發(fā)動機的亮點之一在于其高達14:1的超高壓縮比例，雖然后期經(jīng)過調(diào)整有所降低，但仍然達到了13:1。能夠采用如此高的壓縮比，與發(fā)動機采用獨特設(shè)計的燃燒室分不開。效率方面，與目前普通馬自達2.0發(fā)動機相比提高了15%以上。 這款發(fā)動機將主要用于馬自達3 Skyactiv版本以及2013款CX-5中，目前還沒有引入中國市場。第15頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五國際十佳 3.國內(nèi)外十佳發(fā)動機6、克萊斯勒Pentastar 3.6L DOHC V-6 該發(fā)動機結(jié)構(gòu)簡單、耐久度高、保養(yǎng)維護費用低等特點，可產(chǎn)出286馬力的最大功率以及

12、347Nm的最大扭矩，油耗9.4L/100km左右。JEEP吉普牧馬人、大切諾基等車型均配備了此款發(fā)動機。7、福特Coyote, 5.0L V-8 這款發(fā)動機只出現(xiàn)在美版的福特野馬Boss 302。功率444hp，使用了全新的頂置凸輪和鋁制結(jié)構(gòu)，以及雙獨立可變凸輪軸正時技術(shù)，發(fā)動機可以隨時迅速控制節(jié)氣門開閉程度，提升車輛的加速性能以及低轉(zhuǎn)速動力輸出。8、通用別克渦輪增壓2.0L I-4 此次獲獎的通用別克2.0高功率渦輪增壓直列四缸發(fā)動機，擁有270馬力、400Nm的動力輸出數(shù)據(jù)，動力水平直逼同平臺的歐寶Insignia OPC搭載的2.8L V6渦輪增壓發(fā)動機 ，而國內(nèi)版均為雖然也使用同樣代

13、號的2.0渦輪增壓發(fā)動機，但功率與海外版的270馬力版本截然不同，國內(nèi)的2.0發(fā)動機只有不到230馬力的最大功率 。第16頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五10、英菲尼迪VQ, 3.5L V-6 混合動力 VQ混合動力發(fā)動機采用一臺可以輸出68馬力（50千瓦）功率、270Nm的HM34電動機作為輔助，可輸出超過360馬力的動力，通過位于電動機前后兩套離合器的開閉組合來控制動力的流向，電動機則身兼二職，既做驅(qū)動使用的電動機，又用來做發(fā)電機。車輛的百公里油耗約小于6L/100km新推出的發(fā)動機將主要配備于英菲尼迪M35h車型上，雖然目前還沒有進入國內(nèi)市場，但有消息稱英菲尼迪將

14、有望在今年內(nèi)引進混合動力版本的車輛。國際十佳 3.國內(nèi)外十佳發(fā)動機9、現(xiàn)代GDi1.6L I-4 韓系發(fā)動機近年來屢次獲獎。此次上榜的是一臺全新小排量GDi1.6升 4缸發(fā)動機。這款發(fā)動機應(yīng)用了缸內(nèi)直噴技術(shù)，使燃料燃燒更加充分，輸出更加高效，同時有效降低油耗以及二氧化碳排放量。其最大功率約為101kW)/6300rpm和166Nm/4850rpm的最大扭矩。 此款發(fā)動機用于現(xiàn)代以及起亞的眾多入門級車型，例如海外版現(xiàn)代雅紳特、飛思、起亞秀爾等。遺憾的是，也許是出于成本以及國內(nèi)油品質(zhì)量考慮，目前這款1.6升高效發(fā)動機沒有被引進到國內(nèi)市場中。第17頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星

15、期五 2012年12月11日，由汽車與運動主辦 “中國心”2012年度十佳發(fā)動機，作為國內(nèi)惟一的汽車發(fā)動機評選活動，受到各界關(guān)注國內(nèi)十佳 3.國內(nèi)外十佳發(fā)動機第18頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五4.汽車發(fā)動機發(fā)展面臨問題石油缺乏： 根據(jù)英國石油公司世界能源統(tǒng)計評論的數(shù)據(jù)，截止2003年底，世界已探明石油儲量為11480億桶，合計1570億噸。從現(xiàn)有數(shù)據(jù)來看，如果石油消費保持現(xiàn)在的速度，世界石油儲備還可以滿足40年到50年之需。 我國石油資源總量較豐富。據(jù)2003年BP的統(tǒng)計，在世界103個產(chǎn)油國中我國石油可采資源總量和剩余可采儲量分別居第11位和第10位。截至 200

16、3年底，我國石油可采資源探明率為43，總體屬于石油勘探中等成熟階段。綜合分析資源情況和勘探潛力，預(yù)計未來1520年內(nèi)，我國石油儲量仍處于高穩(wěn)定增長期，年均新增石油可采儲量在1.4億1.8億噸左右，大體保持目前的儲量增長水平。 從1993年起成為石油凈進口國，我國進口石油的三分之一用于汽車消耗。國內(nèi)石油產(chǎn)量基本維持在2億噸左右水平，每年進口量還在增加。2011年達到2.7億噸，很快將突破3億噸，預(yù)計2015年進口依存度達到60%以上。據(jù)預(yù)測將嚴重影響國家能源安全。第19頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五4.汽車發(fā)動機發(fā)展面臨問題 我國的油價在世界范圍內(nèi)處于中游，但收入與油價

17、比排名世界第四，而且我國的高速公路收費；隨著排放標準的更加嚴格，運輸成本會進一步提高。第20頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五排放 汽車排出的污染物質(zhì)主要包括在氣缸內(nèi)燃燒后從排氣管排出的廢氣，以及曲軸箱竄氣、機油蒸氣排放、燃料箱和化油器的蒸發(fā)排放等。有害物質(zhì)包括CO、 CO2、NOX、HC、碳煙等。噪聲污染 噪聲污染已經(jīng)成為四大公害之一。而城市噪聲污染主要來自城市交通噪聲，其中汽車噪聲占據(jù)很大部分。在我國城市噪聲源中，交通噪聲占46.8%，社會生活噪聲占28.9%，工業(yè)噪聲占8.3%，施工噪聲占5.1%，其它噪聲占10.9%。而且，交通噪聲所占比例有逐年上升的趨勢。4.汽

18、車發(fā)動機發(fā)展面臨問題第21頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五5.汽車動力裝置發(fā)展預(yù)測內(nèi)燃機技術(shù)主要體現(xiàn)在以下幾個方面（1）缸內(nèi)直噴電控汽油機性能的進一步改善（2）使用共軌式高壓電控直噴柴油機（3）汽柴油品質(zhì)的提高（4）各種高效排放后處理裝置的開發(fā)和使用第22頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五動力裝置說明汽油機先進汽油機、自動離合器、變速器混合動力汽油機先進汽油機連續(xù)變速器，并聯(lián)電池和電動機柴油機先進柴油機、自動離合器、變速器混合動力柴油機先進柴油機連續(xù)變速器，并聯(lián)電池和電動機氫燃料電池100燃料電池，壓縮氫氣和電驅(qū)動鏈混合動力氫燃料電池氫燃料電池加蓄

19、電池汽油燃料電池與氫燃料電池同，氫氣是由車上加工汽油產(chǎn)生汽油燃料電池混合動力 同上加蓄電池5.汽車動力裝置發(fā)展預(yù)測汽車發(fā)動機發(fā)展 第23頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五二、 發(fā)動機的理論循環(huán)過程1.對實際循環(huán)所作的假設(shè)條件 a) 假設(shè)工質(zhì)是理想氣體，整個循環(huán)工質(zhì)組成成分不變。 b) 閉口系統(tǒng)作封閉循環(huán)，不考慮換氣損失。 c) 將壓縮和膨脹過程假定為絕熱等熵過程。 d) 假設(shè)燃燒是外界無數(shù)個高溫?zé)嵩炊ㄈ莼蚨▔杭訜帷?根據(jù)加熱方式不同，發(fā)動機有三種基本空氣標準循環(huán),即定容加熱循環(huán)、定壓加熱循環(huán)和混合加熱循環(huán)。第24頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五 a

20、)定容加熱循環(huán) 由于汽油機的均勻混合氣為爆炸燃燒，燃燒速度很快，而在上止點附近容積變化又較小，因此燃燒過程相當于定容燃燒。2. 三種理論循環(huán)發(fā)動機的理論循環(huán)過程示功圖溫熵圖第25頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五 b)定壓加熱循環(huán) 低速柴油機燃油質(zhì)量差，形成可燃混合氣的速度慢，不均勻混合氣的擴散燃燒速度很慢。燃燒持續(xù)時間長，接近定壓加熱。2. 三種理論循環(huán)發(fā)動機的理論循環(huán)過程示功圖溫熵圖第26頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五 c)混合加熱循環(huán) 高速柴油機在燃燒初期，由于部分混合氣已與空氣混合，之后由于邊噴油、邊混合、邊燃燒，燃燒速度受到制約，因此燃

21、燒過程兼有逐漸爆炸燃燒和擴散燃燒的特征，對應(yīng)于氣缸內(nèi)的容積變化情況，可以將燃燒過程簡化為定容定壓加熱。2. 三種理論循環(huán)發(fā)動機的理論循環(huán)過程示功圖溫熵圖第27頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五 為壓力升高比 為預(yù)膨脹比 3. 循環(huán)熱效率發(fā)動機的理論循環(huán)過程第28頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五示功圖的制取發(fā)動機示功圖制取方法第29頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五上止點位置傳感器曲軸轉(zhuǎn)角傳感器內(nèi)置壓力傳感器的火花塞示功圖的制取發(fā)動機缸壓所需傳感器第30頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五4. 熱效率的影響因

22、素發(fā)動機的理論循環(huán)過程1）壓縮比 隨著壓縮比的增大，三種循環(huán)的效率都提高。壓縮比的提高，可以提高循環(huán)平均吸熱溫度，降低循環(huán)平均放熱溫度，擴大循環(huán)溫差，增大膨脹比，如圖1-2所示。圖1-3表示定容加熱循環(huán)熱效率隨壓縮比變化的情況。在 較低時，隨著 的提高，效率增長很快；在 較大時，再增加 則效果較小。第31頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五4. 熱效率的影響因素發(fā)動機的理論循環(huán)過程2）壓力升高比 增大時，對于混合加熱循環(huán)來說，若q1不變則q2減少；若q2不變則q1增大，都會使效率增大。3）預(yù)膨脹比 在等壓加熱循環(huán)中，隨著加熱量q1的增加, 值加大。若 保持不變，因平均膨脹比

23、減小，放出的熱量q2增加，效率下降。 在混合加熱循環(huán)中，當循環(huán)總加熱量q1和 保持不變， 值增大，意味著等壓加熱部分增大，同樣效率下降。第32頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五5.循環(huán)平均壓力發(fā)動機的理論循環(huán)過程是單位氣缸容積所做的循環(huán)功，用來評定循環(huán)的做功能力式中循環(huán)所做的功（J）氣缸工作容積（L）根據(jù)工程熱力學(xué)公式，混合加熱循環(huán)的平均壓力為：式中壓縮始點的壓力（KPa）定容加熱循環(huán)的平均壓力為：定壓加熱循環(huán)的平均壓力為：第33頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五發(fā)動機的理論循環(huán)過程5.循環(huán)平均壓力第34頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49

24、分，星期五三、 四沖程發(fā)動機的實際循環(huán) 四沖程發(fā)動機的實際工作過程是由連續(xù)的循環(huán)組成。第35頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五 活塞在上止點前打開進氣門，氣缸內(nèi)的殘余廢氣膨脹，過了上止點后，氣缸真空度不斷吸入新鮮空氣與燃料的混合氣。1.進氣過程四沖程發(fā)動機的實際循環(huán)由于進氣阻力，氣流受高溫零件及殘余廢氣的加熱，有如下關(guān)系汽油機柴油機增壓柴油機增壓壓力第36頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五2.壓縮過程 四沖程發(fā)動機的實際循環(huán)汽油機 n1=1.321.38柴油機 n1=1.381.40增壓柴油機 n1=1.351.37工質(zhì)溫度低，被加熱，多變指數(shù)大于絕

25、熱指數(shù)，工質(zhì)溫度高，放熱，多變指數(shù)小于絕熱指數(shù)汽油機 0.82.0 600750柴油機 3.05. 0 7501000增壓柴油機 5.08.0 9001100壓縮比范圍 汽油機： 710 柴油機： 1422 增壓柴油機： 1215 壓縮比很重要，常用測量壓縮壓力來檢查，當氣缸密封不良時，會出現(xiàn)壓縮終點溫度、壓力下降，起動困難，功率減小等。第37頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五3.燃燒過程 四沖程發(fā)動機的實際循環(huán)汽油機 3.06.5 22002800柴油機 4.59. 0 18002200增壓柴油機 9.013.0燃燒放出熱量越多，放熱時越靠近上止點，熱效率越高。第38頁

26、，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五1四沖程發(fā)動機的實際循環(huán)4.膨脹過程汽油機 n2=1.231.28柴油機 n2=1.151.28汽油機 0.30.6 12001500柴油機 0.20. 5 10001200 工質(zhì)溫度低，被加熱，多變指數(shù)大于絕熱指數(shù)，工質(zhì)溫度高，放熱，多變指數(shù)小于絕熱指數(shù).第39頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五四沖程發(fā)動機的實際循環(huán)5.排氣過程由于排氣系統(tǒng)阻力，排氣終了的壓力大于大氣壓力汽油機和柴油機廢氣渦輪增壓柴油機汽油機柴油機 發(fā)動機實際工作循環(huán)由上述五個過程組成，由于存在各種損失與理論循環(huán)相比存在一定偏差。第40頁，共83頁，

27、2022年，5月20日，0點49分，星期五四、實際循環(huán)的評定指示指標 指示指標用來評定實際循環(huán)質(zhì)量的好壞，它以工質(zhì)在氣缸內(nèi)對活塞做功為基礎(chǔ)。用平均指示壓力及指示功率評定循環(huán)的動力性做功能力；用循環(huán)熱效率及燃料消耗率評定循環(huán)的經(jīng)濟性。1.平均指示壓力 一個實際循環(huán)工質(zhì)對活塞所做的有用功稱為指示功，單位氣缸工作容積的指示功為平均指示壓力?？筛鶕?jù)測量示功圖面積計算求得。 為了比較不同大小氣缸的做功能力，需要排除尺寸的影響。Pmi的一般范圍是： 汽油機 0.81.5MPa 柴油機 0.71.1MPa 增壓柴油機 12.5MPa第41頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五2.指示功率

28、發(fā)動機單位時間所做的指示功，稱為指示功率Pi 。行程數(shù)；i-氣缸數(shù)3.指示熱效率和指示燃油消耗率 指示熱效率是實際循環(huán)指示功與所消耗的燃料熱量之比。 指示燃油消耗率是指單位指示功的耗油率。 四、實際循環(huán)的評定指示指標第42頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五五、發(fā)動機經(jīng)濟性和動力性的評價 發(fā)動機經(jīng)濟性和動力性指標是以曲軸對外輸出的功率為基礎(chǔ)，代表了發(fā)動機整機的性能，通常稱它們?yōu)橛行е笜恕?1.發(fā)動機動力性能 1） 有效功率 Pi 發(fā)動機的指示功率并不能完全對外輸出，功在發(fā)動機內(nèi)部的傳遞過程中，不可避免有損失，這些損失包括： 1)發(fā)動機內(nèi)部運動零件的摩擦損失； 2)驅(qū)動附屬機

29、構(gòu)的損失； 3)泵氣損失，指進排氣過程所消耗的功。第43頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五2）有效扭矩 發(fā)動機工作時，由功率輸出軸輸出的扭矩稱為有效扭矩Ttq。式中：Ttq一有效扭矩(Nm)；n一發(fā)動機轉(zhuǎn)速(r/min)。3）平均有效壓力 pme 平均有效壓力Pme(MPa)，是發(fā)動機單位氣缸工作容積輸出的有效功。它與有效功率(kw)之間的關(guān)系是： Pme的般范圍是： 汽油機 0.71.3 MPa 柴油機 0.61.0 MFa 增壓柴油機 0.92.2 MPa1.發(fā)動機動力性能發(fā)動機經(jīng)濟性和動力性的評價第44頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五4) 轉(zhuǎn)

30、速和活塞平均速度 提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速，即增加單位時間的做功次數(shù)，從而使發(fā)動機體積小、重量輕和功率大。式中 活塞行程(m)。 （r/min） （m/s）小客車汽油機5000800012 180.7 1.0載貨車汽油機3600450010 150.8 1.2普通柴油機200050009 150.75 1.2增壓柴油機150040008 120.9 1.3轉(zhuǎn)速 增加，活塞平均速度 也增加， 與 的關(guān)系為1.發(fā)動機動力性能發(fā)動機經(jīng)濟性和動力性的評價第45頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五1） 有效熱效率 是發(fā)動機的有效功We與所消耗燃料熱量Q1之比。2） 有效燃料消耗率 be式中：B

31、每小時的耗油量(kg/h)；Pe有效功率(kW)。1升0.2642加侖1公里0.621英里英里/加侖235.21/（L/100km)2.發(fā)動機經(jīng)濟性指標是單位有效功的耗油量。發(fā)動機經(jīng)濟性和動力性的評價第46頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五1） 升功率和比質(zhì)量 升功率PL(kW/L)是發(fā)動機每升工作容積所發(fā)出的有效功率。 比質(zhì)量me(kg/kW)是發(fā)動機的干質(zhì)量與所給出的標定功率之比。它表征質(zhì)量利用程度和結(jié)構(gòu)緊湊性。 發(fā)動機經(jīng)濟性和動力性的評價3.發(fā)動機強化指標 （kW/L） （kg/kW）汽油機30701.1 4.0汽車柴油機18302.5 9.0拖拉機柴油機9155.

32、5 16第47頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五2） 強化系數(shù) 平均有效壓力Pme與活塞平均速度Cm的乘積稱為強化系數(shù)。它與活塞單位面積的功率成正比。其值愈大，發(fā)動機的熱負荷和機械負荷愈高。由于發(fā)動機的發(fā)展趨勢是強化程度不斷提高，所以PmeCm值增大，也是技術(shù)進步的個標志。 PmeCm的大致范圍是： 汽油機 817MPams 小型高速柴油機 611MPams 重型汽車柴油機 915MPam5發(fā)動機經(jīng)濟性和動力性的評價3.發(fā)動機強化指標第48頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五六、發(fā)動機的環(huán)境指標 發(fā)動機的環(huán)境指標主要指排氣品質(zhì)和噪聲。 發(fā)動機的排放物中

33、含有對人類有害的有毒物質(zhì)，對大氣污染，從而形成公害。其排出的有害物分為下述兩類。 1.排放 1）有害氣體 目前主要限制一氧化碳(CO)、各種碳氫化合物(HC)及氮氧化合物(NOx)三種危害最大的氣體排放量。 2）排氣微粒 指排氣中除水以外的、單個顆粒大于0.002微米的任何液體或固體微粒。其中，以碳為主要成分的固體顆粒形成碳煙，是排氣微粒最主要的成分。第49頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五2. 噪聲 噪聲會刺激神經(jīng)，使人心情煩燥、反應(yīng)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。如我國噪聲標準中規(guī)定，轎

34、車加速噪聲不得大于74dB。六、發(fā)動機的環(huán)境指標 由道路所激發(fā)的車體結(jié)構(gòu)的振動；輪臺觸地所激起的空氣振動；車體穿過大氣所產(chǎn)生的湍流；發(fā)動機的振動和排氣、進氣；傳動系統(tǒng)中的相互運動所激發(fā)的振動；制動器與輪圈的摩擦；空調(diào)風(fēng)機等。第50頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五 發(fā)動機的機械損失消耗了一部分指示功率，而使對外輸出的有效功率減少。不同類型發(fā)動機各部分機械損失所占百分比差別很大，下表給出機械損失分配的大致情況。 機械損失名稱占Pm百分比（%）占Pi百分比（%） 摩擦損失 其中 活塞及活塞環(huán) 連桿、曲軸軸承 配氣機構(gòu)62754560152023820驅(qū)動各種附件損失 其中 水

35、泵 風(fēng)扇 機油泵 電器設(shè)備10202368121215帶動機械增壓器損失610泵氣損失102024總功率損失1030七、機械損失第51頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五 機械損失的大小可以用機械損失功率Pm(kW)和平均機械損失壓力Pmm(MPa)單位氣缸工作容積的機械損失功來表示。它們和有效指標的關(guān)系是 同樣，為了比較各種不同內(nèi)燃機機械損失所占比例的大小，引入機械效率的概念。 機械效率是有效功率和指示功率的比。1.機械效率機械損失第52頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五 機械損失功率是通過對實際發(fā)動機試驗來測定。常用的測試方法有倒拖法、滅缸法和油耗

36、線法。 1）倒拖法 發(fā)動機與平衡式電力測功器相連。首先讓發(fā)動機在給定的工況下穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，當冷卻水和機油溫度到達正常值時，立即切斷供油(柴油機)或停止點火(汽油機)，同時將電力測功器轉(zhuǎn)換為電動機，以給定轉(zhuǎn)速倒拖發(fā)動機，并盡可能維持冷卻水和機油溫度不變。電力測功器所測得的倒拖功率，即為發(fā)動機在該工況下的機械損失功率。 這種方法的缺點是必須使用平衡式電力測功器，而且由于缸內(nèi)壓力、溫度與實際不符，測量結(jié)果往往偏大。我國汽車發(fā)動機試驗標準中規(guī)定，應(yīng)優(yōu)先采用此法測量機械損失功率。機械損失2.機械損失的測定第53頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五機械損失發(fā)動機臺架試驗 發(fā)動機的各項性能指

37、標包括功率、油耗等通常是在發(fā)動機試驗臺上完成的。試驗臺由測功器及臺架、輔助系統(tǒng)、測試儀器組成。發(fā)動機試驗臺架簡圖1冷卻水箱2空氣流量計3穩(wěn)壓筒4量油裝置5燃油箱6測功器7轉(zhuǎn)速表8消聲器9墊層10基礎(chǔ)11底板12高壓氣瓶13示功器14混合水箱第54頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五機械損失測功器 測功器是用來吸收試驗發(fā)動機發(fā)出的功，改變其負荷及轉(zhuǎn)速，模擬實際使用的各種工況，同時測定發(fā)動機的輸出轉(zhuǎn)矩，發(fā)動機轉(zhuǎn)速可測得，功率則由下式求得：式中：Ttq一有效扭矩(Nm)；n一發(fā)動機轉(zhuǎn)速(r/min) 常用的測功器有水力測功器、電渦流測功器和平衡式直流電力測功器三種。第55頁，共8

38、3頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五機械損失水力測功器水力測功器是由制動器與測力機構(gòu)組成111111111轉(zhuǎn)子軸 2外殼 3無接觸密封 4進水孔 5定子 6轉(zhuǎn)子 7進水管 8進水環(huán)室 9分隔室 10聯(lián)軸節(jié)11轉(zhuǎn)速傳感器 12排水室 13固定軸承 14回水孔 15隔板 16浮動活塞閥 17活塞座 18控制閥 19伺服電機 20 排水孔DYNABAR水力測功器機構(gòu)圖第56頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五1111DYNABAR水力測功器功率范圍圖a為最大功率線（滿水線）b為最大轉(zhuǎn)矩線（轉(zhuǎn)子強度）c為額定功率線（進出孔截面）d為最大轉(zhuǎn)速線（軸承及潤滑）e為空載特性線

39、（出水閥全開）abcdea所圍面積表示測功器可以吸收功率范圍水力測功器優(yōu)點：價格低、結(jié)構(gòu)簡單、可靠、體積??；缺點：精度低、操控復(fù)雜。第57頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五電渦流測功器 是利用渦電流效應(yīng)將發(fā)動機的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，繼而變?yōu)闊崮艿倪^程。 調(diào)整勵磁電流，可調(diào)整吸收功率的大小。1鐵殼 2勵磁線圈 3渦流環(huán) 4轉(zhuǎn)子第58頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五電渦流測功器電渦流測功器連接圖電渦流測功器控制柜優(yōu)點：操作簡便、結(jié)構(gòu)緊湊、精度較高、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)缺點：成本較高，不能反拖，能量不能回收第59頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五

40、平衡式電力測功器 1-轉(zhuǎn)子 2、6-滾動軸承 3、5-滑動軸承 4-定子外殼 7-基座由平衡電機、測力機構(gòu)、負載電阻、勵磁機組、交流機組和操縱臺組成。優(yōu)點：可回收電能、反拖發(fā)動機，工作靈敏、測量精度高；缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格昂貴。第60頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五 質(zhì)量法測量燃油消耗量1-油箱 2-開關(guān) 3-濾油器 4-三通閥 5-油杯 6-天平發(fā)動機油耗的測量 發(fā)動機臺架上主要使用油耗儀來測量油耗，主要是基于兩種方法：質(zhì)量法和容積法。第61頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五容積法測量燃油消耗量 1-油箱 2-開關(guān) 3-濾油器 4-三通閥 5-量

41、瓶容積法測量燃油消耗量第62頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五試驗方法主要內(nèi)容實用性局限性滿油箱法每次試驗前在油箱里加滿油，直接測量燃油消耗量無需對車輛進行改裝，無需使用特殊儀器由于油路以及油箱中存在殘留氣體，致使測量精確度不高燃料噴量累計法根據(jù)發(fā)動機ECU發(fā)出的噴射信號，計算噴射量，累計算出燃油消耗量對車輛進行略微改裝，即可進行道路燃油消耗量的測定間接測量，在結(jié)果中避免不了存在誤差，須對燃油消耗量進行驗證空燃比 測定法根據(jù)發(fā)動機吸入空氣量和空燃比，算出每個測量周期的油耗量。累計算出燃油消耗量對車輛略微改裝可以進行道路燃油耗量的測定間接測量，必須進行燃油消耗量的驗證碳平衡

42、法 測定尾氣中的碳的含量，根據(jù)碳守恒原理計算油耗 無需改裝車量，精度較高 需要知道燃料的組成碳氫比 發(fā)動機油耗的測量第63頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五 2) 滅缸法 滅缸法僅適用于多缸發(fā)動機。首先將發(fā)動機調(diào)整到給定工況穩(wěn)定工作，測定其有效功率Pe ，然后停止向一個氣缸(例如第一缸)供油，并調(diào)整測功器，使內(nèi)燃機恢復(fù)到原來的轉(zhuǎn)速，再測定發(fā)動機的有效功率Pe(i)由于有一個氣缸不工作，第二次測得的有效功率比第一次測得的小，兩者之差即為停油氣缸的指示功率。 此法的測量誤差，對于柴油機，在較好情況下可以達到5%；但對汽油機，由于停缸會使進氣情況改變，往往得不到正確結(jié)果。同樣，

43、它也不能用于廢氣渦輪增壓發(fā)動機及單缸機。 機械損失2.機械損失的測定第64頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五機械損失2.機械損失的測定 3） 油耗線法 又稱負荷特性法，保證發(fā)動機轉(zhuǎn)速不變，逐漸改變柴油機供油齒條的位置，測出每小時耗油量B隨負荷Pme變化的關(guān)系，繪制成如圖的曲線。此方法的基礎(chǔ)是，假設(shè)轉(zhuǎn)速不變時Pmm和指示熱效率都不隨負荷增減而變 化。 柴油機工作接近這個假設(shè)，故此法適用于柴油機，但不適用于汽油機。第65頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五機械損失3.影響機械損失的因素 1） 氣缸直徑及行程 根據(jù)試驗，機械損失功率與缸徑、行程的大致關(guān)系為

44、式中：D-氣缸直徑；S-活塞行程；Dm-曲軸的平均直徑；K-與氣缸數(shù)和轉(zhuǎn)速有關(guān)的常數(shù)。 可見，當發(fā)動機工作容積增加，即加大缸徑或行程時，機械損失功率增加、但因氣缸的面積與容積之比值(A/V)減少，相對摩擦面積減少，故相對的機械損失少，機械效率提高。 當氣缸工作容積一定，而行程、缸徑比(S/D)減小時，則因活塞平均速度Cm值和A/V值均有所下降，所以機械效率提高。第66頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五機械損失2）摩擦損失3.影響機械損失的因素 在機械損失中，摩擦損失所占比例最大，達70左右，故降低摩擦損失一直是人們極為關(guān)注的問題。 (1)活塞組件 活塞組件是發(fā)動機中主要的

45、摩擦源，產(chǎn)生摩擦的部件是：活塞環(huán)、活塞裙部和活塞銷。影響摩擦損失的主要因素是活塞環(huán)的結(jié)構(gòu)與組合，活塞裙部的幾何形狀，缸套的溫度及配合間隙等。在高速車用汽油機中，為減少摩擦損失采取的措施有：減少活塞環(huán)數(shù)目，如由三道環(huán)(二氣一油)減至二道環(huán)(一氣一油)，甚至出現(xiàn)一道環(huán)；減薄活塞環(huán)厚度，目前已有23mm厚的氣環(huán)，減少活塞裙部的接觸面積，如裙部加裝凸起物，制成骨架式結(jié)構(gòu)，在裙部涂固體潤滑膜等。非油溶性：二硫化鉬、石墨；油溶性：二油酸亞磷酸脂、 十八烷胺、硼酸脂類、與低粘度優(yōu)質(zhì)潤滑油混合物第67頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五機械損失3.影響機械損失的因素(2)曲軸組件 曲軸摩擦

46、源于軸頸與軸承(包括主軸頸、連桿軸頸或平衡軸頸)及其密封裝置。一般潤滑動阻力與軸頸的直徑和寬度的立方成正比，因此主要措施為減少運動件的慣性質(zhì)量，如減小活塞、活塞銷、連桿的質(zhì)量，可降低軸承負荷并可使軸承寬度和軸徑減小。(3)配氣機構(gòu) 氣門機構(gòu)在發(fā)動機整個工作范圍均承受高負荷。在較低轉(zhuǎn)速下，作用于氣門上的負荷主要由彈簧力引起；在較高轉(zhuǎn)速時，零件質(zhì)量引起的慣性力占主導(dǎo)地位。與其它機構(gòu)不同的是，配氣機構(gòu)在低轉(zhuǎn)速區(qū)是處于臨界潤滑狀態(tài)，故其低速時摩擦損失所占比例會明顯增加。減小配氣機構(gòu)運動件質(zhì)量(如氣門導(dǎo)桿直徑已有減至23mm)，降低彈簧負荷，在搖臂與凸輪接觸面處加入滾動軸承等，都是減少配氣機構(gòu)摩擦損失的

47、有效措施，另外，氣缸套內(nèi)壁、軸頸、軸承等各摩擦表面的加工精度，零件材料及熱處理等，對摩擦損失也有較大影響。第68頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五進氣閥排氣閥凸輪軸液壓挺柱搖臂氣閥滾子凸輪滾子第69頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五機械損失3.影響機械損失的因素3）轉(zhuǎn)速n(或活塞平均速度Cm) 發(fā)動機轉(zhuǎn)速上升(Cm隨之加大)，致使： 1)各摩擦副間相對速度增加，摩擦損失增加。 2)曲柄連桿機構(gòu)的慣性力加大，活塞側(cè)壓力和軸承負荷均增高，摩擦損失增加。 3)泵氣損失加大。 4)驅(qū)動附件消耗的功多。 n上升，機械損失功率增加，機械效率下降。根據(jù)實測統(tǒng)計資料

48、，一般平均機械損失壓力Pmm。大致與轉(zhuǎn)速n成直線關(guān)系。機械效率隨轉(zhuǎn)速變比的大致關(guān)系:隨轉(zhuǎn)速上升，摩擦損失所占比例明顯加大，且在轉(zhuǎn)速大致相同的情況下，柴油機摩擦損失大于汽油機，這是因柴油機壓縮比高、氣缸壓力高、運動部件質(zhì)量大所引起。由于轉(zhuǎn)速對機械損失有如此重要的影響，以致在用提高轉(zhuǎn)速的手段來強化發(fā)動機動力性能時，效率的降低成為重要障礙之一。第70頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五1第71頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五 當發(fā)動機轉(zhuǎn)速一定而負荷減小時(在汽油機中是減少混合氣量，在柴油機中是減小供油量)，平均指示壓力Pmi隨之下降，而平均機械損失壓力Pm

49、m變化很小，因為Pmm的大小主要決定于摩擦別的相對速度相慣性力大小。 根據(jù)式知，隨負荷減小，機械效率下降，直到空轉(zhuǎn)時，有效功率Pe=0，指示功率Pi全部用來克服機械損失功率，即PiPm，故效率為零。圖給出Pmi 、Pme、 Pmm 、效率隨負荷變化的關(guān)系。機械損失3.影響機械損失的因素4）負荷第72頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五1第73頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五機械損失3.影響機械損失的因素5) 潤滑油品質(zhì)和冷卻水溫度 在機械損失中，摩擦損失占的比例最大，達70左右，而潤滑油(常稱全損耗系統(tǒng)用油)的粘度對摩擦損失的大小有重要影響。 潤滑油

50、的品質(zhì)影響到運動副的摩擦損失，選用潤滑油就是選擇合適的粘度，粘度大，承載能力強，易于保持潤滑狀態(tài)，但流動性差，摩擦損失增加。應(yīng)選擇合適的粘度。 冷卻介質(zhì)的溫度實際上影響潤滑油的溫度，繼而影響粘度，溫度太高或太低都不適合。第74頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五八、熱平衡 熱平衡表示熱量分配情況。只有了解熱量損失所在，才能進一步去減少它或設(shè)法利用它。熱平衡通常是由試驗確定。發(fā)動機實際循環(huán)與理論循環(huán)的比較汽油機柴油機第75頁，共83頁，2022年，5月20日，0點49分，星期五 上圖給出四行程非增壓發(fā)動機示功圖與理論循環(huán)的比較。其差別由以下幾項損失引起。1）實際工質(zhì)的影響 理論循環(huán)中假設(shè)工質(zhì)比熱容是定值，而實際氣體比熱是隨溫度上升