汽车发动机原理(1).ppt

汽车发动机原理,,制作人张振东,目录,前言课程绪论第一章发动机性能第二章发动机换气过程第三章燃料与燃烧第四章汽油机混合气的形成与燃烧第五章柴油机混合气的形成与燃烧第六章发动机的特性第七章车用发动机废气涡轮增压第八章排气污染机及控制,第一章发动机的性能,1-1.内燃机理论循环,1-2.实际循环,1-3.实际循环的评定指示指标,1-4.内燃机经济性和动力性的评定,1-5.机械损失,1-6.热平衡,1-1.内燃机理论循环,1.定义内燃机理论循环是实际循环的简化抽象，且又在本质上反映实际循环。2.目的可以利用数学和热力学、传热学等工具对其进行分析。,3.简化条件1循环是封闭的2将燃烧视为高温源在定容、或者定压下向工质加热，将排气视为向低温源定容放热。3工质为理想气体、定比热4压缩或膨胀过程视为绝热过程,发动机,,,,,发动机,,,,,,,,燃烧视为加热,进气10C,排气310C,进气10C,排气10C,放热,简化模型,放热,简化为,4.三种基本循环热效率ηt,循环平均压力Pt根据加热方式不同，发动机有三种基本循环（1）定容加热循环---汽油机（2）定压加热循环---大型低速或高增压柴油机（3）混合加热循环---高速柴油机,（1）压缩比,（2）压力升高比,（3）预胀比,循环特征参数,,,图中a-c为绝热压缩c-z为定容加热z-b为绝热膨胀b-a为定容放热,,,混合加热循环热效率为,混合加热循环的平均压力为,混合加热循环,,,,λ,ρ,图中a-c为绝热压缩c-z为等容加热z-b为绝热膨胀b-a为等容放热,定容加热循环ρ＝1热效率为,定容加热循环,定容加热循环的平均压力为,图中a-c为绝热压缩c-z为等压加热z-b为绝热膨胀b-a为等容放热,定压加热循环λ＝1热效率为,定压加热循环,定压加热循环的平均压力为,5.热效率影响因素分析,①压缩比ε↑→ηt↑,,对于柴油机来说，ε不能太高，ε↑→P2,T2↑,对于汽油机来说，ε不能太高，否则会产生爆震,,ηt,ε,ε与ηt关系图,②压力升高比λ对定容加热循环Q1↑→λ↑，但Q2同比例加大，ηtv一定；对混合加热循环当ε、Q1相同时，λ↑→ηtm↑,③预膨胀比ρ对混合加热循环当ε、Q1相同时，ρ↑→λ↓→ηtm↓对定压加热循环ρ↑→Q1↑→ηtp↓,④K↑→ηt↑三种循环的比较1、ε、q1相同时ηtvηtmηtp2、q1和循环最高压力相同时ηtpηtmηtv,1-2.实际循环,5个过程进气过程压缩过程燃烧过程膨胀过程排气过程,一、进气过程（r→a）进气门开，排气门开，活塞由上止点向下止点运动作用吸入新气，为加入作准备。特点,,,,,,,,,,二、压缩过程（a→c）进排气门关闭，活塞由下止点向上止点运动，工质受到压缩。作用扩大温差；扩大膨胀比；增加工质密度，为燃烧创造有利条件，为柴油机着火创造条件。,,压缩程度评价指标压缩比,Va气缸总容积；Vc压缩容积,汽油机的压缩比受爆燃的限制，一般710柴油机的压缩比主要考虑冷起动性，1422直喷燃烧室取下限，分隔式燃烧室取上限,特点多变过程，,压缩终点参数,,三、燃烧过程（c→z）,a柴油机混合加热,b汽油机混合加热,进排气门均关闭，活塞处于上止点前后。作用化学能转变为工质内能，加入要求①燃烧完全完全转化②燃烧及时靠近上止点燃烧，提高热效率,在上止点前由火花塞点燃，燃烧速度快，接近定容加热。,在上止点喷油，发生自燃，开始速度快，接近定容加热；接着，边喷油，边燃烧，速度减慢，同时缸内容积变大，缸压变化不大，接近定压加热。,四、膨胀过程（z→b）,,,,膨胀终点参数计算,汽油机,柴油机,进排气门均关闭，工质推动活塞向下运动作功。特点多变过程,,,五、排气过程（b→r）,排气门打开，活塞由下止点向上止点运动，排出废气，为吸入新气作准备。,特点①排气压力PrP0,PrPr-P0,用于克服排气阻力，Pr越大表示缸内残余废气越多。②Tr反映燃烧的完善程度，Tr越低表示转化为功的热量越多，燃烧过程进行得越好。,1-3.实际循环的评定－指示指标,,理论指标ηt，Pt（热力学角度），评价理论循环质量指示指标ηi，Pi（活塞角度）以工质在气缸内对活塞做功为基础，评价实际循环的质量。有效指标ηe，Pe（曲轴角度）以曲轴上得到的净功率为基础，评价整机性能。,一、指示功Wi二、平均指示压力Pmi（表征单位气缸工作容积的作功能力）PmiWi/Vs,686～981[kpa],784～1180[kpa],三、指示功率Ni,四、指示效率ηi，指示油gi,1-4.内燃机经济性和动力性的评定,一、有效功率PePePi-Pm（摩擦、附件、泵气损失）,二、有效扭矩Me[Nm],三、平均有效压力Pme,四、转速n和活塞平均速度CmCmSn/30,,五、有效热效率ηe,燃油消耗率beηeWe/Q1beB/Pe,六、升功率NL、比重量mePLPe/iVsmem/Pe,七、强度系数PmeCm（强度频度）,1-5.机械损失,一、机械效率ηmηmPe/PiPmPi-Pe二、机械效率ηm的测定1.倒拖法2.灭缸法3.油耗线法,1.倒拖法,从电力测功机上所测得的倒拖功率即为发动机在该工况下的机械损失功率。适用范围在压缩比不很高的汽油机上得到广泛应用。,,Pi1Pe-Pe1一缸的指示功率,,PijPe-Pej,,PinPe-Pen,相加得到整机指示功率为,PiPi1Pi2PinnPe–Pe1Pe2Pen,PmPi–Pen-1Pe–Pe1Pe2Pen,整机机械损失功率为,2.灭缸法,适用范围仅适用于多缸发动机；不能用于废气涡轮增压发动机及单缸发动机。,3.油耗线法保证发动机转速不变，逐渐改变柴油机供油齿条的位置，测出每小时耗油量B随负荷Pme变化的关系，绘制成下图，此曲线称为负荷特性曲线。适用范围适用于柴油机，但不适用于汽油机。,影响ηm的因素,1.转速n（Cm）CmSn/30,n惯性力活塞对缸壁的侧压力轴承负荷各摩擦副相对速度摩擦损失泵气损失，驱动附件损耗,2.负荷ηm1-Pm/Pi,,转速n一定，负荷时，Pm变化不大，Pi，ηm。,3.减小摩擦4.机油、粘度、冷却水温,冷却水温度润滑油温度润滑油粘度润滑效果摩擦,,1-6.环境指标,排放和噪声---最重要指标1、排放物（1）气体排放物HC、CO、NOx（2）微粒除水以外，粒径大于0.002m的液体和固体颗粒2、噪声国标规定轿车84dB,卡车85dB,1-7.热平衡----热量的分配情况,一、实际循环热平衡1.实际工质影响2.换气损失3.传热损失4.燃烧损失,柴油机机实际循环与理论循环的比较图,Wk泄漏及工质影响,Wb传热损失,Wz燃烧损失（提前和延迟，不完全燃烧，分解吸热）,Wr换气损失,W排气损失,二、发动机热平衡QTQEQSQRQBQL燃料热量＝有效功＋传热量＋废气热量＋不完全燃烧损失＋其他损失,,,,,,,,谢谢欣赏,