卡特发动机 原理

1、,发 动 机 原 理 介 绍,一、 分 类,热机,发动机,旋转叶轮式,蒸汽机,外燃机,内燃机,蒸汽轮机,往复活塞式,其他形式,点燃式,压燃式,燃气轮机,航空喷气发动机,二、往复活塞式内燃机工作原理,曲柄连杆机构 将旋转运动转化为往复运动,柴油机：将燃烧的热能通过活塞、连杆、曲轴输出动能,四冲程往复活塞式内燃机,二冲程往复活塞式内燃机,卡 特 彼 勒 发 动 机,发动机型式： 四冲程、水冷式柴油发动机 四冲程、水冷式天燃气发动机,三、发 动 机 规 格 参 数,缸径（bore） 冲程（stroke）,b,发 动 机 规 格 参 数,排量（displacement）,发 动 机 规 格 参 数,压

2、缩比（compression ratio）,cr=tv/cv,力对物体作的功为：力沿物体位移方向的分量与物体位移的乘积。 w=fs cos 1焦耳=1牛米,s,f,四、功 的 定 义,力矩对转动物体作的功为：力对物体转轴的合力矩与物体角位移的乘积。 w = m 1焦耳=1牛米,m,功 的 定 义,功 率 的 定 义,功率：在单位时间内力作的功。 n = w / t 1瓦=1焦耳/秒 1千瓦（kw）=1000瓦（w） 1马力（hp）=0.735千瓦(kw),系统内能变化的两种方式： 作功 传递热量 1卡(k)=4.18焦耳(j),功 与 能 量,柴油(质量): c: 87%; h: 12.5 %

3、; o: 0.4%; 空气(质量): o2:23.2%; n2: 76.8%; 发动机燃烧化学反应方程式(完全燃烧）: c+o2=co2 h2+1/2 o2=h2o 1kg柴油理论上燃烧需要14.3kg空气。,燃 烧 化 学,柴油发动机的热量分配： 转换为有效功： 3042%； 冷却介质带走： 1535%； 随废气排出： 2545%； 其他（热辐射等）： 510%；,发 动 机 热 平 衡,五、柴油机的性能指标,环保性能,动力性,经济性,使用性能,低噪声、低振动 低排放,体积小,重量轻,起动性、可靠性,燃油消耗,易于维修保养,指示指标：气缸内的气体对活塞作功后获得的性能参数。 指示功（wi）：

4、 平均指示压力（pmi）： 指示功率（ni）： 指示热效率(mi）: 指示燃油消耗率(gi）:,发 动 机 性 能 指 标,有效指标：从内燃机输出轴上获得的性能指标。 输出转速(n)和有效扭矩（me）: 机械效率（m）和有效功率（ne）： 平均有效压力（ pme ）和升功率(nl ）: 小时油耗(gf)和有效燃油消耗率（ge）：,发 动 机 性 能 指 标,发 动 机 性 能 指 标,有效功率（ne）：从发动机输出轴上获得的功率。 单位：千瓦（bkw） ne=me n /9550 me - 扭矩 的单位：牛 米（n m） n - 转速 的单位：转/分（rpm）,发 动 机 性 能 指 标,小时

5、油耗gf: (单位:kg/h) 每小时的耗油量. 有效燃油消耗率ge ：（单位:g/kwh） 单位有效功的耗油量。 ge = gf /ne 10 3,1.增加燃烧产生的能量 2.提高循环的热效率 3.提高机械效率,增大输出功的方法,输出更大的能量需要燃烧更多的燃油和空气 1. 增大排量 2. 提高转速 3. 增 压 4. 增压中冷,六、增压问题,机械增压,利用废气的能量驱动废气涡轮旋转，带动空压机对进气进行压缩。 废气涡轮增压利用的是机械损失中的一部分能量使柴油机发出更多的功，提高了机械效率。 提高了热效率，降低燃油消耗,废气涡轮增压,废气涡轮增压,高温废气使废气涡轮和空压机温度升高，进气温度

6、上升造成实际进气量的降低 热负荷增大，须冷却活塞 进一步增加进气量需要增压中冷,水-空气中冷,在中冷器中，通过冷却水对经过增压器后的高温压缩空气进行冷却后再进入汽缸 压缩空气被冷却后，温度大约冷却到90 c左右 增加氧气含量，提高燃烧效率，并降低燃油消耗，改善排放性能 降低热负荷，可靠性增强，降低机油消耗,空气-空气中冷,在中冷器中，通过空气对经过增压器后的高温压缩空气进行冷却后再进入汽缸 压缩空气被冷却后，温度大约冷却到50 c左右 进气温度更低，氧气含量更高。,独立循环的中冷,在中冷器中，通过独立循环的冷却液对经过增压器后的高温压缩空气进行冷却后再进入汽缸 压缩空气被冷却后的温度由中冷器的

7、循环系统决定,七、环境保护,- 静音机组减少噪音污染 - 低振动 - 低排放标准,控制排放的重要性,地球大气中 77.3%的一氧化碳(co) 55.3%的碳氢化物(hc) 50.9%的氮氧化物(nox) 均来自汽车排放。,排放法规的重要性,美国、日本和欧共体等国从20世纪60年代就开始相继制订出有关尾气排放法规 强制性的阶段性的排放法规 我国从80年代起也相应制订了有关的标准,2002年将有针对重型柴油机的排放法规出台,政府通过强制性的排放法规推动内燃机技术的发展,严格的排放法规,强制性的要求! 300-600bhp机型2001，1，1 必须满足us epa tier 2 下一步的要求： 所有

8、机型到2006年必须满足tier 2 100-750 bhp 的机型2003年必须满足tier 2 european union (eu) stage 2 175-750hp的要求2002，1，1生效,发动机排放物的成分,hydrocarbons碳氢化合物 carbon monoxide一氧化碳 oxides of nitrogen 氮氧化物(nox) particulate matter颗粒 smoke / opacity烟度,汽油机与柴油机排放物的不同,美国环保署（us epa）排放法规非公路用,tier 1 6.9 g/hp-hr nox 1.0 g/hp-hr hc 0.4 g/hp-

9、hr pm 8.5 g/hp-hr co,第一与第二阶段的比较,tier 2 4.8 g/hp-hr nox+hc 0.15 g/hp-hr pm 2.6 g/hp-hr co,降低的比率 - 40 % - 63 % - 70 %,尾气再处理方案,下一代的燃油喷射技术,如何控制排放？,八、发 动 机 标 定 条 件,cat发动机额定功率的标定条件基于： sae j1349 同样适用于： iso3046/1 din6271 bs5514,发 动 机 标 定 条 件,saej1349标准： 大气压力：100千帕（29.61英寸汞柱) 空气湿度：30% 环境温度：25c(77 f) 功率误差：3%,

10、发 动 机 标 定 条 件,燃油的技术规格: 燃油低热值(lhv): 在29 c (85 c)时42780千焦/千克； 重度:在16 c时为35 api ； 比重:在29 c时0.839千克/升；,发 动 机 标 定 条 件,标准附件: 润滑油泵 燃油泵 水泵 额定功率是净功率。,发 动 机 标 定 条 件,国内标准gb1105-74： 15min 功率 1h功率 12h功率 持续功率,发 动 机 标 定 条 件,cat发动机功率标定： 所有被定义的额定值都有：3%的制造公差 负荷系数： 运行周期：,发 动 机 标 定 条 件,cat发动机功率标定 工业用机： ind-e： ind-d： ind-c （intermittent)： ind-b： ind-a(continuo