发动机的性能PPT学习教案

1、会计学1发动机的性能发动机的性能将非常复杂的实际工作过程加以抽象简化，忽略一些次要影响因素，并对其中变化复杂、难于进行细致分析的物理、化学过程如可燃混合气的准备与燃烧过程等进行简化处理，得到便于进行定量分析的循环，称发动机的理想循环。p1第1页/共56页第2页/共56页简化原则为简化原则为: : p1理解！第3页/共56页 发动机理论循环的三种形式：a) c)。p第4页/共56页1、循环热效率、循环热效率(简称简称热效率热效率) ：p21212111QQQQQQWt式中：式中： 工质所做工质所做循环功（循环功（J） 循环加热量（循环加热量（J） 工质在工质在循环中放出的热（循环中放出的热（J）

2、tW1Q2Q评定循环经济性评定循环经济性理论循环是用循环热效率和循环平均理论循环是用循环热效率和循环平均压力来评定。压力来评定。第5页/共56页 ) 1() 1(111001ppkpkctk111kct) 1(111001kkkct 101p第6页/共56页tc) 1 (t0)2(tp)3(分析条件：分析条件：循环总加热量不变。循环总加热量不变。第7页/共56页tc) 1 (t0)2(tc) 1 (t) 1 (第8页/共56页 从理论循环的分析可知，提高压缩比从理论循环的分析可知，提高压缩比c和压力升高比和压力升高比p对提高循环热效率对提高循环热效率t起着有起着有利的作用，但发动机实际工作条件

3、利的作用，但发动机实际工作条件约束和限约束和限制制循环热效率提高。循环热效率提高。1)零件的强度和可靠性的限制零件的强度和可靠性的限制 2)机械效率的限制机械效率的限制3)燃烧方面的限制燃烧方面的限制 发动机的压缩比和压力升高比见发动机的压缩比和压力升高比见p4。第9页/共56页stVWp tp评定循环的动力性(kPa)式中： 循环所做的功（J） 气缸工作容积（L）WsV第10页/共56页1）混合加热循环平均压力公式）混合加热循环平均压力公式tPPdeckctkkpp)1() 1(110）等容加热循环平均压力公式）等容加热循环平均压力公式1）混合加热循环平均压力公式）混合加热循环平均压力公式t

4、Pdeckctkpp) 1(11第11页/共56页 混合加热循环的平均压力随进气终点压力、压缩比、压力升高比、预胀比、绝热指数和循环热效率的增大而增大。p4dep：进气终点的压力 (kPa)tPdeckctkkpp) 1(110第12页/共56页111ct) 1(111001ct) 1() 1(111001pppct 循环名循环名称称循环热效率循环热效率循环特点循环特点等容加等容加热循环热循环 加热过程在等容条件下很快完成，加热过程在等容条件下很快完成，热效率仅与压缩比有关热效率仅与压缩比有关等压加等压加热循环热循环 加热过程在等压条件下缓慢完成，加热过程在等压条件下缓慢完成，负荷的增加使得热

5、效率下降负荷的增加使得热效率下降混合加混合加热循环热循环介于上述两者之间介于上述两者之间表表11 三种理论循环的比较三种理论循环的比较第13页/共56页1、压缩比及加热量分别相同时比较、压缩比及加热量分别相同时比较 p5c压缩比压缩比 相同相同加热量加热量 相同相同初态初态1 1相同相同tptmtv 等容加热循环热效率最高，而等压加热循环等容加热循环热效率最高，而等压加热循环的均最低。欲提高混合加热循环的热效率的均最低。欲提高混合加热循环的热效率 ，应增，应增加混合加热循环的等容部分。加混合加热循环的等容部分。1Q第14页/共56页2 2、加热量及、加热量及循环的最高压力分别相同循环的最高压力

6、分别相同时比较时比较加热量加热量 相同相同初态初态1 1相同相同循环的最高压力相循环的最高压力相同同tptmtv1QvmpTTT 对于高增压柴油机，为了得到较高的热效率对于高增压柴油机，为了得到较高的热效率，宜按等压加热循环工作。，宜按等压加热循环工作。第15页/共56页0汽油机汽油机：点火后传播燃烧且无论负荷大小，火焰传播距离不变。当负荷下降时当负荷下降时，燃烧速度降低，燃烧时间加长。这相当于p下降而 上升，则t降低降低。0第16页/共56页第17页/共56页1、实际工质的影响、实际工质的影响 实际工质影响引起的损失：实际工质影响引起的损失：2、换气损失、换气损失 换气损失：换气损失：3、燃

7、烧损失、燃烧损失 非瞬时燃烧损失非瞬时燃烧损失 和补燃损失：和补燃损失： 提前排气损失：提前排气损失：4、传热损失、传热损失 传热、流动传热、流动 损失：损失：5、缸内流动损失、缸内流动损失WbWrWkWzW图图112 发动机实际循环与理论循环的比较发动机实际循环与理论循环的比较a) 柴油机柴油机 b) 汽油机汽油机第18页/共56页 指示指标表征工质在汽缸内部经历的循环的完善程度，以工质在汽缸内对活塞做功为基础，评价由燃烧到热功转换工作循评价由燃烧到热功转换工作循环进行的质量环进行的质量。是从从示功图示功图测量计算得出测量计算得出的。第19页/共56页610abFWii式中： Fi 示功图面

8、积，cm2；可以用求积仪或计算方法求得 a 示功图纵坐标比例尺，Pacm； b 示功图横坐标比例尺，cm3cm。（J或Nm）21FFFi21FFFi第20页/共56页式中， Wi 发动机一个工作循环的指示功，J； Vs 发动机气缸工作容积，m3。 若Vs用L为单位，Wi用kJ为单位，则pmi (MPa) 42SDpVpWmismii式中， D和S分别为气缸直径和活塞行程第21页/共56页 平均指示压力平均指示压力可以设想为一个恒定的压力作用于活塞顶上，使活塞移动一个行程所作的功，即循环的指示功Wi 。 平均指示压力平均指示压力是衡量发动机实际循环动力性能的一个很重要的指标。图图115 指示功与

9、平均指示压力指示功与平均指示压力 第22页/共56页30n iVpPsmii若：一台内燃机的缸数i，每缸的工作容积Vs (L) ，平均指示压力为pmi (MPa ) ，转速n(r/min)，冲程数。(kw )第23页/共56页1QWiit式中， Q1 得到指示功Wi所消耗的热量( J) 。 对于一台发动机，若测得其指示功率Pi (kW)、每小时燃油消耗量B(kg/h) ，则：BHuPiit3106 . 3式中，3.6l03 1kWh的热当量，kJ/(kWh)； B 每小时发动机的耗油量，kg/h； Hu 所用燃料的低热值，kJ/kg。第24页/共56页iiPBb1000 表示实际循环的经济性指

10、标it和bi之间存在着以下关系：uit iHb6106 . 3第25页/共56页一般内燃机的it和bi的统计范围如下： it big(kWh) -1四冲程柴油机 0.4l0.48 210175二冲程柴油机 0.400.48 218177 四冲程汽油机 0.250.40 344218二冲程汽油机 0.190.27 435305 从统计范围可以看出：柴油机的指示热效率高于汽油机，四冲程发动机的指示热效率高于二冲程发动机。第26页/共56页第27页/共56页eWmieWWW式中： Wi 循环净指示功 Wm 循环实际机械损失功第28页/共56页miePPP式中：式中： Pi 指示功率指示功率 Pm 实

11、际机械损失功率实际机械损失功率( kw ) 机械损失机械损失: 发动机内部摩擦损失；发动机内部摩擦损失； 驱动附件损耗；驱动附件损耗； 泵气损失等。泵气损失等。第29页/共56页 发动机的有效功率发动机的有效功率Pe(kW)可以利用各种型式的测功器和可以利用各种型式的测功器和转速计分别测出发动机在某一转速计分别测出发动机在某一工况下曲轴的输出转矩工况下曲轴的输出转矩Ttq及在及在同一工况下的发动机转速，按同一工况下的发动机转速，按以下公式求得以下公式求得:9550nTPtpe第30页/共56页30niVpPsmee9550nTtp Ttqpme pme 反映了发动机单位气反映了发动机单位气缸工

12、作容积输出转矩的大小。缸工作容积输出转矩的大小。第31页/共56页30SnCmmC（m s）式中式中， S为活塞行程为活塞行程(m) n为发动机转速为发动机转速(r/min) 第32页/共56页1QWeetueetBHP3106 . 3第33页/共56页（ g/kwh ） 310eeBbP63.6 10eetubH 可见，有效燃油可见，有效燃油消耗率与有效热效率消耗率与有效热效率成反比，知道其中一成反比，知道其中一值后，可求出另一值值后，可求出另一值。第34页/共56页一般内燃机在标定工况下的一般内燃机在标定工况下的be和和et值大致在以下范值大致在以下范围：围： beg (kWh)-1 et

13、低速柴油机低速柴油机 190225 0.380.45中速柴油机中速柴油机 195240 0.360.43高速柴油机高速柴油机 215285 0.300.40(其中较低的其中较低的be值属排气涡轮增压的四冲程、二冲程柴油机值属排气涡轮增压的四冲程、二冲程柴油机)四冲程汽油机四冲程汽油机 274410 0.300.20二冲程汽油机二冲程汽油机 410545 0.200.15第35页/共56页30meLp nP式中，式中，pme为标定工况下的平均有效压力，为标定工况下的平均有效压力，MPa； n为标定转速，为标定转速，rmin。(kWL)seLV iPP 第36页/共56页eePmm (kgkW)

14、汽车发动机要求质量小、功率大，所以汽车发动机要求质量小、功率大，所以其升功率大、比质量小。其升功率大、比质量小。汽油机的强化程度汽油机的强化程度要比柴油机的高要比柴油机的高. .第37页/共56页mmeCp平均有效压力与活塞平均速度的乘积称为平均有效压力与活塞平均速度的乘积称为强化系数。强化系数。与活塞单位面积的功率成正比。其值愈与活塞单位面积的功率成正比。其值愈大，发动机的热负荷和机械负荷愈高。大，发动机的热负荷和机械负荷愈高。 mmeCp发动机的类型发动机的类型强化系数强化系数汽油机汽油机 （817）MPams小型高速柴油机小型高速柴油机（6ll）MPams重型汽车柴油机重型汽车柴油机（9

15、15）MPams表表116 强化系数范围强化系数范围 第38页/共56页inVPpsmmm30式中， Pm为机械损失功率(kW)； Vs为工作容积(L)； n为转速(rmin)； i为气缸数目。第39页/共56页iemPPmimmimmimemppPPpp11mitet第40页/共56页第41页/共56页示功图法一般用于当上止点位置能得到精确校正时示功图法一般用于当上止点位置能得到精确校正时才能取得较满意的结果。才能取得较满意的结果。决定于示功图测录的正确程决定于示功图测录的正确程度：度： a.最大的误差来源于最大的误差来源于p图或图或pV图上图上； b.第42页/共56页不变，这样测得的倒拖

16、功率即为不变，这样测得的倒拖功率即为发动机在该发动机在该工况下的机械损失功率。工况下的机械损失功率。第43页/共56页指示功率为，各缸相加。第44页/共56页( )()ixeexPPP依次将各缸灭火，最后可以从各缸指示功依次将各缸灭火，最后可以从各缸指示功率的总和中求得整台发功机的指示功率率的总和中求得整台发功机的指示功率Pi：1()iieexxPPP第45页/共56页333003.6 103.6 10 ()3.6 10PBBuitiemituitmemmemmmmmBHPPPB HPPppPp该方法理论基础 当柴油机空转（无负荷），若不随负荷增减而变化时，两式相除，得：第46页/共56页 柴

17、油机在转速不变的情柴油机在转速不变的情况下进行负荷特性试验，求况下进行负荷特性试验，求出发动机在给定转速下，每出发动机在给定转速下，每小时燃油消耗量与平均有效小时燃油消耗量与平均有效压力的关系曲线。压力的关系曲线。 把燃油消耗量曲线延长并求出其与横坐标轴的交点把燃油消耗量曲线延长并求出其与横坐标轴的交点，就可以求得，就可以求得pmm值。值。 当测得其当测得其pmm值后，其机械效率可近似地用下值后，其机械效率可近似地用下式估算式中，式估算式中，011memmmmemmmemmppBppppB B可取某一常用工况的数值。可取某一常用工况的数值。图图117 用油耗线法求用油耗线法求 值示意图值示意图

18、 mmp第47页/共56页一般内燃机的机械效率大致在以下范围一般内燃机的机械效率大致在以下范围： m非增压柴油机非增压柴油机 0.780.85增压柴油机增压柴油机 0.800.92汽油机汽油机 0.800.90第48页/共56页第49页/共56页一、发动机所耗燃油的热量一、发动机所耗燃油的热量 kJ/h kJ/h ：TQBHQT二、转换为有用功的热量二、转换为有用功的热量EQeEPQ3106 . 3三、传递给冷却介质的热量sQ)(12ttcGQssS第50页/共56页四、废气带走的热量四、废气带走的热量RQ)(12tctcGBQpkprKR五、燃料不完全燃烧热损失五、燃料不完全燃烧热损失 ：B

19、Q)1 (rTBQQ六、其它热量损失六、其它热量损失LQ)(BRSETLQQQQQQ第51页/共56页图图1 118 18 发动机的热平衡图发动机的热平衡图a a从残余废气和排气中回收的热量从残余废气和排气中回收的热量 b b由气缸壁传给进气的热量由气缸壁传给进气的热量 c c排出废气传给冷却水的热量排出废气传给冷却水的热量 d d在摩擦中传给冷却水的部分热量在摩擦中传给冷却水的部分热量 e e从排气系统辐射的热量从排气系统辐射的热量 f f从冷却水和水套壁辐射的热量从冷却水和水套壁辐射的热量 g g从曲轴箱壁和其它不冷却部分辐射的热量从曲轴箱壁和其它不冷却部分辐射的热量第52页/共56页在燃料的总热量中，仅有在燃料的总热量中，仅有2540的热量转变为有效功，其余的热量转变为有效功，其余6075都损失掉了。其中，主要由废气带走，其次传给冷却水，在某些汽油机中不完全燃烧损失的热量所占比例也不小。都损失掉了。其中，主要由废气带走，其次传给冷却水，在某些汽油机中不完全燃烧损失的热量所占比例也不小。 冷却水带走的热量占总热量的冷却水带走的热量占总热量的1035，其中一部分是排气道中