第1章_性能指标与影响因素1

1、汽车发动机原理汽车发动机原理Automotive Engine Fundamentals讲课内容讲课内容第一部分：动力输出与能量利用第一部分：动力输出与能量利用第第1 1章章 动力、经济性能指标与影响因素动力、经济性能指标与影响因素第第2 2章章 燃料、工质与热化学燃料、工质与热化学第第3 3章章 工作循环与能量利用工作循环与能量利用第第4 4章章 换气过程与进气充量换气过程与进气充量第第5 5章章 运行特性与整车匹配运行特性与整车匹配第二部分：燃烧与排放第二部分：燃烧与排放第第6 6章章 燃烧的基础知识燃烧的基础知识第第7 7章章 柴油机混合气形成与燃烧柴油机混合气形成与燃烧第第8 8章章

2、汽油机混合气形成与燃烧汽油机混合气形成与燃烧第第9 9章章 有害排放物的生成与控制有害排放物的生成与控制第第1010章章 新燃烧方式与替代燃料动力新燃烧方式与替代燃料动力 动力的获取和输出；能量的消动力的获取和输出；能量的消耗和利用耗和利用 燃料能量转换的燃料能量转换的“质质”环节；环节；加入整机能量总量的加入整机能量总量的“量量”环环节节讲课内容讲课内容1.工质对活塞所作功及示功图工质对活塞所作功及示功图2.发动机的性能指标发动机的性能指标3.影响动力经济性指标的环节影响动力经济性指标的环节与因素与因素第一部分：动力输出与能量利用第一部分：动力输出与能量利用第第1 1章章动力、经济性能指标与

3、影响因素动力、经济性能指标与影响因素第第2 2章章 燃料、工质与热化学燃料、工质与热化学第第3 3章章 工作循环与能量利用工作循环与能量利用第第4 4章章 换气过程与进气充量换气过程与进气充量第第5 5章章 运行特性与整车匹配运行特性与整车匹配第二部分：燃烧与排放第二部分：燃烧与排放第第6 6章章 燃烧的基础知识燃烧的基础知识第第7 7章章 柴油机混合气形成与燃烧柴油机混合气形成与燃烧第第8 8章章 汽油机混合气形成与燃烧汽油机混合气形成与燃烧第第9 9章章 有害排放物的生成与控制有害排放物的生成与控制第第1010章章 新燃烧方式与替代燃料动力新燃烧方式与替代燃料动力汽车发动机产品质量优劣的评

4、价指标评价指标主要由以下5类：1）功率、转矩和运行速度（如转速、活塞平均速度） 动力性指标动力性指标；2）有效效率和燃料消耗率（或考虑润滑油消耗率）经济性指标经济性指标；3）CO、HC 、NOX 和PM等 有害排放指标有害排放指标；4）燃烧噪声和冷启动等 其它运转性能指标其它运转性能指标； 前四类指标本书涉及5）可靠性、耐久性、维修方便性等 使用性能指标使用性能指标。 本章对往复式活塞发动机做功进行概述，然后引入动力及经济性指标的基本概念，最后通过发动机能量转换和循环充量两个环节做概括性分析，指出对性能指标的影响因素。 1.1 工质对活塞做功及示功图工质对活塞做功及示功图1.1.1 工质对活塞

5、做功工质对活塞做功 往复式活塞发动机中活塞运动时，缸内工质以及缸外介质（曲轴箱内压力）都要对活塞做功。缸内压力方向与活塞运动方向一致，工质对活塞作正功（进气和膨胀）。否则做负功（压缩和排气，反向）。一个循环所有冲程做功之和就是循环功。 冲程功或循环功都可以用p-V示功图或p-压力图（展开示功图）表示。 功 + - 活塞背面压力p0在四个冲程中对活塞所做功正、负相抵消，故循环功仅用缸内工质对活塞所做功来计算。 第第1章章 动力、经济性能指标与影响因素动力、经济性能指标与影响因素pdVp- 图图工质对活塞所作功工质对活塞所作功 示功图（四冲程）示功图（四冲程）p-V 图图EIIETDCTDCTDC

6、BDCBDCw/o combustion0180360540720 CAppzp0IVCEVOEVCIVOTDC(上止点上止点)BDC(下止点下止点)ppzp0VsVcVpAds- Top Dead Center- Bottom Dead Center- Intake Valve Open- Intake Valve Close- Exhaust Valve Open- Exhaust Valve Close示功图示功图Indicator Diagram压力图压力图/ /展开示功图展开示功图 要求会识图要求会识图和画图！和画图！气门重叠VC-压缩终点气缸容积压缩终点气缸容积 VS-气缸工作容积

7、气缸工作容积 po-大气压力大气压力 pz-最高爆发压力最高爆发压力正负功确定原则：正负功确定原则：n 压力方向与活塞运动方向一致，压力方向与活塞运动方向一致，工质对活塞作正功工质对活塞作正功n 压力方向与活塞运动方向相反，压力方向与活塞运动方向相反，工质对活塞作负功工质对活塞作负功工质对活塞所作功工质对活塞所作功Compression 压缩过程压缩过程 W 0 Intake 进气过程进气过程 W 0 Exhaust 排气过程排气过程 W 1 ,稀稀(lean)混合气混合气 a 1, 浓浓(rich)混合气混合气 a =1, 化学计量比（化学计量比（stoichiometric ratio），

8、），过去称理论空燃比过去称理论空燃比可燃混合气浓度与热值可燃混合气浓度与热值0理论1kg实际供给1kglla空气量燃料完全燃烧需要的的空气量燃料燃烧）（国外用燃空当量比燃空当量比(equivalent ratio) 1 / a，欧美国家常用，欧美国家常用 2) 空燃比空燃比 (Air/Fuel ratio, A/F)3) 可燃混合气热值可燃混合气热值Hum (Mixture low heat value)定义定义: 单位质量或单位体积单位质量或单位体积发出的热量发出的热量(kJ/kg或或kJ/m3)Hu表示燃料的能量密度，越高越便于携带；表示燃料的能量密度，越高越便于携带；Hum代表混合气的能

9、量密度，代表混合气的能量密度，越高则相同工作容积时发出功率越高越高则相同工作容积时发出功率越高(pme也越高也越高)0a)(lFAl混合气中燃料质量混合气中空气质量或suvum)(VHmH0auuuum11lHlHlmmHmH或或可燃混合气浓度与热值可燃混合气浓度与热值理论空燃比理论空燃比 柴油 14.3 / 汽油 14.8l 为单位质量的燃料完全燃烧实际供给的空气质量能量转换效率能量转换效率ub1cHgQ 1itQW iemWW 1) 燃烧效率燃烧效率2) 循环热效率循环热效率3) 机械效率机械效率ubemitmtcetHgW4) 有效效率有效效率每缸每循环燃烧时发出的热量每缸每循环燃烧时发

10、出的热量 (kJ)单缸循环油量单缸循环油量(kg)指示效率指示效率正常燃烧：正常燃烧：汽油机汽油机 c=95%98%柴油机柴油机 c=98%99%Combustion EfficiencyThermal EfficiencyMechanical EfficiencyEffective Efficiency曲轴输出功曲轴输出功总指示功总指示功混合气混合气(进气进气)充量充量ssacVm充量系数充量系数(容积效率容积效率)Volumetric efficiency每缸每循环吸入缸内的新鲜空气量与按进气系统前状态计算每缸每循环吸入缸内的新鲜空气量与按进气系统前状态计算 而得的理论充气量之比而得的理论

11、充气量之比(75%-90%) 0a0aa0aaaam1)/(llAlAABAG 0a0assssc0a0assc12112llTRinpVllinV可燃混合气流量：可燃混合气流量：l 大气密度大气密度(自然吸气机型自然吸气机型)l 增压后空气密度增压后空气密度(增压机型增压机型)新鲜空气量新鲜空气量燃油量燃油量)2)()(ssssc0aumtcummeteinTRpVlHHGPuetumitumtce111HHHb功率和油耗的表达式功率和油耗的表达式(课程总纲课程总纲)燃烧效率燃烧效率(第二部分第二部分)循环热效率循环热效率( (第第3 3章章) )机械效率机械效率( (第第3 3章章) )进气充量进气充量( (第第4 4章章) )混合气热值混合气热值( (第第2 2章章) )第第1章小结章小结要求掌握：要求掌握：1. 1. 基本概念基本概念各种功；平均压力；空燃比各种功；平均压力；空燃比/ /过量空气系数过量空气系数/ /燃空当量比