活塞发动机PPT课件

1、进气过程压缩过程燃烧过程膨胀过程排气过程发动机的实际循环航空活塞发动机的功率和经济性航空活塞发动机的特性本章主要内容本章主要内容第1页/共94页3.1 进气过程进气过程的功用及进气情形 进气过程是指新鲜混合气进入气缸的过程。 进气过程的作用是使发动机得到工作时所需要的新鲜混合气。 进气过程从进气门打开时开始，到进气门关 闭时结束。 第2页/共94页 进气过程：在进气过程的最初一段时间内，活塞尚在前一个循环的排气行程，正向上死点运动，进气门逐渐开大，而排气门还开着，前一个循环的废气正继续排出气缸。活塞运动到上死点时，进气门已开大，尔后活塞从上死点向下死点运动，气缸容积不断扩大，大量混合气经过进气

2、门进入气缸。活塞经过下死点以后，继续进气，直到压缩行程的初期，进气门关闭时，进气才停止。第3页/共94页吸气式发动机进气过程第4页/共94页 装有汽化器的吸气式发动机，外界空气门经过节气门后，与汽化器喷油嘴喷入的燃料混合、蒸发组成余气系数一定的混合气，混合气进入分气室，再经过进气管和进气门进入气缸。 进气道中的节气门与飞行员座舱内的油门杆相连接。油门杆向后拉，节气门关小，进入气缸的气体量减少; 油门杆向前推，节气门开大，进入气缸的气体量增多。因此，操纵油门杆可以改变进入气缸的气体量, 从而改变发动机的功率。第5页/共94页增压式发动机的进气过程第6页/共94页 参数的变化： 温度：气体从外界进

3、入气缸后，温度有所提高，这是因为，流入气缸的气体与气缸头、进气门、排气门和活塞等灼热的机件相接触，吸收热量的结果。 压力：气体从外界进入气缸的过程中，压力有所下降，这是因为气体具有粘性，在进气系统管道内流动时，不可避免地要产生流动损失的结果。 密度：在进气过程中，气体温度的提高，压力的降低，均导致气体密度的减小， 质量：进入气缸的气体质量减小。第7页/共94页进气门的早开晚关为了增加进入气缸的气体量，在活塞从上死点下行开始进气行程之前，进为了增加进入气缸的气体量，在活塞从上死点下行开始进气行程之前，进气门就打开了，直到活塞离开下死点，进入压缩行程的初期，进气门才完气门就打开了，直到活塞离开下死

4、点，进入压缩行程的初期，进气门才完全关闭。所以，在整个进气过程中，进气门是早开晚关的，曲轴转过的角全关闭。所以，在整个进气过程中，进气门是早开晚关的，曲轴转过的角度大于度大于180180度。度。进气门早开晚关目的：增加进气量进气门早开晚关目的：增加进气量 第8页/共94页1. 进气门早开 气门机构只能逐渐打开进气门。活塞运动到上死点时打开进气门，由于进气门流通截面积小，汽缸内气体的压力低，内外压差大，气体高速进入汽缸易形成强烈涡流，其动能转换为热能，温度升高，密度减小，进气量会减少。 进气门早开，活塞到达上死点时进气门已开大，可减少涡流，增多进气量。 对于增压式发动机进气门早开，新鲜气体可以立

5、即冲入汽缸，将废气吹除，使汽缸内的废气排除得更多，以增加进气量。 进气门的早开角进气门的早开角 定义：进气门的早开角是进气门刚刚打开时，曲柄与气缸中心线之间的夹角。 进气门要早开，应在排气行程的后期打开。 进气门早开角约为15153 35 5。 好处：进气门早开可以尽量多地吹除废气，尽量多地进入新鲜的混合气，提高发动机的容积效率，从而提高发动机的输出功率，又有利于气缸，特别是气缸头的冷却。第9页/共94页 进气门早开的时机既不可过晚，也不可过早。进气门早开的时机既不可过晚，也不可过早。开的过早，会使刚进入气缸的一部分新鲜混合气从排气门排出，经济性变坏；开的过晚, 会使进入气缸的混合气减少,对气

6、缸头的冷却变坏。2. 进气门晚关进气门晚关的时机既不可过晚，也不可过早。进气门晚关的时机既不可过晚，也不可过早。 关的过晚，会使一部分已经进入气缸的新鲜混合气被活塞压回进气管内，使进入气缸的新鲜混合气充填量减少。 进气门关的过早，也会使新鲜混合气充填量减少。第10页/共94页 进气门的晚关角进气门的晚关角 定义：进气门的晚关角是进气门恰好完全关闭时，曲柄与气缸中心线之间的夹角。 进气门要晚关就应在压缩行程的初期关闭。 进气门晚关角的范围: 4080。 好处：进气门晚关可以尽量多地进入新鲜的混合气; 提高发动机的容积效率，从而提高发动机的输出功率; 也有利于气缸，特别是气缸头的冷却。第11页/共

7、94页充填量及其影响因素 理论充填量理论充填量：定义：在理想情况下，一次进气过程中进入一个气缸的空气的质量称为理论充填量。RTpVmws理想情况是：1、空气在气缸中的容积为气缸的工作容积；2、吸入式发动机气缸中空气压力和温度分别为外界大气压力和温度；3、增压式发动机气缸中的空气应分别为增压器后空气的压力和温度。第12页/共94页实际充填量实际充填量：定义： 在一次进气过程中实际进入一个气缸的空气的质量称为实际充填量，简称为充填量。在混合气余气系数保持不变的条件下，充填量越大，喷入空气中的燃油越多，因而混合气燃烧后所释放的热能越多，发动机的功率就越大; 反之，充填量越小，发动机的功率也越小。 G

8、= G=* * V V工工 G：充填量 ：气体密度 V工 ： 气 缸 工 作 容 积第13页/共94页充填系数充填系数：定义：实际充填量与理论充填量的比值称为充填系数。vsmm充填系数越大，说明进气过程中空气充填入气缸的有效程度越大，进气过程进行的越好。在理论充填量不变的条件下，实际充填量就越大。 在增压式发动机中，由于实际充填量有可能大于理论充填量，所以充填系数有可能大于。现代航空活塞式发动机的充填系数一般约为0.71.2。第14页/共94页 影响充填系数的因素：影响充填系数的因素： 流动损失：气体流经进气管和进气门等处时，不可避免地会发生摩擦和分离，形成涡流，产生流动损失，使气缸内气体的压

9、力降低，温度升高，气体的密度减小，充填量减小，充填系数降低。 气缸头的温度：在进气过程中，由于气体与气缸、活塞和气门等灼热机件相接触，吸收热量，而使温度提高。温度升高，密度减小，使充填量减小，因此充填系数降低，气缸头的温度愈高，气体受热程度愈大，充填系数愈小。第15页/共94页 发动机转速：设计转速时，充填系数最大，转速偏离设计转速，充填系数都会减小。 高转速时：发动机转速增大时，活塞运动速度也增大，进气管内气体流速也随之增大，引起流动损失增加，使气缸内气体的压力降低，所以充填系数是随转速的增大而减小。 低转速时：进气门的晚关角是为高转速工作的需要而确定的，在低转速时进气门晚关角就显得过大，这

10、样，使已进入气缸的混合气，在压缩的过程中又倒流回进气管，从而使充填量减小，这种倒流现象转速愈小愈严重，所以，在小转速时，充填系数也小。第16页/共94页影响实际充填量的因素：气缸工作容积；进气温度；进气压力；充填系数，同开角等。wsvvpVmmRTn充填系数：充填系数越大，充填量越大。n气缸工作容积：在其它条件保持不变的情况下，气缸工作容积越大，充填量就越大。对定型的发动机而言，气缸工作容积为定值，故它对充填量的影响就不会发生变化。n进气压力：在进气温度不变的情况下，进气压力越高，空气密度越大，充填量越大。第17页/共94页222211111122vsvsmmTTTmmTTTn进气温度：在进气

11、压力不变的情况下，进气温度越低，空气密度越大，充填量越大。n对于吸气式发动机而言，随着飞行高度增高，大气密度越低，充填量越少。n同开角： 同开角越大，充填量也越大。这是因为同开角大，气缸中废气的吹除量大，进入气缸的新鲜混合气多。第18页/共94页进气过程的压容图 和进气功(1)吸气式发动机进气过程压容图上死点： Pe =（1.051.1）Po Te = 1000 1100K下死点： Pe =（0.90.95）Po Te = 340 360K进气行程功： A = Aesme - Asans第19页/共94页(2)增压式发动机进气过程压容图上死点： Pe =（1.051.1）Po Te = 110

12、0 1200K下死点： Pe =（0.90.95）Po Te = 380 420K进气行程功： Aeanme第20页/共94页3.2 压缩过程压缩过程的功用及进行情况压缩过程是指混合气体在气缸内被活塞压缩的过程。压缩过程的作用在于提高混合气体的压力和温度创造良好的燃烧条件，使混合气体在较小的容积内燃烧后，达到较高的压力和温度以增加气体膨胀时所作的功，从而提高发动机的功率和经济性。第21页/共94页压缩过程从活塞在下死点时开始，到活塞运行到上死点时结束。在这整个过程中，曲轴转过了180度。实际上，压缩过程是多变过程。过程方程为：nPvC第22页/共94页压缩比 压缩比表示了气体在气缸内受压缩的程

13、度。当充填量相同时，压缩比越大，气体在气缸内被压缩得越厉害，压缩终了时，气体的压力和温度提高得越高，气体燃烧得更快，从而使燃气膨胀所做的功增加；同时，由于燃烧室容积相对减小，因此，经缸壁散失的热量也相对减小。所以，压缩比增大时，发动机的功率增加，经济性提高。第23页/共94页压缩过程的压容图 (1)吸气式发动机压缩过程压容图压缩过程线： a-2-3-b点火时刻： 点3压缩行程功： A = Aa2na- A2bm2 第24页/共94页(2)增压式发动机压缩过程压容图压缩过程线： a-2-b压缩行程功： Anabmn第25页/共94页3.3 燃烧过程燃烧过程的功用和进行情况 燃烧过程是指混合气在气

14、缸内燃烧释放热能的过程。其作用是提高气体的温度和压力，以便气体膨胀，推动活塞作功。燃烧过程从电嘴点火时开始，到混合气全部烧完时结束。也可以说，燃烧过程从压缩行程后期开始，到膨胀行程初期结束。混合气燃烧特点：混合气燃烧特点： 1. 火焰传播速度快 2. 混合气的燃烧是紊流状态下进行第26页/共94页燃烧过程的三个阶段燃烧过程第一阶段（隐燃期）燃烧过程第一阶段（隐燃期）第一阶段是从电嘴点火时开始，到气缸内的气体压力开始显著增大时结束。燃烧过程第二阶段（显燃期）燃烧过程第二阶段（显燃期）第二阶段从气体压力开始显著增大时开始，到气体压力达到最大时结束。活塞到达上死点后，曲轴转到1015时，燃气压力和温

15、度达到最大值，发动机的功率增大。燃烧过程第三阶段（后燃期）燃烧过程第三阶段（后燃期）第三阶段从气体压力达到最大时开始,到混合气全部烧完时结束。这个阶段的燃烧是在膨胀过程中进行的。第27页/共94页燃烧完全程度分析 1. 混合气的余气系数余气系数 （1）混合气中油气比的表示方法）混合气中油气比的表示方法 余气系数余气系数定义：混合气中空气和燃油完全燃烧所需的空气质量之比叫余气系数。余气系数。（实际空气量和理论空气量的比值）0Lmmf物理意义：表征混合气的贫、富油程度。为贫油; 为富油。油气比：油气比：混合气中燃料质量与空气质量的比值=L实/L理m：每秒流经文氏管的空气量Mf: 燃油量Lo：理论空

16、气量第28页/共94页（2）余气系数对燃烧完全程度的影响 1 燃料燃烧比较完全 1 燃料燃烧不完全 余气系数与火焰传播速度的关系：余气系数与火焰传播速度的关系：0.80.9时火焰传播速度最大余气系数偏离这个数值，不论向富油方向或向贫油方向变化，火焰传播速度均要减小余气系数大于1.3或小于0.4，混合气就不能着火燃烧要保证正常的燃烧，混合气的余气系数应在0.61.1之间1.1为过份贫油; 0.6为过份富油为了缩短燃烧过程进行的时间，混合气的余气系数应在0.80.9之间。第29页/共94页2. 燃烧产物的离解 完全燃烧后的产物 离解后的产物燃烧产物温度越高和压力越小，离解程度越大，燃料燃烧越不完全

17、第30页/共94页燃烧快慢分析燃烧过程的快慢，取决于隐燃期和显燃期的时间长短，有5个因素：1.混合气的成分 0.80.9时火焰传播速度最大2.2. 发动机转速发动机转速 转速越大，紊流强度越大，火焰传播速度 越大 第31页/共94页3. 残余废气量 4. 压缩比 5. 电火花能量第32页/共94页点火时刻分析1. 提前点火的原因为了保证燃气最大压力出现在曲轴转过上死点后1015度，以获得近可能大的发动机功率，就必须使发动机点火提前。所以，在压缩行程的末期，活塞尚未到达上死点时，电嘴就跳火点燃混合气。第33页/共94页提前点火角提前点火角定义：从电嘴跳火花开时到活塞运动到上死点为止，曲轴所转过的

18、角度。即，电嘴刚跳火时，曲柄与气缸中心线之间的夹角。提前点火，就是在压缩行程的后期点火。 提前点火角约为：2035。好处：使气缸内的压力最高，出现在活塞过上死点后曲轴转，再转1015时，这样可以使发动机输出的功率最大。第34页/共94页2 2. . 提前点火角的选择提前点火角的选择提前点火角过大时，气缸内气体的压力和温度升高的过早，活塞压缩气体所消耗的功将增大; 同时燃气向外放出的热量增多，致使气体膨胀过程所作的功减小，这些都会减小发动机的输出功率。提前点火角过大时，还容易发生爆震，严重时由于在压缩过程的后期，作用于活塞上的压力太大还会使曲轴发生倒转。提前点火角过小时，气缸内燃气的最高压力出现

19、的晚，数值也将减小，这也会使发动机输出的功率减小。第35页/共94页3.3.影响有利提前点火角的因素在火焰传播速度不变的情况下，发动机转速增加，则在燃烧过程第一、二阶段时间内，曲轴的转角增大，为了使燃气能在上死点后10-15度产生最大压力，有利提前点火角就应增大。在发动机转速保持不变的情况下，火焰传播速度增大，燃烧时间就缩短，在这段较短的时间内，曲轴转过的角度也减小。为了使燃气在上死点后10-15度时产生最大的压力，有利提前点火角应该减小。反之，火焰传播速度减小，有利提前点火角就应该增大。因此，所有增大火焰传播速度的因素都使有利提前点火角减小。第36页/共94页在火焰传播速度不变的情况下，发动

20、机转速增加，则在燃烧过程第一、二阶段时间内，曲轴的转角增大，为了使燃气能在上死点后10-15度产生最大压力，有利提前点火角就应增大。第37页/共94页发动机实际使用的混合气成分1. 混合气成分对发动机工作的影响 （1）对发动机功率的影响 混合气余气系数等于0.85 发动机发出最大功率 （2）对燃油消耗率的影响 混合气余气系数=1.051.10（一般为1.05）时，混合气中燃料能完全燃烧，离解作用最小，热能的利用最充分，燃油消耗率最小 （3） 对发动机温度的影响 混合气余气系数 0.97 选择适当的余气系数，获得正常的气缸头温度 第38页/共94页第39页/共94页2. 发动机在不同转速下实际使

21、用的余气系数 （1）发动机在大转速工作时 =0.85左右 （2）发动机在中转速工作时 =1.05 （3）发动机在小转速工作时 =0.70.8 第40页/共94页混合气的不正常燃烧现象：现象：过贫油燃烧过贫油燃烧 过富油燃烧过富油燃烧 早燃早燃 爆震爆震 第41页/共94页1. 混合气过贫油和过富油燃烧当混合气的余气系数大于1.1时，混和气中燃料过少，空气过多，所以火焰传播速度减小，每公斤混合气燃烧后的发热量减少，从而产生各种不正常燃烧现象：(1)发动机功率减少，经济性变差(2)排气管发出短促而尖锐的声音(3)气缸头温度低(4)汽化器回火(5)发动机振动第42页/共94页混合气过富油（混合气过富

22、油（0.60.6）时，燃料不能完）时，燃料不能完全燃烧，燃料汽化吸收的热量增多，每公全燃烧，燃料汽化吸收的热量增多，每公斤混合气燃烧后的发热量减小，燃气最大斤混合气燃烧后的发热量减小，燃气最大压力出现得晚。因此，发动机也会出现与压力出现得晚。因此，发动机也会出现与过贫油燃烧时相似的现象如发动机功率减过贫油燃烧时相似的现象如发动机功率减少，经济性变差，气缸头温度低，发动机少，经济性变差，气缸头温度低，发动机振动等。振动等。但是混合气过富油燃烧也有下列一些不同但是混合气过富油燃烧也有下列一些不同的现象：的现象：(1)(1)气缸内部积炭气缸内部积炭(2)(2)排气管口冒黑烟和排气管口冒黑烟和“放炮放

23、炮”第43页/共94页2. 早燃定义：早燃是电嘴没跳火，混合气就燃烧的现象。原因：主要是气缸头温度过高或压缩比过大，也就是说，在气缸内存在炽热点，如气缸头温度过高，会使电嘴、排气门等高温机件处积炭而炽热，造成早燃。危害：早燃发生后，气体压力升高过早，压缩行程消耗的功增大，燃气散热量增大，膨胀所作的功减小，于是发动机功率减小，经济性变差。多气缸发动机，如果少数气缸发生早燃，由于曲拐机构受力不均匀，发动机会发生强烈的震动。若发动机在小转速工作时发生早燃，压缩行程后期燃气作用在活塞上的压力过大，而曲轴旋转的惯性又较小，还会引起曲轴倒转，损坏机件。必须防止发动机产生早燃。第44页/共94页预防：为了防

24、止发生早燃，必须正确地使用和维护发动机，确保发动机气缸头温度正常，同时要防止气缸内积炭。在维修发动机时，当发现电嘴等机件发生积炭，应将它们卸下，并浸泡在规定的溶液中，当炭层软化后用鬃毛刷子将已软化的炭层刷掉。特别要指出，不准用刮刀、锉等金属工具刮掉机件上的炭层，以避免损坏机件。早燃的排除方法就是降低气缸温度第45页/共94页3.3.爆震爆震1.定义：混合气爆炸性的燃烧叫做爆震。2.现象：发动机内发生不规则的金属撞击声 危害：1.爆震会使气缸局部温度急剧升高，活塞、气门及电 嘴等机件过热或被烧坏; 2.局部燃气以很高的压力突然作用在活塞上，使曲拐 机构承受冲击负荷，易于损坏; 3.燃烧不完全，排

25、气管周期性地冒出黑烟4.发动机的功率减小，经济性变差。第46页/共94页3.爆震的原因 过氧化论过氧化论第47页/共94页4.燃料的抗爆性： 燃油的品级，即燃油的辛烷值：燃油的辛烷值愈高 表示其抗爆性愈强，发动机使用这种燃油，就不容 易产生爆震; 反之，燃油的辛烷值愈低，抗爆性愈 差，发动机就愈容易产生爆震。各类发动机采用的 燃油的品级是有规定的，若使用了比规定的燃油品 级低的燃油，发动机工作时就可能产生爆震。燃料提高抗爆性的方法： 1.在燃料中加入各种高辛烷成分 2.在燃料中加入抗爆剂（四乙铅） 3.在燃料中同时加入高辛烷成分和抗爆剂第48页/共94页 5.发动机工作状态对爆震的影响：气缸头

26、温度：气缸头温度过高时，混合气受热程度增大，温度升高，产生的过氧化物也就增多，故容易产生爆震。因此，必须保持发动机散热良好，以防止发动机温度过高。所以，气缸头温度愈高愈容易爆震。 提前点火角：提前点火角过大时，发动机容易发生爆震。这是因为混合气边燃烧，边压缩的时间增加，混合气的压力和温度升高很快，过氧化物形成得更多的缘故。发动机转速：发动机在低转速，高的进气压力下，容易产生爆震。所以活塞式发动机应避免在高进气压力，低的转速下工作。进气压力和进气温度：进气压力和进气温度过高， 容易产生爆震。第49页/共94页 6.防止爆震的方法：按规定牌号使用燃料使用发动机时，不得使进气压力、进气温度以及最大进

27、气压力的使用时间超过规定值发动机在小转速工作时，不得使用大的进气压力使用发动机时，注意发动机温度不能超过规定值防止气缸内部积炭第50页/共94页燃烧过程压容图燃烧过程压容图 吸气式发动机增压式发动机第51页/共94页3.4 膨胀过程膨胀过程的功用和进 行情况 膨胀过程是燃气膨胀推动活塞作功的过程。在这个过程中，高温、高压的燃气膨胀，推动活塞，使曲轴旋转，产生动力，所以，膨胀过程是使热能转换为机械能的过程。 膨胀过程从活塞运动到上死点时开始，到活塞行至下死点时结束。曲轴旋转180第52页/共94页残余燃烧 气缸内燃气最大压力出现之后到全部混合气烧完为止，是燃烧过程的第三阶段，也称残余燃烧或者燃烧

28、过程的后燃期。残余燃烧一般在膨胀过程中结束，但有时也会延续到整个排气过程还在进行燃烧。残余燃烧时间不能过长，发动机正常工作时，残余燃烧的燃油量，不应超过全部燃烧的3%8%，要尽量缩短残余燃烧时间。混合气过贫油或提前点火角过小，都会使残余燃烧时间过长。因此，为缩短残余燃烧时间，要保证供给发动机的混合气成分适当，并且点火时刻准确。第53页/共94页膨胀过程压容图膨胀过程压容图膨胀过程线：b-cd膨胀结束时，燃气的压力和温度值为： 吸气式发动机： 增压式发动机：第54页/共94页排气过程的功排气过程的功 用和进行情况用和进行情况排气过程从排气门打开时开始，到排气门关闭时结束，它是指膨胀作功后的废气从

29、气缸排出的过程。排气过程的作用是清除气缸中的废气，以便使新鲜的混合气进入气缸，气缸中的废气排除得越多，充填量就越大，发动机的功率就越高。第55页/共94页排气门的早开晚关排气门的早开晚关排气过程开始于排气门打开时，但排气门不是在活塞到达膨胀行程下死点时才突然打开的，而是在活塞到达膨胀行程下死点之前，即膨胀行程的后期就打开，排气门的关闭也延续到活塞到达上死点之后，即下一进气行程初期。所以，排气过程的曲轴转角大于180度。 第56页/共94页 排气门的早开角排气门的早开角 定义:排气门的早开角是排气门刚刚打开时，曲柄与气缸中心线之间的夹角。 排气门要早开，应在膨胀行程的后期打开。 排气门早开角约为

30、5080。 好处：排气门早开可以尽量多地排除废气，尽量多地进入新鲜的混合气，减少排气行程中活塞所消耗的功，从而提高发动机的输出功率。排气门的早开角排气门的早开角 开的过早，会影响膨胀行程的进行，减小输出功率。 开得过晚，则排气不彻底，增加活塞向上运动的阻力，减小输出功率。第57页/共94页排气门的晚关角排气门的晚关角定义定义：排气门的晚关角是排气门恰好完全关闭时，曲柄与气缸中心线之间的夹角。排气门要晚关就应在进气行程的初期关闭。排气门晚关角的范围: 2040。好处：好处：排气门晚关可以尽量多地进入新鲜的混合气;增大新鲜混合气的充填量，提高发动机的输出功率关的过早，则废气排气得不彻底，就会减少进

31、入气缸的新鲜混合气的充填量，降低容积效率，减少输出功率。关得过晚，已进入气缸的一部分新鲜混合气会从排气门直接排入大气，使发动机的经济性不好。第58页/共94页气门同开气门同开 气门同开角气门同开角定义：定义：进气门和排气门同为打开状态，曲轴旋转的角度叫气门同开角或叫气门重叠大小大小：同开角等于进气门早开角与排气门晚关角之和，即同开角。范围：范围：航空活塞式发动机的气门同开 角约为4080。第59页/共94页气门同开气门同开好处：气门同开可以增加进入气缸新鲜混合气的充填量提高发动机的容积效率增大发动机的输出功率也有利于气缸的冷却。排气过程压容图排气过程压容图排气过程线： 4de5三个阶段： 1.

32、 气缸内气体压力下降阶段（44 ） 2.活塞排除废气阶段（ 4e） 3.废气主要依靠流动惯性流出气缸阶段（e5）排气行程功：两图的阴影部分面积第60页/共94页第61页/共94页3.6 3.6 发动机的实际循环发动机的实际循环实际循环的概念实际循环的概念 1. 1.实际循环实际循环示功图：连接五个过程的过程线，示功图：连接五个过程的过程线，表示各过程对活塞做功的情形表示各过程对活塞做功的情形实际循环图实际循环图: : 略去实际工作中的进略去实际工作中的进气，排气行程功，气，排气行程功，adad连接连接第62页/共94页2.2.实际循环的功和热效率实际循环的功和热效率 指示功：指示功：一个气缸内

33、的气体，在一次实际循环中一个气缸内的气体，在一次实际循环中对活塞所做的功对活塞所做的功 指示效率：指示效率：转变成指示功的热量与每一次循环所加燃料的理论放热量之比指示效率越高，转变为指示功的热量越多，损失的热量越少指示效率越高，转变为指示功的热量越多，损失的热量越少第63页/共94页指示功的大小，用压指示功的大小，用压容图上的实际循环线容图上的实际循环线所围的面积来表示，所围的面积来表示，面积越大，指示功越面积越大，指示功越大大第64页/共94页实际循环与理想循环的比较实际循环与理想循环的比较第65页/共94页理想循环：理想循环：压缩过程和膨胀过程是在绝热条件下进行的，加热和放热过程是在等容条

34、件下进行的。工质只有热力变化，而无燃烧的化学变化，加热和放热是瞬间完成实际循环：实际循环：压缩过程和膨胀过程不是在绝热条件下进行的，而是与外界有热交换，加热和放热过程是在变容条件下进行的。工质的加热，不靠热源，而是靠混合气燃烧放热，每一循环，工质是更替的。实际循环还考虑了： 混合气不完全燃烧的影响 燃烧产物离解的影响 非等容燃烧的影响 排气门早开的影响 散热的影响第66页/共94页发动机的定时图发动机的定时图定义：用曲轴旋转的角度来表示气门开关和点火定义：用曲轴旋转的角度来表示气门开关和点火 时刻的图形叫定时图。时刻的图形叫定时图。功用：定时图集中而形象地表明了发动机工作时各个过程所历经的角度

35、，它对外场维护工作有重要的作用，根据定时图，可以正确地安装、调整或检查气门机构、磁电机等定时机件。 从定时图中可以看出进气门早开角、进气门晚关角、前点火角、气门开角、排气门晚关角。这些角度的数值随发动机型别的不同而不同，每一型别的发动机都有它自己的定时图。第67页/共94页进气门打开状态曲轴旋转过的角度为进气门打开状态曲轴旋转过的角度为180180。 排气门打开状态曲轴旋转过的角度为排气门打开状态曲轴旋转过的角度为180180。 进气门和排气门同时关闭状态曲轴旋转过的角度为进气门和排气门同时关闭状态曲轴旋转过的角度为360360。从电嘴跳火到进气门打开曲轴旋转过的角度为从电嘴跳火到进气门打开曲

36、轴旋转过的角度为360360。第68页/共94页3.7 3.7 航空活塞发动机的功率和经济性航空活塞发动机的功率和经济性发动机功率发动机功率 1. 1.指示功率指示功率 （1 1）指示功率的定义指示功率的定义 发动机在单位时间作的指示功称为指示功率，用符号N指表示。 它是燃烧室发出的功率。 指示功率是一个气缸在一次循环中对活塞所做的功， 故指示功与气缸数和每秒中循环次数的连乘积就是 指示功率 或第69页/共94页（2 2）影响指示功率的因素）影响指示功率的因素1）混合气的余气系数：混合气的余气系数：指示功率随余气系数的变化规律是当余气系数在0.85 时，指示功率最大;余气系数偏离这个范围，指示

37、功 率都减小。故将余气系数等于0.85这个值叫做最大指 示功率余气系数。2 2）进气压力）进气压力: : 进气压力增大时，进入气缸的气体的密度增大，充填量增 大，因此指示功增大,指示功率也增大。3 3）进气温度：）进气温度：进气温度上升，进入气缸的气体的密度减小，充填量变小，因 此指示功率减小，相反，进气温度降低，指示功率增加。4 4）发动机转速：）发动机转速：在气缸数目不变的情况下，发动机转速增大时，起初使指示功率增大得比较快，到某一转速以后，继续增大转速,指示功率的增大减慢，到某一转速时,指示功率达到最大值，之后再增大转速，则因指示功迅速减小，指示功率也减小。 第70页/共94页5 5）提

38、前点火角）提前点火角提前点火角：当提前点火角为最有利数值时，气缸内混合气燃烧后的最大压力出现在上死点后1015，指示功达到最大。指示功率也最大。 提前点火角偏离最有利数值时，指示功率都减小。 这是因为提前点火角过大，点火过早，燃气对气缸传热的时间变长，散热损失增大，使指示功率减小。 提前点火角过小，活塞在膨胀行程中已经离开上死点很远，混合气才燃烧完，由于放热太迟，热能没有得到充分利用，所以使指示功率减小。 第71页/共94页2.2.阻力功率阻力功率 1 1） 定义：定义：消耗于发动机本身的功率之和，称发动机的阻 力功率 阻力功率三部分阻力功率三部分： - -机件摩擦损失机件摩擦损失 活塞,涨圈

39、与气缸壁面之间摩擦， 连杆与曲轴之间、曲轴与轴承之间摩擦 气门机构内各机件之间都产生摩擦。 其中以活塞和涨圈与气缸壁面之间的摩擦阻力最大,消耗的功率最多，约总机械损失的5060。 - -带动附件消耗的功率带动附件消耗的功率 - -进排气损失进排气损失 第72页/共94页2 2）影响阻力功率的因素）影响阻力功率的因素 （1 1）发动机转速）发动机转速 发动机转速增大时，克服机件摩擦所消耗的功率和带动附件 所消耗的功率都随之增大， 转速增大进、排气时间缩短，进气管和排气管中气流的速 度增大，流动阻力增加进排气损失功增大。 阻力功率与转速的平方成正比。第73页/共94页（2 2）滑油温度：）滑油温度

40、：滑油温度升高时，滑油粘度降低，机件摩擦面之间的油膜难以维持，而不连续，引起金属间直接接触，增大摩擦力，使阻力损失增大。滑油温度降低时，滑油粘度增大，机件运动阻力增大，使阻力损失增大。所以滑油温度升高或降低，都会使阻力损失增大。 第74页/共94页（3 3）进气压力：）进气压力： 进气压力增加不大时，进气压力对阻力功率基本无影响 进气压力增加得比大气压力高得多时，阻力功率将随进气 压力的增大而增大（4 4）大气压力和温度）大气压力和温度 阻力功率随大气压力减小而减小 进气温度升高，阻力功率下降（5 5）压缩比）压缩比 阻力功率随压缩比的增大而增大 第75页/共94页3.3.增压器功率增压器功率

41、 由于内传动式增压器是靠发动机本身曲轴带动的，它也要消耗一部分功率。增压器消耗的功率，叫做增压器功率。增压器功率随转速成平方倍增加。其中，k2为一比例常数，G空为流入增压器的空气流量，n为发动机转速。4.4.有效功率有效功率 -发动机传递给螺旋桨的功率叫做有效功率，用Ne表示。 -对于吸气式发动机来说，有效功率等于指示功率减去阻力 功率; 即Ne = Ni Nf -对于增压式发动机来说，有效功率等于指示功率减去阻力 功率，再减去带动增压器所消耗的功率; 即Ne = Ni - Nf Nc -有效功率的大小决定于指示功率、阻力功率和增压器功率第76页/共94页用有效功来表述有效功率用有效功来表述有

42、效功率有效功率的影响因素：有效功率的影响因素： 1.进气压力和进气温度进气压力增加，进气温度降低都使充填量增加，发动机的指示功率增大。这时阻力功率基本保持不变；增压器功率有所增加，但没有指示功率增加得多。所以是，发动机的有效功率随进气压力增加而增大， 2.提前点火角 只有在有利提前点火角下工作时，发动机的指示功率最大， 有效功率也最大。 3.曲轴转速 发动机转速特性 第77页/共94页有效功率的影响因素 4.滑油温度： 滑油温度的变化，主要影响阻力功率。当滑油温度适当时， 摩擦损失功率最小，有效功率最大；过大或过小的滑油温度， 都会使有效功率减小。 5.混合气余气系数： 混合气余气系数，主要影

43、响指示功率，对阻力功率和增压器 功率影响较小。 余气系数大于或小于0.85，有效功率都会减小5. 5. 有效功率的测量有效功率的测量平衡台测量发动机有效功率：第78页/共94页发动机的经济性发动机的经济性1.1. 发动机的效率发动机的效率 指示效率指示效率、机械效率、有效效率机械效率、有效效率 1 1）指示效率）指示效率 转化成指示功的热当量与一个循环中所加燃料的理论放热转化成指示功的热当量与一个循环中所加燃料的理论放热 量之比量之比 2 2）机械效率）机械效率 有效功与指示功的比值有效功与指示功的比值 吸气式发动机的机械效率吸气式发动机的机械效率 第79页/共94页增压式发动机的机械效率增压

44、式发动机的机械效率目前航空发动机的机械效率，吸气式发动机的机械效率是目前航空发动机的机械效率，吸气式发动机的机械效率是0.80.80.90.9，增压式发动机的机械效率是增压式发动机的机械效率是0.70.70.860.86 3 3）有效效率有效效率 有效效率等于有效功与单位时间加入的燃油完全燃烧有效效率等于有效功与单位时间加入的燃油完全燃烧 所释放的理论热量的比值所释放的理论热量的比值第80页/共94页 目前，吸气式发动机的有效效率为目前，吸气式发动机的有效效率为0.200.200.320.32，增压式，增压式发动机的有效效率为发动机的有效效率为0.160.160.280.28 2. 2. 发动

45、机的燃油消耗率发动机的燃油消耗率 1 1）燃油消耗量）燃油消耗量 发动机每小时消耗的燃油重量发动机每小时消耗的燃油重量 2 2）燃油消耗率）燃油消耗率产生单位有效功率，在一小时内所消耗的燃油质量称产生单位有效功率，在一小时内所消耗的燃油质量称为有效燃油消耗率为有效燃油消耗率, ,简称为燃油消耗率简称为燃油消耗率发动机每小时所消耗的燃油质量越少，产生的有效功发动机每小时所消耗的燃油质量越少，产生的有效功率越大，则燃油消耗率越低，发动机的经济性越率越大，则燃油消耗率越低，发动机的经济性越好。所以，有效燃油消耗率是评定活塞式发动机好。所以，有效燃油消耗率是评定活塞式发动机性能的一个重要指标。性能的一

46、个重要指标。第81页/共94页3 3）燃油消耗率与有效效率的关系）燃油消耗率与有效效率的关系 燃油消耗率与有效效率成反比燃油消耗率与有效效率成反比4 4）影响燃油消耗率的因素）影响燃油消耗率的因素 1 1、混合气的余气系数、混合气的余气系数当混合气余气系数接近于最经济余气系数，燃料燃当混合气余气系数接近于最经济余气系数，燃料燃烧最完全，燃油消耗率最小。烧最完全，燃油消耗率最小。2 2、机械效率、机械效率机械效率高，说明机械损失功率小，燃油消耗率就机械效率高，说明机械损失功率小，燃油消耗率就小。小。第82页/共94页3.8 3.8 航空活塞发动机的特性航空活塞发动机的特性发动机的有效功率和燃油消

47、耗率随发动机的转速、进气压力和飞行高度发动机的有效功率和燃油消耗率随发动机的转速、进气压力和飞行高度的变化规律，叫做发动机的特性。的变化规律，叫做发动机的特性。航空活塞式发动机的特性主要是指：负荷特性、螺旋桨特性、高度特性航空活塞式发动机的特性主要是指：负荷特性、螺旋桨特性、高度特性和增压特性。和增压特性。负荷特性负荷特性 1. 1.吸气式发动机的负荷特性吸气式发动机的负荷特性 当节气门全开时当节气门全开时, ,发动机的有效功率和有效燃油消耗发动机的有效功率和有效燃油消耗 率随发动机转速的变化规律率随发动机转速的变化规律, ,叫做吸气式发动机的负荷特性叫做吸气式发动机的负荷特性。 规律：当转速

48、由较小转规律：当转速由较小转速增大时，有效速增大时，有效功率增大而后随功率增大而后随着转速的增大而着转速的增大而减小。减小。燃油消耗率随转速燃油消耗率随转速的增大一直的增大一直是增大的。是增大的。第83页/共94页2.2. 增压式发动机负荷特性增压式发动机负荷特性 当进气压力保持为最大时，发动机的有效功率和有效燃油当进气压力保持为最大时，发动机的有效功率和有效燃油消耗率随发动机转速的变化规律消耗率随发动机转速的变化规律, ,叫做增压式发动机的负叫做增压式发动机的负荷特性。荷特性。规律：当转速由较小转速增大时，有效功率增大而后随着转速的增大而减小。燃油消耗率随转速的增大一直是增大的。第84页/共

49、94页螺旋桨特性螺旋桨特性 在螺旋桨的桨叶角保持不变的条件下，发动机的有效功在螺旋桨的桨叶角保持不变的条件下，发动机的有效功率和燃油消耗率随发动机转速变化的规律，叫做发动机的螺率和燃油消耗率随发动机转速变化的规律，叫做发动机的螺旋桨特性。旋桨特性。 1. 1.吸气式发动机螺旋桨特性吸气式发动机螺旋桨特性 有效功率随转速的增大而增大有效功率随转速的增大而增大; ; 燃油消耗率随转速的增大，先是减小，而后增大。燃油消耗率随转速的增大，先是减小，而后增大。第85页/共94页2.2. 增压式发动机螺旋桨特性增压式发动机螺旋桨特性转速增大时，有效功率与转速的立方成正比地增大；转速增大时，有效功率与转速的

50、立方成正比地增大；燃油消耗率随着转速的增大，也是首先减小，然后再增大。燃油消耗率随着转速的增大，也是首先减小，然后再增大。但是，由中转速到大转速增加时，增压发动机的有效燃油但是，由中转速到大转速增加时，增压发动机的有效燃油消耗率增大较快消耗率增大较快。 第86页/共94页3. 3. 发动机的几个工作状态发动机的几个工作状态最大工作状态最大工作状态( (起飞工作状态起飞工作状态) )起飞时，为了最大限度地缩短起飞起飞时，为了最大限度地缩短起飞滑跑距离，发动机所采用的滑跑距离，发动机所采用的工作状态，叫做起飞工作状工作状态，叫做起飞工作状态。态。发动机在起飞工作状态所输出的功发动机在起飞工作状态所

51、输出的功率和所使用的转速，分别称率和所使用的转速，分别称为起飞功率和起飞转速。为起飞功率和起飞转速。吸气式发动机的起飞功率是在节气吸气式发动机的起飞功率是在节气门全开的情况下获的的，所门全开的情况下获的的，所以，起飞功率就是最大功率，以，起飞功率就是最大功率，起飞转速就是最大转速。起飞转速就是最大转速。起飞工作状态时，由于功率最大，起飞工作状态时，由于功率最大，转速最大，故发动机的温度转速最大，故发动机的温度最高，机件承受的力最大，最高，机件承受的力最大，所以，发动机在起飞状态下所以，发动机在起飞状态下连续工作时间一般不得超过连续工作时间一般不得超过5 5分钟。分钟。额定工作状态额定工作状态是

52、设计时所规定的发是设计时所规定的发动机的基准工作状态。动机的基准工作状态。发动机在额定状态工发动机在额定状态工作时，所输出的功率作时，所输出的功率和所使用的转速，分和所使用的转速，分别称为额定功率和额别称为额定功率和额定转速。定转速。额定转速是设计发动额定转速是设计发动机进行热力计算时所机进行热力计算时所依据的转速。依据的转速。而额定功率是在额定而额定功率是在额定转速和油门稍为关小转速和油门稍为关小的情况下，发动机所的情况下，发动机所输出的功率，它比油输出的功率，它比油门全开时发动机所输门全开时发动机所输出的功率小出的功率小5 51515。第87页/共94页巡航工作状态巡航工作状态飞机作巡航飞行时，发动机所使用的工作状态，叫做巡航飞机作巡航飞行时，发动机所使用的工作状态，叫做巡航工作状态。工作状态。