bx发动机原理1课件

1汽车发动机原理

第一章发动机性能2学习发动机原理的目的和内容:目的:

提高发动机性能内容:深入发动机工作过程的各个阶段,分析影响发动机性能指标的各种因素,研究提高性能的具体措施和努力方向。3发动机性能评价的主要指标:动力性指标:功率P、转矩Ttq、转速n、平均有效压力pe经济性指标：燃油消耗率b、（润滑油消耗率）环保性指标：有害排放物（CO、HC、NOx微粒）、噪声、振动使用性指标：可靠性、耐久性、维修方便性循环分类(1)理论循环(TheoreticalCycle)工质——理想气体（空气），物性参数为常数循环——理想循环；封闭热力循环：系统加热—燃烧放热，膨胀后当作系统放热气体交换:气门瞬间开闭,缸内压力不变地流入流出过程特殊热力过程：绝热压缩和膨胀，等容或等压放热和吸热（2）理想循环(IdealCycle）工质——真实工质，组份变化、特性参数变化；循环——理想循环（3）真实循环（Real

Cycle）

工质——真实工质循环——真实循环451、理论循环发动机工作过程6定容加热循环奥托循环（OttoCycle）汽油机7定压加热循环狄赛尔循环（DieselCycle）低速及高增压柴油机8混和加热循环萨巴特循环（SabatheCycle）高速柴油机9三种理论循环自然吸气发动机三种理论循环的p-v及T-S图

a)等容循环b)等压循环c)混合循环10基于理论循环的发动机评价指标：

循环热效率ηt和循环平均压力pt11最高温度相同时，提高压缩比ε对循环的影响12压缩比ε、绝热指数Κ与循环热效率ηt的关系等容加热理论循环热效率ηt与压缩比ε的关系曲线13压力升高比λ和预膨胀比ρ对循环热效率ηt的影响14a)压缩比ε相同b)最高压力相同

Q2p>Q2m>Q2vQ2v>Q2m>Q2p

ηtv>ηtm>ηtpηtp>ηtm>ηtv

定压定容定容定压加热量Q1相同时，三种理论循环ηt的比较15理论循环分析的指导意义指出了改善发动机动力性、经济性的基本原则和方向在允许的条件下，尽可能提高压缩比ε合理组织燃烧，提高循环加热等容度（减少预膨胀比ρ和合理选择燃烧始点）保证工质具有较高的绝热指数K16四行程发动机的实际循环自然吸气四行程发动机示功图a)示功图b)压力图(展开示功图)AiA2A1vsvavcrr’P0b’PeVa—气缸总容积Vs—气缸工作容积Vc—气缸剩余容积P0—大气压力Pd—缸内进气压力Pe—缸内排气压力返回17示功图测试系统示功图是研究热—功转换的最常用的手段18非增压发动机的展开示功图19四行程发动机的实际循环(增压)Pb—压气机后压力Pk—涡轮机前压力p0A1pdA3pbvaVspepkVc废气涡轮增压发动机示功图返回20涡轮增压系统工作原理图

返回上一页21自然吸气式发动机示功图分析W1W2vsvavcrr’P0b’PeVa—气缸总容积Vs—气缸工作容积Vc—气缸剩余容积P0—大气压力Pd—缸内进气压力Pe—缸内排气压力循环动力过程功——压缩冲程、燃烧膨胀冲程所作之功，正功，等于封闭曲线所包围的环积分面积Saczba泵气过程功——排气冲程、进气冲程所作之功，等于封闭曲线所包围的环积分面积Sarr’ba自然吸气发动机为负，增压发动机为正；净指示功——考虑泵气损失的指示功循环动力功＋泵气过程功即：（W1+W3）—（W2+W3

）＝W1+W2

⊕㊀返回指示指标W1W2W322指示指标—实际循环的评价指标指示指标：是以工质对活塞所作之功（净指示功Wi）为计算基准的。

指示指标用来标定实际循环质量的好坏。它不受动力输出过程中机械摩擦和附件消耗等外来因素的影响，直接反映由燃烧到热工转换的工作循环进行的好坏，因而在工作过程的分析研究中得到广泛的应用。23指示指标1.指示功(kJ)Wi(一个实际循环工质对活塞所做的有用功,即净指示功,相当于示功图面积A1±A3)2.平均指示压力(MPa)pmi=Wi/Vs3.平均指示功率(kw)Pi=pmiVsin/30τ4.指示热效率ηi=Wi/Q1=3.6/bihμ5.指示燃料消耗率(g/(kw·h))bi=B/Pi

（单位指示功的耗油量）

B—每小时耗油量（kg/h）

注意：计算时用国际单位制返回24有效指标——评价发动机性能的指标有效指标：指以曲轴输出功We为计算基准的指标称为有效性能指标。有效指标用来直接评定发动机实际工作性能的优劣，故在生产实践中得到广泛的应用。25平均指示压力WipmiVs指示功——一个实际循环工质对活塞所作的有用功平均指示压力——单位气缸容积所作的指示功；

pmi=Wi/Vs

由于量纲正好是压力的量纲，所以称为“…压力”即：Wi=pmi·Vs相当于一个不变的（平均的）压力pmi作用在活塞上，使其移动一个冲程所作的功，其值等于Wi平均指示压力的直观示意图返回26有效指标动力性指标：1.有效功率(kJ)Pe(曲轴输出功)=Pi-Pm

2.平均有效压力(MPa)pme=We/Vs3.有效功率(kw)Pe=pmeVsin/30τ4.有效扭矩(N.m)Pe=2πnTtq/60*1000=Ttqn/95505.转速n(转/min)和活塞平均速度Cm(m/s)

Cm=Sn/30返回27Pm(机械损失功）

指示功率不能完全对外输出，功在发动机内部传递过程中，不可避免有以下损失：内部运动零件的摩擦损失驱动附属机构的损失泵气损失返回28有效指标经济性指标6.有效热效率ηe=We/Q1=3.6/bihμ7.有效燃料消耗率(g/(kw·h))be=B/Pe29发动机的强化指标升功率PL(kw.L)和比质量me(kg/kw)

PL=Pe/Vsi=pmeVsin/30Vsiτ=pmen/30τme=m/Pem—发动机的干质量，不含冷却水和润滑油的发动机质量2.强化系数pmeCmpmeCm越高，发动机的热负荷和机械负荷越大，发动机的发展趋势是强化系数的提高，故pmeCm的提高也标志了技术的进步。30机械损失(定义)发动机运行31机械损失(组成与份额)发动机内部运动零件的摩擦损失(占Pm

的62~75%)活塞组件与缸壁的摩擦(45~60%)、曲柄连机组轴承的摩擦、(15~20%)气阀机构的摩擦(2~3%)等。驱动附件的损失(占Pm

的10~20%)水泵、水箱风扇、机油泵、柴油机喷油泵、空调、转向助力泵等泵气损失(占Pm

的10~20%)

A3+A2

32机械损失(测量方法)1）倒拖法发动机按测试工况运行到正常稳定状态(水温、油温正常)

,断油或切断点火，立即将测功机转为电动机运行，反拖发动机到同样转速，则测得的反拖功率即为机械损失功率。显然，这种测试方法必然将泵气损失功包含在内了。误差：（a）无燃烧，缸内压力低，活塞与缸套间隙加大；润滑油粘度加大，摩擦损失增加（b）缸内工质温度低，工质密度大，排气压力加大，泵气损失增加。汽油机压缩比小，所以误差小，柴油机则误差较大。332）灭缸法用于多缸机设N缸发动机正常运转时，测出有效功率Pe。然后第i缸灭火（停止供油或点火），在相同转速下测定工作的N-1个气缸的有效功率（Pe）-i,此时认为总的Pm不变，则灭缸后所减少的输出功率量为被灭缸的指示功率Pi本质上也是倒拖法，只不过是用N-1个缸的动力来反拖被来的那一缸而已。理论上反拖法存在的误差，灭缸法也存在，但由于测定时整机状态更接近于真实情况，某些误差会相对小一些。新问题：灭缸后进排气波动效应会影响各缸进气的均匀性，从而引起额外的测试误差。343）油耗线法转速不变，测出整机油耗随负荷的变化曲线。将此线外延到与横坐标交的a点，则a0之值为机械损失值pmm。图上横坐标为正值：输出功率点；

为0：怠速点；

为负值：外界输入功率的反拖点，而a点则是发动机停机不耗油的全反拖点。显然此值亦包含了泵气损失。

适合柴油机，不适合汽油机35小结：1）汽油机多用倒拖法，不适合用灭缸法和油耗线法（不成直线）2）小型柴油机适合灭缸法、反拖法，自然吸气柴油机多在生产、调试中使用油耗线法，作为产品质量监控的手段。3）废气涡轮增压柴油机无法使用倒拖法和灭缸法，因为这两种方法都破坏了增压系统的正常工作。低增压可以用油耗线法。高增压机型，除示功图法外，尚无更好的方法。36机械损失(影响因素)1）转速n（活塞平均速度cm

）n↑、cm↑，摩擦损失↑，泵气损失↑，驱动附件消耗的功↑2）负荷pm373）润滑条件及冷却水温度机油选用原则：在保证发动机正常工作时有可靠润滑条件的前提下，尽量选用粘度系数小的润滑油，以减少摩擦损失，改善起动性能。强化系数高，轴承负荷大时，用粘度较大的润滑油；转速高，配合间隙小时，用粘度较小的润滑油。冷却水温度影响燃烧过程和传热损失，也与润滑油的用油温度有关，也就关系到摩擦损失的大小，提高水温，对性能有益，但受水的沸点的限制，水温在80~95℃正常机油温度在85~110℃

，高品质油可允许在更高温度下工作38常用动力、经济性指示指标、有效指标和机械损失指标一览表指标名称单位

指示指标有效指标

机械损失指标

各指标间的关系

循环功(单缸)kJWi

WeWmWe=Wi－Wm

平均压力

MPapmi=Wi/Vs

pme=pmi-pmm

功率kwPiPePmPe=Pi－Pm

转矩N·mTtq

升功率kw/LPL比质量kg/kwme=m/Pe热效率ηi=Wi/Q1ηe=We/Q1ηm=We/Wi=Pe/Pi=pme/pmi

ηe=ηi·ηm

燃油消耗率kg/(kw·h)bi=B/Pibe=B/Pebi=ηm·be

升功率—单位排量发出的功率；比质量—单位有效功率所占质量

39发动机实际循环与理论循环的比较补（后）燃损失排气提前损失（自由排气损失）泵气损失传热、流动引起的损失wb非瞬时燃烧引起的损失（燃烧提前）某四冲程自然吸气柴油机能量利用率递减图例40燃料完全燃烧低热值能量全部放出

A混合加热理论循环热效率B混合加热理想循环热效率C真实循环热效率D真实循环有效热效