汽车发动机原理ppt课件

汽车发动机原理,第一章发动机性能,1,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。,2,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,3,循环分类,(1)理论循环(Theoretical Cycle ) 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(Ideal Cycle） 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,4,1、理论循环,发动机工作过程,5,定容加热循环,奥托循环（Otto Cycle ） 汽油机,6,定压加热循环,狄赛尔循环（Diesel Cycle） 低速及高增压柴油机,7,混和加热循环,萨巴特循环（Sabathe Cycle ） 高速柴油机,8,三种理论循环,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,9,基于理论循环的发动机评价指标： 循环热效率t和循环平均压力pt,10,最高温度相同时，提高压缩比对循环的影响,11,压缩比 、绝热指数与循环热效率t的关系,等容加热理论循环热效率t 与压缩比的关系曲线,12,压力升高比和预膨胀比对循环热效率t的影响,13,加热量Q1相同时，三种理论循环t的比较,14,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 合理组织燃烧，提高循环加热 等容度（减少预膨胀比和合理选择燃烧始点） 保证工质具有较高的绝热指数K,15,四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),Ai,A2,A1,vs,va,vc,r,r,P0,b,Pe,Va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,16,示功图测试系统,示功图是研究热功转换的最常用的手段,17,非增压发动机的展开示功图,18,四行程发动机的实际循环(增压),返回,19,涡轮增压系统工作原理图,返回上一页,20,自然吸气式发动机示功图分析,W1 W2 W3,21,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。,22,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A1A3) 2.平均指示压力 (MPa) pmi=Wi/ Vs 3.平均指示功率 (kw) Pi = pmiVsin/30 4.指示热效率 i=Wi/Q1 =3.6/ bih 5.指示燃料消耗率 (g/(kwh) ) 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,23,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。,24,平均指示压力,返回,25,有效指标,26,Pm(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,27,有效指标,经济性指标 6.有效热效率 e=We/Q1 =3.6/ bih 7.有效燃料消耗率 (g/(kwh) ) be=B/Pe,28,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/30Vsi = pmen/30 me = m/ Pe m 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pmeCm pmeCm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。,29,机械损失 (定义),发动机运行,30,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6275%) 活塞组件与缸壁的摩擦(4560% ) 、曲柄连机组轴承的摩擦、 (1520% )气阀机构的摩擦(23% )等。 驱动附件的损失(占Pm 的1020%) 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1020%) A3+A2,31,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。,32,2）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。,33,3）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,34,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。,35,机械损失(影响因素),36,3）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8095 正常机油温度在85110 ，高品质油可允许在更高温度下工作,37,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,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,38,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）,换气损失,传热、流动引起的损失wb,非瞬时燃烧引起的损失（燃烧提前）,39,某四冲程自然吸气柴油机能量利用率递减图例,40,发动机热平衡图,燃料燃烧放出的热量QT,转化为指示功的热量Qi,转化为有效功的热量Qe,排气带走的热量QR,传给冷却介质的热量Qs,QL,41,能量的合理利用,42,思考题,内燃机的理论循环与真实循环有何差别？真实汽油机和柴油机接近何种理论循环？ 相同压缩比、循环加热量Q1时，三种基本理论循环的热效率t哪个大？哪个小？利用TS图加以证明。 利用TS图证明在Q1和最高压力P相同时，柴油机的热效率比汽油机的高。（注意柴油机最高压力大于汽油机） 简述各种机械损失测定方法的原理 6185Q-l 柴油机，DS= 135140mm，6缸四冲程，2200rpm时的输出功率为154kw，be为217g/kw.h。 求：1.此时的Pme、Ttq和e值，已知柴油的热值为42500kJ/kg 2.m=0.75,求其bi、 i 、Pi及Pm各值,43,