《汽车发动机原理与汽车理论基本课件-第二章讲解》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽车发动机原理与汽车理论基本课件-第二章讲解（62页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章 发动机的性能指标 第一节 发动机的理论循环 第二节 四冲程发动机的实际循环 第三节 发动机的指示指标、有效指标和强化指标 第四节 发动机的热平衡 第五节 发动机技术的现状与发展 第一节 发动机的理论循环 发动机的发动机的理论循环理论循环: :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 一、三种基本理论循环: p1 p6 1、研究理论循环的目的: p1 1)确定循环热效率的理论极限，以判断实际发 动机经济性和工作过程
2、进行的完善程度以及 改进潜力。 2)分析比较发动机不同热力循环方式的经济性 和动力性。 3) 确定提高以理论循环热效率为代表的经济性 和以平均压力为代表的动力性的基本途径。 1 假定工质为定比热容的理想气体； 2 不计吸气和排气过程（工质的总质量保持不变）（工质的总质量保持不变），假 设工质是在闭口系统中作封闭循环； 3 压缩、膨胀过程简化为绝热等熵过程； 4 把燃烧过程看作是外界对工质的加热过程，简化为等 容加热过程或等压加热过程； 5 排气中的实际放热过程简化为等容放热过程； 6 忽略过程损失，把循环的每一过程都假定为可逆过程 ，即假设循环过程为可逆循环。 简化原则为: p1 理解！ ！
3、3、发动机的理论循环： 发动机理论循环的三种形式：a)混合加热循环混合加热循环 、b)b)等容加热循环等容加热循环 c)等压加热循环等压加热循环。 p 一）、循环热效率：p2p4 1、循环热效率(简称热效率) ：p2 式中： 工质所做循环功（J） 循环加热量（J） 工质在循环中放出的热（J） 评定循环 经济性 理论循环是用循环热效率和循环平均压 力来评定。 二、循环热效率和循环平均压力 ）混合加热循环的热效率）混合加热循环的热效率 2 2、三种基本理论循环的热效率公式、三种基本理论循环的热效率公式 ）等容加热循环的热效率）等容加热循环的热效率 ）等压加热循环的热效率）等压加热循环的热效率 3
4、3、三种基本理论循环热效率的分析、三种基本理论循环热效率的分析 1 1）混合加热循环热效率的分析）混合加热循环热效率的分析 分析条件：循环总加热量不变。 2 2）等容加热循环热效率的分析）等容加热循环热效率的分析 ）等压加热循环热效率的分析）等压加热循环热效率的分析 4 4） 等熵指数对循环热效率的影响等熵指数对循环热效率的影响 从理论循环的分析可知，提高压缩比c和 压力升高比p对提高循环热效率t起着有利的 作用，但发动机实际工作条件约束和限制循 环热效率提高。 、发动机实际工作条件对循环热效率提高 的约束和限制： p34 1) 零件的强度和可靠性的限制 2) 机械效率的限制 3) 燃烧方面的
5、限制 发动机的压缩比和压力升高比见p4。 1、循环平均压力 ： p4 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） 二）、循环平均压力：p4 1）混合加热循环平均压力公式 2 2、三种基本理论循环平均压力公式、三种基本理论循环平均压力公式 ）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 3 3、等压加热循环平均压力公式、等压加热循环平均压力公式 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。p4 ：进气终点的压力 (kPa) 循环环名 称 循环热环热 效率循环环特点 等容加 热热循环环 加热过
6、热过 程在等容条件下很快完 成，热热效率仅仅与压缩压缩 比有关 等压压加 热热循环环 加热过热过 程在等压压条件下缓缓慢完 成，负负荷的增加使得热热效率下 降 混合加 热热循环环 介于上述两者之间间 表11 三种理论循环的比较 三、三种基本循环的比较 T T s s 44 55 44 55 a a b b bbbb 4 4 1 1 2 2 3 3 5 5 1、压缩比及加热量分别相同时比较 p5 压缩比 相同 加热量 相同 初态1相同 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 ，应增加混 合加热循环的等容部分。 2、加热量及循环的最高压力分别相同时比较 T T
7、 s s 加热量 相同 初态1相同 循环的最高压力相同 a a b b bbbb 22 44 55 5 5 4 4 1 1 2 2 3 3 P P maxmax 2 2 44 55 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。 3、汽、柴油机负荷变化(不同加热量)时的对比 ： 柴油机：由于喷雾压燃后边喷油边燃烧,当 负荷下降时，喷油时间缩短，但初期相当 于等容燃烧的部分变化不大。这相当于p基 本不变而 减小，则t提高。 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，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。 一、发动机的实际循
8、环 u发动 机的实际 循环：连续 不断的把热 能转换为 机械功的循环。 u四冲程发动 机的实际 循环是由进气、 压缩 、燃烧、膨胀和排气5个过程组成 。通常用汽缸内工质的压力p随汽缸容积 V（或曲轴转 角）而变化的图形,来表 示汽缸内工质的实际 工作情况。 第二节 四冲程发动机的实际循环 发动机的实 际循环 1、进气过程 图a） 2、压缩过程 图b） 3、燃烧过程 图c） 4、膨胀过程 图c） 5、排气过程 图d） p-V图和p-图 结论：进气、压缩、燃烧、膨胀、排气 u进气过程进行的好坏用实际进入汽缸的 新鲜工质的数量评价。 u由pV=mRT可以看出：汽缸容积一定时， 提高进气终了压力、降低
9、进气终了温 度可增加进气量。进气量的增加意味着 循环加热量的增加，在循环热 效率一 定时，可增加循环净 功，从而提高发 动机动力性。 结论：进气 u发动 机的实际压缩过 程，是一个复杂 的热力过程(吸热-绝热 -放热)。总体 来说，缸内气体的放热量大于其吸热量 。 u实际 工作中，常测量压缩终 了的压力 。压缩终 了的压力过低，说明汽缸密 封不良，其主要原因一般是气门密封不 良、活塞和汽缸磨损严 重等。 结论：压缩 u汽油机及燃气发动机的燃烧接近定容加 热过程。 u柴油机燃烧接近混合加热过程（同时存 在定容加热和定压加热）。 u燃烧过程放出的热量越多，放热时越靠 近上止点，则热效率越高。 u在
10、实际 燃烧过 程中，不仅有散热损 失 、不完全燃烧损 失，而且还存在非瞬时 燃烧损 失。 结论：燃烧 燃烧过程 u发动 机的实际 膨胀过 程与压缩过 程很 相似，也是一个复杂的热力过程（吸热 量大于放热量、吸热量等于放热量、吸 热量小于放热量）。总体来说，缸内气 体的吸热量大于放热量。 u膨胀过 程不仅有散热损 失和漏气损失 ，还有补燃损失。 u膨胀过 程终了b点的压力和温度越低， 说明气体膨胀和热量利用越充分。 结论：膨胀 由于排出的废气具有一定的压力和较高 的温度，故存在排气损失。 由于排气系统有阻力，使排气终了的压 力略高于大气压力。 实际 工作中，也常用排气温度作为检查 发动 机工作状
11、态的技术指标，排气终了 温度偏高，说明发动 机工作不良，热功 转换 效率低。 结论：排气 1、实际工质的影响 实际工质影响引起的损失： 2、换气损失 换气损失： 3、燃烧损失 非瞬时燃烧损失 和补燃损失： 提前排气损失： 4、传热损失 传热、流动 损失： 5、缸内流动损失 图112 发动机实际循环与理论循环的比较 a) 柴油机 b) 汽油机 六、理论循环与实际循环比较 发动机的指示性能指标是指以工质对以工质对 活塞做功为计算基础活塞做功为计算基础的指标，简称指示指 标。 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环进 行的质量
12、。是从示功图测量计算得出的。 第三节 发动机的指示指标、有效指标和强化指标 一、发动机的指示指标 一）、一）、 指示功和平均指示压力指示功和平均指示压力 指示功是指气缸内完成一个工作循环所得到的有用 功Wi。指示功的大小可以由pV图中闭合曲线所 占有的面积求得。 式中： Fi 示功图面积，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） 平均指示压力是指单位气缸容积 一个循环所作的指示功(Pa) 。 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p
13、mi (MPa) 式中， D和S分别为气缸直径和活塞行程 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 。 平均指示压力是衡量发动机实际循环 动力性能的一个很重要的指标。 图115 指示功与平均指示压力 二） 、指示功率： 指示功率Pi ：发动机单位时间内所作的指示功。 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 ) 三）、指示热效率和指示燃油消耗率 指示热效率指示热效率 it it ：发动机实际循环指 示功与所消耗燃料热量的比值。 式中， Q
14、1 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 ： 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。 指示燃油消耗率g(kWh)：指单位指示功 的耗油量。通常以单位指示千瓦小时的耗油 量来表示： 表示实际循环的经济性指标it和bi之间存在 着以下关系： 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。 以曲轴输出功为计算基础的性能指标 ，称为有效性能指标，简称有效指标 。 有效指标被用来直接评定发动机实际 工作性能的优劣。 二、发动机的有效指标 一）、发动机动力性指标 1、有效功和有效功率 有效功：发动机每循环曲轴输出的单缸功量 。 式中： Wi 循环净指示功 Wm 循环实际机械损失功 有效功率 式中： Pi 指示功率 P
