汽车发动机原理-课件

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1、1汽车发动机原理第一章 发动机的性能第一节 发动机理论循环实际工作过程的抽象。寻找提高发动机性能的基本方向。简化条件：1、理想气体。2、闭口系统，封闭循环。3、绝热压缩，绝热膨胀。4、定容加热，定压加热，定容放热。一、 定容加热循环：a-c 绝热压缩。c-z 定容加热。z-b 绝热膨胀。b-a 定容放热。：压缩比；Va Vh+Vc= =Vc VcVa 气缸总容积。Vc 气缸压缩容积Vh 气缸工作容积。2 压力升高比；Pz= Pck 绝热指数；1循环热效率：T=1- k-1 k Pa循环平均压力：P t= (-1) T-1 k-1二、 定压加热循环：a-z1 绝热压缩；z1-z2 定压加热；z2

2、-b 绝热膨胀；b-a 定容放热；循环热效率。循环平均压力。三、 混合加热循环:a-c 绝热压缩；c-z1 定容加热；z1-z2 定压加热；z2-b 绝热膨胀；b-a 定容放热； 预膨胀比；3Vz= Vz1 后膨胀比；Vb= Vz四、理论循环的分析：1、压缩比：压缩比提高循环热效率，循环平均压力都能提高。当压缩比大于 12 时，循环热效率上升得缓慢。当压缩比提高时，最大爆发压力增加，汽油机全发生不正常燃烧，压缩比只能在 611 之间。2、绝热指数 K：K 提高循环热效率提高。空气 K=1.4。浓混合气 K 下降， T下降。稀混合气 K 上降， T上降。3、加热量 Q1：定容加热循环加热量增加，

3、则压力升高比增加，当压缩比一定时，放热量同时增加，Q2/Q1 不变，因此，循环热效率不变。但是，实际发动机当负荷增加时，每循环所消耗的燃料增大，即加热量增高，而气体的 K 值随温度的增高而减少，使热效率降低。只有在负荷一定的一定范围内，热效率的变化不大。4加热量增加，压力升高比增加，循环平均压力增加。定压加热循环：加热量增加，预膨胀比增加。当压缩比一定时，预膨胀比增加，循环热效率下降，循环平均压力增加。加热量越多，循环所做的功越多。但是，最后所加的部分热量的时间距上止点越远，该加热量作功的机会越少，即膨胀比越小，因而循环热效率减少。实际柴油机在重负荷时内部热效率减低，除了随预膨胀比的关系外，还

4、有 K 随温度而变化的影响。温度增加，K 值下降，循环热效率下降。混合加热循环：加热量对热效率的影响比较复杂。循环热效率的高低决定于加热后工质膨胀比的大小，膨胀比越大，即工质膨胀越充分，则热效率越高。而压缩比高只不过是提高膨胀比的一个条件。混合加热循环中，总的加热量一定，而定容加热和定压加热的比例不同时，则热效率不同。当总的加热量一定时，定容加热部分越大，即压力升高比越大，则循环热效率越高。结论：1、增加压缩比，可以提高工质的最高温度，扩了循环的温度梯度，达到了发动机较大膨胀比，因而提高了循环热效率，但是，循环热效5率的提高随压缩比的增加而逐渐降低。2、 增大压力升高率，可以增加混合循环中等容

5、部分的加热量，提高了热量的利润率，因而也提高了循环热效率。3、压缩比和压力升高率的增长，将伴随着最高循环压力的急剧上升。4、增大预膨胀比，可以提高循规蹈矩环平均压力，但是由于等压部分加热量增加，而这部分加热量是在膨胀比孤低的情况下加入的，因而循环热效率随之降低。3、指数 K 越大则循环热效率越高。4、现有水平：柴油机：=1222，Pz=5 14Mpa，=1.3 2.2。汽油机：=611，Pz=38.5Mpa，=2.04.0。第二节 四冲程发动机的实际循环四冲程发动机示功图。一、进气过程进气终点压力 Pa，排气终点压力 Pr。汽油机： Pa=（0.80.9 ） P0 , Ta=340380k 。

6、柴油机：Pa=（0.850.95 ） P0 , Ta=300340k 。增压柴油机： Pa=（0.91.0）P K ，6Ta=320380k 。PK=（1.31.6）P 0 。进气终了时的进气温度 Ta 高于大气温度。进气压力越高，进气温度越低，表示进入气缸的空气越多。燃烧过程可能放出的热量也越多，发动机的动力性越好。二、压缩过程增大工作过程的温差，获得最大限度的膨胀比，提高热效率，为燃烧过程创造有利的条件。多变指数 n1： 汽油机：1.321.38。 高速柴油机:1.381.40。增压柴油机： 1.351.37。多变指数 n1 主要受到与气缸壁热交换及工质泄露情况的影响。气缸壁温度越低 n1

7、 越低。转速越高，n 1 越高。漏气越严重，n 1 越低。Pc=Pa* n1 Tc=Ta* n1-1 。Pc（Kpa） Tc（k） 汽 油 机 800 - 2000 600 750 6 - 10柴 油 机 3000 - 5000 750 1000 14 - 22增压柴油机 5000 - 8000 900 1100 12 - 15密封问题。起动问题。7三、燃烧过程Pz（kpa ） Tz（k）汽 油 机 30006500 22002800柴 油 机 45009000 18002200增压柴油机 900013000四、膨胀过程多变指数 n2： 汽油机：1.231.28。 柴油机:1.151.28。多

8、变指数的影响因素：补燃的多少，工质与缸壁间的热交换及漏气。转速高，补燃增多，温度和漏气减少，n 2 下降。燃烧不良，补燃增多，n 2 下降。漏气增多，n 2 上升。缸径下降，相对散热表面积增加，传热增加，n 2 上升。汽油机：柴油机：8：后膨胀比。Pb（kpa） Tb（k）汽 油 机 300600 12001500柴 油 机 200500 10001200五、排气过程汽油机和柴油机： Pc=（1.051.20 ）P 0 (kpa)废气涡轮增压柴油机： Pr =（1.051.20 ）P k (kpa)汽油机： Tr=9001100 k （627827 c）柴油机： Tr=700900 k （42

9、7627 c）排气温度用来检查发动机工作状态。正功，负功，泵气损失。增压机都是正功。第三节 实际循环的评定指示指标以工质在气缸内对活塞做功为基础。一、平均有效压力 Pmi指示功 Wi ：实际循环工质对活塞所做的有用功。Pmi：发动机单位气缸工作容积的批示功。9A：活塞面积。S：活塞冲程。汽油机： 7001300 （kpa ）柴油机： 6501100 （kpa ）增压柴油机：9002500（kpa ）二、指标功率发动机单位时间所做的指标功。：冲程数，四冲程为 4，二冲程为 2。三、指标热效率 i 和指标燃油消耗率 bi 汽油机： i 0.25 -0.40 bi 205-320(g/kw.h)柴油

10、机: i 0.40-0.50 bi 170-205(g/kw.h)第三节 发动机经济性和动力性的评定有效指标:以曲轴对外输出的功率为基础.一、动力性能1、有效功率 Pe10Pe=Pi-Pm （Pm 机械损失功率）2、有效扭矩 TiqPe=0.1047Tiq*n*10 -3 3、平均有效压力 Pmi单位气缸工作容积输出的有效功。平均有效压力是发动机动力性的重要指标。标志着发动机的工作过程组织及工艺的完善程度。汽油机： 6501200 （kpa ）柴油机： 600900 （kpa ）增压柴油机： 8002200 （kpa ）汽车用通常为： 9001300 （kpa ）4、转速 n 和活塞平均速度

11、CmSnCm= （m/s ）30汽油机： 15 m/s 柴油机：13 m/sn、Cm 、S/D 值的范围：n Cm S/D小客车汽油机 50008000 1218 0.71.011载重车汽油机 36004500 1015 0.81.2汽车柴油机 20005000 915 0.751.2增压柴油机 15004000 812 0.91.3二、发动机经济性能1、有效热效率We e= Q12、有效燃油消耗率 bi（g/kw.h） e bi汽油机： 0.250.3 270325柴油机: 0.30.4 214285增压柴油机 0.40.45 1902183、发动机强化指标升功率 PL（kw/L）和比重量

12、me（kg/kw）强化系数 Pme*Cm（MpaM/S）第五节 发动机其它性能评定12第六节 机械效率Pm 占 Pi1030%.一、机械效率Pe Pme Pm Pmm m= = =1 =1Pi Pmi Pi Pmi汽油机： 0.70.9柴油机： 0.70.85二、机械损失的测定1、倒拖法1） 、发动机与电力测功机相连；2） 、稳定运转，转速稳定，冷却水温度，机油温度正常；3） 、熄火，电力测功机转化成电动机；4） 、拖动发动机，维持冷却水和机油温度不变；5） 、测拖动功率， （各种转速） ；测量条件现着火运转条件不同。精度较高。可测各种转速的机械效率。可测各种附件的机械损失。汽油机误差5%。1

13、3柴油机误差较大。2、灭缸法仅适用于多缸机。1） 、发动机稳定工况运转；2） 、测发动机功率；3） 、停一缸；4） 、恢复转速；5） 、测 Pe1；6） 、依次停某缸，重复 3）以后的工作。Pi1=PePe1Pi2=PePe2 Pi=Pi1+Pi2+ =iPe(Pe1+Pe2+ )则： Pm=( i 1)Pe (Pe1+Pe2+ )柴油机精度较高,误差5% 。汽油机进气影响较大。3、油耗线法发动机转速不变，测负荷特性。误差大，仅适用于柴油机。三、影响机械损失的因素1、气缸内的最高燃烧压力。14环，环背压，侧压力，轴承负荷；零件加大，惯性力增加；凡是导致爆发压力上升的因素都将增加机械损失，压缩比

14、、燃烧规律、喷油规律、点火提前角、喷油提前角等。2、转速和活塞平均速度转速增加，磨擦损失增加，惯性力增加，侧压力增加，轴承负荷增加。泵气损失增加，附件损失增加。3、负荷转速一定时，负荷减小，Pmi 下降而 Pmm 变化很小，所以机械效率下降。车用发动机经常在高转速低负荷下工作，因此，提高其机械效率尤其重要。4、气缸尺寸和数目当发动机的活塞平均速度保持不变量，机械损失随缸径加大而减少。多缸机附件损失小，机械效率较高。5、润滑油品质和冷却水温度粘度对磨擦损失有重大影响。粘度大，磨擦损失大。润滑油应保证良好的润滑状态。冷却水温度 8095 O C。第七节 热平衡15一、实际循环热平衡图 119。提高实际循环热效率的途径：1 提高压缩比。汽油机提高压缩比受爆燃的限制。柴油机提高压缩比受最大爆发压力和加工精度的限制。2、组织良好的燃烧过程，减少燃烧不完全。汽油机的技术障碍是稀燃。柴油机的技术障碍是混合气的形成和组织燃烧良好的燃烧过程。二、发动机的热平衡表 13。形 式 qe qs qr qb qt汽 油 机 2530 1227