吉林大学发动机原理讲义课件

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1、发动机原理讲义,参考书目,教师信息,信息 韩永强 13604409792 471738860 讲课缺点 内容多（重点不突出）；思维跳跃（容易跑题）；板书乱、语速快 拟改正方法 每章后给大家电子版讲义；挑重点讲（常识性的，考试的） 奖励 笔记，不考勤（若强烈要求），不计入成绩（即使强烈要求） 目标： 希望大家能了解更多的发动机基本和前沿知识并成为大家的朋友,发动机基本流程,能量转换过程（实际）,讲授主线及分值分布,提出发动机的性能指标（t、i、e）、工作循环历程、各种指标的计算方法（一二章）20-25分； 介绍燃料特性、燃烧初步、燃烧反应热化学计算，明确为何分为汽油、柴油两种（三章），10-1

2、5； 据燃料特性讲授汽油机、柴油机的混合气形成，燃烧组织方式，相应的结构措施，各个参数对燃烧、性能的影响规律（四五章）25-30； 综合上述知识讲授发动机实际工作中的特性及各种运行指标对特性的影响（六章）25-30分； 有害物排放与控制简介（前沿技术简介）5-10分。,第一章 发动机的性能指标,定义及意义 评价发动机优劣的依据（优秀学生干部；超女、亚姐；帅哥VS好发动机） 按来源分 理论指标：基于理论循环得出的动力性、经济性指标； 指示指标：基于缸内实际循环得出的动力性、经济性指标； 有效指标（实用指标）：发动机实际运行中所表现出的各种性能指标。 按评价内容分 动力性：Pe Ttq n 经济性

3、指标：热效率， b，B； 排放指标：NOx、PM、CO、HC，臭味 运行指标：冷起动、噪声、 加工工艺：可靠性、耐久性、成本 决定因素：工作循环过程（燃烧组织）、后处理,第一章 发动机的性能,发动机优劣对比（综合性）,$1.1 发动机理论循环,理论循环的定义（What、How、Why） 在一定的简化条件下将发动机的实际工作循环按燃烧过程不同抽象为几种典型的热力学可描述的过程（P-V、T-S图），用于获得某些的性能评价指标及各种参数对该指标的影响规律（效率T-S、功P-V）。,$1.1 发动机理论循环,简化条件 封闭循环 换气过程为定容放热，无物质交换； 绝热 压缩过程、膨胀过程为绝热（等熵），

4、不考虑传热损失； 热源加热 燃烧过程为瞬时热源加热（定容或定压），不考虑燃烧过程的时间、燃烧损失； 理想工质 工质为空气、不考虑成份变化及数量变化； 可逆过程 循环中无能量的损失只有能量的转换，总熵产为0，可用热力学的循环来表示。,$1.1 发动机理论循环,分类（燃烧过程） 定容循环（汽油机） 燃烧迅速、上止点（定容：余隙容积）加热。 定压循环（大型柴油机） 上止点后燃烧、加热缓慢，放热量导致的压力增加与容积增大引起的压力下降抵消，压力维持不变。 混和循环（车用高速柴油机） 一部分（预混和燃烧）定容燃烧、一部分（扩散燃烧）定压。,$1.1 发动机理论循环,典型热力学过程,可能涉及到的热力学过程

5、为：等熵、等温（燃烧温度控制：NOx、热负荷）、定容、定压,$1.1 发动机理论循环,典型热力学过程,$1.1 发动机理论循环,理论循环历程（板书） 等熵（绝热）压缩：a-c 工质加热（理想燃烧过程）c(-z)-z 等熵（绝热）膨胀：z-b 定容放热（理想换气过程）：b-a.,$1.1 发动机理论循环,可得到的指标 Wt为一次量，其余为引申量。,Wt,$1.1 发动机理论循环,可得到的指标 Wt，Q1为一次量，其余为二次量。,$1.1 发动机理论循环,各因素对性能的影响（必考内容）,$1.1 发动机理论循环,压缩比影响,$1.1 发动机理论循环,压缩比影响,$1.1 发动机理论循环,绝热指数,

6、理论循环热效率随绝热指数的增加而提高。 K取决于工质性质，对于双原子分子（空气）K=1.4，多原子气体K=1.33，发动机的混和气K=1.321.4。 柴油机热效率高的四个要素压缩比高、混和气绝热指数高、泵气损失小、燃烧完全。,$1.1 发动机理论循环,三种循环效率对比,$1.1 发动机理论循环,三种循环效率对比,$1.2 发动机实际循环,组成（四行程） 进气、压缩、燃烧、膨胀和排气。 表达方式 通常用气缸内工质的压力随气缸容积（或曲轴转角）的变化图形PV图（或P）图来表示，称为示功图。(T-S图不适用，不可逆） 理解 以缸内工质对活塞做功为研究对象的循环描述 以热力学过程为研究对象的循环描述

7、（理论）,$1.2 发动机实际循环,示功图分析（功的走向）,$1.2 进气过程（ra）,$1.2 压缩过程（ac）,$1.2 压缩过程（ac）,$1.2 压缩过程（ac）,$1.2 燃烧过程（C-Z）,$1.2 膨胀过程（Z-B）,$1.2 排气过程（br）,$1.2 指示指标,指示指标用来评定实际循环质量的好坏，以工质在气缸内对活塞做功为基础。 用平均指示压力及指示功率评定循环的动力性即做功能力。用循环热效率及燃料消耗率评定循环的经济性。 分类,$1.2 动力性指标,循环指示功Wi（kJ）：一个实际循环工质对活塞所做的有用功 。 平均指示压力pmi (MPa)：发动机单位气缸工作容积(L)一

8、个循环所做的指示功。计算方法： 测取示功图（P- ），利用数值积分方法进行计算。,$1.2 动力性指标,$1.2 动力性指标,$1.2 经济性指标,$1.2 经济性指标,热效率与燃油消耗率的关系 一小时所作的指示功为Pi3.6103（kJ） 一小时所消耗的热量为Bhu（kJ） 则热效率=Pi3.6103/(Bhu)，hu（kJ/kg） 因为biB/Pi1000 所以有Pi/B1000/bi 则有热效率3.6106/（bihu）,$1.3 机械损失,定义 发动机实际循环所做的指示功不可能完全对外输出，功在发动机内部转化过程中必然会有所损失，所消耗在发动机内部的这部分功称为机械损失。用Pm，pmm

9、表示。,$1.3 机械损失,组成,$1.3 机械损失,测定方法,$1.3 机械损失,测定方法,$1.3 机械损失,测定方法,$1.3 机械损失,测定方法 4、示功图法 热车 测取Pe 同时测示功图，计算出Pi 据公式机械效率Pe/Pi可直接求出所有项目 缺点：实验系统复杂昂贵、需在缸盖上打孔 优点：可适用于任何机型,$1.3 机械损失,影响因素,$1.3 机械损失,影响因素 2摩擦损失 在机械损失中，摩擦损失所占比例最大，达70左右。 活塞组件(活塞环、活塞裙部和活塞销)。 减少措施：减少活塞环数目；减薄活塞环厚度；减少活塞裙部的接触面积；在裙部涂固体润滑膜等。 曲轴组件 （主轴颈、连杆轴颈或

10、平衡轴颈及其密封装置） 。 一般润滑动阻力与轴颈的直径和宽度的立方成正比。 减少运动件的惯性质量，如减小活塞、活塞销、连杆的质量，可降低轴承负荷并可使轴承宽度和轴径减小。 配气机构 减小配气机构运动件质量，降低弹簧负荷，在摇臂与凸轮接触面处加入滚动轴承等。 减少措施：相对运动件的接触面积、接触形式（滑滚）；配合面的加工精度、润滑情况；运动件的质量，配气机构的弹簧刚度。,$1.3 机械损失,影响因素,$1.3 机械损失,影响因素（负荷 ）,$1.3 机械损失,影响因素,$1.4 有效指标,定义 发动机经济性和动力性指标是以曲轴对外输出的功率为基础获得的，代表了发动机整机的使用性能性能，通常称它们

11、为有效指标。 分类 动力性：Pe，Ttq，n，Pme 经济性：be、B， 强化指标：PL、me、强化系数,$1.4 有效指标,动力性指标,$1.4 有效指标,动力性指标,$1.4 有效指标,动力性指标,$1.4 有效指标,经济性指标,$1.4 有效指标,强化指标,$1.4 有效指标,强化指标,第一章 发动机的性能指标,知识点回顾 理论循环 定义、简化条件、分类、可得到的指标、影响因素 实际循环 组成，各阶段特点、要求，不同参数的汽油柴油机对比，可得到的指标，各指标的计算方法。 机械损失 定义、组成及比例、测定方法、影响因素。 有效指标： 定义、分类及计算公式、强化指标的对比。,第二章 发动机换

12、气过程,一、概述 作用 尽可能排除缸内废气并充人尽可能多的新鲜工质（尽量增加每循环进入气缸的新鲜工质量（m1），从而提高功率及强化指标 对性能影响 影响到汽车的经济性、排放、噪声及乘坐的舒适性等。 要求 尽可能合理地延长换气时间：发动机换气过程包括排气过程和进气过程。理论上进排气各占180（合计360 ）曲轴转角。 实际上由于发动机转速高，一个行程的历时只有60/6000/20.005s时间短充气不足，排气不净。要尽量延长进、排气时间（换气过程)即扩大进、排气的曲轴转角。 组成： 从排气门开启进气门关闭的整个时期，约占410480曲轴转角。一般分作自由排气、强制排气、进气和气门叠开四个阶段。,

13、二、几个概念,一）配气定时（配气相位）图 进、排气门开、闭相对于曲轴转角的时刻称为配气定时（相位），用相对上、下止点的曲轴转角的环形图来表示则称为配气定时图。,二、几个概念,一）配气定时（配气相位）图作用： 在活塞上行时排气门有足够大的开启面积，减小排气阻力； 减小活塞上行时的阻力（强制排气损失负功）；合理匹配可以减小泵气损失。 高温废气迅速排出可减小发动机热负荷；,二、几个概念,一）配气定时（配气相位）图作用 利用压力差和废气流惯性尽可能排净出废气。 作用 在活塞下行时进气门有足够大的开启面积，新鲜工质可以顺利流入气缸；冷却燃烧室壁面以降低Ta提高充气效率。,二、几个概念,一）配气定时（配气

14、相位）图作用： 利用高速气流的惯性和压力差在下止点后继续充气，增加进气量。 作用：,二、几个概念,二）换、泵气损失 图例X：k-a-k-k Y：r-k-r-k-k-a-rW：b-b-r-b d：r-k-k-a-r,二、几个概念,二）换、泵气损失 1、定义 换气损失：实际换气过程相对于“准”理论循环（理论配气状态下的压缩、燃烧、膨胀过程）换气过程所损失的部分（缺失或负功）。 W+Y+X 泵气损失：720CA实际循环中为负值的部分。 X+Y-d 换气损失的优化 合理匹配排气提前角使得W+Y取得最小值。,三）充气效率 1、定义 充气效率：实际进入气缸的新鲜工质量m1与进气状态下充满气缸工作容积的新鲜

15、工质量ms的比值。 2、测量方法 利用空气流量计测出发动机实际进气量M1（kg/h） 计算该工况的理论进气量Ms（kg/h），二者之比即是。,二、几个概念,一）排气过程 1、自由排气 定义：从排气门打开到气缸压力接近排气管压力所对应的阶段。 分段及详解 前期（超临界排气）：Pb/Pr1.9，废气以声速流经排气门口，与压差无干。C=（KRT）1/2，400-800C时，500m/s-700m/s 中期（亚临界排气）： 1.9Pb/Pr1，流速低于音速且取决于压差。 结束阶段：Pb与Pr趋于一致，废气不能自由排出，需活塞上行推出废气。 特点 排出废气量与工况（尤其是转速）无关仅取决于缸内状态及排气

16、管阻力（结束标志为压力平衡）。 时间极短但有近60的废气在此阶段排出。,三、换气过程详解,一）排气过程 2、强制排气 定义：克服排气系统阻力活塞强制推出废气。 二）进气过程 定义：活塞下行、缸内容积增加、缸内压力下降、环境压力缸内压力进气系统阻力，吸入新鲜工质。 特点： 初期缸内容积增加、压差不足不进气，进气系统压力急剧下降。 压力下降到压差进气阻力后压力几乎不变。,三、换气过程详解,第二节 四行程发动机充气效率,一、充气效率影响因素确定 一）、图例,进气终了气缸容积为Vs+Vc：ma= 气缸工作容积为Vs：令：,二）、公式推导,一、充气效率影响因素确定,三）、影响充气效率的因素,一、充气效率影响因素确定,一）进气终了压力Pa 原理性分析,二、各因素对充气效率的影响规律,