内燃机性能指标及实际热循环课件.ppt

1、绪绪 论论交通运输的交通运输的 种运输方式种运输方式中中的特点的特点 p 机动机动p 灵活灵活p 快速快速p 便捷便捷p 换装少换装少p 货损少货损少p 效率高效率高p 效益高效益高 在综合运输体系中承担着必不可少的作用在综合运输体系中承担着必不可少的作用 汽车工业的快速发展，高新技术在汽车中汽车工业的快速发展，高新技术在汽车中的应用越来越多的应用越来越多绪绪 论论直接影响着整车的直接影响着整车的发动机发动机 -汽车的心脏汽车的心脏-动力来源动力来源性能性能可靠性可靠性寿命寿命课程性质课程性质车辆工程方向的车辆工程方向的绪绪 论论1 1、对象对象 以性能指标作为研究对象以性能指标作为研究对象

2、内容内容动力性指标动力性指标 经济性指标经济性指标运转性指标运转性指标2 2、工作过程、工作过程 发动机冲程发动机冲程 ：吸气：吸气压缩压缩排气排气热力过程：吸气热力过程：吸气压缩压缩排气排气 燃烧燃烧 膨胀膨胀 为能量转换过程为能量转换过程 衡量发动机的质量，还要考虑衡量发动机的质量，还要考虑可靠性，耐久性，可靠性，耐久性，加工容易，操纵维修方便，成本核算加工容易，操纵维修方便，成本核算绪绪 论论 二、汽车内燃机的发展二、汽车内燃机的发展1 1、汽车用发动机的分类、汽车用发动机的分类 四个冲程中只有四个冲程中只有冲程做功，做功不连续冲程做功，做功不连续 发动机发动机内燃机和外燃机内燃机和外燃

3、机车用发动机车用发动机工作式发动机工作式发动机燃气轮机：连续工作式发动机燃气轮机：连续工作式发动机绪绪 论论 1 1、汽车用发动机的分类、汽车用发动机的分类汽油汽油 柴油柴油液化石油气、天然气液化石油气、天然气沼气、混合动力、沼气、混合动力、氢、醇类、二甲醚氢、醇类、二甲醚植物油、太阳能植物油、太阳能绪绪 论论活塞式活塞式转子转子按发动机往复运动件按发动机往复运动件按发动机气缸布置按发动机气缸布置直立直立卧式卧式V 型型W 型型分冷、水冷分冷、水冷按冷却介质按冷却介质单缸、多缸单缸、多缸按气缸数按气缸数绪绪 论论按活塞冲程数按活塞冲程数按发动机转数按发动机转数2 2冲程、冲程、4 4冲程冲程按

4、点火方式按点火方式点燃、压燃点燃、压燃 n 500 r/min500 r/min n r/min低增压、中增压、低增压、中增压、增压增压按增压程度按增压程度按混合气形成方式、按燃烧室型式、按混合气形成方式、按燃烧室型式、按照用途等多种分类按照用途等多种分类 2 2、车用发动机的优缺点、车用发动机的优缺点优点优点 功率范围广功率范围广 蒸汽机蒸汽机 111116%16%蒸汽轮机蒸汽轮机 30%30%汽油机汽油机30%30%，柴油机，柴油机增压柴油机增压柴油机46%46%以上以上Ne = 0.635000 kw柴油机柴油机3.7 kg/kw车用汽油机车用汽油机1.37 kg/kw缺点缺点 对燃料要

5、求高对燃料要求高 石油紧张，汽油、柴油价石油紧张，汽油、柴油价 格高；要求一定的标号格高；要求一定的标号噪声、排污噪声、排污 有效热效率高有效热效率高比重量小，升功率大比重量小，升功率大 体积小、重量轻体积小、重量轻比重量比重量起动性好起动性好60 60 年代以前年代以前: : 动力性、可靠性、耐久性动力性、可靠性、耐久性70708080年代年代: : 经济性、动力性经济性、动力性90 90 年代口号年代口号: : 清洁、经济、安全清洁、经济、安全（1 1） 相关学科日益增多，学科之间相互渗透相关学科日益增多，学科之间相互渗透（2 2） 标准化，系列化，通用化标准化，系列化，通用化 （）（3

6、3） 新材料，新工艺，新产品新材料，新工艺，新产品（4 4） 使用计算机设计、计算零部件及其配合，精使用计算机设计、计算零部件及其配合，精密、准确、优化密、准确、优化（5 5） 设计、零部件生产商设计、零部件生产商 分散分散集中集中分散分散（6 6） 电控应用日益增多，混合气制备更加完善电控应用日益增多，混合气制备更加完善（7 7） 检测设备与手段先进检测设备与手段先进（8 8） 低排放的代用燃料发动机正在普及，零排放低排放的代用燃料发动机正在普及，零排放正在开发并进入实用正在开发并进入实用3 3、现代发动机的发展、现代发动机的发展绪绪 论论 3 3、现代发动机的发展、现代发动机的发展 新技术

7、、电子控制技术可保持新技术、电子控制技术可保持发动机发动机，使动力、经济、，使动力、经济、排放等排放等，并，并工况工况 三、汽车对发动机的要求三、汽车对发动机的要求 是基本要求是基本要求p对经济性、可靠性等方面也有着要求对经济性、可靠性等方面也有着要求第一章第一章 内燃机性能指标及内燃机性能指标及 实际热循环实际热循环 发动机发动机汽车的汽车的品质的评价品质的评价-定性、定量定性、定量- 指标的建立需要条件和基础，作为能量指标的建立需要条件和基础，作为能量转换机构的工作过程需要建立模型。转换机构的工作过程需要建立模型。 发动机的实际循环发动机的实际循环 V42 P PQ15 Q 2Q1VhVc

8、Pe310进气过程进气过程0-10-1压缩过程压缩过程1-21-2燃烧过程燃烧过程2-3-42-3-4膨胀过程膨胀过程4-54-5 排气过程排气过程5-05-0实际循环的简化实际循环的简化忽略进、排气过程忽略进、排气过程压缩、膨胀过程压缩、膨胀过程 （复杂的多变过程）（复杂的多变过程） 简化为简化为燃烧过程简化为燃烧过程简化为 排气放热简化为排气放热简化为假定工质为假定工质为的理想气体的理想气体 1-1 内燃机理论循环内燃机理论循环 将实际工作过程抽象简化后建立的循环将实际工作过程抽象简化后建立的循环 z c VPzQ1b aQ 2Q1VhVc混混合合加加热热循循环环定容加热循环定容加热循环

9、(奥托奥托OttoOtto循环循环 )z c VPb aQ 2Q1VhVc汽油机的理想循环定压加热循环定压加热循环（狄赛尔（狄赛尔diesel 循环）循环） z VPcb aQ 2Q1VhVc高增压低速柴油机的理想循环 循环特征参数循环特征参数p压缩比压缩比 p压力升高比压力升高比p预胀比预胀比 p绝热指数绝热指数cchcaVVVVV/)(czpp/zzVVzhVV/kk空气的=1.4z c VPzQ1b aQ 2Q1VhVc循环热效率 根据热力学公式可得根据热力学公式可得 ) 1() 1(1111kkktm112121011QQQQQQWtm1、混合加热循环的热效率混合加热循环的热效率 z

10、c VPzQ1b aQ 2Q1VhVc循环热效率2 2、定容加热循环的热效率、定容加热循环的热效率1/czVV111ktvz c VPb aQ 2Q1VhVc循环热效率3 3、定压加热循环的热效率、定压加热循环的热效率1czpp) 1(1111kkktpz VPcb aQ 2Q1VhVc循环平均压力循环平均压力 循环平均压力循环平均压力 单位气缸容积所做的循环功单位气缸容积所做的循环功 -理论理论 循环的做功能力循环的做功能力。htVWp/(K pa )V Vh hV Vc cVa循环平均压力循环平均压力 1 1、混合加热循环的循环平均压力、混合加热循环的循环平均压力 taktmkkpp)1(

11、) 1(11 2 2、加热循环的循环平均压力加热循环的循环平均压力 taktvkpp) 1(113 3、加热循环的循环平均压力加热循环的循环平均压力 taktpkkpp) 1(11问题分析和结论问题分析和结论 ) 1() 1(1111kkktmtaktmkkpp)1() 1(111 1、 为定值为定值 t 、pt ； t 、pt ； = 1 t = C ； 柴油机柴油机 = 20 左右时左右时 t 柴油机柴油机 = 1222汽油机汽油机 = 10 左右时左右时 t 汽油机汽油机 = 6112 2、 变化变化 问题分析和结论问题分析和结论 3 3、 、 影响影响 、 t pz 急剧急剧 发动机发

12、动机的结构、强度、寿命的结构、强度、寿命 、可靠性、可靠性 ， 运动运动件惯性件惯性 摩擦力摩擦力 机械效率机械效率 4 4、k 影响影响 k t 1-2 1-2 内燃机实际循环与热损失内燃机实际循环与热损失 pv 工质性质工质性质理论上理论上: : 理想气体，双原子气体理想气体，双原子气体实际上实际上: : 燃烧前燃烧前: : 燃料燃料+ +空气空气 燃烧后燃烧后: : 燃烧产物燃烧产物比比 热热理论上理论上: : 定比热定比热实际上实际上: : 温度温度T 比热比热工质高温分解工质高温分解工质的成分发生变化，工质的成分发生变化，使循环的最高温度降低，使循环的最高温度降低。工质分子数工质分子

13、数理论上理论上: :工质分子数不变化工质分子数不变化: :循环存在循环存在，工质分子数，工质分子数的变化，使循环的热效率的变化，使循环的热效率。 C + O CO + + 热量热量 + O CO2 + + 热量热量 CO 为中间产物，为中间产物，CO2 为最终产物。若遇高温，会发为最终产物。若遇高温，会发生复分解反应，即高温分解生复分解反应，即高温分解: : CO2 CO + O - - 热量热量 这部分热量虽然在膨胀过程中还可能会释放出来，但这部分热量虽然在膨胀过程中还可能会释放出来，但由于活塞已接近下止点，做功效果变差，热效率下降。由于活塞已接近下止点，做功效果变差，热效率下降。 1-2

14、1-2 内燃机实际循环与热损失内燃机实际循环与热损失 理论上：理论上： 进、进、 排气过程。排气过程。1 1）排气门）排气门，造成，造成 能量损失。能量损失。2 2）进、排气道的）进、排气道的，造成能量，造成能量损失。损失。 zcba brkWbWzWrWWpV 1-2 1-2 内燃机实际循环与热损失内燃机实际循环与热损失p 传热损失是发动机中的传热损失是发动机中的，占总，占总损失量的损失量的30%30%以上以上。p 许多研究者致力于开发绝热发动机。许多研究者致力于开发绝热发动机。 三、气缸壁的传热损失三、气缸壁的传热损失理论上理论上: : 压缩、膨胀过程为压缩、膨胀过程为过程过程汽缸壁、气缸

15、套、汽缸壁、气缸套、气缸盖、活塞、气缸盖、活塞、活塞环、气门、活塞环、气门、 喷油器等喷油器等实际上实际上冷却水冷却水或空气或空气 1-2 1-2 内燃机实际循环与热损失内燃机实际循环与热损失影响传热损失影响传热损失的各种因素的各种因素 p气缸几何尺寸气缸几何尺寸 p发动机行程缸径比发动机行程缸径比p工况变化工况变化 p燃烧室形式燃烧室形式 p冷却介质温度冷却介质温度 p增增 压压 1-2 1-2 内燃机实际循环与热损失内燃机实际循环与热损失 理论上：定容加热理论上：定容加热完成，定压加热速完成，定压加热速 度与活塞运行速度密切配合。度与活塞运行速度密切配合。 实际上实际上： 1 1）喷油提前

16、，点火提前，增加了）喷油提前，点火提前，增加了 压缩负功；压缩负功； 2 2）高温下部分燃烧产物分解而吸）高温下部分燃烧产物分解而吸 热。热。 1-2 1-2 内燃机实际循环与热损失内燃机实际循环与热损失 。 实际上：实际上： 1 1）虽然大部分）虽然大部分（80%80%以上）以上）燃料在燃烧过程中燃料在燃烧过程中燃烧掉，但仍有小部分燃料会燃烧掉，但仍有小部分燃料会上才燃上才燃烧烧-后燃（补燃），由于氧气浓度降低，引起燃后燃（补燃），由于氧气浓度降低，引起燃烧速度降低。因此，燃烧过程延迟到膨胀线上才烧速度降低。因此，燃烧过程延迟到膨胀线上才告结束；做功效果变差，热效率下降。告结束；做功效果变差

17、，热效率下降。 2 2）部分燃料由于缺氧产生）部分燃料由于缺氧产生燃烧损失。燃烧损失。 1-2 1-2 内燃机实际循环与热损失内燃机实际循环与热损失 涡流损失涡流损失：缸内进气挤压、燃烧涡流缸内进气挤压、燃烧涡流 节流损失：压缩气体、燃气在主副燃室间节流损失：压缩气体、燃气在主副燃室间 流动流动 泄漏损失：活塞气环不会泄漏损失：活塞气环不会100%100%严密密封，严密密封， 总会有些气体窜到曲轴箱总会有些气体窜到曲轴箱 流动损失：进、排气节流沿程损失流动损失：进、排气节流沿程损失各项损失使热效率下降值各项损失使热效率下降值项目名称汽油机柴油机 循环热效率循环热效率 0.54 - 0.580.54 - 0.580.64 - 0.670.64 - 0.67指示热效率指示热效率0.33 - 0.400.33 - 0.400.40 - 0.450.40 - 0.45工质比热变化工质比热变化0.1 - 0.12 0.1 - 0.12 0.09 - 0.100.09 - 0.10燃烧不完全及热分解燃烧不完全及热分解0.08 - 0.100.08 - 0.100.06 - 0.090.06 - 0.09传热损失传热损失0.03 - 0.050.03 - 0.050.04 - 0.070.04 - 0.07提前排气提前排气0.010.010.010.01