教学课件-《汽车发动机原理(第4版)》.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《教学课件-《汽车发动机原理(第4版)》.ppt》由用户(晟晟文业)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 汽车发动机原理第4版 教学 课件 汽车发动机 原理
- 资源描述:
-
1、 汽车发动机原理汽车发动机原理 2022-10-222课程简介p汽车发动机原理汽车发动机原理-本课程讲述的内容本课程讲述的内容主要包括:汽车发动机性能评定的指标,主要包括:汽车发动机性能评定的指标,发动机的工作过程,发动机的特性、增压、发动机的工作过程,发动机的特性、增压、排放与噪声控制,并对未来汽车新型动力排放与噪声控制,并对未来汽车新型动力装置的原理进行了介绍。装置的原理进行了介绍。p专业核心课程专业核心课程p动力机械及工程专业考研课程动力机械及工程专业考研课程目录p第一章 发动机的性能p第二章 发动机的换气过程p第三章 燃料与燃烧p第四章 汽油机混合气的形成与燃烧p第五章 柴油机混合气的
2、形成与燃烧p第六章 汽车发动机特性p第七章 车用发动机废气涡轮增压p第八章 发动机排气污染与噪声控制p第九章 新型汽车动力装置p第十章 发动机动力学34第一章 发动机的性能 发动机的性能指标用来表征发动机的性能特点,并作为评价各类发动机性能优劣的依据。发动机的主要性能指标有:动力性能指标(功率、转矩、转速)、经济性能指标(燃料与润滑油消耗率)、运转性能指标(冷起动性能、噪声和排气品质)和耐久可靠性指标(大修或更换零件之间的最长运行时间与无故障长期工作能力)等。本书以发动机性能为研究对象,深入到发动机工作过程的各个阶段,分析影响这些性能的各种因素,从中找出提高性能的一般规律。5主要内容p 第一节
3、 发动机理论循环 p 第二节 四冲程发动机的实际循环 p 第三节 实际循环的评定指示指标p 第四节 发动机动力性和经济性评定有效指标p 第五节 发动机的环境指标p 第六节 发动机的机械损失p 第七节 发动机的热平衡6第一节 发动机理论循环定义:发动机的理论循环是将复杂的实际工作的热力循环过程加以抽象简化,忽略一些因素,所得出的简化循环。意义:1)用公式来阐明发动机工作过程中各基本热力参数间的关系,以明确提高发动机经济性(理论循环热效率)和动力性(循环平均压力)的基本途径。2)确定循环热效率的理论极限,以判断实际发动机工作过程的经济性和循环进行的完善程度以及改进潜力。3)有利于分析比较发动机各种
4、热力循环方式的经济性和动力性。一、三种基本循环7建立理论循环的简化假设建立理论循环的简化假设 在进行理论循环研究之前,首先必须对发动机的实际过程进行必要的简化假设,这是建立理论循环的一个重要依据。最简单的理论循环是空气标准循环空气标准循环,其简化条件为:l)假设工质是理想气体,其物理常数与标准状态下的空气物理常数相同;2)假设工质是在闭口系统中作封闭循环;3)假设工质的压缩及膨胀是绝热等熵过程;4)假设燃烧是外界无数数个高温热源定容或定压向工质加热。工质放热为定容放热。8三种基本循环三种基本循环根据加热方式不同,发动机有三种基本空气标准循环,即定容加热循环、定压加热循环和混合加热循环。用p-v
5、图表示如下:混合加热循环定容加热循环定压加热循环图1-1 发动机理论循环ac 绝热压缩过程;cz 为等容或等压加热过程;zb 绝热膨胀过程;ba 等容放热9在对发动机进行理论分析时,习惯上的处理方式为:u汽油机混合气燃烧迅速,近似为定容加热循环;u高增压和低速大型柴油机,由于受燃烧最高压力的限制,大部分燃料在上止点以后燃烧,燃烧时气缸压力变化不显著,所以近似为定压加热循环;u高速柴油机介于两者之间,其燃烧过程视为定容、定压加热的组合,近似为混合加热循环。发动机的理论循环分析传统上就是指这三种循环的对比分析。评定理论循环采用循环热效率 和循环平均压力pt。t10二、循环热效率t1212111QQ
6、QQQQWt式中:Q2工质在循环中放出的热量(J))1()1(111001ppkpkctmk混合加热循环热效率为:定义:工质所做循环功W(J)与循环加热量Q1(J)之比意义:评定循环经济性经济性11定容加热循环(0=1)热效率为:111kctV定压加热循环(p=1)热效率为:)1(111001kkkctp12通过上述公式分析,影响循环热效率t的因素如下:1.压缩比 随着压缩比的增大,三种循环的循环热效率都提高。2.等熵指数k 随k值增大,循环热效率将提高。(k值取决于工质的特性,双原子气体k=1.4,多原子气体k=1.33)3.压力升高比p 在混合加热循环中,当Q1和c不变时,p,t。4.初始
7、膨胀比0 在等压加热循环中,随着Q1,0,若c不变,t;在混合加热循环中,当Q1和c不变时,0,t。c13定义:单位气缸容积所做的循环功,用来评定循环的做功能力。(kPa)意义:评定循环动力性stVWp 三、循环平均压力pt式中:W循环所做的功(J)Vs汽缸工作容积(L)混合加热循环的平均压力为:tppdeckctmkkpp)1()1(110式中:pde进气终点的压力(kPa)14定压加热循环的平均压力为:定容加热循环的平均压力为:tpdeckctVkpp)1(11tdeckctpkkpp)1(110pt随进气终点压力pde、压缩比、压力升高比p、初始膨胀比0、等熵指数k和循环热效率的增加而增
8、加。思考题:为什么理论上能够提高发动机理论循环热效率和平均压力的措施,在实际发动机上却不能实现呢?15四、三种基本循环的比较当加热量Q1相同时,三种循环的比较如下aczb定容加热循环 aczb定压加热循环 aczb混合加热循环 a)压缩比相同由图a可知:Q2pQ2mQ2v tv tmtp因此,要提高混合加热循环热效率,应增加定容部分的加热量(即增大p)b)最高燃烧压力相同 由图b可知:Q2vQ2mQ2p tp tmtv因此,对于高增压这类受机件强度限制,其循环最高压力不得过大的情况下,宜按定压加热循环工作。压缩比相同最高燃烧压力相同16(1)指出了改善发动机动力性、经济性的基本原则和方向 在允
9、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(减少初始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;(2)提供了发动机之间进行动力性、经济性对比的理论依据 同一机型不同加热模式的对比,当、k及Q1不变:等容循环t混合循环t等压循环t 当加热量Q1和pmax不变时:等压循环t混合循环t等容循环t理论循环分析的意义:17 热力学第一定律:U=Q+W。表示系统在过程中能量的变化关系。表述形式:热量可以从一个物体传递到另一个物体,也可以与机械能或其他能量互相转换,但是在转换过程中,能量的总值保持不变。(是能量守恒定律和能量转换定律的热力学表述)热力学第二定律:不可能把热量
10、从低温物体传向高温物体而不引起其它变化(克劳修斯);或者说:不可能制成一种循环动作的热机,从单一热源取热,使之完全变为功而不引起其它变化(开尔文)。熵(S):热能除以温度所得的商,标志热量转化为功的程度。焓(H):单位质量的物质所含的全部热能。补充知识:18第二节 四冲程发动机的实际循环 发动机工作过程中实际上就是:气缸中工质的燃烧压力作用在活塞顶上,通过曲柄连杆机构,在克服了发动机内部各种损耗后,对外做功的过程。u 发动机实际循环由进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个过程所组成u 实际循环通常用气缸内的工质压力p随气缸工作容积V(或曲轴转角)而变化的图形表示,即示功图示功图pV图,p图称为展开示
11、功图u 可以通过发动机台架试验的方式来获得示示功图功图pV图,p图。19p-?图示功图(四冲程)p-V 图ITDC0BDC180TDC360BDC540Eppzp0EEVOIVCIVOEVCppzp0VsVcVpAdsTDC-Top Dead CenterBDC-Bottom Dead CenterIVO-Intake Valve OpenIVC-Intake Valve CloseEVO-Exhaust Valve OpenEVC-Exhaust Valve CloseTDC(上止点)BDC(下止点)示功图Indicator Diagram压力图/展开示功图TDC?720 CAI要求会识图和
12、画图!w/o combustion20四冲程发动机示功图a)非增压b)增压pK-增压压力pT-排气压力p0-大气压力Vc-气缸压缩终点容积Vs-气缸工作容积Va-气缸总容积21 过程示功图 过程描述作用终点压力P(MPa)(P0=0.1015MPa)终点温度T(K)进气 r-a线 活塞下行,进开排关吸入新鲜混合气汽:0.0750.08柴:0.080.09汽:340380柴:300340压缩 a-c线 活塞上行,进关排关增大工作过程温差,提高热功转换效率,为燃烧创造条件 汽:0.82.0柴:3.05.0汽:600750柴:7501000燃烧 c-z线 上死点附近,进关排关化学能转变为热能,工质的
13、压力、温度升高 汽:3.06.5柴:4.59.0汽:22002800柴:18002200膨胀 z-b线 活塞下行,进关排关活塞主动对外做功,热能转变为机械能,工质的压力、温度下降 汽:0.30.6柴:0.20.5汽:12001500柴:10001200排气b-r线 活塞上行,进关排开排出废气汽:0.1050.115柴:0.1050.115汽:9001200柴:70090022 压缩比:汽油机:7-11 柴油机:14-22 柴油机因压缩比高,燃烧的最高爆发压力pmax很高,但因相对于燃油的空气量大,所以最高燃烧温度Tmax值反而比汽油机低。柴油机在各个过程的温度均比汽油机低,唯独压缩过程终点时高
14、于汽油机;由于压缩比高,所以柴油机气体膨胀比也大,转化为有用功的热量多,热效率高,所以膨胀终了的温度和压力均比汽油机小。而其他过程的压力均高于汽油机。23第三节 实际循环的评定指示指标 指示指标指示指标用来评定实际循环质量的好坏,是以工质在气缸内对活塞做功为基础,直接反映由燃烧到热功转换的工作循环进行的好坏。(因此,指示指标不受机械摩擦以及其他附件消耗等外来因素的影响)循环的动力性(做功能力)平均指示压力平均指示压力p pmimi(Indicated Mean Indicated Mean Effective PressureEffective Pressure)指示功率指示功率P Pi i(
15、Indicated PowerIndicated Power)循环的经济性 指示热效率指示热效率i i Indicated EfficiencyIndicated Efficiency 指示燃油消耗率指示燃油消耗率b bi i ISFCISFC24 平均指示压力pmi(MPaMPa)是发动机单位气缸工作容积Vs(L)(L)一个循环所做的指示功Wi(kJ)(kJ)pmi是从实际循环的角度评价发动机气缸工作容积利用率高低的一个参数。simiVWp32104SDpVpWmismiipmi(MPa)汽油机0.8-1.5柴油机0.7-1.1一、指示功Wi和平均指示压力pmi25u 指示功是指气缸内完成一
16、个工作循环所得到的有用功Wi。指示功的大小可以由p-V图中闭合曲线所占有的面积求得,图1-12中示出了四冲程非增压和增压发动机以及二冲程发动机的示功图。一、指示功Wi和平均指示压力pmia)四冲程非增压发动机b)四冲程增压发动机c)二冲程发动机在增压发动机中由于进气压力高于排气压力,在换气过程中,工质是对外做功,因此两者面积叠加。26WpdV 功正负确定原则:功正负确定原则:压力方向与活塞运动方向一致,工质对活塞作正功。压力方向与活塞运动方向一致,工质对活塞作正功。压力方向与活塞运动方向相反,工质对活塞作负功。压力方向与活塞运动方向相反,工质对活塞作负功。IVCEVOEVCIVOTDC上止点上
17、止点BDC下止点下止点ppzp0VsVcV示功图示功图(Indicator Diagram)四冲程四冲程pAds工质对活塞所作功工质对活塞所作功:压缩与燃烧膨胀过程所作功之代数和。:压缩与燃烧膨胀过程所作功之代数和。:进气与排气过程所作功之代数和。:进气与排气过程所作功之代数和。循环指示功循环指示功动力过程功泵气过程功动力过程功泵气过程功(考虑泵气损失考虑泵气损失)CompressionW0IntakeW0ExhaustW0CompressionW0IntakeW0ExhaustW0非增压增压27 指示功Wi反映了发动机气缸在一个工作循环中所获得的有用功的数量,它除了和循环中热功转换的有效程度
18、有关外,还和气缸容积的大小有关。为了比较不同大小气缸的做功能力,需要排除尺寸的影响,而引入平均指示压力pmi的概念。u平均指示压力pmi(MPa)是发动机单位气缸工作容积一个循环所做的指示功simiVWp32104SDpVpWmismiipmi(MPa)汽油机0.8-1.5柴油机0.7-1.128 u以一个假想的、大小不变的压力作用在活塞上,使活塞移动一个行程,其所做的功等于循环功,则此假想的压力即为平均指示压力 pmi。u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。simiVWp29u指示功率Pi:是指发动机单位时间(1秒钟)所做的指示功。式中,一般采用的单位:平均指示压力p
19、mi(MPa),工作容积VS(L),发动机转速n(r/min),指示功率Pi(kW),发动机气缸数量 i个,发动机冲程数,四冲程=4,二冲程=230260inVpinWPsimii二、指示功率Pi(Indicated Power)30u指示热效率it是实际循环指示功Wi(kJ)与所消耗的燃料热量Q1(kJ)之比值。Hu为燃料的热值(kJ/kg)u指示燃料消耗率bi(简称指示比油耗)是指单位指示功的耗油量,通常以每千瓦小时的耗油量表示。当已知发动机的指示功率Pi(kW))和每小时耗油量B(kg/h),则big(kWh)为:3613.6 103.610iiiiWPQBHbH310iiPBbi bi
20、g/(kWh)汽油机 0.3-0.4 205-320 柴油机 0.4-0.5 170-205 i、bi的大致范围三、指示热效率it和指示燃料消耗率bi注意:计算的关键是把各个量值的单位搞清楚31第四节 发动机经济性和动力性的评定 有效指标 发动机的有效指标是以曲轴对外输出的功率为基础,代表了发动机整机的性能。有效指标常用来直接评定发动机实际工作性能的优劣,在生产实践中有着广泛的应用。两类指标对比两类指标对比指示指标(iindicate)以工质在气缸内对活塞做功为基础,评定实际循环质量的好坏。有效指标(eeffective)以曲轴对外输出的功率为基础,代表整机的性能。32 1.有效功率Pe (k
21、W)(Effective Power)指示功率对外输出过程中存在机械损失功率Pm 1)发动机内部运动零件的摩擦损失。比例最大 2)驱动附属机构的损失 3)泵气损失,指进排气过程所消耗的功 Pe=Pi-Pm 发动机有效功率Pe由试验测得。2.有效转矩Ttq (N.m)发动机工作时,由功率输出轴输出的转矩称为有效转矩Ttq 3101047.095501000602nTnTnTTPtqtqtqtqe一、发动机动力性指标33 3.平均有效压力pme平均有效压力pme(MPa)是发动机单位气缸工作容积输出的有效功。pme值大,说明单位气缸工作容积对外输出的功多,做功能力强。它是评定发动机动力性的重要指标
22、 niVPpseme30pmi(MPa)pme(MPa)汽油机0.8-1.50.7-1.3 柴油机0.7-1.10.6-1.0 30260inVpinWPsimii34不同发动机平均有效压力不同发动机平均有效压力pme范围范围摩托车发动机(四冲程)摩托车发动机(四冲程)赛车发动机(自然吸气)赛车发动机(自然吸气)赛车发动机(涡轮增压)赛车发动机(涡轮增压)轿车汽油机(自然吸气)轿车汽油机(自然吸气)轿车汽油机(涡轮增压)轿车汽油机(涡轮增压)轿车柴油机(涡轮增压)轿车柴油机(涡轮增压)卡车柴油机(涡轮增压)卡车柴油机(涡轮增压)大型柴油机大型柴油机中型高速柴油机中型高速柴油机十字头二冲程柴油机
23、十字头二冲程柴油机pme bar1216.656914.114201221.21123.51529.415251518.235 4.转速转速n n和活塞平均速度和活塞平均速度C Cm m 提高发动机转速,即增加单位时间的做功次数,从而使发动机体积小、重量轻和功率大。Cm大,则活塞组的热负荷和曲柄连杆机构的惯性力均增大,磨损增大,寿命下降,Cm已成为表征发动机强化程度的参数。一般汽油机不超过18m/s,柴油机不超过13m/s。为了提高转速又不使Cm过大,由上式知,可以减小行程S(m),即对于高速发动机,在结构上采用较小的行程缸径比(S/D)值。当S/D1时,常称为短行程。30SnCm36最大平均
24、活塞速度vm2221.7279.519.812.314.78.113.17.8m/s7.0125.39.55.7摩托车发动机(四冲程)摩托车发动机(四冲程)赛车发动机(自然吸气)赛车发动机(自然吸气)赛车发动机(涡轮增压)赛车发动机(涡轮增压)轿车汽油机(自然吸气)轿车汽油机(自然吸气)轿车柴油机轿车柴油机卡车柴油机(涡轮增压)卡车柴油机(涡轮增压)大型柴油机大型柴油机中速柴油机中速柴油机十字头二冲程柴油机十字头二冲程柴油机37 二、发动机经济性能 1.有效热效率有效热效率et et是发动机的有效功We(kJ)与所消耗燃料热量Q1(kJ)之比值 2.有效燃料消耗率有效燃料消耗率be (BSFC
25、)beg/(kWh)是单位有效功的耗油量(简称耗油率),通常以每千瓦小时的耗油量表示 3613.6 103.610eeeteWPQBHb H1000eePBb1kWh=3.6106J38t、it、et、bi、be的大致范围t循环热效率it 指示热效率et有效热效率big/(kWh)beg/(kWh)汽油机 0.54-0.58 0.3-0.4 0.25-0.3 205-320 270-325 柴油机 0.64-0.67 0.4-0.5 0.3-0.45 170-205 190-285 39 三、发动机强化指标 1.升功率PL和比质量me 升功率PL(kWL)是发动机每升工作容积所发出的有效功率。
展开阅读全文