第二章-发动机循环与性能指标课件.ppt

1、第2章 发动机工作循环与性能指标发动机循环理想循环理想循环实际循环实际循环发动机性能经济性动力性可靠耐久性使用维修性排放噪声性加工工艺性经济性、动力性、排放、振动、噪声 主要研究第一节 发动机理论循环 第2章 发动机循环与性能指标第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环一、三种基本循环一、三种基本循环（一）简化条件：（1）假设工质为理想气体，其比热容为定值。（2）假设工质在闭口系统中作封闭循环。（3）假设压缩与膨胀过程是绝热等熵过程。（4）假设燃烧是定容或定压加热。工质放热为定容放热。第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理

2、论循环第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环（二）理论循环（二）理论循环ac绝热压缩；cz定容加热zz定压加热；zb绝热膨胀ba定容放热。高速柴油机近似为混合加热循环。燃烧过程基本上由定容燃烧和定压燃烧两个阶段组成。1 混合加热循环第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环2定容加热循环定容加热循环 汽油机中混合气燃烧迅速，近似为定容加热循环。ac绝热压缩；cz定容加热zb绝热膨胀；ba定容放热。第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环3定压加热循环定压加

3、热循环 高增压和低速大型柴油机，工作循环近似为定压加热循环。受燃烧最高压力的限制，大部分燃料在上止点后压力基本上一定的情况下燃烧。ac绝热压缩；cz定压加热zb绝热膨胀；ba定容放热。第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环二、评定指标二、评定指标 循环热效率 循环平均压力1循环热效率评定循环经济性1212111QQQQQQWt式中 W 循环所做的功（J）；循环加热量（J）；Q2循环放出的热量（J）。1Q第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环2循环平均压力评定循环的

4、做功能力stVWp 式中 W 循环所做的功（J）；Vs 气缸工作容积（L）。第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环111111KKKt式中 压缩比；压力升高比；预膨胀比；K 绝热指数。混合加热循环混合加热循环第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环1212111QQQQQQWt1zzpczvabvtTTcTTcTTc1kaczTTT1kacTT；1kazzTTTkakzkzbzzzkbzzbTTvvvvTvvTT111abvzzppczvvTTmcQTTmcQTTm

5、cQ211第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环混合加热循环循环平均压力混合加热循环循环平均压力taKtmKKpp1111式中 压缩始点的压力（kPa）。apststVQVWp1第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环定容加热循环定容加热循环预膨胀比：=1111KttaKtvKpp111111111KKKt第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环定压加热循环定压加热循环压力升高比：=1111111KKK

6、ttaKtpKKpp111循环平均压力循环平均压力11111KKKt循环热效率循环热效率第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环三、理论循环分析三、理论循环分析1 压缩比111Kt Tz 相同,高的aczba比 低的循环 aczba具有较大的平均吸热温度和较低的平均放热温度，所以高的 较高。t111111KKKt第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环定容加热循环热效率与压缩比的关系 较低时，提高 ，增长很快；在 较大时，再增加 ，增加缓慢。tt汽油机：，爆燃10第2

7、章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环2绝热指数绝热指数K KK值越大，愈高。空气K=1.4，稀混合气K值增大，而混合气中燃料蒸气较多时，K值减小。t第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环3压力升高比压力升高比taKtvKpp111111Kt定容加热循环：定容加热循环：Q1增加，正比增大，若不变，则膨胀比不变，Q2也增加，Q2/Q1不变，不变，但 增大。tpTSab bcz z第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动

8、机的理论循环混合加热循环：混合加热循环：1Q和不变时，增大,减小，2Q减小,t提高,tp也提高。第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环4预膨胀比预膨胀比11111KKKt定压加热循环：定压加热循环：Q1增加，增大，若不变，平均膨胀比减小，Q2增加，t下降。bZb2/czbvvv2/czbvvv第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环混合加热循环：混合加热循环：1Q和不变时，增大,减小，2Q增大,t下降,tp也下降。第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环

9、第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环5.三种理论循环比较三种理论循环比较VmpQQQ222（）初态相同，（）初态相同，Q1和和相等相等tptmtV第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环第2章 发动机循环与性能指标2.1 发动机的理论循环.Q1和循环最高压力相等和循环最高压力相等pmVQQQ222tVtmtp第二节 四行程发动机的实际循环 第2章 发动机循环与性能指标示功图：气缸内工质的压力p随气缸工作容积v或曲轴转角变化的图形称为示功图。一、实际循环进行过程一、实际循环进行过程第2章 发动机循环与性能指标2.2 发动机的实际循环 实际循环过程实际循环过程进气过程r

10、ra压缩过程ab cc燃烧过程ccz膨胀过程zbb排气过程bbb r第2章 发动机循环与性能指标2.2 发动机的实际循环进气过程进气过程rrapr高于大气压p0：残余废气。进气终了压力pa：一般小于大气压力p0或增压压pk。进气终了的温度Ta总高于大气温度T0或增压器出口温度Tk 高温机件及残余废气加热。进气系统的阻力。第2章 发动机循环与性能指标2.2 发动机的实际循环压缩过程压缩过程ab cc压缩过程为多变过程。作用作用:增大温差，增大膨胀比，热功转换效率提高，有利着火和燃烧。第2章 发动机循环与性能指标2.2 发动机的实际循环工质被压缩的程度用压缩比表示cavv式中 气缸总容积（气缸最大

11、容积）；燃烧室容积(气缸余隙容积）。avcv压缩比的大致范围是：汽油机 =712柴油机 =1422增压柴油机 =1215 第2章 发动机循环与性能指标2.2 发动机的实际循环燃烧过程燃烧过程ccz作用：化学能转变为热能，使工质的压力及温度升高，为膨胀创造条件。放热量越多,放热时越接近上止点，则热效率越高。第2章 发动机循环与性能指标2.2 发动机的实际循环燃烧的最高爆发压力pz（pmax）及最高温Tz（Tmax）的数值范围是：pz（MPa）Tz（K）汽油机 3.06.5 22002800 柴油机 4.59.0 18002200 增压柴油机 9.013.0 柴油机：压缩比高，燃烧的最高爆发压力

12、pz很高；但相对于燃油的空气量大，最高燃烧温度Tz值反而比汽油机低。第2章 发动机循环与性能指标2.2 发动机的实际循环膨胀过程膨胀过程zbb非绝热过程，有散热损失，漏气损失，补燃和高温热分解；实际膨胀过程为多变过程。第2章 发动机循环与性能指标2.2 发动机的实际循环 膨胀终点b的压力pb及温度T b的范围是：pb（MPa）T b（K）汽油机 0.30.6 12001500柴油机 0.20.5 10001200 柴油机膨胀比大，转化为有用功的热量多，热效率高，膨胀终了的温度和压力均比汽油机小。第2章 发动机循环与性能指标2.2 发动机的实际循环排 气 终 了 压力pr高于大气压po；压力差p

13、rpo克服排气系统阻力。排气过程排气过程bbr第2章 发动机循环与性能指标2.2 发动机的实际循环二、循环指示功二、循环指示功完成一个循环，工质对活塞所做的功。第2章 发动机循环与性能指标2.2 发动机的实际循环1AAi循环指示功：czb bc c代表工质对活塞做的功，故是正功。rb ar r 称为泵气损失，非增压发动机为负功，增压发动机为正功。iA1A增压发动机示功图第2章 发动机循环与性能指标2.2 发动机的实际循环第三节 发动机的指示指标 是以工质对活塞做功为基础，用于评定实际循环的好坏。第2章 发动机循环与性能指标循环指示功：循环指示功：abAWii一、平均指示压力一、平均指示压力pm

14、i循环指示功循环质量气缸工作容积式中 iA示功图面积；a示功图纵坐标比例尺；b示功图横坐标比例尺。第2章 发动机循环与性能指标2.3 发动机的指示指标 平均指示压力：平均指示压力：simiVWp式中 指示功（kJ）；iW气缸工作容积(L)。sV单位气缸工作容积的指示功。第2章 发动机循环与性能指标2.3 发动机的指示指标二、指示功率二、指示功率P i单位时间所做的指示功。i气缸数；每缸工作容积（L）；sV发动机转速（r/min）；n平均指示压力（MPa）。mip每缸、每循环工质做的指示功（kJ）：smiiVpW 发动机指示功率(kW)（i个气缸每秒所作的指示功）为：四行程发动机120inVpP

15、smii二行程发动机60inVpPsmii30inVpPsmii行程数。式中式中 smiiVipW srn/60第2章 发动机循环与性能指标2.3 发动机的指示指标单位指示功所消耗的燃油量 g/(kWh)。310iiPBb三、指示燃油消耗率三、指示燃油消耗率bi式中 指示功率（kW）；iP每小时耗油量(kg/h)。Bbi值的大致范围是：柴油机 170205 g/(kWh)汽油机 205320 g/(kWh)第2章 发动机循环与性能指标2.3发动机的指示指标 是实际循环的指示功与所消耗燃料热量之比值。i四、指示热效率四、指示热效率i1QWii式中 得到指示功 （kJ）所消耗燃料的热量。1QiW1

16、kWh=3.6103kJ，1kWh的功需要消耗的热量是 kJ，为燃料的低热值(kJ/kg)。1000/hbih6106.3hbii低热值：不计汽化潜热，1kg燃油完全燃烧所放出的热量。第2章 发动机循环与性能指标2.3 发动机的指示指标 第四节 发动机的有效指标1有效功率有效功率Pe发动机曲轴输出的功率称为有效功率。一、发动机动力性能一、发动机动力性能miePPP式中 指示功率（kW）；iP机械损失功率（kW）。mP2有效扭矩有效扭矩tqT功率输出轴输出的扭矩。9550nTPtqe：从活塞顶到曲轴输出端功率传递中损失的功率。mP摩擦损失、驱动附件损失、泵气损失等。第2章 发动机循环与性能指标2

17、.4 发动机的有效指标30inVpPsmeeniVPpseme303平均有效压力平均有效压力mep发动机单位气缸工作容积输出的有效功。31014.3stqmeiVTp 值的一般范围是：值的一般范围是：汽油机 0.71.3MPa 柴油机 0.61.0 MPa增压柴油机 0.92.2 MPamep第2章 发动机循环与性能指标2.4 发动机的有效指标4转速转速n和活塞平均速度和活塞平均速度Cmn 单位时间作功次数单位时间作功次数发动机体积发动机体积，重量重量，功率功率 ,30SnCmmC式中 S活塞行程（m）；活塞平均速度（m/s）。nmC活塞组的热负荷曲柄连杆机构的惯性力磨损寿命。nmC不大DS/

18、燃烧室高度 ,VA/混合气形成 ,燃烧S第2章 发动机循环与性能指标2.4 发动机的有效指标二、发动机经济性能二、发动机经济性能1000eePBb式中 每小时的耗油量（kg/h）；有效功率(kW)。BeP1.有效燃油消耗率有效燃油消耗率 单位有效功（1kWh）的耗油量（g）。eb第2章 发动机循环与性能指标2.4 发动机的有效指标e2有效热效率有效热效率发动机的有效功 （kJ）与所消耗燃油热量 之比值eW1Q11QWQWmiee6106.3hbeeebe及 的大致范围是：汽油机 0.250.3 270325柴油机 0.30.45 190285eebg/kWh第2章 发动机循环与性能指标2.4

19、发动机的有效指标三、发动机强化指标三、发动机强化指标1升功率升功率 和比质量和比质量LPem3030npiVinVpiVPPmessmeseLLP的措施：提高 和mepnLP：衡量发动机容积利用率eePmm 表征质量利用率和结构紧凑性：发动机每升工作容积所发出的有效功率。LP：发动机干质量与标定功率之比。em第2章 发动机循环与性能指标2.4 发动机的有效指标 和 值的大致范围：LPem 汽油机 3070 1.44.0 汽车柴油机 1830 2.59.0LPem第2章 发动机循环与性能指标2.4 发动机的有效指标2强化系数强化系数mmeCp 的大致范围是：汽油机 817MPam/s小型高速柴油

20、机 611MPam/s重型汽车柴油机 915MPam/smmeCpmmeCp数值增大是技术进步的标志。第2章 发动机循环与性能指标2.4 发动机的有效指标2.5 发动机环境指标 发动机环境评价指标主要指排气品质、噪声和车内空气污染。由于它关系到人类生存的环境和健康，因此必须制定相应的法规，给予严格控制。发动机排放对大气的污染已成公害，各国均采取对策并制定相应的控制法规，以限制发动机的排放污染。一、排放性能一、排放性能第2章 发动机循环与性能指标2.5 发动机的环境指标 1排出有害气体 目前主要限制一氧化碳（CO）、各种碳氢化合物（HC）及氮氧化合物（NOx）三种危害最大的气体排放量。2排气微粒

21、 排气中除水以外的任何液态或固体微粒。一、排放性能一、排放性能第2章 发动机循环与性能指标2.5 发动机的环境指标二、噪声二、噪声 噪声：指人们不需要并希望设法加以控制和消除掉的声音的总称。噪声危害（1）其作用于人的中枢神经系统，使大脑皮层兴奋，抑制失调，产生头疼、脑胀、昏晕、耳鸣、失眠和心慌等症状；（2）影响人的消化系统和内分泌系统。在一定强度的噪声影响下，人们会出现心跳过速、心律不齐、血压增高等症状。第2章 发动机循环与性能指标2.5 发动机的环境指标二、噪声二、噪声 噪声限值我国噪声标准中规定，轿车噪声不得大于84dB。小汽车（M1类车辆）车外噪声限值为 74 dB(A)。第2章 发动机

22、循环与性能指标2.5 发动机的环境指标三、车内空气污染 车内空气污染 研究表明，车内空气污染有时会高于车外10倍以上，为此，不少国家的环保机构制定了汽车车内环境标准，使得汽车车内各种有害气体的含量有了明确的限值，以确保车内空气污染没有达到对驾乘人员健康产生影响的程度。第2章 发动机循环与性能指标2.5 发动机的环境指标三、车内空气污染车内污染物 主要有甲醛、甲苯及二甲苯、氮氧化物、二氧化硫、二氧化碳、一氧化碳、甲苯二异氰酸酯、总挥发性有机物、可吸入微粒物及细菌等。第2章 发动机循环与性能指标2.5 发动机的环境指标2.6 机械损失与机械效率 1发动机内部运动件的摩擦损失。约占总机械损失的62%

23、75%。2驱动附属机构的损失。约占总机械损失的10%20%。3泵气损失。约占总机械损失的10%20%。一、机械损失一、机械损失mP：机械损失而消耗的功率称为机械损失功率。第2章 发动机循环与性能指标2.6 机械损失与机械效率mimmimmimeiempppPppPP11 二、机械效率二、机械效率曲轴输出的有效功率与指示功率之比值式中 平均机械损失压力（MPa）。mmp第2章 发动机循环与性能指标2.6 机械损失与机械效率 三、机械损失的测定三、机械损失的测定 机械损失功率可通过发动机台架实验测定，常用的实验方法有倒拖法和灭缸法，柴油机还可用油耗线法。.1.倒拖法 2.灭缸法 3.油耗线法（负荷

24、特性法）第2章 发动机循环与性能指标2.6 机械损失与机械效率四、影响机械效率的主要因素四、影响机械效率的主要因素1发动机转速n摩擦副间相对速度 ,摩擦损失惯性力 ,侧压力和轴承负荷均 ,摩擦损失泵气损失加大驱动附件的机械损失增加mp第2章 发动机循环与性能指标2.6 机械损失与机械效率四、影响机械效率的主要因素四、影响机械效率的主要因素mimmimmpppP11负荷一定，变化不大。iPn由公式可知：转速机械效率。第2章 发动机循环与性能指标2.6 机械损失与机械效率 2 2发动机负荷发动机负荷mmp 变化不大。mip，mimmmpp1怠速：mmmipp0m负荷mn一定，负荷 ，第2章 发动机循环与性能指标2.6 机械损失与机械效率 3润滑油品质润滑油品质 润滑油的粘度即稠稀程度，它表示了流体分子之间内摩擦力的大小。选用润滑油粘度的基本原则是：在保证可靠润滑的条件下，尽量选用粘度小的润滑油。4冷却水温度冷却水温度保证发动机水温正常。第2章 发动机循环与性能指标2.6 机械损失与机械效率5.发动机的技术状况 活塞环与缸套磨损后，间隙增大，漏气增多，指示功率Pi下降；轴与轴承之间的磨损，使机油泄露增加，油压下降，运动件工作表面的润滑不良；水道中水垢增多，使气缸工作表面温度升高，破坏油膜。以上都会使机械效率下降。第2章 发动机循环与性能指标2.6 机械损失与机械效率