第一章发动机的性能.

汽车发动机原理同学们好1.1发动机的理论循环发动机的理论循环是对其实际循环进行抽象并加以理想化而得到，突出发动机工作过程中最本质、最重要的因素。举例说明如下。发动机性能包括动力性能指标（功率、转矩、转速）、经济性能指标（燃料及润滑油消耗率）及运转性能指标（冷启动性、噪声和排气品质）等。衡量一台发动机的质量主要对以上性能指标进行评定，同时要把可靠性、耐久性、结构工艺性、使用维修性、生产实际条件及使用特点等多方面予以综合评定。实际循环1、进气过程:0～12、压缩过程:1～23、燃烧过程:2～44、膨胀过程:4～55、排气过程:5～0实际循环简化1、5～0～15～1，封闭循环2、1～2和4～5绝热过程3、2～42～3～4，加热过程1.1.1发动机理论循环的基本假定1、假定工质为理想气体2、忽略进、排气过程，假定为封闭循环3、压缩、膨胀过程简化为绝热等熵过程4、燃烧过程简化为外界热源等定容或等压向工质加热，工质放热为等容放热5、整个循环过程为可逆过程1、混合加热循环（萨巴德循环）——高速柴油机循环燃烧过程为定容、定压加热过程；1.1.2发动机的三种基本理论循环：2、定容加热循环(奥托循环）——汽油机循环燃烧过程为定容加热过程；3、定压加热循环（狄塞尔循环）——高增压和低速大型柴油机循环燃烧过程为定压加热过程；1.1.3基本发动机理论循环分析1、循环特征参数caVV压缩比压力升高比czpp预膨胀比/ZZVV后膨胀比ZbVV2、热效率1211QQQWt（1）对混合加热循环''1'121QQQt利用循环特性参数，得tkkk111111()()（2）定容加热循环()tk1111tkkk111111()()（3）定压加热循环()tkkk11111()1tkkk111111()()3、热效率分析（1）（其他参数不变）对三种循环，都是时，t也当=20左右时，对t影响不大低速柴油机=16～22高速柴油机=14～20汽油机=8～12tkkk111111()()tk111tkkk11111()（2）（其他参数不变）不影响t。定容加热循环，不出现定压加热循环，=1混合加热循环，时，t也tkkk111111()()（3）（其他参数不变）定容加热循环，=1，无影响。对定压加热循环和混合加热循环时，t4、循环平均压力定义：stVWp根据热力学理论，得到混合加热循环平均压力为：taktmkkpp])1()1([11aP—压缩始点的压力(kPa)定容加热循环平均压力taktvkpp)1(11定压加热循环平均压力taktpkkpp)1(11（1）进气终了压力pa提高，pt增加；t提高，pt增加;凡是使t提高的因素，也都会增加pt。（2）（其他参数不变）对三种循环，都是时，pt也（3）（其他参数不变）定容加热循环混合加热循环时，pt也定压加热循环，=1,不影响pt。（4）（其他参数不变）定容加热循环，=1,不影响pt。时，t定压加热循环混合加热循环，所以，pt是否增加，取决于综合结果，但从表面看pt5、三种基本循环的比较（1）初态相同，压缩比相同，加热量Q1相同ptmtvt,,,（2）初态相同，加热量Q1相同，最高爆发压力相同ptmtvt,,,1.2发动机的实际循环1.2.1发动机实际循环的示功图四冲程非增压发动机的实际循环示功图1.2.2发动机实际循环的过程四冲程增压发动机的实际循环示功图1.2.3发动机实际循环与理论循环的比较发动机实际循环与理论循环相比较，可以发现，两者存在很大的差异。由于发动机理论循环是在理想条件下得到的，因此，这种差异表明了实际循环的缺陷，可以说明燃料燃烧热量的损失，指示发动机工作过程改进的方向。1.汽油机的实际循环Wk工质损失Wb传热损失Wz燃烧损失Wr换气损失W提前排气损失2.柴油机的实际循环Wk工质损失Wb传热损失Wz燃烧损失Wr换气损失W提前排气损失•1.实际工质的影响Wk理论循环假定工质比热容是定值。燃烧后生成CO2\H20等气体.－比热容增大,循环的最高温度降低.泄漏使工质数量减少.2.换气损失Wr换气时消耗的功成为换气损失.其中应工质流动是需要克服进\排气系统阻力所消耗的功,称为泵气损失.造成发动机实际循环与理论循环存在差异的原因：（1）提前排气；（2）强制排气；（3）强制进气即泵气损失•3.燃烧损失WZ1)实际循环中燃料燃烧需要一定的时间,所以喷油或点火在上止点前,并且燃烧还会延续到膨胀行程.由此形成非瞬时燃烧损失和补燃损失.2)实际循环中会有部分燃料由于缺氧产生不完全燃烧损失.3)在高温下部分燃烧产物分解而吸热,即222222222OHOHOCOCO热热使循环的最高温度降低.•4传热损失Wb实际循环中,气缸壁(包括气缸套\气缸盖\活塞环\气门\喷油器等)和工质的热交换,造成损失.•5缸内流动损失损失1.3发动机的指示性能指标1.3.1指示功和平均指示压力一、指示功WiWi=(F1±F2)ab/10-6二、平均指示压力pmi表示发动机单位气缸工作容积的指示功于是指示功Wi(KJ)可以表示为力学意义：可以把平均指示压力看作是一个作用在活塞上的压力，这个压力使活塞移动一个行程，所做的功即为指示功。指示功率Pi:发动机单位时间内所做的指示功30260niVpinWPsmiii四冲程发动机120niVpPsmii二冲程发动机60niVpPsmii1.3.2指示功率Pi)/KgKJHu燃料的低热值（1.3.3指示热效率和指示燃油消耗率一、指示热效率：实际循环指示功(kJ)与所消耗的燃料热量(kJ)之比。1QWiitBHPiit6106.3)/k)hgBkWPi每小时耗油量（率（试验测得发动机指示功it)]hkW/(g[)/K)指示比油耗每小时耗油量（率（试验测得发动机指示功ibhgBKWPi二者有关系式二、指示燃油消耗率bi:单位指示功的耗油量。310iiPBb6106.31Hbii)/KgKJHu燃料的低热值（miePPP1.4发动机有效性能指标1.4.1发动机动力性能指标1.有效功和有效功率发动机曲轴传递的功率称为有效功率Pe（KW），它是工质所做指示功率，扣除各种损失后的功率。有效功率通过试验测量得到。mie2.有效扭矩Ttq(N.m)发动机曲轴输出的扭矩称为有效扭矩Ttq。有效扭矩也可通过试验测量得到。有效扭矩与有效功率的关系320.1047106010009550tqtqetqnTTnPTn3.平均有效压力pme发动机单位气缸工作容积所做有效功即平均有效压力pme（MPa)。30meSepVinP3303.1410tqemessTPPiVniV4.转速n和活塞平均速度Cm发动机转速高，单位时间作功次数多，可在不增加发动机的体积和质量条件下，提高发动机的功率。发动机的转速主要取决于气缸内的燃烧速度，不能任意提高。30SnCm•Cm大，则活塞组的热负荷和曲柄连杆机构的惯性力均增大，磨损加剧，寿命下降。一般汽油机不超过18M/S，柴油机不超过13m/s。•为提高转速又不使Cm过大，可以减小行程S，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。1.4.2发动机经济性能指标1.有效热效率et发动机所做有效功We与所消耗燃料热量Q1的比值即有效热效率et。1eetWQ33.610eetPBH2.有效燃料消耗率be（有效比油耗）发动机在1小时所发出单位有效功率时所消耗燃料质量Q1的比值即有效燃料消耗率be[g/(KW.h)]。1000eeBbP6106.31Hbee二者有关系式1.4.3发动机强化性能指标1.升功率PL单位(升）气缸工作容积所发出的有效功率即升功率PL。3030emesmeLssPpVinpnPViVi升功率衡量发动机容积利用程度2.比质量me发动机单位有效功率所占用的发动机干质量即比质量me。eemmP比质量表征质量利用程度和结构紧凑性3.强化系数pmeCm平均有效压力pme与活塞平均速度Cm的乘积称为强化系数pmeCm强化系数反映发动机的机械负荷和热负荷的强度。技术进步的一个标志。(/)MPams1.5发动机的机械损失发动机的机械损失：发动机曲轴输出的功或功率小于其气缸内气体膨胀所作出的功或功率，两者之差称为发动机的机械损失。机械损失包括摩擦损失、泵气损失和驱动附件消耗的功或功率。发动机机械损失的构成机械损失类型占指示功率比例%占有效功率比例%占机械损失功率比例%摩擦损失8~209~2962~75附件驱动损失1~51~710~20泵气损失2~42~610~20总机械损失10~3011~43100由此可见，发动机机械损失最主要构成部分是摩擦损失。而在摩擦损失中，活塞、活塞环与气缸壁面的摩擦以及曲柄连杆机构的摩擦几乎构成全部的摩擦损失。活塞、活塞环与气缸壁面的摩擦占摩擦损失的70%，曲柄连杆机构的摩擦占摩擦损失的25%，两者之和达到95%。1.5.1发动机的机械损失1.机械损失功2.机械损失功率3.平均机械损失压力4.三者关系1.5.2机械效率机械效率:有效功率与指示功率的比值称为机械效率。1.5.3发动机机械效率的测定机械效率只能通过实际发动机的试验来测定。简便易行的测试方法有：（1）示功图法（2）倒拖法（3）灭缸法（4）油耗线法1、示功图法精确的机械效率测试方法是示功图法，在确定的工况下，通过测量出所有气缸的大量示功图，加以统计平均处理，得出发动机实际循环的平均示功图，并通过计算，获得发动机平均指示功率Pi，与此时测出的有效功率Pe之差即为机械损失功率Pm。适用范围：适用于所有机型。2.倒拖法从电力测功机上所测得的倒拖功率Ptest即为发动机在该工况下的机械损失功率。适用范围：具有平衡式电力测功机的汽油机。国标规定优先采用倒拖法。2.灭缸法先确定发动机的有效功率，然后使发动机各个气缸轮流停止工作，并保持转速始终不变，测量各缸停止工作时所对应的有效功率。这样可测出发动机的指示功率，也就确定了机械损失功率。若第j缸停止工作，则没有停缸测出的有效功率Pe与此时测出的有效功率Pe,j之差即为第j缸的指示功率Pi,j故由于所以适用范围：仅适用于多缸非增压的柴油机；4.油耗线法保持发动机转速不变，改变发动机负荷，同时调节发动机油门，并测出每小时耗油量B，绘制出B–pme关系，即下图。B–pme关系曲线的靠近坐标原点部分近似为直线，将这部分曲线按直线延伸，直至与横坐标相交，则交点Q的横坐标即为平均机械损失压力pmm。这也提供了又一种求平均机械损失压力pmm的方法。图中，如果认为油耗曲线中从A点到B点为直线，则ACQ和BOQ构成两相似三角形。于是从中得到适用范围：适用于非增压或低增压的柴油机。1.6发动机的热平衡)./kgKJHBHQT燃料低热值（在发动机中,热量是有燃料燃烧而产生,若测得发动机每小时的耗油量B(kg/h),设燃料完全燃烧,则每小时所放出的热量为:发动机的热平衡即燃料热量的分配。燃料有传废燃烧其他＝效＋热＋气＋＋热量功量热损失损失燃料量实可可可不可×＝＋估＋估＋估＋热值测算算算估算•热平衡常以燃料总热的百分数表示,即%,100%,%,%,%,%,lbrseTLlTBbTRrTSsTEeqqqqqQQqQQqQQqQQqQQq有传废燃烧其他效＋热＋气＋＋功量热损失损失形式qeqsqrqbql汽油机柴油机增压柴油机25-3030-4035-4512-271