示功图及燃料燃烧部分

第三章：示功图和性能指标§3.1概述示功图：汽缸内的气体压力随容积（或曲轴转角）变化的坐标图。缸内压力与容积变化的关系图称p-v图.缸内压力与曲轴转角变化的关系图称p-φ图目的：了解内部工作,探索影响因素,从中找出规律,提出改进措施。要求：掌握性能指标及相互关系。§3.2示功图四行程机的示功图p-v图r-a进气，a-c压缩，c-z燃烧，z-b膨胀做功，b-r排气。活塞行程。气缸直径；式中：-S-D42SDVh一、基本概念Vc—燃烧室容积；Vh—汽缸工作容积；Va—气缸总容积；—压缩比。hcaVVVchchccacVVVVVVV1c二、四冲程发动机的工作进气过程排气门关闭进气门开启大气压力线PVra示功图上止点下止点进气过程进气过程如图中的r-a曲线。为了使发动机连续运转，必须不断的吸入新鲜工质，即是进气过程。此时进气门打开，排气门关闭，活塞由上止点向下止点移动。首先是上一循环中残余废气膨胀，压力由排气终了压力Pr下降到小于大气压力，然后新鲜工质才被吸入气缸。由于进气系统的阻力，进气终了压力Pde一般小于大气压力Pa，其差值用来克服进气阻力。因为气流受到发动机高温零件及残余废气的加热，进气终了温度Tde总是高于大气温度Ta。类型Pde/MPaTde/K汽油机0.080-0.092340-380柴油机0.080-0.095300-340压缩过程进气门关闭排气门关闭PVra示功图大气压力线c上止点下止点压缩过程压缩过程中进排气门均关闭，活塞由下止点向上止点移动，缸内工质受到压缩，温度、压力均不断上升，工质受压缩的程度由表示。压缩过程如图a-c曲线，其作用是增大做功过程的温差，获得最大限度的膨胀比，提高热功转换效率，同时也为燃烧过程创造有力的条件。在柴油机中，压缩后气体的高温还是保证燃料着火的必要条件。类型Pco/MPaTco/K汽油机0.8-2.0600-750柴油机3.0-5.0750-1000增压柴油机5.0-8.0900-1100c燃烧过程进气门关闭排气门关闭PVra示功图大气压力线cZb上止点下止点活塞在上止点前后开始燃烧，随着燃烧的进行，活塞向下止点开始移动。c’燃烧过程燃烧过程如图中曲线c-z，此时进排气门均关闭，活塞处在上止点前后。这一过程的作用是将燃料的化学能转变为热能，施工至的压力、温度升高。燃烧放出的热量越多，放热时越靠近上止点，热效率越高。柴油机在c点之前开始喷油，汽油机在c点之前点火。类型Pmax/MPaTmax/K汽油机3.0-8.02200-2800柴油机4.5-9.01800-2200作功过程进气门关闭排气门关闭PVra示功图大气压力线cZb上止点下止点做功（膨胀）过程做功过程如图z-b，此时进排气门均关闭，高温高压的工质推动活塞，由上止点向下止点移动而膨胀做功，气体的温度和压力也随即迅速降低。做功过程有热交换损失、漏气损失和补然现象。类型Pex/MPaTex/K汽油机0.3-0.61200-1500柴油机0.25-0.5800-1200排气行程进气门关闭排气门打开PVr示功图大气压力线cZb上止点下止点残余废气PVr示功图大气压力线cZb上止点下止点a排气过程排气过程如曲线b-r，当做功过程接近终点时，排气门打开，废气开始由自身压力自由排气，做功过程结束时，活塞到达下止点。活塞由下止点开始向上止点移动，将气缸内的废气排出。排气过程中，由于排气系统的阻力，排气终了的压力Pr大于大气压力Pa，二者压差用来克服排气阻力。阻力越大，排气终了压力Pr越大，残留在气缸中的废气越多。排气温度是检查发动机工作状况的一个参数。类型Pr/MPaTr/K汽油机0.105-0.125900-1100柴油机0.103-0.108700-900三、二冲程发动机的工作换气进气点火燃烧排气扫气孔进气孔排气孔火花塞压缩混合气二行程机的示功图P-V图：a点，压缩开始点；C点，着火开始点；Z点，最高压力点；b点，排气开始点；f点,换气开始点；d点,换气结束点；a点排气口闭，f-d换气过程；b-d-a排气过程。工作过程第一行程：活塞在下止点，裙部密封进口，排气口和换气口打开，气缸充满气体.（1）上部：活塞上行，驱赶气体，先关换气口（扫气口）再关排气口，压缩，压力、温度升高。（2）下部：曲轴箱的体积增大、压力减小，打开进气口，曲轴箱进气。第一个行程完成压缩、燃烧和曲轴箱进气。第二行程活塞在上止点，燃料燃烧压力增大、温度升高，活塞下行作功。（1）上部：在燃气高压下活塞下行作功，下行2/3处排气门打开，排气；然后换气门打开，换气。（2）下部：裙部先关进气口、压缩曲轴箱气体。第二行程完成作功、排气、换气三个过程。四、汽油机、柴油机的工作原理比较共同特点：（1）每个工作循环曲轴转两周，每行程曲轴转半周。（2）只有作功过程产生动力。不同点：汽油机柴油机汽油与空气缸外混合，进入气缸的可燃混合气。进入气缸的是纯空气，柴油与空气在缸内混合。电火花点燃混合气高温气体加热柴油燃烧有点火系无点火系压缩比低压缩比高柴油机压缩比高于汽油机，燃烧爆发压力大，热能利用率高，柴油机经济性好。五、二行程和四行程发动机的比较不同特点：（1）、每个工作循环二行程曲轴转1周，四行程曲轴转2周。相同转速下，二行程做功次数多1倍，油耗多1倍。（2）、二行程作功过程占总行程2/3，1/3行程用来排气，所以二行程的热能利用率低，浪费燃油。（3）四行程排气用活塞赶气，二行程用压差排气，所以二行程排气不净，气缸进气不足。因此：二行程的发动机的经济性比四行程差。发动机的经济排序由高到低为：四行程柴油机－四行程汽油机－二行程柴油机－二行程汽油机§3.3性能指标指示指标：以工质对活塞所做的功为计算基准的指标。有效指标：由曲轴输出的输出功为计算基准指标。强化指标其他性能指标性能指标一、指示指标指示功、平均指示压力、指示功率、指示耗油率、指示热效率1、指示功Wi：是发动机一个气缸的工质每一个循环作用于活塞上的功（示功图面积）。Wi＝Fiab=Pi×Vh指示功Wi虽然反应了气缸中的循环做功量，但受气缸容积大小的影响。为便于比较不同尺寸的发动机单位气缸工作容积做功能力大小，而引进了平均指示压力pmi这一指示参数。2、平均指示压力pmi:单位气缸工作容积所做的指示功。pmi=Wi/Vh(MPa)一般发动机标定工况下：柴油机四冲程非增压0.6～0.95；四冲程增压0.85～2.6；二冲程0.35～1.3；汽油机四冲程摩托车0.9～1.43；四冲程小客车0.65～1.25；四冲程载货车0.6～0.85；二冲程小型风冷0.4～0.85。3、指示功率：单位时间内的指示功为指示功率。(kw)10302603-inVpinWPhiii式中：i－气缸数；n-转速（r/min）；τ－每循环的行程数，四行程τ＝4，二行程τ＝2；所以四冲程内燃机的指示功率为二冲程内燃机的指示功率为(kw)101203-inVpPhii(kw)10603-inVpPhii4、指示耗油率gi：单位指示功率的燃油消耗量为指示耗油率。通常以每千瓦小时的耗油量表示。即：式中：Pi为内燃机指示功率（KW）；GT为每小时耗油量（Kg/h）。)/(103hkwgPGgiTi5、指示热效率：实际循环指示功与所消耗的燃料热量之比为指示热效率。即：6iu10gh3.6iiiQW式中：Qi-消耗燃油的热量，hu-燃料的低热值（KJ/Kg），1kw•h=3600kJ。柴油机0.4-0.5170-205汽油机0.25-0.4205-320iig二、有效指标动力性能指标：有效功率、有效扭矩、平均有效压力。经济性能指标：有效耗油率、有效热效率。动力性能指标1、有效功和有效功率发动机每循环由功率输出轴输出的单缸功量We是循环功的有效指标，称为循环有效功。We=Wi-Wm式中：Wm-机械损失功。同理，发动机每循环由功率输出轴输出的单缸功率Pe即为有效功率。Pe＝Pi-Pm式中：Pm－机械损失功率。imiehhepppinVinVpNeemmmp(kw)30pN(kw)302、有效转矩Me:发动机工作时，由功率输出轴输出的扭矩。式中：Pe-发动机的有效功率（KW）；Me-发动机输出转矩（nm）；n-发动机转速（r/min）。nPMkWnMnMeeee9550)(1047.095501060n2MP3ee3、平均有效压力Pme：单位气缸工作容积输出的有效功为平均有效压力。式中:Pme单位为Mpa；Vh单位为m3；n单位为r/min；i为缸数。niVPpniVhemeh3030pPmee柴油机四冲程非增压0.6～0.95；四冲程增压0.85～2.6；二冲程0.35～1.3；汽油机四冲程摩托车0.9～1.43；四冲程小客车0.65～1.25；四冲程载货车0.6～0.85；二冲程小型风冷0.4～0.854、转速n和活塞平均速度Cm发动机转速增加，单位时间内做出的功增加，同时导致活塞和曲轴连杆机构的磨损加剧寿命下降。式中：S为活塞行程。Cm为内燃机强化程度的参数，汽油机Cm值不超过15m/s，柴油机则不超过13m/s。为提高转速又不使Cm过大，可以减小行程S，即采用较小的行程缸径比（S/D），但S/D过小，造成燃烧室高度减小，燃烧室表面积与容积的比值增大，使混合气形成条件变差，不利于燃烧。S/D1时常称为短行程。30CmSn经济性能指标1、有效热效率ηe：加入发动机的燃料燃烧的热量转变为有效功的程度，即实际循环有效功与所消耗的燃料热量之比1eQWehkWgPGgeTe/103式中：GT为每小时耗油量，kg/h;Pe为有效功率，kw。•2、有效耗油率ge:发动机单位有效功的耗油量，通常以每千瓦小时的耗油量表示。三、强化指标1、升功率PL式中Pme为发动机的标定功率。升功率是评定一台发动机整机动力性能和强化程度的重要指标之一。类型PL（KW/L）汽油机30-70汽车柴油机18-30拖拉机柴油机9-153030nPiVinVPiVPPmehhmeheL2、比质量Ge发动机的质量G与所给出的标定功率之比类型Ge(Kg/KW)汽油机1.1-4.0汽车柴油机2.5-9.0拖拉机柴油机5.5-1.6eePGG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。其值越大，发动机的热负荷和机械负荷越高。发动机的发展趋势就是不断地提高强化程度。四、其他性能指标1.排气品质：NOX、HC、CO和颗粒物。2.噪声：交通噪声平均在68dB。3.振动4.起动性：汽油机-10℃和柴油机在-5℃的气温环境下，接通发动机15s以内发动机应能启动。第四章：燃料与燃烧§4－1概论：内燃机燃料基本燃料：车用内燃机以从石油中提炼的汽油和柴油（液体燃料）为基本燃料。汽油组成：5-11个碳原子的烷烃、环烷烃和烯烃组成，沸点都在205℃以下。柴油组成：沸点为170-370℃的烃类混合物。代用燃料：醇类燃料（甲醇和乙醇）、气体燃料（天然气、液化石油气、二甲醚）。§4－2石油的组成及燃料的性质石油的成分：C、H、O、N、SCH化合物称为“烃”。烃及其衍生物称为有机物。石油由不同沸点的许多组分组成，按不同的温度蒸馏出汽油、煤油、柴油等。燃料的性能对内燃机的工作状况有很大影响，因此对它的性能有一定的要求。一、汽油的性质抗爆性、蒸发性、氧化安定性、抗腐蚀性及清净性等。1.抗爆性：汽油在发动机气缸内燃烧时抵抗爆燃的能力，用辛烷值表示，常用马达法（MON）和研究法（RON）测辛烷值。辛烷值：正庚烷＋异辛烷＝标准油（抗爆燃能力极弱）（抗爆燃能力极强）某汽油的爆燃性能与某体积百分比例的异辛烷值标准油相同时，标准燃料中异辛烷的百分数定为该汽油的辛烷值。为提高汽油抗爆性，常加入四乙基铅，同时加入导出剂。现在要求使用无铅汽油。2.蒸发性