第一章发动机性能[1]概要

第一章发动机的性能※发动机理论循环※四行程发动机的实际循环※实际循环的评定—指示指标※发动机经济性和动力性的评定※发动机的环境指标※机械损失与机械效率第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理2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主要研究：经济性、动力性、排放、振动、噪声。第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理3第一节发动机理论循环第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理4一、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。§1—1发动机理论循环第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理5高速柴油机:混合加热循环燃烧过程基本上由定容燃烧和定压燃烧1.混合加热循环压力升高比：λ=Pz’/Pc预膨胀比：ρ=Vz/Vz’（二）理论循环§1—1发动机理论循环第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理6汽油机中混合气燃烧迅速，近似为定容加热循环。2．定容加热循环§1—1发动机理论循环第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理7高增压和低速大型柴油机。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，其工作循环近似为定压加热循环。3．定压加热循环§1—1发动机理论循环第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理8二、评定指标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§1—1发动机理论循环第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理92．循环平均压力——评定循环的做功能力stVWp式中W—循环所做的功（J）；Vs—气缸工作容积（L）。§1—1发动机理论循环第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理10111111KKKt式中——压缩比；λ——压力升高比；ρ——预膨胀比；K——绝热指数。混合加热循环§1—1发动机理论循环第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理111212111QQQQQQWt''1zzpczvabvtTTcTTcTTc1'kaczTTT1kacTT；1'kazzTTTkakzkzbzzzkbzzbTTvvvvTvvTT11''1§1—1发动机理论循环第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理12混合加热循环taKtmKKpp1111式中—压缩始点的压力（kPa）。apststVQVWp1§1—1发动机理论循环第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理13定容加热循环预膨胀比：ρ=1111KttaKtvKpp111111111KKKt§1—1发动机理论循环第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理14定压加热循环压力升高比：λ=111111KKKttaKtpKKpp111111111KKKt§1—1发动机理论循环第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理15三、理论循环分析1．压缩比两循环最高温度相同时,高的循环比低的循环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。abzac'''aczbat§1—1发动机理论循环第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理16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。tt汽油机：，爆燃＜12§1—1发动机理论循环第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理172．绝热指数KK值愈大，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§1—1发动机理论循环第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理183．压力升高比λtaKtvKpp111111Kt定容加热循环：Q1增加，λ正比增大，ε若不变，则膨胀比不变，Q2也增加，Q2/Q1不变，ητ不变，但增大。tpTSab'bcz'z§1—1发动机理论循环第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理191Q和ε不变时，λ增大,ρ减小，2Q减小,ηt提高,tp也提高。混合加热循环：§1—1发动机理论循环第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理204．预膨胀比ρ定压加热循环：Q1增加，ρ增大，ε若不变，平均膨胀比减小，Q2增加，ητ下降。2/czbvvv2/'czbvvv11111KKKtZ’b’§1—1发动机理论循环第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理21混合加热循环：1Q和ε不变时，ρ增大,λ减小，2Q增大,ηt下降,tp也下降。§1—1发动机理论循环第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理22定容加热循环一、理论循环混合加热循环定压加热循环二、评定指标循环热效率循环平均压力三、理论循环分析压缩比ε绝热指数K压力升高比λ预膨胀比ρ§1—1发动机理论循环第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理23第二节四行程发动机的实际循环第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理24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θ变化的图形称为示功图。一、实际循环进行过程§1—2发动机实际循环第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理25实际循环过程进气过程rr’a压缩过程ab”c’c燃烧过程c’cz膨胀过程zb’b排气过程b’bb”r§1—2发动机实际循环第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理26进气过程rr’a残余废气PrP0Pa＜P0或pa＜增压压力PkTa＞T0或Ta＞Tk进气系统阻力高温机件加热§1—2发动机实际循环第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理27汽油机Pa=（0.8~0.90）p0Ta=340~380K柴油机Pa=（0.85~0.95）p0Ta=300~340K增压柴油机Pa=（0.9~1.0）pkTa=320~380K§1—2发动机实际循环一般进气终了的压力pa及温度Ta大致范围是：第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理28压缩过程压缩过程为多变过程。柴油机着火的条件。作用:增大温差，膨胀比增大，热功转换效率提高，为燃烧创造条件，§1—2发动机实际循环第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理29工质被压缩的程度用压缩比ε表示cavv式中—气缸总容积（气缸最大容积）；—燃烧室容积(气缸余隙容积）。avcv§1—2发动机实际循环第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理30汽油机ε=7~12柴油机ε=14~22增压柴油机ε=12~15压缩比的大致范围是：§1—2发动机实际循环第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理31燃烧过程燃烧过程放出的热量越多,放热时越接近上止点，则热效率越高。§1—2发动机实际循环第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理32柴油机：压缩比高，燃烧的最高爆发压力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。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3.0~6.52200~2800柴油机4.5~9.01800~2200增压柴油机9.0~13.0§1—2发动机实际循环第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理33膨胀过程非绝热过程，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。§1—2发动机实际循环第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理34膨胀终点b的压力pb及温度Tb的范围是：pb（MPa）Tb（K）汽油机0.3~0.61200~1500柴油机0.2~0.51000~1200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。§1—2发动机实际循环第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理35排气过程PrP0排气系统阻力§1—2发动机实际循环第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理36排气终了的压力pr与温度Tr大致范围是：pr（MPa）Tr（K）汽油机（1.05~1.2）po900~1100柴油机（1.05~1.2）po700~900废气涡轮增压柴油机（0.75~1.0）pk排气终了的温度是检查发动机工作状态的技术指标。§1—2发动机实际循环第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理37二、循环指示功完成一个循环，工质对活塞所做的功。§1—2发动机实际循环第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理38§1—2发动机实际循环第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理39循环指示功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。A1§1—2发动机实际循环第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理40增压发动机示功图§1—2发动机实际循环第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理41第三节实际循环的评定—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。第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理42循环指示功：abAWii一、平均指示压力pmi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。循环指示功循环质量气缸工作容积§1—3发动机指示指标第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理43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。§1—3发动机指示指标第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理44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。§1—3发动机指示指标第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理45汽油机0.8~1.5(MPa)柴油机0.7~1.1(MPa)增压柴油机1~2.5(MPa)mip值的一般范围是：§1—3发动机指示指标第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/16发动机原理46二、指示功率Pi单位时间所做的指示功。四行程发动机120inVpPsmii二行程发动机60inVpPsmii30inVpPsmii—行程数。式中§1—3发动机指示指标第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/1647单位指示功所消耗的燃油量〔g/(kW·h)〕。310iiPBb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170~205〔g/(kW·h)〕汽油机205~320〔g/(kW·h)〕§1—3发动机指示指标第一章发动机性能第一章发动机性能2020/2/1648四、指示热效率i1QWii式中—得到