卡特发动机-原理

发动机原理介绍一、分类热机发动机旋转叶轮式蒸汽机外燃机内燃机蒸汽轮机往复活塞式其他形式点燃式压燃式燃气轮机航空喷气发动机二、往复活塞式内燃机工作原理曲柄连杆机构将旋转运动转化为往复运动柴油机：将燃烧的热能通过活塞、连杆、曲轴输出动能四冲程往复活塞式内燃机二冲程往复活塞式内燃机卡特彼勒发动机发动机型式：–四冲程、水冷式柴油发动机–四冲程、水冷式天燃气发动机三、发动机规格参数缸径（Bore）冲程（Stroke）B发动机规格参数排量（Displacement）发动机规格参数压缩比（CompressionRatio）CR=TV/CV力对物体作的功为：力沿物体位移方向的分量与物体位移的乘积。–W=F·S·COSα–1焦耳=1牛·米SFα四、功的定义力矩对转动物体作的功为：力对物体转轴的合力矩与物体角位移的乘积。–W=M·θ–1焦耳=1牛·米Mθ功的定义功率的定义功率：在单位时间内力作的功。–N=W/t–1瓦=1焦耳/秒–1千瓦（kW）=1000瓦（W）–1马力（Hp）=0.735千瓦(kW)系统内能变化的两种方式：–作功–传递热量1卡(K)=4.18焦耳(J)功与能量柴油(质量):–C:87%;H:12.5%;O:0.4%;空气(质量):–O2:23.2%;N2:76.8%;发动机燃烧化学反应方程式(完全燃烧）:–C+O2=CO2–H2+1/2O2=H2O–1kg柴油理论上燃烧需要14.3kg空气。燃烧化学柴油发动机的热量分配：–转换为有效功：30~42%；–冷却介质带走：15~35%；–随废气排出：25~45%；–其他（热辐射等）：5~10%；发动机热平衡五、柴油机的性能指标环保性能动力性经济性使用性能低噪声、低振动低排放体积小,重量轻起动性、可靠性燃油消耗易于维修保养指示指标：气缸内的气体对活塞作功后获得的性能参数。–指示功（Wi）：–平均指示压力（Pmi）：–指示功率（Ni）：–指示热效率(ηmi）:–指示燃油消耗率(gi）:发动机性能指标有效指标：从内燃机输出轴上获得的性能指标。–输出转速(n)和有效扭矩（Me）:–机械效率（ηm）和有效功率（Ne）：–平均有效压力（Pme）和升功率(Nl）:–小时油耗(Gf)和有效燃油消耗率（ge）：发动机性能指标发动机性能指标有效功率（Ne）：从发动机输出轴上获得的功率。单位：千瓦（bkW）–Ne=Me·n/9550Me-扭矩的单位：牛·米（N·m）n-转速的单位：转/分（rpm）发动机性能指标小时油耗Gf:(单位:kg/h)–每小时的耗油量.有效燃油消耗率ge：（单位:g/kW·h）–单位有效功的耗油量。–ge=Gf/Ne×1031.增加燃烧产生的能量2.提高循环的热效率3.提高机械效率增大输出功的方法输出更大的能量需要燃烧更多的燃油和空气1.增大排量2.提高转速3.增压4.增压中冷六、增压问题机械增压利用废气的能量驱动废气涡轮旋转，带动空压机对进气进行压缩。废气涡轮增压利用的是机械损失中的一部分能量使柴油机发出更多的功，提高了机械效率。提高了热效率，降低燃油消耗废气涡轮增压废气涡轮增压高温废气使废气涡轮和空压机温度升高，进气温度上升造成实际进气量的降低热负荷增大，须冷却活塞进一步增加进气量需要增压中冷水-空气中冷在中冷器中，通过冷却水对经过增压器后的高温压缩空气进行冷却后再进入汽缸压缩空气被冷却后，温度大约冷却到90ºC左右增加氧气含量，提高燃烧效率，并降低燃油消耗，改善排放性能降低热负荷，可靠性增强，降低机油消耗空气-空气中冷在中冷器中，通过空气对经过增压器后的高温压缩空气进行冷却后再进入汽缸压缩空气被冷却后，温度大约冷却到50ºC左右进气温度更低，氧气含量更高。独立循环的中冷在中冷器中，通过独立循环的冷却液对经过增压器后的高温压缩空气进行冷却后再进入汽缸压缩空气被冷却后的温度由中冷器的循环系统决定七、环境保护-静音机组减少噪音污染-低振动-低排放标准控制排放的重要性•地球大气中77.3%的一氧化碳(CO)55.3%的碳氢化物(HC)50.9%的氮氧化物(NOX)均来自汽车排放。排放法规的重要性•美国、日本和欧共体等国从20世纪60年代就开始相继制订出有关尾气排放法规•强制性的阶段性的排放法规•我国从80年代起也相应制订了有关的标准,2002年将有针对重型柴油机的排放法规出台政府通过强制性的排放法规推动内燃机技术的发展严格的排放法规强制性的要求!–300-600bhp机型2001，1，1必须满足USEPATier2下一步的要求：–所有机型到2006年必须满足Tier2–100-750bhp的机型2003年必须满足Tier2EuropeanUnion(EU)Stage2–175-750Hp的要求2002，1，1生效发动机排放物的成分Hydrocarbons碳氢化合物CarbonMonoxide一氧化碳OxidesofNitrogen氮氧化物(NOX)ParticulateMatter颗粒Smoke/Opacity烟度汽油机与柴油机排放物的不同enginegrossTierITierIITierIIITIERIIInotyetestablishedpowerlevel560BkW9.2NOx,0.54PM6.4NMHC+NOx,0.2PM450-560BkW9.2NOx,0.54PM,1.3HC,11.4CO6.4NMHC+NOx,0.2PM,3.5CO4.0NMHC+NOx,0.2PM225-450BkW9.2NOx,0.54PM,1.3HC,11.4CO6.4NMHC+NOx,0.2PM,3.5CO4.0NMHC+NOx,0.2PM130-225BkW9.2NOx,0.54PM,1.3HC,11.4CO6.6NMHC+NOx,0.2PM4.0NMHC+NOx,0.2PM75-130BkW9.2NOx6.6NMHC+NOx,0.3PM4.0NMHC+NOx,0.3PM37-75BkW9.2NOx7.5NMHC+NOx,0.4PM4.7NMHC+NOx,0.4PM19-37BkW9.5NMHC+NOx,0.8PM,5.5CO7.5NMHC+NOx,0.6PM8-19BkW9.5NMHC+NOx,0.8PM,6.6CO7.5NMHC+NOx,0.8PM8BkWemissionsvaluesing/kW-hr10.5NMHC+NOx,1.0PM,8.0CO7.5NMHC+NOx,0.8PM19961997199819992000200120022003200420052006200720082009美国环保署（USEPA）排放法规非公路用Tier16.9g/hp-hrNOx1.0g/hp-hrHC0.4g/hp-hrPM8.5g/hp-hrCO第一与第二阶段的比较Tier24.8g/hp-hrNOx+HC0.15g/hp-hrPM2.6g/hp-hrCO降低的比率-40%-63%-70%尾气再处理方案燃烧过程的突破性进展更完善的电子技术下一代的燃油喷射技术如何控制排放？八、发动机标定条件CAT发动机额定功率的标定条件基于：–SAEJ1349同样适用于：–ISO3046/1–DIN6271–BS5514发动机标定条件SAEJ1349标准：–大气压力：100千帕（29.61英寸汞柱)–空气湿度：30%–环境温度：25°C(77°F)–功率误差：±3%发动机标定条件燃油的技术规格:–燃油低热值(LHV):在29°C(85°C)时42780千焦/千克；–重度:在16°C时为35°API；–比重:在29°C时0.839千克/升；发动机标定条件标准附件:–润滑油泵–燃油泵–水泵额定功率是净功率。发动机标定条件国内标准GB1105-74：–15min功率–1h功率–12h功率–持续功率发动机标定条件CAT发动机功率标定：所有被定义的额定值都有：±3%的制造公差负荷系数：运行周期：发动机标定条件CAT发动机功率标定–工业用机：IND-E：IND-D：IND-C（INTERMITTENT)：IND-B：IND-A(CONTINUOUS)：九、影响发动机功率的因素附加驱动设备负荷持续时间发动机转速增压中冷空气密度空气温度燃油标定燃油温度影响发动机功率的因素附加驱动设备：–风扇、发电机、液压泵等将减少发动机的净输出功率。负荷持续时间：–发动机输出功率与实际负荷系数，实际工作周期有关。影响发动机功率的因素发动机转速：–发动机输出功率与实际使用时的转速有关。增压器，中冷器：–增压、中冷将提高发动机的输出功率。影响发动机功率的因素空气密度：–海拔升高，空气密度下降，功率降低；–海拔降低，空气密度增加，功率上升。–海拔高度每增加305米，减少额定值3%（1000米以上）–最大额定值减少率为35%；影响发动机功率的因素空气温度：空气温度升高，功率下降，空气温度降低。功率升高。每升高5.6ºC，下降1%。影响发动机功率的因素燃油标定：比重增加，功率上升；燃油温度：–燃油温度升高，功率下降；–38ºC以上，每上升6ºC，功率下降1%；–柴油温度最高限制66ºC（装有ECM）。发动机功率的修正由于实际条件，如海拔高度和环境温度的不利影响，需要降低发动机的最大输出功率；否则:–排气温度会升高；–排烟量会增加；–涡轮增压器转速会上升。谢谢大家！