1、汽車發(fā)動機原理同學(xué)們好第1頁，共64頁。1. 1 發(fā)動機的理論循環(huán) 發(fā)動機的理論循環(huán)是對其實際循環(huán)進行抽象并加以理想化而得到，突出發(fā)動機工作過程中最本質(zhì)、最重要的因素。 舉例說明如下。 發(fā)動機性能包括動力性能指標(biāo)（功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速）、經(jīng)濟性能指標(biāo)（燃料及潤滑油消耗率）及運轉(zhuǎn)性能指標(biāo)（冷啟動性、噪聲和排氣品質(zhì)）等。 衡量一臺發(fā)動機的質(zhì)量主要對以上性能指標(biāo)進行評定，同時要把可靠性、耐久性、結(jié)構(gòu)工藝性、使用維修性、生產(chǎn)實際條件及使用特點等多方面予以綜合評定。第2頁，共64頁。實際循環(huán) 1、進氣過程: 01 2、壓縮過程: 123、燃燒過程: 24 4、膨脹過程: 45 5、排氣過程: 50第3頁，共

2、64頁。實際循環(huán)簡化1、501 51， 封閉循環(huán)2、12和45 絕 熱過程3、24 234， 加熱過程 第4頁，共64頁。1.1.1 發(fā)動機理論循環(huán)的基本假定1、假定工質(zhì)為理想氣體2、忽略進、排氣過程，假定為封閉循環(huán)3、壓縮、膨脹過程簡化為絕熱等熵過程4、燃燒過程簡化為外界熱源等定容或等壓向工質(zhì)加 熱，工質(zhì)放熱為等容放熱5、整個循環(huán)過程為可逆過程第5頁，共64頁。1、混合加熱循環(huán)（薩巴德循環(huán)）高速柴油機循環(huán) 燃燒過程為定容、定壓加熱過程； 1.1.2 發(fā)動機的三種基本理論循環(huán)：第6頁，共64頁。2、定容加熱循環(huán)(奧托循環(huán)）汽油機循環(huán) 燃燒過程為定容加熱過程；第7頁，共64頁。3、定壓加熱循環(huán)（

3、狄塞爾循環(huán)）高增壓和低速大型柴油機循環(huán) 燃燒過程為定壓加熱過程； 第8頁，共64頁。1.1.3 基本發(fā)動機理論循環(huán)分析 1、循環(huán)特征參數(shù) 壓縮比壓力升高比預(yù)膨脹比后膨脹比第9頁，共64頁。 2、熱效率（1）對混合加熱循環(huán) 第10頁，共64頁。利用循環(huán)特性參數(shù)，得 第11頁，共64頁。（2）定容加熱循環(huán)( )第12頁，共64頁。（3）定壓加熱循環(huán)( )第13頁，共64頁。 3、熱效率分析（1） （其他參數(shù)不變）對三種循環(huán)，都是 時，t 也當(dāng) = 20 左右時，對t 影響不大低速柴油機 = 1622高速柴油機 = 1420汽油機 = 812第14頁，共64頁。（2） （其他參數(shù)不變）不影響 t 。

4、定容加熱循環(huán)， 不出現(xiàn)定壓加熱循環(huán)， = 1混合加熱循環(huán)，時，t 也第15頁，共64頁。（3） （其他參數(shù)不變）定容加熱循環(huán)， = 1 ，無影響。對定壓加熱循環(huán)和混合加熱循環(huán) 時，t 第16頁，共64頁。4、循環(huán)平均壓力定義：根據(jù)熱力學(xué)理論，得到混合加熱循環(huán)平均壓力為：壓縮始點的壓力(kPa)第17頁，共64頁。定容加熱循環(huán)平均壓力定壓加熱循環(huán)平均壓力第18頁，共64頁。（1）進氣終了壓力 pa 提高， pt增加； t 提高， pt 增加; 凡是使 t 提高的因素，也都會增加 pt。 （2） （其他參數(shù)不變）對三種循環(huán)，都是 時，pt 也（3） （其他參數(shù)不變）定容加熱循環(huán)混合加熱循環(huán)時，pt

5、 也定壓加熱循環(huán)， = 1,不影響 pt 。 第19頁，共64頁。（4） （其他參數(shù)不變）定容加熱循環(huán)， = 1,不影響 pt 。 時，t定壓加熱循環(huán)混合加熱循環(huán)，所以，pt 是否增加，取決于綜合結(jié)果，但 從表面看 pt第20頁，共64頁。 5、三種基本循環(huán)的比較（1）初態(tài)相同，壓縮比 相同，加熱量Q1相同（2）初態(tài)相同，加熱量Q1相同，最高爆發(fā)壓力相同 第21頁，共64頁。1. 2 發(fā)動機的實際循環(huán)1.2.1 發(fā)動機實際循環(huán)的示功圖四沖程非增壓發(fā)動機的實際循環(huán)示功圖1.2.2 發(fā)動機實際循環(huán)的過程四沖程增壓發(fā)動機的實際循環(huán)示功圖第22頁，共64頁。1. 2. 3 發(fā)動機實際循環(huán)與理論循環(huán)的比

6、較 發(fā)動機實際循環(huán)與理論循環(huán)相比較，可以發(fā)現(xiàn)，兩者存在很大的差異。由于發(fā)動機理論循環(huán)是在理想條件下得到的，因此，這種差異表明了實際循環(huán)的缺陷，可以說明燃料燃燒熱量的損失，指示發(fā)動機工作過程改進的方向。第23頁，共64頁。1. 汽油機的實際循環(huán)Wk 工質(zhì)損失Wb 傳熱損失Wz 燃燒損失Wr 換氣損失W 提前排氣損失第24頁，共64頁。2. 柴油機的實際循環(huán)Wk 工質(zhì)損失Wb 傳熱損失Wz 燃燒損失Wr 換氣損失W 提前排氣損失第25頁，共64頁。1.實際工質(zhì)的影響Wk 理論循環(huán)假定工質(zhì)比熱容是定值。燃燒后生成CO2H20等氣體. 比熱容增大,循環(huán)的最高溫度降低.泄漏使工質(zhì)數(shù)量減少. 2.換氣損失

7、Wr 換氣時消耗的功成為換氣損失.其中應(yīng)工質(zhì)流動是需要克服進排氣系統(tǒng)阻力所消耗的功,稱為泵氣損失.造成發(fā)動機實際循環(huán)與理論循環(huán)存在差異的原因：（1）提前排氣；（2）強制排氣；（3）強制進氣即泵氣損失第26頁，共64頁。3.燃燒損失WZ 1)實際循環(huán)中燃料燃燒需要一定的時間,所以噴油或點火在上止點前,并且燃燒還會延續(xù)到膨脹行程.由此形成非瞬時燃燒損失和補燃損失. 2)實際循環(huán)中會有部分燃料由于缺氧產(chǎn)生不完全燃燒損失. 3)在高溫下部分燃燒產(chǎn)物分解而吸熱,即 使循環(huán)的最高溫度降低.第27頁，共64頁。4 傳熱損失Wb 實際循環(huán)中,氣缸壁(包括氣缸套氣缸蓋活塞環(huán)氣門噴油器等)和工質(zhì)的熱交換,造成損失

8、.5 缸內(nèi)流動損失損失第28頁，共64頁。1. 3 發(fā)動機的指示性能指標(biāo)1.3.1 指示功和平均指示壓力一、指示功W iW i = (F1 F2 ) ab/10-6二、平均指示壓力pmi 表示發(fā)動機單位氣缸 工作容積的指示功第29頁，共64頁。 于是指示功W i (KJ) 可以表示為 力學(xué)意義：可以把平均指示壓力看作是一個作用在活塞上的壓力，這個壓力使活塞移動一個行程，所做的功即為指示功。第30頁，共64頁。指示功率P i: 發(fā)動機單位時間內(nèi)所做的指示功四沖程發(fā)動機二沖程發(fā)動機1.3.2 指示功率P i第31頁，共64頁。1.3.3 指示熱效率和指示燃油消耗率一、指示熱效率 ：實際循環(huán)指示功(

9、kJ)與所消耗的燃料熱量(kJ)之比。第32頁，共64頁。二者有關(guān)系式二、指示燃油消耗率 b i:單位指示功的耗油量。第33頁，共64頁。4 發(fā)動機有效性能指標(biāo)1. 4. 1 發(fā)動機動力性能指標(biāo)1. 有效功和有效功率 發(fā)動機曲軸傳遞的功率稱為有效功率 Pe（KW），它是工質(zhì)所做指示功率，扣除各種損失后的功率。 有效功率通過試驗測量得到。第34頁，共64頁。2. 有效扭矩 Ttq(N.m) 發(fā)動機曲軸輸出的扭矩稱為有效扭矩 Ttq 。 有效扭矩也可通過試驗測量得到。 有效扭矩與有效功率的關(guān)系第35頁，共64頁。3. 平均有效壓力 pme 發(fā)動機單位氣缸工作容積所做有效功即平均有效壓力 pme（M

10、Pa)。第36頁，共64頁。4. 轉(zhuǎn)速 n 和活塞平均速度 Cm 發(fā)動機轉(zhuǎn)速高，單位時間作功次數(shù)多，可在不增加發(fā)動機的體積和質(zhì)量條件下，提高發(fā)動機的功率。 發(fā)動機的轉(zhuǎn)速主要取決于氣缸內(nèi)的燃燒速度，不能任意提高。第37頁，共64頁。Cm大，則活塞組的熱負荷和曲柄連桿機構(gòu)的慣性力均增大，磨損加劇，壽命下降。一般汽油機不超過18M/S，柴油機不超過13m/s。為提高轉(zhuǎn)速又不使Cm過大，可以減小行程S，即對于高速發(fā)動機，在結(jié)構(gòu)上采用較小的行程缸徑比(S/D)值。當(dāng)S/D1時，常稱為短行程。第38頁，共64頁。1. 4. 2 發(fā)動機經(jīng)濟性能指標(biāo)1. 有效熱效率 het 發(fā)動機所做有效功 We 與所消耗燃

11、料熱量Q1的比值即有效熱效率 het。第39頁，共64頁。2. 有效燃料消耗率 be （有效比油耗） 發(fā)動機在1小時所發(fā)出單位有效功率時所消耗燃料質(zhì)量Q1的比值即有效燃料消耗率 be g/(KW.h)。二者有關(guān)系式第40頁，共64頁。1. 4. 3 發(fā)動機強化性能指標(biāo)1. 升功率 PL 單位(升）氣缸工作容積所發(fā)出的有效功率即升功率 PL。升功率衡量發(fā)動機容積利用程度第41頁，共64頁。2. 比質(zhì)量 me 發(fā)動機單位有效功率所占用的發(fā)動機干質(zhì)量即比質(zhì)量 me 。比質(zhì)量表征質(zhì)量利用程度和結(jié)構(gòu)緊湊性第42頁，共64頁。3. 強化系數(shù) pmeCm 平均有效壓力 pme 與活塞平均速度 Cm 的乘積稱

12、為強化系數(shù) pmeCm 強化系數(shù)反映發(fā)動機的機械負荷和熱負荷的強度。 技術(shù)進步的一個標(biāo)志。第43頁，共64頁。1. 5 發(fā)動機的機械損失發(fā)動機的機械損失： 發(fā)動機曲軸輸出的功或功率小于其氣缸內(nèi)氣體膨脹所作出的功或功率，兩者之差稱為發(fā)動機的機械損失。 機械損失包括摩擦損失、泵氣損失和驅(qū)動附件消耗的功或功率。第44頁，共64頁。發(fā)動機機械損失的構(gòu)成機械損失類型占指示功率比例 %占有效功率比例 %占機械損失功率比例 %摩擦損失 8 20 9 29 62 75附件驅(qū)動損失 1 5 1 7 10 20泵氣損失 2 4 2 6 10 20總機械損失 10 30 11 43 100第45頁，共64頁。 由此

13、可見，發(fā)動機機械損失最主要構(gòu)成部分是摩擦損失。而在摩擦損失中，活塞、活塞環(huán)與氣缸壁面的摩擦以及曲柄連桿機構(gòu)的摩擦幾乎構(gòu)成全部的摩擦損失。 活塞、活塞環(huán)與氣缸壁面的摩擦占摩擦損失的70%，曲柄連桿機構(gòu)的摩擦占摩擦損失的25%，兩者之和達到95% 。第46頁，共64頁。1. 5. 1 發(fā)動機的機械損失1. 機械損失功2. 機械損失功率3. 平均機械損失壓力第47頁，共64頁。4. 三者關(guān)系第48頁，共64頁。1. 5. 2 機械效率機械效率: 有效功率與指示功率的比值稱為機械效率。第49頁，共64頁。1. 5. 3 發(fā)動機機械效率的測定 機械效率只能通過實際發(fā)動機的試驗來測定。簡便易行的測試方法有

14、： （1）示功圖法 （2） 倒拖法 （3） 滅缸法 （4） 油耗線法第50頁，共64頁。1、示功圖法 精確的機械效率測試方法是示功圖法， 在確定的工況下，通過測量出所有氣缸的大量示功圖，加以統(tǒng)計平均處理，得出發(fā)動機實際循環(huán)的平均示功圖，并通過計算，獲得發(fā)動機平均指示功率Pi ，與此時測出的有效功率Pe 之差即為機械損失功率Pm。適用范圍：適用于所有機型。第51頁，共64頁。2. 倒拖法 從電力測功機上所測得的倒拖功率Ptest即為發(fā)動機在該工況下的機械損失功率。 適用范圍： 具有平衡式電力測功機的汽油機。 國標(biāo)規(guī)定優(yōu)先采用倒拖法。第52頁，共64頁。2. 滅缸法 先確定發(fā)動機的有效功率，然后使

15、發(fā)動機各個氣缸輪流停止工作，并保持轉(zhuǎn)速始終不變，測量各缸停止工作時所對應(yīng)的有效功率。這樣可測出發(fā)動機的指示功率，也就確定了機械損失功率。 若第 j 缸停止工作，則沒有停缸測出的有效功率Pe與此時測出的有效功率Pe ,j之差即為第 j 缸的指示功率Pi , j故第53頁，共64頁。由于所以適用范圍：僅適用于多缸非增壓的柴油機； 第54頁，共64頁。4. 油耗線法 保持發(fā)動機轉(zhuǎn)速不變，改變發(fā)動機負荷，同時調(diào)節(jié)發(fā)動機油門，并測出每小時耗油量 B，繪制出 B pme 關(guān)系，即下圖。第55頁，共64頁。 B pme 關(guān)系曲線的靠近坐標(biāo)原點部分近似為直線，將這部分曲線按直線延伸，直至與橫坐標(biāo)相交，則交點

16、Q 的橫坐標(biāo)即為平均機械損失壓力 pmm。 這也提供了又一種求平均機械損失壓力 pmm的方法。圖中，如果認為油耗曲線中從 A 點到 B 點為直線，則 ACQ 和 BOQ 構(gòu)成兩相似三角形。于是第56頁，共64頁。 從中得到適用范圍：適用于非增壓或低增壓的柴油機。第57頁，共64頁。1. 6 發(fā)動機的熱平衡 在發(fā)動機中,熱量是有燃料燃燒而產(chǎn)生,若測得發(fā)動機每小時的耗油量B(kg/h),設(shè)燃料完全燃燒,則每小時所放出的熱量為:第58頁，共64頁。發(fā)動機的熱平衡即燃料熱量的分配。燃料 有 傳 廢 燃燒 其他 效 熱 氣 熱量 功 量 熱 損失 損失燃料量 實 可 可 可 不可 估 估 估 熱值 測 算 算 算 估算第59頁，共64頁。熱平衡常以燃料總熱的百分數(shù)表示,即 有 傳 廢 燃燒 其他 效 熱 氣 功 量 熱 損失 損失第60頁，共64頁。形 式qeqsqrqbql汽油機柴油機增壓柴油機25-3030-4035-4512-2715-3510-2530-5025-4525-400-450-50-53-102-52-5 發(fā)動機的熱平衡實質(zhì)是能量守恒原理的應(yīng)用。 即第61頁，共64頁。提高發(fā)動機性能的途徑： 掌握發(fā)動機的熱平衡即掌握了從發(fā)動機氣缸內(nèi)部工作過程來提高發(fā)動機性能的途徑。 總體來說，提高發(fā)動機性能的途徑有氣缸內(nèi)外兩條途徑。 減少機