第1章_性能指標(biāo)與影響因素1

1、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理Automotive Engine Fundamentals講課內(nèi)容講課內(nèi)容第一部分：動(dòng)力輸出與能量利用第一部分：動(dòng)力輸出與能量利用第第1 1章章 動(dòng)力、經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)與影響因素動(dòng)力、經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)與影響因素第第2 2章章 燃料、工質(zhì)與熱化學(xué)燃料、工質(zhì)與熱化學(xué)第第3 3章章 工作循環(huán)與能量利用工作循環(huán)與能量利用第第4 4章章 換氣過(guò)程與進(jìn)氣充量換氣過(guò)程與進(jìn)氣充量第第5 5章章 運(yùn)行特性與整車匹配運(yùn)行特性與整車匹配第二部分：燃燒與排放第二部分：燃燒與排放第第6 6章章 燃燒的基礎(chǔ)知識(shí)燃燒的基礎(chǔ)知識(shí)第第7 7章章 柴油機(jī)混合氣形成與燃燒柴油機(jī)混合氣形成與燃燒第第8 8章章

2、汽油機(jī)混合氣形成與燃燒汽油機(jī)混合氣形成與燃燒第第9 9章章 有害排放物的生成與控制有害排放物的生成與控制第第1010章章 新燃燒方式與替代燃料動(dòng)力新燃燒方式與替代燃料動(dòng)力 動(dòng)力的獲取和輸出；能量的消動(dòng)力的獲取和輸出；能量的消耗和利用耗和利用 燃料能量轉(zhuǎn)換的燃料能量轉(zhuǎn)換的“質(zhì)質(zhì)”環(huán)節(jié)；環(huán)節(jié)；加入整機(jī)能量總量的加入整機(jī)能量總量的“量量”環(huán)環(huán)節(jié)節(jié)講課內(nèi)容講課內(nèi)容1.工質(zhì)對(duì)活塞所作功及示功圖工質(zhì)對(duì)活塞所作功及示功圖2.發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)3.影響動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的環(huán)節(jié)影響動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的環(huán)節(jié)與因素與因素第一部分：動(dòng)力輸出與能量利用第一部分：動(dòng)力輸出與能量利用第第1 1章章動(dòng)力、經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)與

3、影響因素動(dòng)力、經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)與影響因素第第2 2章章 燃料、工質(zhì)與熱化學(xué)燃料、工質(zhì)與熱化學(xué)第第3 3章章 工作循環(huán)與能量利用工作循環(huán)與能量利用第第4 4章章 換氣過(guò)程與進(jìn)氣充量換氣過(guò)程與進(jìn)氣充量第第5 5章章 運(yùn)行特性與整車匹配運(yùn)行特性與整車匹配第二部分：燃燒與排放第二部分：燃燒與排放第第6 6章章 燃燒的基礎(chǔ)知識(shí)燃燒的基礎(chǔ)知識(shí)第第7 7章章 柴油機(jī)混合氣形成與燃燒柴油機(jī)混合氣形成與燃燒第第8 8章章 汽油機(jī)混合氣形成與燃燒汽油機(jī)混合氣形成與燃燒第第9 9章章 有害排放物的生成與控制有害排放物的生成與控制第第1010章章 新燃燒方式與替代燃料動(dòng)力新燃燒方式與替代燃料動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)劣的評(píng)

4、價(jià)指標(biāo)評(píng)價(jià)指標(biāo)主要由以下5類：1）功率、轉(zhuǎn)矩和運(yùn)行速度（如轉(zhuǎn)速、活塞平均速度） 動(dòng)力性指標(biāo)動(dòng)力性指標(biāo)；2）有效效率和燃料消耗率（或考慮潤(rùn)滑油消耗率）經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)；3）CO、HC 、NOX 和PM等 有害排放指標(biāo)有害排放指標(biāo)；4）燃燒噪聲和冷啟動(dòng)等 其它運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo)其它運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo)； 前四類指標(biāo)本書涉及5）可靠性、耐久性、維修方便性等 使用性能指標(biāo)使用性能指標(biāo)。 本章對(duì)往復(fù)式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)做功進(jìn)行概述，然后引入動(dòng)力及經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的基本概念，最后通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)能量轉(zhuǎn)換和循環(huán)充量?jī)蓚€(gè)環(huán)節(jié)做概括性分析，指出對(duì)性能指標(biāo)的影響因素。 1.1 工質(zhì)對(duì)活塞做功及示功圖工質(zhì)對(duì)活塞做功及示功圖1.1.1 工質(zhì)對(duì)活塞

5、做功工質(zhì)對(duì)活塞做功 往復(fù)式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)中活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)，缸內(nèi)工質(zhì)以及缸外介質(zhì)（曲軸箱內(nèi)壓力）都要對(duì)活塞做功。缸內(nèi)壓力方向與活塞運(yùn)動(dòng)方向一致，工質(zhì)對(duì)活塞作正功（進(jìn)氣和膨脹）。否則做負(fù)功（壓縮和排氣，反向）。一個(gè)循環(huán)所有沖程做功之和就是循環(huán)功。 沖程功或循環(huán)功都可以用p-V示功圖或p-壓力圖（展開示功圖）表示。 功 + - 活塞背面壓力p0在四個(gè)沖程中對(duì)活塞所做功正、負(fù)相抵消，故循環(huán)功僅用缸內(nèi)工質(zhì)對(duì)活塞所做功來(lái)計(jì)算。 第第1章章 動(dòng)力、經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)與影響因素動(dòng)力、經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)與影響因素pdVp- 圖圖工質(zhì)對(duì)活塞所作功工質(zhì)對(duì)活塞所作功 示功圖（四沖程）示功圖（四沖程）p-V 圖圖EIIETDCTDCTDC

6、BDCBDCw/o combustion0180360540720 CAppzp0IVCEVOEVCIVOTDC(上止點(diǎn)上止點(diǎn))BDC(下止點(diǎn)下止點(diǎn))ppzp0VsVcVpAds- Top Dead Center- Bottom Dead Center- Intake Valve Open- Intake Valve Close- Exhaust Valve Open- Exhaust Valve Close示功圖示功圖Indicator Diagram壓力圖壓力圖/ /展開示功圖展開示功圖 要求會(huì)識(shí)圖要求會(huì)識(shí)圖和畫圖！和畫圖！氣門重疊VC-壓縮終點(diǎn)氣缸容積壓縮終點(diǎn)氣缸容積 VS-氣缸工作容積

7、氣缸工作容積 po-大氣壓力大氣壓力 pz-最高爆發(fā)壓力最高爆發(fā)壓力正負(fù)功確定原則：正負(fù)功確定原則：n 壓力方向與活塞運(yùn)動(dòng)方向一致，壓力方向與活塞運(yùn)動(dòng)方向一致，工質(zhì)對(duì)活塞作正功工質(zhì)對(duì)活塞作正功n 壓力方向與活塞運(yùn)動(dòng)方向相反，壓力方向與活塞運(yùn)動(dòng)方向相反，工質(zhì)對(duì)活塞作負(fù)功工質(zhì)對(duì)活塞作負(fù)功工質(zhì)對(duì)活塞所作功工質(zhì)對(duì)活塞所作功Compression 壓縮過(guò)程壓縮過(guò)程 W 0 Intake 進(jìn)氣過(guò)程進(jìn)氣過(guò)程 W 0 Exhaust 排氣過(guò)程排氣過(guò)程 W 1 ,稀稀(lean)混合氣混合氣 a 1, 濃濃(rich)混合氣混合氣 a =1, 化學(xué)計(jì)量比（化學(xué)計(jì)量比（stoichiometric ratio），

8、），過(guò)去稱理論空燃比過(guò)去稱理論空燃比可燃混合氣濃度與熱值可燃混合氣濃度與熱值0理論1kg實(shí)際供給1kglla空氣量燃料完全燃燒需要的的空氣量燃料燃燒）（國(guó)外用燃空當(dāng)量比燃空當(dāng)量比(equivalent ratio) 1 / a，歐美國(guó)家常用，歐美國(guó)家常用 2) 空燃比空燃比 (Air/Fuel ratio, A/F)3) 可燃混合氣熱值可燃混合氣熱值Hum (Mixture low heat value)定義定義: 單位質(zhì)量或單位體積單位質(zhì)量或單位體積發(fā)出的熱量發(fā)出的熱量(kJ/kg或或kJ/m3)Hu表示燃料的能量密度，越高越便于攜帶；表示燃料的能量密度，越高越便于攜帶；Hum代表混合氣的能

9、量密度，代表混合氣的能量密度，越高則相同工作容積時(shí)發(fā)出功率越高越高則相同工作容積時(shí)發(fā)出功率越高(pme也越高也越高)0a)(lFAl混合氣中燃料質(zhì)量混合氣中空氣質(zhì)量或suvum)(VHmH0auuuum11lHlHlmmHmH或或可燃混合氣濃度與熱值可燃混合氣濃度與熱值理論空燃比理論空燃比 柴油 14.3 / 汽油 14.8l 為單位質(zhì)量的燃料完全燃燒實(shí)際供給的空氣質(zhì)量能量轉(zhuǎn)換效率能量轉(zhuǎn)換效率ub1cHgQ 1itQW iemWW 1) 燃燒效率燃燒效率2) 循環(huán)熱效率循環(huán)熱效率3) 機(jī)械效率機(jī)械效率ubemitmtcetHgW4) 有效效率有效效率每缸每循環(huán)燃燒時(shí)發(fā)出的熱量每缸每循環(huán)燃燒時(shí)發(fā)

10、出的熱量 (kJ)單缸循環(huán)油量單缸循環(huán)油量(kg)指示效率指示效率正常燃燒：正常燃燒：汽油機(jī)汽油機(jī) c=95%98%柴油機(jī)柴油機(jī) c=98%99%Combustion EfficiencyThermal EfficiencyMechanical EfficiencyEffective Efficiency曲軸輸出功曲軸輸出功總指示功總指示功混合氣混合氣(進(jìn)氣進(jìn)氣)充量充量ssacVm充量系數(shù)充量系數(shù)(容積效率容積效率)Volumetric efficiency每缸每循環(huán)吸入缸內(nèi)的新鮮空氣量與按進(jìn)氣系統(tǒng)前狀態(tài)計(jì)算每缸每循環(huán)吸入缸內(nèi)的新鮮空氣量與按進(jìn)氣系統(tǒng)前狀態(tài)計(jì)算 而得的理論充氣量之比而得的理論

11、充氣量之比(75%-90%) 0a0aa0aaaam1)/(llAlAABAG 0a0assssc0a0assc12112llTRinpVllinV可燃混合氣流量：可燃混合氣流量：l 大氣密度大氣密度(自然吸氣機(jī)型自然吸氣機(jī)型)l 增壓后空氣密度增壓后空氣密度(增壓機(jī)型增壓機(jī)型)新鮮空氣量新鮮空氣量燃油量燃油量)2)()(ssssc0aumtcummeteinTRpVlHHGPuetumitumtce111HHHb功率和油耗的表達(dá)式功率和油耗的表達(dá)式(課程總綱課程總綱)燃燒效率燃燒效率(第二部分第二部分)循環(huán)熱效率循環(huán)熱效率( (第第3 3章章) )機(jī)械效率機(jī)械效率( (第第3 3章章) )進(jìn)氣充量進(jìn)氣充量( (第第4 4章章) )混合氣熱值混合氣熱值( (第第2 2章章) )第第1章小結(jié)章小結(jié)要求掌握：要求掌握：1. 1. 基本概念基本概念各種功；平均壓力；空燃比各種功；平均壓力；空燃比/ /過(guò)量空氣系數(shù)過(guò)量空氣系數(shù)/ /燃空當(dāng)量比