第3章_循環(huán)分析與能量利用

1、Department of Automotive EngineeringTsinghua UniversityTsinghua UniversityEmail: Phone:14汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理Department of Automotive EngineeringTsinghua UniversityTsinghua University1. 循環(huán)模式與熱效率循環(huán)模式與熱效率 2. 機(jī)械損失與機(jī)械效率機(jī)械損失與機(jī)械效率 3. 能量分配與合理利用能量分配與合理利用 )2)()(ssssc0aumtcummeteinTRpVlHHGPuetumitumtc

2、e111HHHb循環(huán)熱效率和機(jī)械效率循環(huán)熱效率和機(jī)械效率 質(zhì)環(huán)節(jié)質(zhì)環(huán)節(jié) 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 性能指標(biāo)與影響因素性能指標(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

3、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Department of Automotive EngineeringTsinghua UniversityTsinghua University循環(huán)模式分類循環(huán)模式分類 1) (Theoretical Cycle)工質(zhì)工質(zhì)(空氣空氣)，物性參數(shù)，物性參數(shù)(比熱比比熱比, k)為常數(shù)，不隨溫度變化為常數(shù)，不隨溫度變化循環(huán)循環(huán)： 封閉熱力循環(huán)：系統(tǒng)加熱封閉熱力循環(huán)：系統(tǒng)加熱燃燒放熱；系統(tǒng)放熱燃燒放熱；系統(tǒng)放熱氣體交換氣體交換(進(jìn)排氣進(jìn)排氣) 特殊熱力過(guò)程：絕熱壓

4、縮和膨脹；等容或等壓加熱和放熱特殊熱力過(guò)程：絕熱壓縮和膨脹；等容或等壓加熱和放熱 2) (Ideal Cycle)工質(zhì)工質(zhì)真實(shí)工質(zhì)真實(shí)工質(zhì)循環(huán)循環(huán)理想循環(huán)理想循環(huán) 3) (Real Cycle)工質(zhì)工質(zhì)真實(shí)工質(zhì)真實(shí)工質(zhì)循環(huán)循環(huán)真實(shí)循環(huán)真實(shí)循環(huán)Q2Q1等熵壓縮等熵壓縮等容等容/等壓加熱等壓加熱 等熵膨脹等熵膨脹等容放熱等容放熱工質(zhì)和循環(huán)模式是決定循環(huán)熱效率的兩大因素工質(zhì)和循環(huán)模式是決定循環(huán)熱效率的兩大因素 Department of Automotive EngineeringTsinghua UniversityTsinghua University循環(huán)熱效率循環(huán)熱效率(Cycle therm

5、al efficiency)h ht211qq - -h htt1wq 0 12321tqq w-pVTswtwtq2q1示功圖示功圖溫熵圖溫熵圖溫熵圖溫熵圖(T-s)是分析循環(huán)熱效率是分析循環(huán)熱效率的一種有效而又直觀的方法的一種有效而又直觀的方法w pdV Tds dut - - 循環(huán)功循環(huán)功( (動(dòng)力過(guò)程功）動(dòng)力過(guò)程功）熱力學(xué)熱力學(xué)第一定律第一定律循環(huán)熱效率循環(huán)熱效率: :Tdsdq Department of Automotive EngineeringTsinghua UniversityTsinghua University理論循環(huán)分類理論循環(huán)分類：1) 等容加熱等容加熱 等容循環(huán)等

6、容循環(huán)(Otto循環(huán)循環(huán))2) 等壓加熱等壓加熱 等壓循環(huán)等壓循環(huán)(Diesel循環(huán)循環(huán))3) 混合混合(等容等壓等容等壓)加熱加熱 混合循環(huán)混合循環(huán)(Sabathe循環(huán)循環(huán))1- 2: 等熵壓縮等熵壓縮(isentropic)2- 3: 等容等容/等壓加熱等壓加熱(isochoric/isobaric)3- 4: 等熵膨脹等熵膨脹(isentropic)4- 1: 等容放熱等容放熱(isochoric)Department of Automotive EngineeringTsinghua UniversityTsinghua University等容循環(huán)等容循環(huán)(Isochoric cyc

7、le)VspT3q1q1q22411234V1V2q2q2q1奧托循環(huán)奧托循環(huán)(Otto Cycle):早期汽油機(jī)早期汽油機(jī)轉(zhuǎn)速低，燃燒接近等容放熱轉(zhuǎn)速低，燃燒接近等容放熱壓力升高比壓力升高比 p3/p2壓力升高比對(duì)等容循環(huán)的壓力升高比對(duì)等容循環(huán)的熱效率沒(méi)有影響！熱效率沒(méi)有影響！等容循環(huán)效率等容循環(huán)效率:( () )( () )h hh hh hk kk kk kt21t,vv41v321412321221134143t,v122111qq1c TTc TT1TTT1TTT1TTVVVVTT1TT1VV - - - - - - - - - - - - - - - - - - -h he et,

8、v111 - - -k Department of Automotive EngineeringTsinghua UniversityTsinghua University加熱時(shí)刻對(duì)循環(huán)的影響加熱時(shí)刻對(duì)循環(huán)的影響(等容度等容度)q1 = const.q133 3 3q13*4*41q222*3*4*4q212*2TpsVTDC 加熱加熱: 1 - 2 - 3 - 4BTDC 加熱加熱: 1 - 2*- 3*- 3- 4*- 1ATDC 加熱加熱: 1 - 2 - 2*- 3*- 4*- 1h ht211qq - -偏離上止點(diǎn)加熱，偏離上止點(diǎn)加熱，h ht 增大增大 or 減小減小?1cmcmV

9、Vee等容度：等容度：VcmVs等容加熱等容加熱100等容度等容度q2 增加，增加，h ht 減小減小VcDepartment of Automotive EngineeringTsinghua UniversityTsinghua University等壓循環(huán)等壓循環(huán)(Isobaric cycle)q13341q224q212Tpq1p2V2V1sV4狄賽爾循環(huán)狄賽爾循環(huán)(Diesel Cycle):早期柴油機(jī)在上止點(diǎn)噴油燃燒早期柴油機(jī)在上止點(diǎn)噴油燃燒 h ht,p=容積預(yù)膨脹比容積預(yù)膨脹比: =V3/V2預(yù)膨脹比預(yù)膨脹比 與等容度與等容度 是什么關(guān)系？是什么關(guān)系？ 1121Departme

10、nt of Automotive EngineeringTsinghua UniversityTsinghua University混合循環(huán)與其他循環(huán)的比較混合循環(huán)與其他循環(huán)的比較q1p241q2,vvT21q134q2,v等容循環(huán)等容循環(huán) pq12341q2,pvTs21q14q2,p等壓循環(huán)等壓循環(huán) 3s3h ht,s=現(xiàn)代汽油機(jī)和柴油機(jī)的實(shí)際工作循環(huán)現(xiàn)代汽油機(jī)和柴油機(jī)的實(shí)際工作循環(huán)是混合循環(huán)。相對(duì)而言，傳統(tǒng)汽油機(jī)是混合循環(huán)。相對(duì)而言，傳統(tǒng)汽油機(jī)更接近于等容循環(huán)，傳統(tǒng)柴油機(jī)更接更接近于等容循環(huán)，傳統(tǒng)柴油機(jī)更接近于等壓循環(huán)。近于等壓循環(huán)。 3pq1,p241q2,svs21q1,p34q2,

11、sq1,v3 q1,v3 T混合循環(huán)混合循環(huán) Department of Automotive EngineeringTsinghua UniversityTsinghua University理論循環(huán)熱效率的比較理論循環(huán)熱效率的比較20161284000.8h hte e等容循環(huán)等容循環(huán) 等壓循環(huán)等壓循環(huán) 混合循環(huán)混合循環(huán) 150 bar70 barp3 = 40 bark k = 1.4q*= 9.14p1 = 1 barq*qc T1p 1 在加熱量、壓縮比相同的條件下，等容循環(huán)具有最高的熱效率，在加熱量、壓縮比相同的條件下，等容循環(huán)具有最高的熱效率，因此，提高等容加熱

12、比例是提高熱效率的有效途徑因此，提高等容加熱比例是提高熱效率的有效途徑Department of Automotive EngineeringTsinghua UniversityTsinghua University壓縮比和壓縮比和等熵等熵指數(shù)對(duì)熱效率的影響指數(shù)對(duì)熱效率的影響20161284000.8h ht,vk k = e e：1) 壓縮比由壓縮比由8增加為增加為12，熱效，熱效率能提高率能提高1015。但。但20，熱效率提高不明顯熱效率提高不明顯2) k k等熵指數(shù)由等熵指數(shù)由1.2提高到提高到1.4, 熱熱效率可增加效率可增加40(q1和和e e不

13、變不變, k k , cp和和cv , 工質(zhì)溫升工質(zhì)溫升 , 效效率率 )循環(huán)參數(shù)對(duì)熱效率的影響循環(huán)參數(shù)對(duì)熱效率的影響四大循環(huán)參數(shù)四大循環(huán)參數(shù): 1) 壓縮比壓縮比e e; 2) 等熵指數(shù)等熵指數(shù)k k; 3) 壓力升高比壓力升高比 ; 4) 預(yù)膨脹比預(yù)膨脹比 Department of Automotive EngineeringTsinghua UniversityTsinghua University1) 1, 等容循環(huán)等容循環(huán), 對(duì)對(duì)h ht無(wú)影響無(wú)影響2) 1, 等壓循環(huán)等壓循環(huán), 增大增大, h ht明顯下降明顯下降3) 混合循環(huán)：混合循環(huán)： 不變：隨不變：隨 上升，上升，h ht

14、略有增加略有增加 再增大，再增大，h ht不受影響不受影響 不變：隨不變：隨 增大，增大，h ht明顯下降明顯下降結(jié)論結(jié)論： 減少等壓加熱；增加等容加熱減少等壓加熱；增加等容加熱循環(huán)參數(shù)對(duì)熱效率的影響循環(huán)參數(shù)對(duì)熱效率的影響Department of Automotive EngineeringTsinghua UniversityTsinghua University理論循環(huán)分析的指導(dǎo)意義理論循環(huán)分析的指導(dǎo)意義1） n 在允許的條件下在允許的條件下, 盡可能提高壓縮比盡可能提高壓縮比 e e, 尤其是汽油機(jī)尤其是汽油機(jī)n 合理組織燃燒合理組織燃燒, 提高循環(huán)加熱等容度（減少預(yù)膨脹比提高循環(huán)加熱

15、等容度（減少預(yù)膨脹比 、合理選擇燃燒、合理選擇燃燒始點(diǎn)、壓燃同時(shí)著火始點(diǎn)、壓燃同時(shí)著火 ）n 保證工質(zhì)具有較高的等熵指數(shù)保證工質(zhì)具有較高的等熵指數(shù) k k（稀燃（稀燃 ）2）e e、k k及及q1不變：不變：等容循環(huán)等容循環(huán)h ht 混合循環(huán)混合循環(huán)h ht 等壓循環(huán)等壓循環(huán)h htpmax及及q1相同：相同：等壓循環(huán)等壓循環(huán)h ht 混合循環(huán)混合循環(huán)h ht 等容循環(huán)等容循環(huán)h htDepartment of Automotive EngineeringTsinghua UniversityTsinghua University理論循環(huán)分析的指導(dǎo)意義理論循環(huán)分析的指導(dǎo)意義: 缸內(nèi)噴射擴(kuò)散燃燒

16、缸內(nèi)噴射擴(kuò)散燃燒, 噴油時(shí)間縮短噴油時(shí)間縮短, 初期等容放熱變化不大初期等容放熱變化不大, 即即 基本不變而基本不變而 減小減小, h ht提高提高: 預(yù)混燃燒預(yù)混燃燒, 燃燒速度下降燃燒速度下降, 燃燒時(shí)間加長(zhǎng)燃燒時(shí)間加長(zhǎng), 即即 下降而下降而 上升上升, h ht下降下降： 中、低負(fù)荷工況中、低負(fù)荷工況, 柴油機(jī)使用油耗較汽油機(jī)低柴油機(jī)使用油耗較汽油機(jī)低3050。Department of Automotive EngineeringTsinghua UniversityTsinghua University理想循環(huán)理想循環(huán)：1) 保持理論循環(huán)中關(guān)于循環(huán)的假設(shè)保持理論循環(huán)中關(guān)于循環(huán)的假設(shè)(

17、簡(jiǎn)化簡(jiǎn)化)2) 工質(zhì)特性按真實(shí)情況考慮：工質(zhì)特性按真實(shí)情況考慮：n 循環(huán)過(guò)程中成分是變化的循環(huán)過(guò)程中成分是變化的n 工質(zhì)的熱力參數(shù)隨溫度、分子結(jié)構(gòu)及混合氣濃度等變化工質(zhì)的熱力參數(shù)隨溫度、分子結(jié)構(gòu)及混合氣濃度等變化1) 工質(zhì)特性對(duì)熱效率的影響工質(zhì)特性對(duì)熱效率的影響(與理論循環(huán)相比與理論循環(huán)相比)2) 理想循環(huán)代表了人類努力所能達(dá)到的水平理想循環(huán)代表了人類努力所能達(dá)到的水平(與真實(shí)循環(huán)相比與真實(shí)循環(huán)相比)：真實(shí)循環(huán)的指示效率與理想循環(huán)熱效率之比。反映了實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)：真實(shí)循環(huán)的指示效率與理想循環(huán)熱效率之比。反映了實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī) 指示效率接近理想水平的程度。指示效率接近理想水平的程度。dtitrelhhh壓

18、縮過(guò)程壓縮過(guò)程: 空氣空氣+燃料蒸氣燃料蒸氣+殘余廢氣殘余廢氣膨脹過(guò)程膨脹過(guò)程: 廢氣廢氣+空氣空氣Department of Automotive EngineeringTsinghua UniversityTsinghua University真實(shí)工質(zhì)對(duì)熱效率的影響真實(shí)工質(zhì)對(duì)熱效率的影響 cv, cp= f（T, 分子結(jié)構(gòu)）分子結(jié)構(gòu)） Qv=cvT，Qp=cp T T cv和和 cp k k T h ht 多原子分子多原子分子 cv和和cp k k T h ht 即：即：真實(shí)工質(zhì)真實(shí)工質(zhì)k k 理想工質(zhì)理想工質(zhì)k k 真實(shí)工質(zhì)真實(shí)工質(zhì)h ht 例如：例如：柴油機(jī)柴油機(jī)k k 汽油機(jī)汽油機(jī)k

19、 k；稀薄燃燒；稀薄燃燒k k 化學(xué)計(jì)量比燃燒化學(xué)計(jì)量比燃燒k k 高溫時(shí)，原子間的結(jié)合力減弱，產(chǎn)生熱分解（吸熱過(guò)程）。高溫時(shí)，原子間的結(jié)合力減弱，產(chǎn)生熱分解（吸熱過(guò)程）。 CO2CO+O2 H2OH2+O2 低溫膨脹及排氣時(shí)，反向燃燒放熱。因此，低溫膨脹及排氣時(shí)，反向燃燒放熱。因此，燃燒放熱時(shí)間拉長(zhǎng)燃燒放熱時(shí)間拉長(zhǎng) 等容度等容度 h ht 。 * T越高，越高，p越小越小 熱分解越嚴(yán)重，因此，熱分解越嚴(yán)重，因此，汽油機(jī)熱分解汽油機(jī)熱分解 柴油機(jī)熱分解。柴油機(jī)熱分解。Department of Automotive EngineeringTsinghua UniversityTsinghua

20、University真實(shí)工質(zhì)對(duì)熱效率的影響真實(shí)工質(zhì)對(duì)熱效率的影響1.401.351.301.251.204006008001000K溫度溫度Temperaturek k = cp/cvAir a a = 2.0 a a = 1.25 a a = 0.83 a a = 0.67 a a = 1.0w/o exhaust gas residual 液體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒后，液體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒后， 1，p和和h ht 氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒后，氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒后， 1，p和和h ht （氣體燃料分子計(jì)入燃前分子總數(shù)）（氣體燃料分子計(jì)入燃前分子總數(shù)） 總的來(lái)說(shuō)，總的來(lái)說(shuō)， 的的影響不大影響不大 a 1，未燃

21、碳?xì)?，未燃碳?xì)?多原子多原子 T k k h ht a1，空氣，空氣單雙原子單雙原子 T k k h ht Department of Automotive EngineeringTsinghua UniversityTsinghua University汽油機(jī)與柴油機(jī)理想循環(huán)熱效率的比較汽油機(jī)與柴油機(jī)理想循環(huán)熱效率的比較1) n 柴油機(jī)柴油機(jī) a 汽油機(jī)汽油機(jī) a 柴油機(jī)柴油機(jī) h ht 汽油機(jī)汽油機(jī) h ht n 汽油機(jī)混合氣濃且等容度高，汽油機(jī)混合氣濃且等容度高，Tmax， 殘余廢氣殘余廢氣 k k ，熱分解，熱分解 汽油機(jī)汽油機(jī) h ht n 汽油機(jī)汽油機(jī) 柴油機(jī)柴油機(jī) ，但影響不大，

22、但影響不大2) n 汽油機(jī)汽油機(jī) a更小，而更小，而柴油機(jī)柴油機(jī) a 更大更大 汽油機(jī)汽油機(jī) h ht n 汽油機(jī)汽油機(jī) r，柴油機(jī)，柴油機(jī) r不變，汽油機(jī)不變，汽油機(jī)k k ，燃燒速度，燃燒速度 汽油機(jī)汽油機(jī) h htn 汽油機(jī)高、低負(fù)荷溫差小，汽油機(jī)高、低負(fù)荷溫差小， Tmax k k 汽油機(jī)汽油機(jī) h ht考慮真實(shí)工質(zhì)特性后，汽、柴油機(jī)熱效率差距加大：考慮真實(shí)工質(zhì)特性后，汽、柴油機(jī)熱效率差距加大：Department of Automotive EngineeringTsinghua UniversityTsinghua University真實(shí)循環(huán)真實(shí)循環(huán)1) (總加熱量的總加熱量的6

23、)真實(shí)循環(huán)并非絕熱過(guò)程真實(shí)循環(huán)并非絕熱過(guò)程, 通過(guò)氣缸壁面、缸蓋底通過(guò)氣缸壁面、缸蓋底面、活塞頂面向外散熱。面、活塞頂面向外散熱。散熱量散熱量 Qw=Fw（T-Tw）d式中，式中， 傳熱系數(shù)傳熱系數(shù) Fw 散熱面積散熱面積, Fw =f（ ） T缸內(nèi)工質(zhì)溫度缸內(nèi)工質(zhì)溫度, T= f（ ） Tw 燃燒室壁面溫度燃燒室壁面溫度, 可設(shè)為定值可設(shè)為定值l 壓縮過(guò)程壓縮過(guò)程: 前期吸熱前期吸熱, 后期散熱后期散熱, 使壓縮線略下使壓縮線略下降降(有利有利)。l 燃燒及膨脹過(guò)程燃燒及膨脹過(guò)程: 溫差大溫差大, 散熱強(qiáng)烈散熱強(qiáng)烈, 使使pz和膨和膨脹線下降脹線下降(不利不利)。l 燃燒膨脹線的下降幅度遠(yuǎn)大

24、于壓縮線燃燒膨脹線的下降幅度遠(yuǎn)大于壓縮線, 使動(dòng)力使動(dòng)力過(guò)程功減小。過(guò)程功減小。Department of Automotive EngineeringTsinghua UniversityTsinghua University真實(shí)循環(huán)真實(shí)循環(huán)2) 實(shí)際燃燒及向工質(zhì)加熱不可能瞬間完成：實(shí)際燃燒及向工質(zhì)加熱不可能瞬間完成：l存在點(diǎn)火存在點(diǎn)火(噴油噴油)提前，使有用功面積下降，提前，使有用功面積下降，h ht。lpz出現(xiàn)在出現(xiàn)在TDC后后10 CA，而非等容加熱，使有用功，而非等容加熱，使有用功面積減小。面積減小。3) l排氣門早開(kāi)，造成膨脹功損失。排氣門早開(kāi)，造成膨脹功損失。l泵氣損失功泵氣損失

25、功(W2W3)4) l 正常燃燒時(shí)，也有正常燃燒時(shí)，也有h hc100%l 不正常燃燒、不正常燃燒、 a 1等，等， h h t 5) 流動(dòng)增強(qiáng)以及提高渦流與湍流程度，流動(dòng)增強(qiáng)以及提高渦流與湍流程度，h h t 因?yàn)椋涸斐赡芰繐p失、散熱損失因?yàn)椋涸斐赡芰繐p失、散熱損失 例如：流動(dòng)損失，非直噴式柴油機(jī)直噴式柴油機(jī)例如：流動(dòng)損失，非直噴式柴油機(jī)直噴式柴油機(jī) 6) Department of Automotive EngineeringTsinghua UniversityTsinghua University真實(shí)循環(huán)與理論循環(huán)的比較真實(shí)循環(huán)與理論循環(huán)的比較：l 由于由于工質(zhì)工質(zhì)和和循環(huán)循環(huán)方面的差

26、別，使得方面的差別，使得: 理論循環(huán)理論循環(huán)t -實(shí)際循環(huán)實(shí)際循環(huán)t =1020百分點(diǎn)百分點(diǎn)l 兩者之間的差別指出了改善內(nèi)燃機(jī)兩者之間的差別指出了改善內(nèi)燃機(jī)t的基的基本原則本原則Department of Automotive EngineeringTsinghua UniversityTsinghua University1. 循環(huán)模式與熱效率循環(huán)模式與熱效率2. 機(jī)械損失與機(jī)械效率機(jī)械損失與機(jī)械效率3. 能量分配與合理利用能量分配與合理利用講課內(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 性能指標(biāo)與影響因素性能指標(biāo)與影響因素第第2 2章章 燃料、工質(zhì)與

27、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Department of Automotive EngineeringTsinghua

28、UniversityTsinghua University機(jī)械損失與機(jī)械效率機(jī)械損失與機(jī)械效率1) 機(jī)械效率的定義機(jī)械效率的定義2) 機(jī)械損失的組成與份額機(jī)械損失的組成與份額3) 機(jī)械損失的測(cè)量機(jī)械損失的測(cè)量4) 機(jī)械效率的影響因素機(jī)械效率的影響因素mimmimimiem111ppPPWWWW-Department of Automotive EngineeringTsinghua UniversityTsinghua University機(jī)械損失與機(jī)械效率機(jī)械損失與機(jī)械效率(1) (5080)活塞組件、軸承、氣門機(jī)構(gòu)等活塞組件、軸承、氣門機(jī)構(gòu)等(2) (10)水泵、機(jī)油泵、燃油泵、點(diǎn)火裝置等

29、水泵、機(jī)油泵、燃油泵、點(diǎn)火裝置等運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)必不可少的必不可少的輔助機(jī)構(gòu)輔助機(jī)構(gòu)(3) (540)pmemfmWWWW1) 機(jī)械效率的定義機(jī)械效率的定義2) 機(jī)械損失的組成與份額機(jī)械損失的組成與份額3) 機(jī)械損失的測(cè)量機(jī)械損失的測(cè)量4) 機(jī)械效率的影響因素機(jī)械效率的影響因素p 為什么泵氣損失包含在機(jī)械為什么泵氣損失包含在機(jī)械損失中？損失中？Department of Automotive EngineeringTsinghua UniversityTsinghua University機(jī)械損失與機(jī)械效率機(jī)械損失與機(jī)械效率1) 機(jī)械效率的定義機(jī)械效率的定義2) 機(jī)械損失的組成與份額機(jī)械損失的組成與份

30、額3) 機(jī)械損失的測(cè)量機(jī)械損失的測(cè)量4) 機(jī)械效率的影響因素機(jī)械效率的影響因素p無(wú)凸輪軸（無(wú)凸輪軸（Camless）發(fā)動(dòng)機(jī)）發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量機(jī)械損失時(shí)可以剔除泵氣損測(cè)量機(jī)械損失時(shí)可以剔除泵氣損失嗎？失嗎？(1) (5080)活塞組件、軸承、氣門機(jī)構(gòu)等活塞組件、軸承、氣門機(jī)構(gòu)等(2) (10)水泵、機(jī)油泵、燃油泵、點(diǎn)火裝置等水泵、機(jī)油泵、燃油泵、點(diǎn)火裝置等運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)必不可少的必不可少的輔助機(jī)構(gòu)輔助機(jī)構(gòu)(3) (540)pmemfmWWWW電控氣門電控氣門Department of Automotive EngineeringTsinghua UniversityTsinghua University機(jī)械

31、損失與機(jī)械效率機(jī)械損失與機(jī)械效率標(biāo)定工況：標(biāo)定工況：l 自吸式汽油機(jī)自吸式汽油機(jī): h hm=0.80.9l 自吸式柴油機(jī)自吸式柴油機(jī): h hm=0.780.85l 渦輪增壓式柴油機(jī)渦輪增壓式柴油機(jī): h hm=0.800.921) 機(jī)械效率的定義機(jī)械效率的定義2) 機(jī)械損失的組成與份額機(jī)械損失的組成與份額3) 機(jī)械損失的測(cè)量機(jī)械損失的測(cè)量4) 機(jī)械效率的影響因素機(jī)械效率的影響因素p 在相同排量和標(biāo)定工況條件下，在相同排量和標(biāo)定工況條件下，比較渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)械增壓發(fā)比較渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī)和自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率，動(dòng)機(jī)和自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率，哪個(gè)大？哪個(gè)?。磕膫€(gè)大？哪個(gè)小

32、？(1) (5080)活塞組件、軸承、氣門機(jī)構(gòu)等活塞組件、軸承、氣門機(jī)構(gòu)等(2) (10)水泵、機(jī)油泵、燃油泵、點(diǎn)火裝置等水泵、機(jī)油泵、燃油泵、點(diǎn)火裝置等運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)必不可少的必不可少的輔助機(jī)構(gòu)輔助機(jī)構(gòu)(3) (540)pmemfmWWWWDepartment of Automotive EngineeringTsinghua UniversityTsinghua University機(jī)械損失與機(jī)械效率機(jī)械損失與機(jī)械效率(1) 由總指示功由總指示功Wi，減去臺(tái)架上測(cè)得，減去臺(tái)架上測(cè)得的有效功的有效功We只適用研發(fā)：只適用研發(fā)：(a) 上止點(diǎn)難以精確測(cè)量：偏差上止點(diǎn)難以精確測(cè)量：偏差1 CA，誤差，

33、誤差1015(b) 各缸不均勻，需要同時(shí)測(cè)量各缸不均勻，需要同時(shí)測(cè)量meiWWW1) 機(jī)械效率的定義機(jī)械效率的定義2) 機(jī)械損失的組成與份額機(jī)械損失的組成與份額3) 機(jī)械損失的測(cè)量機(jī)械損失的測(cè)量4) 機(jī)械效率的影響因素機(jī)械效率的影響因素Department of Automotive EngineeringTsinghua UniversityTsinghua University機(jī)械損失與機(jī)械效率機(jī)械損失與機(jī)械效率(2) 發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)后。斷油或斷火，用發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)后。斷油或斷火，用電機(jī)反拖發(fā)動(dòng)機(jī)，測(cè)得的反拖功率電機(jī)反拖發(fā)動(dòng)機(jī)，測(cè)得的反拖功率誤差誤差：(a) 無(wú)燃燒，缸內(nèi)壓力低，活塞與缸套

34、無(wú)燃燒，缸內(nèi)壓力低，活塞與缸套間隙加大；潤(rùn)滑油粘度加大，摩擦損間隙加大；潤(rùn)滑油粘度加大，摩擦損失增大失增大(b) 排氣阻力加大，泵氣損失變化排氣阻力加大，泵氣損失變化(c) 壓縮、膨脹線不重合，增大壓縮、膨脹線不重合，增大pmm汽油機(jī)壓縮比小，所以誤差小汽油機(jī)壓縮比小，所以誤差小1) 機(jī)械效率的定義機(jī)械效率的定義2) 機(jī)械損失的組成與份額機(jī)械損失的組成與份額3) 機(jī)械損失的測(cè)量機(jī)械損失的測(cè)量4) 機(jī)械效率的影響因素機(jī)械效率的影響因素meiWWWDepartment of Automotive EngineeringTsinghua UniversityTsinghua University機(jī)械

35、損失與機(jī)械效率機(jī)械損失與機(jī)械效率(3) 用于多缸機(jī)用于多缸機(jī)本質(zhì)上也是倒拖法（本質(zhì)上也是倒拖法（N-1缸拖缸拖1缸），但缸），但更接近真實(shí)狀態(tài)更接近真實(shí)狀態(tài)新問(wèn)題：新問(wèn)題：p 滅缸后進(jìn)排氣波動(dòng)效應(yīng)的影響滅缸后進(jìn)排氣波動(dòng)效應(yīng)的影響p 兩大數(shù)相減得到小數(shù)，誤差加大兩大數(shù)相減得到小數(shù)，誤差加大-NPPNPPPPPPPPPPPPP1iieeeN1iieeeimN1iieeN1ii1iieei1)(1)()()()(1) 機(jī)械效率的定義機(jī)械效率的定義2) 機(jī)械損失的組成與份額機(jī)械損失的組成與份額3) 機(jī)械損失的測(cè)量機(jī)械損失的測(cè)量4) 機(jī)械效率的影響因素機(jī)械效率的影響因素Department of Aut

36、omotive EngineeringTsinghua UniversityTsinghua University機(jī)械損失與機(jī)械效率機(jī)械損失與機(jī)械效率(4) 轉(zhuǎn)速不變，測(cè)出整機(jī)燃料消耗率隨負(fù)荷轉(zhuǎn)速不變，測(cè)出整機(jī)燃料消耗率隨負(fù)荷的變化曲線。將此線外延到與橫坐標(biāo)相的變化曲線。將此線外延到與橫坐標(biāo)相交的交的a點(diǎn)，則點(diǎn)，則a0之值為機(jī)械損失值。之值為機(jī)械損失值。適合柴油機(jī)，不適合汽油機(jī)適合柴油機(jī)，不適合汽油機(jī))(/1)( ameac過(guò)量空氣系數(shù)負(fù)荷柴油機(jī)pnkB1) 機(jī)械效率的定義機(jī)械效率的定義2) 機(jī)械損失的組成與份額機(jī)械損失的組成與份額3) 機(jī)械損失的測(cè)量機(jī)械損失的測(cè)量4) 機(jī)械效率的影響因素機(jī)械

37、效率的影響因素（參看公式（參看公式1-41和圖和圖2-16）Department of Automotive EngineeringTsinghua UniversityTsinghua University機(jī)械損失與機(jī)械效率機(jī)械損失與機(jī)械效率： (1) 多用倒拖法，不適合用滅缸多用倒拖法，不適合用滅缸法法(滅缸不安全滅缸不安全)和油耗線法和油耗線法(不成直線不成直線) (2) 適合滅缸法、油耗適合滅缸法、油耗線法，小型柴油機(jī)可以用倒拖法線法，小型柴油機(jī)可以用倒拖法 (3) 無(wú)法使用倒拖無(wú)法使用倒拖法和滅缸法，低增壓可以用油耗線法。法和滅缸法，低增壓可以用油耗線法。1) 機(jī)械效率的定義機(jī)械效率

38、的定義2) 機(jī)械損失的組成與份額機(jī)械損失的組成與份額3) 機(jī)械損失的測(cè)量機(jī)械損失的測(cè)量4) 機(jī)械效率的影響因素機(jī)械效率的影響因素Department of Automotive EngineeringTsinghua UniversityTsinghua University機(jī)械損失與機(jī)械效率機(jī)械損失與機(jī)械效率(1) l cm，摩擦阻力摩擦阻力，泵氣損，泵氣損失失(2) l 負(fù)荷負(fù)荷Pe，h hml 怠速怠速h hm0l 增壓機(jī)型增壓機(jī)型h hm(3) l 機(jī)油粘度：冷起動(dòng)和低溫機(jī)油粘度：冷起動(dòng)和低溫不能過(guò)高；高負(fù)荷不能過(guò)低不能過(guò)高；高負(fù)荷不能過(guò)低l 水溫水溫8095 C，機(jī)油溫，機(jī)油溫度度8

39、5110 C)(1memmPPP-1) 機(jī)械效率的定義機(jī)械效率的定義2) 機(jī)械損失的組成與份額機(jī)械損失的組成與份額3) 機(jī)械損失的測(cè)量機(jī)械損失的測(cè)量4) 機(jī)械效率的影響因素機(jī)械效率的影響因素Department of Automotive EngineeringTsinghua UniversityTsinghua University美國(guó)汽油機(jī)油美國(guó)汽油機(jī)油API分級(jí)分級(jí)等級(jí)等級(jí)使用對(duì)象使用對(duì)象油品性能油品性能SASA一般低負(fù)荷汽油機(jī)和柴油機(jī)一般低負(fù)荷汽油機(jī)和柴油機(jī)不含添加劑或只加降凝劑與抗泡劑不含添加劑或只加降凝劑與抗泡劑SBSB中負(fù)荷汽油機(jī)中負(fù)荷汽油機(jī)加入某些抗氧劑與抗磨劑加入某些抗氧劑

40、與抗磨劑SCSC用于用于1964-19671964-1967年生產(chǎn)的汽油車年生產(chǎn)的汽油車加入清凈分散劑與抗氧防腐劑加入清凈分散劑與抗氧防腐劑SDSD用于用于1968-19711968-1971年生產(chǎn)的汽油車年生產(chǎn)的汽油車具有更好的減少低溫油泥防銹性能具有更好的減少低溫油泥防銹性能SESE用于用于19721972年以后生產(chǎn)的汽油車年以后生產(chǎn)的汽油車具有更好的高溫氧化及抗低溫油泥性能具有更好的高溫氧化及抗低溫油泥性能SFSF用于用于19801980年以后生產(chǎn)的汽油車年以后生產(chǎn)的汽油車具有比具有比SESE更高的高溫氧化及抗磨性更高的高溫氧化及抗磨性SGSG用于用于1989-19931989-1993

41、年以后生產(chǎn)的汽油車年以后生產(chǎn)的汽油車具有更好的高溫抗氧化變稠性能及清凈性和好的低溫油泥分散性具有更好的高溫抗氧化變稠性能及清凈性和好的低溫油泥分散性SHSH用于用于19941994年以后生產(chǎn)的汽油車年以后生產(chǎn)的汽油車引入引入CMACMA試驗(yàn)規(guī)范，因而比試驗(yàn)規(guī)范，因而比SGSG的水平苛刻的水平苛刻10%10%左右左右SJSJ用于用于19961996年以后生產(chǎn)的汽油車年以后生產(chǎn)的汽油車發(fā)動(dòng)機(jī)性能與發(fā)動(dòng)機(jī)性能與SHSH一樣，節(jié)能試驗(yàn)，由一樣，節(jié)能試驗(yàn)，由VIVI變?yōu)樽優(yōu)閂I-AVI-A，油中磷含量，油中磷含量0.1%0.1%SLSL用于用于20002000年以后生產(chǎn)的汽油車年以后生產(chǎn)的汽油車改善催化轉(zhuǎn)化器的保護(hù)，由改善催化轉(zhuǎn)化器的保護(hù)，由GF-2GF-2的的12812810103 3kmkm延長(zhǎng)到延長(zhǎng)到161610103 3kmkm萬(wàn)公里，萬(wàn)公里，通過(guò)銹球試驗(yàn)，通過(guò)銹球試驗(yàn)，F(xiàn)F、GG、AA、BB臺(tái)架臺(tái)架等級(jí)等級(jí)使用對(duì)象使用對(duì)象油品性能油品性能GF-1GF-1用于使用用于使用SHSH油的汽油車油的汽油車質(zhì)量等級(jí)相當(dāng)于質(zhì)量等級(jí)相當(dāng)于SHSH，并要求通過(guò)程序，并要求通過(guò)程序 P P0.12%0.12%GF-2GF-2用于使用用于使用SJSJ油的汽油車油的汽油車質(zhì)量等級(jí)相當(dāng)于質(zhì)量等級(jí)相當(dāng)于SFSF，并要求通過(guò)程序，并要求通過(guò)程序-A-A P P0.1%0.1%GF-3GF-3用于使