第二章發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)

1、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)原理汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)原理課件課件第二章第二章 發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)與評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)與評(píng)價(jià)指標(biāo)指標(biāo)目錄第一節(jié) 四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán)第二節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)的指示指標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)的指示指標(biāo)第三節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)的有效指標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)的有效指標(biāo)第四節(jié) 機(jī)械損失與機(jī)械效率機(jī)械損失與機(jī)械效率第五節(jié)第五節(jié) 提高發(fā)動(dòng)機(jī)的有效效率的途徑提高發(fā)動(dòng)機(jī)的有效效率的途徑第一節(jié) 四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán)一、發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán) 四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán)是由進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹、排氣5個(gè)熱力過(guò)程組成、通常用氣缸內(nèi)的氣體壓力P隨比容V(或曲軸轉(zhuǎn)角)而變化的圖形（稱(chēng)為示功圖）來(lái)表示工質(zhì)在氣缸中的實(shí)際工作情況。 四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的p-v與圖和

2、p-圖 1進(jìn)氣過(guò)程進(jìn)氣過(guò)程是指充量進(jìn)入氣缸的過(guò)程(圖2-1(a)中rra線(xiàn))。在進(jìn)氣過(guò)程中，進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟、排氣門(mén)關(guān)閉，活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動(dòng)。2壓縮過(guò)程 活塞在氣缸內(nèi)壓縮工質(zhì)的過(guò)程，即為壓縮過(guò)程(圖2-1(a)的acc線(xiàn))。壓縮過(guò)程進(jìn)、排氣門(mén)均關(guān)閉，活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)移動(dòng)，缸內(nèi)工質(zhì)受壓后溫度和壓力不斷上升，壓縮過(guò)程的目的是增大工作過(guò)程的溫差，使工質(zhì)獲得最大限度的膨脹比，提高循環(huán)熱效率，同時(shí)為著火燃燒創(chuàng)造有利條件。 3燃燒過(guò)程 在上止點(diǎn)前混合氣著火燃燒(圖2-1(b)中的cz線(xiàn))。燃燒越完全，放出的熱量越多，放熱時(shí)越靠近上止點(diǎn)，則熱效率越高。 4膨脹過(guò)程 膨脹過(guò)程是燃燒后的高溫、高壓氣體在氣缸

3、內(nèi)膨脹，推動(dòng)活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動(dòng)而做功的過(guò)程。(圖2-1(a)中的zb線(xiàn))隨著氣缸容積增大，氣體的壓力、溫度迅速下降。5排氣過(guò)程 排氣過(guò)程如圖2-1(a)所示中的bbr曲線(xiàn)。在膨脹過(guò)程末期，活塞接近下止點(diǎn)(圖2-1(a)中的b時(shí)排氣門(mén)開(kāi)啟，廢氣高速排出。當(dāng)活塞由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，缸內(nèi)廢氣繼續(xù)排出，直到排氣門(mén)關(guān)閉，排氣過(guò)程結(jié)束。由于排氣系統(tǒng)的阻力,排氣終了時(shí)的壓力高于大氣壓。二、發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)比較發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán)存在許多不可避免的損失，使其不可能達(dá)到理論循環(huán)的熱效率和平均壓力數(shù)值。為了改善實(shí)際循環(huán)，有必要分析兩種循環(huán)之間的差異和引起各項(xiàng)損失的原因。（一）換氣損失（ Wr + W

4、 ）（二）燃燒損失（Wz +不完燃燒損失+高溫?zé)岱纸鈸p失）（三）實(shí)際工質(zhì)影響引起損失（Wk ）（四）傳熱、流動(dòng)損失（Wb ）發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)與理想循環(huán)的差別 第二節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)的指示指標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)的指示指標(biāo)是以工質(zhì)對(duì)活塞作功的基礎(chǔ)上建立的，用以評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)的好壞。一、發(fā)動(dòng)機(jī)的示功圖1指示功指示功是指氣缸內(nèi)完成一個(gè)工作循環(huán)所得到的有用功Wi。指示功的大小可以由圖2-5中閉合曲線(xiàn)包圍的面積baczb求得 指示功可由下式求出： iiabAW （kJ）式中：Ai 示功圖中指示功面積，mm2 ；a 示功圖縱坐標(biāo)比例尺，kPa/mm；b 示功圖橫坐標(biāo)比例尺，mm3/mm。2平均指示壓力指示功反映了發(fā)動(dòng)機(jī)在一個(gè)

5、工作循環(huán)中獲得的有用功數(shù)量，它除了與循環(huán)中熱功轉(zhuǎn)換的有效程度有關(guān)外，還與氣缸容積大小有關(guān)。為了比較不同氣缸工作容積的發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的熱功轉(zhuǎn)換有效程度，引入平均指示壓力的概念。平均指示壓力pmi是指單位氣缸工作容積所作的指示功。pmi = Wi/vs (kPa)3指示功率發(fā)動(dòng)機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)所做的全部的指示功，稱(chēng)為發(fā)動(dòng)機(jī)的指示功率，用Pi表示。一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸數(shù)為i，每缸工作容積為vs，轉(zhuǎn)速為n(r/min)，平均指示壓力為pmi (kPa)，則每缸、每循環(huán)工質(zhì)的指示功為：smiiVpW 4指示燃油消耗率 單位指示功所消耗的燃油量指示燃油消耗率。通常以每千瓦小時(shí)指示功的耗油量表示。當(dāng)測(cè)量的發(fā)動(dòng)機(jī)的指示

6、功率為pi (kW)，每小時(shí)耗油量為B(kg/h)時(shí)，則指示燃油消耗率ib為：iipBb1000(g/kWh)第三節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)的有效指標(biāo) 發(fā)動(dòng)機(jī)的有效指標(biāo)是以曲軸輸出功率為基礎(chǔ)的指標(biāo)，用來(lái)評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)的整機(jī)性能和設(shè)計(jì)與制造水平，它比指示指標(biāo)更有實(shí)用價(jià)值。一、動(dòng)力性指標(biāo) 1有效功率Pe2有效轉(zhuǎn)矩Ttq3平均有效壓力Pme二、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)1有效熱效率2有效燃料消耗率三、發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化程度1升功率升功率 PL 的定義是：在標(biāo)定工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)每升氣缸工作容積所發(fā)出的有效功率。即發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)定功率PeB 與總工作容積 ivs 之比。 2比質(zhì)量比質(zhì)量是發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量與標(biāo)定功率PeB之比，即3強(qiáng)化系數(shù)用平均有效壓力與活塞

7、平均速度的乘積即PmeCm表示。強(qiáng)化系數(shù)越大，則發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化程越高。四、發(fā)動(dòng)機(jī)其他性能評(píng)定指標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)除要求具有良好的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和較高的強(qiáng)化程度外，還必需具有良好的排氣清凈性、較低的噪聲度、較小的振動(dòng)和可靠的低溫起動(dòng)性。（1）排氣品質(zhì)（2）噪聲（3）起動(dòng)性 第四節(jié) 機(jī)械損失與機(jī)械效率一、機(jī)械損失功率與機(jī)械效率 發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)產(chǎn)生的指示功率在通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸輸出之前，要損失掉一部分，因此，實(shí)際輸出的功率，稱(chēng)為有效功率。指示功率與有效功率之差稱(chēng)為機(jī)械損失功率。機(jī)械損失主要包括如下部分。（一）摩擦損失 （二）驅(qū)動(dòng)附件的損失（三）泵氣損失（四）驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)和掃氣泵的損失機(jī)械效率 )(1memmPPP有效功率

8、與指示功率的比值，即iemPPePiP有效功率指示功率二、機(jī)械效率的測(cè)定 有效功率與指示功率之比稱(chēng)為機(jī)械效率。比較精確地測(cè)定機(jī)械損失功率的數(shù)值，尋求降低機(jī)械損失的途徑，對(duì)研制的發(fā)動(dòng)機(jī)或改進(jìn)已有發(fā)動(dòng)機(jī)都是十分重要的，而要精確地測(cè)出機(jī)械損失功率卻是比較困難的。目前常用的測(cè)量方法主要有倒拖法、滅缸法及油耗線(xiàn)法。 三、影響機(jī)械效率的因素發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)因素、結(jié)構(gòu)因素以及機(jī)內(nèi)外的狀態(tài)條件都對(duì)機(jī)械效率 值有不同程度的影響?，F(xiàn)就影響較大的因素分述如下。m（一）轉(zhuǎn)速(活塞平均速度)的影響 （二）負(fù)荷的影響（三）潤(rùn)滑條件的影響第五節(jié) 提高發(fā)動(dòng)機(jī)的有效效率的途徑一、發(fā)動(dòng)機(jī)的能量平衡發(fā)動(dòng)機(jī)熱平衡圖 二、發(fā)動(dòng)機(jī)的能量分配

9、與合理利用發(fā)動(dòng)機(jī)的有效動(dòng)力輸出一般只占燃料總能量的1/3，另有2/3的能量散失在機(jī)外。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)能量的合理利用包括兩方面的意思，即進(jìn)一步提高有效效率和機(jī)外散失能量的再利用。 三、提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能的有效途徑(1)超膨脹發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán) (2)汽油機(jī)向稀燃和缸內(nèi)直噴的發(fā)展 首先開(kāi)展了均質(zhì)混合氣“稀燃”的研究?！跋∪肌本褪亲屍蜋C(jī)在更稀空燃比條件下工作，其首要目的是解決排放問(wèn)題，同時(shí)也改善了經(jīng)濟(jì)性能。 傳統(tǒng)汽油機(jī)經(jīng)濟(jì)性能低于柴油機(jī)的原因，是汽油機(jī)預(yù)制均勻混合氣的點(diǎn)火、火焰?zhèn)鞑サ娜紵绞?，易?dǎo)致“爆燃”，限制了壓縮比的提高；二是預(yù)制均勻混合氣的方式使空燃比過(guò)濃，負(fù)荷愈低愈濃，造成部分燃料的不完全燃燒；三是節(jié)

10、氣門(mén)負(fù)荷量調(diào)節(jié)的方式，加大了進(jìn)氣阻力，泵氣損失增大。 (3)汽、柴油機(jī)的電子控制與可變技術(shù) 米勒循環(huán)和缸內(nèi)直噴技術(shù)之所以能夠?qū)崿F(xiàn)，重要原因是出于有了電控技術(shù)的緣故。這反過(guò)來(lái)說(shuō)明，電控技術(shù)的出現(xiàn)，不僅能夠進(jìn)行各種參數(shù)的最佳匹配，達(dá)到全工況性能的綜合優(yōu)化，而且也使過(guò)去原理上已證實(shí)，但難于實(shí)現(xiàn)的很多可變技術(shù)成為現(xiàn)實(shí)。 (4)提高有效熱效率的常規(guī)途徑 提高有效熱效率的新途徑反映了當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)、研究的新的深度。但并不意味著一些常規(guī)的措施已不起作用。相反，現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和使用中，并不都能達(dá)到已有的最佳水平，還要求在燃燒匹配、性能優(yōu)化、降低機(jī)械損失諸多環(huán)節(jié)，進(jìn)行更實(shí)際、更深入細(xì)微的工作，這恰恰是大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)人員最經(jīng)常從事的工作。 四、發(fā)動(dòng)機(jī)散失能量的再利用(1)廢氣渦輪增壓 由冷卻介質(zhì)和廢氣帶走的熱量各占燃料總能量的1/3左右。但是，它們?cè)倮玫目赡苄院头仁遣幌嗤摹?根據(jù)熱力學(xué)第二定律，能量有品質(zhì)的差別。當(dāng)工質(zhì)溫度愈接近環(huán)境溫度時(shí)，其所攜帶的熱能的品質(zhì)就愈差，可利用的百分比就愈低。 (2)復(fù)合式發(fā)動(dòng)機(jī) (3)低散熱發(fā)動(dòng)機(jī) (4)低品位熱量的利用 1.1.柴油機(jī)和汽油機(jī)的實(shí)際