發(fā)動(dòng)機(jī)原理資料

1、第三章 循環(huán)分析與能量利用1第三章 循環(huán)分析和能量利用ICE工作過(guò)程研究?jī)?nèi)容：工質(zhì)成分變化；熱能的轉(zhuǎn)化過(guò)程。目標(biāo)：高的循環(huán)效率；低的污染物排放。工作過(guò)程研究難度：工質(zhì)的質(zhì)和量是時(shí)間的函數(shù)；物理、化學(xué)過(guò)程一直在進(jìn)行；存在摩擦、散熱、燃燒、節(jié)流等。2對(duì)ICE工作過(guò)程的研究只能建立模型，進(jìn)行理論分析！三種循環(huán)模式：理論循環(huán)工質(zhì)理想氣體循環(huán)理想循環(huán)理想循環(huán)工質(zhì)實(shí)際氣體循環(huán)理想循環(huán)真實(shí)循環(huán)工質(zhì)實(shí)際氣體循環(huán)真實(shí)循環(huán)3第二節(jié) 理論循環(huán)一、理論循環(huán)構(gòu)成工質(zhì)理想氣體（空氣），物性參數(shù)為常數(shù)；循環(huán)理想循環(huán)構(gòu)成封閉熱力系統(tǒng)：絕熱壓縮定容定壓吸熱（燃料燃燒放熱）定容放熱（進(jìn)排氣的換氣過(guò)程）二、理論循環(huán)類(lèi)型1、循環(huán)分析

2、早期ICE活塞運(yùn)動(dòng)速度低，汽油機(jī)為定容加熱循環(huán)，柴油機(jī)為定壓加熱循環(huán)?，F(xiàn)代ICE為混合加熱循環(huán)。4TDCBDC第二節(jié) 理論循環(huán)arczbOtto循環(huán)5TDCBDC第二節(jié) 理論循環(huán)arzcbDiesel循環(huán)6TDCBDC第二節(jié) 理論循環(huán)arzcz，bNA-ICE的Sabathe循環(huán)7TDCBDC第二節(jié) 理論循環(huán)czbz，TC-ICE的Sabathe循環(huán)arr,a,8第二節(jié) 理論循環(huán)2、循環(huán)效率Otto循環(huán)循環(huán)效率:Diesel循環(huán)循環(huán)效率:Sabathe循環(huán)循環(huán)效率:壓力升高比：預(yù)膨脹比：9第二節(jié) 理論循環(huán)三、影響循環(huán)效率的因素1、壓縮比的影響增大壓縮比可以提高ICE的循環(huán)效率10acbz第二節(jié)

3、 理論循環(huán)czb11zz第二節(jié) 理論循環(huán)2、壓力升高比和預(yù)膨脹比的影響等容度：循環(huán)吸熱過(guò)程中等容吸熱量占總吸熱量的比率。zzacbbac因此，提高等容度，可以提高ICE的循環(huán)效率12第二節(jié) 理論循環(huán)ICE接近等容燃燒，可以得到高循環(huán)效率；分析：CI-ICE負(fù)荷增大，循環(huán)噴油量加大，燃燒時(shí)間加長(zhǎng)， 預(yù)膨脹比加大，等容度下降，循環(huán)效率降低；電噴汽油機(jī)把按照化學(xué)計(jì)量比混合氣進(jìn)行控制， 可得到較高的循環(huán)效率；CI-ICE多次噴射技術(shù)會(huì)降低循環(huán)效率。CI-ICE高壓噴射技術(shù)會(huì)提高循環(huán)效率；13第二節(jié) 理論循環(huán)在預(yù)膨脹比一定時(shí)，壓力升高比對(duì)循環(huán)效率影響不大。在壓力升高比一定時(shí)，減小預(yù)膨脹比，會(huì)顯著提高循環(huán)

4、效率。14第二節(jié) 理論循環(huán)3、絕熱指數(shù)提高絕熱指數(shù)，可以提高循環(huán)效率。15第二節(jié) 理論循環(huán)四、理論循環(huán)研究的意義提供ICE比較的理論依據(jù)；提供改善ICE性能的措施；同一機(jī)型比較壓縮比、工質(zhì)吸熱量相同，吸熱形式不同16zpbpac第二節(jié) 理論循環(huán)更高的等容度決定了等容加熱循環(huán)具有更高的效率zmbmzvbv17第二節(jié) 理論循環(huán)最高的壓縮比決定了等壓加熱循環(huán)具有更高的效率zvbv不同機(jī)型比較zpbpacpbmzmcm最高爆發(fā)壓力形同，吸熱量相同cv18第二節(jié) 理論循環(huán)五、理論循環(huán)下SI-ICE和CI-ICE的比較CI-ICE的最低有效燃油消耗率比SI-ICE低15% 25%；CI-ICE壓縮比高于S

5、I-ICE，具有更高的循環(huán)效率；對(duì)于SI-ICE，混合氣濃度偏離化學(xué)計(jì)量比濃度， 循環(huán)效率均會(huì)下降，經(jīng)濟(jì)性會(huì)下降。19第三節(jié) 理想循環(huán)一、理想循環(huán)構(gòu)成工質(zhì)實(shí)際工質(zhì)循環(huán)理論循環(huán)現(xiàn)代高技術(shù)水平的內(nèi)燃機(jī)，相對(duì)效率已高達(dá)90%。意義：內(nèi)燃機(jī)提高循環(huán)效率最高限度。相對(duì)熱效率：真實(shí)循環(huán)循環(huán)效率與理想循環(huán)循環(huán)效率之比。20第三節(jié) 理想循環(huán)二、工質(zhì)特性對(duì)循環(huán)效率的影響1、最高燃燒溫度在相同的加熱量下，燃燒溫度越高，工質(zhì)比熱容升高越多，絕熱指數(shù)下降越多，循環(huán)效率偏離理論循環(huán)效率越遠(yuǎn)。2）工質(zhì)的高溫裂解1）比熱容21第二節(jié) 理想循環(huán)高溫高壓下，加速CO2、H2O、N2、O2、H2的裂解，裂解吸熱；膨脹過(guò)程溫度、壓

6、力下降，進(jìn)行放熱的逆向反應(yīng)，使放熱時(shí)間延長(zhǎng)，等容度下降，效率下降。2、殘余廢氣系數(shù)多原子分子數(shù)增多，比熱容增大，絕熱指數(shù)下降，效率下降。殘余廢氣系數(shù)和EGR率對(duì)循環(huán)效率影響較大。22第三節(jié) 理想循環(huán)3、混合氣濃度燃料裂解吸熱，增加工質(zhì)內(nèi)能，做功能力下降；稀混合氣：濃混合氣：最高燃燒溫度低，循環(huán)效率高；混合氣中廢氣比例少，循環(huán)效率高。工質(zhì)最高溫度大，循環(huán)效率低；混合氣中廢氣比例高，循環(huán)效率低。23第三節(jié) 理想循環(huán)燃空當(dāng)量比稀薄燃燒可以得到較高的循環(huán)效率！在著火極限區(qū)域內(nèi)，隨著混合氣濃度的加大，循環(huán)效率逐漸下降。24第三節(jié) 理想循環(huán)二、理想循環(huán)下SI-ICE和CI-ICE比較小、大負(fù)荷下差距加大S

7、I-ICE小、大負(fù)荷循環(huán)效率相對(duì)于CI-ICE更小，有效燃油消耗率高出30% 50%。原因25TDCBDC第四節(jié) 真實(shí)循環(huán)理論循環(huán)理想循環(huán)傳熱、流動(dòng)、不完全燃燒工質(zhì)泄漏等一、循環(huán)構(gòu)成真實(shí)循環(huán)+實(shí)際工質(zhì)時(shí)間損失后燃損失換氣損失czbbcar26第四節(jié) 真實(shí)循環(huán)傳熱、流動(dòng)、不完全燃燒和泄漏損失換氣損失時(shí)間損失后燃損失四大損失工質(zhì)和循環(huán)的變化，使實(shí)際循環(huán)效率和理論循環(huán)效率相差10% 20%。27第五節(jié) 機(jī)械損失和機(jī)械效率一、機(jī)械損失的組成（一）機(jī)械摩擦損失1、活塞組件摩擦2、軸承摩擦3、配氣機(jī)構(gòu)摩擦4、其它損失正時(shí)齒輪、鏈輪、帶輪的傳動(dòng)損失，連桿大頭攪油損失，曲軸箱內(nèi)空氣壓縮和通風(fēng)損失，運(yùn)動(dòng)件的空氣

8、動(dòng)力損失。28第五節(jié) 機(jī)械損失和機(jī)械效率（二）驅(qū)動(dòng)附件損失內(nèi)燃機(jī)正常運(yùn)行必備附件：發(fā)電機(jī)、水泵、機(jī)油泵、高壓油泵、調(diào)速器、點(diǎn)火裝置。內(nèi)燃機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)中必須拆除的四大附件：空壓機(jī)、空濾器、風(fēng)扇和消聲器。（三）泵氣損失進(jìn)排氣過(guò)程中工質(zhì)流動(dòng)時(shí)的節(jié)流和摩擦損失。29第五節(jié) 機(jī)械損失和機(jī)械效率二、機(jī)械損失各 部分所占份額SICISICISICI180020018006003600400轉(zhuǎn)速平均有效壓力泵氣損失曲柄、連桿、活塞損失其它附件損失高壓油泵損失配氣機(jī)構(gòu)損失30第五節(jié) 機(jī)械損失和機(jī)械效率活塞連桿組件和曲軸軸承摩擦損失高，轉(zhuǎn)速、負(fù)荷增大，該損失也增大。轉(zhuǎn)速、負(fù)荷增大，驅(qū)動(dòng)附件損失也增大。SI-ICE小

9、負(fù)荷和高速，泵氣損失大；負(fù)荷對(duì)CI-ICE泵氣損失影響小，高轉(zhuǎn)速時(shí)泵氣損失高。SI-ICE：CI-ICE：負(fù)荷略下降負(fù)荷31第五節(jié) 機(jī)械損失和機(jī)械效率各種ICE標(biāo)定工況下的機(jī)械效率：SI-ICE：80% 90%CI-ICE：78% 85%增壓CI-ICE：80% 92%問(wèn)題：增壓內(nèi)燃機(jī)為什么具有更高的機(jī)械效率？32第五節(jié) 機(jī)械損失和機(jī)械效率三、機(jī)械損失的測(cè)定方法（一）示功圖法1、測(cè)量方法用燃燒分析儀測(cè)量工況點(diǎn)（ ， ）下的示功圖，測(cè)算 ，計(jì)算 、 、 和 。示功圖法可以得到ICE的機(jī)械損失、機(jī)械效率運(yùn)行特性。2、注意事項(xiàng)準(zhǔn)確標(biāo)定TDC位置；NA-ICE測(cè)量面積為 代表的面積。提高面積計(jì)算離散化

10、精度。33第五節(jié) 機(jī)械損失和機(jī)械效率TDC位置設(shè)置不準(zhǔn)確對(duì)機(jī)械效率有什么影響？TDC CABDCBDC 34第五節(jié) 機(jī)械損失和機(jī)械效率如果：TDC位置靠前BDCBDCTDCBDC CABDC TDC35第五節(jié) 機(jī)械損失和機(jī)械效率測(cè)得的 偏高偏小36TDCBDC CABDC 第五節(jié) 機(jī)械損失和機(jī)械效率如果：TDC位置靠后BDCBDC TDC37第五節(jié) 機(jī)械損失和機(jī)械效率測(cè)得的 偏低偏高38第五節(jié) 機(jī)械損失和機(jī)械效率（二）反拖法（倒拖法）1、測(cè)量方法使ICE正常運(yùn)行在工況點(diǎn)（ ， ）測(cè)取 ，停油、斷火，用電力測(cè)功機(jī)反拖ICE按同等轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，測(cè)量測(cè)功機(jī)的功率損耗，即為 。2、注意事項(xiàng)電力測(cè)功機(jī)價(jià)格昂

11、貴，反拖法不適合大功率ICE，僅適用于中小功率的NA-ICE。39第五節(jié) 機(jī)械損失和機(jī)械效率（三）滅缸法1、測(cè)量方法設(shè)ICE有N個(gè)缸。使ICE正常運(yùn)行在工況點(diǎn)（ ， ）測(cè)取 ，使其中一個(gè)缸停止作功，減小測(cè)功機(jī)載荷，使ICE恢復(fù)到原轉(zhuǎn)速，測(cè)取N-1缸工作的功率 ，ICE功率的降低值，認(rèn)為是所滅氣缸的指示功率 。依次滅缸，測(cè)試N次，就可得到整機(jī)的 。40第五節(jié) 機(jī)械損失和機(jī)械效率2、注意事項(xiàng)用滅缸法測(cè)量SI-ICE機(jī)械效率，注意安全。41第五節(jié) 機(jī)械損失和機(jī)械效率（四）油耗線(xiàn)法1、測(cè)量方法測(cè)量ICE在某個(gè)轉(zhuǎn)速下的負(fù)荷特性，制作燃油消耗率的負(fù)荷特性曲線(xiàn)，當(dāng)?shù)拓?fù)荷區(qū)域線(xiàn)性度非常好時(shí)，按線(xiàn)性區(qū)域油耗線(xiàn)進(jìn)

12、行反向拓延，拓延線(xiàn)與負(fù)荷軸的交點(diǎn)，距離負(fù)荷零點(diǎn)的負(fù)荷值，即為平均機(jī)械損失壓力或者機(jī)械損失功率。42第五節(jié) 機(jī)械損失和機(jī)械效率良好線(xiàn)性a43第五節(jié) 機(jī)械損失和機(jī)械效率2、注意事項(xiàng)油耗線(xiàn)法不適用于SI-ICE和大功率CI-ICE。各種測(cè)量方法的使用范圍：所有內(nèi)燃機(jī)均可使用示功圖法測(cè)量機(jī)械效率；大功率ICE最佳方法是滅缸法（費(fèi)油）；中小功率的增壓ICE，如果燃油消耗率的負(fù)荷特性線(xiàn) 線(xiàn)性度高，可采用油耗線(xiàn)法；SI-ICE最佳方法是反拖法。44第五節(jié) 機(jī)械損失和機(jī)械效率四、影響機(jī)械效率的因素1、機(jī)械效率速度特性低速機(jī)械效率曲線(xiàn)平坦，中高速下降速度快。45第五節(jié) 機(jī)械損失和機(jī)械效率油門(mén)開(kāi)度一定46第五節(jié)

13、機(jī)械損失和機(jī)械效率2、機(jī)械效率負(fù)荷特性轉(zhuǎn)速一定油門(mén)開(kāi)度 市區(qū)運(yùn)行車(chē)輛，關(guān)注小負(fù)荷的機(jī)械效率問(wèn)題47第五節(jié) 機(jī)械損失和機(jī)械效率3、潤(rùn)滑條件對(duì)機(jī)械效率的影響1）潤(rùn)滑油的作用減摩密封冷卻清洗2）ICE對(duì)潤(rùn)滑油的要求防銹良好的運(yùn)動(dòng)粘度、粘溫特性和抗氧化能力。3）ICE潤(rùn)滑油的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)SAE標(biāo)準(zhǔn)：SAE （W）數(shù)字“ ”夏季99 的粘度，20、30、40、50冬季-18 的粘度（W），5、10、2048第五節(jié) 機(jī)械損失和機(jī)械效率美國(guó)API標(biāo)準(zhǔn)S ： 為A、B、C、D、E、F、GC ： 為A、B、C、D、E我國(guó)標(biāo)準(zhǔn) Q 為A、B、C、D、E、F、G 為100 運(yùn)動(dòng)粘度 C 為A、B、C、D、E 為100

14、運(yùn)動(dòng)粘度SI-ICE常用潤(rùn)滑油：30QB、40QB-10、15（老標(biāo)準(zhǔn)） -SAE30、SAE40-SB（API） CI-ICE常用潤(rùn)滑油：30CA、40CA-11、14（老標(biāo)準(zhǔn)） -SAE30、SAE40-CA（API） 49第六節(jié) ICE能量分配與合理利用燃料+空氣壓縮膨脹摩擦、輻射冷卻排氣作功最大作功能力熱能燃燒換氣一、ICE能量平衡50第六節(jié) ICE能量分配與合理利用CI-ICESI-ICE100%100%熱量損失30%32%33%35%廢氣冷卻28%30%30%32%摩擦和輻射7%9%7%9%有用功30%35%25%30%51第六節(jié) ICE能量分配與合理利用實(shí)際有用功1/3（強(qiáng)）排氣

15、帶走熱1/3冷卻液帶走熱1/3（弱）燃料化學(xué)能流向二、ICE能量合理利用（一）現(xiàn)代ICE的能量利用狀況現(xiàn)代ICE最高燃燒溫度1100K，環(huán)境溫度293K卡諾循環(huán)熱效率：52100%61%53.5%45%38%第六節(jié) ICE能量分配與合理利用受卡諾限制屬于ICE極限值，除非改變循環(huán)模式采用改進(jìn)技術(shù)的提高空間只有8.5%的空間通過(guò)提高機(jī)械效率的改善空間有7%53第六節(jié) ICE能量分配與合理利用汽油機(jī)25% 30%（GDI：35%）柴油機(jī)30% 40%增壓柴油機(jī)30% 45%現(xiàn)代ICE熱效率（二）提高ICE有效效率的途徑1、改變循環(huán)模式超膨脹ICE思想：Atkinson循環(huán)和Mill循環(huán)54TDCB

16、DC第六節(jié) ICE能量分配與合理利用zcz，baa，等壓放熱Atkinson循環(huán)55TDCBDC第六節(jié) ICE能量分配與合理利用zcz，baMill循環(huán)等容放熱a，b，等壓放熱56第六節(jié) ICE能量分配與合理利用超膨脹ICE問(wèn)題：沖程長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)不允許適用的Mill循環(huán)：膨脹比NA-ICETC-ICE必須采用VVT、VVL技術(shù)57第六節(jié) ICE能量分配與合理利用2、GDI技術(shù)GDI可以有效提高ICE的經(jīng)濟(jì)性。經(jīng)濟(jì)性改善程度降低泵氣功8.5%11.5%高絕熱指數(shù)、壓縮比和低散熱1.2%-4.7%高燃燒效率換氣流通面積減小16.5%58第六節(jié) ICE能量分配與合理利用3、可變技術(shù)基本目的：得到各參數(shù)的MAP，實(shí)現(xiàn)ICE全工況性能 的優(yōu)化控制?？勺儔嚎s比可變氣門(mén)升程（VVL）可變配氣相位（VVT）可變進(jìn)氣渦流可變進(jìn)氣管長(zhǎng)度可變技術(shù)可變噴嘴環(huán)59第六節(jié) ICE能量分配與合理利用GT-POWE計(jì)算進(jìn)氣管長(zhǎng)度MAP60第六節(jié) ICE能量分配與合理利用原機(jī)功率優(yōu)化功率61第六節(jié) ICE