內燃機原理第一章動力經濟性能指標與影響因素

內燃機原理第一章動力經濟性能指標與影響因素第一頁，共五十一頁，2022年，8月28日一、課中常用縮寫詞ICEInternalCombustionEngineNA-ICENaturallyAspiratedICE—自然吸氣內燃機TC-ICETurbochargedICE—增壓內燃機SI-ICESparkIgnitionICE—火花點火內燃機CI-ICECompressionIgnitionICE—壓燃式內燃機GDIGasolineDirectInjection—汽油缸內直噴DIDirectInjection—缸內直接噴射IDIIndirectInjection—間接噴射TDCTopDeadCenterBottomDeadCenterBDCOutlineHIT規(guī)格嚴格功夫到家第二頁，共五十一頁，2022年，8月28日二、原理的重要性學習內燃機原理的根本目的：構造What原理WhyWere3W2、載貨汽車為什么很少用汽油機？1、改裝CNG和LPG內燃機為什么動力不佳？3、柴油汽車為什么冒煙？？？？？？OutlineHIT規(guī)格嚴格功夫到家4、為什么國Ⅳ標準推遲實施

？內燃機如何面對能源與環(huán)境兩大挑戰(zhàn)？第三頁，共五十一頁，2022年，8月28日三、學習方法1、理解且善于思考；2、做好每章的思考題；3、鍛煉分析問題能力；4、注意符號應用和單位換算；5、做一些筆記；6、特別注意對應用性、前沿性問題的了解；OutlineHIT規(guī)格嚴格功夫到家7、教材和講課PPT結合學習。第四頁，共五十一頁，2022年，8月28日四、教材和參考資料使用教材：王建昕、帥金石編著，汽車發(fā)動機原理，清華大學出版社，2011年3月第一版1、周龍保主編，內燃機學，機械工業(yè)出版社，2011年1月第三版參考資料：2、劉巽俊編著，內燃機的排放與控制，機械工業(yè)出版社，2005年2月第一版3、許維達主編，柴油機動力裝置匹配，機械工業(yè)出版社，2000年10月第一版OutlineHIT規(guī)格嚴格功夫到家第五頁，共五十一頁，2022年，8月28日OutlineHIT規(guī)格嚴格功夫到家五、教學內容總體布局第一章動力、經濟性能指標與影響因素第二章燃料、工質與熱化學第三章工作循環(huán)與能量利用第四章?lián)Q氣過程與進氣充量第六章燃燒的基礎知識第七章柴油機的混合氣形成與燃燒過程第八章汽油機的混合氣形成與燃燒過程推導影響性能的理論因素第九章有害污染物的生成與控制第十章新燃燒方法及替代燃料發(fā)動機第五章運行特性與整車匹配三種影響因素第四種影響因素如何控制ICE排放如何面對能源危機動力源如何匹配第六頁，共五十一頁，2022年，8月28日平時成績：10%實驗成績：10%考試成績：80%課堂教學：56學時實驗：4學時OutlineHIT規(guī)格嚴格功夫到家六、學時分配七、考核方式第七頁，共五十一頁，2022年，8月28日第一章動力性經濟性指標及

影響因素第八頁，共五十一頁，2022年，8月28日1、掌握各種概念；3、掌握NA-ICE和TC-ICE示功圖的畫法，以及各種功的

表達方法；5、掌握ICE性能指標的測算方法；6、掌握性能指標的理論推導過程，分析影響性能的主要因素；2、掌握ICE的主要評價指標：動力性、經濟性和環(huán)保指標；7、了解ICE的其它指標。本章要求HIT規(guī)格嚴格功夫到家4、了解二沖程內燃機的示功圖畫法；第九頁，共五十一頁，2022年，8月28日一、ICE評價指標（一）動力性指標定義：ICE對外輸出功的能力。表達方式轉速(RevolutionorSpeed)：工程單位：r/min

轉矩(Torque)：工程單位：N·m

有效功率(BrakeEffectivePower)：工程單位：kW

加權平均功率：加權平均功率用于工況法測量內燃機的污染物排放中第一節(jié)工質對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴格功夫到家第十頁，共五十一頁，2022年，8月28日評價指標最高轉速：最大轉矩：標定功率：注意：標定功率是內燃機可靠運行的最大功率！標定轉速不一定是內燃機運行的最高轉速！第一節(jié)工質對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴格功夫到家第十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日（二）經濟性指標定義：ICE對燃料和潤滑油的消耗程度。表達方式燃油消耗率：工程單位：kg/h

潤滑油消耗率：工程單位：g/h

有效燃油消耗率(BrakeSpecificFuelConsumption,BSFC)：工程單位：g/(kW·h)

評價指標最低有效燃油消耗率：注意：最低有效燃油消耗率指外特性曲線上數(shù)值！第一節(jié)工質對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴格功夫到家第十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日（三）環(huán)境指標定義：內燃機的污染物排放和噪聲。表達：四種污染物THC、CO、NOx和PM(ParticulateMatter)的排放；內燃機的運行噪聲。評價指標四種污染物的比排放量工程單位：g/(kW·h)

注意：國家標準有詳細的污染物排放和噪聲測量方法和限值！內燃機的最大噪聲值工程單位：dB(A)第一節(jié)工質對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴格功夫到家第十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日（四）強化指標定義：內燃機承受機械和熱負荷的能力。表達方式升功率：在標定工況下，內燃機單位排量發(fā)出的功率。強化系數(shù)：在標定工況下，內燃機平均有效壓力與

活塞平均速度的乘積。工程單位：kW/L工程單位：MPa·m/s第一節(jié)工質對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴格功夫到家第十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日（五）緊湊性指標定義：內燃機單位標定功率的質量或者體積。表達方式比質量：內燃機干質量與標定功率的比值。比體積：內燃機外廓體積與標定功率的比值。工程單位：kg/kW工程單位：L/kW第一節(jié)工質對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴格功夫到家第十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日各種用途內燃機比較r/ming/(kW·h)kW/Lkg/kWm/sSI摩托車四沖程5000～90008～11350～27030～704～110～20轎車NA4500～75008～12350～25035～653～1TC5000～70007～9380～28050～1003～1載貨車2500～50007～9380～27020～306～3CI轎車NA3500～500020～24320～24020～305～3TC2500～450020～24290～24030～404～2載貨車NA2000～400016～18240～21010～159～4TC2000～320015～17230～20515～208～3TC中冷1800～260014～16225～19520～255～3注意：現(xiàn)代貨車內燃機多為CI-ICE第一節(jié)工質對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴格功夫到家第十六頁，共五十一頁，2022年，8月28日（六）可靠性指標定義：ICE在規(guī)定使用條件下正常持續(xù)工作的能力。表達方式：首次故障里程、平均故障時間間隔、故障率。ICE可靠性試驗方法，查看相關國家標準。（七）耐久性指標定義：ICE主要零部件磨損到不能持續(xù)工作的極限時間。ICE耐久性試驗方法，查看相關國家標準。（八）工藝性指標用于評價ICE的制造工藝學和維修方便性。第一節(jié)工質對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴格功夫到家第十七頁，共五十一頁，2022年，8月28日第一節(jié)工質對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴格功夫到家intakecompressionpowerexhaust四個沖程二、工質對活塞作功及示功圖（IndicatedDiagramofWork）缸內工質曲軸箱內工質第十八頁，共五十一頁，2022年，8月28日第一節(jié)工質對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴格功夫到家TDCBDC由于曲軸箱內壓力不變，四沖程內燃機各沖程功量相互抵消，在示功圖研究中不考慮曲軸箱工質影響。intakeexhaust壓力與運動方向相同為“+”；相反為“—”。第十九頁，共五十一頁，2022年，8月28日（一）概念活塞運動一個行程，缸內工質對活塞所作的功。壓縮和膨脹行程，工質對活塞所作的功。進氣和排氣行程，工質對活塞所作的功。1、沖程功2、（循環(huán)）動力過程功3、泵氣功（泵氣過程功）第一節(jié)工質對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴格功夫到家4、理論泵氣功無任何損失的泵氣功。第二十頁，共五十一頁，2022年，8月28日5、泵氣功損失（PumpingLoss）理論泵氣功與實際泵氣功的差。6、（循環(huán)總）指示功動力過程功與理論泵氣功的代數(shù)和。第一節(jié)工質對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴格功夫到家7、（循環(huán)）凈指示功動力過程功與實際泵氣功代數(shù)和。第二十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日第一節(jié)工質對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴格功夫到家示功圖：內燃機缸內工質壓力隨體積的變化關系。TDCBDCEVOIVCIVOEVCEVO：ExhaustValveOpenIgnitionEVC：ExhaustValveCloseIVO：IntakeValveOpenIVC：IntakeValveClose沖程（行程）≠過程（二）四沖程NA-ICE示功圖第二十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日TDCBDCbarcz四個沖程的工質壓力為：第一節(jié)工質對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴格功夫到家排氣沖程功：第二十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日用面積表示：第一節(jié)工質對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴格功夫到家第二十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日第一節(jié)工質對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴格功夫到家（三）TC-ICE示功圖壓氣機渦輪機空氣入口排氣入口排氣出口空氣出口放氣閥第二十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日TDCBDCarcz四個沖程的工質壓力為：由于掃氣，進氣終點壓力和排氣始點壓力相同第一節(jié)工質對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴格功夫到家第二十六頁，共五十一頁，2022年，8月28日用面積表示：第一節(jié)工質對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴格功夫到家第二十七頁，共五十一頁，2022年，8月28日作用：燃燒分析第一節(jié)工質對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴格功夫到家TDCTDCBDCBDCTDC（四）示壓圖—展開示功圖intake第二十八頁，共五十一頁，2022年，8月28日第一節(jié)工質對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴格功夫到家TDCBDCTDCBDC（五）二沖程內燃機示功圖排氣口進氣口掃氣口兩個行程完成：換氣、壓縮、作功第二十九頁，共五十一頁，2022年，8月28日第一節(jié)工質對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴格功夫到家SPOIPCIPOSPCEPCEPOTDCBDCEPC:ExhaustPortCloseSPC:ScavengingPortCloseIPO:IntakePortOpenSPCSPOEPOEPCIPCIPOSPO:ScavengingPortOpenEPO:ExhaustPortOpenIPC:IntakePortCloseSpark缸內工質曲軸箱內工質TDCBDC（+）（-）面積：W1面積：W2第三十頁，共五十一頁，2022年，8月28日第一節(jié)工質對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴格功夫到家缸內工質對活塞作功：曲軸箱內工質對活塞作功：凈指示功：第三十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日第一節(jié)工質對活塞作功及示功圖HIT規(guī)格嚴格功夫到家自學思考幾個問題：1、二沖程內燃機有什么優(yōu)缺點？2、二沖程內燃機一般使用在什么場合？3、為什么汽車一般不用二沖程內燃機？第三十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日一、概念1、指示指標（Indicated）以工質對活塞做功為計算基礎的指標。以下腳標表示2、有效指標（Effective）以曲軸對外輸出功計算基礎的指標。以下腳標表示第二節(jié)動力性、經濟性指標HIT規(guī)格嚴格功夫到家只有與作功有關的指標，存在“有效”、“指示”問題3、機械損失指標（Mechanical）以ICE本機能量消耗為計算基礎的指標。以下腳標表示單位時間內ICE缸內工質對活塞所作的功。4、指示功率第三十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日第二節(jié)動力性、經濟性指標HIT規(guī)格嚴格功夫到家5、有效功率單位時間內由ICE曲軸輸出的功。6、機械損失功率單位時間內ICE本機消耗的能量。單缸每循環(huán)工質對活塞所做的功。7、（循環(huán)）指示功8、（循環(huán)）有效功單缸每循環(huán)曲軸對外輸出的功。9、機械損失功ICE正常運行，單缸每循環(huán)本機消耗的功。第三十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日第二節(jié)動力性、經濟性指標HIT規(guī)格嚴格功夫到家——機械摩擦損失功；——驅動附件功；——泵氣損失功。10、指示平均壓力(IndicatedMeanEffectivePressure,IMEP)單位氣缸工作容積所做的指示功。11、有效平均壓力(BrakeMeanEffectivePressure,BMEP)單位氣缸工作容積所做的有效功。第三十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日第二節(jié)動力性、經濟性指標HIT規(guī)格嚴格功夫到家12、機械損失平均壓力(MechanicalLossMeanEffectivePressure,MMEP)單缸氣缸工作容積ICE所消耗的能量。第三十六頁，共五十一頁，2022年，8月28日第二節(jié)動力性、經濟性指標HIT規(guī)格嚴格功夫到家、表征了內燃機的強化程度第三十七頁，共五十一頁，2022年，8月28日第二節(jié)動力性、經濟性指標HIT規(guī)格嚴格功夫到家機型

（MPa）四沖程摩托車內燃機～1.2賽車內燃機（NA）～1.66賽車內燃機（TC）～5.6轎車汽油機（NA）0.9～1.41轎車汽油機（TC）1.4～2.0轎車柴油機（TC）1.2～2.12卡車柴油機（TC）1.1～2.35大型柴油機1.5～2.94中型高速柴油機1.5～2.5十字頭二沖程柴油機1.5～1.82各種ICE的平均有效壓力比較第三十八頁，共五十一頁，2022年，8月28日第二節(jié)動力性、經濟性指標HIT規(guī)格嚴格功夫到家13、（整機）燃油消耗率ICE單位時間內消耗的燃料質量。14、指示燃油消耗率（ISFC）單位時間單位指示功率所消耗的燃料質量。15、有效燃油消耗率（BSFC）單位時間內單位有效功率所消耗的燃料質量?！獨飧讛?shù)—循環(huán)時間—沖程數(shù)—循環(huán)噴油量第三十九頁，共五十一頁，2022年，8月28日第二節(jié)動力性、經濟性指標HIT規(guī)格嚴格功夫到家16、活塞平均速度表征ICE的強化程度ICE的高活塞平均速度的影響：高往復慣性引起的機械應力；（）高耐磨損性能；高的熱負荷。分析：ICE最高轉速受活塞平均速度限制；加長沖程，必須降低ICE最高轉速；采用縮短沖程的方法，可以提高ICE最高轉速。第四十頁，共五十一頁，2022年，8月28日第二節(jié)動力性、經濟性指標HIT規(guī)格嚴格功夫到家機型

（m/s）四沖程摩托車內燃機～22賽車內燃機（NA）～21.7賽車內燃機（TC）～27轎車汽油機（NA）9.5～19.8轎車柴油機12.3～14.7卡車柴油機（TC）8.1～13.1大型柴油機7.0～12中速柴油機5.3～9.5十字頭二沖程柴油機5.7～7.8各種ICE的活塞平均速度比較第四十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日第二節(jié)動力性、經濟性指標HIT規(guī)格嚴格功夫到家17、過量空氣系數(shù)（Excessairratio），相對空燃比,單位質量的燃料燃燒實際供給的干空氣質量與理論完全燃燒所需的空氣量的比值。國外常用表示—實際空氣量，kg/kg空氣；—理論空氣量，kg/kg空氣?！獫饣旌蠚猓≧ichMixture）—化學計量比混合氣（StoichiometricRatio）—稀混合氣（LeanMixture）第四十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日第二節(jié)動力性、經濟性指標HIT規(guī)格嚴格功夫到家19、空燃比（Air-fuelRatio）混合氣中空氣質量與燃料質量之比。18、燃空當量比（EquivalentRatio）（國外常用AF表示）歐美國家使用單位質量的燃料理論上完全燃燒所需的空氣質量與實際燃燒所需干空氣質量的比值。20、充量系數(shù)（容積效率，VolumetricEfficiency）單缸每循環(huán)實際進入氣缸的空氣量與按進氣狀態(tài)計算得到的理論空氣量的比值。第四十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日第二節(jié)動力性、經濟性指標HIT規(guī)格嚴格功夫到家NA-ICE：大氣密度TC-ICE：壓氣機后的空氣密度kJ/kg混合氣單位質量的燃料在物理標準狀態(tài)（25℃、0.1MPa）下定壓、定容完全燃燒所能放出的熱量。21、燃料的低熱值（LowHeatingValue）低熱值—H2O為氣態(tài)22、可燃混合氣質量熱值（MixtureHeatingValue）單位質量可燃混合氣的低熱值。第四十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日第二節(jié)動力性、經濟性指標HIT規(guī)格嚴格功夫到家23、可燃混合氣流量單位時間內進