发动机原理PPT讲稿.ppt

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1、发动机原理第1页，共80页，编辑于2022年，星期五教材：教材：汽车拖拉机发动机汽车拖拉机发动机董敬等编董敬等编第2页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能第3页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能1.1 发动机的理论循环 发动机的理论循环 发动机的理论循环是对其实际循环进行抽象并加以理想化而得到，突出发动机工作过程中最本质、最重要的因素。举例说明如下。第4页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的理论循环1.1 发动机的理论循环实际循环 1、进气过程:01 2、压缩过程:123、燃烧过程:24 4、膨胀过程:45 5、排气过程:

2、50第5页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的理论循环1.1 发动机的理论循环实际循环简化1、501 51，封闭循环 2、12和45 绝热过程3、24 234，加热过程 第6页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的理论循环1.1 发动机的理论循环发动机发动机燃烧、换气燃烧、换气发动机发动机进气进气排气排气进气进气排气排气放热放热简化模型：简化模型：简化为放热简化为放热封闭循环封闭循环简化为加热简化为加热加热加热发动机换气发动机换气第7页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的理论循环1.1 发动机的理论循环1.

3、1.1 发动机理论循环的基本假定 重要假定：1、忽略进、排气过程，瞬间完成，即认为是封闭循环2、压缩、膨胀过程简化为可逆的绝热过程3、燃烧过程简化为加热过程可逆的定容、定压过程 4、排气放热简化为可逆的定容放热过程5、假定工质为定比热的理想气体空气第8页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的理论循环1.1 发动机的理论循环1.1.2 基本发动机理论循环 1、汽油机循环 定容加热循环 压缩、膨胀过程为绝热过程；燃烧过程为定容加热过程；瞬间完成进、排气过程，定容放热过程第9页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的理论循环1.1 发动机的理论循

4、环1.1.2 基本发动机理论循环 2、低速柴油机循环 定压加热循环 压缩、膨胀过程为绝热过程；燃烧过程为定压加热过程；瞬间完成进、排气过程，定容放热过程第10页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的理论循环1.1 发动机的理论循环1.1.2 基本发动机理论循环 3、高速柴油机循环 混合加热循环 压缩、膨胀过程为绝热过程；燃烧过程定容、定压加热过程；瞬间完成进、排气过程，定容放热过程第11页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的理论循环1.1 发动机的理论循环1.1.3 基本发动机理论循环分析 1、循环特征参数 压缩比压力升高比预膨胀比后膨

5、胀比第12页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的理论循环1.1 发动机的理论循环1.1.3 基本发动机理论循环分析 2、热效率对混合加热循环 第13页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的理论循环1.1 发动机的理论循环1.1.3 基本发动机理论循环分析 2、热效率利用循环特性参数，得 第14页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的理论循环1.1 发动机的理论循环1.1.3 基本发动机理论循环分析 2、热效率定容加热循环第15页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的理论循环1.1

6、发动机的理论循环1.1.3 基本发动机理论循环分析 2、热效率定压加热循环第16页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的理论循环1.1 发动机的理论循环1.1.3 基本发动机理论循环分析 3、热效率分析（1）对三种循环，都是 t ；当 =20 左右时，对 t 影响不大 低速柴油机 =1622 高速柴油机 =1420 汽油机 =812第17页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的理论循环1.1 发动机的理论循环1.1.3 基本发动机理论循环分析 3、热效率分析（2）（为定值时）对定容加热循环，不影响 t。对定压加热循环，=1，无影响。对混合

7、加热循环，t 第18页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的理论循环1.1 发动机的理论循环1.1.3 基本发动机理论循环分析 3、热效率分析（3）（为定值时）对定容加热循环，=1，无影响。对定压加热循环和混合加热循环，t第19页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的理论循环1.1 发动机的理论循环1.1.3 基本发动机理论循环分析 4、基本发动机理论循环热效率比较（1）初态1相同，压缩比相同，加热量Q1相同（2）初态1相同，最高压力、最高温度相同，放热量Q2相同第20页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的理

8、论循环1.1 发动机的理论循环1.1.3 基本发动机理论循环分析 5、循环平均压力定义：为循环平均压力，根据热力学理论，得到混合加热循环平均压力为第21页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的理论循环1.1 发动机的理论循环1.1.3 基本发动机理论循环分析 5、循环平均压力定容加热循环循环平均压力定压加热循环循环平均压力第22页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的理论循环1.1 发动机的理论循环1.1.3 基本发动机理论循环分析 6、循环平均压力的分析 凡是使t提高的因素，也都会增加pt;进气终了压力pa，pt;t，pt;，pt;，混

9、合加热循环的pt，对定容加热循环定压加热循环无影响；，定容加热循环的pt，对混合加热循环定压加热循环，会使t，因此取决于综合结果。第23页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能1.2 发动机的实际循环1.2.1 发动机实际循环的示功图四冲程非增压发动机的实际循环示功图 发动机的实际循环第24页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的实际循环1.2 发动机的实际循环1.2.1 发动机实际循环的示功图四冲程增压发动机的实际循环示功图第25页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的实际循环1.2 发动机的实际循环1.2.2 发动机

10、实际循环的过程 以四冲程非增压汽油发动机的实际循环为例。一、进气过程（ra）二、压缩过程（ac）压缩终点压力和温度第26页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的实际循环1.2 发动机的实际循环1.2.2 发动机实际循环的过程 以四冲程非增压汽油发动机的实际循环为例。一、进气过程（ra）二、压缩过程（ac）平均多变指数n1平衡特征点这点正好反映平均多变指数n1，是放热和吸热的分界点 第27页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的实际循环1.2 发动机的实际循环1.2.2 发动机实际循环的过程 以四冲程非增压汽油发动机的实际循环为例。三、燃烧

11、过程（cz）第28页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的实际循环1.2 发动机的实际循环1.2.2 发动机实际循环的过程 以四冲程非增压汽油发动机的实际循环为例。四、膨胀过程（zb）不能绝对和燃烧过程分开平均多变指数n2膨胀终点压力和温度第29页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的实际循环1.2 发动机的实际循环1.2.2 发动机实际循环的过程 以四冲程非增压汽油发动机的实际循环为例。四、膨胀过程（zb）汽油机汽油机柴油机柴油机第30页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的实际循环1.2 发动机的实际循环1

12、.2.2 发动机实际循环的过程 以四冲程非增压汽油发动机的实际循环为例。五、排气过程（br）对非增压发动机，闭合曲线b b/c z b的面积A i表示工质对活塞所做的功，是正功；r b/a r /r的面积A 1表示换气消耗的功，称为泵气损失，是负功。第31页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的实际循环1.2 发动机的实际循环1.2.2 发动机实际循环的过程 对四冲程增压发动机，上闭合曲线的面积A i表示工质对活塞所做的功，是正功；下闭合曲线的面积A 1表示换气时，增压空气对活塞所做的功，称为泵气功，也是正功。第32页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动

13、机的性能1.3 实际循环的评定指示指标1.3.1 平均指示压力一、指示功W iW i =(A i A 1)二、平均指示压力pmi 表示发动机单位气缸 工作容积的指示功 实际循环的评定指示指标第33页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 实际循环的评定指示指标1.3 实际循环的评定指示指标1.3.1 平均指示压力 于是指示功W i 可以表示为 力学意义：可以把平均指示压力看作是一个作用在活塞上的压力，这个压力使活塞移动一个行程，所做的功即为指示功。第34页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 实际循环的评定指示指标1.3 实际循环的评定指示指标1.3.1

14、平均指示压力三、指示功率P i四冲程发动机二冲程发动机第35页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 实际循环的评定指示指标1.3 实际循环的评定指示指标1.3.2 指示热效率一、指示热效率 i二者有关系式二、指示燃油消耗率 b i第36页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能1.4 发动机性能指标1.4.1 发动机动力性能指标1.有效功率 Pe 发动机曲轴传递的功率称为有效功率 Pe，它是工质所做指示功率，扣除各种损失后的效果。有效功率通过试验测量得到。发动机性能指标第37页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机性能指标1.4 发

15、动机性能指标1.4.1 发动机动力性能指标2.有效扭矩 Ttq 发动机曲轴输出的扭矩称为有效扭矩 Ttq。有效扭矩也可通过试验测量得到。有效扭矩与有效功率的关系第38页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机性能指标1.4 发动机性能指标1.4.1 发动机动力性能指标3.平均有效压力 pme 发动机单位气缸工作容积所做有效功即平均有效压力 pme。第39页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机性能指标1.4 发动机性能指标1.4.1 发动机动力性能指标4.转速 n 和活塞平均速度 Cm 发动机转速高，单位时间作功次数多，可在不增加发动机的体积和

16、质量条件下，提高发动机的功率。发动机的转速主要取决于气缸内的燃烧速度，不能任意提高。第40页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机性能指标1.4 发动机性能指标1.4.2 发动机经济性能指标1.有效热效率 e 发动机所做有效功 We 与所消耗燃料热量Q1的比值即有效热效率 e。第41页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机性能指标1.4 发动机性能指标1.4.2 发动机经济性能指标2.有效燃料消耗率 be（有效比油耗）发动机在1小时所发出单位有效功率时所消耗燃料质量Q1的比值即有效燃料消耗率 be。二者有关系式第42页，共80页，编辑于202

17、2年，星期五第一章 发动机的性能 发动机性能指标1.4 发动机性能指标1.4.3 发动机强化性能指标1.升功率 PL 单位气缸工作容积所发出的有效功率即升功率 PL。升功率衡量发动机容积利用程度第43页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机性能指标1.4 发动机性能指标1.4.3 发动机强化性能指标2.比质量 me 发动机单位有效功率所占用的发动机干质量即比质量 me。比质量表征质量利用程度和结构紧凑性第44页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机性能指标1.4 发动机性能指标1.4.3 发动机强化性能指标3.强化系数 pmeCm 平均有效压

18、力 pme 与活塞平均速度 Cm 的乘积称为强化系数 pmeCm。强化系数反映发动机的机械负荷和热负荷的强度。第45页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机性能指标1.4 发动机性能指标1.4.4 发动机环境性能指标1.排放性能指标发动机排出废气的成分极其复杂。其中的有害物质有四类：CO HC （未燃烃）NOX PM (微粒）气体排放物固、液体排放物第46页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机性能指标1.4 发动机性能指标1.4.4 发动机环境性能指标1.排放性能指标排放性能指标采用有害物质的排放浓度表示。排放性能指标的单位为：浓度 10-

19、6 V/V 等 或 质量 mg/km 等排放性能指标必须符合国家的排放标准。第47页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机性能指标1.4 发动机性能指标1.4.4 发动机环境性能指标2.噪声性能指标发动机噪声的频率范围很宽。发动机产生噪声的原因极其复杂。根据产生机理分为三类：燃烧噪声 由于气缸内周期性燃烧 机械噪声 由于作用力周期性变化 气体动力噪声 由于气体压力波动第48页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机性能指标1.4 发动机性能指标1.4.4 发动机环境性能指标2.噪声性能指标气体动力噪声有三种：进气动力噪声 排气动力噪声 风扇噪声

20、噪声性能指标必须符合国家的排放标准。第49页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 1.5 发动机的机械损失发动机的机械损失：发动机曲轴输出的功或功率小于其气缸内气体膨胀所作出的功或功率，两者之差称为发动机的机械损失。机械损失包括摩擦损失、泵气损失和驱动附件消耗的功或功率。（见教材表 1-1）发动机的机械损失第50页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的机械损失1.5 发动机的机械损失1.5.1 发动机的机械损失1.机械损失功2.机械损失功率3.平均机械损失压力第51页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的机械损失1.5

21、 发动机的机械损失1.5.1 发动机的机械损失4.三者关系第52页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的机械损失1.5 发动机的机械损失1.5.2 发动机的机械效率机械效率 有效功率与指示功率的比值称为机械效率。第53页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的机械损失1.5 发动机的机械损失1.5.3 发动机机械效率的测定 机械效率只能通过实际发动机的试验来测定。测试方法有：1.倒拖法 2.灭缸法 3.油耗线法第54页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的机械损失1.5 发动机的机械损失1.5.3 发动机机械损失

22、的测定1.倒拖法 从电力测功机上所测得的倒拖功率Ptest即为发动机在该工况下的机械损失功率。适用范围：适用范围：具有平衡式电力测功机。国标规定优先采用倒拖法。第55页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的机械损失1.5 发动机的机械损失1.5.3 发动机机械损失的测定2.灭缸法 先确定发动机的有效功率，然后使发动机各个气缸轮流停止工作，并保持转速始终不变，测量各缸停止工作时所对应的有效功率。这样可测出发动机的指示功率，也就确定了机械损失功率。第56页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的机械损失1.5 发动机的机械损失1.5.3 发动机

23、机械损失的测定2.灭缸法 若第 j 缸停止工作，则没有停缸测出的有效功率Pe与此时测出的有效功率Pe,j之差即为第 j 缸的指示功率Pi,j故第57页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的机械损失1.5 发动机的机械损失1.5.3 发动机机械损失的测定2.灭缸法 由于所以第58页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的机械损失1.5 发动机的机械损失1.5.3 发动机机械效率的测定2.灭缸法适用范围适用范围：仅适用于多缸发动机；不能用于废气涡轮增压发动机 及单缸发动机。第59页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机

24、的机械损失1.5 发动机的机械损失1.5.3 发动机机械损失的测定 3.油耗线法 保持发动机转速不变，改变发动机负荷，同时调节发动机油门，并测出每小时耗油量 B，绘制出 B pme 关系，即下图。第60页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的机械损失1.5 发动机的机械损失1.5.3 发动机机械损失的测定第61页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的机械损失1.5 发动机的机械损失1.5.3 发动机机械损失的测定3.油耗线法 B pme 关系曲线的靠近坐标原点部分近似为直线，将这部分曲线按直线延伸，直至与横坐标相交，则交点 Q 的横坐标即

25、为平均机械损失压力 pmm。第62页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的机械损失1.5 发动机的机械损失1.5.3 发动机机械损失的测定3.油耗线法 这也提供了又一种求平均机械损失压力 pmm的方法。图中，如果认为油耗曲线中从 A 点到 B 点为直线，则 ACQ 和 BOQ 构成两相似三角形。于是第63页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的机械损失1.5 发动机的机械损失1.5.3 发动机机械效率的测定3.油耗线法 从中得到适用范围：适用范围：适用于柴油机，但不适用于汽油机。第64页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的

26、性能 发动机的机械损失1.5 发动机的机械损失1.5.4 发动机机械损失的影响因素1.转速 n（或活塞平均速度 Cm）转速增加，由于摩擦损失和泵气损失增加，驱动附件损耗加大，故机械损失上升，机械效率下降。第65页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的机械损失1.5 发动机的机械损失1.5.4 发动机机械损失的影响因素 2.负荷 负荷变化，发动机供油改变，机械损失基本不变，但机械效率则因为指示功率变化而有改变。第66页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的机械损失1.5 发动机的机械损失1.5.4 发动机机械损失的影响因素 3.发动机结构

27、气缸直径大或行程大，机械损失大，但发动机功率大，机械效率相对提高。气缸工作容积不变，减小行程，增加缸径，并保持其他条件不变，机械损失减少，机械效率提高。润滑状态好，摩擦环节少，运动质量小，摩擦面状态好，机械损失小，机械效率高。第67页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的机械损失1.5 发动机的机械损失1.5.4 发动机机械损失的影响因素4.冷却和润滑情况（即工作条件）冷却水温度适当高一些，润滑油温度也相对提高，其粘度下降，润滑效果好，摩擦损失小，机械损失小，机械效率相对提高。润滑油品质好，同样润滑效果时粘度低，受温度影响小，机械损失少，机械效率高。但润滑油粘度不能

28、过低，否则会形成半干摩擦，反而增加机械损失。第68页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的机械损失1.5 发动机的机械损失1.5.4 发动机机械损失的影响因素4.冷却和润滑情况（即工作条件）本图说明，由于润滑油粘度受温度影响，导致机械损失功率变化的情况。第69页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能1.6 发动机的热平衡1.6.1 发动机实际循环与理论循环的比较 发动机实际循环与理论循环相比较，可以发现，两者存在很大的差异。由于发动机理论循环是在理想条件下得到的，因此，这种差异表明了实际循环的缺陷，可以说明燃料燃烧热量的损失，指示发动机工作过程改进

29、的方向。发动机的热平衡第70页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的热平衡1.6 发动机的热平衡1.6.1 发动机实际循环与理论循环的比较1.汽油机的实际循环第71页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的热平衡Wk 工质损失Wb 传热损失Wz 燃烧损失Wr 换气损失W 提前排气损失第72页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的热平衡1.6 发动机的热平衡1.6.1 发动机实际循环与理论循环的比较2.柴油机的实际循环第73页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的热平衡Wk 工质损失Wb

30、 传热损失Wz 燃烧损失Wr 换气损失W 提前排气损失第74页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的热平衡1.6 发动机的热平衡1.6.2 发动机的热损失1.工质损失 Wk（1）气体不是理想气体；（2）比热不是定值，而且比热比 K 1.4；（3）气体成分变化；（4）存在泄漏2.换气损失 Wr （1）提前排气；（2）强制排气；（3）强制进气即泵气损失第75页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的热平衡1.6 发动机的热平衡1.6.2 发动机的热损失3.传热损失 Wb 4.燃烧损失 Wz （1）燃烧不是理想加热过程；（2）燃料不可能完全燃烧；

31、（3）部分热量用到伴随反映过程；（4）提前点火或喷油，消耗循环的有效热量第76页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的热平衡1.6 发动机的热平衡1.6.3 发动机的热平衡发动机的热平衡即燃料热量的分配。燃料燃料 有有 传传 废废 燃烧燃烧 其他其他 效效 热热 气气 热量热量 功功 量量 热热 损失损失 损失损失燃料量燃料量 实实 可可 可可 可可 不可不可 估估 估估 估估 热值热值 测测 算算 算算 算算 估算估算第77页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的热平衡1.6 发动机的热平衡1.6.3 发动机的热平衡发动机的热平衡即燃料热量的分配。发动机的热平衡实质是能量守恒原理的应用。即第78页，共80页，编辑于2022年，星期五第一章 发动机的性能 发动机的热平衡1.6 发动机的热平衡1.6.4 提高发动机性能的途径 掌握发动机的热平衡即掌握提高发动机性能的途径。第79页，共80页，编辑于2022年，星期五再见再见第80页，共80页，编辑于2022年，星期五