对发动机的性能进行分析的方面和知识.docx

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对发动机的性能进行分析的方面和知识

第一章发动机的性能

1衡量发动机性能的指标：

另外，作为一种大众化的消费品，还必须考虑其生产成本、使用维修、可靠耐用等方面。

2发动机的理论循环

3三种基本循环

引入空气标准假设，根据不同发动机工作特点，将实际循环简化为等容、等压和混合加热循环。

4循环热效率ηt：

4.1压缩比εc对循环热效率ηt的影响：

εc增大,提高了循环平均吸热温度，降低了循环平均放热温度，扩大了循环温差,ηt提高。

4.2定压预胀比ρ0和定容增压比λp对循环热效率ηt的影响

在总吸热量Q1不变的情况下，随着λp增大（等容加热部分增大），ρ0减小（等压加热部分减小），使得循环放热量Q2减少，ηt增大。

4.3等熵指数κ对循环热效率ηt的影响：

随着κ增大，循环热效率ηt也增大。

4.4增大εc、λp，减小ρ0，有利于ηt的提高，但实际应用中还必须综合考虑以下因素：

（1）结构条件—增大εc和λp，会使最高燃烧压力Pz急剧升高，提高了对零部件强度的要求；

（2）机械效率—εc和λp增大，Pz升高，会使机械效率降低；

（3）燃烧方面—εc过大，汽油机容易产生爆燃和表面点火等不正常燃烧，柴油机会因燃烧室容积过小而设计困难，同时使燃烧效率降低；

5循环平均压力pt：

单位汽缸容积所做的循环功称为循环平均压力pt（kPa）：

（用于评定气缸工作容积做工能力的大小）

可见pt主要与进气终点压力pde、压缩比εc、定压预胀比ρ0、等熵指数κ和循环热效率ηt有关。

6三种基本循环的比较：

6.1同一机型不同循环模式的对比（εc和Q1不变）：

要提高热效率，就应增大等容加热的比重，即提高循环加热“等容度”；但需要适当限制最高温度和压力。

6.2三种循环具有相同加热量Q1的比较（Q1和pmax相同）

6.3汽油机、柴油机负荷变化（吸热Q1不同）时的比较：

7四冲程发动机的实际循环

进气、压缩、燃烧、膨胀作功和排气5个部分。

7.1进气过程（r—a）：

进气门开启，排气门关闭，活塞下行，新鲜工质被吸入汽缸。

特点：

1、由于进气系统的阻力，进气终了压力pa小于大气压力p0（约0.85～0.95p0）,一般柴油机要略高于汽油机。

2、受高温零件和废气加热，进气终了温度Ta高于大气环境温度T0（约300～380K），一般汽油机略高于柴油机。

7.2压缩过程（a—c）：

进、排气门关闭，活塞上行，工质被压缩，温度和压力升高。

压缩的作用：

1、增大工作过程的温差，获得大的膨胀比，提高热效率，同时为燃烧过程创造有利条件。

2、在柴油机中，压缩后气体的高温是保证燃烧着火的必要条件。

汽油机pc=0.8～2.0MPa，Tc=600～750K；

柴油机pc=3.0～5.0MPa，Tc=750～1000K

3、压缩比εc：

汽油机中,为提高热效率,希望提高压缩比,但受到不正常燃烧的限制；柴油机中,为保证喷入气缸的燃料能及时自燃以及冷启动时可靠着火,需选取较高的压缩比。

4、多变指数n：

压缩过程为一个多变指数n不断变化的过程。

7.3燃烧过程（c—z）：

进、排气门关闭，活塞在上止点前后，可燃混合气着火燃烧，化学能转变成热能，工质温度和压力急剧升高。

特点：

燃烧放出的热量越多，放热时活塞越靠近上止点，热效率越高。

7.4膨胀过程（z—b）：

进、排气门关闭，高温、高压工质推动活塞下行，膨胀作功，工质温度和压力迅速下降。

通常：

汽油机pb=0.3～0.6MPa,Tb=1200～1500K；柴油机pb=0.25～0.5MPa，Tb=800～1200K

7.6排气过程（b—r）：

进气门关闭，排气门打开，废气先靠自身压力排出，而后在活塞由下止点向上止点运动时强制排出。

特点：

1、由于排气系统阻力，排气终了压力pr高于大气压力p0，阻力越大，pr也越大，汽缸中残余废气也就越多。

（约1.05～1.25p0）,一般汽油机要略高于柴油机。

2、排气终了温度Tr越低，转化为有用功的热量就越多，发动机状态就越好。

（约700～1100K）,一般汽油机要高于柴油机。

8发动机实际循环与理论循环的比较：

1）实际工质的影响（Wk）：

工质成分的改变和泄露

2）换气损失（Wr）：

泵气损失和提前排气损失

3）燃烧损失（Wz）：

时间损失、后燃、不完全燃烧和工质的高温分解

4）传热损失（Wb）：

工质与气缸壁间的热交换、涡流与节流损失

5）缸内流动损失：

缸内流动损失指压缩及燃烧、膨胀过程中，由于缸内气流（涡流与湍流）所形成的损失。

9发动机的指示性能指标

定义：

以工质对活塞所作之功为计算基准的指标称为指示性能指标，简称指示指标；反映了发动机工作过程进行的好坏。

9.1指示功和平均指示压力：

指示功：

指气缸内完成一个循环所得到的有用功，其大小可由p-V图上的有效循环面积求得。

平均指示压力：

指单位气缸容积完成一个循环所作的指示功。

可见，越大，相同容积的气缸发出的也越大，故表征了发动机气缸工作容积利用率的高低，是衡量发动机实际循环动力性的一个很重要的指标。

通常，汽油机pi=0.7～1.3MPa，非增压柴油机pi=0.6～1.0MPa；增压柴油机pi=0.9～2.5MPa。

9.2指示功率：

指发动机单位时间内所作的指示功，用表示。

9.3指示热效率和指示燃油消耗率：

指示热效率：

指发动机所得指示功与所消耗的燃油热值的比值。

指示燃油消耗率：

指单位指示功的耗油量，通常用每千瓦时的耗油量来表示（g/（kW.h））。

9.4发动机的有效性能指标：

以发动机曲轴输出功为计算基准的指标称为有效性能指标，简称有效指标；反映了发动机实际工作性能的好坏。

9.4.1发动机动力性指标：

1、有效功和有效功率：

（标定工况下）

所以，为了提高转速而又不使过大，通常适当减小S，加大D，即采用较小的行程缸径比（S/D）；但过小的S/D会使燃烧室高度降低，不仅燃烧室布置困难，并使燃烧条件变差。

9.5发动机经济性指标：

有效热效率：

实际得到的有效功与所消耗的燃油低热值之比。

有效燃油消耗率：

每小时单位功率消耗的燃料（g/（kW.h））。

9.6发动机强化指标：

9.6.1升功率：

发动机每升气缸工作容积所发出的有效功率。

比质量：

发动机质量与所发出的有效功率（标定功率）之比

强化系数：

其值越大，发动机的机械负荷和热负荷越高

10机械损失与机械效率

机械损失的测定：

灭缸法广泛应用于多缸、低压缩比柴油机的机械效率的测定。

10热平衡