发动机原理期末复1.docx

1、发动机原理期末复1发动机原理期末复习作者孙轶群第一章 工程热力学基础一气体的状态参数1气体压力（p）压力的三个感念:1绝对压力，实际压力 2相对压力，（表压力）高出绝对压力部分的压力 3真空度，（表压力的负值体现）低于绝对压力的部分的值压力：用P表示，单位是Pa，Mpa、kPaP=F/A 2气体温度（T）单位采用国际制的绝对温度K3比容：用表示，单位是m3/kg 。定义：单位质量的物质所占的容积。即： =V/M=m/vV-物质的容积,m3; M-物质的质量，kg。二气体的热力性质1工质：实现能量装换的气体2热力系统：在一定的宏观尺寸范围以工质为研究对象的系统3平衡状态：气体的状态参数(P、T、

2、V) 不随时间的变化而变化的状态4热力过程：工质从一个状态连续变化到另一个状态的过程总和5示功图(p-v图) W=pv 可逆过程：工质冲状态1变化到状态2再从状态2变化到状态1期间工质不对外作功也没有得到功三气体的状态方程1理想气体：气体内部分子无体积，分子间无吸引力的气体P=RT PV= mRT V= m （R=0.287kJ/kgK） 对空气，R=0.287kJ/kgK(对空气的气体常数，与气体所处的状态无关，随气体的种类不同而异)四气体的比热1定义：单位质量的气体，作单位温度的变化吸收的或放出的能量2公式c=dq/dT3定压过程：压力不变的热力过程（Cp）4定容过程：体积不变的热力过程（

3、Cv）5绝热指数：K= cP / c（k=1.4） 五热力学基本定律热力学第一定律热和功可以相互转换转换前后的能量保持不变气体的能量1热能（Q） 2内能（U） 3膨胀功（W）1膨胀功（W）W=FSW=pdv=v1v2PdV2热量（Q）热量具有方向性，吸收为正，放出为负（热量是矢量）3内能（U）气体内部分子位能和势能的总和理想气体v=F(T) 气体的内能只与温度有关4定律：气体状态变化，但其三个能量总和恒定不变。但三个能量相互可以装换5能量方程Q=U+w热力学第二定律1热力循环工质从初状态出发经过一系列的热力过程再回到初中状态形成一个封闭过程2公式T=W/Q1=(Q1-Q2)/Q1=1-Q2/Q

4、1C=dq/dt卡诺循环及卡诺定律1卡诺定律 定温吸热 绝热压缩 定温放热 绝热膨胀以上所有过程都可逆=1-T1/T22卡诺定律四、几种经典热力过程1定压过程压力不变的热力过程PV=RT (P=RT2/V2)T1/V1=T2/V2 T1/T1=V1/V22定容过程，容积不变的热力过程V=RT/P T1 /P2=T2/P2 T1 /T2=P1 /P2 3定温过程，温度不变的热力过程T=PV/R P1V1=P2V2 P1/P2=V2/V14绝热过程，不与外界发生热量交换的热力过程 P T V(P1/P2)=( V1/V2) K=1.4(T2/T1)= (V1/V2) K-1=0.4(T2/T1）=

5、 (P2/P1) K-1/K=0.4/1.45多变过程,气体状态参数 P 、V、 T都发生变化且与外界交换热量的过程(P1/P2)=( V1/V2)n(T2/T1)= (V1/V2) n-1(T2/T1）= (P2/P1) n-1/n第二章 发动机的性能指标经济性 动力性 运转性2.1发动机理论循环一、简化条件1热力循环为封闭过程 无近排气过程2压缩、膨胀为绝热过程3燃烧过程为定容过程（汽油机）、定压过程（低速柴油机）或先定容后定压（高速柴油）的热力过程4工质为理性气体，比热（C）为定值5忽略各种损失 过程可逆二、评定发动机的性能指标（一）经济性指标i=W/Q=1-q2/q1（二）动力性指标P

6、t-平均循环指示压力 每个循环单位气缸容积输出的功率大小 Pt=W/Vb_工作容积三、汽车发动机理论工作循环（一） 高速柴油机1示功图1-2的压缩过程绝热压缩；2-3的燃烧过程等容加热；3-4的燃烧过程等压加热；4-5的膨胀过程绝热膨胀；5-1的排气过程等容放热。2性能指标=V1/V2-压缩比,=P3/P2 -压力升高比，=V4/V3 -预胀比，k-绝热指数。=V5/V4 后胀比（二）低速柴油机1循环1-2的压缩过程绝热压缩 2-3的燃烧过程等压加热3-4的膨胀过程绝热膨胀 4-1的排气过程等容放热等容加热循环的热效率：Pt=k/-1p/k-1k(p-1)t（三）汽油机1理想循环1-2的压缩过

7、程绝热压缩；2-3的燃烧过程等容加热；3-4的膨胀过程绝热膨胀；4-1的排气过程等容放热。t=1-1/k-1（四）影响发动机理论循环的因素1发动机的压缩比（）循环平均吸热温度，而循环平均放热温度循环温差 膨胀比 t 汽油机压缩比大概为6到11 柴油机的压缩比大概为11到22汽油机压缩比收到爆燃爆震的限制 柴油机压缩比收到结构强度的限制当大于22后热效率增加并不明显。当压缩比较小时，热效率随压缩比的增加显著增大；当压缩比较大时，热效率随压缩比的增加增大较少。低速柴油机： = 1622高速柴油机： = 1420汽油机 ： = 8122进气压力（P1）P1Pt (P1=3-6MPa)P1P2T23的

8、影响(1)对定容加热循环，T不变 因为 则Q1和 Q2 Q2/Q1不变。(2)对混合加热循环，T Q1不变，值增大 Q1v，则Q1p Q2 循环的热效率4、的影响（1）等容加热循环 =1，无影响（2）等压加热循环 T。( Q2)（3）混合加热循环 T发动机理论循环与实际循环的比较1实际工质的损失（1） 实际循环不是理想气体（2） 实际循环存在漏气2换气损失（1） 排气门提前打开的损失 w（2） 泵气损失：进排气阻力造成的损失 wr 换气损失=w+ wr3燃烧损失（1） 燃烧有时间（2） 燃烧不完全（3） 点火提前：在上止点前点火（压缩行程）4传热损失气缸内工质温度高于气缸对气缸有热交换5摩擦损

9、失及驱动附件工作的损失发动机性能指标1指示指标：以工质对活塞做功为衡量标准意义：用来评价实际工作循环的好坏，研究发动机的工作过程2有效指标：以曲轴输出的功为衡量标准意义：用来评定发动机性能的好坏。指示指标一、指示功和平均指示压力1、指示功（或循环指示功）在气缸完成一个循环，工质对活塞所做的功，用WCi（J）表示。WCi=Pdv（WCi相当于代表的功）顺时针 正功-循环指示功；逆时针 负功-泵气功;机械损失功示功图上循环曲线所围成的面积的大小表示功的多少。2、平均指示压力Pi1）定义：发动机单位气缸工作容积每循环做的指示功。 Pi=Wci/Vh (kpa)2）单位：Wci（J），Vh（L），Pi

10、（kpa）3）Pi，Wci =气缸工作容积的利用程度。4）作用：评价发动机工作循环的动力性。 5）汽油机:Pi=700-1300kpa 柴油机:Pi=650-1100kpa增压柴油机:Pi=900-2500kpa三、指示燃油消耗率gi定义：单位指示功所消耗的燃油量，用gi表示。 gi（1000Gf/Ni）g/kwh Gf 每小时的燃油消耗量，kg/h； Ni 指示功率，kw。gi，i，经济性指标。有效指标1有效功率和机械损失功率有效功率NeNi-Nm机械损失功率（Nm）2平均指示压力1.定义：单位气缸工作容积的循环有效功。 是评价发动机动力性和强化程度的重要指标。2.与Ne的关系： Pe平均有

11、效压力kpa，Vh 汽缸工作容积L 对四冲程发动机，4，3.对于结构一定的发动机，平均有效压力Pe与扭矩Me成正比。 汽油机:Pe=650-1200kpa ；柴油机:Pe=600-950kpa发动机经济性指标.有效燃油消耗率: 单位有效功率的油耗量。 ge1000Gf/Ne g/kwh Gf:每小时的油耗量,kg/h Ne:有效功率kw有效热效率：发动机的有效功We与所消耗的燃油发出的热量Q1的比值。 eWe/Q13.6/ (ge Hu)106Wim/Q1im ge:有效燃油消耗率; Hu:燃料的低热值kJ/kg ge、e是发动机的经济性能指标机械效率1.机械损失功率:发动机机械损失所消耗的功

12、率，Nm2.平均机械损失压力:单位气缸工作容积的机械损失功，PmPi-Pe .机械效率：指示功转变为有效功的程度。i、e、m之间的关系汽油机：m0.70.9；柴油机：m0.70.85；增压柴油机：m0.80.92影响m的因素使用因素：转速、负荷、润滑油品质、水温等；结构设计因素：最高燃烧压力、气缸尺寸数目、大气状态等。1转速n负荷一定=Pi、Ni基本不变n=摩擦损失 =机械损失=Pm得: n,m故用提高n来增加发动机的动力性指标受到限制2.负荷负荷定义：发动机的转速变化时,作用在发动机曲轴上的阻力矩n不变，NeMe，NePe,故负荷可用Ne,Pe表示。负荷率：Me/Memax100%,负荷=P

13、i,Pm近似不变=mPm/Pi怠速工况: Ne0 NiNm, m=0 3润滑油和冷却水的温度的影响机油温度30到60摄氏度4发动机温度5点火提前角（汽油机） 喷油提前角（柴油机）6发动机技术状况第三章发动机换气过程四冲程发动机换气过程一换气过程（一） 排气过程曲轴转角在220-290之间1自由排气阶段靠气缸内外压力差排气排出废气量高达60-702强制排气阶段活塞运动由下止点运行到上止点废气由活塞强制推出气缸排气量取决于活塞运动速度及排气门开启度3扫气阶段从进气门开启到排气门关闭的这一阶段是扫气阶段、此时进排气门同时打开。发动机进气在螺旋管的作用下产生旋流，挤出废气。（二） 进气过程配气相位定义

14、：进排气对应曲轴的转角持续打开和关闭的角度气门重叠角进排气同时打开的角度一般在0到50之间二 气过程损失（一） 排气门提前打开损失 1）自由排气损失w，因排气门早开，排气压力线从Pb点开始离开理想循环的膨胀线，引起膨胀功的损失2）强制排气损失y，它是活塞将废气推出所消耗的功为了减少排气损失可以选择适当的排气提前角，使（w+y）最小。减小排气系统阻力及排气门处流动损失，是降低排气损失的主要方法。换气过程的评价指标一 废气系数1定义发动机每个工作循环气缸内残余废气量与实际进入气缸内新鲜工质的比值2公式=m/m0根据Pr=mRT得到r=1/(P1T1/P2T2)-1二 充气效率1定义：实际进入气缸的

15、新鲜充量m与进气状态下充满气缸工作容积的理论新鲜充量ms之比。式中 V1，m实际进入气缸新鲜充量的体积和质量 V2，ms进气状态下理论计算充满气缸工作容积的新鲜充量的 体积和质量。3影响换气过程充气效率的原因 1大气温度压力 2进气压力温度 3排气压力温度 4压缩比 5配气相位 6残余废气量改善发动机充气效率的措施一 减小进气阻力的措施1增大进气面积（1） 增大进气头部直径D进D排（1015%）（2） 增大进气门数量采用多气门结构（3） 增加气门升程 （4） 减小活塞行程（采用短行程技术）（5） 改善进气口 采用流线型二 减小排气阻力1采用圆形排气管2保持排气管内壁光滑3减少排气方向变化三 空

16、气滤清器减小进气系统阻力。四 合理配气相位合理的配气相位可以有效的提高充气效率第四章 燃料与燃烧一燃料汽油：90# 93#97# 牌号：辛烷值。牌号越高抗爆性越好柴油：-10#0#10#20#牌号：凝点二燃烧理论空气量（Lo）1kg燃料燃烧所需的空气量汽油Lo=14.9kg 柴油Lo=14.5kg 过量空气系数（）=L/Lo L实际量 Lo理论量 =混合气浓度汽油机正常工作0.81.2柴油机正常工作 高速 1.21.5 低速 2.2-2.6空燃比（A/F）燃料燃烧时空气量与燃料的比值A/F A空气量 F燃料量燃料的着火汽油：高温单阶段柴油：低温三阶段缸内值喷技术：分层燃烧第五章 汽油机混合气的

17、形成及燃烧一 混合气形成的方式（一）喷射式：进气管（单点） 进气道（多点） 缸内直喷（多点）（二） 各种工况的要求1 空燃比发动机性能的影响发动机外特性曲线（A/F）=13.5-14 此时发动机为动力性空燃比动力性最好（=0.850.9）（A/F）=16 此时发动机为经济性空燃比经济性最好（=1.15）发动机对（A/F）的要求按工况分：1怠速（发动机稳定工作的最小转速）（m/min） 此时节气门全关=Amin=Pmin 2小转数工况 n 节气门 P 3中转数工况（常用工况） 节气门开度一定P较高较高（=1.101.15） 4大负荷工况 节气门开度=3/4最大工况 n=20003000r/min

18、 发动机负载节气门开度 （A/F）接近最大 经济性最好 5全负荷工况 转数最大值的80%时节气门全开 此时发动机负载多喷油 过度工况1冷启动 r=0怠速冷启动P(T)最小汽化雾化质量最差（A/F）很小（=0.20.4） 2暖机节气门开度P汽化雾化质量（A/F）n多喷油以保证转数n3理想化油器特性 80% 节气门全开二电控发动机燃油喷射系统（一） 类型1按喷射的位置区分节气管（节气门附近）单点喷射进气道（多点喷射）缸内直喷（多点喷射）2按喷射的方式区分连续喷射间歇喷射3按测量进气量的方式区分质量流量控制直接测量进气管道内气流量大小速度密度控制测量P及n大小节流速度控制测量节气门开度及n大小典型燃

19、油控制系统D型燃油控制系统（传感器类型压力传感器）速度密度控制方式 L型燃油控制系统（传感器类型节气门传感器）节流速度控制方式三 汽油机燃烧过程正常燃烧过程对发动机性能的影响：1压力增大速度2峰值压力高低3峰值压力及对应的曲轴转角12着火延迟期火花塞点火形成稳定火源：影响因素（1） 缸内的压力温度（2） 缸内气体的气体流动状态（3） 混合气成分（A/F）的大小（4） 火花塞能量（5） 残余废气量23明显燃烧期火热中心迅速传播缸内混合气迅速燃烧缸内压力（P）急剧增大到峰值压力压力升功率（dp/d）：压力增大的速度dp/d=0.20.4(Mpa/)压力峰值出现的时机活塞在上止点后1215通常通过控

20、制点火时机来控制峰值压力出现时机。34补然期缸内出现峰值压力后部分燃料继续燃烧燃烧速度与火焰的传播燃烧速度单位时间燃烧混合气量有 由Pr=mRT推到得火焰传播速度未燃烧混合气密度火焰前锋面积dm/dt=TUTAT影响燃烧速度原因（1）可燃混合气密度 T提高进气压力和压缩比，可以增大未燃混合气的密度，从而提高混合气的燃烧速度。（2）火焰前锋面积AT 与燃烧室形状有关，火花塞安置位置有关（3）火焰传播速度UTUT =5080（m/s）(=0.9- UT= UTmax)T紊流状况燃烧的稳定性（1） 各循环燃烧的稳定性（2） 各个气缸件的温度性不正常燃烧（1） 爆震1现象：产生清脆高频敲缸声2原因：末

21、端混合气自然形成新的火焰中心和压力波3影响因素： 1）燃料的性质（汽油牌号） 2）末端混合气（缸内）的压力温度 3）燃烧速度（2）表面燃烧1现象：产生沉闷低频的敲缸声2原因：燃烧室内壁高温点引燃混合气使用因素对燃烧过程的影响1点火提前角在不同转数 节气门开度 混合气浓度2混合气成分（ A/F）动力混合比=0.850.95 （A/F=13.514）经济混合比=1.10 （A/F=16）3发动机转速（n）从气流角度汽化雾化更好形成稳定火源n变化着火延迟角4负荷负荷节气门开度5大气状况TPU=才（e）6冷却液温度着火延迟期T正常=8590C诱发爆震T温T缸内汽油机燃烧室一基本要求（1）结构紧凑 衡量

22、标准：面容比（A/V）=表面积、体积A/V值容积一定，表面积结构紧凑性火焰传播距离小，不易产生爆燃，可提高压缩比;相对散热损失小，热效率高。熄火面积小碳氢化合物排量少，排气品质提高。（2） 火花塞位置布置适当1尽可能靠近排气门2靠近混合气中心位置3利用扫气（3） 充气效率进排气门的位置布置得当（4） 燃烧室形状合理分布燃烧形状应满足速燃要求（5） 气流运动状况利用进气涡流和挤流 (6) 末端混合气适当冷却根据：气流运动方向和火花塞的布置二常用的典型燃烧室1浴盆性：压缩比较小，动力性经济性差2半球形燃烧室：火焰传播距离短，压缩比较大，动力性经济性较好。气门夹角在50到70间3球形燃烧室常用于多气门结构发动机4楔形燃烧室