发动机工作循环及性能指标.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 发动机工作循环及,性能指标,本章要求：,了解：,发动机的热平衡。,理解：,发动机的实际循环过程，机械损失。,掌握：,示功图分析法，主要性能指标。,第一节 发动机的实际循环,发动机的实际循环是由进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个过程所组成。实际循环比理论循环复杂的多。,通常用气缸内的工质,压力,随,气缸工作容积或曲轴转角,而变化的图形（,示功图）来研究,。,即,-,示功图和,-,四冲程柴油机,图,四冲程汽油机,图,五个工作过程：,1、进气过程,2、压缩过程,3、燃烧过程,化学能热能,4、膨胀过程,5、排气过程,排气温度是重要参数,第二节 内燃机的性能指标,内燃机的性能指标包括：,指示指标：据示功图求得的动力性和经济性指标,它是以工质在气缸内对活塞所做的功为基础的性能指标。,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。,有效指标：考虑到机械损失的指标。,小于指示指标,它是以曲轴对外输出的功为基础的性能指标。,意义：,用来评定发动机性能的好坏。,内燃机的指示指标：,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。,在气缸完成一个循环，工质对活塞所做的功，用,W,Ci,（J,）,表示。,W,Ci,=,Pdv,（W,Ci,相当于代表的功）,一、指示功和平均指示压力,1,、指示功（或循环指示功）,1）定义：,发动机单位气缸工作容积每循环做的指示功。,P,i,=,W,ci,/V,h,(,kpa,),2）单位：,W,ci,（J），V,h,（L），P,i,（kpa,）,3）,P,i,，,W,ci,=,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,:,P,i,=700-1300kpa,柴油机,:,P,i,=650-1100kpa,增压柴油机,:,P,i,=900-2500kpa,2、,平均指示压力,P,i,二、指示功率,N,i,i,气缸数；,P,i,平均指示压力,（,kpa,),；,n,转数，,r/min；,行程数；,V,h,（L,）,汽缸工作容积。,当,时：,P,i,，N,i,，,动力性指标。,定义：,单位时间内所做的指示功，,N,i,KW。,N,i,=,W,ci,/t(N.m/s,),KW,KW,三、指示燃油消耗率,g,i,定义：,单位指示功所消耗的燃油量，用,g,i,表示。,g,i,（1000G,f,/N,i,）,g/kwh,G,f,每小时的燃油消耗量，,kg/h；,N,i,指示功率，,kw,。,g,i,，,i,，,经济性指标。,四、指示热效率,i,定义：,实际循环指示功,W,ci,与所用燃油的发热量,Q,1,之比值,用,i,表示,。,N,i,KW；,Hu,KJ/kg,燃料热值；,G,f,kg/h；,g,i,g/kw,h,可以看出：,i,1g,i,标定工况下，,i,，g,i,的大致范围：,g,i,i,汽油机：,2,05,320 0.25,0.,40,柴油机：,17020,5 0.40,0.50,内燃机的有效指标,一、机械损失功率,N,m,和有效功率,Ne,1.,机械损失：,主要包括：,摩擦损失：,活塞环与缸壁间,，各轴承与轴颈间，气门传动机构的摩擦。占总损失的,6075%。,驱动附属机构的能量损失,占1020%。,泵气损失：,占1020%。,2.机械损失功率,N,m,:,因机械损失所消耗的功率,3有效功率,Ne,:,NeN,i,-N,m,:曲轴对外输出的功率。,二、有效扭矩（转矩）,Me,Ne,：,功率；,KW Me：,扭矩；,N.m,n：,转速；,r/min,是发动机工作时曲轴输出的平均扭矩。,M,e,n,=,9549,(KW),三、平均有效压力,Pe,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,平均有效压力,kpa，V,h,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,四、升功率,N,L,，,比重量Ge,升功率,N,L,：,发动机每升工作容积发出的有效功率。,N,L,Ne/(i,V,h,),kw,/L,从有效功率的角度，衡量发动机排量利用的程度，,N,L,越大，发动机的强化程度越高，发出一定有效功率的发动机尺寸越小。,比重量：,发动机的净重量,G,与所发出功率,Ne,的比值。,GeG/Ne,表征重量利用程度和结构紧凑性。,升功率和比重量都是发动机的强化程度指标。,越大，内燃机的热负荷和机械负荷越高。,五、有效燃油消耗率和有效热效率,.,有效燃油消耗率,:,单位有效功率的油耗量。,g,e,1000G,f,/N,e,g/kwh,G,f,:,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,Q,1,的比值。,e,We/Q,1,3.6/(,g,e,H,u,)10,6,W,i,m,/Q,1,i,m,g,e,:,有效燃油消耗率;,H,u,:,燃料的低热值,kJ/kg,g,e,、,e,是发动机的经济性能指标。,总结,1、,按评价发动机性能的不同,使用方面常用的性能指标：,Ne,Me,g,e,结构设计方面常用的性能指标（,强化程度指标,）：,Pe,N,L.,Ge,2、发动机铭牌或产品说明上注明的指标，都是在标定工况下的指标。,3、动力性指标,：,Ne，Me，Pe，N,L,；,经济性指标,：,g,e,，,e,第三节 机械效率,一、机械效率,1.机械损失功率,:,发动机机械损失所消耗的功率，,N,m,2.平均机械损失压力,:,单位气缸工作容积的机械损失功，,P,m,P,i,-,P,e,.,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：,m,0.70.9,；柴油机：,m,0.70.85,；增压柴油机：,m,0.80.92,二、影响,m,的因素,1转速,n,负荷一定=,P,i,、,N,i,基本不变,n,=,摩擦损失,=,机械损失,=,P,m,图2-3,m,随转速的变化关系,得:,n,m,故用提高,n,来增加发动机的动力性指标受到限制。,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。,2.负荷,n,不变，,NeMe，NePe,故负荷可用,Ne,Pe,表示。,负荷率：,M,e,/M,emax,100%,负荷,=,P,i,P,m,近似不变,=,m,P,m,/P,i,怠速工况:,N,e,0,N,i,N,m,m,=0,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。,3.,润滑油粘度,润滑油的粘度即机油的稠稀程度。,粘度,=,内部摩擦,=,机械损失,Ni,不变,=,m,粘度,=,Pm,=,m,粘度过小,=,机油的承载能力太低,=,油膜破裂,=,发生干摩擦,=,烧瓦,=,Pm,=,m,另外，机油粘度还与其温度有关。机油温度升高，导致机油粘度降低。,4.,冷却水温度,冷却水的温度直接影响到润滑油的温度，因而也就关系到润滑油粘度和摩擦损失的大小,使用中，发动机的冷却水温度保持在,8095,范围内。,图2-5,P,m,随润滑油温度变化的关系,第四节 内燃机的热平衡,发动机的热平衡：,燃油燃烧所产生的热量恒等于转变为有效功与各项散失的热量之和。,热平衡方程式:,Q,f,=,Q,e,+Q,w,+Q,r,+Q,b,+Q,s,Q,f,:,燃油完全燃烧的热量;,Q,e,:,转变为有用功的热量,;,（占,25,40,),Q,w,:,传给冷却介质的热量;,（占,10,35,),Q,r,:,被废气带走的热量;,（占,25,50,),Qb,:,燃烧不完全热量损失,;,Q,s,:,其他热量损失;,燃油完全燃烧的热量,Q,f,G,T,h,u,(kJ/h),转变为有用功的热量,Q,e,3.6,10,3,Ne,(kJ/h),传给冷却介质的热量,Q,w,G,w,c,s,(t2-t1),(kJ/h),(,Gw,通过冷却介质的流量,kg/h,；,cs,冷却介质的比热,kJ/(kg,),；,t1,、,t2,冷却介质入口、出口温度,),被废气带走的热量,Q,r,(,G,T,+G,k,)(c,pr,t,r,-c,pk,t,k,),(kJ/h),(G,T,、,G,K,每小时消耗的燃油和空气量,kg/h,；,c,pr,、,c,pk,废气和空气的定压比热,kJ/(kg,),；,t,k,、,t,r,进排气门处工质温度,),燃烧不完全热量损失,Q,b,Q,f,(1-,r,),(kJ/h),(,r,燃烧效率）,其他热量损失,Q,s,Q,f,(,Q,e,Q,w,Q,r,Q,b,),(kJ/h),燃料燃烧的总热量仅有转变为有效功，其余的热量损失掉。其中主要由废气带走，其次传给冷却水，在某些汽油机中不完全燃烧所占比例也不小。,进气过程,进气过程中，由于进气气流需克服进气系统的流,动阻力，,故进气终了的压力,a,大气温度,0,（,T,a,=300380K,）,压缩过程,1、作用：,增大工作过程的温差，获得最大限度的膨胀比，提高热功转换效率，同时也为燃烧过程创造有利条件。,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。,开始 吸热,n,1,K,绝热,n,1,=K,后 放热,n,1,K,2、压缩过程的多变指数,n,1,是变化的。,用一平均压缩多变指数,n,1,代替,n,1,，,使计算的始点,a,和终点,c,的工质状态与实际循环的初、终状态相等。,n,1,的范围：,汽油机：,n,1,=1.3,2-1.38,柴油机：,n,1,=1.38-1.42,n,1,越大，热损失越小。,n,1,主要决定于工质与气缸壁的传热情况。,3.,压缩终点的压力,P,c,=P,a,n1,kPa,压缩终点的温度,T,c,=T,a,n1-1,k,4、,压缩比的影响及范围,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。,汽油机：,=6-9,柴油机：,=14-21,5,、泄露的影响,泄露量增大，,n,1,减小,使压缩终点的工质温度、压力下降，使启动困难，功率减小,。,