第2章发动机的性能与性能指标.ppt
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1、第二章 发动机的实际循环与评价指标,第一节 四行程发动机的实际循环 第二节 发动机性能指标 第三节 机械损失,第一节 四行程发动机的实际循环,包括:进气、压缩、燃烧、膨胀和排气5个过程。,实际循环较理想循环复杂,虽然理想循环是在实际循环的基础上简化而来,但理想循环各过程并不能完全反映实际循环各过程的特点。 四冲程发动机曲轴旋转两圈完成一个工作循环,分进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个过程。 示功图:发动机缸内压力p随气缸容积V或曲轴转角变化的图示。即发动机示功图有p-V 图和p-图两种。,pv与p两种示功图,四行程发动机示功图,以pv图为例( 为环境大气压力),进气过程(0-1线): 进气门开启
2、,随着活塞下行,缸内压力降低,新鲜工质进入气缸,即: 一般进气终点的压力pa和温度Ta的范围是: 汽油机:pa =(0.8-0.9)p0 ; Ta=340-380K 柴油机:pa =(0.85-0.95)p0; Ta=300-340K 增压柴油机:pa=(0.9-1.0)pk; Ta=320-380K 汽车发动机增压压力:pk =(1.3-2.0)p0,压缩过程(1-2线):,两气门关闭,随着活塞上行,工质被压缩,缸内压力、温度升高,即p,T。 压缩终了的压力和温度的大致范围是: pc (MPa) Tc (K) 汽油机 0.8-2.0 600-750 柴油机 3.0-5.0 750-1000
3、增压柴油机 5.0-8.0 900-1100 的大致范围是: 汽油机 =7-10 柴油机 =14-22 增压柴油机 =12-15,燃烧过程(一):,2-3-4线,可燃混合气快速燃烧,缸内压力、温度急剧升高,即p,T。 燃烧的最高爆发压力及最高温度的大致范围是; pz(MPa) Tz(K) 汽油机 3.0-8.0 2200-2800 柴油机 4.5-9.0 1800-2200 增压柴油机 9.0-13.0,燃烧过程(二):,发动机实际的燃烧过程,膨胀过程(4-5线):,工质吸收燃料放出的热量,推动活塞下行,对外输出功,缸内压力、温度降低,即p,T。 膨胀终了的压力和温度的大致范围是: pb(MP
4、a) Tb(K) 汽油机 0.3-0.6 1200-1500 柴油机 0.2-0.5 1000-1200,排气过程(5-0线),排气门开启,废气排出。 排气终了的压力和温度的范围是: 汽油机和柴油机 : pr=(1.05-1.2)p0 废气涡轮增压柴油机: pr=(0.75-1.0)pk 汽油机: Tb =900-1100K 柴油机: Tb =700-900K,关于发动机实际循环,发动机理想循环加上各项损失后,即可分析发动机的实际循环。,1.工质改变损失,(1)工质性质 理论上:理想气体,双原子气体。 实际中:燃烧前:燃料+空气; 燃烧后:燃烧产物。 (2)比热容 理论上:定比热容。 实际中:
5、温度T 比热容C 。,(3)高温分解,例:C + O2 CO + 热量 +O2 CO2 + 热量 式中:CO为中间产物,CO2为最终产物。 若遇高温,则会发生复分解反应,即高温分解: CO2 CO + O2 - 热量 这部分热量虽然在膨胀过程中还可能会释放出来,但由于活塞已接近下止点,做功效果变差,热效率下降。,2、换气损失,理论上:忽略进、排气过程。 实际中:进、排气门提前开启,迟后关闭,且有流动阻力。 换气损失中逆向循环所包围的面积为泵气损失。泵气损失包含在换气损失之中。,3、传热、流动损失,(1)传热损失 理论上:压缩、膨胀过程为绝热过程。 实际中:大量热量通过气缸壁传给冷却水或空气。
6、传热损失是发动机中的最大损失,占总损失量的30%以上。因此,许多研究者致力于开发绝热发动机。 (2)流动损失 理论上:闭口系统,没有气体流动损失。 实际中:存在进、排气节流及沿程损失,缸内进气、挤压、燃烧涡流损失。,4、时间损失,理论上:定容加热瞬间完成,定压加热速度与活塞运行速度密切配合。 实际中:燃烧需要时间。,5、补燃损失,理论上:加热瞬间完成,膨胀过程无加热。 实际中:虽然大部分(80%以上)燃料在燃烧过程中燃烧掉,但仍有少部分燃料会拖到膨胀线上才燃烧,做功效果变差,热效率下降。 6、工质泄漏损失 理论上:闭口系统,无泄漏。 实际中:活塞、气环不会100%严密密封,总会有少量气体窜到曲
7、轴箱中,造成损失。,第二节 发动机性能指标,发动机的主要性能指标有动力性指标(有效扭矩、有效功率等),经济性指标(燃油消耗率、热效率等),运转性能指标(排气品质、噪声和起动性能等)。 这些指标用于评价发动机的动力性、经济性等。,发动机性能指标:指示指标,有效指标。,指示指标:以工质在气缸内对活塞做功为基础,评价工作循环的质量。 有效指标:以曲轴上得到的净功率为基础,评价整机性能。,一、指示指标(以下标i表示),1、指示功Wi和平均指示压力Pmi 指示功Wi :一个循环工质对活塞所做的有用功。,指示功Wi的大小,非增压: ;增压: 。 因为:F2不容易测量,实际将归到机械损失中考虑。 所以: 。
8、 式中:a、b 为横、纵座标比例尺。 指示功Wi大,说明:气缸工作容积大;热功转换有效程度大。 为便于比较不同大小发动机热功转换的有效程度,引入平均有效压力的概念。,平均指示压力pmi,平均指示压力:单位气缸工作容积所做的指示功。 它是一个假想的动力性参数: 式中:Vh为每缸工作容积。,平均指示压力的图示和范围,Pmi的一般范围: 柴油机 kPa, 汽油机 kPa。,2、指示功率Pi(Ni),指示功率:单位时间所做的指示功。 若:缸数i,每缸工作容积Vh m3,冲程数,平均指示压力pPa,转速n r/min(rpm)。则: W kW,若:每缸工作容积V hL,平均指示压力pbar。,则: kW
9、,3、指示燃油消耗率bi(gi),指示燃油消耗率:单位指示功率的耗油量,也称指示比油耗。 g/kWh 式中:B为每小时耗油量 kg/h 。,4、指示热效率i,发动机实际循环指示功与所消耗的热量之比。即: 式中:Wi为做指示功所消耗的热量。 hu为燃料的低热值。,二、有效指标(以下标e表示),1、有效功率Pe(Ne) : 从发动机输出轴上得到的净功率称为有效功率。 发动机的指示功率不可能完全向外输出,自身存在机械损失。有效功率的大小为: Pe =Pi-Pm 式中:Pm机械损失功率。 发动机的有效功率由试验测得。,2、有效扭矩Ttq(Me),有效扭矩:功率输出轴输出的扭矩。 kW kW,3、平均有
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