内燃机性能指标及实际热循环

➢性能 ➢可靠性 ➢寿命
课程性质 车辆工程方向的专业限选课
内容
绪论
动力性指标
1、对象
以性能指标作为研究对象
经济性指标 运转性指标
衡量发动机的质量，还要考虑可靠性，耐久性，
加工容易，操纵维修方便，成本核算
2、工作过程
发动机冲程 ：吸气压缩做功排气
热力过程：吸气压缩燃烧膨胀排气
燃烧 膨胀 为能量转换过程
密、准确、优化 （5） 设计、零部件生产商 分散集中分散 （6） 电控应用日益增多，混合气制备更加完善 （7） 检测设备与手段先进 （8） 低排放的代用燃料发动机正在普及，零排放
正在开发并进入实用
绪论
3、现代发动机的发展
结论： 新技术、电子控制技术可保持
发动机运行参数最佳值，使动力、经济、 排放等性能指标最佳化，并监视运行工况
c
压缩比
压力升高比
b Q2
a
Va Vc
Vc
Vh V
(Vh Vc ) / Vc
pz
pc
预胀比
Vz / Vh / Vz
Vz'
绝热指数 k 空气的 k =1.4
循环热效率
根据热力学公式可得 1、混合加热循环的热效率
P z′ Q1〞
Q1′
z
c
tm
W0 Q1
1 Q2 Q1
p z'
Wz c
z
Wk 工质影响 Wb 传热损失
r Wr
b Wz 燃烧损失
b'
W
a
换气损失
v
一、工质的影响
工质性质 •
理论上: 理想气体，双原子气体 实际上: 燃烧前: 燃料+空气
柴油机 = 12～22
汽油机 = 10 左右时 t 不大
汽油机 = 6～11
问题分析和结论
3、 、 影响
、 t pz 急剧 发动机
的结构、强度、寿命 、可靠性 ， 运动 件惯性 摩擦力 机械效率 4、k 影响
k t
§ 1-2 内燃机实际循环与热损失
实际循环 ：进气、压缩、燃烧、膨胀、排气
绪论
机动
灵活
交通运输的5种运输方式 中公路运输的特点
快速 便捷 换装少
货损少
效率高
可以实现“门到门”的服务 效益高
在综合运输体系中承担着必不可少的作用
绪论
汽车工业的快速发展，高新技术在汽车中 的应用越来越多 -----技术密集的行业
发动机 ---汽车的心脏 ---动力来源
直接影响着整车的
1) t
3、定压加热循环的循环平均压力
ptp
k 1
pa (
k 1
1)kt
问题分析和结论
tm
1
1
k 1
(
k 1 1) k(
1)
ptm
k
1
pa [(
k 1
1) k(
1)] t
1、 为定值 t、pt ； t 、pt ； = 1 t = C
t 、pt ； 2、 变化 柴油机 = 20 左右时 t 不大
绪论
二、汽车内燃机的发展 1、汽车用发动机的分类
发动机 内燃机和外燃机 车用发动机 间歇工作式发动机 四个冲程中只有一个冲程做功，做功不连续 燃气轮机：连续工作式发动机
绪论
1、汽车用发动机的分类
按燃料
汽油 柴油 液化石油气、天然气 沼气、混合动力、纯电动 氢、醇类、二甲醚 植物油、太阳能
绪论
按发动机往复运动件
P
Q1〞
3
4
Q1′
2
膨胀过程4-5 排气过程5-0
0 Pe
Vc
V
5 Q2
1
Vh
实际循环的简化
➢忽略进、排气过程
➢压缩、膨胀过程 （复杂的多变过程）
简化为
绝热过程
➢燃烧过程简化为
定容加热过程 定压加热过程
➢排气放热简化为定容放热过程 ➢假定工质为定比热的理想气体
§ 1-1 内燃机理论循环
将实际工作过程抽象简化后建立的循环
1 1)
循环平均压力
• 循环平均压力 单位气缸容积所做的循环功 ------理论
循环的做功能力。
pt W / Vh (K pa )
Vc
Vh
Va
循环平均压力
1、混合加热循环的循环平均压力
ptm
k
1
pa [(
k 1
1) k(
1)] t
2、定容加热循环的循环平均压力
ptv
k pa ( 1 k 1
1
Q2 Q1 Q1
Vc
b Q2
a Vh V
tm
1
1k1(
k 1 1) k(
1)
循环热效率 P z
2、定容加热循环的热效率 Q1 c
Vz / Vc 1
Vc
tv
1
1
k 1
b Q2
a
Vh
V
循环热效率
P
Q1
c
z
3、定压加热循环的热效率
pz 1
pc
Vc
b Q
a2
Vh V
tp
1
1 k k1 k(
按混合气形成方式、按燃烧室型式、 按照用途等多种分类
2、车用发动机的优缺点
优点 缺点
•功率范围 广
Ne = 0.6～35000 kw 蒸汽机 11～16%
•有效热效率高
蒸汽轮机 30% 汽油机30%，柴油机40%
增压柴油机46%以上
•比重量小，升功率大 体积小、重量轻
比重量 柴油机3.7 kg/kw 车用汽油机1.37 kg/kw
活塞式 转子
直立
按发动机气缸布置
卧式 V型 W型
按冷却介质 分冷、水冷
按气缸数 单缸、多缸
绪论
按活塞冲程数 2冲程、4冲程
按点火方式 点燃、压燃
按增压程度 低增压、中增压、高增压 低速 n < 500 r/min
按发动机转数 中速500 r/min < n < 1500 r/min 高速 n > 1500 r/min
三、汽车对发动机的要求 动力性是基本要求 对经济性、可靠性等方面也有着要求
第一章 内燃机性能指标及 实际热循环
发动机——汽车的动力源 品质的评价--------定性、定量----- 指标
指标的建立需要条件和基础，作为能量 转换机构的工作过程需要建立模型。
发动机的实际循环
进气过程0-1 压缩过程1-2 燃烧过程2-3-4
混
P
Q1〞
z′
z
合
Q1′
加
c
热
车用柴油机 的理想循环
循
b
Q2
环
a
Vc
Vh
V
定容加热循环 (奥托Otto循环 )
P z
Q1 c
汽油机的理想循环
b
Q2 a
Vc
Vh
V
定压加热循环（狄赛尔diesel 循环）
P
Q1
c
z
高增压低速柴油机 的理想循环
b Q2
a
Vc
Vh
V
循环特征参数
P z′ Q1〞
Q1′
z
•起动性好 可很快达到全负荷
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•对燃料要求高 石油紧张，汽油、柴油价 格高；要求一定的标号
•噪声、排污 *结构较复杂
3、现代发动机的发展
60 年代以前: 动力性、可靠性、耐久性 70～80年代: 经济性、动力性 90 年代口号: 清洁、经济、安全 （1） 相关学科日益增多，学科之间相互渗透 （2） 标准化，系列化，通用化 （三化） （3） 新材料，新工艺，新产品 （4） 使用计算机设计、计算零部件及其配合，精