發(fā)動(dòng)機(jī)原理-第二章_工作循環(huán)與性能ppt課件

.,發(fā)動(dòng)機(jī)原理,講授內(nèi)容：第二章發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)及性能指標(biāo)主講人：鄧曉亭講師,Email：xiaotingdeng電話第二章發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)及性能指標(biāo),重點(diǎn)掌握:1、示功圖分析法、發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)的定義、意義和單位；、機(jī)械效率及其影響因素。,第一節(jié)內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán),要求掌握：1、車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的理想循環(huán)各是什么；2、理想循環(huán)各由哪些過(guò)程組成；3、影響理想循環(huán)熱效率的因素；4、車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)理想循環(huán)的比較。,為便于分析內(nèi)燃機(jī)的實(shí)際工作過(guò)程，將內(nèi)燃機(jī)的某個(gè)循環(huán)的各個(gè)實(shí)際過(guò)程全部抽象的概括為若干個(gè)可逆過(guò)程，這樣得到的一個(gè)閉合循環(huán)，稱(chēng)為理想循環(huán)。1、研究理論循環(huán)的目的:1)確定循環(huán)熱效率的理論極限，以判斷實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性和工作過(guò)程進(jìn)行的完善程度以及改進(jìn)潛力。2)分析比較發(fā)動(dòng)機(jī)不同熱力循環(huán)方式的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性。3)確定提高以理論循環(huán)熱效率為代表的經(jīng)濟(jì)性和以平均壓力為代表的動(dòng)力性的基本途徑。,第一節(jié)內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán),.,2、理想化,第一節(jié)內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán),理想循環(huán)所采取的簡(jiǎn)化假定：1假定工質(zhì)為定比熱容的理想氣體；2不計(jì)吸氣和排氣過(guò)程（工質(zhì)的總質(zhì)量保持不變），假設(shè)工質(zhì)是在閉口系統(tǒng)中作封閉循環(huán)；3壓縮、膨脹過(guò)程簡(jiǎn)化為絕熱等熵過(guò)程；4把燃燒過(guò)程看作是外界對(duì)工質(zhì)的加熱過(guò)程，簡(jiǎn)化為等容加熱過(guò)程或等壓加熱過(guò)程；5排氣中的實(shí)際放熱過(guò)程簡(jiǎn)化為等容放熱過(guò)程；6忽略過(guò)程損失，把循環(huán)的每一過(guò)程都假定為可逆過(guò)程，即假設(shè)循環(huán)過(guò)程為可逆循環(huán)。,.,3、實(shí)際循環(huán)及理想化,實(shí)際工作過(guò)程：,進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹、排氣,第一節(jié)內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán),1）汽油機(jī)的理想循環(huán)：汽油機(jī)燃燒迅速溫度和壓力增長(zhǎng)快速等容加熱循環(huán)2）低速柴油機(jī)的理想循環(huán)：低速柴油機(jī)燃燒壓力限制壓力一定等壓加熱循環(huán)3）高速柴油機(jī)的理想循環(huán)：高速柴油機(jī)先定容再定壓混合加熱循環(huán),4、汽油機(jī)的理想循環(huán),1-2的壓縮過(guò)程絕熱壓縮；2-3的燃燒過(guò)程等容加熱；3-4的膨脹過(guò)程絕熱膨脹；4-1的排氣過(guò)程等容放熱。,等容加熱循環(huán)的熱效率：,=V1/V2-壓縮比；,k-絕熱指數(shù)。,-等容加熱循環(huán),Q2,Q1,.,5、低速柴油機(jī)的理想循環(huán)-等壓加熱循環(huán),1-2的壓縮過(guò)程絕熱壓縮；2-3的燃燒過(guò)程等壓加熱；3-4的膨脹過(guò)程絕熱膨脹；4-1的排氣過(guò)程等容放熱。,等壓加熱循環(huán)的熱效率：,=V3/V2預(yù)膨脹比,6、車(chē)用柴油機(jī)的理想循環(huán)-混合加熱循環(huán),混合加熱循環(huán)的熱效率:,1-2的壓縮過(guò)程絕熱壓縮；2-3的燃燒過(guò)程等容加熱；3-4的燃燒過(guò)程等壓加熱；4-5的膨脹過(guò)程絕熱膨脹；5-1的排氣過(guò)程等容放熱。,=V1/V2-壓縮比,=P3/P2-壓力升高比，=V4/V3-預(yù)脹比，k-絕熱指數(shù).,Q1,Q1,.,三種理論循環(huán)的比較,二、影響內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)的主要因素分析循環(huán)的主要目的是找出影響循環(huán)熱效率的因素，找到提高熱效率的途徑。常用的方法有：1、解析法：從循環(huán)熱效率的公式出發(fā)進(jìn)行分析。2、圖示法：由PV圖、TS圖入手分析。,1、壓縮比的影響,壓縮比對(duì)上述三種理想循環(huán)的影響是相同的。由熱效率的公式：,提高循環(huán)平均吸熱溫度，降低循環(huán)平均放熱溫度，擴(kuò)大了循環(huán)溫差和膨脹比,t。,當(dāng)壓縮比較小時(shí)，熱效率隨壓縮比的增加顯著增大；當(dāng)壓縮比較大時(shí)，熱效率隨壓縮比的增加增大較少。,由試驗(yàn)曲線看出:,.,2、k的影響由公式看出，kt（混合氣較稀,k較大）k取決于工質(zhì)的性質(zhì)，雙原子氣體為1.4；多原子(排氣成分)為1.33；多原子（混合氣）1.32-1.4。,柴油機(jī)熱效率高的四個(gè)要素：壓縮比高；混合氣絕熱指數(shù)高；泵氣損失小；燃燒完全,.,3、的影響(1)對(duì)定容加熱循環(huán)，t不變當(dāng)一定時(shí)，要使，必須增加加熱量Q1，由于定容加熱和定容放熱兩個(gè)過(guò)程斜率相同，Q2/Q1不變。其對(duì)效率沒(méi)有改善，但動(dòng)力性能改善了，循環(huán)平均壓力Pt增大了。,(2)對(duì)混合加熱循環(huán)，tQ1不變，值增大（Q1v）則相對(duì)的減少了Q1p所占的比例，即，而Q2減少，使整個(gè)循環(huán)的熱效率會(huì)增大。但TzPz，零件的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷，受零件耐溫和強(qiáng)度限制不能過(guò)高。,4、的影響（1）對(duì)等壓加熱循環(huán)，t。(Q2)（2）對(duì)混合加熱循環(huán)，Q2t,.,從理論循環(huán)的分析可知，提高壓縮比和壓力升高比對(duì)提高循環(huán)熱效率T起著有利的作用，但發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工作條件約束和限制循環(huán)熱效率提高。,1)零件的強(qiáng)度和可靠性的限制;2)機(jī)械效率的限制;3)燃燒方面的限制。,比較圖中各循環(huán)加熱過(guò)程所對(duì)應(yīng)的面積，得出：Q2pQ2mQ2v所以：tvtmtp,三、活塞式內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)的比較1、在等壓縮比、等加熱量Q1條件下,等容加熱循環(huán)熱效率最高，而等壓加熱循環(huán)的均最低。欲提高混合加熱循環(huán)的熱效率，應(yīng)增加混合加熱循環(huán)的等容部分。,.,2、在等加熱量Q1、循環(huán)最高壓力Pz相等條件下,比較圖中各循環(huán)加熱過(guò)程所對(duì)應(yīng)的面積，得出：Q2vQ2mQ2p所以：tptmtv,理論上說(shuō)明，柴油機(jī)的熱效率要高于汽油機(jī)的熱效率。,3、在循環(huán)的最高溫度、最高壓力相同的條件下,在T-S圖上比較三種循環(huán)的加熱量和放熱量，可以看出：放熱量q2都相同，而加熱量為：,Q1pQ1mQ1v,所以：,tptmtv,實(shí)際內(nèi)燃機(jī)中，由于壓縮比選取的不同，有：tmtptv,第二節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán),發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán)是由進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣五個(gè)過(guò)程所組成。實(shí)際循環(huán)比理論循環(huán)復(fù)雜的多。通常用氣缸內(nèi)的工質(zhì)壓力隨氣缸工作容積或曲軸轉(zhuǎn)角而變化的圖形（示功圖）來(lái)研究。即-示功圖和-示功圖。,四沖程柴油機(jī)圖,四沖程汽油機(jī)圖,四行程發(fā)動(dòng)機(jī)示功圖,a：進(jìn)氣終點(diǎn)c：壓縮終點(diǎn)z：燃燒終點(diǎn)b：膨脹終點(diǎn)r：排氣終點(diǎn)Va-氣缸的總?cè)莘eVc-氣缸的壓縮容積Vh-氣缸的工作容積TDC-上止點(diǎn)BDC-下止點(diǎn),r,五個(gè)工作過(guò)程,1、進(jìn)氣過(guò)程2、壓縮過(guò)程3、燃燒過(guò)程4、膨脹過(guò)程5、排氣過(guò)程,r,.,發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)的比較,1、實(shí)際工質(zhì)的影響實(shí)際工質(zhì)影響引起的損失：Wk2、換氣損失泵氣損失：Wr提前排氣損失：W3、燃燒損失非瞬時(shí)燃燒損失和補(bǔ)燃損失：Wz不完全燃燒損失高溫?zé)岱纸鈸p失4、傳熱損失傳熱、流動(dòng)損失Wb5、缸內(nèi)流動(dòng)損失,Wk實(shí)際工質(zhì)影響引起的損失；Wz非瞬時(shí)燃燒損失和補(bǔ)燃損失；Wr換氣損失；Wb傳熱流動(dòng)損失；W提前排氣損失,.,發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)的比較,1、實(shí)際工質(zhì)的影響Wk比熱理論上:定比熱實(shí)際上:溫度T比熱C工質(zhì)性質(zhì)理論上:理想氣體，雙原子氣體實(shí)際上:燃燒前:燃料+空氣；燃燒后:燃燒產(chǎn)物。,2、換氣損失Wr+W理論上:忽略進(jìn)、排氣過(guò)程實(shí)際上:進(jìn)、排氣門(mén)提前開(kāi)啟，遲后關(guān)閉，且有流動(dòng)阻力。泵氣損失：換氣損失中逆向循環(huán)所包圍的面積。,提前排氣損失：排氣門(mén)在下止點(diǎn)前提前開(kāi)啟而產(chǎn)生的損失。,3、燃燒損失補(bǔ)燃損失理論上:加熱瞬間停止，膨脹過(guò)程無(wú)加熱。實(shí)際上:雖大部分(80%以上)燃料在燃燒過(guò)程中燃燒掉，但仍有小部分燃料會(huì)拖到膨脹線上才燃燒，做功效果變差，熱效率下降。不完全燃燒損失實(shí)際循環(huán)中有部分燃料、空氣混合不良，部分燃料由于缺氧產(chǎn)生不完全燃燒損失。,.,4、傳熱損失Wb理論上:壓縮、膨脹過(guò)程為絕熱過(guò)程實(shí)際上:大量熱量通過(guò)汽缸壁傳給冷卻水或空氣。傳熱損失是發(fā)動(dòng)機(jī)中的最大損失，占總損失量的30%以上。因此，許多研究者致力于開(kāi)發(fā)絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)。5、缸內(nèi)流動(dòng)損失理論上:閉口系統(tǒng)，沒(méi)有氣體流動(dòng)損失。實(shí)際上:進(jìn)、排氣節(jié)流沿程損失，缸內(nèi)進(jìn)氣、擠壓、燃燒渦流損失。,發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)的比較,3、燃燒損失高溫?zé)岱纸鈸p失例C+OCO+熱量+OCO2+熱量其中CO為中間產(chǎn)物，CO2為最終產(chǎn)物。若遇高溫，則會(huì)發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，即高溫分解:CO2CO+O-熱量這部分熱量雖然在膨脹過(guò)程中還可能會(huì)釋放出來(lái)，但由于活塞已接近下止點(diǎn)，做功效果變差，熱效率下降。,.,減少各項(xiàng)損失，提高實(shí)際循環(huán)熱效率，改善發(fā)動(dòng)機(jī)性能，是研究發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的目的。結(jié)論：1）汽油機(jī)的理論循環(huán)熱效率低于柴油機(jī)的；2）實(shí)際工質(zhì)比熱容變化引起的損失占較大的比例；3）對(duì)于汽油機(jī)，不完全燃燒損失主要是由于采用濃混合氣造成的，所以采用稀混合氣是汽油機(jī)減少損失的途徑之一。對(duì)于柴油機(jī)，不完全燃燒主要是混合氣形成及燃燒組織不完善引起的，是柴油機(jī)應(yīng)改善之處。,發(fā)動(dòng)機(jī)理論循環(huán)熱效率和實(shí)際循環(huán)指示熱效率值的范圍：,理論循環(huán)熱效率：0.54-0.580.64-0.67實(shí)際循環(huán)指示熱效率：0.30-0.400.40-0.45,汽油機(jī)柴油機(jī),第二節(jié)內(nèi)燃機(jī)的性能指標(biāo),內(nèi)燃機(jī)的性能指標(biāo)包括：指示指標(biāo)：據(jù)示功圖求得的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo).它是以工質(zhì)在氣缸內(nèi)對(duì)活塞所做的功為基礎(chǔ)的性能指標(biāo)。意義：用來(lái)評(píng)價(jià)實(shí)際工作循環(huán)的好壞，研究發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程。有效指標(biāo)：考慮到機(jī)械損失的指標(biāo)。小于指示指標(biāo)它是以曲軸對(duì)外輸出的功為基礎(chǔ)的性能指標(biāo)。意義：用來(lái)評(píng)定發(fā)動(dòng)機(jī)性能的好壞。,內(nèi)燃機(jī)的指示指標(biāo),順時(shí)針正功-循環(huán)指示功,F1逆時(shí)針負(fù)功-泵氣功-機(jī)械損失功,F2,示功圖上循環(huán)曲線所圍成的面積的大小表示功的多少。,在氣缸完成一個(gè)循環(huán)，工質(zhì)對(duì)活塞所做的功，用Wi（J）表示。Wi=Pdv（Wi相當(dāng)于Fi=F1-F2代表的功）,一、指示功和平均指示壓力1、指示功（或循環(huán)指示功）：,.,1、指示功（或循環(huán)指示功）：,指示功反映了發(fā)動(dòng)機(jī)在一個(gè)工作循環(huán)中獲得的有用功數(shù)量，它除了與循環(huán)中熱功轉(zhuǎn)換的有效程度有關(guān)外，還與氣缸容積大小有關(guān)。,1）定義：發(fā)動(dòng)機(jī)單位氣缸工作容積每循環(huán)做的指示功。pmi=Wi/Vh(kpa)Wi=pmiVh=(pmiD2h)/4D和h分別為氣缸直徑和活塞行程。2）單位：Wi（J），Vh（L），pmi（kpa）3）pmi，Wi=氣缸工作容積的利用程度。4）作用：評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)的動(dòng)力性。5）汽油機(jī):pmi=700-1430kpa柴油機(jī):pmi=600-1100kpa增壓柴油機(jī):pmi=850-2600kpa,2、平均指示壓力pmi,二、指示功率Pi,i氣缸數(shù)；pmi平均指示壓力（kpa)；n轉(zhuǎn)數(shù)，r/min；行程數(shù)；Vh（L）汽缸工作容積。當(dāng)時(shí)：,Wi，pmi，Pi，動(dòng)力性指標(biāo)。,定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)所做的指示功，Pi,kW。,kW,kW,三、指示燃油消耗率bi,定義：?jiǎn)挝恢甘竟λ牡娜加土浚胋i表示。bi（1000B/Pi）g/(kwh)B每小時(shí)的燃油消耗量，kg/h；Pi指示功率，kW。,bi經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。,四、指示熱效率i,定義：實(shí)際循環(huán)指示功Wi與所用燃油的發(fā)熱量Q1之比值,用i表示。,Pi指示功率kW；Hu燃料低熱值kJ/kg；B每小時(shí)的燃油消耗量kg/h；big/(kWh),可以看出：i1bi,標(biāo)定工況下，i，bi的大致范圍：,bii汽油機(jī)：2153400.250.40柴油機(jī)：1702100.400.50,內(nèi)燃機(jī)的有效指標(biāo),一、有效功We和有效功率Pe1、有效功We發(fā)動(dòng)機(jī)每循環(huán)曲軸輸出的單缸功量We,也稱(chēng)為循環(huán)有效功。We=Wi-Wm2.機(jī)械損失功Wm:因機(jī)械損失所消耗的功。,3.機(jī)械損失：摩擦損失：活塞環(huán)與缸壁間，各軸承與軸頸間，氣門(mén)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦。占總損失的6075%。驅(qū)動(dòng)附屬機(jī)構(gòu)的能量損失占1020%。泵氣損失：占1020%。,.,4.機(jī)械損失功率Pm:因機(jī)械損失所消耗的功率。5有效功率Pe:曲軸對(duì)外輸出的功率。PePi-Pm,二、有效扭矩（轉(zhuǎn)矩）Ttq,是發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)曲軸輸出的平均扭矩，代表了發(fā)動(dòng)機(jī)克服負(fù)荷的能力。,有效功率：,Pe：有效功率kW；Ttq：有效扭矩Nm；n：轉(zhuǎn)速r/min。,三、平均有效壓力pme,1.定義：?jiǎn)挝粴飧坠ぷ魅莘e的循環(huán)有效功。是評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和強(qiáng)化程度的重要指標(biāo)。2.與Pe的關(guān)系：,pme平均有效壓力kpa，Vh汽缸工作容積L對(duì)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，4，,3.對(duì)于結(jié)構(gòu)一定的發(fā)動(dòng)機(jī)，平均有效壓力pme與扭矩Ttq成正比。,汽油機(jī):pme=650-1250kpa；柴油機(jī):pme=700-1000kpa；增壓柴油機(jī)：pme=900-2200kpa。,.,（ms）,式中，h為活塞行程(m)n為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min),四、轉(zhuǎn)速n和活塞平均速度Cm,提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，即增加單位時(shí)間的做功次數(shù)，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)體積小、重量輕和功率大。,轉(zhuǎn)速增大，活塞平均速度也增大，其之間的關(guān)系為：,轉(zhuǎn)速n、活塞平均速度Cm和行程缸徑比(h/D)nCmh/D小客車(chē)汽油機(jī)5000-800012-180.7-1.0載貨車(chē)汽油機(jī)3600-450010-150.8-1.2汽車(chē)柴油機(jī)2000-50009-150.75-1.2增壓柴油機(jī)1500-40008-120.9-1.3,五、升功率PL、比質(zhì)量me和強(qiáng)化系數(shù),升功率PL：發(fā)動(dòng)機(jī)每升工作容積發(fā)出的有效功率。從有效功率的角度，衡量發(fā)動(dòng)機(jī)排量利用的程度，PL越大，發(fā)動(dòng)機(jī)的強(qiáng)化程度越高，發(fā)出一定有效功率的發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸越小。比質(zhì)量：發(fā)動(dòng)機(jī)的凈質(zhì)量m與所發(fā)出功率Pe的比值。mem/Pekg/kW表征質(zhì)量利用程度和結(jié)構(gòu)緊湊性。升功率和比質(zhì)量都是發(fā)動(dòng)機(jī)的強(qiáng)化程度指標(biāo)。越大，內(nèi)燃機(jī)的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷越高。,五、升功率PL、比質(zhì)量me和強(qiáng)化系數(shù),升功率PL和比質(zhì)量me的范圍PLme汽油機(jī)25-651.1-4.0車(chē)用柴油機(jī)20-402.5-9.0農(nóng)用柴油機(jī)8-155.5-16,3、強(qiáng)化系數(shù)pmeCm,平均有效壓力與活塞平均速度的乘積稱(chēng)為強(qiáng)化系數(shù)。,與活塞單位面積的功率成正比。其值愈大，發(fā)動(dòng)機(jī)的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷愈高。,強(qiáng)化系數(shù)范圍,六、有效燃油消耗率和有效熱效率,.有效燃油消耗率be:單位有效功率的油耗量。be1000B/Peg/kWhB:每小時(shí)的油耗量,kg/hPe:有效功率kW有效熱效率e：發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功We與所消耗的燃油發(fā)出的熱量Q1的比值。eWe/Q13.6/(beHu)106Wim/Q1imHu:燃料的低熱值kJ/kgbe、e是發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)。,標(biāo)定工況下，e，be的大致范圍：,bee汽油機(jī)：2703400.250.30柴油機(jī)：1902850.300.45,總結(jié)：,1、按評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的不同使用方面常用的性能指標(biāo)：Pe,Ttq,be結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面常用的性能指標(biāo)（強(qiáng)化程度指標(biāo)）:pme，PL，me2、發(fā)動(dòng)機(jī)銘牌或產(chǎn)品說(shuō)明上注明的指標(biāo)，都是在標(biāo)定工況下的指標(biāo)。3、動(dòng)力性指標(biāo)：Pe,Ttq，pme經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)：be，e強(qiáng)化性指標(biāo)：PL,me,第三節(jié)機(jī)械效率,一、機(jī)械效率1.機(jī)械損失功率:發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失所消耗的功率，Pm2.平均機(jī)械損失壓力:單位氣缸工作容積的機(jī)械損失功，pmmpmmpmi-pme（衡量機(jī)械損失的大小）,.機(jī)械效率：指示功轉(zhuǎn)變?yōu)橛行ЧΦ某潭取?4.i、e、m之間的關(guān)系,汽油機(jī)：m0.80.9；柴油機(jī)：m0.780.85；增壓柴油機(jī)：m0.80.92,.,1、示功圖法2、倒拖法3、滅缸法4、油耗線法,二、機(jī)械損失的測(cè)定,.,1、示功圖法:,運(yùn)用燃燒分析儀測(cè)錄氣缸的示功圖，從中算出Pi值，從測(cè)功器和轉(zhuǎn)速計(jì)讀數(shù)中測(cè)出發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，進(jìn)而通過(guò)計(jì)算得到有效功率Pe，從而可以算出Pm，m及pmm值。,示功圖法一般用于當(dāng)上止點(diǎn)位置能得到精確校正時(shí)才能取得較滿意的結(jié)果。,試驗(yàn)結(jié)果的正確程度決定于示功圖測(cè)錄的正確程度：a.最大的誤差來(lái)源于p圖或pV圖上活塞上止點(diǎn)位置不易正確地確定；b.各個(gè)氣缸的不均勻性。,.,2、倒拖法只能在電力測(cè)功機(jī)上試驗(yàn),試驗(yàn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)與電力測(cè)功器相連，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)以給定工況穩(wěn)定運(yùn)行，冷卻水、機(jī)油溫度到達(dá)正常數(shù)值；切斷對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的供油或停止點(diǎn)火，同時(shí)將電力測(cè)功器轉(zhuǎn)換為電動(dòng)機(jī)，以給定轉(zhuǎn)速倒拖發(fā)動(dòng)機(jī)，并且維持冷卻水和機(jī)油溫度不變；這樣測(cè)得的倒拖功率即為發(fā)動(dòng)機(jī)在該工況下的機(jī)械損失功率。,.,2、倒拖法只能在電力測(cè)功機(jī)上試驗(yàn),缺點(diǎn)：必須使用平衡式電力測(cè)功器；沒(méi)有燃燒、壓力低、摩擦損失小由于傳熱、壓縮線和膨脹線不重合而做負(fù)功（由于缸內(nèi)壓力、溫度與實(shí)際不符，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果偏大）由于強(qiáng)制排氣，引起泵氣損失增加不可用于增壓發(fā)動(dòng)機(jī),.,3.滅缸法（單缸熄火法、斷缸法）,僅適用于多缸機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)整到給定工況穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)后，先測(cè)出整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率。在柴油機(jī)油門(mén)拉桿或齒條位置、或汽油機(jī)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度固定不動(dòng)的情況下，停止向某一汽缸供油或點(diǎn)火。調(diào)整測(cè)功機(jī)，使發(fā)動(dòng)機(jī)恢復(fù)到原來(lái)的轉(zhuǎn)速，重新測(cè)定有效功率（其余五個(gè)汽缸的有效功率），必然要小些（一缸熄火），兩者之差即為滅掉缸的指示功率。逐次滅缸，則整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的指示功率為各缸相加。,.,如果滅缸后其他各缸的工作情況和發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失沒(méi)有變化，則被熄滅的氣缸原來(lái)所發(fā)出的指示功率(Pi)x：,依次將各缸滅火，最后可以從各缸指示功率的總和中求得整臺(tái)發(fā)功機(jī)的指示功率Pi：,3.滅缸法（單缸熄火法、斷缸法）,.,缺點(diǎn)：對(duì)汽油機(jī)，由于停缸會(huì)使進(jìn)氣情況發(fā)生改變，往往得不到正確的結(jié)果。不能用于廢氣渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)（增壓狀態(tài)改變）。不可用于單缸機(jī)。,3.滅缸法（單缸熄火法、斷缸法）,.,4.油耗線法（負(fù)荷特性法）,前提條件：當(dāng)n一定時(shí)，指示熱效率不變，機(jī)械損失功率Pm不隨負(fù)荷變化。,缺點(diǎn)：適用于柴油機(jī)，不適用于汽油機(jī)。,三、影響m的因素,1轉(zhuǎn)速n或活塞平均速度Cm負(fù)荷一定=pmi、Pi基本不變n=摩擦損失=機(jī)械損失=pmm,m隨轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系,得:n,m故用提高n來(lái)增加發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性指標(biāo)受到限制。,使用因素：轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、潤(rùn)滑油品質(zhì)、水溫等；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因素：最高燃燒壓力、氣缸尺寸數(shù)目、大氣狀態(tài)等。,2.負(fù)荷,柴油機(jī)：n不變，泵氣損失基本不變，驅(qū)動(dòng)附件損失基本不變，摩擦損失基本不變，PeTtq，Pepme,故負(fù)荷可用Pe,pme表示。負(fù)荷率：Ttq/Ttqmax100%,負(fù)荷=Pi,Pm近似不變=mPm/Pi怠速工況:Pe0PiPm,m=0,負(fù)荷定義：發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化時(shí),作用在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸上的阻力矩。,2.負(fù)荷,汽油機(jī)，量調(diào)節(jié)，n不變負(fù)荷=油門(mén)開(kāi)大=泵氣損失=Pz=摩擦損失負(fù)荷=Pi=Pm基本不變=mPm/Pi怠速工況:Pe0PiPm,m=0,3.潤(rùn)滑油粘度,潤(rùn)滑油的粘度即機(jī)油的稠稀程度。粘度=內(nèi)部摩擦=承載能力=機(jī)械損失Pi不變=m粘度=pmm=m粘度=機(jī)油的承載能力太低=油膜破裂=發(fā)生干摩擦=燒瓦=pmm=m另外，機(jī)油粘度還與其溫度有關(guān)。機(jī)油溫度升高，導(dǎo)致機(jī)油粘度降低。,3.潤(rùn)滑油粘度,潤(rùn)滑油粘度選擇的基本原則：在保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)有可靠潤(rùn)滑條件的前提下，盡量選用粘度較小的機(jī)油，以減小摩擦損失，改善啟動(dòng)性能。發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化程度高、軸承負(fù)荷大時(shí)，選用粘度較大的機(jī)油。轉(zhuǎn)速高、配合間隙小時(shí)，要求機(jī)油的流動(dòng)性好，選用粘度小的機(jī)油。長(zhǎng)期使用后，軸承間隙變大后改用粘度較高的機(jī)油。拖拉機(jī)用發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常在較高負(fù)荷下工作，選用粘度高的機(jī)油。車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)可選用粘度較低的機(jī)油。,4.冷卻水溫度,冷卻水的溫度直接影響到潤(rùn)滑油的溫度，因而也就關(guān)系到潤(rùn)滑油粘度和摩擦損失的大小。使用中，發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水溫度保持在8095范圍內(nèi)。,pmm隨冷卻水溫度變化的關(guān)系,第四節(jié)內(nèi)燃機(jī)的熱平衡,一、發(fā)動(dòng)機(jī)的熱平衡：燃油燃燒所產(chǎn)生的熱量恒等于轉(zhuǎn)變?yōu)橛行Чεc各項(xiàng)散失的熱量之和。熱平衡方程式:QT=QE+QS+QR+QB+QL,QT:燃油完全燃燒的熱量;QE:轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ臒崃?（占2540)QS:傳給冷卻介質(zhì)的熱量;（占1035)QR:被廢氣帶走的熱量;（占2550)QB:燃燒不完全熱量損失;QL:其他熱量損失;,燃油完全燃燒的熱量QTBHu(kJ/h)轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ臒崃縌E3.6103Pe(kJ/h)傳給冷卻介質(zhì)的熱量QSGScs(t2-t1)(kJ/h)(GS通過(guò)冷卻介質(zhì)的流量kg/h；cs冷卻介質(zhì)的比熱kJ/(kg)；t1、t2冷卻介質(zhì)入口、出口溫度)被廢氣帶走的熱量QR(B+Gk)(cprtr-cpktk)(kJ/h)(B、GK每小時(shí)消耗的燃油和空氣量kg/h；cpr、cpk廢氣和空氣的定壓比熱kJ/(kg)；tk、tr進(jìn)排氣門(mén)處工質(zhì)溫度)燃燒不完全熱量損失QBQT(1-r)(kJ/h)(r燃燒效率）其他熱量損失QLQT(QEQSQRQB)(kJ/h),a從殘余廢氣和排氣中回收的熱量b由氣缸壁傳給進(jìn)氣的熱量c排出廢氣傳給冷卻水的熱量d在摩擦中傳給冷卻水的部分熱量e從排氣系統(tǒng)輻射的熱量f從冷卻水和水套壁輻射的熱量g從曲軸箱壁和其它不冷卻部分輻射的熱量,燃料燃燒的總熱量?jī)H有2540轉(zhuǎn)變?yōu)橛行ЧΓ溆?0%75的熱量損失掉。其中主要由廢氣帶走，其次傳給冷卻水，在某些汽油機(jī)中不完全燃燒所占比例也不小。冷卻水帶走的熱量占總熱量的1035，其中一部分是排氣道中廢氣傳給冷卻水的熱，一部分是由摩擦產(chǎn)生的熱，真正由燃燒、膨脹過(guò)程散出的熱大約占冷卻損失的15%。廢氣帶走的熱量占總熱量的2550。廢氣渦輪增壓是回收這部分熱量的一種方式，由表可見(jiàn)，其有效熱效率最高。,熱平衡中各項(xiàng)數(shù)值范圍,.,二、發(fā)動(dòng)機(jī)的能量分配與合理利用,發(fā)動(dòng)機(jī)的有效動(dòng)力輸出一般只占燃料總能量的1/3，另有2/3的能量散失在機(jī)外。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)能量的合理利用包括兩方面的意思，即進(jìn)一步提高有效效率和機(jī)外散失能量的再利用。,.,三、提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能的有效途徑,(1)超膨脹發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán),Atkinson超膨脹發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)Mill(米勒)循環(huán),.,(2)汽油機(jī)向稀燃和缸內(nèi)直噴的發(fā)展,措施：“稀燃”就是讓汽油機(jī)在更稀空燃比條件下工作，其首要目的是解決排放問(wèn)題，同時(shí)也改善了經(jīng)濟(jì)性能。缸內(nèi)直噴,傳統(tǒng)汽油機(jī)經(jīng)濟(jì)性能低于柴油機(jī)的原因：汽油機(jī)預(yù)制均勻混合氣的點(diǎn)火、火焰?zhèn)鞑サ娜紵绞?，易?dǎo)致“爆燃”，限制了壓縮比的提高；預(yù)制均勻混合氣的方式使空燃比過(guò)濃，負(fù)荷愈低愈濃，造成部分燃料的不完全燃燒；節(jié)氣門(mén)負(fù)荷量調(diào)節(jié)的方式，加大了進(jìn)氣阻力，泵氣損失增大。,.,(3)汽、柴油機(jī)的電子控制與可變技術(shù),米勒循環(huán)和缸內(nèi)直噴技術(shù)之所以能夠?qū)崿F(xiàn)，重要原因是出于有了電控技術(shù)的緣故。這反過(guò)來(lái)說(shuō)明，電控技術(shù)的出現(xiàn)，不僅能夠進(jìn)行各種參數(shù)的最佳匹配，達(dá)到全工況性能的綜合優(yōu)化，而且也使過(guò)去原理上已證實(shí)，但難于實(shí)現(xiàn)的很多可變技術(shù)成為現(xiàn)實(shí)。,.,(4)提高有效熱效率的常規(guī)途徑,提高有效熱效率的新途徑反映了當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)、研究的新的深度。但并不意味著一些常規(guī)的措施已不起作用?，F(xiàn)實(shí)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和使用中，并不都能達(dá)到已有的最佳水平，還要求在燃燒匹配、性能優(yōu)化、降低機(jī)械損失諸多環(huán)節(jié)，進(jìn)行更實(shí)際、更深入細(xì)微的工作，這恰恰是大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)人員最經(jīng)常從事的工作。,.,四、發(fā)動(dòng)機(jī)散失能量的再利用,(1)廢氣渦輪增壓,由冷卻介質(zhì)和廢氣帶走的熱量各占燃料總能量的1/3左右。但是，它們?cè)倮玫目赡苄院头仁遣幌嗤?。根?jù)熱力學(xué)第二定律，能量有品質(zhì)的差別。當(dāng)工質(zhì)溫度愈接近環(huán)境溫度時(shí)，其所攜帶的熱能的品質(zhì)就愈差，可利用的百分比就愈低。,(2)復(fù)合式發(fā)動(dòng)機(jī),(3)低散熱發(fā)動(dòng)機(jī),(4)低品位熱量的利用,復(fù)習(xí)思考題1、什么是發(fā)動(dòng)機(jī)的指示指標(biāo)、有效指標(biāo)？它們有什么用途？2、發(fā)動(dòng)機(jī)的指示指標(biāo)、有效指標(biāo)各有哪些？它們的定義、單位是什么？3、什么是機(jī)械損失？有哪幾部分組成？4、什么是機(jī)械效率？當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、機(jī)油粘度、水溫發(fā)生變化時(shí)，m怎樣變化？,進(jìn)氣過(guò)程,作用：通過(guò)進(jìn)氣過(guò)程吸入新鮮工質(zhì)，為加入循環(huán)熱量Q1做準(zhǔn)備。進(jìn)氣過(guò)程中，由于進(jìn)氣氣流需克服進(jìn)氣系統(tǒng)的流動(dòng)阻力，故進(jìn)氣終了的壓力a大氣溫度0。,進(jìn)氣終點(diǎn)壓力Pa和溫度Ta的大致范圍：Pa（MPa）Ta（K）汽油機(jī)：0.08-0.092340-380柴油機(jī)：0.08-0.095300-340增壓柴油機(jī)：Pa=(0.9-1.0)Pb320-380,壓縮過(guò)程,1、作用：增大工作過(guò)程的溫差，獲得最大限度的膨脹比，提高熱功轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)也為燃燒過(guò)程創(chuàng)造有利條件。在柴油機(jī)中，壓縮后氣體的高溫是保證燃燒著火的必要條件。,2、壓縮過(guò)程的多變指數(shù)n1是變化的。,用一平均壓縮多變指數(shù)n1代替n1，使計(jì)算的始點(diǎn)a和終點(diǎn)c的工質(zhì)狀態(tài)與實(shí)際循環(huán)的初、終狀態(tài)相等。,n1的范圍：,n1的影響因素：主要受工質(zhì)與氣缸壁的熱交換、工質(zhì)泄漏情況影響。轉(zhuǎn)速升高，n1越大，傳熱損失越小。負(fù)荷汽缸壁溫度增高及相對(duì)的傳熱量和泄漏量減少n1,3.壓縮終點(diǎn)的壓力,壓縮終點(diǎn)的溫度,Pc（MPa）和Tc（K）的范圍：汽油機(jī)：Pc=0.8-2.0