第一章 內(nèi)燃機(jī)理論循環(huán)和實(shí)際循環(huán)

第一章內(nèi)燃機(jī)理論循環(huán)和實(shí)際循環(huán)2第一頁，共三十六頁，2022年，8月28日第二頁，共三十六頁，2022年，8月28日2、指示功、有效功和機(jī)械損失功記：有效功為We，機(jī)械損失功為Wm，則有：

Wi=We+Wm

同理，若記指示功率為Pi、有效功率為Pe、機(jī)械損失功率為Pm，則有：

Pi=Pe+PmPi基于示功圖得到，

Pi=（2?n?i/60/τ）?Wi

=（n?i/30/τ）?Wi

其中：n—發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min；i—汽缸數(shù)

τ—沖程系數(shù)（每循環(huán)沖程數(shù)），Pe由測功機(jī)實(shí)測得到，Pe與We的關(guān)系為：

Pe=（n?i/30/τ）?We第三頁，共三十六頁，2022年，8月28日Pm計算：Pm=Pi-Pe，也可由試驗(yàn)測得。

Pm=摩擦損失功+附件消耗功+泵氣損失功①摩擦損失（50~60%）如連桿和曲軸軸承、配氣機(jī)構(gòu)、活塞及活塞環(huán)等之間的摩擦損失。②驅(qū)動氣門機(jī)構(gòu)、風(fēng)扇、機(jī)油泵、發(fā)電機(jī)等附件所消耗的功率。（10~20%）③泵氣損失（10~20%）指進(jìn)排氣過程消耗的功。第四頁，共三十六頁，2022年，8月28日3、平均指示壓力與平均有效壓力功和功率往往與氣缸容積有關(guān)，不同發(fā)動機(jī)間難以相互比較。（1）平均指示壓力定義：單位氣缸工作容積所作的指示功。

pmi=Wi/Vs

即：Wi=pmi?Vs

=pmi?（πD2）/4?S相當(dāng)于一個不變的壓力pmi作用在活塞上，使其移動一個沖程所作的功，其值等于Wi第五頁，共三十六頁，2022年，8月28日意義：從實(shí)際循環(huán)角度來評價發(fā)動機(jī)汽缸工作容積利用率高低的一個參數(shù)，pmi越高，氣缸工作容積利用率越高?？梢愿忧宄貙Σ煌l(fā)動機(jī)的工作循環(huán)的熱功率轉(zhuǎn)換有效程度進(jìn)行比較。（排除尺寸影響）

（2）同理可定義平均有效壓力pme和

平均機(jī)械損失壓力pmm

第六頁，共三十六頁，2022年，8月28日

平均機(jī)械損失壓力pmm

定義：發(fā)動機(jī)單位氣缸工作容積一個循環(huán)所損失的功。意義：用來衡量機(jī)械損失的大小。公式：

pmm=30τPm/VsinPm——機(jī)械損失功率；τ——沖程數(shù)；Vs——工作容積；n——轉(zhuǎn)速。（3）同理有：pmi=pme+pmm第七頁，共三十六頁，2022年，8月28日4、有效轉(zhuǎn)矩Ttq通過試驗(yàn)可測得有效功率Pe[kW]、轉(zhuǎn)速n[r/min]

Pe=2πn/60Ttq/1000

Pe=Ttqn/9550=pmeVsi.n/30τ發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩

Ttq=318.3pmeVsi/τ第八頁，共三十六頁，2022年，8月28日5、經(jīng)濟(jì)性評價指標(biāo)（1）指示燃油消耗率bi------單位指示功的耗油量。單位：[g/（kW.h）]設(shè)每小時燃油消耗量為B（kg/h），

則bi=（B/Pi）×103（g/kWh）（2）有效燃油消耗率be-------單位有效功的耗油量單位：[g/（kW.h）]

be=(B/Pe)×103

（g/kWh）第九頁，共三十六頁，2022年，8月28日（3）指示熱效率ηit定義：實(shí)際循環(huán)指示功與所消耗的燃料熱量的比值。

ηit=Wi/Q1

-----Q1為指示功Wi所消耗的熱量（J）另外：設(shè)gb為單缸每循環(huán)燃料消耗量（循環(huán)供油量）則ηit=Wi/gbHu

-----Hu為

燃料的熱值

ηit=3.6×103Pi/（B×Hu）B為每小時燃油消耗量（kg/h）Hu為所用燃料的低熱值（kJ/kg）第十頁，共三十六頁，2022年，8月28日ηit、bi之間的關(guān)系：

ηit=3.6×106

/bi

Hu(4)有效熱效率ηet

定義：實(shí)際循環(huán)的有效功與相應(yīng)消耗的熱量的比值。

ηet=We/Q1=Wiηm/Q1=ηitηm

同理有ηet=We/gbHu

ηet=3.6×103Pe/（B×Hu）ηet、be之間的關(guān)系：

ηet=3.6×106

/be

Hu第十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日6、發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)和強(qiáng)化程度的指標(biāo)（1）升功率PL—單位發(fā)動機(jī)排量發(fā)出的功率（評價汽缸容積利用程度）

PL=Pe/Vsi（kW/L)

升功率PL是從發(fā)動機(jī)有效功率的角度對其氣缸工作容積的利用率作總的評價，也是評定一臺發(fā)動機(jī)整機(jī)動力性能和強(qiáng)化程度的重要指標(biāo)之一。（2）比質(zhì)量me—單位有效功率所占質(zhì)量（評價工作過程、輕量化和緊湊性）

me=m/Pe（kg/KW）（3）強(qiáng)化系數(shù)—平均有效壓力Pme與活塞平均速度Cm的乘積。第十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日第十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日第十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日7其他性能指標(biāo)（1）環(huán)境指標(biāo)排放性能和噪聲（2）冷起動性能第十五頁，共三十六頁，2022年，8月28日§1.4機(jī)械損失一機(jī)械效率定義：有效功（功率）與指示功（或功率）的比值。第十六頁，共三十六頁，2022年，8月28日二.機(jī)械損失的分類摩擦損失如：活塞及活塞環(huán)；連桿軸承、曲軸軸承、凸輪軸軸承，配氣機(jī)構(gòu)的摩擦損失；流體摩擦損失；驅(qū)動附件損失如：驅(qū)動水泵、機(jī)油泵、噴油泵、調(diào)速器、風(fēng)扇泵氣損失（進(jìn)排氣過程消耗的功）4.驅(qū)動掃氣泵和增壓器的損失(二沖程和增壓）第十七頁，共三十六頁，2022年，8月28日三.影響機(jī)械損失的因素轉(zhuǎn)速n負(fù)荷潤滑油粘度、冷卻水溫度選用潤滑油的原則：在可靠潤滑的條件下，盡量選用粘度較小的潤滑油，以減小摩擦損失，改善起動性能。4.點(diǎn)火提前角或供油提前角5.發(fā)動機(jī)工作溫度6.發(fā)動機(jī)技術(shù)狀況第十八頁，共三十六頁，2022年，8月28日四.機(jī)械損失的測定示功圖法測量方法：測功器測量有效功率，燃燒分析儀或示波器測得缸內(nèi)壓力，計算得到指示功率。測量原理：Pi-Pe=Pm缺點(diǎn)：只能測整體機(jī)械損失。應(yīng)用：上止點(diǎn)位置能夠精確校正。廢氣渦輪、中高壓柴油機(jī)。第十九頁，共三十六頁，2022年，8月28日2倒拖法測量方法：（1）發(fā)動機(jī)與電力測功機(jī)相連；（2）發(fā)動機(jī)在給定工況下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，冷卻水和機(jī)油溫度處于正常值；（3）切斷供油（柴油機(jī)），停止點(diǎn)火（汽油機(jī)），將電力測功機(jī)轉(zhuǎn)換為電動機(jī)，以給定轉(zhuǎn)速到拖發(fā)動機(jī)。第二十頁，共三十六頁，2022年，8月28日測量狀態(tài)：盡可能維持冷卻水和機(jī)油溫度不變。

測量結(jié)果：由電力測功器測得的倒拖功率，即為發(fā)動機(jī)在該工況下的機(jī)械損失功率。

測量誤差：偏大。

適用范圍：必須使用電力測功器，不適合大功率高壓縮比發(fā)動機(jī)和廢氣渦輪增壓柴油機(jī)。

第二十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日3.滅缸法

預(yù)備狀態(tài)：將發(fā)動機(jī)調(diào)整到給定工況穩(wěn)定工作

測量方法：a.測有效功率Pe；

b.停止向第一缸供油，并調(diào)整測功機(jī)使發(fā)動機(jī)恢復(fù)到原來轉(zhuǎn)速，再測發(fā)動機(jī)的有效功率Pe（1）

c.依次使各缸熄火，得到

Pe（i）第二十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日

測量原理：

測量誤差：

柴油機(jī)：較好情況下可低于5%；

不適合汽油機(jī)（停缸引起進(jìn)氣情況改變）；

適用范圍：多缸非增壓柴油機(jī)；

4.油耗線法（負(fù)荷特性法）

（1）測量方法：

（2）測量原理：

（3）適用范圍：柴油機(jī)。

第二十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日1.5熱平衡一實(shí)際循環(huán)熱平衡（一）實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)的差異1.工質(zhì)的影響:實(shí)際循環(huán)中,燃燒前后工質(zhì)成分,數(shù)量改變。2.實(shí)際循環(huán)的影響：（1）傳熱損失:工質(zhì)與周圍環(huán)境的熱量交換。（2）時間損失：比減?。?）缸內(nèi)流動損失。（4）換氣損失。:實(shí)際循環(huán)中,存在進(jìn),排氣過程（5）不完全燃燒損失。第二十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日第二十五頁，共三十六頁，2022年，8月28日1、真實(shí)工質(zhì)特性對ηt的影響（1）實(shí)際中，工質(zhì)成分隨時間變化很大，壓縮過程：空氣+燃料蒸氣+殘余廢氣膨脹過程：廢氣+空氣（2）比熱容cv、cp=f（T、分子結(jié)構(gòu)）ΔQv=cv×ΔT，ΔQp=cp×ΔTT↑，cv和cp↑，k↓，ΔT↓，ηt↓多原子分子↑，cv和cp↑，k↓，ΔT↓，ηt↓即：真實(shí)工質(zhì)k＜理想工質(zhì)k，ηt↓第二十六頁，共三十六頁，2022年，8月28日（3）高溫?zé)岱纸飧邷貢r，原子間的結(jié)合力減弱，產(chǎn)生熱分解，CO2→CO、O，H2O→H、O由于熱分解是吸熱過程，所以ηt↓盡管吸收的熱能在膨脹過程中又被釋放出來，但利用率低；T越高、p越大，熱分解越嚴(yán)重，因此，汽油機(jī)＞柴油機(jī)（4）燃燒前后分子數(shù)分子變化系數(shù)μ＞1，缸壓↑，ηt↑。汽油機(jī)μ＞柴油機(jī)μ，所以，影響程度，汽油機(jī)＞柴油機(jī)（5）工質(zhì)泄漏實(shí)際工作時，由氣門和活塞環(huán)處產(chǎn)生泄漏（≤2/1000質(zhì)量），壓縮壓力和燃燒壓力↓，ηt↓即：工質(zhì)質(zhì)量不守恒，不是完全的閉式循環(huán)（閉口系統(tǒng)）第二十七頁，共三十六頁，2022年，8月28日第二十八頁，共三十六頁，2022年，8月28日2、真實(shí)循環(huán)特性對ηt的影響（1）散熱（傳熱）損失真實(shí)循環(huán)并非絕熱過程，通過氣缸壁面、缸蓋底面、活塞頂面向外散熱。壓縮過程：前期吸熱，后期散熱，使壓縮線略下降；燃燒及膨脹過程：溫差大，散熱強(qiáng)烈，使pZ和膨脹線下降燃燒膨脹線的下降幅度遠(yuǎn)大于壓縮線，使動力過程功減小。（2）時間損失實(shí)際循環(huán)時，燃燒及向工質(zhì)加熱不可能瞬間完成，因此：存在點(diǎn)火（噴油）提前角，使有用功面積下降；ηt↓pZ出現(xiàn)在TDC后10CA，而非等容加熱，使有用功面積減小。第二十九頁，共三十六頁，2022年，8月28日第三十頁，共三十六頁，2022年，8月28日（3）換氣損失排氣門早開，造成膨脹功損失；泵氣損失功W2（4）不完全燃燒損失（嚴(yán)格來說，該項(xiàng)不是對ηt

的影響）正常燃燒時，也有ηt≠100%不正常燃燒、Φa＜1等，ηt↓↓（5）缸內(nèi)流動損失流動增強(qiáng)以及提高渦流與湍流程度，ηt↓因?yàn)椋涸斐赡芰繐p失、散熱損失例如：流動損失，非直噴式柴油機(jī)＞直噴式柴油機(jī)總結(jié)：由于以上在工質(zhì)和循環(huán)方面的差別，使得理論循環(huán)ηt-實(shí)際循環(huán)ηt=10—20%兩者之間的差別指出了改善內(nèi)燃機(jī)ηt的基本原則。第三十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日二發(fā)動機(jī)的熱平衡總熱量:QT=Bhu