发动机原理及汽车性能教案优质整理

2021-06-16 10:20:39本页面

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【正文】

第一章发动机工作循环及性能指标11发动机理想循环概述一实际循环向理想循环的简化(一)实际循环(以车用柴油机为例)1进气过程:01(pppp)0(二)实际循环的简化1忽略进、排气过程2压缩、膨胀过程(复杂的多变过程)简化为绝热过程3燃烧过程简化为定容加热过程(23)和定压加热过程(34)4排气放热简化为定容放热过程5假定工质为定比热的理想气体二理想循环及其分析比较(一)混合加热循环车用柴油机的理想循环1循环特征参数(1)压缩比(2)压力升高比(3)预胀比21vv23pp34vv2热效率)1()1(1111kkkt3分析(1)为定值t;t。=1t=const.(汽油机,定容加热循环)(2)t;当=20左右时。

t不大柴油机=1222(二)定容加热循环(奥托OTTO循环)汽油机的理想循环1热效率因为:预胀比所以:热效率134vv111kt(三)定压加热循环(狄赛尔DIESEL循环)船舶用大型低速柴油机的理想循环1热效率因为:压力升高比所以:热效率123pp)1(1111kkkt2分析(1)为定值t(2)为定值t(四)三种理想循环热效率的比较1初态1相同,压缩比相同,加热量q1相同ptmtvt,2初态1相同,最高压力、最高温度相同,放热量q2相同pmaxTmaxptmtvt,12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。一工质改变损失(一)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。

燃烧后:燃烧产物。(二)比热理论上:定比热实际上:温度T比热C(三)高温分解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。二传热、流动损失(一)传热损失传热损失是发动机中的最大损失,占总损失量的30%以上。(二)流动损失进、排气节流沿程损失,缸内进气、挤压、燃烧涡流损失。三换气损失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。四时间损失燃烧需要时间。五补燃损失虽然大部分(80%以上)燃料在燃烧过程中燃烧掉,但仍有小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。六泄漏损失活塞气环不会100%严密密封,总会有些气体窜到曲轴箱中。

造成损失。14指示指标发动机性能指标:指示指标,有效指标指示指标:以工质在汽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。一指示功和平均指示压力(一)指示功一个循环工质对活塞所做的有用功。iW(二)平均指示压力单位汽缸工作容积所做的指示功。(假想参数)iphiiVWp二指示功率单位时间所做的指示功。若:缸数i,每缸工作容积Vm,冲iNh3程数,平均指示压力pp,转速nr/min。则iawkw30260niVpniWNhiii31030niVphi三指示比油耗和指示热效率(一)指示比油耗ig单位指示功率的耗油量。g/kwh310iTiNGgTG每小时耗油量kg/h(二)指示热效率i做指示功所消耗的热量。

iiiQWiQiW15有效指标一有效功率和机械损失功率(一)有效功率eN单位时间所做的有效功。kw31030niVpNhee其中平均有效压力。ep(二)机械损失功率Nm机械损失包括:发动机内部摩擦损失;驱动附件损耗,如:机油泵、燃油泵、扫气泵、冷却水泵、风扇、配气机构;和泵气损失等。kw其中平均机械损失压力。31030niVpNhmmmieNNNmp二有效扭矩eM功率输出轴输出的扭矩。wkwkw602nMNee310602nMe9550nMe三平均有效压力ep单位汽缸工作容积所做的有效功。kpaiVMphee14.3四升功率和比重量(一)升功率单位汽缸工作容积所发出的功率。kw/llNhelViNN31030npe(二)比重量发动机净重量G与所发出有效功率的比值。

eGeNkg/kw,发动机强化程度高。eeNGGeG五有效比油耗和有效热效率(一)有效比油耗单位有效功率的耗油量。g/kwheg310eTeNGg(二)有效热效率做有效功所消耗的热量。eeeeQWeQeWueehg6106.316机械损失一机械效率m对于不同类型的发动机,绝对损失大的,其相对损失却不一定也大。必须有一个衡量标准,故引进机械效率的概念。有效功率与指示功率的比值。imimieiemppNNppNN11二机械损失的测定(一)倒拖法只能在电力测功机上试验发动机与电力测功机相连。起动发动机,冷却水温度、机油温度达正常值。然后使发动机在给定工况下稳定运转。切断发动机的供油()。将电力测功机转换0。

0iipN为电动机使用,在给定转速下倒拖发动机,并维持冷却水温度和机油温度不变。由于此时,因此从电力测功机上所测得的倒拖功率即为发动机在该工况下的机械损失emNNeN功率。mN三影响机械效率的因素(一)转速n惯性力活塞对缸壁的侧压力轴承负荷各摩擦副相对速度摩擦损失泵气损失,驱动附件损耗mpm若要提高转速来强化发动机,则将成为主要障碍之一。m(二)负荷转速n一定,负荷时,发动机燃烧剧烈程度,平均指示压力;而由于转速不变,ip平均机械损失压力基本保持不变。则,机械效率下降。mpimmpp1由于车用柴油机普遍在高转速、较低负荷下工作,机械效率下降严重。因此,机械效率对于车用柴油机尤为重要。(三)润滑油品质和冷却水温度1润滑油粘度(牌号)。

冷却水温度润滑油温度润滑油粘度润滑效果摩擦mmpN,m2润滑油粘度(牌号);冷却水温度润滑油温度润滑油粘度油膜破裂趋势摩擦mmpN,m3润滑油中杂质摩擦mmpN,m要求:定期保养、清洗机油滤清器,500010000公里换机油。17燃烧热化学一燃料的完全燃烧(一)理论空气量L0(二)过量空气系数和空燃比1过量空气系数0LL气量燃料理论上所需要的空完全燃烧燃料实际供给的空气量燃烧kgkg11表示混合气的浓稀程度。大混合气稀;小混合气浓一般,柴油机:1;汽油机:1。2空燃比A/F0/LFA燃料量空气量表示混合气的浓稀程度。A/F大混合气稀;A/F小混合气浓18发动机混合气的着火和燃烧方式P一混合气的着火(一)柴油机低温多级自燃(二)汽油机高温单级点燃21四冲程发动机的换气过程一配气定时与工程热力学中介绍的不同。

进排气门的开启、关闭也需要时间,故在下止点前排气排气提前角4080在上止点后关闭排气迟闭角1035在上止点前吸气进气提前角040在下止点后关闭进气迟闭角4080进气提前角+排气迟闭角气门叠开角二换气过程(一)排气过程1自由排气阶段A排开ppp=p靠缸内压力将气体挤出气缸,其中p缸内压力,p排气管内压力。2强制排气阶段Bp=ppp靠活塞上行将废气挤出气缸。3超临界排气C排开p=1.9p在气阀最小截面处,气体流速等于该地音速m/s。其流量与压差(pp)TRka无关,只决定于排气阀开启面积和气体状态。4亚临界排气Dp=1.9p排闭。其流量取决于压差(pp)。(二)进气过程和气门叠开角由于节流作用,缸内产生负压。

()使新鲜介质进入缸内。pp0气阀叠开角:非增压:2060CA。太大(引起)废气回流进气道。太小扫气作用不明显。增压:110140CA。进气管p,扫气明显,气阀叠开角可以增大很多。如6135型高柴:非增压:40,增压:124。扫气的作用:1清除废气,增加气缸内的新鲜充量。2降低排气温度。3降低热负荷最严重处(如气阀、活塞等)的温度。三换气损失理论循环换气功与实际循环换气功之差。W是因排气门提前开启而损失的膨胀功,称为自由排气损失。Y是活塞作用在废气上的推出功,称为强制排气损失功。(二)进气损失功XX进气损失功小于排气损失功,即XX<<YY(三)泵气损失功((X+YDX+YD))在实际示功图中。

把(W+d)归到指示功中考虑。而把泵气损失功(X+Yd)归到机械损失中考虑。22四冲程发动机的充气效率一充气效率(一)定义为比较不同大小、不同类型发动机的充气品质和换气过程的完善程度,不受气缸工作容积VH的影响,引入充气效率的概念。v由于有进气阻力等因素的影响,实际进入气缸中的新鲜充量必然小于理论上进气状态下充满工作容积的新鲜充量。二者之比称为充气效率,即v作容积的新鲜充量进气状态下充满汽缸工量实际进入汽缸的新鲜充v进气状态:非增压:空气滤清器后进气管内的气体状态,通常取为当地的大气状态。增压:增压器出口状态。充气效率是衡量换气过程进行得完善程度的重要指标。柴油机0.750.90汽油机0.700。

85rraavTpTppT0011其中大气压力和温度;进气终了时缸内的压力和温度;0,0TpaaTp,排气终了时残余废气的压力和温度。;。rrTp,vaaTp,vrrTp,的分析式为定性分析的影响因素提供了依据。vv23影响充气效率的各种因素一进气终了压力ap(一)进气阻力apap对ap的影响最大。进气系统的沿程阻力和局部阻力均会使ap增大。(二)转速napapv(三)负荷汽油机:负荷节气们开度(质调节)apapv柴油机:负荷循环供油量(量调节)(与无关)ap二进气终了温度aTvaaT三排气终了压力残余废气量排气门处的阻力rprpvrp,所以n(影响较小)2nrpv四排气终了温度rTrTv五压缩比v24提高充气效率的措施减小进气系统阻力。

一减小流动阻力(一)进气门1进气门直径进d2四气门流通面积40%左右。但结构复杂,造价较高。1f1fv(可达30%),eNeg3气门升程hh,时面值v4阀顶过渡圆角RRR流动阻力R应适中。1fvv(二)进气管1表面光洁度和流通面积表面光洁度,流通面积沿程阻力v2转弯和节流阻力转弯半径R,截面突变v3截面形状柴油机不存在底部蒸发问题,故多采用流动阻力小的圆形进气管。(三)进气道转弯半径R,表面光洁度,各管口与垫片孔口对中流动阻力设计时还要考虑组织进气涡流。v(四)空气滤清器通道面积,除尘效果流动阻力v(五)化油器喉口截面积流动阻力,但雾化效果。v解决这对矛盾,采用双喉口。小喉口:雾化;大喉口:进气。

二合理选择配气定时(一)配气定时的综合评定1良好的充气效率以保证发动机的动力性能。2合适的充气效率以适应发动机的扭矩特性。3较小的换气损失以适应发动机的经济性能。4必要的燃烧室扫气以保证高温零件的热负荷得以适当降低,达到可靠运行。5合适的排气温度。(二)进气迟闭角i1转速n一定时,总有一个进气迟闭角使得充气效率为最大。iv2n气流惯性缸内气体易倒流进气管vn一部分气体来不及进入汽缸v3i对应max,v的n所以,高速发动机转速大,要获得好的充气效率和动力性,进气迟闭角应大一些。4n最佳,i(三)排气提前角o,其中后期膨胀比。ov41VV(四)气门叠开角oi,缸内气体易倒流进气管;,增压发动机气门叠开oi。

oi,rpaTv角应大一些。25进气管内的动态效应三进气动态效应(一)惯性效应阶段:进气门开进气门闭膨胀波压缩波(进气门闭)(二)波动效应阶段:进气门闭下一循环进气门开压缩波膨胀波膨胀波压缩波(进气门开)四结论1惯性效应(本循环),振幅大,衰减小。波动效应(两循环),振幅小,衰减大。2高速发动机,进气管短;低速发动机,进气管长。3进气管直径流动阻力压力波强度进气管直径压力波振幅压力波强度4多缸机上,进气管应分支,且等长。5避免急转弯,则压力波振幅不会衰减太大。6排气管需要膨胀波,则pr扫气作用v第三章柴油机混合气形成和燃烧31柴油机混合气形成一两种基本形式(一)空间雾化将燃料喷在燃烧室空间使之成为雾状。

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