发动机PPT整理版汇总
身单力薄-
第一章
发动机的性能
发动机理论循环
( 1 )
工质为
理想气体
，整个循环工质成分不变，物理常数与标况下的物理常数相同；
（
2
）假设工质是在
闭
口系统
中作
封闭循环
；
（
3
）压缩和膨胀过程近似为
绝热过程
；
（
4
）假设燃烧是
外界无数数个高温热源定容或定压向工质
加热
。工质放热为
定容放热
。
简化过程、三个基本循环
+
图（★）
1-2
的压缩过程
绝热压缩；
2-3
的燃烧过程
等容加
热
;3-4
的燃烧过程
等压加热；
4-5
的膨胀过程
绝热膨胀；
5-1
的排气过程
等容放热
Q1
’’
Q1
Q
1
Q2
理论循环的评定（
★
）提高热效率的途径。
经济性（循环热效率
η
t
）—影响因子
动力性（循环平均压力
pt
）—影响因子
从前面的分析，影响循环热效率和平均压力的因素有：
压缩比
ε
、压力升高比
λ
、预胀比
ρ
、绝热指数
κ
、循环始点压力
P1(PZ)
两种条件下循环热效率比较（
★
）
1
初态
1
相
同，压缩比
相同，加热量
q1
相同
即：循环总加热量相同时
定容加热循环热效率＞混合加热循环热效率＞定压加热循环热
效率
t
,
v
t
,
m
t
,
p
1
2
初态
1
相同，最高压力相同
t
,
v
t
,
m
t
,
< br>p
发动机的实际循环
实际循环
过程
+
图（
★
）
一）
实际循环
（以车用柴油机为例）
1
进气过程
:
0
～
1
（
p > p0
p < p0
）
2
压缩过程
:
1
～
2
（
p
，
T
）
3
燃烧过程
:
2
～
3
～
4
（
p
<
/p>
，
T
）
4
膨胀过程
:
4
～
5
（
p
，
T
）
5
排气过程
:
5
～
0
（
p > p0
）
汽油机的理想循环：等容加热循环
低速柴油机的理想循环：等压加热循环
高速柴油机的理想循环：混合加热循环
2
实际循环的评定—指示指标（
★
）
柴油机因压缩比高，
燃烧的最高爆发压力
p
Z
很高，
但因相对于燃油的空气量大，
所以最
高燃烧温度
TZ
值反而比汽油机
低。所以各个过程的温度均比汽油机低，唯独压缩过程终点
时高于汽油机；
压缩比高，所以柴油机膨胀比也大，转化为有用功的热量多，热效率高，所
以膨胀终了的
温度和压力均比汽油机小。
循环的动力性（做功能力）
：
平均指示压力
pmi
（
是发动机单位气缸工作容积的指示功）
：
< br>pmi
是衡量实际循环动力性能的一个重要指标
p
mi
<
/p>
3
指示功
Wi
：
W
i
p
mi
V
s
p
mi
D
4
2
W
i
V
< br>s
S
10
p
mi
V
s
i
n
3
n
2
P
W
i
i
10
kW
指示功率
Pi
（
内燃机单位时间所做的指示功）
：
i
60
30
循环的经济性：
指示热效率
η
i
（
实际循环指示功
与所消耗的燃料热量之比值
）
：
i
i
i
u
指示燃料消耗率
bi
（单位指示功的耗油量
，
通常以每千瓦小时的耗油量表示。
[g
／
（
kW·
h
）
]
）
3
i
i
W
i
Q
1
3
.
6
10
b
h
6
B
b
10
P
非增压：
增压：
指示功大，说明
○汽缸工作容积大
○热功转换有效程度大。
柴油机的指示热效率高于汽油机，且比油耗率低
F
i
F
< br>1
F
2
F
i
F
1
F
2
3
四冲程发动机的指示热效率高于二冲程发动机
发动机的有效指标（
★
）
从内燃机功率输出轴上得到的净功率即为有效功率
Pe
。
损失消耗的功率称为机械损失功率
Pm
Pe=Pi-Pm
机械损失功率
Pm
1)
发动机内部运动零件的摩擦损失
。比例最大
2)
驱动附属机构的损失
3)
泵气损失，指进排气过程所消耗
的功
动力性：
有效功率
Pe
：
Pe=Pi-Pm
有效扭矩
Ttq
：
P
e
T
tq
2
nT
tq
60
1000<
/p>
T
tq
n
9550
0
.<
/p>
1047
T
tq
n
10
3
平均有效压力
pme
（
MPa
）
：
是发动机单位气缸
工作容积输出的有效功率
提高发动机转速即增加单位时间的做功次数，从而使发动机体积小、重量轻和
< br>功率大
。
转速
n
增加，活塞平均速度
Cm
也
增加，
n
和
Cm
的关系为
：
m
Cm
是表征内燃机强化程度的参数。
p
me
V
s
i
n
P
e
30
C
Sn
30
经济性：
e
有效热效率
η
e
：
η
e
是发动机的有效功
We
（
J
）与所消耗燃
料热量
Q1
之比值
6
W
e
Q
1
3
.
6
10
e
b
e
h
u
有效燃料消耗率
be
：
be[g/
（
kW
·
h
）
]
是单位有效功的耗油量（简称耗油率）
，
通常以每千瓦小时的耗油量表示
有效燃料消耗率
be
：
强化指标
B
b
e
10
00
P
e
升功率
PL
：
升功率
PL
< br>（
kW
／
L
）是发动机每升工作容积所发出的有效功率。
P
p
me<
/p>
V
s
in
p
me
n
e
P
L
V
s
i
30
V
s
i
< br>30
4
提高
PL
的措施是提高
Pme
和
n
比质量
me
：
（
kg
／
kW
）是发动机的干质量
m
与所给出的标定功率之比
它表征质量利用程度和结构紧凑性。
2.
强化系数
平均有效压力
pme
与活塞平均速度
Cm
的乘积
称为强化系数，写成
pme·
Cm
。<
/p>
它与活塞单位面积功率成正比。
值越大，内燃机的热负荷和机械负荷愈高。
由于发动机的发展趋势是强化程度
不断提高，
所以
pme·
Cm
值越大，
这是
技术进步的一个标志。
计算：某汽油机在
3000r/min
时测得其转矩为
55N.m
，在该工况下燃烧<
/p>
50mL
的
汽油需要的时间是
25.7s
，试计算有效功率
Pe
（
kW
）
、每小时耗油量
B
（
kg/h
）<
/p>
和比油耗
be
（
g/kW.h
）
。汽油的密度为
0.7
3g/mL
。
解：
Pe=n
×
Ttq/9550=3000
×
55/9550=17.28(kW)
B=
ρ<
/p>
V/t=0.73
×
50
×
10-3
×
3600
/25.7=5.11 (kg/h)
be=B
×
1000/Pe=5.11
×
1000/17.2
8=295.72(g/kW.h)
1
、已知：某汽油机的气缸数目
i
=
6
，冲程数
t
=
4
，气缸直径
D
= 100
[mm]
，冲程
S
= 115
[mm]
，转速
n
=3000[r/min]
，
有效功率
P
e = 100
[kW]
，每小时耗油量
B
= 37
[kg/h]
，燃料
低热值
h
u = 44100
[kJ/kg]
，机械效率
η
m =
0.83
。求：平均
有效压力，有效扭矩，有效燃料消耗率，有效热效率，升功
率，机械损失功率，平均机械损失压力，指示功率，平均指示
压力，指示燃料消耗率，指示热效率。
5
2
、一台
4
缸四冲程火花点火发动机：
D
= 80
[mm]
，冲程
S
= 76.5 [
mm]
，节气
门
全
开
时
在
台
架
上
的
测
量<
/p>
结
果
如
下
：
n
=5900[r/min]
，
Ttq=107.1
N·
m
，
pmi=1.19MPa
。计算：
Wi
，
P
i
，
Pe
，
p
me
，
η
m
，
Pm
，
Pm
m
。
3
、一台
6
缸四冲程柴油机
S
< br> = 140[mm]
，在
n
=2200[r/min]
时的
η
m
= 0.75
，
P
e
= 154
[kW]
，
be=217 [g/KW·
h]
，
且低热值
hµ
=42500 [kJ/kg],
求：
η
m
，
Ttq
，
Pm
，
Wi
，
η
e
。
机械损失
机械效率
< br>η
m
是有效功率和指示功率的比
.
m
P
p
me<
/p>
P
p
mm
e
m
1
1
P
p
mi
P
p
mi
i
< br>i
二、机械损失的测定
1
、
示功图法
一般用于当上止点位置能得
到精确校正时才能取得比较好的结果。
2
、
倒拖法（常用）
与实际情况有差异，误差较大（偏大）
可以测量各项损失
倒拖法更适用于汽油机
3
、灭缸法（常用）
（仅适用于多缸内燃机）
6
特
点：仅适用于多缸发动机；
汽油机不工作的缸内仍充满了可燃混合气，故误差大；
适用于柴油机，在较好的情况下，其测量误差不超过
5%
不能用于废气涡轮增压内燃机及单缸机
4
、油耗线法（负荷特性法）
负荷特性：发动机转速不变，其经济性指标随负荷而变化的关系
负荷：节气门开度
方法：在负荷特性曲线中找出接近
直线的线段，并顺此线段作延长线，直
至与横坐标相交，
则交点
到坐标原点的长度即为该机的平均机械损失压力
pmm
的数值<
/p>
特点：适用于柴油机，但不适用于汽油机
三、影响机械损失的因素
1.
发动机结构（气缸直径及行程）
SD
m
P<
/p>
m
K
D
2.
摩擦损失
（
1
）活塞组件（
2
< br>）曲轴组件
（
3
）配气机构
3.
转速<
/p>
n
（或活塞平均速度
Cm
）
发动机转速上升（
Cm<
/p>
随之加大）
，致使摩擦损失增加
7
n
惯性力
各摩擦副相对速度
摩擦损
失
，泵气损失
，驱
动附件损耗
m
P
提高转速强化发动机的动力性能与
η
m
的降低相互矛盾
< br>
4.
负荷
发动机的负荷
□
柴油机
:
油门拉杆或齿条位置
□
汽油机
:
节气门开度
p
mm
n
一定，负荷
时，
Pmi
；
< br>1
m
n
不变，
Pmm
基本保持不变
p
mi
5.
润滑油品质
润滑油的粘度即机油的稠稀程度。
粘度↑
=>
内部摩擦↑
=>
机械损失↑
Pi
不变
==>
η
m
↓
粘度↓
==>Pm
↓
=
=>
η
m
↑
粘度过小
==>
机油的承载能力太低<
/p>
==>
油膜破裂
==>
< br>发生干摩擦
==>
烧瓦
==>P
m
↑↑
==>
η
m
↓↓
另外，机油粘度还与其温度
有关。机油温度升高，导致机油粘度降低。
6.
冷却水温度
☻
要求
:
定期保养、清洗机油滤清器，
5000
～
10000
公里换机油。
7
、发动机的技术状况
m
总
< br>
结
四、提高机械效率的措施
（
1
）改善润滑油（
2
）
减少轴承面上的压力（
3
）减少换气损失（
4
）减少附件损
第七节
热平衡
8
发动机的热平衡：
燃油燃烧所产生的热量恒等于转变
为有效功与各项散失的热量之和。
热平衡方程式
:
Qf=Qe+Qw+Qr+Qb+Qs
Qf:
燃油完全燃烧的热量
;
Qe:
转变为有用功的热量（占
25
～
40
％
)
Qw:
传给冷却介质的热量（占
10
～
35
％
) <
/p>
Qr:
被废气带走的热量（占
25
～
50
％
);
Qb:
燃烧不完全热量损失
;
Qs:
其他热量损失
;
实际循环热平衡（
★
）
（实际循环与理论循环的比较）
手写：
发动机的换气过程
四冲程发动机的换气过程
换气过程★
一、换气过程
四行程发动机换气过程
包括从排气门开启直到进气门关闭的整个时期，约占
410
°～
480
°
CA
排期阶段
1
、自由排气
:@
（手写）
2
、强制排气阶段
:@
（手写）
3
、进气阶段
准备进气。进气提前角：一般为
0
°～
40
°
CA
正常进气：活塞下行残余废气膨胀，新鲜气体冲入气缸。
惯性进气。进气迟闭角：一般为
40
°～<
/p>
70
°
CA
气门重叠阶段
排气早开角：
9
排气晚关角：过小惯性利用不够、过大废气倒流。
进气早开角：过小进气不够、过大废气倒流进气管（回火）
<
/p>
进气晚关角：过小惯性利用不够、过大新气推回进气管对进气充量影响大。
4
．气门叠开
扫气：
非增压发动机中，重叠角一般为
20
°～
80
°曲轴转角。
增压柴油机重叠角一般为
80
°～
160
°曲轴转角
随转速提高，最佳相位角应增大；
四个相位角中，进气晚关角对充量
系数影响最大，排气提前角对换气损失影响最大；
最佳相位角，增压机与非增压机不同；
气门重叠角：
汽油机﹤柴油机﹤增压机；
换气损失：理论循环换气功与实际循环换气功之差。
排气损失
（
1
）自由排气损失排气门提前打开引起膨胀功减少
（
2
）强制排气损失活塞上行强制推出废气消耗功
措施：减小系统阻力；减小排气门处流动损失
进气损失
气门重叠会产生串气吗？
不会。因为：
a.
进、排气流各自有自己的流动方向和流动惯性，加上重叠时间极短。
b.
进气流有助于更好地排气
10