汽车发动机原理汇总

1汽车发动机原理第一章发动机的性能第一节发动机理论循环实际工作过程的抽象。寻找提高发动机性能的基本方向。简化条件：1、理想气体。2、闭口系统，封闭循环。3、绝热压缩，绝热膨胀。4、定容加热，定压加热，定容放热。一、定容加热循环：a-c绝热压缩。c-z定容加热。z-b绝热膨胀。b-a定容放热。ε：压缩比；VaVh+Vcε==VcVcVa气缸总容积。Vc气缸压缩容积Vh气缸工作容积。2λ压力升高比；Pzλ=Pck绝热指数；1循环热效率：ηT=1-εk-1εkPa循环平均压力：Pt=(λ-1)ηTε-1k-1二、定压加热循环：a-z1绝热压缩；z1-z2定压加热；z2-b绝热膨胀；b-a定容放热；循环热效率。循环平均压力。三、混合加热循环:a-c绝热压缩；c-z1定容加热；z1-z2定压加热；z2-b绝热膨胀；b-a定容放热；ρ预膨胀比；3Vzρ=Vz1δ后膨胀比；Vbδ=Vz四、理论循环的分析：1、压缩比：压缩比提高循环热效率，循环平均压力都能提高。当压缩比大于12时，循环热效率上升得缓慢。当压缩比提高时，最大爆发压力增加，汽油机全发生不正常燃烧，压缩比只能在6~11之间。2、绝热指数K：K提高循环热效率提高。空气K=1.4。浓混合气K下降，ηT下降。稀混合气K上降，ΗT上降。3、加热量Q1：定容加热循环加热量增加，则压力升高比增加，当压缩比一定时，放热量同时增加，Q2/Q1不变，因此，循环热效率不变。但是，实际发动机当负荷增加时，每循环所消耗的燃料增大，即加热量增高，而气体的K值随温度的增高而减少，使热效率降低。只有在负荷一定的一定范围内，热效率的变化不大。4加热量增加，压力升高比增加，循环平均压力增加。定压加热循环：加热量增加，预膨胀比增加。当压缩比一定时，预膨胀比增加，循环热效率下降，循环平均压力增加。加热量越多，循环所做的功越多。但是，最后所加的部分热量的时间距上止点越远，该加热量作功的机会越少，即膨胀比越小，因而循环热效率减少。实际柴油机在重负荷时内部热效率减低，除了随预膨胀比的关系外，还有K随温度而变化的影响。温度增加，K值下降，循环热效率下降。混合加热循环：加热量对热效率的影响比较复杂。循环热效率的高低决定于加热后工质膨胀比的大小，膨胀比越大，即工质膨胀越充分，则热效率越高。而压缩比高只不过是提高膨胀比的一个条件。混合加热循环中，总的加热量一定，而定容加热和定压加热的比例不同时，则热效率不同。当总的加热量一定时，定容加热部分越大，即压力升高比越大，则循环热效率越高。结论：1、增加压缩比，可以提高工质的最高温度，扩了循环的温度梯度，达到了发动机较大膨胀比，因而提高了循环热效率，但是，循环热效率的提高随压缩比的增加而逐渐降低。2、增大压力升高率，可以增加混合循环中等容部分的加热量，提高了5热量的利润率，因而也提高了循环热效率。3、压缩比和压力升高率的增长，将伴随着最高循环压力的急剧上升。4、增大预膨胀比，可以提高循规蹈矩环平均压力，但是由于等压部分加热量增加，而这部分加热量是在膨胀比孤低的情况下加入的，因而循环热效率随之降低。3、指数K越大则循环热效率越高。4、现有水平：柴油机：ε=12—22，Pz=5—14Mpa，λ=1.3—2.2。汽油机：ε=6—11，Pz=3—8.5Mpa，λ=2.0—4.0。第二节四冲程发动机的实际循环四冲程发动机示功图。一、进气过程进气终点压力Pa，排气终点压力Pr。汽油机：Pa=（0.8~0.9）P0,Ta=340~380k。柴油机：Pa=（0.85~0.95）P0,Ta=300~340k。增压柴油机：Pa=（0.9~1.0）PK，Ta=320~380k。PK=（1.3~1.6）P0。6进气终了时的进气温度Ta高于大气温度。进气压力越高，进气温度越低，表示进入气缸的空气越多。燃烧过程可能放出的热量也越多，发动机的动力性越好。二、压缩过程增大工作过程的温差，获得最大限度的膨胀比，提高热效率，为燃烧过程创造有利的条件。多变指数n1：汽油机：1.32~1.38。高速柴油机:1.38~1.40。增压柴油机：1.35~1.37。多变指数n1主要受到与气缸壁热交换及工质泄露情况的影响。气缸壁温度越低n1越低。转速越高，n1越高。漏气越严重，n1越低。Pc=Pa*εn1Tc=Ta*εn1-1。Pc（Kpa）Tc（k）ε汽油机800-2000600–7506-10柴油机3000-5000750–100014-22增压柴油机5000-8000900–110012-15密封问题。起动问题。7三、燃烧过程Pz（kpa）Tz（k）汽油机3000~65002200~2800柴油机4500~90001800~2200增压柴油机9000~13000四、膨胀过程多变指数n2：汽油机：1.23~1.28。柴油机:1.15~1.28。多变指数的影响因素：补燃的多少，工质与缸壁间的热交换及漏气。转速高，补燃增多，温度和漏气减少，n2下降。燃烧不良，补燃增多，n2下降。漏气增多，n2上升。缸径下降，相对散热表面积增加，传热增加，n2上升。汽油机：柴油机：δ：后膨胀比。8Pb（kpa）Tb（k）汽油机300~6001200~1500柴油机200~5001000~1200五、排气过程汽油机和柴油机：Pc=（1.05~1.20）P0(kpa)废气涡轮增压柴油机：Pr=（1.05~1.20）Pk(kpa)汽油机：Tr=900~1100k（627~827c）柴油机：Tr=700~900k（427~627c）排气温度用来检查发动机工作状态。正功，负功，泵气损失。增压机都是正功。第三节实际循环的评定—指示指标以工质在气缸内对活塞做功为基础。一、平均有效压力Pmi指示功Wi：实际循环工质对活塞所做的有用功。Pmi：发动机单位气缸工作容积的批示功。A：活塞面积。S：活塞冲程。9汽油机：700~1300（kpa）柴油机：650~1100（kpa）增压柴油机：900~2500（kpa）二、指标功率发动机单位时间所做的指标功。τ：冲程数，四冲程为4，二冲程为2。三、指标热效率ηi和指标燃油消耗率bi汽油机：ηi0.25-0.40bi205-320(g/kw.h)柴油机:ηi0.40-0.50bi170-205(g/kw.h)第三节发动机经济性和动力性的评定有效指标:以曲轴对外输出的功率为基础.一、动力性能1、有效功率PePe=Pi-Pm（Pm机械损失功率）2、有效扭矩TiqPe=0.1047Tiq*n*10-3103、平均有效压力Pmi单位气缸工作容积输出的有效功。平均有效压力是发动机动力性的重要指标。标志着发动机的工作过程组织及工艺的完善程度。汽油机：650~1200（kpa）柴油机：600~900（kpa）增压柴油机：800~2200（kpa）汽车用通常为：900~1300（kpa）4、转速n和活塞平均速度CmSnCm=（m/s）30汽油机：〈15m/s柴油机：〈13m/sn、Cm、S/D值的范围：nCmS/D小客车汽油机5000~800012~180.7~1.0载重车汽油机3600~450010~150.8~1.2汽车柴油机2000~50009~150.75~1.2增压柴油机1500~40008~120.9~1.3二、发动机经济性能111、有效热效率Weηe=Q12、有效燃油消耗率bi（g/kw.h）ηebi汽油机：0.25~0.3270~325柴油机:0.3~0.4214~285增压柴油机0.4~0.45190~2183、发动机强化指标升功率PL（kw/L）和比重量me（kg/kw）强化系数Pme*Cm（Mpa．M/S）第五节发动机其它性能评定第六节机械效率12Pm占Pi10~30%.一、机械效率PePmePmPmmηm===1－=1－PiPmiPiPmi汽油机：0.7~0.9柴油机：0.7~0.85二、机械损失的测定1、倒拖法1）、发动机与电力测功机相连；2）、稳定运转，转速稳定，冷却水温度，机油温度正常；3）、熄火，电力测功机转化成电动机；4）、拖动发动机，维持冷却水和机油温度不变；5）、测拖动功率，（各种转速）；测量条件现着火运转条件不同。精度较高。可测各种转速的机械效率。可测各种附件的机械损失。汽油机误差±5%。柴油机误差较大。2、灭缸法仅适用于多缸机。1）、发动机稳定工况运转；132）、测发动机功率；3）、停一缸；4）、恢复转速；5）、测Pe1；6）、依次停某缸，重复3）以后的工作。Pi1=Pe－Pe1Pi2=Pe－Pe2．．．．．．Pi=Pi1+Pi2+．．．．．．．=iPe－(Pe1+Pe2+．．．．．．)则：Pm=(i－1)Pe－(Pe1+Pe2+．．．．．．)柴油机精度较高,误差±5%。汽油机进气影响较大。3、油耗线法发动机转速不变，测负荷特性。误差大，仅适用于柴油机。三、影响机械损失的因素1、气缸内的最高燃烧压力。环，环背压，侧压力，轴承负荷；零件加大，惯性力增加；凡是导致爆发压力上升的因素都将增加机械损失，压缩比、燃烧规律、喷油规律、点火提前角、喷油提前角等。142、转速和活塞平均速度转速增加，磨擦损失增加，惯性力增加，侧压力增加，轴承负荷增加。泵气损失增加，附件损失增加。3、负荷转速一定时，负荷减小，Pmi下降而Pmm变化很小，所以机械效率下降。车用发动机经常在高转速低负荷下工作，因此，提高其机械效率尤其重要。4、气缸尺寸和数目当发动机的活塞平均速度保持不变量，机械损失随缸径加大而减少。多缸机附件损失小，机械效率较高。5、润滑油品质和冷却水温度粘度对磨擦损失有重大影响。粘度大，磨擦损失大。润滑油应保证良好的润滑状态。冷却水温度80~95OC。第七节热平衡一、实际循环热平衡图1－19。提高实际循环热效率的途径：1提高压缩比。汽油机提高压缩比受爆燃的限制。柴油机提高压缩比受最大爆发压力和加工精度的限制。152、组织良好的燃烧过程，减少燃烧不完全。汽油机的技术障碍是稀燃。柴油机的技术障碍是混合气的形成和组织燃烧良好的燃烧过程。二、发动机的热平衡表1－3。形式qeqsqrqbqt汽油机25~3012~2730~500~4.53~10柴油机30~4015~3525~450~52~5增压柴油机35~4510~2525~400~52~5第二章发动机的换气过程一、换气过程16410~480OCA。自由排气，强制排气，进气，燃烧室扫气。自由排气阶段的划分。从排气门打开到缸内压力与管内压力相等到时。自由排气阶段的特点：1、自由排气阶段前期，至P/Pr=1．893时为排气过程的超临界状态。2、超临界排气时期，废气流量与排气管内压力无关，只决定于气缸内气体的状态和气门有效开启面积。3、排气速度很高，当排气温度为700~1100k时，可达500~700s/m。4、废气排出时在60%以上。强制排气阶段：强制排气需要消耗功。排气提前角（30~80OCA），排气迟闭角（10~35OCA）。进气过程：进气提前角（0~40OCA），进气迟闭角（40~70OCA）。17气门重叠：利用燃烧室扫气，防止废气倒流。配气定时：图2-2。二、换气损失图2-3。1、排气损失自由排气损失（w），强制排气损失（y）。降低排气损失的方法：减少排气系统的阻力。减少排气门处的流动损失。2、进气损失面积X。进气系统的阻力，进气过程中气缸压力低于进气管压力。泵气损失。图中x+y－d。第二节四冲程发动机的充气效率一、充气效率ηV充气效率是评价不同发动机换气过程组织的完善程度的指标。实际进入气缸的新鲜充量与进气状态下充满气缸工作容积的新鲜充量的比值。进气状态：非增压机是当时当地的大气状态。增压机是增压器出口状态。⊿mV1ηV==18⊿msVsV1：测量发动机每小时的实际充气量。（m3/h）。Vs=Vh/1000*i*n/2*60Vh：工作容积。n：转速。i：缸数。柴油机：0.75~0.9汽油机:0.70~0.85二、影响充气效率的因素残余废气系数γ：进气过程结束时气缸内残余废气量与气缸中新鲜充量的比值。1、进气终点压力PaPa高ηV大。Pa=Ps-⊿Pa⊿Pa=λ*ρ*V