1、发动机原理,交通运输的5种运输方式中公路运输的特点,机动灵活快速便捷换装少货损少效率高效益高,可以实现“门到门”的服务,在综合运输体系中承担着必不可少的作用,汽车工业的快速发展，高新技术在汽车中 的应用越来越多,绪 论,-技术密集的行业,直接影响着整车的,发动机,-汽车的心脏,-动力来源,性能 可靠性 寿命,课程性质,车辆工程方向的专业限选课,绪 论,1、对象 以性能指标作为研究对象,内容,动力性指标 经济性指标 运转性指标,2、工作过程 发动机冲程 ：吸气压缩做功排气 热力过程：吸气压缩燃烧膨胀排气燃烧 膨胀 为能量转换过程,衡量发动机的质量，还要考虑可靠性，耐久性， 加工容易，操纵维修方便
2、，成本核算,绪 论,二、汽车内燃机的发展,1、汽车用发动机的分类,四个冲程中只有一个冲程做功，做功不连续,发动机,内燃机和外燃机,车用发动机,间歇工作式发动机,燃气轮机：连续工作式发动机,绪 论,1、汽车用发动机的分类,汽油 柴油 液化石油气、天然气 沼气、混合动力、纯电动 氢、醇类、二甲醚 植物油、太阳能,按燃料,绪 论,活塞式 转子,按发动机往复运动件,按发动机气缸布置,直立 卧式 V 型 W 型,分冷、水冷,按冷却介质,单缸、多缸,按气缸数,绪 论,按活塞冲程数,按发动机转数,2冲程、4冲程,按点火方式,点燃、压燃,低速 n 1500 r/min,低增压、中增压、高增压,按增压程度,按混
3、合气形成方式、按燃烧室型式、按照用途等多种分类,2、车用发动机的优缺点,优点,功率范围广,蒸汽机 1116% 蒸汽轮机 30% 汽油机30%，柴油机40% 增压柴油机46%以上,Ne = 0.635000 kw,柴油机3.7 kg/kw 车用汽油机1.37 kg/kw,缺点,对燃料要求高 石油紧张，汽油、柴油价 格高；要求一定的标号 噪声、排污 *结构较复杂,有效热效率高,比重量小，升功率大,体积小、重量轻,比重量,起动性好,可很快达到全负荷,60 年代以前: 动力性、可靠性、耐久性 7080年代: 经济性、动力性 90 年代口号: 清洁、经济、安全 （1） 相关学科日益增多，学科之间相互渗透
4、 （2） 标准化，系列化，通用化 （三化） （3） 新材料，新工艺，新产品 （4） 使用计算机设计、计算零部件及其配合，精密、准确、优化 （5） 设计、零部件生产商 分散集中分散 （6） 电控应用日益增多，混合气制备更加完善 （7） 检测设备与手段先进 （8） 低排放的代用燃料发动机正在普及，零排放正在开发并进入实用,3、现代发动机的发展,绪 论,3、现代发动机的发展结论： 新技术、电子控制技术可保持发动机运行参数最佳值，使动力、经济、排放等性能指标最佳化，并监视运行工况,三、汽车对发动机的要求,动力性是基本要求 对经济性、可靠性等方面也有着要求,第一章 内燃机性能指标及 实际热循环,发动机汽
5、车的动力源品质的评价-定性、定量- 指标指标的建立需要条件和基础，作为能量转换机构的工作过程需要建立模型。,发动机的实际循环,V,进气过程0-1,压缩过程1-2,燃烧过程2-3-4,膨胀过程4-5,排气过程5-0,实际循环的简化,忽略进、排气过程 压缩、膨胀过程 （复杂的多变过程） 简化为 燃烧过程简化为 排气放热简化为定容放热过程 假定工质为定比热的理想气体,定容加热过程 定压加热过程,绝热过程, 1-1 内燃机理论循环,将实际工作过程抽象简化后建立的循环,混 合 加 热 循 环,车用柴油机的理想循环,定容加热循环 (奥托Otto循环 ),汽油机的理想循环,定压加热循环（狄赛尔diesel
6、循环）,高增压低速柴油机的理想循环,循环特征参数,压缩比 压力升高比预胀比 绝热指数,空气的,=1.4,循环热效率,根据热力学公式可得,1、混合加热循环的热效率,循环热效率,2、定容加热循环的热效率,循环热效率,3、定压加热循环的热效率,循环平均压力,循环平均压力单位气缸容积所做的循环功 -理论循环的做功能力。,(K pa ),Va,循环平均压力,1、混合加热循环的循环平均压力,2、定容加热循环的循环平均压力,3、定压加热循环的循环平均压力,问题分析和结论,1、 为定值, t、pt ； t 、pt ； = 1 t = C, t 、pt ； 柴油机 = 20 左右时 t 不大 柴油机 = 122
7、2 汽油机 = 10 左右时 t 不大 汽油机 = 611,2、 变化,问题分析和结论,3、 、 影响 、 t pz 急剧 发动机的结构、强度、寿命 、可靠性 ， 运动件惯性 摩擦力 机械效率4、k 影响k t , 1-2 内燃机实际循环与热损失,实际循环 ：进气、压缩、燃烧、膨胀、排气,一、工质的影响,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,比 热,理论上: 定比热 实际上: 温度T 比热C,工质高温分解,工质的成分发生变化，燃烧产物的比热大于空气，使循环的最高温度降低。,工质分子数,理论上:工质分子数不变化 实际上:循环存在泄漏，工质分子
8、数的变化，使循环的热效率降低。,C + O CO + 热量 + O CO2 + 热量CO 为中间产物，CO2 为最终产物。若遇高温，会发生复分解反应，即高温分解:CO2 CO + O - 热量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。, 1-2 内燃机实际循环与热损失,二、换气损失 理论上： 忽略进、 排气过程。 实际上： 1）排气门提前开启 迟后关闭，造成 能量损失。 2）进、排气道的流动阻力，造成能量损失。, 1-2 内燃机实际循环与热损失,传热损失是发动机中的最大损失，占总损失量的30%以上。许多研究者致力于开发绝热发动机。,三、气缸
9、壁的传热损失,理论上: 压缩、膨胀过程为绝热过程,汽缸壁、气缸套、气缸盖、活塞、 活塞环、气门、 喷油器等,实际上,大量热量,冷却水 或空气, 1-2 内燃机实际循环与热损失,影响传热损失 的各种因素,气缸几何尺寸,发动机行程缸径比 S/D,工况变化,燃烧室形式,冷却介质温度,增 压, 1-2 内燃机实际循环与热损失,四、时间损失理论上：定容加热瞬间完成，定压加热速 度与活塞运行速度密切配合。实际上：燃烧需要时间1）喷油提前，点火提前，增加了 压缩负功；2）高温下部分燃烧产物分解而吸热。, 1-2 内燃机实际循环与热损失,五、燃烧损失理论上：加热瞬间停止，膨胀过程无加热。实际上：1）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-后燃（补燃），由于氧气浓度降低，引起燃烧速度降低。因此，燃烧过程延迟到膨胀线上才告结束；做功效果变差，热效率下降。2）部分燃料由于缺氧产生不完全燃烧损失。, 1-2 内燃机实际循环与热损失,六、其他损失 涡流损失：缸内进气挤压、燃烧涡流 节流损失：压缩气体、燃气在主副燃室间 流动 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 流动损失：进、排气节流沿程损失,各项损失使热效率下降值,
