汽车发动机原理 第一章 发动机的性能
60页1、汽车发动机原理,第一章 发动机的性能,Engine Performance,主要内容,第一节 发动机理论循环 第二节 四冲程发动机的实际循环 第三节 发动机的指示性能指标 第四节 发动机的有效性能指标 第五节 机械损失和机械效率 第六节 热平衡 作业题及复习题,第一节 发动机理论循环,发动机的理论循环:将非常复杂的实际工作过程加以抽象简化,忽略一些次要影响因素,并对其中变化复杂、难于进行细致分析的物理、化学过程如可燃混合气的准备与燃烧过程等进行简化处理,得到便于进行定量分析的循环,称发动机的理论循环。p1,一、三种基本理论循环: p1 p6,1、研究理论循环的目的: p1 1)确定循环热效率的理论极限,以判断实际发动机经济性和工作过程进行的完善程度以及改进潜力。 2)分析比较发动机不同热力循环方式的经济性和动力性。 3) 确定提高以理论循环热效率为代表的经济性和以平均压力为代表的动力性的基本途径。,1 假定工质为定比热容的理想气体; 2 不计吸气和排气过程(工质的总质量保持不变),假设工质是在闭口系统中作封闭循环; 3 压缩、膨胀过程简化为绝热等熵过程; 4 把燃烧过程看作是外界对工质
2、的加热过程,简化为等容加热过程或等压加热过程; 5 排气中的实际放热过程简化为等容放热过程; 6 忽略过程损失,把循环的每一过程都假定为可逆过程,即假设循环过程为可逆循环。,简化原则为: p1,理解!,3、发动机的理论循环:,发动机理论循环的三种形式:a)混合加热循环、b)等容加热循环 c)等压加热循环。 p,二、循环热效率:p2p4,1、循环热效率(简称热效率) :p2,式中: 工质所做循环功(J) 循环加热量(J) 工质在循环中放出的热(J),评定循环经济性,理论循环是用循环热效率和循环平均压力来评定。,)混合加热循环的热效率,2、三种基本理论循环的热效率公式,式中 是压缩比,,其中 为气缸总容积, 为气缸压缩容积;,其中 为气缸工作容积; 是初始膨胀比,,; 是压力升高比,,是等熵指数。,2)等容加热循环的热效率,)等压加热循环的热效率,3、三种基本理论循环热效率的分析 1)混合加热循环热效率的分析,分析条件:循环总加热量不变。,2)等容加热循环热效率的分析,)等压加热循环热效率的分析,4) 等熵指数对循环热效率的影响,从理论循环的分析可知,提高压缩比c和压力升高比P对提高循环热
3、效率t起着有利的作用,但发动机实际工作条件约束和限制循环热效率提高。,、发动机实际工作条件对循环热效率提高 的约束和限制: p34,1) 零件的强度和可靠性的限制 最高循环压力PZ急剧升高,降低发动机的使用寿命和可靠性。,2) 机械效率的限制 机械效率随最高循环压力升高而下降(曲柄连杆机构质量、惯性力增加) 3) 燃烧方面的限制 产生爆燃、表面点火等不正常燃烧现象 在汽油机中,凡是不靠电火花点火而由燃烧室内炽热表面(如排气门头部,火花塞绝缘体或零件表面炽热的沉积物等)点燃混合气的现象,统称表面点火。 发动机的压缩比和压力升高比见p4。,1、循环平均压力 : p4,评定循环的动力性,(kPa),式中: 循环所做的功(J) 气缸工作容积(L),三、循环平均压力:p4,1)混合加热循环平均压力公式,2、三种基本理论循环平均压力公式,)等容加热循环平均压力公式,:进气终点的压力,(kPa),3) 等压加热循环平均压力公式,混合加热循环的平均压力随进气终点压力、压缩比、压力升高比、预胀比、绝热指数和循环热效率的增大而增大。p4,四、三种基本循环的比较:p4p6,表11 三种理论循环的比较,1、压
4、缩比及加热量分别相同时比较 p5,压缩比 相同 加热量 相同 初态1相同,等容加热循环热效率最高,而等压加热循环的均最低。欲提高混合加热循环的热效率 ,应增加混合加热循环的等容部分。,2、加热量及循环的最高压力分别相同时比较,加热量 相同 初态1相同 循环的最高压力相同,对于高增压柴油机,为了得到较高的热效率,宜按等压加热循环工作。,3、汽、柴油机负荷变化(不同加热量)时的对比:,柴油机:由于喷雾压燃后边喷油边燃烧,当负荷下降时,喷油时间缩短,但初期相当于等容燃烧的部分变化不大。这相当于p基本不变而 减小,则t提高。,汽油机:点火后传播燃烧且无论负荷大小,火焰传播距离不变。当负荷下降时,燃烧速度降低,燃烧时间加长。这相当于p下降而 上升,则t降低。,第二节 四冲程发动机的实际循环,一、发动机的实 际循环 1、进气过程 图a) 2、压缩过程 图b) 3、燃烧过程 图c) 4、膨胀过程 图c) 5、排气过程 图d),1、实际工质的影响 实际工质影响引起的损失(比热容、泄漏): 2、换气损失 换气损失: 提前排气损失: 3、燃烧损失 非瞬时燃烧损失 和补燃损失: 不完全燃烧损失 4、传热损失
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