202X热工基础与内燃机原理复习重点.ppt

单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*1热工根底与内燃机原理热工根底与内燃机原理山东农业大学机械与电子学院山东农业大学机械与电子学院主主 讲：杨讲：杨 延延 强强 目录绪论第一章：气体工质的热力性质第二章：气体的比热第三章：示功图和性能指标第四章：燃料与燃烧第五章:内燃机的工作循环与机械损失第六章：换气过程第七章:汽油机的燃烧过程第八章:柴油机燃烧过程第九章：汽油机混合气的形成第十章：柴油机混合气的形成及燃烧室第十一章：柴油机燃油喷射第十二章：内燃机试验第十三章：内燃机特性机械能的获得有很多方法风能、太阳能、原子核能等所有这些获得机械能的机器称之为发动机，而内燃机是其中的一种，而且属于热机热能转换为机械能的一种下面介绍有关热工根底知识绪论第一节：根本概念热力系统：热力学中所指明的要研究的对象即为热力系统外界：与热力系统有关的周围物质，统称为外界系统和外界之间的分界面称边界可以是真实的、虚构的、固定的或移动的第一章气体工质的热力性质 闭口系统和开口系统：系统和外界间无物质交换，称为闭口系统；反之为称为开口系统绝热系统：与外界没有热量交换的系统称绝热系统；第二节：气体工质的根本状态参数工质:在热机中实现热能和机械能相互转换的工作物质。

热力平衡状态:系统中气体各局部的压力、温度均匀一致，不随时间而变化的状态n可逆过程和不可逆过程：无温差传热无摩擦的平衡过程才具有可逆性n状态参数:标志气体热力状态的各物理量常用的状态参数主要有6个压力、温度、比容、内能、焓和熵气体施于容器壁的实际压力称为绝对压力P，压力表测得的数值为表压力Pg当绝对压力低于大气压力P0时， 绝对压力与大气压力P0的差值称为真空度当PP0时，P=P0+Pg； P0时，dq0为工质吸热过程；当ds0时，dq0为工质放热过程由式ds=dq/T可知，dqdsT，对该式积分为即热力过程中工质获得的热量等于微熵与温度乘积的积分第三章：示功图和性能指标3.1 概述示功图：汽缸内的气体压力随容积或曲轴转角变化的坐标图缸内压力与容积变化的关系图称p-v图.缸内压力与曲轴转角变化的关系图称p-图目的：了解内部工作,探索影响因素,从中找出规律,提出改进措施要求：掌握性能指标及相互关系3.2 示功图四行程机的示功图p-v图r-a进气，a-c压缩，c-z燃烧，z-b膨胀做功，b-r排气一、根本概念Vc燃烧室容积；Vh汽缸工作容积；Va气缸总容积；压缩比二、四冲程发动发动 机的工作过过程进进气过过程排气门门关闭闭进进气门门开启大气压压力线线PVra示功图上止点下止点进气过程进气过程如图中的r-a曲线。

为了使发动机连续运转，必须不断的吸入新鲜工质，即是进气过程此时进气门翻开，排气门关闭，活塞由上止点向下止点移动首先是上一循环中剩余废气膨胀，压力由排气终了压力Pr下降到小于大气压力，然后新鲜工质才被吸入气缸由于进气系统的阻力，进气终了压力Pde一般小于大气压力Pa，其差值用来克服进气阻力因为气流受到发动机高温零件及剩余废气的加热，进气终了温度Tde总是高于大气温度Ta压缩过压缩过 程进进气门门关闭闭排气门门关闭闭PVra示功图大气压压力线线c上止点下止点压缩过程压缩过程中进排气门均关闭，活塞由下止点向上止点移动，缸内工质受到压缩，温度、压力均不断上升，工质受压缩的程度由 表示压缩过程如图a-c曲线，其作用是增大做功过程的温差，获得最大限度的膨胀比，提高热功转换效率，同时也为燃烧过程创造有力的条件在柴油机中，压缩后气体的高温还是保证燃料着火的必要条件燃烧过程进进气门门关闭闭排气门门关闭闭PVra示功图大气压压力线线cZb上止点下止点活塞在上止点前后开始燃烧，随着燃烧的进行，活塞向下止点开始移动c燃烧过程燃烧过程如图中曲线c-z，此时进排气门均关闭，活塞处在上止点前后这一过程的作用是将燃料的化学能转变为热能，施工至的压力、温度升高。

燃烧放出的热量越多，放热时越靠近上止点，热效率越高柴油机在c点之前开始喷油，汽油机在c点之前点火作功过过程进进气门门关闭闭排气门门关闭闭PVra示功图大气压压力线线cZb上止点下止点做功膨胀过程做功过程如图z-b，此时进排气门均关闭，高温高压的工质推动活塞，由上止点向下止点移动而膨胀做功，气体的温度和压力也随即迅速降低做功过程有热交换损失、漏气损失和补然现象 排气行程进进气门门关闭闭排气门门翻开PVr示功图大气压压力线线cZb上止点下止点剩余废废气PVr示功图图大气压压力线线cZb上止点下止点a排气过程排气过程如曲线b-r，当做功过程接近终点时，排气门翻开，废气开始由自身压力自由排气，做功过程结束时，活塞到达下止点活塞由下止点开始向上止点移动，将气缸内的废气排出排气过程中，由于排气系统的阻力，排气终了的压力Pr大于大气压力Pa，二者压差用来克服排气阻力阻力越大，排气终了压力Pr越大，残留在气缸中的废气越多工作过程第一行程：活塞在下止点，裙部密封进口，排气口和换气口翻开，气缸充满气体.1上部：活塞上行，驱赶气体，先关换气口扫气口再关排气口，压缩，压力、温度升高2下部：曲轴箱的体积增大、压力减小，翻开进气口，曲轴箱进气。

第一个行程完成压缩、燃烧和曲轴箱进气第二行程活塞在上止点，燃料燃烧压力增大、温度升高，活塞下行作功1上部：在燃气高压下活塞下行作功，下行2/3处排气门翻开，排气；然后换气门翻开，换气2下部：裙部先关进气口、压缩曲轴箱气体第二行程完成作功、排气、换气三个过程四、四行程汽油机、柴油机的工作原理比较共同特点：1每个工作循环环曲轴转轴转 两周，每行程曲轴转轴转 半周2只有作功过过程产产生动动力不同点： 汽油机柴油机汽油与空气缸外混合，进进入气缸的可燃混合气进进入气缸的是纯纯空气，柴油与空气在缸内混合电电火花点燃混合气高温气体加热热柴油燃烧烧有点火系无点火系压缩压缩 比低压缩压缩 比高柴油机压缩比高于汽油机，燃烧爆发压力大，热能利用率高，柴油机经济性好五、二行程和四行程发动机的比较不同特点：1、每个工作循环环二行程曲轴转轴转 1周，四行程曲轴转轴转 2周相同转转速下，二行程做功次数多1倍，油耗多1倍2、二行程作功过过程占总总行程2/3，1/3行程用来排气，所以二行程的热热能利用率低，浪费费燃油3四行程排气用活塞赶气，二行程用压压差排气，所以二行程排气不净净，气缸进进气缺乏因此：二行程的发动发动 机的经济经济 性比四行程差。

二、有效指标动力性能指标：有效功率、有效扭矩、平均有效压力经济性能指标：有效耗油率、有效热效率2、有效转矩Me:发动机工作时，由功率输出轴输出的扭矩式中：Pe-发动机的有效功率KW；Me-发动机输出转矩nm；n-发动机转速r/min3、平均有效压力Pme：单位气缸工作容积输出的有效功为平均有效压力式中:Pme单位为Mpa；Vh单位为m3；n单位为r/min；i为缸数柴油机四冲程非增压0.60.95；四冲程增压0.852.6； 二冲程0.351.3；汽油机四冲程摩托车0.91.43；四冲程小客车0.651.25；四冲程载货车0.60.85；二冲程小型风冷0.40.854、转速n和活塞平均速度Cm发动机转速增加，单位时间内做出的功增加，同时导致活塞和曲轴连杆机构的磨损加剧寿命下降 式中：S为活塞行程 Cm为内燃机强化程度的参数，汽油机Cm值不超过15m/s，柴油机那么不超过13m/s 为提高转速又不使Cm过大，可以减小行程S，即采用较小的行程缸径比S/D，但S/D过小，造成燃烧室高度减小，燃烧室外表积与容积的比值增大，使混合气形成条件变差，不利于燃烧 S/D 1时常称为短行程经济性能指标1、有效热效率e：参加发动机的燃料燃烧的热量转变为有效功的程度，即实际循环有效功与所消耗的燃料热量之比式中：GT为每小时耗油量，kg/h;Pe为有效功率，kw。

2、有效耗油率ge:发动机单位有效功的耗油量，通常以每千瓦小时的耗油量表示三、强化指标1、升功率PL 式中Pme为发动机的标定功率 升功率是评定一台发动机整机动力性能和强化程度的重要指标之一 类型 PLKW/L汽油机 30-70汽车柴油机 18-30拖拉机柴油机 9-152、比质量Ge 发动机的质量G与所给出的标定功率之比类型 Ge(Kg/KW)汽油机 汽车柴油机 拖拉机柴油机 一、汽油的性质抗爆性、蒸发性、氧化安定性、抗腐蚀性及清净性等1.抗爆性：汽油在发动机气缸内燃烧时抵抗爆燃的能力，用辛烷值表示，常用马达法MON和研究法RON测辛烷值辛烷值：正庚烷异辛烷标准油抗爆燃能力极弱抗爆燃能力极强某汽油的爆燃性能与某体积百分比例的异辛烷值标准油相同时，标准燃料中异辛烷的百分数定为该汽油的辛烷值为提高汽油抗爆性，常参加四乙基铅，同时参加导出剂现在要求使用无铅汽油2.蒸发性：对混合气的形成质量有很大影响蒸发性用汽油蒸发量为10，50，90 和100%时所对应的温度来评定分别称为10馏出温度，50 馏出温度 ，90 馏出温度和干点二、柴油的性质轻柴油用于高速柴油机，重柴油用于中低速柴油机，重油用于大型低速柴油机。

汽车用柴油机都是高速机，必须用轻柴油1.自然性：常用十六烷值来评定 正十六烷 + -甲基萘 =标准燃料 自然性最好 自然性最差 某种柴油与标准燃料的自然性相同，那么标准燃料中正十六烷的百分数即为该种柴油的十六烷值 十六烷值过高或过低都不好，一般高速柴油机的十六烷值为40-503.硫含量硫天然存在于原油中危害：增加排气中微粒物，不利于环保；装有催化转化器的汽车，硫使其寿命降低；硫燃烧后形成酸雨，不仅腐蚀零件，还污染环境；同时硫还会增加柴油机的磨损各国标准中对硫含量提出了严格的要求，甚至是零含量4.低温流动性浊点：标准柴油低温流动性的指标低温下燃油开始变浑浊(石蜡开始结晶)的温度叫浊点，温度低于浊点时，析出的石蜡堵塞滤芯，熄火凝点：燃油结晶失去流动性的温度称为凝点浊点高于凝点5-10摄氏度我国汽车用轻质柴油按凝点标定柴油牌号：如 10# ，0 # ，-10 # ，-20 # ，-35 # 五个牌号参加1%的降凝剂，可使凝点降低20-50摄氏度，浊点降低1-5摄氏度根据硫含量、安定性和酸度等指标将每一牌号柴油又划分为优等级、一等品和合格品三个档次二、过量空气系数内燃机中实际提供的空气量往往并不等于理论空气量，为此引入了过量空气系数一般汽油机，车用高速柴油机，增压柴油机。

同时，也有用空燃比 空气量与燃料量的比值来表示混合气的浓度，三、燃烧燃烧预混合燃烧预先将燃料和氧混合好扩散燃烧边混合边燃烧汽油机：预混合燃烧，混合均匀，由火焰中心向外层燃烧，工作柔和、平稳，为逐渐爆发燃烧出现第二火焰中心时产生强烈的压力波，属瞬时爆发燃烧柴油机：扩散燃烧，混合不均匀燃烧是在燃料与空气的边界层进行，同时几处活化粒子浓度较大着火，强大压力波的相互撞击，引起燃烧噪声，为瞬时爆发燃烧油粒中心因得不到氧而高温裂解，产生炭烟44燃料的热值热值：燃料完全燃烧放出的热量为热值.液体燃料以1公斤燃料的焦耳数表示.高热值HO：用热量计测出的燃料热值低热值HU：去除水气的汽化潜热后的热值一、一、 燃料热值燃料热值目的：通过对发动机实际循环与理论循环的分析，找出影响性能指标的各种因素，从中归纳出提高整机性能的一般规律要求：能结合四冲程发动机示功图，分析发动机实际循环和理论循环的区别、影响发动机功率的因素，掌握发动机的指示指标和有效指标；了解机械效率的概念和影响机械效率的因素；了解发动机热平衡分析的内容和意义第五章:内燃机的工作循环与机械损失51：内燃机的理论循环吸气、压缩、燃烧、作功、排气为一个工作循环，在内燃机的理论研究中，为分析循环中热能转换为机械能过程的方便性，不考虑各种损失，将实际循环简化出理论循环。

理论循环的假设：1.气缸内热力系统为闭口系统，由于进气过程和排气过程中工质的状态参数变化不大，故热力计算时，可不考虑换气过程2.放热过程简化为。