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汽车发动机原理 第二章 发动机的性能指标 发动机的性能指标所包括内容主要有:动力性能指标、经济性能指标及运转性能指标等。 衡量一台发动机的质量主要是对以上性能指标进行评定,但在评定时不仅要考虑性能指标,还要把可靠性、耐久性、结构工艺、生产实际条件以及使用特点等多方面予以综合评定,并把各种性能有机结合起来。 本章主要阐述发动机的动力性、经济性及运转性能指标,并通过对它们的分析,从中找出影响因素及提高性能的一般规律。 第一节 发动机的理论循环 发动机的理论循环:是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,称发动机的理想循环。 研究理论循环的目的: 1) 确定循环热效率的理论极限,从而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下的经济性和动力性。 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 三种基本理论循环 发动机有三种基本理论循环,即定容加热循环、定压加热循环和混合加热循环。发动机的循环常用示功图来说明。 柴油机混合加热理想循环和定压加热理想循环 理论循环是用循环热效率和循环平均压力来衡量和评定的。 1.循环热效率 是工质所做循环功W(J)与循环加热量Q1(J)之比,用以评定循环的经济性。 式中 Q2——循环放热量(J) 根据工程热力学公式,混合加热循环热效率为: 式中 ——发动机的压缩比, =Va/Vc=(Vs+Vc)/Vc=1+Vs/Vc,其中, Va为气缸总容积,Vc为气缸压缩容积,Vs为气缸工作容积; ——预膨胀比, =Vz/Vc ——压力升高比, =pz/pc ——等熵指数 定容加热循环( =1)热效率为: 定压加热循环( =1)热效率为: 从热效率的计算式中可以发现,影响热效率的因素有: ?t=f( k、 ε、 λ 、ρ) 1)绝热指数k的影响 从下图可知,随着绝热指数k值的增加,? t增加。K值取决于工质的性质,双原子气体k=1.4,多原子气体k=1.33。 2)压缩比ε对三种理论循环的影响 3)压力升高比λ 在混合加热循环中,当循环总加热量Q1和ε不变时,λ增大,则ρ减小。如下图中z—b变到z’—b’,相应的Q2减少,?t提高。 但是λ、ε增加会造成最高温度Tz和最高压力Pz的急剧上升,因而受到材料耐热性和强度的限制。 4)预膨胀比ρ 在等压加热循环中,若ε保持不变,随着加热量Q1增加ρ值加大。由定压加热循环热效率公式可知, ?t下降。 在混合加热循环中,当循环总加热量Q1和ε保持不变,若ρ值增大,意味着等压加热部分增大,同样?t下降。 根据工程热力学公式,混合加热循环的平均压力为: 式中 pa——进气终了压力(kPa) 对定容加热循环( =1),其循环平均压力 对定压加热循环( =1),其循环平均压力 可见,pt是随压缩始点压力、压缩比、压力升高比、预膨胀比、等熵指数和热效率的增加而增加的。 三种基本循环的比较 压缩比及加热量分别相同时比较 汽、柴油机负荷变化(不同加热量)时的对比 第二节 四冲程发动机的实际循环 进气行程 进气过程中,进气门开启,排气门关闭,活塞从上止点向下止点运动,在气缸内形成真空,新鲜工质被吸入气缸。由于进气系统的阻力,进气终了时气缸内压力小于大气压力,约为0.075~0.09MPa。因为流进气缸内的工质受到气缸壁、活塞顶等高温机件及上一次循环残余废气的余热,所以进气终了温度也升高到370~400K。在右图中进气行程用曲线ra表示。 压缩行程 为使吸入气缸内的工质能迅速燃烧,以产生较大压力,使发动机做功,必须在做功行程之前将工质压缩,此即为压缩行程。在这个行程中,进、排气门均关闭,活塞由下止点向上止点运动。在右图中压缩行程用曲线
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