发动机原理第五章内燃机的工作循环与机械损失.pptVIP

第五章:内燃机的工作循环与机械损失 §5－1：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 .放热过程简化为定容放热过程。 3 .压缩和膨胀过程近似为绝热过程。 4 .工质为理想气体，整个循环工质组成成分不变，物性参数为定值。 5 . 气缸内无摩擦损失，因而近似为可逆过程。 由前面的假设可知，进气过程不作热力分析，压缩和膨胀过程均为定熵过程，排气过程为定容过程，最后内燃机实际循环中的燃烧过程的特点较复杂，下面根据不同内燃机种类分析它们的燃烧过程。 这里，将内燃机分为三类：汽油机、高速柴油机和低速柴油机。 由于汽油机属于均匀混合气的逐渐爆炸燃烧，燃烧速度很快，而在上止点附近容积变化又较小，因此燃烧过程相当于定容过程；低速柴油机燃油质量较差，形成可燃混合气的速度慢，不均匀混合气的扩散燃烧速度很慢，燃烧持续时间长，很接近于定压过程；高速柴油机在燃烧初期，由于部分燃料已于空气混合，而后则由于边喷油、边混合、边燃烧，燃烧速度受到制约，因此燃烧过程兼有逐渐爆炸燃烧和扩散燃烧的特征，对应于气缸的容积变化情况，可以将燃烧过程简化为定容和定压加热两个过程。 一、混合加热循环（萨巴德循环）： 高速柴油机定容加热和定压加热并存，为混合加热。 循环热效率： 循环平均指示压力： 如图所示，曲线a-c为绝热压缩过程；曲线c-z’为定容加热过程；曲线z’-z为定压加热过程；曲线z-b为绝热膨胀过程；曲线b-a为定容放热过程。 定义： 压缩比 压力升高比 预膨胀比 后膨胀比 绝热指数 曲线a-c： 曲线c-z’： 曲线z’-z： 曲线z-b： 循环吸热量q1： 循环放热量q2： 循环热效率： 循环的平均指示压力： 理想气体状态方程： 二、定容加热循环（奥托循环） 汽油机：缸外混合→上止点燃烧迅速、完全→T、P↑快→容积变化小,为等容加热。 热效率: 循环平均指示压力: 二、定压加热循环（狄赛尔循环） 低速柴油机：缸内边混合边燃烧上止点后P变化不大，为等压加热。 可见： （1） ε增加，k增加，ηt增加 （2）提高 Pa、ε、 ρ和k， Pt增加，功率提高。 §5—2: 实际循环 一.实际循环存在各种损失： 1.进排气过程： 实际工作循环需更换工质，实际工质引起的损失Wk。进排气过程所消耗的功率损失，系统对气流的阻力损失（Wr）；排气门提前打开的排气提前损失（W），统称为换气损失。 2、压缩过程 理论循环的压缩是绝热的。 实际过程：压缩初期工质吸热→中期绝热→后期放热 ，实际的压缩过程是有热量交换而且交换方向变化的多变过程， 所以:存在工质向缸壁散热损失，压缩工质的流动损失和漏气损失Wb。 3、燃烧过程 燃烧中存在： 1、提前（点火、喷油）燃烧损失，即非瞬时燃烧损失，补燃损失Wz。 2、缸壁散热损失。 3、化学反映过程中的比热变化和热分解的热损失。 4、膨胀过程 膨胀是多变过程：存在补燃损失，散热损失，漏气损失Wb。 实际循环的损失： 5、其它几项损失 涡流和节流损失：气缸内工质由于活塞的高速运动产生涡流，造成压力损失。对于分隔式燃烧室，还会产生节流损失。 泄漏损失：气门和活塞环出的泄漏。 类型 理论循环热效率 指示热效率 汽油机 0.54-0.58 0.30-0.40 柴油机 0.64-0.67 0.40-0.45 §5－3 机械损失与机械效率 包括：活塞与气缸的摩擦损失、轴承的摩擦损失、泵气损失、换气损失、驱动附件损失等。 机械损失所消耗的功率占到指示功率的10%-30%。 一、机械效率 为了比较各种不同内燃机机械损失所占比例大小，引入机械效率的概念。 机械效率是有效功率与指示功率的比值： 类型 汽油机 0.7-0.9 柴油机 0.7-0.85 结合前面的指示热效率和机械效率的定义，可以得出有效热效率： 在 中已经考虑到发动机实际工作时的一切损失了。 二、影响机械损失的因素 影响因素：ε，n，负荷，技术状态。 2、转速n（活塞平均速度Cm ）： 活塞的转速增加惯性增加，机械损失增加， Pm=A+BCm (MPa)