发动机原理(第一章23讲)
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发动机原理课件-绪论--林学东版
设计精良、坚固耐用，维修简便； ➢1910年创造生产流水线，
“世界生产方式历史性变革”，使汽 车大众化。
汽车工业史上的三次变革 ➢1914年美国福特汽车公司的汽车装
配流水线带来了汽车工业史上的第 一次变革。 ➢第二次变革发生在20世纪50年代。 拆除当时欧洲内部的关税壁垒，使 欧洲市场空前繁荣，有力地推动了 汽车制造工业的发展。 ➢20世纪60年代末，日本汽车工业创 奇迹，生产物美价廉汽车，使得世 界汽车工业发生第三次变革。
德国商人奥托一直关注内燃机研制情况。 从蒸汽机的广泛应用中， 看到内燃机的发展前途； 从德罗夏的理论设计中看到希望。 奥托对德罗夏方案，反复研读，深刻领会其设计思想； 并全心投入内燃机的研制工作。
奥托的实验：
目的—在发动机气缸里实现烟囱冒烟现象（燃烧向稀 薄区传播）。
手段—用透明气缸和手动活塞以及侧式进排气管模 型，将香烟的烟放入进气阀反复观察
推动活塞上升； ➢向气缸喷水，关闭阀门，缸
内蒸汽被冷却变成水，产生 真空，活塞下降，抽水泵抽 水。
三、蒸汽革命——蒸汽汽车时代
詹姆斯·瓦特： 瓦特掌管格拉斯哥大学实验教具的机械员。 1764年受命格拉斯哥大学教学用纽可门
发动机的修理工作。
故障诊断
在修理纽可门蒸汽机中，发现其两大缺点：
➢ 燃料消耗量大而效率低 ➢ 只能作往复直线运动。 因此，除了用于矿井抽水之外，无其他用途，浪费蒸气达八成以上。
结果：研究出空气与煤气的添加混合方法
➢同时，1858年法国人里诺发明了燃气机： 用煤气和空气的混合气取代蒸汽机的蒸汽； 用电池和感应线圈产生电火花点燃混合气。
➢此煤气机: 有气缸、活塞、连杆、飞轮等。是内燃机的初级 产品，但压缩比为零。
➢奥托受里诺煤气机启发，认为如果用液体燃料，其用途将 更为拓宽，为此设计了汽化器。
“世界生产方式历史性变革”，使汽 车大众化。
汽车工业史上的三次变革 ➢1914年美国福特汽车公司的汽车装
配流水线带来了汽车工业史上的第 一次变革。 ➢第二次变革发生在20世纪50年代。 拆除当时欧洲内部的关税壁垒，使 欧洲市场空前繁荣，有力地推动了 汽车制造工业的发展。 ➢20世纪60年代末，日本汽车工业创 奇迹，生产物美价廉汽车，使得世 界汽车工业发生第三次变革。
德国商人奥托一直关注内燃机研制情况。 从蒸汽机的广泛应用中， 看到内燃机的发展前途； 从德罗夏的理论设计中看到希望。 奥托对德罗夏方案，反复研读，深刻领会其设计思想； 并全心投入内燃机的研制工作。
奥托的实验：
目的—在发动机气缸里实现烟囱冒烟现象（燃烧向稀 薄区传播）。
手段—用透明气缸和手动活塞以及侧式进排气管模 型，将香烟的烟放入进气阀反复观察
推动活塞上升； ➢向气缸喷水，关闭阀门，缸
内蒸汽被冷却变成水，产生 真空，活塞下降，抽水泵抽 水。
三、蒸汽革命——蒸汽汽车时代
詹姆斯·瓦特： 瓦特掌管格拉斯哥大学实验教具的机械员。 1764年受命格拉斯哥大学教学用纽可门
发动机的修理工作。
故障诊断
在修理纽可门蒸汽机中，发现其两大缺点：
➢ 燃料消耗量大而效率低 ➢ 只能作往复直线运动。 因此，除了用于矿井抽水之外，无其他用途，浪费蒸气达八成以上。
结果：研究出空气与煤气的添加混合方法
➢同时，1858年法国人里诺发明了燃气机： 用煤气和空气的混合气取代蒸汽机的蒸汽； 用电池和感应线圈产生电火花点燃混合气。
➢此煤气机: 有气缸、活塞、连杆、飞轮等。是内燃机的初级 产品，但压缩比为零。
➢奥托受里诺煤气机启发，认为如果用液体燃料，其用途将 更为拓宽，为此设计了汽化器。
发动机原理课件完整版：第一章1节
第一章
航空燃气涡轮发动机 工作原理
ppt课件
1
第一章 航空燃气涡轮发动机工作原理
• 第一节 涡轮喷气发动机热力循环 • 第二节 推力公式 • 第三节 性能指标和基本要求 • 第四节 能量转换与效率 • 第五节 发展方向
2020/11/18
ppt课件
2
第一章 航空燃气涡轮发动机工作原理
• 第一节 涡轮喷气发动机热力循环 • 第二节 推力公式 • 第三节 性能指标和基本要求 • 第四节 能量转换与效率 • 第五节 发展方向
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=
－1
th
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三、理想循环-热效率
th 1
1
－1
• 理想循环热效率只与循环增压比有关，且 与循环增压比成正比。
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三、理想循环-循环功
W q1th cp (T3* T2*)th
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3
第一节 涡轮喷气发动机热力循环
• 一、组成
– 五大主要部件： 进气道、压气机、燃烧室、涡轮、尾喷管
2020/11/18
ppt课件
4
第一节 涡轮喷气发动机热力循环
• 一、组成
– 附件系统 燃油系统、起动系统、滑油系统
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ppt课件
5
二、工作过程
• 工作过程示意 • 进气道：输送工质（空气） • 压气机：压缩空气，提高压力 • 燃烧室：加热气体，提高总温
航空燃气涡轮发动机 工作原理
ppt课件
1
第一章 航空燃气涡轮发动机工作原理
• 第一节 涡轮喷气发动机热力循环 • 第二节 推力公式 • 第三节 性能指标和基本要求 • 第四节 能量转换与效率 • 第五节 发展方向
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第一章 航空燃气涡轮发动机工作原理
• 第一节 涡轮喷气发动机热力循环 • 第二节 推力公式 • 第三节 性能指标和基本要求 • 第四节 能量转换与效率 • 第五节 发展方向
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三、理想循环-热效率
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• 理想循环热效率只与循环增压比有关，且 与循环增压比成正比。
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三、理想循环-循环功
W q1th cp (T3* T2*)th
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第一节 涡轮喷气发动机热力循环
• 一、组成
– 五大主要部件： 进气道、压气机、燃烧室、涡轮、尾喷管
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第一节 涡轮喷气发动机热力循环
• 一、组成
– 附件系统 燃油系统、起动系统、滑油系统
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二、工作过程
• 工作过程示意 • 进气道：输送工质（空气） • 压气机：压缩空气，提高压力 • 燃烧室：加热气体，提高总温
发动机工作原理
第一章发动机工作原理发动机是将其他形式的能量转变为机械能的一种机械装置。
内燃机是燃料在发动机内部燃烧,内燃机每实现一次热功转换，都要经历一系列连续的工作过程，构成一个工作循环，否则，就不能实现热功的转换。
第一节发动机总体结构及基本原理现代汽车发动机根据所用燃料的不同可分为:1.汽油发动机(简称汽油机)1). 化油器式汽油机: 汽油和空气在化油器内混合成可燃混合气,在输入气缸加以压缩，然后用电火花点火使之燃烧而发热作功。
2). 汽油喷射式发动机: 将汽油直接喷人进气管或气缸内，与空气混合形成可燃混合气，再用电火花点燃。
2.柴油发动机(简称柴油机)：汽车用柴油机使用的燃料一般是轻柴油，它是通过喷油泵和喷油器将柴油直接喷人气缸，与气缸内经过压缩的空气混合，使之在高温下自燃作功。
一．发动机总体构造发动机基本由以下机构和系统组成：曲柄连杆机构、配气机构、供给系、润滑系、冷却系、点火系和起动系。
1．曲柄连杆机构：它的功用是将燃料燃烧时产生的热量转变为活塞往复运动的机械能，再通过连杆将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动而对外输出动力。
2．配气机构：它的功用是使可燃混合气及时充人气缸并及时从气缸排出废气。
3．供给系：它的功用是把汽油和空气混合成合适的可燃混合气供人气缸，以供燃烧，并将燃烧生成的废气排出发动机。
4．润滑系：它的功用是将润滑油供给作相对运动的零件以减少它们之间的摩擦阻力，减轻机件的磨损，并部分地冷却摩擦零件5．冷却系：它的功用是把受热机件的热量散到大气中去，以保证发动机正常工作。
6．点火系：它的功用是保证按规定时刻及时点燃气缸中被压缩的混合气。
7．起动系：它的功用是用以使静止的发动机起动并转入自行运转。
汽油机一般都由上述两个机构和五个系统组成。
对于汽车用柴油机，由于其混合气是自行着火燃烧的，所以柴油机没有点火系。
因此柴油机由两个机构和四个系统组成。
二．四冲程发动机工作原理（一）汽车发动机的基本名词术语1．活塞行程与止点上止点：活塞顶距离曲轴旋转中心最远的位置称为上止点。
发动机原理课件-绪论林学东版
现代发动机技术的进步
电子控制技术的应用
新材料的应用
随着电子技术的发展，现代发动机普 遍采用电子控制系统，实现了对发动 机性能的精确控制。
新型材料如陶瓷、复合材料等在发动 机制造中的应用，提高了发动机的性 能和可靠性。
环保要求推动技术进步
随着环保意识的提高，各国政府对发 动机的排放标准日益严格，推动了发 动机技术的不断进步。
03
发动机的性能指标
功率与扭矩
功率
功率是指发动机在单位时间内所做的功，通常以千瓦（kW）或 马力（hp）表示。功率决定了发动机能够克服的阻力和负载， 是评估发动机性能的重要指标。
扭矩
扭矩是指发动机输出的转矩，即发动机运转时产生的旋转力 矩。扭矩决定了发动机在特定转速下能够克服的阻力，以及 车辆加速和爬坡的能力。
维修周期是指发动机需要定期维护检查的时间间隔。较长的维修周期意味着发动机可靠性较高，维护成本较低。
04
发动机的应用领域
汽车工业
汽车工业是发动机应用最广泛的领域之一。发动机作为汽车 的动力源，为汽车提供行驶所需的动能。不同类型的汽车搭 载不同类型和规格的发动机，以满足不同的动力需求和性能 要求。
汽车工业的发展推动了发动机技术的不断进步和创新。随着 环保要求的提高，新能源汽车逐渐成为发展趋势，电动汽车 、混合动力汽车等新型汽车的出现，对发动机的性能和排放 提出了更高的要求。
船舶与海洋工程领域中，发动机作为船舶推进系统的核心 部件，为船舶提供前进的动力。不同类型的船舶需要不同 类型和规格的发动机，如柴油机、燃气轮机、电动机等。
随着海洋工程的发展，对船舶推进系统的效率和可靠性要 求也越来越高。同时，由于环保要求的提高，船舶发动机 的排放标准也越来越严格。
发动机工作原理和总体构造
柴油机燃油消耗率较汽油机低30%左右，且柴油价格低，所以燃油经济性好，而且输出扭矩较大，但冷起 动困难、工作粗暴、工作转速较低（一般4000r/min以下）、制造成本高、维修困难，适用于运输型汽车。
（四）飞轮的作用： 四冲程发动机工作循环的四个活塞行程中，只有一个行程是作功的，其余三个行程是依靠飞轮的惯性
（b）表面点火： 在火花塞点火之前，由于燃烧室内灼热表面（如排气门头部、火花塞电极处、积碳处）点燃可燃混合气
而产生的另一种不正常燃烧现象，称为表面点火。 表面点火现象：
表面点火发生时，也伴有强烈的敲缸声（较沉闷），产生的高压会使发动机机件机械负荷增加，寿命降 低。
（c）汽油机压缩比的选择： 应在避免引起爆燃和表面点火的前提下尽可能提高压缩比，以提高发动机功率，改善燃油经济性。
冷却系—水泵9由曲轴14上的皮带轮带动，将来自散 热器冷却后的冷却水泵入气缸7燃烧室周围的冷却水 套，经过气缸盖6中的冷却水套，热水由气缸盖上部 的出水口流往散热器。
（三）发动机基本术语
上止点（T.D.C.）：
活塞顶离曲轴中心最远处。
下止点（B.D.C.）： 活塞行程 S ：
活塞顶离曲轴中心最近处。
（b）压缩行程
（a）爆燃： 由于压缩比过高导致压缩终了时气体压力和温度过高，在火花塞点火之后燃烧室内离点燃中心较远处的
末端可燃混合气自燃而造成的一种不正常燃烧现象，称为爆燃。 爆燃现象：
爆燃时，火焰以极高的速率传播，温度和压力急剧升高，形成压力波，以声速推进，当这种压力波撞击 燃烧室壁时就发出尖锐的敲缸声。同时还会引起发动机过热、功率下降、燃油消耗率增加等一系列不良后果， 严重爆燃时甚至造成排气门烧废、轴瓦破裂、活塞顶熔穿、火花塞绝缘体被击穿等机件损坏现象。
（四）飞轮的作用： 四冲程发动机工作循环的四个活塞行程中，只有一个行程是作功的，其余三个行程是依靠飞轮的惯性
（b）表面点火： 在火花塞点火之前，由于燃烧室内灼热表面（如排气门头部、火花塞电极处、积碳处）点燃可燃混合气
而产生的另一种不正常燃烧现象，称为表面点火。 表面点火现象：
表面点火发生时，也伴有强烈的敲缸声（较沉闷），产生的高压会使发动机机件机械负荷增加，寿命降 低。
（c）汽油机压缩比的选择： 应在避免引起爆燃和表面点火的前提下尽可能提高压缩比，以提高发动机功率，改善燃油经济性。
冷却系—水泵9由曲轴14上的皮带轮带动，将来自散 热器冷却后的冷却水泵入气缸7燃烧室周围的冷却水 套，经过气缸盖6中的冷却水套，热水由气缸盖上部 的出水口流往散热器。
（三）发动机基本术语
上止点（T.D.C.）：
活塞顶离曲轴中心最远处。
下止点（B.D.C.）： 活塞行程 S ：
活塞顶离曲轴中心最近处。
（b）压缩行程
（a）爆燃： 由于压缩比过高导致压缩终了时气体压力和温度过高，在火花塞点火之后燃烧室内离点燃中心较远处的
末端可燃混合气自燃而造成的一种不正常燃烧现象，称为爆燃。 爆燃现象：
爆燃时，火焰以极高的速率传播，温度和压力急剧升高，形成压力波，以声速推进，当这种压力波撞击 燃烧室壁时就发出尖锐的敲缸声。同时还会引起发动机过热、功率下降、燃油消耗率增加等一系列不良后果， 严重爆燃时甚至造成排气门烧废、轴瓦破裂、活塞顶熔穿、火花塞绝缘体被击穿等机件损坏现象。
发动机构造及工作原理
2．曲柄连杆机构
·组成：活塞、连杆、曲 轴三部分
·作用：将活塞的往复直线 运动—曲轴的旋转运动 对外输出动力
3．供给系统
·组成：燃油供给系统和进、排气系统组成 ·作用：将燃油系统和空气及时地供给气缸， 并将燃烧后的废气及时排除 ·主要部件：化油器（汽）、喷油泵和喷油
器 （柴）、空气滤清器、进气管、排气管、声
be=(B/Pe)×10-3 (g/(KWh)) •B—每小时的燃油消耗量，kg/h •Pe—有效功率，kW 显然燃油消耗率越低，燃油经济性越好
§1.5 发动机的性能指标
三、发动机的速度特性
指发动机的功率、转矩和燃 油消耗率三者随曲轴转速变化 的规律。
发动机外特性：
当节气门开度达到最 大时，所得到的速度 特性称为发动机外特 性
状态 行程
进气行程
压缩行程
作功行程
排气行程
温度(K)
压力
370~440
75~90 kPa
600~800
600~1500 kPa
2200~2800(瞬时最高) 1500~1700(作功终了)
3~5MPa (瞬时最高) 300~500 kPa (作功终了)
900~1200
105~125 kPa
§1.3.2 四冲程柴油机的工作原理
活塞行程(S)
曲柄半径(R)
气缸工作容积(V s )
发动机排量(VL)
燃烧室容积(Vc ) 气缸总容积(Va ) 压缩比ε
Vs= πD2·S ×10-6/4 （L）
D——气缸直径mm S——活塞行程mm
VL= Vs × I
工工况作（循P环、n） 负荷率（％）
ε= Va / Vc
压缩比
定义：压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积 之比称为压缩比。用ε表示。
·组成：活塞、连杆、曲 轴三部分
·作用：将活塞的往复直线 运动—曲轴的旋转运动 对外输出动力
3．供给系统
·组成：燃油供给系统和进、排气系统组成 ·作用：将燃油系统和空气及时地供给气缸， 并将燃烧后的废气及时排除 ·主要部件：化油器（汽）、喷油泵和喷油
器 （柴）、空气滤清器、进气管、排气管、声
be=(B/Pe)×10-3 (g/(KWh)) •B—每小时的燃油消耗量，kg/h •Pe—有效功率，kW 显然燃油消耗率越低，燃油经济性越好
§1.5 发动机的性能指标
三、发动机的速度特性
指发动机的功率、转矩和燃 油消耗率三者随曲轴转速变化 的规律。
发动机外特性：
当节气门开度达到最 大时，所得到的速度 特性称为发动机外特 性
状态 行程
进气行程
压缩行程
作功行程
排气行程
温度(K)
压力
370~440
75~90 kPa
600~800
600~1500 kPa
2200~2800(瞬时最高) 1500~1700(作功终了)
3~5MPa (瞬时最高) 300~500 kPa (作功终了)
900~1200
105~125 kPa
§1.3.2 四冲程柴油机的工作原理
活塞行程(S)
曲柄半径(R)
气缸工作容积(V s )
发动机排量(VL)
燃烧室容积(Vc ) 气缸总容积(Va ) 压缩比ε
Vs= πD2·S ×10-6/4 （L）
D——气缸直径mm S——活塞行程mm
VL= Vs × I
工工况作（循P环、n） 负荷率（％）
ε= Va / Vc
压缩比
定义：压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积 之比称为压缩比。用ε表示。
汽车发动机的工作原理图解ppt课件
残余废气
排气门打开
活 塞
温度900~1200 K 压 力105~125 kPa
11
二、四冲程柴油机的工作原理
温度300~370K 压力800~900
kPa
温度800~1000K 压力3~5 MPa
喷油器
进气门
纯空气
温度800~1000K 压力105~400 kPa
终了：温度 800~1000K压力 105~400 kPa
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排气门
吸气行程
压缩行程 作功行程
排气行程
瞬时：温度 1800~2200K压力
5~10 MPa
喷油泵
12
二·二冲程汽油机的工作原理
13
火花塞 换气孔
压缩混合 气
排气孔
点火燃烧
曲轴箱
进气孔
进气
排气
压缩
进气
燃烧
排气
过程： 活塞向上运动，将三排孔都关闭，活塞上部开始压缩，当活塞
继续上时，活塞下方打开了进气孔，可燃混合气进入曲轴箱，活塞 接近上止点时，火花塞点燃混合气，气体燃烧膨胀，推动活塞向下 运动，进气孔关闭，曲轴箱内的混合气受到压缩，当活塞接近下止 点时，排气孔打开，排出废气，活塞再向下运动，换气孔打开，受 到压缩的混合气便从曲轴箱经进气孔流入气缸内，并扫除废气。
活 塞
9
3·作功行程
作用：
进气门关闭
燃烧高温高压气体膨胀做功
过程：
当活塞接近上止点时，由
火花塞点燃可燃混合气，
混合气燃烧释放出大量的
热能，使汽缸内气体的压
力和温度迅速提高高温高
压的燃气推动活塞从上止
发动机原理完整版第一章23、45节PPT课件
例如:
GE90(BY777) F=392000N, qma=1420kg/s
D=3.524m
wp-11(无人机) F=8500N, qma=13kg/s
2020/11/20
D=0.3m
21
一、性能指标
2、单位推力 单位：N ·s/kg
Fs F qma
每秒钟流过发动机的每公斤空气产生的推力. 忽略进出口流量变化，完全膨胀：Fs V9 V0 又进行地面台架试验： Fs V9
提供推动力的作用：
(1) 克服飞行阻力 (2) 飞机达到一定速度机翼产生升力 (3) 矢量推力俯仰（偏航）力矩 推力分布
2020/11/20
3
二、推力公式推导
• 取发动机单独安装于短舱的安装形式
– 远前方为“0”截面 – 短舱进口为“01”截面 – 尾喷管出口为 “9”截面
2020/11/20
4
二、推力公式推导
• 气流流经发动机内、外所产生的反作用力：
Fout：气流作用于短舱外表面的轴向合力 Fin： 发动机内各部件所受气流反作用力的轴向合力
F F F ef f 2020/11/20
in
ou5t
二、推力公式推导
• Fout
9
F pdA X
out
f
01
• dA — 短舱外表面微元面积在垂直于轴向
方向上的投影；
2020/11/20
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一、性能指标
• 示例： • 进行发动机地面台架试车，其中发动机进
口流量100kg/s，进口速度120m/s，排气速 度800m/s，尾喷管完全膨胀，则发动机产 生的推力是多少？ • A 68000N • B 80000N
2020/11/20
第一章 发动机工作原理和总体构造
按照气缸数目分类
内燃机按照气缸数目不同可以分为单缸发动机和多缸发动机。仅有一个气缸的 发动机称为单缸发动机；有两个以上气缸的发动机称为多缸发动机。如双缸、 三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸发动机。现代车用发动机 多采用四缸、六缸、八缸发动机。
按照气缸排列方式分类
内燃机按照气缸排列方式不同可以分为单列式和双列式。单列式发动机的各个 气缸排成一列，一般是垂直布置的，但为了降低高度，有时也把气缸布置成倾 斜的甚至水平的；双列式发动机把气缸排成两列，两列之间的夹角<180°(一 般为90°)称为V型发动机，若两列之间的夹角=180°称为对置式发动机。
？
思考
四冲程汽油机和柴油机的 工作循环有什么不同呢？
不同点
汽油机
汽油与空气缸外混合，进 入可燃混合气
柴油机
进入气缸的是纯空气
电火花点燃混合气 有点火系 无喷油器
高温气体加热柴油燃烧 无点火系 有喷油器
§3 二冲程发动机的工作原理
二冲程汽油发动机工作原理 二冲程柴油发动机工作原理
3.1、二冲程汽油机工作原理
曲轴旋转二周完成一个工作循环。 四冲程发动机有独立的进气和排气 冲程，换气彻底，在汽车上广泛使 用，并已逐渐用于摩托车。
四冲程
二冲程
按照冷却方式分类 内燃机按照冷却方式不同可以分为水冷发动机和风冷发动机。水冷发动机是 利用在气缸体和气缸盖冷却水套中进行循环的冷却液作为冷却介质进行冷却 的；而风冷发动机是利用流动于气缸体与气缸盖外表面散热片之间的空气作 为冷却介质进行冷却的。水冷发动机冷却均匀，工作可靠，冷却效果好，被 广泛地应用于现代车用发动机。
进 气 门 温度750-1000K 压力3-5 MPa 喷油器
朱明zhubob发动机的工作原理
发动机的工作原理（电子书目录）电喷柴油技术回顾(图)柴油汽车是什么样子的？或许很多中国人还对柴油车的噪音心有余悸，在笔者印象中，小时候见到的柴油车主要是农村田间耕地用的拖拉机、大卡车、推土机，后来，随着对汽车的认识，发现柴油机还有很多领域在应用，比如发电机、轮船、坦克、筑路机等重型机械。
但总而言之，柴油机给我们的样子都是不折不扣的“干粗活”的大块头。
以致很多人还是拿着原来的目光检验着现在的柴油乘用车。
电喷柴油技术回顾众所周知，尽管20世纪30年代就已经有了柴油乘用车，但早期柴油车的发展源于二战时期苏军T-34坦克的独特命运——由于T-34坦克采用柴油机，即使中弹也不容易起火，成为战场上的佼佼者。
现在的中国市场如同早期的国际市场，消费者谈到柴油车时，常常会笑言“柴油车最大的好处是不会着火”。
但随着柴油技术日益发展，人们越来越发现柴油机的无穷魅力：高扭矩、高寿命、低油耗、低排放，柴油机成为解决汽车能源问题最现实和最可靠的手段。
如今欧洲每推出一款新车都会配有柴油发动机的车型，而在中国能够实现这一举措的可能只有一汽-大众公司。
但一个不争的现实摆在了我们面前：随着能源危机，温室效应的逐渐增加，人们对动力性要求的提高，尽管电子燃油喷射已经被广泛使用，仅仅靠汽油车的解决方案不足以解决这些问题。
所以在汽车工业的腹地——德国一刻也没有停止对柴油发动机的研究。
即使在国内，目前采用柴油机也只有10余款，分别为捷达、宝来、奥迪、开迪、江淮瑞风等5款乘用车，福田冲浪、江铃陆风、华泰特拉卡、上海万丰、辽宁曙光等5款SUV。
瑞风柴油车所搭载的2.5升柴油机是引进韩国现代汽车公司D4BH发动机，而一汽-大众的4款柴油乘用车均采用德国大众与博世公司合作的柴油机，这5款柴油乘用车全部是柱塞泵、泵喷嘴技术。
柴油机的优点是：省油、环保、动力强、经济、维修方便，只要解决缺点就具有更大的市场前景，而实现电控柴油机的方案现在看来是一个很好的解决措施。
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（3）迎面推力
定义：
F A= F / Amax 单位： N / m2
2018年9月24日星期一
2. 经济性指标
(1) 燃油流量 q mf (kg.f / Hr 或 kg.f / s) 单位时间内消耗的燃油量 q mf越低，航程越长； q mf越低，省燃料。 不能反映不同推力级发动机之间的经济 性好坏。
对于亚音速飞机，由于发动机对气流扰动较小, 可以近似认为:
Feff F
对于超音速飞机在超音速飞行时激波的出现,
Feff F
三项损失不容忽视!
2018年9月24日星期一
Feff 与 F
三项阻力又称为安装损失,除以上影 响因素外还与发动机在飞机上的安 装位置有关 “F”又称为非安装推力 “Feff”又称为安装推力 飞机机体设计必须与发动机工作相 互匹配，以减小安装损失。
2018年9月24日星期一
（2）单位燃油消耗率
定义：
sfc
3600 qmf F
3600f Fs
– f 油气比（qmf / qma)
单位：kgf /N.Hr 每工作1小时每产生1牛顿推力消耗的燃油量 简称：耗油率 起飞状态： – 涡喷发动机 0.08-0.12 kgf /N.Hr – 涡扇发动机 0.03-0.05 kgf /N.Hr
2018年9月24日星期一
二、使用性能要求
1. 起动迅速可靠(地面、空中） t = (30-60 s) 2. 加、减速性能好 指发动机转子转速迅速增加或减小，使 发动机推力迅速加大或减小的能力。 t = (5 - 15 s)
2018年9月24日星期一
3.工作稳定、可靠性好
使用中避免发生：熄火、超温、超转、喘振等。 结构完整性； 安全可靠
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(1) 单位推力
定义:
Fs = F / qma 完全膨胀时: Fs =V9 – V0 单位: N• s / kg 每秒钟通过发动机的每公斤工质产生的 推力 起飞状态: Fs (600 ~ 750)N Fs af (1000 ~ 1250)N
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– – – – – –
事故率：发动机故障引起飞行事故次数/10万小时 空中停车率：空中停车次数/工作千小时（IFSD） 返修率（Shop Visit Ratio / 1000hr） 平均无故障间隔时间(Meaning Time Between Faults) 正点率
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4.寿命长 两次返修之间发动机工作小时数 军用: 100-400小时 民用:上千-上万小时 5.其他
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F out :
Fout pdA X f
01
dA —
9
短舱外表面微元面积在垂直于轴向 方向上的投影； X f — 摩擦阻力 因与飞行方向相反，故均为负。
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发动机各部件受力分布
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Fin ：运用动量原理
控制体进、出口气流动量变化
＝全部轴向力的合力 控制体包括：短舱包含的气流和进 气道前方一段扩张管流。 以气流运动方向为正。 Fin 与 F´in 为一对大小相等、方向相 反的力。
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01
qm V9 qm V0 p0 A0
g a
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0
二、推力公式推导
取发动机单独安装于短舱的安装形式 – 远前方为“0”截面 – 短舱进口为“01”截面 – 尾喷管出口为 “9”截面
2018年9月24日星期一
•气流流经发动机内、外所产生的反作用力： Fout：气流作用于短舱外表面的轴向合力 Fin： 发动机内各部件所受气流反作用力的轴向 合力
F F F eff in out
可维修性、低成本、低排放污染、低噪音等
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三、基本要求
高推重比（高单位推力） 低耗油率 高稳定可靠性 低成本 低污染
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01 9
01
p dA
0
Feff Fin Fout
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有效推力计算公式
Feff qm V9 qm V0 ( p9 p0 ) A9
g a 0
0
01
( p p ) dA X 0 f
前三项：发动机内推力，简称推力(F)； 后三项：称为阻力 附加阻力、压差阻力、摩擦阻力。
(2) 推重比
定义:
FW = F / WE
– WE表示发动机静重
综合性指标:气动设计、结构设计和材料 高推重比始终是军用发动机追求的目标 统计： WE增加1公斤导致飞机WA增加2.5公
斤
飞机推重比将直接影响飞机性能
飞机推重比=1.15
发动机推重比=10
2018年9月24日星期一
2018年9月24日星期一
附加阻力
X a ( p p0 )dA
0 01
由发动机进口前“自由”流变化引起。 在超音速飞行条件下，由于激波的出现，压力 将发生剧烈变化，附加阻力将增大。
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Feff 与 F
Feff F X a X p X f
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推 力 公 式
推力
附加阻力
F qm V9 qm V0 ( p9 p0 ) A9
g a 01
Xa Xp Xf
(p
0 01
p0 )dA p0 )dA
压差阻力 摩擦阻力
(p
9
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阻力：
附加阻力：因进口气流受发动机工作而有 别于均匀外界大气压力而造成的阻力。与 飞机飞行状态、姿态，发动机工作状态， 进气道调节等因素有关。 压差阻力：发动机外部绕流压力作用于发 动机外表面而形成的阻力。与飞机飞行状 态、姿态，发动机工作状态，尾喷管调节 等因素有关。 摩擦阻力：发动机外部绕流与发动机外表 面产生摩擦形成的阻力。
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安装位置
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发动机在飞机上的安装位置
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推 力
F qm V9 qm V0 ( p9 p0 ) A9
g a
p9 p0 F qmg V9 qmaV0 qmg qma F qma (V9 V0 )
pA pdA Fin 9 9
01
Fin qm V9 qm V0 p9 A9 p0 A0
g a
pdA
0 0 9 9
p dA 0
0
01
p0 A0
p dA p dA p A
0 0 0 01 01 0
9
Fin qmg V9 qmaV0 ( p9 p0 ) A9 ( p p0 )dA Fout pdA X f
2018年9月24日星期一
第三节 性能指标和基本要求
一、性能指标
1. 推力
– 单位：牛顿(N) 或 拾牛顿(daN)
发动机推力大小仅仅反映飞机的推力需求, 不能反映不同推力级发动机之间的性能优劣 例如: GE90(BY777) F=392000N, qma=1420kg/s D=3.524m wp-11(无人机) F=8500N, qma=13kg/s D=0.3m
第二节 推力公式
一、有效推力(可用推力) 发动机提供的推进飞机向前运动的力，其大小 等于流经发动机内、外的气流对发动机各部件 表面反作用力的轴向合力，用“Feff”表示。 提供推动力的作用： (1) 克服阻力 (2) 飞机达到一定速度机翼产生升力 (3) 矢量推力*
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