发动机原理实验.docx
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发动机原理实验
发动机原理实验
GT-Power
姓名：
学号：
班级：
日期：
项目一单缸汽油机的性能模拟
一、实验目标
（1）了解GT-Suitev7.3.的软件架构、主要功能，熟悉简单的操作要领。
（2）掌握发动机性能仿真的主要原理及方法
（3）通过该实验了解发动机压缩比、缸径行程比、进气管长度、排气管长度、喷油提前角等对发动机性能指标平均有效压力BMEP、油耗BSFC的影响。
二、实验要求
（1）参考上课培训PPT（GT-Power_V7.3_培训教程.ppt）建模步骤进行仿真。
（2）模型建模成功后，启动仿真后，按要求输出结果曲线，读取最高BMEP、最高BSFC的坐标值并进行总结分析。
如下图：
BMEP-SPEED曲线，最高BMEP点坐标值。
图中最高平均有效压力（BMEP）点的坐标为：
横坐标（转速）：
5500r/min,
纵坐标（BMEP）：
11.11182bar
总结分析：
经观察发动机的最大BMEP出现在转速5500转，即高速区；BMEP随转速整体呈现单调递增的趋势，但在4300转及5500转的高速区出现小幅下降。
三、实验步骤
1．建模
参考培训PPT的步骤建立仿真模型，注意每个小组成员间仅个别参数存在差别，请各位同学按照实验注意事项中相关的要求。
2．仿真
启动仿真，打开GT-POST记录最大BMEP，最高BSFC的坐标值。
注意在新建模型时另存为其他路径的，则需要手动的在GT-POST窗口中通过菜单栏fileopen手动导入以.gx为后缀的文件。
3．总结分析
经过仿真实验，汇总5个小组的数据回答以下问题
（1）发动机气缸压缩比对发动机平均有效压力BMEP（单位bar），油耗BSFC（g/kWh）影响。
并将仿真结果数据填写在以下表格中并绘制折线图。
压缩比
最大BMEP
最低BSFC
8.3
4500，10.7344
2500，291.719
8.5
4500，10.8082
2500，289.257
8.7
4500，10.8797
2500，288.288
8.9
4500，10.947
2500，286.685
9.1
4500，11.0119
2500，285.195
9.3
4500，11.1318
2500，283.794
9.5
4500，11.1318
2500，282.469
9.7
4500，11.1895
2500，281.237
9.9
4500，11.2435
2500，280.281
10.1
4500，11.2957
2500，278，967
观察表格中的数据，总结压缩比对BMEP，BSFC的影响规律，最高BMEP及BSFC点对应的转速为？
答：
压缩比越大，BMEP逐渐增加，BSFC逐渐减小
最高BMEP及BSFC点对应的转速为4500和2500r/min
（2）发动机缸径、行程的比值对发动机平均有效压力BMEP（单位bar），油耗BSFC（g/kWh）影响。
并将仿真结果数据填写在以下表格中并绘制折线图。
缸径/行程
缸径Bore
行程Stroke
最大BMEP
最低BSFC
0.999187
86
86.07
4500，11.1318
2500，282.469
0.98931
86.07
87
4500，10.6978
2500，291.841
0.988636
87
88
4500，11.012
2500，282.543
0.988764
88
89
4000，10.98111
2500，282.563
0.988889
89
90
4000，10.9677
2500，282.636
0.989011
90
91
4000，10.9325
2500，282.703
0.98913
91
92
4000，10.8743
2500，282.806
0.989247
92
93
3500，10.831
2000，282.605
0.989362
93
94
3500，10.8286
2000，282.468
0.989474
94
95
3500，10.8076
2000，282.225
观察表格及折线图的数据，分析缸径、行程的比值对BMEP，BSFC的影响规律，最高BMEP及BSFC点对应的转速为？
答：
随着发动机缸径、行程的比值的增加，BMEP在0.999187到0.988636之间时达到最低，随着比值的增加BMEP增加后又逐渐减小，BSFC在0.999187到0.988636在之间时达到最大，随后下降趋于稳定。
最高BMEP及BSFC点对应的转速为4500和2500r/min
（2）发动机进气管长度对发动机平均有效压力BMEP（单位bar），油耗BSFC（g/kWh）影响。
并将仿真结果数据填写在以下表格中并绘制折线图。
进气管长度
最大BMEP
最低BSFC
275
（4500，10.8538）
（2500,281.37）
285
（4500,10.958）
（2500,281.6）
295
（4500,11.0056）
（2500,281.836）
315
（4500,11.1275）
（2500,281.874）
325
（4500,11.1709）
（2500,281.833）
335
（4500,11.1785）
（2500,282.042）
345
（4500,11.1482）
（2500,282.327）
355
（4500,11.1175）
（2500,282.572）
365
（4500,11.0979）
（2500,282.603）
375
（4000,11.1477）
（2500,282.534）
观察表格及折线图的数据，总结进气管长度对BMEP，BSFC的影响规律，最高BMEP及BSFC点对应的转速为？
答：
随着进气管长度的增加，BMEP呈先增大后减小趋势，而BSFC逐渐增大后有微弱减小
最高BMEP及BSFC点对应的转速为4500和2500r/min
（4）发动机排气管长度对发动机平均有效压力BMEP（单位bar），油耗BSFC（g/kWh）影响。
并将仿真结果数据填写在以下表格中并绘制折线图。
排气管长度
最大BMEP
最低BSFC
110
（4500,10.9962）
（2500,282.481）
120
（4500,11.0046）
（2500,282.436）
130
（4500,11.1153）
（2500,282.41）
140
（3500,10.8168）
（2500,282.781）
150
（4500,11.022）
（2500,282.543）
160
（4500,11.0297）
（2500,282.533）
170
180
（4500,11.1576）
（2500,282.555）
190
（4500,11.0452）
（2500,282.7）
200
（4500,11.1679）
（2500,282.823）
观察表格及折线图的数据，总结排气管长度对BMEP，BSFC的影响规律，最高BMEP及BSFC点对应的转速为？
答：
排气管长度在110-130在之间时，BMEP达到最小，而BSFC在110-130和190以上时数值较大
最高BMEP及BSFC点对应的转速为4500和2500r/min
（5）发动机喷油器喷油角度比对发动机平均有效压力BMEP（单位bar），油耗BSFC（g/kWh）影响。
并将仿真结果数据填写在以下表格中并绘制折线图。
喷油器喷油角度
最大BMEP
最低BSFC
275
（4500.0,11.1335）
（2500.0,282.624）
278
（4500.0,11.134）
（2500.0,282.619）
281
（4500.0,11.1338）
（2500.0,282.515）
283
（4500.0,11.1339）
（2500.0,282.566）
285
（4500.0,11.1338）
（2500.0,282.556）
287
（4500.0,11.1338）
（2500.0,282.529）
289
（4500.0,11.1337）
（2500.0,282.537）
291
（4500.0,11.1338）
（250.0,282.515）
293
（4500.0,11.1325）
（2500.0,282.503）
295
（4500.0,11.1322）
（2500.0,282.495）
298
（4500.0,11.132）
（2500.0,282.466）
301
（4500.0,11.1315）
（2500.0,282.485）
303
观察表格及折线图的数据，总结喷油器喷油角度对BMEP，BSFC的影响规律，最高BMEP及BSFC点对应的转速为？
答：
随着喷油器喷油角度的增加BMEP呈逐渐减小趋势，BSFC也呈逐渐减小趋势。
最高BMEP及BSFC点对应的转速为4500和2500r/min
（6）思考：
根据发动机原理相关理论知识，影响发动机BMEP，BSFC除了上述实验中的发动机结构指标参数主要还有哪些因素，它们是如何影响发动机的BMEP和BSFC的？
答：
1）气缸内最高燃烧压力。
气缸压力高，活塞环背压按比例增加，活塞裙部对气缸壁的侧压力和轴承负荷增大，活塞环和活塞的摩擦损失也相应增大；另一方面，最高燃烧压力高，为保证各承载零件的强度、刚度和工作耐久性，也有必要加大活塞、连杆、曲轴尺寸和质量，这就随之而增加了运动零件的惯性力，从而导致摩擦损失的增大。
2）转速或活塞平均速度。
转速或活塞平均速度增大，各摩擦副之间的相对速度增加，摩擦损失增大；与此同时，曲柄连杆机构的惯性力增大，活塞的侧压力和轴承负荷增大，摩擦损失也增大。
转速n增大，泵气损失、驱动附件消耗的功随之增加，所以机械效率下降。
3）负荷。
在转速不变的情况下，当负荷减小，缸内的指示功率下降，机械损失功率亦略有下降，但基本不变。
4）润滑油品质和冷却液温度。
润滑油的粘度对摩擦损失有很大影响。
润滑油粘度大，则流动性差，内摩擦力大，摩擦损失增加，但其承载能力强，易于保持液体润滑状态；反之，流动性好，机械损失减少，但承载能力差，油膜易于破裂而失去润滑作用。
润滑油的粘度主要受润滑油的品质和温度的影响。
冷却液温度的高低直接影响润滑油温度的高低，继而影响润滑油的粘度和机械损失。
5）发动机技术状况。
发动机技术状况的好坏，对机械效率的影响很大。
这是由于长期使用的发动机，技术状况变差，活塞环与气缸磨损后，间隙增大，漏气增多，指示功率下降；尤其是漏气还会稀释润滑油，使润滑条件变坏，气缸的磨损加快；轴颈与轴承间的磨损还使机油的泄漏增加，油压下降，运动件工作表面的润滑不良。
（7）思考：
参考汽油机的仿真过程进行单缸柴油机的性能模拟，柴油机和汽油机的动力性及经济性指标主要影响因素有何异同？
答：
单缸柴油机的性能模拟：
1）经济性较高，耗油率比蒸汽、燃气动力装置低得多，高速机比中、低速机耗油多。
这一优点使柴油机船的续航力大大提高，换句话说，一定续航力下所需之燃油贮备量较少。
2）重量轻，柴油机动力装置中除主机和传动机组外，不需要主锅炉、燃烧器以及工质输送管道等，所以辅助机械设备相应较少，布置简单，因此单位重量指标较小。
3）具有良好的机动性，操作简单，启动方便，正倒车迅速，一般正常启动到全负荷只需10～30min，紧急时需3～10min。
虽然比燃气轮机装置差些，但它不需要像燃气轮机装置那样一套复杂的启动和倒车设备。
柴油机装置停车只需2～5min，主机本身停机只需几秒钟即可。
柴油机和汽油机的动力性及经济性指标主要影响因素有何异同：
相同点：
都是内燃机，通常是四冲程吸气，压缩，做功，排气。
不同点：
所用燃料不同；
吸气冲程吸入的气体不同（汽油机吸入空气与汽油的混合气体，柴油机吸入空气）；
压缩比不同（汽油机约为8：
1——12：
1，柴油机为16：
1—22：
1，）；
燃烧方式不同（汽油机利用高压产生电火花点火，而柴油机利用高压缩高温的热空气自燃）；
汽油机需要点火塞，而柴油机由于高温空气自燃需要喷嘴；
每产生一马力动力，汽油机消耗的汽油比柴油机消耗的柴油要多，且汽油较柴油贵，因此，不如柴油机经济；
功率相当的汽油机较柴油机轻便且价格较便宜，但是维护所需费用却比柴油机多。
另外，柴油机采用喷入式，混合气体不均匀，燃烧不充分，排气有较多的黑烟，汽油机相比而言要好得多。
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