第二章(發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo))

1、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)原理 第二章 發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo) 發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)所包括內(nèi)容主要有：動(dòng)力性能指標(biāo)動(dòng)力性能指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)性能經(jīng)濟(jì)性能 指標(biāo)指標(biāo)及運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo)運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo)等。 衡量一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量主要是對(duì)以上性能指標(biāo)進(jìn)行評(píng)定，但在評(píng) 定時(shí)不僅要考慮性能指標(biāo)，還要把可靠性、耐久性、結(jié)構(gòu)工藝、生產(chǎn) 實(shí)際條件以及使用特點(diǎn)等多方面予以綜合評(píng)定，并把各種性能有機(jī)結(jié) 合起來(lái)。 本章主要闡述發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo)，并通過(guò) 對(duì)它們的分析，從中找出影響因素及提高性能的一般規(guī)律。 第一節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)的理論循環(huán) 理論循環(huán)理論循環(huán):是將非常復(fù)雜的實(shí)際工作過(guò)程加以抽象簡(jiǎn)化，忽略一 些次要影響因素，并對(duì)其中變化復(fù)雜、難于進(jìn)行細(xì)

2、致分析的物理、化學(xué)過(guò)程 如可燃混合氣的準(zhǔn)備與燃燒過(guò)程等進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，得到便于進(jìn)行定量分 析的循環(huán)，稱(chēng)發(fā)動(dòng)機(jī)的理想循環(huán)。 其簡(jiǎn)化條件如下： 1 假定工質(zhì)為定比熱容的理想氣體； 2 不計(jì)吸氣和排氣過(guò)程，假設(shè)工質(zhì)是在閉口系閉口系 統(tǒng)統(tǒng)中作封閉循環(huán)； 3 壓縮、膨脹過(guò)程簡(jiǎn)化為絕熱等熵過(guò)程絕熱等熵過(guò)程； 4 把燃燒過(guò)程看作是外界對(duì)工質(zhì)的加熱過(guò)程，從而簡(jiǎn)化為等容加熱過(guò)程等容加熱過(guò)程或 等壓加熱過(guò)程等壓加熱過(guò)程； 5 排氣中的實(shí)際放熱過(guò)程簡(jiǎn)化為等容放熱等容放熱過(guò)程； 6 忽略過(guò)程損失，把循環(huán)的每一過(guò)程都假定為可逆過(guò)程可逆過(guò)程，即假設(shè)循環(huán)過(guò)程 為可逆循環(huán)可逆循環(huán)。 研究理論循環(huán)的目的研究理論循環(huán)的目的: 1)

3、 確定循環(huán)熱效率的理論極限，從而判斷實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性和工 作過(guò)程進(jìn)行的完善程度以及改進(jìn)潛力。 2) 分析比較發(fā)動(dòng)機(jī)不同熱力循環(huán)方式下的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性。 3) 確定提高以理論循環(huán)熱效率為代表的經(jīng)濟(jì)性和以平均壓力為代 表的動(dòng)力性的基本途徑 三種基本理論循環(huán) 發(fā)動(dòng)機(jī)有三種基本理論循環(huán)，即定容加熱循環(huán)、定壓加熱循環(huán)和 混合加熱循環(huán)。發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)常用示功圖來(lái)說(shuō)明。 發(fā)動(dòng)機(jī)理論循環(huán)的三種形式：a) c)。 柴油機(jī)混合加熱理想循環(huán)和定壓加熱理想循環(huán) 理論循環(huán)是用循環(huán)熱效率循環(huán)熱效率和循環(huán)平均壓力循環(huán)平均壓力來(lái)衡量和評(píng)定的。 1.循環(huán)熱效率 是工質(zhì)所做循環(huán)功W（J）與循環(huán)加熱量Q1（J）之比，用以評(píng)定循環(huán) 的

4、經(jīng)濟(jì)性。 式中 Q2循環(huán)放熱量（J） 根據(jù)工程熱力學(xué)公式，混合加熱循環(huán)混合加熱循環(huán)熱效率為： 式中 發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比， =Va/Vc=(Vs+Vc)/Vc=1+Vs/Vc,其中， Va為氣缸總?cè)莘e，Vc為氣缸壓縮容積，Vs為氣缸工作容積； 預(yù)膨脹比， =Vz/Vc 壓力升高比， =pz/pc 等熵指數(shù) t t 122 111 1 t QQQW QQQ 1 11 1 (1)(1) tm 定容加熱循環(huán)定容加熱循環(huán)（ =1）熱效率為： 定壓加熱循環(huán)定壓加熱循環(huán)（ =1）熱效率為： 1 1 1 tv 1 11 1 (1) tp 從熱效率的計(jì)算式中可以發(fā)現(xiàn)，影響熱效率的因素有： t=f（ k、 、 、）

5、1）絕熱指數(shù)k的影響 從下圖可知，隨著絕熱指數(shù)k值的增加， t增加。K值取決于工質(zhì)的性質(zhì)， 雙原子氣體k=1.4，多原子氣體k=1.33。 2）壓縮比對(duì)三種理論循環(huán)的影響 汽油機(jī)壓縮比范圍為710，柴油機(jī)壓縮比范圍為 1422。 3）壓力升高比 在混合加熱循環(huán)中，當(dāng)循環(huán)總加熱量Q1和不變時(shí)，增大，則 減小。如下圖中zb變到zb，相應(yīng)的Q2減少，t提高。 但是、增加會(huì)造成最高溫度Tz和最高壓力Pz的急劇上升，因 而受到材料耐熱性和強(qiáng)度的限制。 在定容加熱循環(huán)中，隨著循環(huán)加 熱量Q1的增加，值成正比加大。若保 持不變，則工質(zhì)的膨脹比也不會(huì)變化， 這樣，循環(huán)放熱量Q2亦相應(yīng)增加，而 Q2/Q1不變，

6、 t亦不變。 4）預(yù)膨脹比 在等壓加熱循環(huán)中，若保持不變，隨著加熱量Q1增加值加大。 由定壓加熱循環(huán)熱效率公式可知， t下降。 在混合加熱循環(huán)中，當(dāng)循環(huán)總加熱量Q1和保持不變，若值增 大，意味著等壓加熱部分增大，同樣t下降。 2.循環(huán)平均壓力pt pt(kPa)是單位氣缸工作容積所做的循環(huán)功，用以評(píng)定發(fā)動(dòng) 機(jī)的循環(huán)做功能力。 式中 W循環(huán)所作的功（J） Vs氣缸工作容積（L） t s W p V 根據(jù)工程熱力學(xué)公式，混合加熱循環(huán)的平均壓力為： 式中 pa進(jìn)氣終了壓力（kPa） 對(duì)定容加熱循環(huán)（ =1），其循環(huán)平均壓力 對(duì)定壓加熱循環(huán)（ =1），其循環(huán)平均壓力 可見(jiàn)，pt是隨壓縮始點(diǎn)壓力、壓縮比

7、、壓力升高比、預(yù)膨 脹比、等熵指數(shù)和熱效率的增加而增加的。 (1)(1) 11 a tmt p p t a tV p p ) 1( 11 t a tp p p ) 1( 11 三種基本循環(huán)的比較 壓縮比壓縮比及及加熱量加熱量分別相同時(shí)比較分別相同時(shí)比較 壓縮比壓縮比相同相同 加熱量加熱量 相同相同 初態(tài)初態(tài)1 1相同相同 1 Q tptmtv 等容加熱循環(huán)熱效率最高，而等壓加熱循環(huán)等容加熱循環(huán)熱效率最高，而等壓加熱循環(huán) 的均最低。欲提高混合加熱循環(huán)的熱效率的均最低。欲提高混合加熱循環(huán)的熱效率 ，應(yīng)增，應(yīng)增 加混合加熱循環(huán)的等容部分。加混合加熱循環(huán)的等容部分。 汽、柴油機(jī)負(fù)荷變化(不同加熱量)時(shí)

8、的對(duì)比 柴油機(jī)柴油機(jī)：由于噴霧壓燃后邊噴油邊燃燒,當(dāng)負(fù)荷下降時(shí)負(fù)荷下降時(shí)，噴油時(shí)間 縮短，但初期相當(dāng)于等容燃燒的部分變化不大。這相當(dāng)于基本不 變而 減小，則t提高提高。0 汽油機(jī)汽油機(jī)：點(diǎn)火后傳播燃燒且無(wú)論負(fù)荷大小，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x不變。當(dāng)當(dāng) 負(fù)荷下降時(shí)負(fù)荷下降時(shí)，燃燒速度降低，燃燒時(shí)間加長(zhǎng)。這相當(dāng)于下降而 上 升，則t降低降低。 0 第二節(jié) 四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán) 發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán) 1、進(jìn)氣過(guò)程、進(jìn)氣過(guò)程 2、壓縮過(guò)程、壓縮過(guò)程 3、燃燒過(guò)程、燃燒過(guò)程 4、膨脹過(guò)程、膨脹過(guò)程 5、排氣過(guò)程、排氣過(guò)程 例如：汽油機(jī)5600轉(zhuǎn)/分， 那么一個(gè)行程歷時(shí) 多少秒？ 進(jìn)氣行程 進(jìn)氣過(guò)程中，

9、進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟，排氣門(mén)關(guān)閉， 活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，在氣缸內(nèi)形成 真空，新鮮工質(zhì)被吸入氣缸。由于進(jìn)氣系統(tǒng) 的阻力，進(jìn)氣終了時(shí)氣缸內(nèi)壓力小于大氣壓 力，約為0.0750.09MPa。因?yàn)榱鬟M(jìn)氣缸內(nèi) 的工質(zhì)受到氣缸壁、活塞頂?shù)雀邷貦C(jī)件及上 一次循環(huán)殘余廢氣的余熱，所以進(jìn)氣終了溫 度也升高到370400K。在右圖中進(jìn)氣行程 用曲線ra表示。 壓縮行程 為使吸入氣缸內(nèi)的工質(zhì)能迅速燃燒， 以產(chǎn)生較大壓力，使發(fā)動(dòng)機(jī)做功，必須在 做功行程之前將工質(zhì)壓縮，此即為壓縮行 程。在這個(gè)行程中，進(jìn)、排氣門(mén)均關(guān)閉， 活塞由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。在右圖中壓 縮行程用曲線ac表示。壓縮過(guò)程是一個(gè) 復(fù)雜的多變過(guò)程，其間有熱交換

10、和漏氣損 失。 燃燒過(guò)程 這個(gè)過(guò)程，活塞位于上止點(diǎn)前后，進(jìn)、排氣門(mén)均關(guān) 閉。燃燒過(guò)程的作用是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，使 工質(zhì)的溫度和壓力升高。燃燒越靠近上止點(diǎn)，放出熱量 越多，熱效率越高。 汽油機(jī)的燃燒過(guò)程接近定容加熱過(guò)程，原因是汽油 機(jī)的可燃混合氣是在火花塞點(diǎn)火之前已基本形成，火花 塞在上止點(diǎn)前點(diǎn)火，火焰迅速傳播到整個(gè)燃燒室，工質(zhì) 的溫度、壓力迅速上升。 柴油機(jī)的燃燒過(guò)程接近混合加熱循環(huán)，噴油器在上 止點(diǎn)前噴油，燃油微粒迅速與空氣混合，并借助于空氣 的熱量而自燃。開(kāi)始時(shí)，燃燒速度很快，工質(zhì)溫度、壓 力劇增，接近定容加熱過(guò)程；后來(lái)，一面噴油，一面燃 燒，燃燒速度逐漸緩慢，又因活塞下移，氣缸容

11、積加大， 壓力升高不大，而溫度繼續(xù)上升，燃燒接近定壓加熱。 注意：無(wú)論是汽油機(jī)還是柴油機(jī)，燃燒都不是瞬時(shí) 完成的！ 做功過(guò)程 在這個(gè)行程中，進(jìn)、排氣門(mén)仍舊關(guān)閉。當(dāng) 活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，工質(zhì)燃燒放出大量的熱能。 高溫高壓的燃?xì)馔苿?dòng)活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn) 動(dòng)，通過(guò)連桿使曲軸旋轉(zhuǎn)并輸出機(jī)械能，除了 用以維持發(fā)動(dòng)機(jī)本身繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)外的慣性能量外， 其余的能量用于對(duì)外做功。在右圖上用曲線zb 表示。做功行程比壓縮過(guò)程更復(fù)雜，除有熱交 換和漏氣損失外還有補(bǔ)燃。因此，做功行程也 是一個(gè)多變過(guò)程。 排氣過(guò)程 當(dāng)做功行程接近終了時(shí)，開(kāi)始排起行 程，排氣門(mén)開(kāi)啟，靠廢氣的壓力進(jìn)行自由 排氣，活塞到達(dá)下止點(diǎn)后再向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)

12、 時(shí)，繼續(xù)將廢氣強(qiáng)制排到大氣中?；钊?達(dá)上止點(diǎn)附近時(shí)，排氣行程結(jié)束，如右圖 曲線br。 實(shí)際循環(huán)各過(guò)程的特點(diǎn) 進(jìn)氣過(guò)程： 進(jìn)氣終了的壓力和溫度范圍為： 汽油機(jī)0.0800.092（MPa）340380（K） 柴油機(jī)0.0800.095（MPa）300340（K） 壓縮過(guò)程： 壓縮終了的壓力和溫度范圍為： 汽油機(jī)0.82.0（MPa）600750（K） 柴油機(jī)3.05.0（MPa）7501000（K） 燃燒過(guò)程： 由于柴油機(jī)因壓縮比高，燃燒的最高爆發(fā)壓力Pmax很高，但 因柴油機(jī)的過(guò)量空氣系數(shù)相對(duì)于汽油機(jī)大，所以柴油機(jī)的最高燃 燒溫度值Tmax反而比汽油機(jī)低。 燃燒的最高爆發(fā)壓力Pmax及最高

13、溫度Tmax的范圍為： 汽油機(jī)3.08.0（MPa）22002800（K） 柴油機(jī)4.59.0（MPa）18002200（K） 膨脹過(guò)程： 由于柴油機(jī)膨脹比大，轉(zhuǎn)化為有用功的熱量多，熱效率高， 所以膨脹終點(diǎn)的溫度和壓力均比汽油機(jī)小。 膨脹終了的壓力和溫度范圍為： 汽油機(jī)0.30.6（MPa）12001500（K） 柴油機(jī)0.250.5（MPa）8001200（K） 排氣過(guò)程： 排氣溫度是作為檢查發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況的一個(gè)參數(shù)。因?yàn)榕艢?溫度低，說(shuō)明燃料燃燒后，轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ臒崃慷啵ぷ鬟^(guò)程進(jìn) 行得好。 排氣終了的壓力和溫度范圍為： 汽油機(jī)0.1050.125（MPa）9001100（K） 柴油機(jī)0.

14、1030.108（MPa）700900（K） 理論循環(huán)與實(shí)際循環(huán)比較 1、實(shí)際工質(zhì)的影響、實(shí)際工質(zhì)的影響 2、換氣損失、換氣損失 3、燃燒損失、燃燒損失 4、傳熱損失、傳熱損失 實(shí)際工質(zhì)影響 理論循環(huán)中假設(shè)工質(zhì)比熱容是定 值，而實(shí)際氣體比熱容是隨溫度的升 高而上升，且燃燒后生產(chǎn)CO2、H2O 等多原子氣體，這些氣體的比熱容又 大于空氣，使循環(huán)的最高溫度降低。 由于實(shí)際循環(huán)還存在泄漏，使工質(zhì)數(shù) 量減少，這意味著同樣的加熱量，在 實(shí)際循環(huán)中所引起的壓力和溫度的升 高要比理論循環(huán)的低得多，其結(jié)果是 循環(huán)熱效率低，循環(huán)所做的功減少， 如右圖中Wk所示。 換氣損失 燃燒廢氣的排出和新鮮空氣的吸 入是使循

15、環(huán)重復(fù)進(jìn)行所必不可少的， 由此而消耗的功稱(chēng)為換氣損失。由于 進(jìn)、排氣系統(tǒng)中的流動(dòng)阻力而產(chǎn)生的 損失右圖中Wr所示。換氣過(guò)程中因排 氣門(mén)在下止點(diǎn)前必要的提前開(kāi)啟而產(chǎn) 生的損失，稱(chēng)為提前排氣損失，如右 圖中面積W 燃燒損失 1）實(shí)際循環(huán)中燃燒非瞬時(shí)完成，所 以噴油或點(diǎn)火在上止點(diǎn)之前，并且燃燒 還會(huì)延續(xù)到膨脹行程，由此形成非瞬時(shí) 燃燒損失和補(bǔ)燃損失，如右圖中WZ 2）實(shí)際循環(huán)中會(huì)有部分燃料由于缺 氧產(chǎn)生不完全燃燒損失。 3）在高溫下部分燃燒產(chǎn)物分解而吸 熱，即 2CO2+熱量 2CO+O2 2H2O+熱量 2H2+O2 使循環(huán)的最高溫度下降，由此產(chǎn)生燃燒 損失。 傳熱損失 理論循環(huán)假定氣缸壁和工質(zhì)之

16、間無(wú)熱 交換。但實(shí)際循環(huán)中，氣缸壁（包括氣缸 套、氣缸蓋、活塞、活塞環(huán)、氣門(mén)、噴油 器等）和工質(zhì)間自始至終存在著熱交換， 使壓縮、膨脹線均脫離理論循環(huán)的絕熱壓 縮、膨脹線，由此造成損失如右圖中Wb 所示。 根據(jù)實(shí)際統(tǒng)計(jì)，通過(guò)氣缸壁各部分向 外散發(fā)的熱量損失所引起的發(fā)動(dòng)機(jī)功率和 熱效率下降約占理論混合循環(huán)發(fā)出的功率 和熱效率的10%。 通過(guò)以上分析表面。在實(shí)際循環(huán)諸多損失中，工質(zhì) 影響造成的損失是人們無(wú)法改變的。其余各項(xiàng)損失中以 氣缸壁傳熱損失和燃燒損失所占比重為大。 第三節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)的指示指標(biāo)、有效指標(biāo)和強(qiáng)化指標(biāo) 發(fā)動(dòng)機(jī)的指示性能指標(biāo)是指以工質(zhì)對(duì)活塞做功為計(jì)算基以工質(zhì)對(duì)活塞做功為計(jì)算基 礎(chǔ)礎(chǔ)的指

17、標(biāo)，簡(jiǎn)稱(chēng)指示指標(biāo)。 指示指標(biāo)表征工質(zhì)在汽缸內(nèi)部經(jīng)歷的循環(huán)的完善程度， 以工質(zhì)在汽缸內(nèi)對(duì)活塞做功為基礎(chǔ)，評(píng)價(jià)由燃燒到熱功轉(zhuǎn)換 工作循環(huán)進(jìn)行的質(zhì)量。是從示功圖示功圖測(cè)量計(jì)算得出的。 指示功和平均指示壓力 指示功指示功是指氣缸內(nèi)完成一個(gè)工作 循環(huán)所得到的有用功Wi。指示功的大 小可以由pV圖中閉合曲線所占有的 面積求得。 6 10 abF W i i 式中： Fi 示功圖面積，cm2；可以用求積儀或計(jì)算方法求得 a 示功圖縱坐標(biāo)比例尺，Pacm； b 示功圖橫坐標(biāo)比例尺，cm3cm。 （J或Nm） 21 FFFi 21 FFFi 平均指示壓力是指單位氣缸容積一個(gè)循環(huán)所作的指 示功(Pa) 。 式中，

18、 Wi 發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)工作循環(huán)的指示功，J； Vs 發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸工作容積，m3。 若Vs用L為單位，Wi用kJ為單位，則pmi (MPa) 4 2S D pVpW mismii 式中， D和S分別為氣缸直徑和活塞行程 平均指示壓力平均指示壓力可以設(shè)想為 一個(gè)恒定的壓力作用于活塞頂 上，使活塞移動(dòng)一個(gè)行程所作 的功，即循環(huán)的指示功Wi 。 平均指示壓力平均指示壓力是衡量發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)動(dòng)力性能的一個(gè) 很重要的指標(biāo)。 平均指示壓力是從實(shí)際循環(huán)的 角度評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸工作容積利用 率高低的一個(gè)參數(shù)，Pmi越高，同樣 大小的氣缸容積可以發(fā)出更大的指 示功，氣缸工作容積的利用程度越 佳。 指示功率 指示功率指示功

19、率Pi ：發(fā)動(dòng)機(jī)單位時(shí)間內(nèi)所作的指示功。 30 n iVp P smi i 若：一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)的缸數(shù)i，每缸的工作容積Vs (L) ，平均 指示壓力為pmi (MPa ) ，轉(zhuǎn)速n(r/min)，沖程數(shù)。 (kw ) 指示熱效率和指示燃油消耗率 指示熱效率it：發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)指示 功與所消耗燃料熱量的比值。 1 Q Wi it 式中， Q1 得到指示功Wi所消耗的熱量( J) 。 對(duì)于一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，若測(cè)得其指示功 率Pi (kW)、每小時(shí)燃油消耗量B(kg/h) ， 則： BHu P i it 3 106 . 3 式中，3.6l03 1kWh的熱當(dāng)量，kJ/(kWh)； B 每小時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的耗油量，k

20、g/h； Hu 所用燃料的低熱值，kJ/kg。 指示燃油消耗率 指示燃油消耗率指示燃油消耗率g(kWh)：指單位指示功的耗油量。通常 以單位指示千瓦小時(shí)的耗油量來(lái)表示： i i P B b 1000 表示實(shí)際循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)it和bi之間存在著以下關(guān)系： ui t i Hb 6 106 . 3 一般內(nèi)燃機(jī)的it和bi的統(tǒng)計(jì)范圍如下： it big(kWh) -1 四沖程柴油機(jī) 0.4l0.48 210175 二沖程柴油機(jī) 0.400.48 218177 四沖程汽油機(jī) 0.250.40 344218 二沖程汽油機(jī) 0.190.27 435305 從統(tǒng)計(jì)范圍可以看出：柴油機(jī)的指示熱效率高于汽油 機(jī)

21、，四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的指示熱效率高于二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。 發(fā)動(dòng)機(jī)的有效性能指標(biāo) 以曲軸輸出功為計(jì)算基礎(chǔ)的性能指標(biāo)，稱(chēng)為 有效性能指標(biāo)，簡(jiǎn)稱(chēng)有效指標(biāo)。 有效指標(biāo)被用來(lái)直接評(píng)定發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工作性 能的優(yōu)劣。 有效功和有效功率 有效功有效功：發(fā)動(dòng)機(jī)每循環(huán)曲軸輸出的單缸功量 。 mie WWW 式中： Wi 循環(huán)凈指示功 Wm 循環(huán)實(shí)際機(jī)械損失功 e W 有效功率 mie PPP ( kw ) 機(jī)械損失: 發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部摩擦損失； 驅(qū)動(dòng)附件損耗； 泵氣損失等。 式中： Pi 指示功率 Pm 實(shí)際機(jī)械損失功率 有效轉(zhuǎn)矩 發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)由功率輸出軸輸出的轉(zhuǎn)矩稱(chēng) 為有效轉(zhuǎn)矩，可由測(cè)功器測(cè)得。 (Nm) 發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率Pe(k

22、W)可以利 用各種型式的測(cè)功器和轉(zhuǎn)速計(jì)分別 測(cè)出發(fā)動(dòng)機(jī)在某一工況下曲軸的輸 出轉(zhuǎn)矩Ttq及在同一工況下的發(fā)動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)速，按以下公式求得: 9550 nT P tp e 平均有效壓力 平均有效壓力：發(fā)動(dòng)機(jī)單位氣缸工作容積所輸出的 有效功。 與平均指示壓力相似，平均有效壓力是衡量發(fā)動(dòng)機(jī) 動(dòng)力性能的一個(gè)很重要的參數(shù)。 30 niVp P sme e 9550 nTtp Ttqpme ， ， pme 反映了發(fā)動(dòng)機(jī)單位氣缸工作容 反映了發(fā)動(dòng)機(jī)單位氣缸工作容 積輸出轉(zhuǎn)矩的大小。積輸出轉(zhuǎn)矩的大小。 轉(zhuǎn)速n和活塞平均速度 m C 30 Sn Cm（ms） 式中， S為活塞行程(m) n為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)

23、 Cm大，則活塞組的熱負(fù)荷和曲柄連桿機(jī)構(gòu)的慣性力均增大，磨 損加劇，使用壽命下降。所以Cm成為表征內(nèi)燃機(jī)強(qiáng)化程度的參數(shù)。 一般汽油機(jī)的Cm值不超過(guò)15m/s，柴油機(jī)的Cm值不超過(guò)13m/s。 為了提高轉(zhuǎn)速又不使Cm過(guò)大，可以減小行程S，即對(duì)于高速發(fā) 動(dòng)機(jī)，在結(jié)構(gòu)上采用較小的行程缸徑比（S/D）值。但（S/D）值小 也會(huì)造成燃燒室高度減小，燃燒室表面積與容積的比值增大，混合 氣形成條件變差，不利于燃燒。S/D1時(shí)常稱(chēng)為短行程。 發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo) 衡量發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性能的重要指標(biāo)是有效熱效率et和 有效燃油消耗率be。 有效熱效率是實(shí)際循環(huán)的有效功與為得到此有效功 所消耗的熱量的比值，即 1 Q We

24、 et u e et BH P 3 106 . 3 有效燃油消耗率g(kWh)是指單位有效功所消 耗的燃油量，用be表示： （ g/kwh ） 3 10 e e B b P 6 3.6 10 e etu b H 可見(jiàn)，有效燃油消耗 率與有效熱效率成反比， 知道其中一值后，可求出 另一值。 一般內(nèi)燃機(jī)在標(biāo)定工況下的be和et值大致在以下范圍： beg (kWh)-1 et 低速柴油機(jī) 190225 0.380.45 中速柴油機(jī) 195240 0.360.43 高速柴油機(jī) 215285 0.300.40 (其中較低的be值屬排氣渦輪增壓的四沖程、二沖程柴油機(jī)) 四沖程汽油機(jī) 274410 0.30

25、0.20 二沖程汽油機(jī) 410545 0.200.15 發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化指標(biāo) 升功率：在標(biāo)定工況下(指標(biāo)定轉(zhuǎn)速、標(biāo)定功率)，發(fā)動(dòng)機(jī) 每升氣缸工作容積所發(fā)出的有效功率。 30 me L p n P 式中，pme為標(biāo)定工況下的平均有效壓力，MPa； n為標(biāo)定轉(zhuǎn)速，rmin。 (kWL) s e L V i P P PL值越大，發(fā)動(dòng)機(jī)的強(qiáng)化程度越高，發(fā)出一定有效功率的發(fā)動(dòng) 機(jī)尺寸越小。因此，不斷提高Pme和n的水平以獲得更強(qiáng)化、更輕巧、 更緊湊的發(fā)動(dòng)機(jī)，這些一直是發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)者盡力追求的目標(biāo)。因而 PL是評(píng)定一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)動(dòng)力性能和強(qiáng)化程度的重要指標(biāo)之一。 比質(zhì)量：是發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量與所給出的標(biāo)定功率之比 e e

26、 P m m (kgkW) 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)要求質(zhì)量小、功率大，所以其升功率 大、比質(zhì)量小。汽油機(jī)的強(qiáng)化程度要比柴油機(jī)的高。 強(qiáng)化系數(shù) mmeC p 平均有效壓力與活塞平均速度的乘積稱(chēng) 為強(qiáng)化系數(shù)。 與活塞單位面積的功率成正比。其值越 大，發(fā)動(dòng)機(jī)的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷愈高。 由于發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)是強(qiáng)化程度不斷提高，所 以強(qiáng)化系數(shù) 值增大，也是技術(shù)進(jìn)步的一個(gè)標(biāo)志。mmeC p n1、已知某發(fā)動(dòng)機(jī)在2000轉(zhuǎn)/分時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的有 效功率Pe為154kW，be=217g/(kW.h),發(fā)動(dòng)機(jī)在 此工況下的輸出扭矩為： N.m，每小時(shí)耗 油量為 kg，發(fā)動(dòng)機(jī)的有效熱效率為： %。（燃料的低熱值Hu為42500kJ

27、/kg）。 n2、寫(xiě)出四行程發(fā)動(dòng)機(jī)充氣效率v的表達(dá)式， 并分析影響充氣效率v的因素。 機(jī)械損失和機(jī)械效率 發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械損失消耗了一部分指示功率，而使對(duì)外輸出 的有效功率減少。其所消耗的功率占指示功率的10%30%，是 不可忽視的功率損失。因此，降低機(jī)械損失，特別是摩擦損失， 使實(shí)際循環(huán)得到的功盡可能轉(zhuǎn)變成對(duì)外輸出的有效功，是提高 發(fā)動(dòng)機(jī)性能的一個(gè)重要方面。 平均機(jī)械損失壓力Pmm 發(fā)動(dòng)機(jī)單位氣缸工作容積一個(gè)循環(huán)所損失的功。 inV P p s m mm 30 式中， Pm為機(jī)械損失功率(kW)； Vs為工作容積(L)； n為轉(zhuǎn)速(rmin)； i為氣缸數(shù)目。 機(jī)械效率： 發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率與指示

28、功率之比。 i e m P P mi mm i m mi me m p p P P p p 11 mitet 機(jī)械損失的測(cè)定 發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失的原因極為復(fù)雜，以致無(wú)法用分 析的辦法來(lái)求出準(zhǔn)確的數(shù)值，即使有些經(jīng)驗(yàn)公式可用 來(lái)計(jì)算，也是極為近似而不可靠。為了獲得較為可信 的結(jié)果，只有通過(guò)實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。 常用的測(cè)試方法有示功圖法、倒拖法、滅缸法和 油耗線法等。 示功圖法 運(yùn)用各種示功器錄取氣缸的示功圖，從中算出Pi值， 從測(cè)功器和轉(zhuǎn)速計(jì)讀數(shù)中測(cè)出發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率Pe，從 而可以算出Pm，m及pmm值。 示功圖法一般用于當(dāng)上止點(diǎn)位置能得到精確校正時(shí)才能 取得較滿意的結(jié)果。 決定于示功圖測(cè)錄的正

29、確程度：決定于示功圖測(cè)錄的正確程度： 最大的誤差來(lái)源于最大的誤差來(lái)源于p圖或圖或pV圖上圖上 ； 倒拖法 試驗(yàn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)與電力測(cè)功器相連，當(dāng)發(fā)動(dòng) 機(jī)以給定工況穩(wěn)定運(yùn)行，冷卻水、機(jī)油溫度到達(dá) 正常數(shù)值時(shí)，立即切斷對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的供油（柴油機(jī)） 或停止點(diǎn)火（汽油機(jī)），同時(shí)將電力測(cè)功器轉(zhuǎn)換 為電動(dòng)機(jī)，以給定轉(zhuǎn)速倒拖發(fā)動(dòng)機(jī)，并且維持冷 卻水和機(jī)油溫度不變，這樣測(cè)得的倒拖功率即為 發(fā)動(dòng)機(jī)在該工況下的機(jī)械損失功率。 倒拖法在測(cè)定汽油機(jī)機(jī)械損失時(shí)得到較廣泛 的應(yīng)用。 滅缸法 僅適用于多缸機(jī)多缸機(jī) 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)整到以給定工況穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)后，先測(cè)出整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī) 的有效功率。之后，在柴油機(jī)油門(mén)拉桿或齒條位置（或汽油機(jī)節(jié) 氣門(mén)開(kāi)

30、度）固定不動(dòng)的情況下，停止向某一汽缸供油或點(diǎn)火。調(diào) 整測(cè)功機(jī)，使發(fā)動(dòng)機(jī)恢復(fù)到原來(lái)的轉(zhuǎn)速，重新測(cè)定有效功率（即 余五個(gè)汽缸的有效功）。兩者之差即為滅掉缸的指示功率。逐次 滅缸，則整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的指示功率為，各缸相加。 油耗線法 由指示熱效率的定義可導(dǎo)出： 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)（無(wú)負(fù)荷），若指示熱效率不隨負(fù)荷增減 而變化時(shí)，應(yīng)有： 兩式相除，得： 保證發(fā)動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速不變的情況下 進(jìn)行負(fù)荷特性試驗(yàn)，求出發(fā)動(dòng)機(jī)在給 定轉(zhuǎn)速下，每小時(shí)燃油消耗量與平均 有效壓力的關(guān)系曲線。 把燃油消耗量曲線延長(zhǎng)并求出其與橫坐標(biāo)軸的交點(diǎn)，就可以 求得pmm值。 當(dāng)測(cè)得其pmm值后，其機(jī)械效率可近似地用下式估算式中， 0 11 memm

31、m memmmemm ppB ppppB B可取某一常用工況的數(shù)值。 用油耗線法求 值示意圖 mm p 一般內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械效率大致在以下范圍： m 非增壓柴油機(jī) 0.780.85 增壓柴油機(jī) 0.800.92 汽油機(jī) 0.800.90 在以上所介紹的幾種測(cè)定機(jī)械效率的方法中，倒拖法只能用于配 有電力測(cè)功器的情況，因而不適用于大功率發(fā)動(dòng)機(jī)，而較適合用于測(cè) 定壓縮比不高的汽油機(jī)的機(jī)械損失。 對(duì)于油耗線法雖然只是近似的方法，但只要在低負(fù)荷附近，燃油 消耗量曲線為直線就相當(dāng)可靠，即使沒(méi)有電力測(cè)功器和示功器也能進(jìn) 行測(cè)定。但是這種方法不適用于用節(jié)氣門(mén)調(diào)節(jié)功率的汽油機(jī)。 第四節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)的熱平衡 燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中所發(fā)出的總熱量其中只有約20%45% 左右的能轉(zhuǎn)化為有效功，其他部分都以不同熱傳遞方式散失于 發(fā)動(dòng)機(jī)之外。按照熱能表現(xiàn)為有效功和各種損失的數(shù)量分配來(lái) 研究燃燒中總熱量