課件汽車發(fā)動機原理教學發(fā)動機的性能指標

汽車發(fā)動機原理第二章發(fā)動機的性能指標汽車發(fā)動機原理第二章發(fā)動機的性能指標

發(fā)動機的性能指標所包括內(nèi)容主要有：動力性能指標、經(jīng)濟性能指標及運轉(zhuǎn)性能指標等。 衡量一臺發(fā)動機的質(zhì)量主要是對以上性能指標進行評定，但在評定時不僅要考慮性能指標，還要把可靠性、耐久性、結(jié)構(gòu)工藝、生產(chǎn)實際條件以及使用特點等多方面予以綜合評定，并把各種性能有機結(jié)合起來。 本章主要闡述發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性及運轉(zhuǎn)性能指標，并通過對它們的分析，從中找出影響因素及提高性能的一般規(guī)律。 發(fā)動機的性能指標所包括內(nèi)容主要有：動力性能指第一節(jié)發(fā)動機的理論循環(huán)

發(fā)動機的理論循環(huán):是將非常復雜的實際工作過程加以抽象簡化，忽略一些次要影響因素，并對其中變化復雜、難于進行細致分析的物理、化學過程〔如可燃混合氣的準備與燃燒過程等〕進行簡化處理，得到便于進行定量分析的循環(huán)，稱發(fā)動機的理想循環(huán)。

其簡化條件如下：1假定工質(zhì)為定比熱容的理想氣體；2不計吸氣和排氣過程（工質(zhì)的總質(zhì)量保持不變），假設工質(zhì)是在閉口系統(tǒng)中作封閉循環(huán)；3壓縮、膨脹過程簡化為絕熱等熵過程；4把燃燒過程看作是外界對工質(zhì)的加熱過程，從而簡化為等容加熱過程或等壓加熱過程；5排氣中的實際放熱過程簡化為等容放熱過程；6忽略過程損失，把循環(huán)的每一過程都假定為可逆過程，即假設循環(huán)過程為可逆循環(huán)。第一節(jié)發(fā)動機的理論循環(huán) 發(fā)動機的理論循環(huán):

研究理論循環(huán)的目的:

1)確定循環(huán)熱效率的理論極限，從而判斷實際發(fā)動機經(jīng)濟性和工作過程進行的完善程度以及改進潛力。2)分析比較發(fā)動機不同熱力循環(huán)方式下的經(jīng)濟性和動力性。3)確定提高以理論循環(huán)熱效率為代表的經(jīng)濟性和以平均壓力為代表的動力性的基本途徑研究理論循環(huán)的目的:三種基本理論循環(huán)

發(fā)動機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)動機的循環(huán)常用示功圖來說明。

發(fā)動機理論循環(huán)的三種形式：a)混合加熱循環(huán)、b)等容加熱循環(huán)

c)等壓加熱循環(huán)。三種基本理論循環(huán) 發(fā)動機理論循環(huán)的三種形式：a)混合加熱循環(huán)柴油機混合加熱理想循環(huán)和定壓加熱理想循環(huán)柴油機混合加熱理想循環(huán)和定壓加熱理想循環(huán)

理論循環(huán)是用循環(huán)熱效率和循環(huán)平均壓力來衡量和評定的。

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，用以評定循環(huán)的經(jīng)濟性。 式中Q2——循環(huán)放熱量（J） 根據(jù)工程熱力學公式，混合加熱循環(huán)熱效率為： 式中——發(fā)動機的壓縮比， =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；

——預膨脹比，=Vz/Vc ——壓力升高比，=pz/pc ——等熵指數(shù) 理論循環(huán)是用循環(huán)熱效率和循環(huán)平均壓力來衡量和

定容加熱循環(huán)（=1）熱效率為：

定壓加熱循環(huán)（=1）熱效率為：

定容加熱循環(huán)（=1）熱效率為：

從熱效率的計算式中可以發(fā)現(xiàn)，影響熱效率的因素有：?t=f（k、ε、λ、ρ）

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。 從熱效率的計算式中可以發(fā)現(xiàn)，影響熱效率的因素 2）壓縮比ε對三種理論循環(huán)的影響汽油機壓縮比范圍為7~10，柴油機壓縮比范圍為14~22。 2）壓縮比ε對三種理論循環(huán)的影響汽油機壓縮比 3）壓力升高比λ 在混合加熱循環(huán)中，當循環(huán)總加熱量Q1和ε不變時，λ增大，則ρ減小。如下圖中z—b變到z’—b’，相應的Q2減少，?t提高。 但是λ、ε增加會造成最高溫度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，λ值成正比加大。若保持ε不變，則工質(zhì)的膨脹比也不會變化，這樣，循環(huán)放熱量Q2亦相應增加，而Q2/Q1不變，?t亦不變。 3）壓力升高比λ在定容加熱循環(huán)中，隨著循環(huán)加 4）預膨脹比ρ 在等壓加熱循環(huán)中，若ε保持不變，隨著加熱量Q1增加ρ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，當循環(huán)總加熱量Q1和ε保持不變，若ρ值增大，意味著等壓加熱部分增大，同樣?t下降。 4）預膨脹比ρ 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，用以評定發(fā)動機的循環(huán)做功能力。

式中W——循環(huán)所作的功（J）

Vs——氣缸工作容積（L）

2.循環(huán)平均壓力pt

根據(jù)工程熱力學公式，混合加熱循環(huán)的平均壓力為： 式中pa——進氣終了壓力（kPa） 對定容加熱循環(huán)（=1），其循環(huán)平均壓力 對定壓加熱循環(huán)（=1），其循環(huán)平均壓力

可見，pt是隨壓縮始點壓力、壓縮比、壓力升高比、預膨脹比、等熵指數(shù)和熱效率的增加而增加的。 根據(jù)工程熱力學公式，混合加熱循環(huán)的平均壓力為三種基本循環(huán)的比較

壓縮比及加熱量分別相同時比較壓縮比ε相同加熱量相同初態(tài)1相同

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，應增加混合加熱循環(huán)的等容部分。Ts4’5’4’’5’’abb’b’’41235三種基本循環(huán)的比較壓縮比及加熱量分別相汽、柴油機負荷變化(不同加熱量)時的對比

柴油機：由于噴霧壓燃后邊噴油邊燃燒,當負荷下降時，噴油時間縮短，但初期相當于等容燃燒的部分變化不大。這相當于λ基本不變而減小，則ηt提高。汽油機：點火后傳播燃燒且無論負荷大小，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x不變。當負荷下降時，燃燒速度降低，燃燒時間加長。這相當于λ下降而上升，則ηt降低。汽、柴油機負荷變化(不同加熱量)時的對比 柴油機：由于噴霧壓第二節(jié)四沖程發(fā)動機的實際循環(huán)發(fā)動機的實際循環(huán)

1、進氣過程

2、壓縮過程

3、燃燒過程

4、膨脹過程

5、排氣過程例如：汽油機5600轉(zhuǎn)/分，那么一個行程歷時多少秒？第二節(jié)四沖程發(fā)動機的實際循環(huán)發(fā)動機的實際循環(huán)例如：汽油機課件-汽車發(fā)動機原理教學第二章發(fā)動機的性能指標-進氣行程

進氣過程中，進氣門開啟，排氣門關(guān)閉，活塞從上止點向下止點運動，在氣缸內(nèi)形成真空，新鮮工質(zhì)被吸入氣缸。由于進氣系統(tǒng)的阻力，進氣終了時氣缸內(nèi)壓力小于大氣壓力，約為0.075~0.09MPa。因為流進氣缸內(nèi)的工質(zhì)受到氣缸壁、活塞頂?shù)雀邷貦C件及上一次循環(huán)殘余廢氣的余熱，所以進氣終了溫度也升高到370~400K。在右圖中進氣行程用曲線ra表示。進氣行程 進氣過程中，進氣門開啟，排氣門關(guān)閉，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)動機做功，必須在做功行程之前將工質(zhì)壓縮，此即為壓縮行程。在這個行程中，進、排氣門均關(guān)閉，活塞由下止點向上止點運動。在右圖中壓縮行程用曲線ac表示。壓縮過程是一個復雜的多變過程，其間有熱交換和漏氣損失。壓縮行程 為使吸入氣缸內(nèi)的工質(zhì)能迅速燃燒，以產(chǎn)燃燒過程

這個過程，活塞位于上止點前后，進、排氣門均關(guān)閉。燃燒過程的作用是將燃料的化學能轉(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，放出熱量越多，熱效率越高。 汽油機的燃燒過程接近定容加熱過程，原因是汽油機的可燃混合氣是在火花塞點火之前已基本形成，火花塞在上止點前點火，火焰迅速傳播到整個燃燒室，工質(zhì)的溫度、壓力迅速上升。 柴油機的燃燒過程接近混合加熱循環(huán)，噴油器在上止點前噴油，燃油微粒迅速與空氣混合，并借助于空氣的熱量而自燃。開始時，燃燒速度很快，工質(zhì)溫度、壓力劇增，接近定容加熱過程；后來，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：無論是汽油機還是柴油機，燃燒都不是瞬時完成的！燃燒過程 這個過程，活塞位于上止點前后，進、排做功過程

在這個行程中，進、排氣門仍舊關(guān)閉。當活塞接近上止點時，工質(zhì)燃燒放出大量的熱能。高溫高壓的燃氣推動活塞從上止點向下止點運動，通過連桿使曲軸旋轉(zhuǎn)并輸出機械能，除了用以維持發(fā)動機本身繼續(xù)運轉(zhuǎn)外的慣性能量外，其余的能量用于對外做功。在右圖上用曲線zb表示。做功行程比壓縮過程更復雜，除有熱交換和漏氣損失外還有補燃。因此，做功行程也是一個多變過程。做功過程 在這個行程中，進、排氣門仍舊關(guān)閉。當排氣過程

當做功行程接近終了時，開始排起行程，排氣門開啟，靠廢氣的壓力進行自由排氣，活塞到達下止點后再向上止點運動時，繼續(xù)將廢氣強制排到大氣中。活塞到達上止點附近時，排氣行程結(jié)束，如右圖曲線br。排氣過程 當做功行程接近終了時，開始排起行程，實際循環(huán)各過程的特點

進氣過程： 進氣終了的壓力和溫度范圍為：汽油機 0.080~0.092（MPa） 340~380（K）柴油機 0.080~0.095（MPa） 300~340（K）

壓縮過程： 壓縮終了的壓力和溫度范圍為：汽油機 0.8~2.0（MPa） 600~750（K）柴油機 3.0~5.0（MPa） 750~1000（K）

燃燒過程： 由于柴油機因壓縮比高，燃燒的最高爆發(fā)壓力Pmax很高，但因柴油機的過量空氣系數(shù)相對于汽油機大，所以柴油機的最高燃燒溫度值Tmax反而比汽油機低。 燃燒的最高爆發(fā)壓力Pmax及最高溫度Tmax的范圍為：汽油機 3.0~8.0（MPa） 2200~2800（K）柴油機 4.5~9.0（MPa） 1800~2200（K）實際循環(huán)各過程的特點進氣過程：

膨脹過程： 由于柴油機膨脹比大，轉(zhuǎn)化為有用功的熱量多，熱效率高，所以膨脹終點的溫度和壓力均比汽油機小。 膨脹終了的壓力和溫度范圍為：汽油機 0.3~0.6（MPa） 1200~1500（K）柴油機 0.25~0.5（MPa） 800~1200（K）

排氣過程： 排氣溫度是作為檢查發(fā)動機工作狀況的一個參數(shù)。因為排氣溫度低，說明燃料燃燒后，轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ臒崃慷?，工作過程進行得好。 排氣終了的壓力和溫度范圍為：汽油機 0.105~0.125（MPa） 900~1100（K）柴油機 0.103~0.108（MPa） 700~900（K）膨脹過程：理論循環(huán)與實際循環(huán)比較1、實際工質(zhì)的影響2、換氣損失3、燃燒損失4、傳熱損失理論循環(huán)與實際循環(huán)比較1、實際工質(zhì)的影響

實際工質(zhì)影響 理論循環(huán)中假設工質(zhì)比熱容是定值，而實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。 實際工質(zhì)影響

換氣損失 燃燒廢氣的排出和新鮮空氣的吸入是使循環(huán)重復進行所必不可少的，由此而消耗的功稱為換氣損失。由于進、排氣系統(tǒng)中的流動阻力而產(chǎn)生的損失右圖中Wr所示。換氣過程中因排氣門在下止點前必要的提前開啟而產(chǎn)生的損失，稱為提前排氣損失，如右圖中面積W 換氣損失

燃燒損失

1）實際循環(huán)中燃燒非瞬時完成，所以噴油或點火在上止點之前，并且燃燒還會延續(xù)到膨脹行程，由此形成非瞬時燃燒損失和補燃損失，如右圖中WZ 2）實際循環(huán)中會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。 燃燒損失

傳熱損失 理論循環(huán)假定氣缸壁和工質(zhì)之間無熱交換。但實際循環(huán)中，氣缸壁（包括氣缸套、氣缸蓋、活塞、活塞環(huán)、氣門、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)實際統(tǒng)計，通過氣缸壁各部分向外散發(fā)的熱量損失所引起的發(fā)動機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%。 傳熱損失

通過以上分析表面。在實際循環(huán)諸多損失中，工質(zhì)影響造成的損失是人們無法改變的。其余各項損失中以氣缸壁傳熱損失和燃燒損失所占比重為大。 通過以上分析表面。在實際循環(huán)諸多損失中，工質(zhì)第三節(jié)發(fā)動機的指示指標、有效指標和強化指標

發(fā)動機的指示性能指標是指以工質(zhì)對活塞做功為計算基礎的指標，簡稱指示指標。

指示指標表征工質(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)對活塞做功為基礎，評價由燃燒到熱功轉(zhuǎn)換工作循環(huán)進行的質(zhì)量。是從示功圖測量計算得出的。第三節(jié)發(fā)動機的指示指標、有效指標和強化指標 發(fā)動機指示功和平均指示壓力

指示功是指氣缸內(nèi)完成一個工作循環(huán)所得到的有用功Wi。指示功的大小可以由p—V圖中閉合曲線所占有的面積求得。式中：Fi——示功圖面積，cm2；可以用求積儀或計算方法求得

a——示功圖縱坐標比例尺，Pa／cm；

b——示功圖橫坐標比例尺，cm3／cm。（J或N·m）指示功和平均指示壓力 指示功是指氣缸內(nèi)完成一個

平均指示壓力是指單位氣缸容積一個循環(huán)所作的指示功(Pa)。式中，Wi——發(fā)動機一個工作循環(huán)的指示功，J；

Vs——發(fā)動機氣缸工作容積，m3。若Vs用L為單位，Wi用kJ為單位，則pmi(MPa)式中，D和S分別為氣缸直徑和活塞行程 平均指示壓力是指單位氣缸容積一個循環(huán)所作的指示功(Pa)

平均指示壓力可以設想為一個恒定的壓力作用于活塞頂上，使活塞移動一個行程所作的功，即循環(huán)的指示功Wi

。

平均指示壓力是衡量發(fā)動機實際循環(huán)動力性能的一個很重要的指標。

平均指示壓力是從實際循環(huán)的角度評價發(fā)動機氣缸工作容積利用率高低的一個參數(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。平均指示壓力可以設想為一個恒定的壓力作用于活指示功率指示功率Pi

：發(fā)動機單位時間內(nèi)所作的指示功。

若：一臺內(nèi)燃機的缸數(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)指示功率指示功率Pi：發(fā)動機單位時間內(nèi)所作的指示功。指示熱效率和指示燃油消耗率

指示熱效率ηit：發(fā)動機實際循環(huán)指示功與所消耗燃料熱量的比值。式中，Q1——得到指示功Wi所消耗的熱量(J)。

對于一臺發(fā)動機，若測得其指示功率Pi(kW)、每小時燃油消耗量B(kg/h)，則：式中，3.6×l03——1kW·h的熱當量，kJ/(kW·h)；

B——每小時發(fā)動機的耗油量，kg/h；

Hu——所用燃料的低熱值，kJ/kg。指示熱效率和指示燃油消耗率 指示熱效率ηit：指示燃油消耗率

指示燃油消耗率[g／(kW·h)]：指單位指示功的耗油量。通常以單位指示千瓦小時的耗油量來表示：

表示實際循環(huán)的經(jīng)濟性指標ηit和bi之間存在著以下關(guān)系：指示燃油消耗率 指示燃油消耗率[g／(kW·h一般內(nèi)燃機的ηit和bi的統(tǒng)計范圍如下：

ηitbi／[g／(kW·h)-1]四沖程柴油機0.4l～0.48210～175二沖程柴油機0.40～0.48218～177

四沖程汽油機0.25～0.40344～218二沖程汽油機0.19～0.27435～305

從統(tǒng)計范圍可以看出：柴油機的指示熱效率高于汽油機，四沖程發(fā)動機的指示熱效率高于二沖程發(fā)動機。一般內(nèi)燃機的ηit和bi的統(tǒng)計范圍如下：從統(tǒng)發(fā)動機的有效性能指標

以曲軸輸出功為計算基礎的性能指標，稱為有效性能指標，簡稱有效指標。 有效指標被用來直接評定發(fā)動機實際工作性能的優(yōu)劣。發(fā)動機的有效性能指標 以曲軸輸出功為計算基礎的有效功和有效功率

有效功：發(fā)動機每循環(huán)曲軸輸出的單缸功量。式中：Wi循環(huán)凈指示功

Wm

循環(huán)實際機械損失功有效功和有效功率 有效功：發(fā)動機每循環(huán)曲軸輸出的單缸功量

有效功率(kw)機械損失:發(fā)動機內(nèi)部摩擦損失；驅(qū)動附件損耗；泵氣損失等。式中：Pi

指示功率

Pm

實際機械損失功率 有效功率(kw)機械損失:發(fā)動機內(nèi)部摩擦損失；式中：有效轉(zhuǎn)矩

發(fā)動機工作時由功率輸出軸輸出的轉(zhuǎn)矩稱為有效轉(zhuǎn)矩，可由測功器測得。(N·m)

發(fā)動機的有效功率Pe(kW)可以利用各種型式的測功器和轉(zhuǎn)速計分別測出發(fā)動機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)動機轉(zhuǎn)速，按以下公式求得:有效轉(zhuǎn)矩 發(fā)動機工作時由功率輸出軸輸出的轉(zhuǎn)矩稱平均有效壓力

平均有效壓力：發(fā)動機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)動機動力性能的一個很重要的參數(shù)。Ttq∝pme，pme反映了發(fā)動機單位氣缸工作容積輸出轉(zhuǎn)矩的大小。平均有效壓力 平均有效壓力：發(fā)動機單位氣缸工作轉(zhuǎn)速n和活塞平均速度（m／s）式中，S為活塞行程(m)n為發(fā)動機轉(zhuǎn)速(r/min)轉(zhuǎn)速n和活塞平均速度（m／s）式中，S為活塞行程(m) Cm大，則活塞組的熱負荷和曲柄連桿機構(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)燃機強化程度的參數(shù)。一般汽油機的Cm值不超過15m/s，柴油機的Cm值不超過13m/s。 為了提高轉(zhuǎn)速又不使Cm過大，可以減小行程S，即對于高速發(fā)動機，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/D<1時常稱為短行程。 Cm大，則活塞組的熱負荷和曲柄連桿機構(gòu)的慣性發(fā)動機經(jīng)濟性指標

衡量發(fā)動機經(jīng)濟性能的重要指標是有效熱效率ηet和有效燃油消耗率be。

有效熱效率是實際循環(huán)的有效功與為得到此有效功所消耗的熱量的比值，即發(fā)動機經(jīng)濟性指標 衡量發(fā)動機經(jīng)濟性能的重要指標

有效燃油消耗率[g／(kW·h)]是指單位有效功所消耗的燃油量，用be表示：（g/kw·h）

可見，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。 有效燃油消耗率[g／(kW·h)]是指單位有一般內(nèi)燃機在標定工況下的be和ηet值大致在以下范圍：

be／[g(kW·h)-1]ηet低速柴油機190～2250.38～0.45中速柴油機195～2400.36～0.43高速柴油機215～2850.30～0.40(其中較低的be值屬排氣渦輪增壓的四沖程、二沖程柴油機)四沖程汽油機274～4100.30～0.20二沖程汽油機410～5450.20～0.15一般內(nèi)燃機在標定工況下的be和ηet值大致在以下范圍：發(fā)動機強化指標

升功率：在標定工況下(指標定轉(zhuǎn)速、標定功率)，發(fā)動機每升氣缸工作容積所發(fā)出的有效功率。式中，pme為標定工況下的平均有效壓力，MPa；

n為標定轉(zhuǎn)速，r／min。(kW／L)PL值越大，發(fā)動機的強化程度越高，發(fā)出一定有效功率的發(fā)動機尺寸越小。因此，不斷提高Pme和n的水平以獲得更強化、更輕巧、更緊湊的發(fā)動機，這些一直是發(fā)動機設計者盡力追求的目標。因而PL是評定一臺發(fā)動機整機動力性能和強化程度的重要指標之一。發(fā)動機強化指標 升功率：在標定工況下(指標定轉(zhuǎn)比質(zhì)量：是發(fā)動機質(zhì)量與所給出的標定功率之比(kg／kW)

汽車發(fā)動機要求質(zhì)量小、功率大，所以其升功率大、比質(zhì)量小。汽油機的強化程度要比柴油機的高。比質(zhì)量：是發(fā)動機質(zhì)量與所給出的標定功率之比(kg／kW)

強化系數(shù)平均有效壓力與活塞平均速度的乘積稱為強化系數(shù)。

與活塞單位面積的功率成正比。其值越大，發(fā)動機的熱負荷和機械負荷愈高。

由于發(fā)動機的發(fā)展趨勢是強化程度不斷提高，所以強化系數(shù)值增大，也是技術(shù)進步的一個標志。 強化系數(shù)平均有效壓力與活塞平均速度的乘積稱為強化系數(shù)。1、已知某發(fā)動機在2000轉(zhuǎn)/分時，發(fā)動機的有效功率Pe為154kW，be=217g/(kW.h),發(fā)動機在此工況下的輸出扭矩為：

N.m，每小時耗油量為

kg，發(fā)動機的有效熱效率為：

%。（燃料的低熱值Hu為42500kJ/kg）。2、寫出四行程發(fā)動機充氣效率?v的表達式，并分析影響充氣效率?v的因素。1、已知某發(fā)動機在2000轉(zhuǎn)/分時，發(fā)動機的有效功率Pe為1機械損失和機械效率

發(fā)動機的機械損失消耗了一部分指示功率，而使對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，降低機械損失，特別是摩擦損失，使實際循環(huán)得到的功盡可能轉(zhuǎn)變成對外輸出的有效功，是提高發(fā)動機性能的一個重要方面。機械損失和機械效率發(fā)動機的機械損失消耗了一部分

平均機械損失壓力Pmm

發(fā)動機單位氣缸工作容積一個循環(huán)所損失的功。式中，

Pm為機械損失功率(kW)；

Vs為工作容積(L)；

n為轉(zhuǎn)速(r／min)；

i為氣缸數(shù)目。 平均機械損失壓力Pmm式中，機械效率：發(fā)動機的有效功率與指示功率之比。機械效率：機械損失的測定

發(fā)動機機械損失的原因極為復雜，以致無法用分析的辦法來求出準確的數(shù)值，即使有些經(jīng)驗公式可用來計算，也是極為近似而不可靠。為了獲得較為可信的結(jié)果，只有通過實際發(fā)動機的試驗來測定。 常用的測試方法有示功圖法、倒拖法、滅缸法和油耗線法等。機械損失的測定 發(fā)動機機械損失的原因極為復雜，示功圖法

運用各種示功器錄取氣缸的示功圖，從中算出Pi值，從測功器和轉(zhuǎn)速計讀數(shù)中測出發(fā)動機的有效功率Pe，從而可以算出Pm，ηm及pmm值。示功圖法一般用于當上止點位置能得到精確校正時才能取得較滿意的結(jié)果。試驗結(jié)果的正確程度決定于示功圖測錄的正確程度：最大的誤差來源于p—φ圖或p—V圖上活塞上止點位置不易正確地確定；示功圖法 運用各種示功器錄取氣缸的示功圖，從中倒拖法

試驗時，發(fā)動機與電力測功器相連，當發(fā)動機以給定工況穩(wěn)定運行，冷卻水、機油溫度到達正常數(shù)值時，立即切斷對發(fā)動機的供油（柴油機）或停止點火（汽油機），同時將電力測功器轉(zhuǎn)換為電動機，以給定轉(zhuǎn)速倒拖發(fā)動機，并且維持冷卻水和機油溫度不變，這樣測得的倒拖功率即為發(fā)動機在該工況下的機械損失功率。

倒拖法在測定汽油機機械損失時得到較廣泛的應用。倒拖法試驗時，發(fā)動機與電力測功器相連，滅缸法

僅適用于多缸機當發(fā)動機調(diào)整到以給定工況穩(wěn)定運轉(zhuǎn)后，先測出整個發(fā)動機的有效功率。之后，在柴油機油門拉桿或齒條位置（或汽油機節(jié)氣門開度）固定不動的情況下，停止向某一汽缸供油或點火。調(diào)整測功機，使發(fā)動機恢復到原來的轉(zhuǎn)速，重新測定有效功率（即余五個汽缸的有效功）。兩者之差即為滅掉缸的指示功率。逐次滅缸，則整臺發(fā)動機的指示功率為，各缸相加。滅缸法 僅適用于多缸機油耗線法由指示熱效率的定義可導出：

當發(fā)動機空轉(zhuǎn)（無負荷），若指示熱效率不隨負荷增減而變化時，應有：兩式相除，得：油耗線法由指示熱效率的定義可導出： 當發(fā)動機空

保證發(fā)動機在轉(zhuǎn)速不變的情況下進行負荷特性試驗，求出發(fā)動機在給定轉(zhuǎn)速下，每小時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并求出其與橫坐標軸的交點，就可以求得pmm值。

當測得其pmm值后，其機械效率可近似地用下式估算式中，B可取某一常用工況的數(shù)值。用油耗線法求值示意圖保證發(fā)動機在轉(zhuǎn)速不變的情況下進行負荷特性試驗一般內(nèi)燃機的機械效率大致在以下范圍：

ηm非增壓柴油機0.78～0.85增壓柴油機0.80～0.92汽油機0.80～0.90一般內(nèi)燃機的機械效率大致在以下范圍：

在以上所介紹的幾種測定機械效率的方法中，倒拖法只能用于配有電力測功器的情況，因而不適用于大功率發(fā)動機，而較適合用于測定壓縮比不高的汽油機的機械損失。 對于油耗線法雖然只是近似的方法，但只要在低負荷附近，燃油消耗量曲線為直線就相當可靠，即使沒有電力測功器和示功器也能進行測定。但是這種方法不適用于用節(jié)氣門調(diào)節(jié)功率的汽油機。 在以上所介紹的幾種測定機械效率的方法中，倒拖第四節(jié)發(fā)動機的熱平衡

燃料在發(fā)動機氣缸中所發(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)動機之外。按照熱能表現(xiàn)為有效功和各種損失的數(shù)量分配來研究燃燒中總熱量的利用情況為發(fā)動機的熱平衡。通過試驗來確定發(fā)動機熱量的分配情況。熱量分配可分為四大項：第四節(jié)發(fā)動機的熱平衡 燃料在發(fā)動機氣缸中所

一、發(fā)動機所耗燃油的熱量QT(KJ/h)

在發(fā)動機中，熱量是由燃料燃燒產(chǎn)生的。假設燃料完全燃燒，則每小時所放出的熱量QT為：

QT=Bhu

式中B—發(fā)動機每小時的耗油量（kg/h）; hu—燃料低熱值（kJ/kg） 一、發(fā)動機所耗燃油的熱量QT(KJ/h)

二、轉(zhuǎn)化為有效的熱量QE（KJ/h）

因為 1KW·h=3.6×1000KJ

所以 QE=3.6×1000Pe

式中Pe—發(fā)動機有效功率（KW） 二、轉(zhuǎn)化為有效的熱量QE（KJ/h）

三、傳遞給冷卻介質(zhì)的熱量QS（kJ/h） 這部分熱量包括工質(zhì)與缸壁的傳熱損失和通過廢氣及潤滑油傳遞給冷卻介質(zhì)的熱量等。QS=GScs(t2-t1)

式中Gs—通過發(fā)動機冷卻介質(zhì)散失的熱量流量（Kg/h）

cs—冷卻介質(zhì)比熱容（KJ/(kg·℃)）

t1，t2—冷卻介質(zhì)入口和出口溫度（℃） 三、傳遞給冷卻介質(zhì)的熱量QS（kJ/h）

四、廢氣帶走的熱量QR（KJ/h） 廢氣帶走的熱量為

QR=（B+Gk）(cprt2-cpkt1)

式中B，Gk—每小時消耗的燃料量和空氣量

cpr，cpk—廢氣和空氣的定壓比熱容

t2—靠近排氣門處的廢氣溫度

t1—進氣管入口處工質(zhì)溫度 四、廢氣帶走的熱量QR（KJ/h）

五、其他熱量損失量QL（kJ/h） 這部分熱量包括所有未計及的損失。由于不能分別給予它們準確的估計，一般根據(jù)下式確定：

QL=QT-(QE+QS+QR) 五、其他熱量損失量QL（kJ/h）熱平衡中各項數(shù)值范圍

在燃料的總熱量中，僅有25％～40％的熱量轉(zhuǎn)變?yōu)橛行Ч?，其?0％～75％都損失掉了。其中，主要由廢氣帶走，其次傳給冷卻水，在某些汽油機中不完全燃燒損失的熱量所占比例也不小。冷卻水帶走的熱量占總熱量的10％～35％，其中一部分是排氣道中廢氣傳給冷卻水的熱，一部分是由摩擦產(chǎn)生的熱，真正由燃燒、膨脹過程散出的熱大約占冷卻損失的15%。廢氣帶走的熱量占總熱量的25％～50％。廢氣渦輪增壓是回收這部分熱量的一種方式，由表可見，其有效熱效率最高。熱平衡中各項數(shù)值范圍在燃料的總熱量中，僅有作業(yè)

本章思考題1、2、7題1：畫出四沖程發(fā)動機實際循環(huán)的示功圖，它與理論示功圖有什么不同？作業(yè) 本章思考題1、2、7汽車發(fā)動機原理第二章發(fā)動機的性能指標汽車發(fā)動機原理第二章發(fā)動機的性能指標

發(fā)動機的性能指標所包括內(nèi)容主要有：動力性能指標、經(jīng)濟性能指標及運轉(zhuǎn)性能指標等。 衡量一臺發(fā)動機的質(zhì)量主要是對以上性能指標進行評定，但在評定時不僅要考慮性能指標，還要把可靠性、耐久性、結(jié)構(gòu)工藝、生產(chǎn)實際條件以及使用特點等多方面予以綜合評定，并把各種性能有機結(jié)合起來。 本章主要闡述發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性及運轉(zhuǎn)性能指標，并通過對它們的分析，從中找出影響因素及提高性能的一般規(guī)律。 發(fā)動機的性能指標所包括內(nèi)容主要有：動力性能指第一節(jié)發(fā)動機的理論循環(huán)

發(fā)動機的理論循環(huán):是將非常復雜的實際工作過程加以抽象簡化，忽略一些次要影響因素，并對其中變化復雜、難于進行細致分析的物理、化學過程〔如可燃混合氣的準備與燃燒過程等〕進行簡化處理，得到便于進行定量分析的循環(huán)，稱發(fā)動機的理想循環(huán)。

其簡化條件如下：1假定工質(zhì)為定比熱容的理想氣體；2不計吸氣和排氣過程（工質(zhì)的總質(zhì)量保持不變），假設工質(zhì)是在閉口系統(tǒng)中作封閉循環(huán)；3壓縮、膨脹過程簡化為絕熱等熵過程；4把燃燒過程看作是外界對工質(zhì)的加熱過程，從而簡化為等容加熱過程或等壓加熱過程；5排氣中的實際放熱過程簡化為等容放熱過程；6忽略過程損失，把循環(huán)的每一過程都假定為可逆過程，即假設循環(huán)過程為可逆循環(huán)。第一節(jié)發(fā)動機的理論循環(huán) 發(fā)動機的理論循環(huán):

研究理論循環(huán)的目的:

1)確定循環(huán)熱效率的理論極限，從而判斷實際發(fā)動機經(jīng)濟性和工作過程進行的完善程度以及改進潛力。2)分析比較發(fā)動機不同熱力循環(huán)方式下的經(jīng)濟性和動力性。3)確定提高以理論循環(huán)熱效率為代表的經(jīng)濟性和以平均壓力為代表的動力性的基本途徑研究理論循環(huán)的目的:三種基本理論循環(huán)

發(fā)動機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)動機的循環(huán)常用示功圖來說明。

發(fā)動機理論循環(huán)的三種形式：a)混合加熱循環(huán)、b)等容加熱循環(huán)

c)等壓加熱循環(huán)。三種基本理論循環(huán) 發(fā)動機理論循環(huán)的三種形式：a)混合加熱循環(huán)柴油機混合加熱理想循環(huán)和定壓加熱理想循環(huán)柴油機混合加熱理想循環(huán)和定壓加熱理想循環(huán)

理論循環(huán)是用循環(huán)熱效率和循環(huán)平均壓力來衡量和評定的。

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，用以評定循環(huán)的經(jīng)濟性。 式中Q2——循環(huán)放熱量（J） 根據(jù)工程熱力學公式，混合加熱循環(huán)熱效率為： 式中——發(fā)動機的壓縮比， =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；

——預膨脹比，=Vz/Vc ——壓力升高比，=pz/pc ——等熵指數(shù) 理論循環(huán)是用循環(huán)熱效率和循環(huán)平均壓力來衡量和

定容加熱循環(huán)（=1）熱效率為：

定壓加熱循環(huán)（=1）熱效率為：

定容加熱循環(huán)（=1）熱效率為：

從熱效率的計算式中可以發(fā)現(xiàn)，影響熱效率的因素有：?t=f（k、ε、λ、ρ）

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。 從熱效率的計算式中可以發(fā)現(xiàn)，影響熱效率的因素 2）壓縮比ε對三種理論循環(huán)的影響汽油機壓縮比范圍為7~10，柴油機壓縮比范圍為14~22。 2）壓縮比ε對三種理論循環(huán)的影響汽油機壓縮比 3）壓力升高比λ 在混合加熱循環(huán)中，當循環(huán)總加熱量Q1和ε不變時，λ增大，則ρ減小。如下圖中z—b變到z’—b’，相應的Q2減少，?t提高。 但是λ、ε增加會造成最高溫度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，λ值成正比加大。若保持ε不變，則工質(zhì)的膨脹比也不會變化，這樣，循環(huán)放熱量Q2亦相應增加，而Q2/Q1不變，?t亦不變。 3）壓力升高比λ在定容加熱循環(huán)中，隨著循環(huán)加 4）預膨脹比ρ 在等壓加熱循環(huán)中，若ε保持不變，隨著加熱量Q1增加ρ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，當循環(huán)總加熱量Q1和ε保持不變，若ρ值增大，意味著等壓加熱部分增大，同樣?t下降。 4）預膨脹比ρ 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，用以評定發(fā)動機的循環(huán)做功能力。

式中W——循環(huán)所作的功（J）

Vs——氣缸工作容積（L）

2.循環(huán)平均壓力pt

根據(jù)工程熱力學公式，混合加熱循環(huán)的平均壓力為： 式中pa——進氣終了壓力（kPa） 對定容加熱循環(huán)（=1），其循環(huán)平均壓力 對定壓加熱循環(huán)（=1），其循環(huán)平均壓力

可見，pt是隨壓縮始點壓力、壓縮比、壓力升高比、預膨脹比、等熵指數(shù)和熱效率的增加而增加的。 根據(jù)工程熱力學公式，混合加熱循環(huán)的平均壓力為三種基本循環(huán)的比較

壓縮比及加熱量分別相同時比較壓縮比ε相同加熱量相同初態(tài)1相同

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，應增加混合加熱循環(huán)的等容部分。Ts4’5’4’’5’’abb’b’’41235三種基本循環(huán)的比較壓縮比及加熱量分別相汽、柴油機負荷變化(不同加熱量)時的對比

柴油機：由于噴霧壓燃后邊噴油邊燃燒,當負荷下降時，噴油時間縮短，但初期相當于等容燃燒的部分變化不大。這相當于λ基本不變而減小，則ηt提高。汽油機：點火后傳播燃燒且無論負荷大小，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x不變。當負荷下降時，燃燒速度降低，燃燒時間加長。這相當于λ下降而上升，則ηt降低。汽、柴油機負荷變化(不同加熱量)時的對比 柴油機：由于噴霧壓第二節(jié)四沖程發(fā)動機的實際循環(huán)發(fā)動機的實際循環(huán)

1、進氣過程

2、壓縮過程

3、燃燒過程

4、膨脹過程

5、排氣過程例如：汽油機5600轉(zhuǎn)/分，那么一個行程歷時多少秒？第二節(jié)四沖程發(fā)動機的實際循環(huán)發(fā)動機的實際循環(huán)例如：汽油機課件-汽車發(fā)動機原理教學第二章發(fā)動機的性能指標-進氣行程

進氣過程中，進氣門開啟，排氣門關(guān)閉，活塞從上止點向下止點運動，在氣缸內(nèi)形成真空，新鮮工質(zhì)被吸入氣缸。由于進氣系統(tǒng)的阻力，進氣終了時氣缸內(nèi)壓力小于大氣壓力，約為0.075~0.09MPa。因為流進氣缸內(nèi)的工質(zhì)受到氣缸壁、活塞頂?shù)雀邷貦C件及上一次循環(huán)殘余廢氣的余熱，所以進氣終了溫度也升高到370~400K。在右圖中進氣行程用曲線ra表示。進氣行程 進氣過程中，進氣門開啟，排氣門關(guān)閉，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)動機做功，必須在做功行程之前將工質(zhì)壓縮，此即為壓縮行程。在這個行程中，進、排氣門均關(guān)閉，活塞由下止點向上止點運動。在右圖中壓縮行程用曲線ac表示。壓縮過程是一個復雜的多變過程，其間有熱交換和漏氣損失。壓縮行程 為使吸入氣缸內(nèi)的工質(zhì)能迅速燃燒，以產(chǎn)燃燒過程

這個過程，活塞位于上止點前后，進、排氣門均關(guān)閉。燃燒過程的作用是將燃料的化學能轉(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，放出熱量越多，熱效率越高。 汽油機的燃燒過程接近定容加熱過程，原因是汽油機的可燃混合氣是在火花塞點火之前已基本形成，火花塞在上止點前點火，火焰迅速傳播到整個燃燒室，工質(zhì)的溫度、壓力迅速上升。 柴油機的燃燒過程接近混合加熱循環(huán)，噴油器在上止點前噴油，燃油微粒迅速與空氣混合，并借助于空氣的熱量而自燃。開始時，燃燒速度很快，工質(zhì)溫度、壓力劇增，接近定容加熱過程；后來，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：無論是汽油機還是柴油機，燃燒都不是瞬時完成的！燃燒過程 這個過程，活塞位于上止點前后，進、排做功過程

在這個行程中，進、排氣門仍舊關(guān)閉。當活塞接近上止點時，工質(zhì)燃燒放出大量的熱能。高溫高壓的燃氣推動活塞從上止點向下止點運動，通過連桿使曲軸旋轉(zhuǎn)并輸出機械能，除了用以維持發(fā)動機本身繼續(xù)運轉(zhuǎn)外的慣性能量外，其余的能量用于對外做功。在右圖上用曲線zb表示。做功行程比壓縮過程更復雜，除有熱交換和漏氣損失外還有補燃。因此，做功行程也是一個多變過程。做功過程 在這個行程中，進、排氣門仍舊關(guān)閉。當排氣過程

當做功行程接近終了時，開始排起行程，排氣門開啟，靠廢氣的壓力進行自由排氣，活塞到達下止點后再向上止點運動時，繼續(xù)將廢氣強制排到大氣中?；钊竭_上止點附近時，排氣行程結(jié)束，如右圖曲線br。排氣過程 當做功行程接近終了時，開始排起行程，實際循環(huán)各過程的特點

進氣過程： 進氣終了的壓力和溫度范圍為：汽油機 0.080~0.092（MPa） 340~380（K）柴油機 0.080~0.095（MPa） 300~340（K）

壓縮過程： 壓縮終了的壓力和溫度范圍為：汽油機 0.8~2.0（MPa） 600~750（K）柴油機 3.0~5.0（MPa） 750~1000（K）

燃燒過程： 由于柴油機因壓縮比高，燃燒的最高爆發(fā)壓力Pmax很高，但因柴油機的過量空氣系數(shù)相對于汽油機大，所以柴油機的最高燃燒溫度值Tmax反而比汽油機低。 燃燒的最高爆發(fā)壓力Pmax及最高溫度Tmax的范圍為：汽油機 3.0~8.0（MPa） 2200~2800（K）柴油機 4.5~9.0（MPa） 1800~2200（K）實際循環(huán)各過程的特點進氣過程：

膨脹過程： 由于柴油機膨脹比大，轉(zhuǎn)化為有用功的熱量多，熱效率高，所以膨脹終點的溫度和壓力均比汽油機小。 膨脹終了的壓力和溫度范圍為：汽油機 0.3~0.6（MPa） 1200~1500（K）柴油機 0.25~0.5（MPa） 800~1200（K）

排氣過程： 排氣溫度是作為檢查發(fā)動機工作狀況的一個參數(shù)。因為排氣溫度低，說明燃料燃燒后，轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ臒崃慷?，工作過程進行得好。 排氣終了的壓力和溫度范圍為：汽油機 0.105~0.125（MPa） 900~1100（K）柴油機 0.103~0.108（MPa） 700~900（K）膨脹過程：理論循環(huán)與實際循環(huán)比較1、實際工質(zhì)的影響2、換氣損失3、燃燒損失4、傳熱損失理論循環(huán)與實際循環(huán)比較1、實際工質(zhì)的影響

實際工質(zhì)影響 理論循環(huán)中假設工質(zhì)比熱容是定值，而實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。 實際工質(zhì)影響

換氣損失 燃燒廢氣的排出和新鮮空氣的吸入是使循環(huán)重復進行所必不可少的，由此而消耗的功稱為換氣損失。由于進、排氣系統(tǒng)中的流動阻力而產(chǎn)生的損失右圖中Wr所示。換氣過程中因排氣門在下止點前必要的提前開啟而產(chǎn)生的損失，稱為提前排氣損失，如右圖中面積W 換氣損失

燃燒損失

1）實際循環(huán)中燃燒非瞬時完成，所以噴油或點火在上止點之前，并且燃燒還會延續(xù)到膨脹行程，由此形成非瞬時燃燒損失和補燃損失，如右圖中WZ 2）實際循環(huán)中會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。 燃燒損失

傳熱損失 理論循環(huán)假定氣缸壁和工質(zhì)之間無熱交換。但實際循環(huán)中，氣缸壁（包括氣缸套、氣缸蓋、活塞、活塞環(huán)、氣門、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)實際統(tǒng)計，通過氣缸壁各部分向外散發(fā)的熱量損失所引起的發(fā)動機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%。 傳熱損失

通過以上分析表面。在實際循環(huán)諸多損失中，工質(zhì)影響造成的損失是人們無法改變的。其余各項損失中以氣缸壁傳熱損失和燃燒損失所占比重為大。 通過以上分析表面。在實際循環(huán)諸多損失中，工質(zhì)第三節(jié)發(fā)動機的指示指標、有效指標和強化指標

發(fā)動機的指示性能指標是指以工質(zhì)對活塞做功為計算基礎的指標，簡稱指示指標。

指示指標表征工質(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)對活塞做功為基礎，評價由燃燒到熱功轉(zhuǎn)換工作循環(huán)進行的質(zhì)量。是從示功圖測量計算得出的。第三節(jié)發(fā)動機的指示指標、有效指標和強化指標 發(fā)動機指示功和平均指示壓力

指示功是指氣缸內(nèi)完成一個工作循環(huán)所得到的有用功Wi。指示功的大小可以由p—V圖中閉合曲線所占有的面積求得。式中：Fi——示功圖面積，cm2；可以用求積儀或計算方法求得

a——示功圖縱坐標比例尺，Pa／cm；

b——示功圖橫坐標比例尺，cm3／cm。（J或N·m）指示功和平均指示壓力 指示功是指氣缸內(nèi)完成一個

平均指示壓力是指單位氣缸容積一個循環(huán)所作的指示功(Pa)。式中，Wi——發(fā)動機一個工作循環(huán)的指示功，J；

Vs——發(fā)動機氣缸工作容積，m3。若Vs用L為單位，Wi用kJ為單位，則pmi(MPa)式中，D和S分別為氣缸直徑和活塞行程 平均指示壓力是指單位氣缸容積一個循環(huán)所作的指示功(Pa)

平均指示壓力可以設想為一個恒定的壓力作用于活塞頂上，使活塞移動一個行程所作的功，即循環(huán)的指示功Wi

。

平均指示壓力是衡量發(fā)動機實際循環(huán)動力性能的一個很重要的指標。

平均指示壓力是從實際循環(huán)的角度評價發(fā)動機氣缸工作容積利用率高低的一個參數(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。平均指示壓力可以設想為一個恒定的壓力作用于活指示功率指示功率Pi

：發(fā)動機單位時間內(nèi)所作的指示功。

若：一臺內(nèi)燃機的缸數(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)指示功率指示功率Pi：發(fā)動機單位時間內(nèi)所作的指示功。指示熱效率和指示燃油消耗率

指示熱效率ηit：發(fā)動機實際循環(huán)指示功與所消耗燃料熱量的比值。式中，Q1——得到指示功Wi所消耗的熱量(J)。

對于一臺發(fā)動機，若測得其指示功率Pi(kW)、每小時燃油消耗量B(kg/h)，則：式中，3.6×l03——1kW·h的熱當量，kJ/(kW·h)；

B——每小時發(fā)動機的耗油量，kg/h；

Hu——所用燃料的低熱值，kJ/kg。指示熱效率和指示燃油消耗率 指示熱效率ηit：指示燃油消耗率

指示燃油消耗率[g／(kW·h)]：指單位指示功的耗油量。通常以單位指示千瓦小時的耗油量來表示：

表示實際循環(huán)的經(jīng)濟性指標ηit和bi之間存在著以下關(guān)系：指示燃油消耗率 指示燃油消耗率[g／(kW·h一般內(nèi)燃機的ηit和bi的統(tǒng)計范圍如下：

ηitbi／[g／(kW·h)-1]四沖程柴油機0.4l～0.48210～175二沖程柴油機0.40～0.48218～177

四沖程汽油機0.25～0.40344～218二沖程汽油機0.19～0.27435～305

從統(tǒng)計范圍可以看出：柴油機的指示熱效率高于汽油機，四沖程發(fā)動機的指示熱效率高于二沖程發(fā)動機。一般內(nèi)燃機的ηit和bi的統(tǒng)計范圍如下：從統(tǒng)發(fā)動機的有效性能指標

以曲軸輸出功為計算基礎的性能指標，稱為有效性能指標，簡稱有效指標。 有效指標被用來直接評定發(fā)動機實際工作性能的優(yōu)劣。發(fā)動機的有效性能指標 以曲軸輸出功為計算基礎的有效功和有效功率

有效功：發(fā)動機每循環(huán)曲軸輸出的單缸功量。式中：Wi循環(huán)凈指示功

Wm

循環(huán)實際機械損失功有效功和有效功率 有效功：發(fā)動機每循環(huán)曲軸輸出的單缸功量

有效功率(kw)機械損失:發(fā)動機內(nèi)部摩擦損失；驅(qū)動附件損耗；泵氣損失等。式中：Pi

指示功率

Pm

實際機械損失功率 有效功率(kw)機械損失:發(fā)動機內(nèi)部摩擦損失；式中：有效轉(zhuǎn)矩

發(fā)動機工作時由功率輸出軸輸出的轉(zhuǎn)矩稱為有效轉(zhuǎn)矩，可由測功器測得。(N·m)

發(fā)動機的有效功率Pe(kW)可以利用各種型式的測功器和轉(zhuǎn)速計分別測出發(fā)動機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)動機轉(zhuǎn)速，按以下公式求得:有效轉(zhuǎn)矩 發(fā)動機工作時由功率輸出軸輸出的轉(zhuǎn)矩稱平均有效壓力

平均有效壓力：發(fā)動機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)動機動力性能的一個很重要的參數(shù)。Ttq∝pme，pme反映了發(fā)動機單位氣缸工作容積輸出轉(zhuǎn)矩的大小。平均有效壓力 平均有效壓力：發(fā)動機單位氣缸工作轉(zhuǎn)速n和活塞平均速度（m／s）式中，S為活塞行程(m)n為發(fā)動機轉(zhuǎn)速(r/min)轉(zhuǎn)速n和活塞平均速度（m／s）式中，S為活塞行程(m) Cm大，則活塞組的熱負荷和曲柄連桿機構(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)燃機強化程度的參數(shù)。一般汽油機的Cm值不超過15m/s，柴油機的Cm值不超過13m/s。 為了提高轉(zhuǎn)速又不使Cm過大，可以減小行程S，即對于高速發(fā)動機，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/D<1時常稱為短行程。 Cm大，則活塞組的熱負荷和曲柄連桿機構(gòu)的慣性發(fā)動機經(jīng)濟性指標

衡量發(fā)動機經(jīng)濟性能的重要指標是有效熱效率ηet和有效燃油消耗率be。

有效熱效率是實際循環(huán)的有效功與為得到此有效功所消耗的熱量的比值，即發(fā)動機經(jīng)濟性指標 衡量發(fā)動機經(jīng)濟性能的重要指標

有效燃油消耗率[g／(kW·h)]是指單位有效功所消耗的燃油量，用be表示：（g/kw·h）

可見，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。 有效燃油消耗率[g／(kW·h)]是指單位有一般內(nèi)燃機在標定工況下的be和ηet值大致在以下范圍：

be／[g(kW·h)-1]ηet低速柴油機190～2250.38～0.45中速柴油機195～2400.36～0.43高速柴油機215～2850.30～0.40(其中較低的be值屬排氣渦輪增壓的四沖程、二沖程柴油機)四沖程汽油機274～4100.30～0.20二沖程汽油機410～5450.20～0.15一般內(nèi)燃機在標定工況下的be和ηet值大致在以下范圍：發(fā)動機強化指標

升功率：在標定工況下(指標定轉(zhuǎn)速、標定功率)，發(fā)動機每升氣缸工作容積所發(fā)出的有效功率。式中，pme為標定工況下的平均有效壓力，MPa；

n為標定轉(zhuǎn)速，r／min。(kW／L)PL值越大，發(fā)動機的強化程度越高，發(fā)出一定有效功率的發(fā)動機尺寸越小。因此，不斷提高Pme和n的水平以獲得更強化、更輕巧、更緊湊的發(fā)動機，這些一直是發(fā)動機設計者盡力追求的目標。因而PL是評定一臺發(fā)動機整機動力性能和強化程度的重要指標之一。發(fā)動機強化指標 升功率：在標定工況下(指標定轉(zhuǎn)比質(zhì)量：是發(fā)動機質(zhì)量與所給出的標定功率之比(kg／kW)

汽車發(fā)動機要求質(zhì)量小、功率大，所以其升功率大、比質(zhì)量小。汽油機的強化程度要比柴油機的高。比質(zhì)量：是發(fā)動機質(zhì)量與所給出的標定功率之比(kg／kW)

強化系數(shù)平均有效壓力與活塞平均速度的乘積稱為強化系數(shù)。

與活塞單位面積的功率成正比。其值越大，發(fā)動機的熱負荷和機械負荷愈高。

由于發(fā)動機的發(fā)展趨勢是強化程度不斷提高，所以強化系數(shù)值增大，也是技術(shù)進步的一個標志。 強化系數(shù)平均有效壓力與活塞平均速度的乘積稱為強化系數(shù)。1、已知某發(fā)動機在2000轉(zhuǎn)/分時，發(fā)動機的有效功率Pe為154kW，be=217g/(kW.h),發(fā)動機在此工況下的輸出扭矩為：

N.m，每小時耗油量為

kg，發(fā)動機的有效熱效率為：

%。（燃料的低熱值Hu為42500kJ/kg）。2、寫出四行程發(fā)動機充氣效率?v的表達式，并分析影響充氣效率?v的因素。1、已知某發(fā)動機在2000轉(zhuǎn)/分時，發(fā)動機的有效功率Pe為1機械損失和機械效率

發(fā)動機的機械損失消耗了一部分指示功率，而使對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，降低機械損失，特別是摩擦損失，使實際循環(huán)得到的功盡可能轉(zhuǎn)變成對外輸出的有效功，是提高發(fā)動機性能的一個重要方面。機械損失和機械效率發(fā)動機的機械損失消耗了一部分

平均機械損失壓力Pmm

發(fā)動機單位氣缸工作容積一個循環(huán)所損失的功。式中，

Pm為機械損失功率(kW)；

Vs為工作容積(L)；

n為轉(zhuǎn)速(r／min)；

i為氣缸數(shù)目。 平均機械損失壓力Pmm式中，機械效率：發(fā)動機的有效功率與指示功率之比。機械效率：機械損失的測定

發(fā)動機機械損失的原因極為復雜，以致無法用分析的辦法來求出準確的數(shù)值，即使有些經(jīng)驗公式可用來計算，也是極為近似而不可靠。為了獲得較為可信的結(jié)果，只有通過實際發(fā)動機的試驗來測定。 常用的測試方法有示功圖法、倒拖法、滅缸法和油耗線法等。機械損失的測定 發(fā)動機機械損失的原因