内燃机的工作指标.ppt

第二章第二章 内燃机的工作指内燃机的工作指标标Tuesday,May16,2023Tuesday,May16,2023主要学习内容主要学习内容2.32.3机械损失与机械效率机械损失与机械效率2.12.1示功图与指示性能指标示功图与指示性能指标2.22.2有效性能指标有效性能指标2.52.5提高内燃机动力性与经济性的途径提高内燃机动力性与经济性的途径2.42.4排放指标排放指标n n动力性能指标动力性能指标(功率、转矩、转速功率、转矩、转速)、n n经济性能指标经济性能指标(燃料与润滑油消耗率燃料与润滑油消耗率)、n n运转性能指标运转性能指标(冷起动性能、噪声和排气品质冷起动性能、噪声和排气品质)n n耐耐久久可可靠靠性性指指标标(大大修修或或更更换换零零件件之之间间的的最最长长运运行行时时间间与与无故障长期工作能力无故障长期工作能力)。本章主要研究表征动力性能指标和经济性能指标的各种参数本章主要研究表征动力性能指标和经济性能指标的各种参数及其相互关系。运转性能指标及其相互关系。运转性能指标(如冷起动性能等如冷起动性能等)和耐久可靠性指和耐久可靠性指标对内燃机来说有其不可忽视的重要性，它们将在本书的其他各标对内燃机来说有其不可忽视的重要性，它们将在本书的其他各章中分析讨论。章中分析讨论。内燃机的工作指标很多，主要有内燃机的工作指标很多，主要有:动力性指标：动力性指标：1.转矩转矩Ttq2.标定功率标定功率Pen 1)十五分钟功率十五分钟功率 2）一小时功率）一小时功率 3）十二小时功率）十二小时功率 4）持续功率）持续功率3.标定转速标定转速nn经济性能指标：经济性能指标：1.燃油消耗率燃油消耗率 be g/kwh2.机油消耗率机油消耗率bo g/kwh bo=0.10.3，0.43 g/kwh3.单位功率价格（比价格）位功率价格（比价格）价价/kw排放性指标：排放性指标：1.1.污染物种类：污染物种类：1 1）汽油机（）汽油机（COCO、HCHC、NONOX X）2 2）柴油机（）柴油机（COCO、HCHC、NONOX X、PMPM）2.2.排放标准限制排放标准限制第一节示功图与指示性能指标一、示功图一、示功图 二、指示性能指标二、指示性能指标一、示功图一、示功图定义：定义：气缸内压力随工作容积或曲轴转角变化的坐标图，称为气缸内压力随工作容积或曲轴转角变化的坐标图，称为示功图。示功图。利用不同形式的示功器或内燃机数据采集系统来观察或利用不同形式的示功器或内燃机数据采集系统来观察或记录相对于不同活塞位置或曲轴转角时气缸内工质压力的记录相对于不同活塞位置或曲轴转角时气缸内工质压力的变化，所得的结果即为变化，所得的结果即为p-Vp-V示功图或示功图或p-p-示功图。示功图。内燃机缸内压力数据采集系统内燃机缸内压力数据采集系统 示功图是研究内燃机工作过程的重要试验数据。示功图是研究内燃机工作过程的重要试验数据。示功图是研究内燃机工作过程的重要试验数据。示功图是研究内燃机工作过程的重要试验数据。上止点上止点气气缸缸压压力力 进气行程进气行程压缩行程压缩行程燃烧膨胀行程燃烧膨胀行程排气行程排气行程下止点下止点上止点上止点下止点下止点p-示功图示功图 曲轴转角/()CA0 018018036036054540 0720720p-V示功图示功图p-V图或图或p-图两者图两者可以互相转换可以互相转换。示功图的作用：示功图的作用：示功图的作用：示功图的作用：1.1.最高燃烧压力最高燃烧压力最高燃烧压力最高燃烧压力2.2.压力升高率压力升高率压力升高率压力升高率3.3.指示功指示功指示功指示功4.4.燃烧的始点、终点燃烧的始点、终点燃烧的始点、终点燃烧的始点、终点5.5.反求放热规律反求放热规律反求放热规律反求放热规律二、指示性能指标二、指示性能指标 内燃机的内燃机的指示性能指标指示性能指标是指是指以工质对活塞做功为基础以工质对活塞做功为基础以工质对活塞做功为基础以工质对活塞做功为基础的的指标。指标。指示性能指标只考虑了气缸内因燃烧不完全和传热等方面所引指示性能指标只考虑了气缸内因燃烧不完全和传热等方面所引起的热量损失起的热量损失，而没有考虑各运动副间所存在的摩擦损失、泵气损，而没有考虑各运动副间所存在的摩擦损失、泵气损失和辅助机械损失等。失和辅助机械损失等。指示性能指标主要包括：指示性能指标主要包括：1.1.1.1.指示功指示功指示功指示功W W W Wi i i i 2.2.2.2.平均指示压力平均指示压力平均指示压力平均指示压力p p p pmimimimi 3.3.3.3.指示功率指示功率指示功率指示功率P P P Pi i i i 4.4.4.4.指示热效率指示热效率指示热效率指示热效率i i i i 5.5.5.5.指示燃油消耗率指示燃油消耗率指示燃油消耗率指示燃油消耗率b b b bi i i i 1.1.指示功指示功 指示功指示功指示功指示功是指气缸内完成一个工作循环所得到的有用功是指气缸内完成一个工作循环所得到的有用功是指气缸内完成一个工作循环所得到的有用功是指气缸内完成一个工作循环所得到的有用功WWi i。指示功的大小可以由指示功的大小可以由指示功的大小可以由指示功的大小可以由p p-V V图中闭合曲线所占有的面积求得，图图中闭合曲线所占有的面积求得，图图中闭合曲线所占有的面积求得，图图中闭合曲线所占有的面积求得，图2 2-3 3中示出了四冲程非增压和增压发动机以及二冲程发动机的示功图中示出了四冲程非增压和增压发动机以及二冲程发动机的示功图中示出了四冲程非增压和增压发动机以及二冲程发动机的示功图中示出了四冲程非增压和增压发动机以及二冲程发动机的示功图 。图图图图2-3a2-3a中中中中四冲程非增压发动机四冲程非增压发动机四冲程非增压发动机四冲程非增压发动机的指示功面积的指示功面积的指示功面积的指示功面积F Fi i是由相是由相是由相是由相当于压缩、燃烧、膨胀行程中所得到的有用功面积当于压缩、燃烧、膨胀行程中所得到的有用功面积当于压缩、燃烧、膨胀行程中所得到的有用功面积当于压缩、燃烧、膨胀行程中所得到的有用功面积F Fl l和相和相和相和相当于进气、排气行程中消耗的功的面积当于进气、排气行程中消耗的功的面积当于进气、排气行程中消耗的功的面积当于进气、排气行程中消耗的功的面积F F2 2(即泵气损失即泵气损失即泵气损失即泵气损失)相相相相减而成，即减而成，即减而成，即减而成，即F Fi iF Fl lF F2 2。在在在在四冲程增压发动机四冲程增压发动机四冲程增压发动机四冲程增压发动机中中中中(图图图图2-3b)2-3b)，由于进气压力高于排，由于进气压力高于排，由于进气压力高于排，由于进气压力高于排气压力，在换气过程中，工质是对外做功的，因此，换气气压力，在换气过程中，工质是对外做功的，因此，换气气压力，在换气过程中，工质是对外做功的，因此，换气气压力，在换气过程中，工质是对外做功的，因此，换气功的面积功的面积功的面积功的面积F F2 2应与面积应与面积应与面积应与面积F Fl l叠加起来，即叠加起来，即叠加起来，即叠加起来，即F Fi iF F1 1F F2 2。在在在在二冲程发动机二冲程发动机二冲程发动机二冲程发动机中中中中(图图图图2-3c)2-3c)，只有一块示功图面积，只有一块示功图面积，只有一块示功图面积，只有一块示功图面积F Fi i，它表示了指示功的大小。它表示了指示功的大小。它表示了指示功的大小。它表示了指示功的大小。指示功的求得：指示功的求得：F Fi i可以用求积仪或计算方法求得，然后用下式计算可以用求积仪或计算方法求得，然后用下式计算可以用求积仪或计算方法求得，然后用下式计算可以用求积仪或计算方法求得，然后用下式计算WWi i(Nm(Nm或或或或J)J)值值值值 F Fi i为示功图面积，为示功图面积，为示功图面积，为示功图面积，cmcm2 2；a a为示功图纵坐标比例尺，为示功图纵坐标比例尺，为示功图纵坐标比例尺，为示功图纵坐标比例尺，PaPacmcm；b b为示功图横坐标比例尺，为示功图横坐标比例尺，为示功图横坐标比例尺，为示功图横坐标比例尺，cmcm3 3cmcm。指指指指示示示示功功功功WWi i反反反反映映映映了了了了发发发发动动动动机机机机气气气气缸缸缸缸在在在在一一一一个个个个工工工工作作作作循循循循环环环环中中中中所所所所获获获获得得得得的有用功的数量，的有用功的数量，的有用功的数量，的有用功的数量，指示功表示热功转换的有效程度。指示功表示热功转换的有效程度。指示功表示热功转换的有效程度。指示功表示热功转换的有效程度。它它它它除除除除了了了了和和和和循循循循环环环环中中中中热热热热功功功功转转转转换换换换的的的的有有有有效效效效程程程程度度度度有有有有关关关关外外外外，还还还还和和和和气气气气缸容积的大小有关。缸容积的大小有关。缸容积的大小有关。缸容积的大小有关。为为为为了了了了能能能能更更更更清清清清楚楚楚楚地地地地对对对对不不不不同同同同工工工工作作作作容容容容积积积积发发发发动动动动机机机机工工工工作作作作循循循循环环环环的的的的热热热热功功功功转转转转换换换换有有有有效效效效程程程程度度度度作作作作比比比比较较较较，引引引引出出出出了了了了平平平平均均均均指指指指示示示示压压压压力力力力(用用用用p pmimi表表表表示示示示)的概念。的概念。的概念。的概念。2.2.平均指示压力平均指示压力 平均指示压力不仅表示热功转换程度，还表示气缸容积的利用平均指示压力不仅表示热功转换程度，还表示气缸容积的利用程度。程度。平均指示压力平均指示压力平均指示压力平均指示压力，是指单位气缸容积一个循环所做的指示功是指单位气缸容积一个循环所做的指示功是指单位气缸容积一个循环所做的指示功是指单位气缸容积一个循环所做的指示功(Pa)(Pa)概念一概念一概念一概念一pmi=Wi/Vs 式中，式中，Wi为发动机一个工作循环的指示功为发动机一个工作循环的指示功（J）Vs为发动机气缸工作容积（为发动机气缸工作容积（m3）pmi=Wi/Vs 若若Vs用用L为单位，为单位，Wi用用kJ为单位，则为单位，则pmi为为(MPa)WipmiVspmi(D2/4)S，其中，其中，D和和S分别为气缸直径和活塞行程，分别为气缸直径和活塞行程，由此可以引出由此可以引出平均指示压力的平均指示压力的平均指示压力的平均指示压力的第二个概念第二个概念第二个概念第二个概念，即，即平均指示压力平均指示压力平均指示压力平均指示压力是一个假想的平均不变的压力，作用在活塞顶上，是一个假想的平均不变的压力，作用在活塞顶上，是一个假想的平均不变的压力，作用在活塞顶上，是一个假想的平均不变的压力，作用在活塞顶上，使活塞移动一个冲程使活塞移动一个冲程使活塞移动一个冲程使活塞移动一个冲程S S所做的功，即为循环的指示功所做的功，即为循环的指示功所做的功，即为循环的指示功所做的功，即为循环的指示功WWi i。平均指示压力是平均指示压力是从实际循环的角度评从实际循环的角度评价发动机气缸工作容价发动机气缸工作容积利用率高低的一个积利用率高低的一个参数。参数。pmi越高，同样越高，同样大小的气缸容积可以大小的气缸容积可以发出更大的指示功，发出更大的指示功，气缸工作容积的利用气缸工作容积的利用程度越佳。程度越佳。平均指示压力是衡量发动机实际循环动力性能的平均指示压力是衡量发动机实际循环动力性能的 一个很重要的指标。一个很重要的指标。指示功与平均指示压力的关系指示功与平均指示压力的关系一般内燃机在标定工况下的一般内燃机在标定工况下的pmi值在下列范围内：值在下列范围内：n n柴油机柴油机：四冲程非增压柴油机四冲程非增压柴油机 0.60.95MPa 四冲程增压柴油机四冲程增压柴油机 0.852.6MPa 二冲程柴油机二冲程柴油机 0.351.3MPan n汽油机汽油机：四冲程摩托车用汽油机四冲程摩托车用汽油机 0.91.43 MPa 四冲程小客车用汽油机四冲程小客车用汽油机 0.651.25MPa 四冲程载货车用汽油机四冲程载货车用汽油机 0.60.85 MPa 二冲程小型风冷汽油机二冲程小型风冷汽油机 0.40.85 Mpa3.3.指示功率指示功率 内燃机单位时间内所作的指示功称为内燃机单位时间内所作的指示功称为指示功率指示功率指示功率指示功率P Pi i。若一台内燃机的气缸数为若一台内燃机的气缸数为i，每缸的工作容积为，每缸的工作容积为Vs(m3),平均指平均指示压力为示压力为pmi（N/m2），转速为），转速为n（r/s），根据），根据pmi的定义，每循环的定义，每循环气体所作的指示功（气体所作的指示功（J）为）为:(2-4)(2-4)(2-3)(2-3)4.指示热效率和指示燃油消耗率指示热效率和指示燃油消耗率n指示热效率指示热效率指示热效率指示热效率 it it定义：定义：定义：定义：发动机实际循环指示功与所消耗燃发动机实际循环指示功与所消耗燃料热量的比值，即：料热量的比值，即：it=Wi/Q1 Q1为得到指示功为得到指示功Wi所消耗的热量（所消耗的热量（J）。）。对于一台发动机，当测得其指示功率对于一台发动机，当测得其指示功率Pi(kW)和每小时燃油消耗和每小时燃油消耗量量B(kgh)时。根据时。根据it的定义，可得：的定义，可得：式中，式中，3.6l03为为1kWh的热当量，的热当量，kJ(kWh)；B为每小时发动机的耗油量，为每小时发动机的耗油量，kgh；Hu为所用燃料的低热值，为所用燃料的低热值，kJkg。n n指示燃油消耗率指示燃油消耗率是指单位指示功的耗油量，它通常以是指单位指示功的耗油量，它通常以单位指示千瓦小时的耗油量单位指示千瓦小时的耗油量g/(kWh)来表示：来表示：bi=(B/Pi)103 因此，表示实际循环的经济性指标因此，表示实际循环的经济性指标it和和bi之间存之间存在着以下关系：在着以下关系：it=（3.6106）/（Hubi）一般内燃机的一般内燃机的itit和和bi i的统计范围如下：的统计范围如下：it bi g/(kWh)四冲程柴油机四冲程柴油机 0.410.50 210170 二冲程柴油机二冲程柴油机 0.400.50 215170 四冲程汽油机四冲程汽油机 0.250.40 340215 二冲程汽油机二冲程汽油机 0.200.278 430300 结论：柴油机的指示热效率结论：柴油机的指示热效率高于高于汽油机，汽油机，四冲程发动机的指示热效率四冲程发动机的指示热效率高于高于二冲程发动机。二冲程发动机。指示性能指标之间的关系指示性能指标之间的关系第二节 有效性能指标一、机械效率和有效功率一、机械效率和有效功率二、平均有效压力、有效功率和升功率二、平均有效压力、有效功率和升功率三、由吸入空气量计算平均有效压力三、由吸入空气量计算平均有效压力四、有效热效率和有效燃油消耗率四、有效热效率和有效燃油消耗率一、机械效率和有效功率一、机械效率和有效功率 上面所讨论的上面所讨论的上面所讨论的上面所讨论的指示性能指标指示性能指标指示性能指标指示性能指标只能评定只能评定只能评定只能评定工作循环工作循环工作循环工作循环进行的进行的进行的进行的好坏，发动机发出的好坏，发动机发出的好坏，发动机发出的好坏，发动机发出的指示功率指示功率指示功率指示功率需扣除运动件的摩擦功率以需扣除运动件的摩擦功率以需扣除运动件的摩擦功率以需扣除运动件的摩擦功率以及驱动气门机构、风扇、机油泵、发电机等附件所消耗的及驱动气门机构、风扇、机油泵、发电机等附件所消耗的及驱动气门机构、风扇、机油泵、发电机等附件所消耗的及驱动气门机构、风扇、机油泵、发电机等附件所消耗的功率后才能变为曲轴的有效输出，所有这些消耗功率的总功率后才能变为曲轴的有效输出，所有这些消耗功率的总功率后才能变为曲轴的有效输出，所有这些消耗功率的总功率后才能变为曲轴的有效输出，所有这些消耗功率的总和称为和称为和称为和称为机械损失功率机械损失功率机械损失功率机械损失功率P Pmm，从而，从而，从而，从而有效功率有效功率有效功率有效功率是指既考虑热损失，是指既考虑热损失，也考虑机械损失的指标也考虑机械损失的指标 Pe=Pi-Pm 有效功率与指示功率之比称为机械效率：有效功率与指示功率之比称为机械效率：有效功率与指示功率之比称为机械效率：有效功率与指示功率之比称为机械效率：m=Pe/Pi内燃机机械效率大致范围内燃机机械效率大致范围 内燃机的有效功率内燃机的有效功率内燃机的有效功率内燃机的有效功率P Pe e e e(kW)(kW)(kW)(kW)可以利用各种型式的测可以利用各种型式的测可以利用各种型式的测可以利用各种型式的测功器和转速计分别测出发动机在某一工况下曲轴的输功器和转速计分别测出发动机在某一工况下曲轴的输功器和转速计分别测出发动机在某一工况下曲轴的输功器和转速计分别测出发动机在某一工况下曲轴的输出转矩出转矩出转矩出转矩T Ttqtqtqtq及在同一工况下的发动机转速，按以下公式及在同一工况下的发动机转速，按以下公式及在同一工况下的发动机转速，按以下公式及在同一工况下的发动机转速，按以下公式求得求得求得求得:非增压柴油机非增压柴油机0.780.780.850.85 增压柴油机增压柴油机0.800.800.920.92 汽油机汽油机0.800.800.900.90二、平均有效压力、有效功率和升功率二、平均有效压力、有效功率和升功率n n与平均指示压力相似，与平均指示压力相似，与平均指示压力相似，与平均指示压力相似，平均有效压力平均有效压力平均有效压力平均有效压力可看作是一个假想可看作是一个假想可看作是一个假想可看作是一个假想的、平均不变的压力作用在活塞顶上，使活塞移动一个冲的、平均不变的压力作用在活塞顶上，使活塞移动一个冲的、平均不变的压力作用在活塞顶上，使活塞移动一个冲的、平均不变的压力作用在活塞顶上，使活塞移动一个冲程所做的功等于每循环所做的有效功。程所做的功等于每循环所做的有效功。程所做的功等于每循环所做的有效功。程所做的功等于每循环所做的有效功。n n平均有效压力平均有效压力平均有效压力平均有效压力是衡量发动机动力性能的一个很重要的参是衡量发动机动力性能的一个很重要的参是衡量发动机动力性能的一个很重要的参是衡量发动机动力性能的一个很重要的参数。数。数。数。n n按照上述定义可以所表示的按照上述定义可以所表示的按照上述定义可以所表示的按照上述定义可以所表示的p pmimi和和和和P Pi i之间的关系那样，列之间的关系那样，列之间的关系那样，列之间的关系那样，列出出出出P Pe e(kW)(kW)和和和和p pmeme(MPa)(MPa)的关系式的关系式的关系式的关系式 因此，对于一定气缸总工作容积因此，对于一定气缸总工作容积(即即i iV Vs s)的发动机，平的发动机，平均有效压力均有效压力p pmeme值反映了发动机输出转矩值反映了发动机输出转矩T Ttqtq的大小的大小:T Ttqtqp pme me p pme me 反映了发动机单位气缸工作容积输出转矩的大小反映了发动机单位气缸工作容积输出转矩的大小(2-12)(2-12)(2-13)(2-13)(2-14)(2-14)(2-15)(2-15)升功率升功率升功率升功率升功率升功率P PL L(kW(kWL)L)的定义的定义的定义的定义是在标定工况下，发动机每升气缸工作容积所发出的有效功率：PL=Pe/(iVs)式中，Pe为发动机的标定功率（kW）；i为气缸数；Vs为每气缸工容积（L）。式中，式中，p pme为标定工况下的平均有效压力（为标定工况下的平均有效压力（MPaMPa）；）；n n为标定转速（为标定转速（r rminmin）n n 升功率升功率升功率升功率P PL L是是从发动机从发动机从发动机从发动机有效功率有效功率有效功率有效功率的角度对其气缸工作的角度对其气缸工作的角度对其气缸工作的角度对其气缸工作容积的利用率容积的利用率容积的利用率容积的利用率作总的评价。它与作总的评价。它与pme和和n的乘积成正比。的乘积成正比。PL值越大，发动机的强化程度越高，发出一定有效功率值越大，发动机的强化程度越高，发出一定有效功率的发动机尺寸越小。的发动机尺寸越小。n 因此，不断提高因此，不断提高pme和和n的水平以获得更强化，更轻的水平以获得更强化，更轻巧和紧凑的发动机，一直是内燃机工作者致力以求的奋巧和紧凑的发动机，一直是内燃机工作者致力以求的奋斗目标，因而斗目标，因而PL是评定一台发动机是评定一台发动机整机整机整机整机动力性能动力性能动力性能动力性能和和和和强化强化强化强化程度程度程度程度的重要指标之一。的重要指标之一。发动机的发动机的 PL L&pmeme范围范围机机 型型pmeme/MPa/MPaPL L/kWL/kWL-1-1农用柴油机农用柴油机汽车用柴油机汽车用柴油机强化高速柴油机强化高速柴油机固定船用中速柴油机固定船用中速柴油机四冲程摩托车用汽油机四冲程摩托车用汽油机 四冲程小客车用汽油机四冲程小客车用汽油机四冲程载货汽车用汽油机四冲程载货汽车用汽油机 二冲程小型风冷汽油机二冲程小型风冷汽油机 0.5 0.50.70.7 0.7 0.71 1 1 12.92.9 0.6 0.62.5 2.5 0.78 0.781.2 1.2 0.65 0.651.25 1.25 0.6 0.60.7 0.7 0.4 0.40.650.65 8.8 8.814.714.7 20 204545 20 204545 3.7 3.77.357.35 51.8 51.870 70 40 406565 25 255050 18.4 18.473.573.51 1、表、表2-12-1我国我国20022002年生产的部分内燃机产品性能年生产的部分内燃机产品性能（p p：222223)23)2 2、表、表2-22-2国外生产的国外生产的20032003年年3 3月公布的被评为月公布的被评为1010个个最佳车用发动机产品性能参数表最佳车用发动机产品性能参数表 (p (p：232324)24)三、由吸入空气量计算平均有效压力三、由吸入空气量计算平均有效压力 根据每循环吸入的空气量来计算平均有效根据每循环吸入的空气量来计算平均有效压力，可以导出平均有效压力与一些热力学压力，可以导出平均有效压力与一些热力学参数之间的关系，从而明确提高平均有效压参数之间的关系，从而明确提高平均有效压力的技术措施。在推导前，先给出两个重要力的技术措施。在推导前，先给出两个重要定义。定义。充量系数充量系数c过量空气系数过量空气系数a1、充量系数、充量系数c 若把每循环吸入气缸的空气量换算成进气管状态（若把每循环吸入气缸的空气量换算成进气管状态（若把每循环吸入气缸的空气量换算成进气管状态（若把每循环吸入气缸的空气量换算成进气管状态（p ps s，T Ts s）的）的）的）的体积体积体积体积V V1 1，其值一般要比活塞排量，其值一般要比活塞排量，其值一般要比活塞排量，其值一般要比活塞排量V Vs s小，两者的比值定义为充量系小，两者的比值定义为充量系小，两者的比值定义为充量系小，两者的比值定义为充量系数数数数 c c，即：式中，式中，m1，M1，V1分别为实际进入气缸的新鲜空气的质量、分别为实际进入气缸的新鲜空气的质量、物质的量、在进气管状态（物质的量、在进气管状态（ps，Ts）下所占有的体积；）下所占有的体积；msh，Msh，Vs分别为在进气管状态下能充满气缸工作容积的空气质量、物质分别为在进气管状态下能充满气缸工作容积的空气质量、物质的量及气缸工作容积。的量及气缸工作容积。充量系数充量系数充量系数充量系数 c c是表征实际换气过程进行完善程度的一个极为重要是表征实际换气过程进行完善程度的一个极为重要是表征实际换气过程进行完善程度的一个极为重要是表征实际换气过程进行完善程度的一个极为重要的参数的参数的参数的参数。2、过量空气系数、过量空气系数a燃烧燃烧燃烧燃烧lkglkg燃料的实际空气量与理论空气量之比称为过燃料的实际空气量与理论空气量之比称为过燃料的实际空气量与理论空气量之比称为过燃料的实际空气量与理论空气量之比称为过量空气系数量空气系数量空气系数量空气系数 a a，即式中，式中，gb为每循环燃料供给量，为每循环燃料供给量，kg；lo为为1kg燃料完全燃烧所需的理论空气量，称为化学计量空燃料完全燃烧所需的理论空气量，称为化学计量空燃比。柴油燃比。柴油l014.3kgkg，汽油，汽油l014.7 kgkg。对对柴油机柴油机柴油机柴油机来说：来说：a a a a总是大于总是大于总是大于总是大于1 1 1 1，以保证喷入气缸的柴油能完全燃烧。柴，以保证喷入气缸的柴油能完全燃烧。柴油机在吸入气缸的空气量一定的情况下，油机在吸入气缸的空气量一定的情况下，a a a a小意味着可以小意味着可以小意味着可以小意味着可以向气缸多喷油，吸入气缸的空气利用率高，发出的功率大向气缸多喷油，吸入气缸的空气利用率高，发出的功率大向气缸多喷油，吸入气缸的空气利用率高，发出的功率大向气缸多喷油，吸入气缸的空气利用率高，发出的功率大。因此，因此，a a是反映混合气形成和燃烧完善程度及整机性是反映混合气形成和燃烧完善程度及整机性能的一个指标，能的一个指标，应力求减小应力求减小应力求减小应力求减小a a a a，减小，减小，减小，减小a a a a在小型高速柴油机在小型高速柴油机在小型高速柴油机在小型高速柴油机中主要受燃烧完善程度的限制，在大型及增压柴油机中主中主要受燃烧完善程度的限制，在大型及增压柴油机中主中主要受燃烧完善程度的限制，在大型及增压柴油机中主中主要受燃烧完善程度的限制，在大型及增压柴油机中主要受热负荷的限制要受热负荷的限制要受热负荷的限制要受热负荷的限制。柴油机在全负荷时柴油机在全负荷时a a的一般数值范围为：的一般数值范围为：高速柴油机高速柴油机 a1.21.5 增压柴油机增压柴油机 a 1.72.2对汽油机来说：对汽油机来说：对汽油机来说：对汽油机来说：在整个运行工况中，可以遇到在整个运行工况中，可以遇到在整个运行工况中，可以遇到在整个运行工况中，可以遇到a a1 1和和和和a1a1的的的的各种情况。各种情况。各种情况。各种情况。汽油机在全负荷时汽油机在全负荷时汽油机在全负荷时汽油机在全负荷时a a的一般数值范围为的一般数值范围为的一般数值范围为的一般数值范围为:a a0.850.851.11.1 除了运用除了运用除了运用除了运用a a a a这一参数来表示燃烧时空气量和燃这一参数来表示燃烧时空气量和燃这一参数来表示燃烧时空气量和燃这一参数来表示燃烧时空气量和燃料量之比外，还可以应用空气燃料比或燃料空气比料量之比外，还可以应用空气燃料比或燃料空气比料量之比外，还可以应用空气燃料比或燃料空气比料量之比外，还可以应用空气燃料比或燃料空气比1 1 1 1来表示，它们之间的关系为：来表示，它们之间的关系为：来表示，它们之间的关系为：来表示，它们之间的关系为：n实际发动机的a可由废气分析法求得。对于非增压的四冲程内燃机，也可由耗油量及耗气量按下求得n式中，Aa为每小时进入气缸的空气流量，kg/h；B为每小时耗油量，kg/h；l0为化学计量空燃比，kg/kgpme的推导与建立的推导与建立 上式建立了动力性能指标和经济性能指标上式建立了动力性能指标和经济性能指标 et et等等一系列参数之间的关系，在以后的各章中可以看到，一系列参数之间的关系，在以后的各章中可以看到，它是分析发动机性能的一个重要依据。它是分析发动机性能的一个重要依据。四、有效热效率和有效燃油消耗率四、有效热效率和有效燃油消耗率n衡量发动机经济性能的重要指标是有效热效率有效热效率有效热效率有效热效率 etet和有效有效有效有效燃油消耗率燃油消耗率燃油消耗率燃油消耗率b be e。n n有效热效率是实际循环的有效功与为得到此有效功所消有效热效率是实际循环的有效功与为得到此有效功所消有效热效率是实际循环的有效功与为得到此有效功所消有效热效率是实际循环的有效功与为得到此有效功所消耗的热量的比值耗的热量的比值耗的热量的比值耗的热量的比值，即n n有效燃油消耗率有效燃油消耗率有效燃油消耗率有效燃油消耗率g/(kWh)是指单位有效功的耗油量，通常用每有效kWh所消耗的燃料g数be来表示，即：n又可表示为n可见，有效燃油消耗率有效燃油消耗率与有效热效率有效热效率成反比成反比，知道其中一值后，可求出另一值。一般内燃机在标定工况下的一般内燃机在标定工况下的be和和et值大致在以下范围：值大致在以下范围：be g(kWh)-1 et低速柴油机低速柴油机 190225 0.380.46中速柴油机中速柴油机 200240 0.360.43高速柴油机高速柴油机 215285 0.300.40(其中较低的其中较低的be值属排气涡轮增压的四冲程、二冲程柴值属排气涡轮增压的四冲程、二冲程柴油机油机)四冲程汽油机四冲程汽油机 280340 0.250.30二冲程汽油机二冲程汽油机 400550 0.150.20三、发动机强化指标三、发动机强化指标n升功率：升功率：在标定工况下在标定工况下(指标定转速、标定功率指标定转速、标定功率)，发动机每升气缸工作容积所发出的有效功率。，发动机每升气缸工作容积所发出的有效功率。式中，式中，pme为标定工况下的平均有效压力，为标定工况下的平均有效压力，MPa；n为标定转速，为标定转速，rmin。(kWL)比质量：比质量：是发动机质量与所给出的标定是发动机质量与所给出的标定功率之比功率之比:(kgkW)汽车发动机要求质量小、功率大，所以其汽车发动机要求质量小、功率大，所以其升功率大、比质量小。升功率大、比质量小。汽油机的强化程度要比汽油机的强化程度要比柴油机的高柴油机的高.n强化系数强化系数平均有效压力与活塞平均速度的乘积称为平均有效压力与活塞平均速度的乘积称为强化系数。强化系数。与活塞单位面积的功率成正比。其值愈与活塞单位面积的功率成正比。其值愈大，发动机的热负荷和机械负荷愈高。大，发动机的热负荷和机械负荷愈高。发动机的类型发动机的类型强化系数强化系数汽油机汽油机 （817）MPams小型高速柴油机小型高速柴油机（6ll）MPams重型汽车柴油机重型汽车柴油机（915）MPams表表116 强化系数范围强化系数范围 第三节第三节 机械损失与机械效率机械损失与机械效率一、机械损失的组成部分一、机械损失的组成部分二、机械损失的测定二、机械损失的测定 在评定发动机机械损失时，除了机械损失功率在评定发动机机械损失时，除了机械损失功率在评定发动机机械损失时，除了机械损失功率在评定发动机机械损失时，除了机械损失功率P Pmm和机械效率和机械效率和机械效率和机械效率 mm外，同平均指外，同平均指外，同平均指外，同平均指示压力、平均有效压力的定义相似，也可应用单位气缸工作容积的比参数示压力、平均有效压力的定义相似，也可应用单位气缸工作容积的比参数示压力、平均有效压力的定义相似，也可应用单位气缸工作容积的比参数示压力、平均有效压力的定义相似，也可应用单位气缸工作容积的比参数平平平平均机械损失压力均机械损失压力均机械损失压力均机械损失压力p pmmmm。它的定义是：发动机单位气缸工作容积一个循环所损失的。它的定义是：发动机单位气缸工作容积一个循环所损失的。它的定义是：发动机单位气缸工作容积一个循环所损失的。它的定义是：发动机单位气缸工作容积一个循环所损失的功。功。功。功。它可以用来衡量机械损失的大小，参照式它可以用来衡量机械损失的大小，参照式它可以用来衡量机械损失的大小，参照式它可以用来衡量机械损失的大小，参照式(213)(213)可以写出可以写出可以写出可以写出p pmmmm (MPa)(MPa)为为为为 （227227）（228228）式中，式中，式中，式中，P Pmm为机械损失功率为机械损失功率为机械损失功率为机械损失功率(kW)(kW)；V Vs s为工作容积为工作容积为工作容积为工作容积(L)(L)；n n为转速为转速为转速为转速(r(rmin)min)。在致力于提高内燃机性能指标时，应尽可能减少机械损失，提高机械效率。在致力于提高内燃机性能指标时，应尽可能减少机械损失，提高机械效率。在致力于提高内燃机性能指标时，应尽可能减少机械损失，提高机械效率。在致力于提高内燃机性能指标时，应尽可能减少机械损失，提高机械效率。若不注意这点，有时在改善气缸内部指示指标的同时，却不自觉地增加了机械损若不注意这点，有时在改善气缸内部指示指标的同时，却不自觉地增加了机械损若不注意这点，有时在改善气缸内部指示指标的同时，却不自觉地增加了机械损若不注意这点，有时在改善气缸内部指示指标的同时，却不自觉地增加了机械损失，以致不能获得预期的改进效果。失，以致不能获得预期的改进效果。失，以致不能获得预期的改进效果。失，以致不能获得预期的改进效果。一、机械损失的组成部分一、机械损失的组成部分1.1.1.1.活塞与活塞环的摩擦损失活塞与活塞环的摩擦损失活塞与活塞环的摩擦损失活塞与活塞环的摩擦损失 2.2.2.2.轴承与气门机构的摩擦损失轴承与气门机构的摩擦损失轴承与气门机构的摩擦损失轴承与气门机构的摩擦损失3.3.3.3.驱动附属机构的功率消耗驱动附属机构的功率消耗驱动附属机构的功率消耗驱动附属机构的功率消耗4.4.4.4.风阻损失风阻损失风阻损失风阻损失5.5.5.5.驱动扫气泵及增压器的损失驱动扫气泵及增压器的损失驱动扫气泵及增压器的损失驱动扫气泵及增压器的损失 1.1.缸套与活塞及环组的摩擦损失缸套与活塞及环组的摩擦损失n活塞裙部及环岸与气缸套之间的摩擦损失活塞裙部及环岸与气缸套之间的摩擦损失n活塞环组与气缸套之间的摩擦损失活塞环组与气缸套之间的摩擦损失影响因素：影响因素：n活塞运动速度：活塞运动速度：C Cmmn润滑状态：液体润滑、边界润滑、干摩擦润滑状态：液体润滑、边界润滑、干摩擦n缸内压力：活塞侧推力、环间压力缸内压力：活塞侧推力、环间压力n活塞形状及表面特性活塞形状及表面特性n润滑油润滑油这部分损失占整个摩擦损失的这部分损失占整个摩擦损失的这部分损失占整个摩擦损失的这部分损失占整个摩擦损失的主要部分主要部分主要部分主要部分。2.2.轴承的摩擦损失轴承的摩擦损失n主轴承主轴承n连杆轴承连杆轴承n活塞销活塞销n凸轮轴轴承凸轮轴轴承n其他各种轴承其他各种轴承影响因素：影响因素：l 流体润滑状态流体润滑状态l 轴径圆周速度轴径圆周速度l 轴心轨迹轴心轨迹3.3.驱动附件机构的功率消耗驱动附件机构的功率消耗n配气机构配气机构n冷却水泵、机油泵、燃油泵冷却水泵、机油泵、燃油泵n喷油泵、调速器喷油泵、调速器n正时齿轮正时齿轮n发电机、空压机、空调压缩机发电机、空压机、空调压缩机n冷却风扇冷却风扇 这些附属机构消耗的功率随发动机的转速和润这些附属机构消耗的功率随发动机的转速和润这些附属机构消耗的功率随发动机的转速和润这些附属机构消耗的功率随发动机的转速和润滑油粘度的增加而增大，但与气缸压力无关它仅滑油粘度的增加而增大，但与气缸压力无关它仅滑油粘度的增加而增大，但与气缸压力无关它仅滑油粘度的增加而增大，但与气缸压力无关它仅占机械损失中一小部分。占机械损失中一小部分。占机械损失中一小部分。占机械损失中一小部分。4.4.风阻（流体摩擦）损失风阻（流体摩擦）损失活塞、连杆等往复运动件与空气、油雾等之间的摩擦损失。活塞、连杆等往复运动件与空气、油雾等之间的摩擦损失。曲轴等旋转运动件与空气、油雾等之间的摩擦损失。曲轴等旋转运动件与空气、油雾等之间的摩擦损失。曲轴箱通风曲轴箱通风特点特点:数值较小。数值较小。5.驱动扫气泵及增压器的损失驱动扫气泵及增压器的损失 n n在二冲程或机械增压发动机中，还要加上在二冲程或机械增压发动机中，还要加上对进气进行压缩而带来的损失。对进气进行压缩而带来的损失。5.5.驱动扫气泵及增压器的损失驱动扫气泵及增压器的损失扫气泵功耗：扫气泵功耗：二冲程发动机二冲程发动机 机械增压发动机机械