章--发动机的性能015资料优秀PPT.ppt

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1、1发动机原理发动机原理v参考书目参考书目v发动机原理发动机原理 林学东林学东v汽车拖拉机发动机汽车拖拉机发动机董敬董敬 v汽车构造汽车构造（上册）（上册）陈家瑞陈家瑞v工程热力学工程热力学陈贵堂陈贵堂2发动机原理发动机原理讲义讲义 讲授内容讲授内容其次章其次章 发动机的性能（发动机的性能（6学时）学时）发动机理论循环发动机理论循环 四行程发动机的实际循环（二冲程不讲）四行程发动机的实际循环（二冲程不讲）发动机有效指标发动机有效指标（热平衡不讲）（热平衡不讲）机械损失机械损失第三章第三章 发动机的换气过程（发动机的换气过程（4学时）学时）四行程发动机的换气过程四行程发动机的换气过程 充气效率及影

2、响因素充气效率及影响因素 提高充气效率的措施（增压技术不讲）提高充气效率的措施（增压技术不讲）废气再循环系统废气再循环系统3v第四章第四章 发动机的燃料及燃烧（发动机的燃料及燃烧（3学时）学时）v 发动机的燃料发动机的燃料v 燃料的运用特性燃料的运用特性v 燃烧过程初步燃烧过程初步v第五章第五章 汽油机混和气形成和燃烧（汽油机混和气形成和燃烧（6学时）学时）v 汽油机的燃烧过程汽油机的燃烧过程 v 汽油机混和气形成的特点汽油机混和气形成的特点v 燃烧室（重点驾驭技术要求及设计原则）燃烧室（重点驾驭技术要求及设计原则）4v第六章第六章 柴油机混和气形成和燃烧（柴油机混和气形成和燃烧（5学时）学时

3、）v 柴油机燃烧过程柴油机燃烧过程v 燃油喷射和雾化燃油喷射和雾化v 混和气形成和燃烧室混和气形成和燃烧室v 柴油机运行指标对燃烧过程的影响柴油机运行指标对燃烧过程的影响v第七章第七章 发动机特性（发动机特性（4学时）学时）v 发动机工况、发动机台架试验、发动机工况、发动机台架试验、v 负荷特性、速度特性、万有特性、调整特性负荷特性、速度特性、万有特性、调整特性5其次章其次章 发动机的性能发动机的性能x 内燃机：在气缸内将燃料的化学能通过燃烧转为热能，再通内燃机：在气缸内将燃料的化学能通过燃烧转为热能，再通 过曲柄连杆机构将热能转化为机械能的动力机械装置过曲柄连杆机构将热能转化为机械能的动力机

4、械装置 内燃机是通过工作循环连绵不断进行工作的，工作循环内燃机是通过工作循环连绵不断进行工作的，工作循环进行的好坏干脆影响到内燃机的各项性能。因此，我们从内进行的好坏干脆影响到内燃机的各项性能。因此，我们从内燃机的循环起先引出内燃机的各项性能指标。燃机的循环起先引出内燃机的各项性能指标。$2.1发动机理论循环发动机理论循环 燃烧燃烧 膨胀膨胀在内燃机中燃料化学能在内燃机中燃料化学能 工质热能工质热能 机械功。这一过程特别困机械功。这一过程特别困难，为抓住内燃机中热功转换的主要冲突，找寻提高内燃机难，为抓住内燃机中热功转换的主要冲突，找寻提高内燃机性能的主要方向。我们把实际循环加以简化，抽象出理

5、论循性能的主要方向。我们把实际循环加以简化，抽象出理论循环。环。理论循环的定义理论循环的定义 在确定的简化条件下将发动机的实际工作循环按燃烧过程不在确定的简化条件下将发动机的实际工作循环按燃烧过程不同，抽象为几种典型的热力学可描述的过程，用于获得确定同，抽象为几种典型的热力学可描述的过程，用于获得确定的评价指标及各种参数对性能指标的影响规律。的评价指标及各种参数对性能指标的影响规律。6其次章其次章 发动机的性能发动机的性能x 热力学模型：热力学模型：系统、边界、外界是构成热力学模型的三个组成部分系统、边界、外界是构成热力学模型的三个组成部分系统：用确定的边界将探讨对象与四周的物体分割开来，这种

6、用边界围系统：用确定的边界将探讨对象与四周的物体分割开来，这种用边界围起来的探讨对象的物质总和称为热力学系统。起来的探讨对象的物质总和称为热力学系统。边界：边界是系统的范围及系统与外界相互作用的约束，系统通过边界边界：边界是系统的范围及系统与外界相互作用的约束，系统通过边界与外界进行热量、物质、功交换。与外界进行热量、物质、功交换。外界：系统边界以外的物质世界称为外界，由热库、功库、质量库、四外界：系统边界以外的物质世界称为外界，由热库、功库、质量库、四周环境构成。周环境构成。状态参数：压力状态参数：压力P，体积，体积V，气体的摩尔数，气体的摩尔数n，热力学常数，热力学常数R，温度，温度T，熵

7、熵S,等等6.021023个微粒的集体作为一个单位，称为摩尔，单位符号是个微粒的集体作为一个单位，称为摩尔，单位符号是mol。熵是系统无序程度的度量，熵值越大则无序度越大，熵是表征系统熵是系统无序程度的度量，熵值越大则无序度越大，熵是表征系统无用能大小的状态参数，熵本身并不代表能量，但熵与系统中无用能的无用能大小的状态参数，熵本身并不代表能量，但熵与系统中无用能的可变部分成正比，熵值越大，则系统的无用能越大。可变部分成正比，熵值越大，则系统的无用能越大。其次章其次章 发动机的性能发动机的性能x 热力过程：系统的状态变更过程称为热力过程热力过程：系统的状态变更过程称为热力过程准静态过程：状态变更

8、过程中每个中间状态都是平衡状态的过程。准静态过程：状态变更过程中每个中间状态都是平衡状态的过程。系统内压力温度等状态一样。系统内压力温度等状态一样。可逆过程：系统经验了一个热力过程后假如可以验原路径，逆向进行并可逆过程：系统经验了一个热力过程后假如可以验原路径，逆向进行并使系统和外界复原到初态而不留下任何影响，则系统原先经验的过程为使系统和外界复原到初态而不留下任何影响，则系统原先经验的过程为可逆过程。可逆过程。一切过程都是不行逆的，可逆过程是热力学志向化的概念，无法用试验一切过程都是不行逆的，可逆过程是热力学志向化的概念，无法用试验验证。验证。循环：系统从初始状态动身，经验一系列中间状态后，

9、又回到初态，这循环：系统从初始状态动身，经验一系列中间状态后，又回到初态，这种封闭的热力过程称为热力循环，种封闭的热力过程称为热力循环，8其次章其次章 发动机的性能发动机的性能x v系统状态参数系统状态参数vP为压力，为压力，V为体积，为体积，n为气体的摩尔数，为气体的摩尔数，R与气体成份相关的与气体成份相关的热力学常数，热力学常数，T为温度，为温度，S熵，熵，h焓焓v热力学方程热力学方程v PV=nRT（1）v热力学定律热力学定律:v热力学第确定律：自然界一切物体都具有能量，能量有各种不热力学第确定律：自然界一切物体都具有能量，能量有各种不同形式，它能从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传

10、同形式，它能从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，在转化和传递过程中能量的总和不变。递给另一个物体，在转化和传递过程中能量的总和不变。v热力学其次定律热力学其次定律:不行能把热从低温物体传到高温物体而不产不行能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响；不行能从单一热源取热使之完全转换为有用的生其他影响；不行能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响；不行逆热力过程中熵的微增量总是大功而不产生其他影响；不行逆热力过程中熵的微增量总是大于零。于零。v热力学第三定律热力学第三定律:是对熵的论述，一般当封闭系统达到稳定平是对熵的论述，一般当封闭系统达到稳定平衡时，熵应当

11、为最大值，在任何过程中，熵总是增加，但志衡时，熵应当为最大值，在任何过程中，熵总是增加，但志向气体假如是绝热可逆过程熵的变更为零，可是志向气体实向气体假如是绝热可逆过程熵的变更为零，可是志向气体实际并不存在，所以现实物质中，即使是绝热可逆过程，系统际并不存在，所以现实物质中，即使是绝热可逆过程，系统的熵也在增加，不过增加的少。的熵也在增加，不过增加的少。v典型热力过程典型热力过程v定压过程、定容过程、等温过程、等熵过程（绝热过程定压过程、定容过程、等温过程、等熵过程（绝热过程PVk=C）9其次章其次章 发动机的性能发动机的性能x P-V图中，等熵、等温曲线均分布在图中，等熵、等温曲线均分布在2

12、,4象限，象限，等熵曲线斜率等熵曲线斜率等温曲线等温曲线（等熵曲线（等熵曲线陡）陡）T-S图中定压、定容线分布在图中定压、定容线分布在1,3象限象限 定容曲线斜率定容曲线斜率（dT/ds=T/Cv）大于）大于 定压曲线斜率（定压曲线斜率（dT/ds=T/Cp）CPCvpvST等温线等温线等熵线等熵线等压线等压线等容线等容线等压线等压线等容线等容线等熵线等熵线等温线等温线热力学典型过程特征热力学典型过程特征表达形式：表达形式：P-V图和图和T-S图图10卡诺循环与内燃机的动力循环卡诺循环与内燃机的动力循环x x 绝热压缩、绝热压缩、等温加热过程、等温加热过程、绝热膨胀做功过程、绝热膨胀做功过程、

13、等温放热过程等温放热过程卡诺定理：任何实际循环热效率都卡诺定理：任何实际循环热效率都卡诺效率卡诺效率 意义：指明热力动力机械装置提高热效率的途径意义：指明热力动力机械装置提高热效率的途径卡诺效率卡诺效率:提高动力循环热效率的主提高动力循环热效率的主要途径要途径 温差温差高温热源高温热源T1卡诺热机低温热源低温热源T2 功功W=pdv11其次章其次章 发动机的性能发动机的性能 xv引言：引言：v性能指标概述性能指标概述v定义：评价发动机优劣的依据定义：评价发动机优劣的依据v分类：分类：A按来源分，按来源分，B按评价内容分按评价内容分vA：理论指标：基于理论循环得出的动力性、经济性指标；：理论指标

14、：基于理论循环得出的动力性、经济性指标；v 指示指标：基于缸内实际循环得出的动力性、经济性指指示指标：基于缸内实际循环得出的动力性、经济性指标；标；v 有效指标（好用指标）：发动机实际运行中所表现出的有效指标（好用指标）：发动机实际运行中所表现出的各种性能指标。各种性能指标。v “几个下标的含意几个下标的含意t:理论的（理论的（theory），），i：指示的：指示的（indicated）e:有效的（有效的（effective）”vB：动力性指标：动力性指标 Pe，Ttq，n；v 经济性指标：经济性指标：e，b，B；v 运行指标：冷启动、噪声、排放；运行指标：冷启动、噪声、排放；v 加工工艺：牢

15、靠性、耐久性、成本加工工艺：牢靠性、耐久性、成本v 12其次章其次章 发动机的性能发动机的性能 v$2.1发动机理论循环发动机理论循环v$2.1.1 简化条件简化条件v封闭循环：排气、吸气过程为定容放热，无物质交换；封闭循环：排气、吸气过程为定容放热，无物质交换；v压缩过程、膨胀过程为绝热（等熵：压缩过程、膨胀过程为绝热（等熵：PVk=C），不考），不考虑传热损失；虑传热损失；v热源加热：燃烧过程为瞬时热源加热（定容或定压），热源加热：燃烧过程为瞬时热源加热（定容或定压），不考虑燃烧过程的时间损失；不考虑燃烧过程的时间损失；v志向工质：工质为空气、不考虑成份变更及数量变更；志向工质：工质为空气

16、、不考虑成份变更及数量变更；v可逆过程：循环中无能量的损失只有能量的转换，总可逆过程：循环中无能量的损失只有能量的转换，总熵产为熵产为0，可用热力学的循环来表示。，可用热力学的循环来表示。13其次章其次章 发动机的性能发动机的性能 v$2.1.2 理论循环历程理论循环历程v等熵（绝热）压缩：等熵（绝热）压缩：a-c、工质加热（志向燃烧过程）、工质加热（志向燃烧过程）c-z、等熵（绝热）、等熵（绝热）膨胀：膨胀：z-b、定容放热（志向换气过程）：、定容放热（志向换气过程）：b-a.v理论循环分类：（取决于工质加热方式）理论循环分类：（取决于工质加热方式）v定容加热循环（火花点火汽油机燃烧模式）：

17、燃烧快速、上止点（定容：定容加热循环（火花点火汽油机燃烧模式）：燃烧快速、上止点（定容：余隙容积）加热。余隙容积）加热。v定压加热循环（高增压、低速大型压燃柴油机燃烧模式）：上止点后燃定压加热循环（高增压、低速大型压燃柴油机燃烧模式）：上止点后燃烧、加热缓慢，放热量导致的压力增加与容积增大引起的压力下降抵消，烧、加热缓慢，放热量导致的压力增加与容积增大引起的压力下降抵消，压力维持不变。压力维持不变。v混和加热循环（车用高速压燃柴油机燃烧模式）：一部分（预混和燃烧）混和加热循环（车用高速压燃柴油机燃烧模式）：一部分（预混和燃烧）定容燃烧、一部分（扩散燃烧）定压燃烧。定容燃烧、一部分（扩散燃烧）定

18、压燃烧。14v$2.1.3理论循环的评定xv1、经济性用循环热效率（t）评定：工质所做的循环功Wt与循环加热量Q1之比。v即：vQ2-工质传给冷源的热量（图中网格剖面线面积），即ab线下方的面积vQ1-135剖面线所填充的全部面积（含网格线部分），即c-z-z线下面积Q2 Q115v依据热力学公式混合加热循环的热效率依据热力学公式混合加热循环的热效率v 定容加热循环定容加热循环=1v定压加热循环定压加热循环=1v式中：式中：-（压缩比）（压缩比）；v Va-汽缸总容积；汽缸总容积；Vs-工作容积；工作容积；Vc-压缩容积；压缩容积；v （压升比）（压升比）：；预膨胀比：预膨胀比：v后膨胀比：后

19、膨胀比：v绝热指数：绝热指数：K=16v2、动力性、动力性用理论循环平均压力用理论循环平均压力pt评定：单位气缸工作容评定：单位气缸工作容积所做的理论循环功积所做的理论循环功v (J/m3)MPa v 依据热力学公式：依据热力学公式：v混合加热循环混合加热循环v v Pa压缩始点的压力压缩始点的压力kPav 定容加热循环定容加热循环=1v定压加热循环定压加热循环=1v由上述公式可知，循环热效率和循环平均压力只和由上述公式可知，循环热效率和循环平均压力只和、k、pa五个参数有关。五个参数有关。17v影响理论热效率的主要因素（本章的重点内容）影响理论热效率的主要因素（本章的重点内容）x解析方法及公

20、式：解析方法及公式：基于基于a点相同、点相同、Q1相同（特殊情况除外），其余参数不变（若有可能）的相同（特殊情况除外），其余参数不变（若有可能）的T-S、P-V图（尤其是图（尤其是T-S图）进行分析。图）进行分析。（定容放热线下方面积）（定容放热线下方面积）T-S图中定容过程曲线的斜率：图中定容过程曲线的斜率：；定压过程曲线斜率：；定压过程曲线斜率：；因为因为CpCv，所以定容曲线陡峭，而定压过程曲线较平缓。，所以定容曲线陡峭，而定压过程曲线较平缓。对于对于P-V图等熵过程；图等熵过程；等温过程：等温过程：，等温斜率小，等温斜率小。18各个参数对各个参数对t的影响分析的影响分析 压缩比：压缩比

21、：由公式可知，无论任何循环模式有：由公式可知，无论任何循环模式有：循环平均吸热温度循环平均吸热温度，循环平均放热温度，循环平均放热温度循环温差扩大循环温差扩大 膨胀比增大膨胀比增大 t 。从图中可知从图中可知 当当 Q2mQ2v tv tm tpb)Q1，pz相同：相同：Q2vQ2mQ2p tp tm tvc)Tz，pz相同：相同：Q2p=Q2m=Q2v tp tm tv232.2 发动机的实际循环发动机的实际循环 v组成（四行程）：进气、压缩、燃烧、膨胀和排气。组成（四行程）：进气、压缩、燃烧、膨胀和排气。v表达方式：通常用气缸内工质的压力随气缸容积（或曲轴转角）的变表达方式：通常用气缸内工

22、质的压力随气缸容积（或曲轴转角）的变更图形更图形PV图或图或P图来表示，称为示功图。（用不同方向的线演图来表示，称为示功图。（用不同方向的线演示每个历程的正负功状况，以确定哪里是正、哪里是负。）示每个历程的正负功状况，以确定哪里是正、哪里是负。）-工质对活塞做的功；正功。-泵气损失；增压机：正功；非增压机：负功。25v一、进气过程（一、进气过程（ra）xv作用：吸入簇新工质，为加入作用：吸入簇新工质，为加入Q1作准备；作准备；v特点：特点：PaP0 克服进气系统阻力，克服进气系统阻力，v TaT0 缸内残余废气加热；缸内残余废气加热；v 高温机件加热；高温机件加热；v 汽油机，进气预热。汽油机

23、，进气预热。v引起进入的簇新气体变少，导致充气效率（充量系数）引起进入的簇新气体变少，导致充气效率（充量系数）Pz 汽油机混合气热值高、燃烧温度汽油机混合气热值高、燃烧温度 v 高高Tz29四、四、膨胀过程膨胀过程（zb）x汽油机汽油机柴油机柴油机 式中式中后膨胀比。后膨胀比。工质吸热工质吸热n2 作用：热向功转换。作用：热向功转换。特点：多变过程，比压缩过程更为困难，除特点：多变过程，比压缩过程更为困难，除有热交换和漏气损失外，还有补燃等现象。有热交换和漏气损失外，还有补燃等现象。膨胀初期，有补燃对工质加热膨胀初期，有补燃对工质加热向缸壁散热，工向缸壁散热，工质吸热质吸热 n2n2；某一瞬间

24、工质达到热平衡，某一瞬间工质达到热平衡，n2=n2；此后，由于工质向缸壁散热多，此后，由于工质向缸壁散热多，n2 n2。30四、膨胀过程（四、膨胀过程（zb）x为简便起见，在计算中常用一个不变的平均膨胀多变指数为简便起见，在计算中常用一个不变的平均膨胀多变指数n2来取而来取而代之。代之。n2范围：范围：汽油机汽油机 n2=1.231.28柴油机柴油机 n2=1.151.28膨胀终点膨胀终点b的压力（的压力（kPa）、温度（）、温度（K）范围：）范围：Pb（MPa）Tb（K）汽油机汽油机 0.30.6 12001500 柴油机柴油机 0.20.5 10001200由于柴油机膨胀比大，转化为有用功

25、的热量多，热效率高（由于柴油机膨胀比大，转化为有用功的热量多，热效率高（b点工质点工质焓值下降）所以膨胀终了的温度和压力均比汽油机小。焓值下降）所以膨胀终了的温度和压力均比汽油机小。若若Tb、Pb过高则发动机膨胀不充分或燃烧过程迟后，发动机性能急剧过高则发动机膨胀不充分或燃烧过程迟后，发动机性能急剧恶化、发动机热负荷过高，必需进行适当调整。恶化、发动机热负荷过高，必需进行适当调整。31v 五、排气过程（br）xv作用：将气缸内的废气解除，为下一循作准备。v特点：PrP0 P=Pr-P0用来克服排气系统有阻力，（后处理器和消音器产生，小于25kpa）v排气终了的压力Pr愈大，说明残留在气缸中的废

26、气就愈多。v排气温度Tr低，说明燃料燃烧后，转变为有用功的热量多，工作过程进行得好。排温Tr偏高，应马上查明缘由。v v参数范围：v 排气终了的压力、温度（K）是v 汽油机和柴油机 Pr=（1.051.2）P0 v 汽油机 Tr=9001100v 柴油机 Tr=700900v柴油机膨胀比大Tr低32v2-3 实际循环的评定实际循环的评定指示指标指示指标v可得到的评价指标：指示指标可得到的评价指标：指示指标v指示指标用来评定实际循环质量的好坏，指示指标用来评定实际循环质量的好坏，以工质在气缸内对活塞做功为基础。以工质在气缸内对活塞做功为基础。v用平均指示压力及指示功率评定循环的用平均指示压力及指

27、示功率评定循环的动力性动力性即做功实力。即做功实力。v用循环热效率及燃料消耗率评定循环的用循环热效率及燃料消耗率评定循环的经济性。经济性。v 动力性指标：循环指示功动力性指标：循环指示功Wi，平均指，平均指示压力示压力pmi，指示功率，指示功率Piv1、循环指示功、循环指示功Wi（kJ）：一个实际循）：一个实际循环工质对活塞所做的有用功。环工质对活塞所做的有用功。v循环指示功的真实值可依据实测示功图循环指示功的真实值可依据实测示功图面积计算求得：面积计算求得：v 33v2、平均指示压力平均指示压力pmi（MPa）：发动机单位气缸）：发动机单位气缸 工作容积一个循环所做的工作容积一个循环所做的指

28、示功。指示功。v 循环指示功循环指示功Wi（kJ）可以写成：）可以写成：v pmi=Wi/Vsv Wi=pmi Vs=v v式中：式中：pmi平均指示压力（平均指示压力（MPa）v （工作容积）（工作容积）v v D活塞直径（活塞直径（m）v S活塞行程（活塞行程（m）。）。v也可以假想一个、大小不变的压力也可以假想一个、大小不变的压力pmi作用在活塞上，使活塞移动一个行程，作用在活塞上，使活塞移动一个行程，其所做的功等于循环功，则此假想的其所做的功等于循环功，则此假想的pmi压力即为平均指示压力。压力即为平均指示压力。v pmi的范围的范围：v 汽油机汽油机 0.81.5 MPav 柴油机柴

29、油机 0.71.1 MPav 增压柴油机增压柴油机 12.5 MPa 34v 3 指示功率指示功率：v指示功率指示功率Pi（kW）：发动机单位时间所做的指示功。）：发动机单位时间所做的指示功。v kWv v 式中式中 Wi指示功（指示功（kJ）；）；v Vs气缸工作容积（气缸工作容积（L）；）；v 行程数。行程数。四行程四行程=4；二行程；二行程=2；v n发动机的转速（发动机的转速（rmin）；）；v i发动机的气缸数。发动机的气缸数。35v 经济性指标：指示燃料消耗率bi和指示热效率i：v1、指示燃料消耗率bi（简称指示比油耗）：v单位指示功的耗油量，通常以每千瓦小时的耗油量表示v g/（

30、kW.h）v B每小燃油消耗量（kg/h）Pi指示功率v2、指示热效率：实际循环指示功Wi与所消耗的燃料热量Q1之比。v从指示比油耗定义可以得出单位指示功（1kW.h做功=3.6103kJ）消耗的燃料能量为bi*hu/1000 kJ（hu为燃料的低热值kJkg）。v依据指示热效率的定义：v v 范围：指示热效率 big/（kw.h）v 汽油机 0.30.4 205320v 柴油机 0.40.5 17020536v作业题：作业题：v1.试比较在实际循环的五个过程中汽油机和试比较在实际循环的五个过程中汽油机和柴油机下列参数的大小，并说明为什么？柴油机下列参数的大小，并说明为什么？v2.画图（画图（

31、PV+TS）分析相同压缩比下的等压）分析相同压缩比下的等压加热循环与等容加热循环的热效率大小？加热循环与等容加热循环的热效率大小？372.4 发动机经济性和动力性的评定有效指标 v发动机经济性和动力性指标是以曲轴对外输出的功率为基础，发动机经济性和动力性指标是以曲轴对外输出的功率为基础，代表了发动机整机的性能，通常称它们为代表了发动机整机的性能，通常称它们为有效指标有效指标。（。（Ttq，n（Pe）及发动机结构参数是已知的）。）及发动机结构参数是已知的）。v一、动力性能一、动力性能v1、有效扭矩：曲轴输出的扭矩、有效扭矩：曲轴输出的扭矩Ttq（可以实测）（可以实测）v （N.m）v2、发动机转

32、速、发动机转速n：曲轴每分钟转数：曲轴每分钟转数r/min（可以实测）（可以实测）v3、有效功率：曲轴对外输出的功率，称为有效功率、有效功率：曲轴对外输出的功率，称为有效功率v v由功率扭矩由功率扭矩角速度推导出来。角速度推导出来。38v4平均有效压力平均有效压力pme(MPa）：单位气缸工作容积输出的有）：单位气缸工作容积输出的有效功。效功。v v vpme值大，说明单位气缸工作容积对外输出的功多，做功实值大，说明单位气缸工作容积对外输出的功多，做功实力强。是评定发动机动力性的重要指标。力强。是评定发动机动力性的重要指标。v 范围：范围：v 汽油机汽油机 0.71.3 MPav 柴油机柴油机

33、 0.61.0 MPav 增压柴油机增压柴油机 0.92.2 MPav 因为非增压柴油机为了保证燃烧充分，空燃比很大，混合因为非增压柴油机为了保证燃烧充分，空燃比很大，混合气热值低、循环加热量气热值低、循环加热量Q1低，所以其平均有效压力低。增低，所以其平均有效压力低。增压后每循环所吸入的混合气量增加，压后每循环所吸入的混合气量增加，pme增加。增加。cm3m339v5转速转速n和活塞平均速度和活塞平均速度Cm vn 单位时间的做功次数单位时间的做功次数Pe，但，但n 活塞平均速度活塞平均速度 Cm=Sxn/30惯性力惯性力：v磨损加剧，寿命下降磨损加剧，寿命下降v式中式中S活塞行程（活塞行程

34、（m）vCm为表征发动机强化程度的参数。为表征发动机强化程度的参数。v 一般汽油机一般汽油机18m/s，v 柴油机柴油机13m/s。v 为了提高转速又不使过大，可减小行程为了提高转速又不使过大，可减小行程S，一般用行程缸径比（，一般用行程缸径比（S/D）表示。但表示。但S/D值小也会造成燃烧室高度减小，其表面积与容积的比值小也会造成燃烧室高度减小，其表面积与容积的比 A/V值增大，不利于燃烧，值增大，不利于燃烧，HC 。当。当 S/D1时，常称为短行程。时，常称为短行程。v 范围：范围：v n（r/min）（m/s）Cm S/Dv 小客车汽油机小客车汽油机 50008000 1218 0.71

35、.0v 载货车汽油机载货车汽油机 36004500 1015 0.81.2v 汽车柴油机汽车柴油机 20005000 915 0.751.2v 增压柴油机增压柴油机 15004000 812 0.91.3 40v二、发动机经济性能二、发动机经济性能v v1有效燃料消耗率有效燃料消耗率be：单位有效功的耗油量（简称耗油率或：单位有效功的耗油量（简称耗油率或比油耗）。比油耗）。v v 式中式中 B每小时的耗油量（每小时的耗油量（kgh）；）；v Pe有效功率（有效功率（kw）。）。v2有效热效率有效热效率：有效功：有效功We（J）与所消耗燃料热量）与所消耗燃料热量Q1之比值。之比值。v v范围：范

36、围：v ee be g/（kw.h）v 汽油机汽油机 0.250.3 270325v 柴油机柴油机 0.30.45 180一一28541v三、发动机强化指标三、发动机强化指标v 1、升功率、升功率PL和比质量和比质量mev 升功率（升功率（kWL）是发动机每升工作容积所发出的有效功率。）是发动机每升工作容积所发出的有效功率。v 可见，提高可见，提高PL的主要措施是提高的主要措施是提高Pme和和n或削减冲程数。衡或削减冲程数。衡量发动机容积利用的程度。量发动机容积利用的程度。v目前，竞赛用摩托车、赛车均接受短行程的高速发动机。目前，竞赛用摩托车、赛车均接受短行程的高速发动机。v 比质量比质量me

37、（kgkw）是发动机的干质量）是发动机的干质量m与所给出的标定功率之与所给出的标定功率之比。它表征质量利用程度和结构紧凑性。比。它表征质量利用程度和结构紧凑性。v 范围：范围：v PL（kWL）me（kgkw）v 汽油机汽油机 3070 1.14.0v 汽车柴油机汽车柴油机 1830 2.59.0v 拖拉机柴油机拖拉机柴油机 915 5.516v 2、强化系数、强化系数Pme Cmv 平均有效压力与活塞平均速度平均有效压力与活塞平均速度Cm的乘积称为强化系数。它与活塞单的乘积称为强化系数。它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。位面积的功率成正比。其值愈大，发动机

38、的热负荷和机械负荷愈高。42v三、发动机强化指标三、发动机强化指标v2、强化系数、强化系数Pme Cmv 大致范围：大致范围：v 汽油机汽油机 817 Mpa.m/sv 小型高速柴油机小型高速柴油机 611 Mpa.m/sv 重型汽车柴油机重型汽车柴油机 915 Mpa.m/sv1.5 发动机的环境指标发动机的环境指标v发动机的环境指标主要指排气品质和噪声。发动机的环境指标主要指排气品质和噪声。v一、排放性能一、排放性能v其排出的有害物分为下述两类。其排出的有害物分为下述两类。v1汽油机排出有害气体：汽油机排出有害气体：CO、HC、NOx。v2柴油机排气微粒：柴油机排气微粒：CO、HC、NOx

39、、排气微粒（、排气微粒（PM）。）。v二、噪声二、噪声v噪声会刺激神经，使人心情烦燥、反应迟钝、甚至产生耳聋、高血压和噪声会刺激神经，使人心情烦燥、反应迟钝、甚至产生耳聋、高血压和神经系统疾病。汽车是城市的主要噪声源之一；神经系统疾病。汽车是城市的主要噪声源之一；v发动机又是汽车的主实噪声源一，故必需赐予限制。如我国噪声标准中发动机又是汽车的主实噪声源一，故必需赐予限制。如我国噪声标准中规定，轿车噪声不得大于规定，轿车噪声不得大于84dB。432.5 机械损失机械损失 v机械损失的组成及机械效率机械损失的组成及机械效率 v机械损失：发动机实际循环所做的指示功不行能机械损失：发动机实际循环所做的

40、指示功不行能完全对外输出，功在发动机内部转化过程中必定完全对外输出，功在发动机内部转化过程中必定会有所损失，所消耗在发动机内部的这部分功称会有所损失，所消耗在发动机内部的这部分功称为机械损失。为机械损失。v用机械损失功率用机械损失功率Pm，机械损失压力，机械损失压力pmm表示。表示。v 44v机械损失功率机械损失功率Pm组成：组成：v v 、摩擦损失摩擦损失 活塞及活塞环活塞及活塞环v 连杆、曲轴轴承连杆、曲轴轴承 6275%。v 配气机构配气机构 v v 、驱动附件损失驱动附件损失 水泵水泵v 风扇风扇 1020%v 机油泵机油泵v 电器设备电器设备v 空调（可选）空调（可选）v 、泵气损失

41、泵气损失 1020%45v机械效率机械效率：发动机实际输出的功（有效功）与指示功的比值。46v二、机械损失的测定二、机械损失的测定v 机械损失功率是通过对实际发动机试验来测定。机械损失功率是通过对实际发动机试验来测定。常用的测试方法有倒拖法、停缸法、油耗线法和示常用的测试方法有倒拖法、停缸法、油耗线法和示功图法。功图法。v1、倒拖法、倒拖法v 发动机与电力测功器相连。在稳定工况，当冷却发动机与电力测功器相连。在稳定工况，当冷却水和机油温度到达正常值时，马上切断供油（柴油水和机油温度到达正常值时，马上切断供油（柴油机）或停止点火（汽油机），同时将电力测功器转机）或停止点火（汽油机），同时将电力测

42、功器转换为电动机，倒拖发动机，并尽可能维持冷却水和换为电动机，倒拖发动机，并尽可能维持冷却水和机油温度不变。电力测功器所测得的倒拖功率，即机油温度不变。电力测功器所测得的倒拖功率，即为机械损失功率。为机械损失功率。47v v 倒拖法缺点：倒拖法缺点：v 必需运用电力测功器；必需运用电力测功器；v 没有燃烧，压力低摩擦损失小；没有燃烧，压力低摩擦损失小；v 由传热、压缩线和膨胀不重合产生负功（由于缸内由传热、压缩线和膨胀不重合产生负功（由于缸内压力、温度与实际不符测量结果偏大）压力、温度与实际不符测量结果偏大）v 由于强制排引起泵气损失增加。由于强制排引起泵气损失增加。v 不行用于增压机不行用于

43、增压机v对于柴油机由于压缩比大，误差大可达对于柴油机由于压缩比大，误差大可达1520%。v对于汽油机对于汽油机=67，误差在，误差在5%左右。左右。48v2 2、停缸法、停缸法v 此法仅适用于多缸发动机。首先将发动机调整到给定工况稳定工作，此法仅适用于多缸发动机。首先将发动机调整到给定工况稳定工作，测定其有效功率测定其有效功率PePe；然后停止向一个气缸（例如第一缸）供油，并保持；然后停止向一个气缸（例如第一缸）供油，并保持内燃机原来的转速，再测定发动机的有效功率。两者之差即为所停油气内燃机原来的转速，再测定发动机的有效功率。两者之差即为所停油气缸的指示功率。同法，依次使各缸熄火，即可测得对应

44、的有效功率、缸的指示功率。同法，依次使各缸熄火，即可测得对应的有效功率、。于是可得各缸的指示功率为。于是可得各缸的指示功率为v 将上列各式相加得整机指示功率为将上列各式相加得整机指示功率为 v式中式中ii气缸数气缸数v因此，整机的机械损失功率因此，整机的机械损失功率 缺点：对汽油机，由于停缸会使进气状况变更，往往得不到正缺点：对汽油机，由于停缸会使进气状况变更，往往得不到正 确结果确结果 不能用于废气涡轮增压发动机（增压状态变更）不能用于废气涡轮增压发动机（增压状态变更）不行用于单缸机不行用于单缸机493、油耗线法（又称负荷特性法）、油耗线法（又称负荷特性法）适用前提：适用前提：n确定时，指示

45、热效率不变，机械损失功率确定时，指示热效率不变，机械损失功率pm不随不随负荷变更负荷变更柴油机工作接近这个前提：当柴油机工作接近这个前提：当n不变时，在中小负荷，柴油机不变时，在中小负荷，柴油机的耗油量与指示功率几乎成正比关系。而且的耗油量与指示功率几乎成正比关系。而且pm和和i不随负不随负荷变更。荷变更。某一负荷：某一负荷：空转时：空转时：两式相除：两式相除：即油耗线延长交横坐标相交即油耗线延长交横坐标相交交线长即为机械损失压力。交线长即为机械损失压力。缺点：不好用于汽油机缺点：不好用于汽油机50v三、影响机械损失的因素三、影响机械损失的因素v 1转速转速n（或活塞平均速度（或活塞平均速度C

46、m=Sxn/30）v 发动机转速上升（发动机转速上升（Cm随之加大），致使：随之加大），致使：v 1）各摩擦副间相对速度增加，摩擦损失增）各摩擦副间相对速度增加，摩擦损失增加。加。v 2）曲柄连杆机构的惯性力加大，活塞侧压）曲柄连杆机构的惯性力加大，活塞侧压力和轴承负荷均增高，摩擦损失增加。力和轴承负荷均增高，摩擦损失增加。v 3）泵气损失加大。）泵气损失加大。柴油机摩擦损失大于汽油机柴油机摩擦损失大于汽油机v 4）驱动附件消耗的功多。）驱动附件消耗的功多。v一般有一般有pmm n；Pe n；Pm n2 因此，因此，51v三、影响机械损失的因素三、影响机械损失的因素v2摩擦损失摩擦损失v 在机

47、械损失中，摩擦损失所占比例最大，达在机械损失中，摩擦损失所占比例最大，达70左右。左右。v主要的摩擦源：主要的摩擦源：v（l）活塞组件）活塞组件 产生摩擦的部件是：活塞环、活塞产生摩擦的部件是：活塞环、活塞裙部和活塞销。裙部和活塞销。v 主要因素是：活塞环的结构与组合，活塞裙部主要因素是：活塞环的结构与组合，活塞裙部的几何形态，缸套的温度及协作间隙等。的几何形态，缸套的温度及协作间隙等。v 削减措施：削减活塞环数目；减薄活塞环厚度；削减措施：削减活塞环数目；减薄活塞环厚度；削减活塞裙部的接触面积；在裙部涂固体润滑膜等。削减活塞裙部的接触面积；在裙部涂固体润滑膜等。52v三、影响机械损失的因素三

48、、影响机械损失的因素v2摩擦损失摩擦损失v（2）曲轴组件）曲轴组件 轴颈与轴承（包括主轴颈、连杆轴轴颈与轴承（包括主轴颈、连杆轴颈或平衡轴颈）及其密封装置。一般滑动阻力与轴颈或平衡轴颈）及其密封装置。一般滑动阻力与轴颈的直径和宽度的立方成正比。颈的直径和宽度的立方成正比。v主要削减措施：削减运动件的惯性质量，如减小活主要削减措施：削减运动件的惯性质量，如减小活塞、活塞销、连杆的质量，可降低轴承负荷并可使塞、活塞销、连杆的质量，可降低轴承负荷并可使轴承宽度和轴径减小。轴承宽度和轴径减小。v（3）配气机构）配气机构 削减措施：减小配气机构运动件质削减措施：减小配气机构运动件质量，降低弹簧负荷，在摇

49、臂与凸轮接触面处加入滚量，降低弹簧负荷，在摇臂与凸轮接触面处加入滚动轴承等。动轴承等。v削减措施：相对运动件的接触面积、接触形式（滑削减措施：相对运动件的接触面积、接触形式（滑滚）；协作面的加工精度、润滑状况；运动件的滚）；协作面的加工精度、润滑状况；运动件的质量，配气机构的弹簧刚度。质量，配气机构的弹簧刚度。53v 3润滑油品质和冷却水温度v 摩擦损失保持液体油膜v 大 承载实力v（1）机油粘度v 小 摩擦损失v 承载实力油膜易破干摩擦损失v选用机油粘度的基本原则是:尽量选用粘度较小的。v一般说来,v 当发动机强化程度高,轴承负荷大时,要选用粘度较v 大的用油;v 当转速高,协作间隙小时,须

50、要用油流淌性好,宜选v 用粘度较小的机油。v 旧机器,轴承间隙较大,应选用粘度较大的用油。v（2）冷却水温干脆影响机油温度，机油温度上升粘度下降，油温顺水温应保持在8095 范围内。54v 4负荷的影响v柴油机v a泵气损失基本不变；vn不变Pm不变 b驱动附件损失基本不变；v c摩擦损失基本不变。v当负荷Pi,Pm不变，v空转时,Pm=Pi，Pe=0，m=0v汽油机v 油门开大泵气损失v 量调整、负荷 v Pm基本不变m PZ摩擦损失v空转时,Pm=Pi，Pe=0，m=0 55本章总结v基本概念：基本概念：v 理论循环、压缩比理论循环、压缩比、压力上升比、预膨胀比、示功图、压力上升比、预膨胀