第01章 发动机的性能.ppt

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1、内燃机原理内燃机原理n n内燃机原理内燃机原理课程以提高内燃机性能作为主课程以提高内燃机性能作为主要研究目标，深入到工作过程的各个阶段，分要研究目标，深入到工作过程的各个阶段，分析影响内燃机性能指标的各种因素，研究提高析影响内燃机性能指标的各种因素，研究提高性能指标的具体措施及努力方向。性能指标的具体措施及努力方向。n n内燃机的性能指标包括动力性能指标（指功率、内燃机的性能指标包括动力性能指标（指功率、扭矩、转速）、经济性能指标（指燃料与润滑扭矩、转速）、经济性能指标（指燃料与润滑油消耗率）、运转性能指标（主要指冷起动性油消耗率）、运转性能指标（主要指冷起动性能、振动、噪声和排气品质）和耐久

2、可靠性指能、振动、噪声和排气品质）和耐久可靠性指标（主要指大修或更换零件之间的最长运行时标（主要指大修或更换零件之间的最长运行时间与无故障长期工作能力）。间与无故障长期工作能力）。第一章第一章 发动机的性能发动机的性能n n本章主要研究表征动力性能指标和经济性能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。指标的各种参数及其相互关系。第一节第一节 发动机的理论循环发动机的理论循环n n研究发动机的理论循环的目的：研究发动机的理论循环的目的：（1）用简单的公式来阐明各基本热力学参数间的）用简单的公式来阐明各基本热力学参数间的关系，以明确提高理论循环热效率关系，以明确提高理论循

3、环热效率 t和循环平均压和循环平均压力力pt的基本途径。的基本途径。（2）确定循环热效率的理论极限，以判断实际内）确定循环热效率的理论极限，以判断实际内燃机经济性和工作过程进行的完善程度及改进潜力。燃机经济性和工作过程进行的完善程度及改进潜力。（3）有利于比较各种热力循环的经济性和动力性。）有利于比较各种热力循环的经济性和动力性。n n简化假设：简化假设：n n1）假设工质是理想气体）假设工质是理想气体空气标准循环。空气标准循环。n n2）假设工质是在闭口系统中作封闭循环。）假设工质是在闭口系统中作封闭循环。n n3）假设工质的压缩及膨胀是绝热等熵过程。）假设工质的压缩及膨胀是绝热等熵过程。n

4、 n4）假设燃烧是外界无数个高温热源定容或定）假设燃烧是外界无数个高温热源定容或定压向工质加热，工质放热为定容放热。压向工质加热，工质放热为定容放热。n n根据加热方式不同，发动机有三种基本空气标根据加热方式不同，发动机有三种基本空气标准循环：定容加热循环（汽油机）、定压加热准循环：定容加热循环（汽油机）、定压加热循环（低速柴油机）和混合加热循环（高速柴循环（低速柴油机）和混合加热循环（高速柴油机）。油机）。一、三种基本循环一、三种基本循环二、循环热效率二、循环热效率 tn n t t是工质所作循环功是工质所作循环功W W（J J）与循环加热量）与循环加热量Q Q1 1（J J）之比。）之比。

5、n n根据工程热力学公式，可推出混合加热循环热根据工程热力学公式，可推出混合加热循环热效率为：效率为：n n公式推导如下：公式推导如下：n n2-3定容加热过程：定容加热过程：n n3-4定压加热过程：定压加热过程：n n5-1定容放热过程：定容放热过程：n n对绝热压缩过程对绝热压缩过程1-2，得：，得：n n对定容加热过程对定容加热过程2-3，得：，得：n n对定压加热过程对定压加热过程3-4，得：，得：n n对绝热膨胀过程过程对绝热膨胀过程过程4-5，得：，得：n n代入代入 t公式，得：公式，得：n n定容加热循环（定容加热循环（=1）热效率）热效率为为n n定压加热循环（定压加热循环

6、（=1）热效率为）热效率为n n影响影响热效率热效率 t的因素：的因素：n n1）增加压缩比）增加压缩比 可以提高工质可以提高工质最高温度，扩大了循环的的最高温度，扩大了循环的的温度阶梯，从而提高温度阶梯，从而提高 t，但提，但提高率随高率随 不断增大而逐渐降低。不断增大而逐渐降低。n n2)绝热指数绝热指数K值增大，值增大，t增加。增加。K值取决于工质的性质，双原值取决于工质的性质，双原子气体子气体K=1.4，多原子气体，多原子气体K=1.33。n n3)增大压力升高比增大压力升高比 可以增加可以增加混合循环中等容部分加热量，混合循环中等容部分加热量，提高了热量利用率，因而提提高了热量利用率

7、，因而提高了高了 t（Q1和和 不变时）。不变时）。n n4）增大预膨胀比）增大预膨胀比，增加了，增加了等压部分加热量，而这部分等压部分加热量，而这部分热量是在膨胀比逐渐降低的热量是在膨胀比逐渐降低的情况下加入的，因而情况下加入的，因而 t随之降随之降低。低。三、循环平均压力三、循环平均压力ptn npt（kpa）是单位气缸容积所作的循环功。）是单位气缸容积所作的循环功。n n式中，式中，W循环所作的功（循环所作的功（J）n n Vs气缸工作容积（气缸工作容积（L）n n根据工程热力学公式，混合加热循环的平均压根据工程热力学公式，混合加热循环的平均压力为：力为：n n式中，式中，pa压缩始点的

8、压力（压缩始点的压力（kpa）n n公式推导如下：公式推导如下：n n由公式：由公式：n n代入代入Q1公式，公式，得：得：n n代入代入pt公式，得：公式，得：n n定容加热循环的平均压力为：定容加热循环的平均压力为：n n定压加热循环的平均压力为：定压加热循环的平均压力为：n npt是随压缩始点压力是随压缩始点压力pa、压缩比、压缩比、压力升高、压力升高比比、预膨胀比、预膨胀比、绝热指数、绝热指数 和热效率和热效率 t的增的增加而增加。加而增加。总结：理论循环的研究结果用于实际时应考总结：理论循环的研究结果用于实际时应考虑如下限制：虑如下限制：n n1）结构强度的限制：提高）结构强度的限制

9、：提高 和和 虽可提高循环热虽可提高循环热效率效率 t和循环平均压力和循环平均压力pt，但却导致最高燃烧，但却导致最高燃烧压力压力pz的急剧上升。计算表明，在的急剧上升。计算表明，在=16和加入和加入热量不变的情况下，把热量不变的情况下，把 从从1.75提高到提高到2.25，从从1.5降为降为1.3，混合循环的，混合循环的 t和和pt增加增加2%左右，左右，而而pz却骤增却骤增28%。同样，若。同样，若=1.75，加热量不，加热量不变，把变，把 从从16提高到提高到20，而，而 从从1.5降为降为1.35，混，混合循环的合循环的 t和和pt只增加只增加1.4%，而，而pz却骤增却骤增35%。p

10、z增加，对承载零件强度要求更高，势必增加增加，对承载零件强度要求更高，势必增加了发动机重量。因此提高了发动机重量。因此提高 和和 有限制。有限制。n n2）机械效率的限制：内燃机的机械效率与气）机械效率的限制：内燃机的机械效率与气缸中最高燃烧压力密切相关，因为这个压力决缸中最高燃烧压力密切相关，因为这个压力决定了曲柄连杆机构的重量、惯性力大小及主要定了曲柄连杆机构的重量、惯性力大小及主要承压面积的大小等。因此，提高承压面积的大小等。因此，提高 和和 将引起将引起机机械效率的下降，从有效指标看，械效率的下降，从有效指标看，和和 提高到一提高到一定程度，有可能所获得的定程度，有可能所获得的 t和和

11、pt的收益会因的收益会因机机械效率的下降而复失。械效率的下降而复失。n n3）燃烧方面的限制：若）燃烧方面的限制：若 定得过高，汽油机将定得过高，汽油机将引起爆震、表面点火等不正常燃烧现象，柴油引起爆震、表面点火等不正常燃烧现象，柴油机则由于压缩终了时的余隙距离太小，容易发机则由于压缩终了时的余隙距离太小，容易发生运动件干涉现象，并且制造时不容易保证压生运动件干涉现象，并且制造时不容易保证压缩比得一致性。缩比得一致性。第二节第二节 四冲程发动机的实际循环四冲程发动机的实际循环n n内燃机示功图得两种基本形式内燃机示功图得两种基本形式P-V图和图和P-图图.n n发动机实际循环是由进气、压缩、燃

12、烧、膨发动机实际循环是由进气、压缩、燃烧、膨胀作功和排气五个过程组成。胀作功和排气五个过程组成。n n1）进气过程：由于进气系统的阻力，进气终）进气过程：由于进气系统的阻力，进气终点压力点压力Pa一般小于大气压力一般小于大气压力P0或增压压力或增压压力Pk。由于进气过程中废气和高温零件如气缸壁的由于进气过程中废气和高温零件如气缸壁的加热，进气终了时的气体温度加热，进气终了时的气体温度Ta高出大气温高出大气温度度T0或增压器出口温度或增压器出口温度Tk许多。许多。n n2）压缩过程：压缩的作用是增大工作过程的）压缩过程：压缩的作用是增大工作过程的温差，获得最大限度的膨胀比，提高热功转温差，获得最

13、大限度的膨胀比，提高热功转换效率，同时也为燃烧过程创造有利的条件。换效率，同时也为燃烧过程创造有利的条件。例如，在柴油机中，压缩后气体的高温是保例如，在柴油机中，压缩后气体的高温是保证燃料着火的必要条件。证燃料着火的必要条件。n n实际压缩过程是一个多变指数实际压缩过程是一个多变指数n1 在不断变化在不断变化的多变过程。压缩初期，工质受缸壁加热，的多变过程。压缩初期，工质受缸壁加热，n nn1 K；某一瞬间，；某一瞬间，n1=K；此后，工质温度；此后，工质温度高于气缸壁，高于气缸壁，n1 K。压缩终了的压力和温。压缩终了的压力和温度可用度可用一个不变的平均多变指数一个不变的平均多变指数n1根据

14、下式根据下式计算：计算：n nn1主要受工质与缸壁间的热主要受工质与缸壁间的热交换及工质泄漏情况的影响。交换及工质泄漏情况的影响。当发动机转速升高时，热交换当发动机转速升高时，热交换时间、泄漏时间缩短，时间、泄漏时间缩短，n1增大；增大；当发动机负荷增加、采用空气当发动机负荷增加、采用空气冷却以及气缸直径较大时，气冷却以及气缸直径较大时，气缸温度升高，缸温度升高，n1增大。增大。n n压缩比压缩比 是发动机的一个重要结构参数，代表气是发动机的一个重要结构参数，代表气缸内工质被压缩的程度，其定义为压缩前气缸缸内工质被压缩的程度，其定义为压缩前气缸内的最大气体容积与压缩终了气缸内的最小气内的最大气

15、体容积与压缩终了气缸内的最小气体容积之比。体容积之比。汽油机压缩比汽油机压缩比 的上限是不致引起的上限是不致引起爆震、表面点火等不正常燃烧现象，否则愈高爆震、表面点火等不正常燃烧现象，否则愈高愈好；柴油机愈好；柴油机压缩比压缩比 的下限必须保证冷起动时的下限必须保证冷起动时可靠着火，上限不致使发动机工作粗暴、机械可靠着火，上限不致使发动机工作粗暴、机械负荷剧增。汽油机负荷剧增。汽油机=710（现代轿车（现代轿车911），），柴油机柴油机=1422，增压柴油机，增压柴油机=1215。n n使用中气缸的密封是重要的：密封不良将导致使用中气缸的密封是重要的：密封不良将导致压缩终点的压力、温度下降，轻

16、则导致发动机压缩终点的压力、温度下降，轻则导致发动机功率不足，重则导致发动机起动困难。因此，功率不足，重则导致发动机起动困难。因此，维修时经常检查实测的压缩压力是否偏低。维修时经常检查实测的压缩压力是否偏低。n n例题：轻柴油的着火温度为例题：轻柴油的着火温度为520K。在室温为。在室温为-15 C下起动某柴油机，已知该柴油机的压下起动某柴油机，已知该柴油机的压缩比缩比=16=16，压缩多变指数，压缩多变指数n n1 1=1.25=1.25，试问该机试问该机能否起动？若不能起动，能否起动？若不能起动，压缩比压缩比 最少应改为最少应改为多少？多少？n n解：解：n n故该机不能在故该机不能在-1

17、5 C下顺利起动。下顺利起动。n n若使若使该机在该机在-15 C下顺利起动，须使下顺利起动，须使n n即即16.5。n n3）燃烧过程：燃烧放热时活塞愈靠近压缩上止）燃烧过程：燃烧放热时活塞愈靠近压缩上止点，等容加热比例愈大，热效率愈高。由于燃烧点，等容加热比例愈大，热效率愈高。由于燃烧速度有限，燃料不可能瞬间烧尽，因此柴油机喷速度有限，燃料不可能瞬间烧尽，因此柴油机喷油嘴应在压缩上止点前就开始向气缸内喷油，汽油嘴应在压缩上止点前就开始向气缸内喷油，汽油机火花塞应在压缩上止点前就开始点火。油机火花塞应在压缩上止点前就开始点火。n n柴油机混合气形成是气缸内不均匀混合，混柴油机混合气形成是气缸

18、内不均匀混合，混合气形成时间短，形成条件恶劣（边喷射、合气形成时间短，形成条件恶劣（边喷射、边混合、边燃烧），混合气形成速率限制了边混合、边燃烧），混合气形成速率限制了燃烧速率，因此是混合加热过程；汽油机混燃烧速率，因此是混合加热过程；汽油机混合气形成是气缸外部化油器内或进气道内均合气形成是气缸外部化油器内或进气道内均匀混合，混合气形成时间长，点火时可瞬间匀混合，混合气形成时间长，点火时可瞬间传播完毕，因此近似为等容加热过程。传播完毕，因此近似为等容加热过程。n n柴油机因压缩比高而燃烧的最高爆发压力柴油机因压缩比高而燃烧的最高爆发压力Pz远远高于汽油机，但因相对于燃油的空气量远远高于汽油机，

19、但因相对于燃油的空气量多，所以最高温度多，所以最高温度Tz值反而比汽油机低。值反而比汽油机低。n n4）膨胀过程：实际膨胀过）膨胀过程：实际膨胀过程也是一个多变指数程也是一个多变指数n2 在在不断变化的多变过程。膨不断变化的多变过程。膨胀过程初期，由于补燃，胀过程初期，由于补燃，工质被加热，工质被加热，n2 K。膨胀。膨胀终了的压力和温度可用终了的压力和温度可用一一个不变的平均多变指数个不变的平均多变指数n2根据下式计算：根据下式计算：n n汽油机汽油机n n柴油机柴油机n nn2主要取决于补燃的多少、工质与缸壁之间主要取决于补燃的多少、工质与缸壁之间的热交换及漏气情况。当发动机转速增加，的热

20、交换及漏气情况。当发动机转速增加，补燃增加，传热和漏气时间缩短，补燃增加，传热和漏气时间缩短，n2减小；减小；当缸壁、活塞环磨损量大，漏气增加以及气当缸壁、活塞环磨损量大，漏气增加以及气缸直径小，相对散热表面积加大，缸直径小，相对散热表面积加大，n2减小。减小。n n由于柴油机膨胀比大，所以膨胀终了的温度由于柴油机膨胀比大，所以膨胀终了的温度压力均比汽油机低。压力均比汽油机低。n n式中，式中，后膨胀比后膨胀比n n5）排气过程：由于排气系统有阻力，所以排）排气过程：由于排气系统有阻力，所以排气终了的压力气终了的压力Pr大于大气压力大于大气压力P0。n n排气温度是作为检查发动机工作状况的一个

21、排气温度是作为检查发动机工作状况的一个参数。因为排气温度低，说明燃料燃烧后，参数。因为排气温度低，说明燃料燃烧后，转变为有用功的热量多，工作过程进行得好转变为有用功的热量多，工作过程进行得好（在发动机油门一定时）。如果发现发动机（在发动机油门一定时）。如果发现发动机排温偏高，应立即查明原因。排温偏高，应立即查明原因。n n柴油机由于膨胀比大，相对于燃油的空气量柴油机由于膨胀比大，相对于燃油的空气量多，因此排气温度较汽油机低。多，因此排气温度较汽油机低。第三节第三节 实际循环的评定实际循环的评定指示指标指示指标n n内燃机的指示性能指标是指以工质对活塞作功内燃机的指示性能指标是指以工质对活塞作功

22、为基础的指标，用以评定实际循环质量的好坏。为基础的指标，用以评定实际循环质量的好坏。n n一、指示功一、指示功Wi和平均指示压力和平均指示压力pmin n一个实际循环工质对活塞所做的有用功称为指一个实际循环工质对活塞所做的有用功称为指示功。示功。（kJ）n n式中，式中，示功图面积示功图面积n n a示功图纵坐标比例尺示功图纵坐标比例尺n n b示功图横坐标比例尺示功图横坐标比例尺n n平均指示压力平均指示压力pmi（MPa）是发动机单位气缸是发动机单位气缸工作容积的指示功，用以比较不同大小气缸的工作容积的指示功，用以比较不同大小气缸的作功能力。作功能力。n n式中，式中，式中，式中，V Vs

23、气缸工作容积（气缸工作容积（气缸工作容积（气缸工作容积（L L）n n WWi i指示功（指示功（指示功（指示功（kJkJ）n n二、指示功率二、指示功率Pin n发动机单位时间内所做的指示功，称为指示功率发动机单位时间内所做的指示功，称为指示功率Pi（kWkW）。）。）。）。n n每缸、每循环工质所做的指示功为每缸、每循环工质所做的指示功为n n（kJ）n n式中，气缸直径式中，气缸直径D（cm），），活塞行程活塞行程S（cm）n n发动机转速发动机转速n(r/min)，即每秒即每秒n/60转，每转活塞转，每转活塞移动两个行程，即每秒完成移动两个行程，即每秒完成n/60 2/个工作循环个工作

24、循环（为发动机每循环所需活塞行程数），因此，每为发动机每循环所需活塞行程数），因此，每秒所做的指示功即指示功率秒所做的指示功即指示功率Pi （kW）为：）为：n n三、指示热效率三、指示热效率 i和指示燃料消耗率和指示燃料消耗率bin n指示燃料消耗率指示燃料消耗率bi（简称比油耗）是单位指示（简称比油耗）是单位指示功的耗油量，通常以每千瓦小时的耗油量功的耗油量，通常以每千瓦小时的耗油量g/（kW.h）表示。当试验测得发动机指示功表示。当试验测得发动机指示功率率Pi（kW）以及每小时耗油量以及每小时耗油量B（kg/h）时，）时，指示比油耗指示比油耗bi为：为：n ng/（kW.h）n n指示热

25、效率指示热效率 i i是实际循环功与所消耗得燃料热是实际循环功与所消耗得燃料热量之比值量之比值n n按热功当量得，按热功当量得，n n而而1kWh的功需要消耗的热量为：的功需要消耗的热量为：n nHu为燃料的低热值（为燃料的低热值（kJ/kg），则），则第四节第四节 发动机经济性和动力性的评定发动机经济性和动力性的评定n n发动机经济性和动力性指标是以曲轴对外输出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，称的功率为基础，代表了发动机整机的性能，称之为有效指标。之为有效指标。n n一、发动机动力性能指标一、发动机动力性能指标n n1、有效功率、有效功率Pe（k

26、W）指示功率减去机械损指示功率减去机械损失功率，才是发动机对外输出的功率。失功率，才是发动机对外输出的功率。n n Pe=Pi-Pmn n机械损失功率机械损失功率Pmm包括：包括：n n1）发动机内部运动零件的摩擦损失；）发动机内部运动零件的摩擦损失；n n2）驱动附属机构的损失；）驱动附属机构的损失；n n3）进排气过程的泵气损失。）进排气过程的泵气损失。n n2、有效扭矩、有效扭矩Ttq（Nm）发动机曲轴输出的发动机曲轴输出的扭矩，直接由发动机台架试验测得。扭矩，直接由发动机台架试验测得。n n有效功率有效功率Pe间接得出：间接得出：n n式中，式中，n发动机转速（发动机转速（r/min）

27、n n3、平均有效压力、平均有效压力pme（MPa）发动机单位发动机单位气缸工作容积输出的有效功气缸工作容积输出的有效功n n4、转速、转速n和活塞平均速度和活塞平均速度Cmn n活塞平均速度活塞平均速度Cm与转速与转速n的关系为：的关系为：n n发动机曲轴旋转一周，活塞往复移动两个行程，发动机曲轴旋转一周，活塞往复移动两个行程，所用时间所用时间T为频率为频率n/60的倒数。的倒数。n nn愈高，单位时间作功次数愈多，功率愈大；愈高，单位时间作功次数愈多，功率愈大；n nCm大，则活塞组的热负荷和曲柄连杆机构的惯大，则活塞组的热负荷和曲柄连杆机构的惯性力增大，磨损加剧，容易拉缸，因而受到限制。

28、性力增大，磨损加剧，容易拉缸，因而受到限制。可用降低活塞行程可用降低活塞行程S的办法提高发动机转速的办法提高发动机转速n。n n(m/s)二、发动机经济性能二、发动机经济性能1、有效热效率、有效热效率 e发动机的有效功发动机的有效功We（kJ）与所消耗燃料热量与所消耗燃料热量Q1之比值之比值2、有效燃料消耗率、有效燃料消耗率be单位有效功率每小时内的单位有效功率每小时内的耗油量耗油量式中，式中，B每小时的耗油量（每小时的耗油量（kg/h）Pe有效功率（有效功率（kW）同理，得同理，得 e与与be关系：关系：三、发动机强化指标三、发动机强化指标1、升功率、升功率PL和比质量和比质量me：升功率升

29、功率PL（kW/L）是发动机每公升气缸工作）是发动机每公升气缸工作容积所发出的有效功率。容积所发出的有效功率。比质量比质量me（kg/kW）是发动机的干质量）是发动机的干质量m与所给与所给的标定功率之比。的标定功率之比。4、强化系数、强化系数平均有效压力平均有效压力pme与活塞平均速度与活塞平均速度Cm的乘积称为的乘积称为强化系数。它与单位活塞面积的功率成正比。其强化系数。它与单位活塞面积的功率成正比。其值愈大，发动机的热负荷和机械负荷愈高。值愈大，发动机的热负荷和机械负荷愈高。第五节第五节 发动机的环境指标发动机的环境指标 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

30、和噪声。一、排放性能一、排放性能1、排除的主要有害气体、排除的主要有害气体 一氧化碳（一氧化碳（一氧化碳（一氧化碳（COCO）、各种碳氢化合物（）、各种碳氢化合物（）、各种碳氢化合物（）、各种碳氢化合物（HCHC）、氮氧化物）、氮氧化物）、氮氧化物）、氮氧化物（NONOx x）。）。）。）。2、排气微粒、排气微粒 指排气中除水以外的、单个颗粒直径大于指排气中除水以外的、单个颗粒直径大于指排气中除水以外的、单个颗粒直径大于指排气中除水以外的、单个颗粒直径大于0.0020.002 m m的任的任的任的任何液体或固体微粒。其中。碳为主要成分的固体颗粒形何液体或固体微粒。其中。碳为主要成分的固体颗粒形

31、何液体或固体微粒。其中。碳为主要成分的固体颗粒形何液体或固体微粒。其中。碳为主要成分的固体颗粒形成碳烟，是排气微粒中最主要的成分。成碳烟，是排气微粒中最主要的成分。成碳烟，是排气微粒中最主要的成分。成碳烟，是排气微粒中最主要的成分。二、噪声二、噪声 轿车整车噪声规定小于轿车整车噪声规定小于轿车整车噪声规定小于轿车整车噪声规定小于8484分贝，发动机噪声较高。分贝，发动机噪声较高。分贝，发动机噪声较高。分贝，发动机噪声较高。第六节第六节 机械损失机械损失n n机械损失所消耗的功率占指示功率的机械损失所消耗的功率占指示功率的机械损失所消耗的功率占指示功率的机械损失所消耗的功率占指示功率的10%30

32、%10%30%，各部，各部，各部，各部分机械损失分配情况见表分机械损失分配情况见表分机械损失分配情况见表分机械损失分配情况见表1-11-1。一、机械效率一、机械效率发动机有效功率与指示功率的比。发动机有效功率与指示功率的比。发动机有效功率与指示功率的比。发动机有效功率与指示功率的比。汽油机汽油机汽油机汽油机0.70.90.70.9，柴油机，柴油机，柴油机，柴油机0.70.850.70.85（压缩比高，爆发压（压缩比高，爆发压（压缩比高，爆发压（压缩比高，爆发压力高，机械损失大）力高，机械损失大）力高，机械损失大）力高，机械损失大）二、机械损失的测定二、机械损失的测定1、倒拖法、倒拖法 发动机与

33、平衡式电力测功器相连。首先使发动机着火发动机与平衡式电力测功器相连。首先使发动机着火发动机与平衡式电力测功器相连。首先使发动机着火发动机与平衡式电力测功器相连。首先使发动机着火并在给定工况下稳定运转，水温、机油温度正常，即发并在给定工况下稳定运转，水温、机油温度正常，即发并在给定工况下稳定运转，水温、机油温度正常，即发并在给定工况下稳定运转，水温、机油温度正常，即发动机达到热平衡状态，立即断油（柴油机）或断电（汽动机达到热平衡状态，立即断油（柴油机）或断电（汽动机达到热平衡状态，立即断油（柴油机）或断电（汽动机达到热平衡状态，立即断油（柴油机）或断电（汽油机），同时将电力测功器由发动机改为电动

34、机倒拖发油机），同时将电力测功器由发动机改为电动机倒拖发油机），同时将电力测功器由发动机改为电动机倒拖发油机），同时将电力测功器由发动机改为电动机倒拖发动机仍以该转速工况运转，注意尽量保持冷却水和机油动机仍以该转速工况运转，注意尽量保持冷却水和机油动机仍以该转速工况运转，注意尽量保持冷却水和机油动机仍以该转速工况运转，注意尽量保持冷却水和机油温度不变。温度不变。温度不变。温度不变。电力测功器所测得的倒拖功率即为发动机在该工况下的电力测功器所测得的倒拖功率即为发动机在该工况下的电力测功器所测得的倒拖功率即为发动机在该工况下的电力测功器所测得的倒拖功率即为发动机在该工况下的机械损失功率。机械损失功

35、率。机械损失功率。机械损失功率。n n由于倒拖时气缸内压力、温度与着火时不符，因此测量由于倒拖时气缸内压力、温度与着火时不符，因此测量由于倒拖时气缸内压力、温度与着火时不符，因此测量由于倒拖时气缸内压力、温度与着火时不符，因此测量结果往往偏大（活塞、连杆、曲轴等的摩擦损失减少，结果往往偏大（活塞、连杆、曲轴等的摩擦损失减少，结果往往偏大（活塞、连杆、曲轴等的摩擦损失减少，结果往往偏大（活塞、连杆、曲轴等的摩擦损失减少，但工质密度加大，进、排气过程的泵气损失增大，而且但工质密度加大，进、排气过程的泵气损失增大，而且但工质密度加大，进、排气过程的泵气损失增大，而且但工质密度加大，进、排气过程的泵气

36、损失增大，而且倒拖时膨胀过程中工质向气缸壁散热，导致膨胀线与压倒拖时膨胀过程中工质向气缸壁散热，导致膨胀线与压倒拖时膨胀过程中工质向气缸壁散热，导致膨胀线与压倒拖时膨胀过程中工质向气缸壁散热，导致膨胀线与压缩线不重合，处于下方，增加了负功。总的结果仍是机缩线不重合，处于下方，增加了负功。总的结果仍是机缩线不重合，处于下方，增加了负功。总的结果仍是机缩线不重合，处于下方，增加了负功。总的结果仍是机械损失减少），多用于汽油机。械损失减少），多用于汽油机。械损失减少），多用于汽油机。械损失减少），多用于汽油机。2、灭缸法、灭缸法n n仅适用于多缸柴油机。首先将发动机调整到给定工况下仅适用于多缸柴油机

37、。首先将发动机调整到给定工况下仅适用于多缸柴油机。首先将发动机调整到给定工况下仅适用于多缸柴油机。首先将发动机调整到给定工况下稳定工作，测出有效功率，然后，停止向一缸供油，并稳定工作，测出有效功率，然后，停止向一缸供油，并稳定工作，测出有效功率，然后，停止向一缸供油，并稳定工作，测出有效功率，然后，停止向一缸供油，并调整测功器，使发动机转速恢复，再测出有效功率调整测功器，使发动机转速恢复，再测出有效功率调整测功器，使发动机转速恢复，再测出有效功率调整测功器，使发动机转速恢复，再测出有效功率P Pe e(1)(1)，两者之差即为停油气缸应发出的指示功率（假两者之差即为停油气缸应发出的指示功率（假

38、设转速不变时，如果冷却水温、机油温度不变，设转速不变时，如果冷却水温、机油温度不变，机械损失功率不变）。同法，依次使各缸停油，机械损失功率不变）。同法，依次使各缸停油，测出对应的有效功率，可得各缸的指示功率为：测出对应的有效功率，可得各缸的指示功率为：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：因此，整机的机械损失功率为：因此，整机的机械损失功率为：n n多缸柴油机使用灭缸法的测量误差在较好情况下可以达多缸柴油机使用灭缸法的测量误差在较好情况下可以达多缸柴油机使用灭缸法的测量误差在较好情况下可以达多缸柴油机使用灭缸法的测量误差在较好情况下可以达到到到到5%5%，但对汽油

39、机，因停缸会使进气情况改变，误差，但对汽油机，因停缸会使进气情况改变，误差，但对汽油机，因停缸会使进气情况改变，误差，但对汽油机，因停缸会使进气情况改变，误差较大，因此汽油机常使用倒拖法。灭缸法也不能用于废较大，因此汽油机常使用倒拖法。灭缸法也不能用于废较大，因此汽油机常使用倒拖法。灭缸法也不能用于废较大，因此汽油机常使用倒拖法。灭缸法也不能用于废气涡轮增压柴油机，因为停缸会引起其它各缸排气情况气涡轮增压柴油机，因为停缸会引起其它各缸排气情况气涡轮增压柴油机，因为停缸会引起其它各缸排气情况气涡轮增压柴油机，因为停缸会引起其它各缸排气情况的改变。的改变。的改变。的改变。3 3、油耗线法（又称负荷

40、特性法）、油耗线法（又称负荷特性法）、油耗线法（又称负荷特性法）、油耗线法（又称负荷特性法）n n发动机调整至给定转速，逐渐改变油门大小，测出每小发动机调整至给定转速，逐渐改变油门大小，测出每小发动机调整至给定转速，逐渐改变油门大小，测出每小发动机调整至给定转速，逐渐改变油门大小，测出每小时耗油量时耗油量时耗油量时耗油量B B随负荷随负荷随负荷随负荷p pmeme变化的关系曲线。变化的关系曲线。变化的关系曲线。变化的关系曲线。n n在曲线中找出接近直线的线段，在曲线中找出接近直线的线段，在曲线中找出接近直线的线段，在曲线中找出接近直线的线段，作延长线，直至与横坐标相交，作延长线，直至与横坐标相

41、交，作延长线，直至与横坐标相交，作延长线，直至与横坐标相交，交点与坐标原点的长度即为该转交点与坐标原点的长度即为该转交点与坐标原点的长度即为该转交点与坐标原点的长度即为该转速下的机械损失压力速下的机械损失压力速下的机械损失压力速下的机械损失压力p pmmmm的数值。的数值。的数值。的数值。n n此方法假设发动机转速不变时，机械损失和指示热效率此方法假设发动机转速不变时，机械损失和指示热效率此方法假设发动机转速不变时，机械损失和指示热效率此方法假设发动机转速不变时，机械损失和指示热效率都不随发动机负荷增减而变化。机械损失不随发动机转都不随发动机负荷增减而变化。机械损失不随发动机转都不随发动机负荷

42、增减而变化。机械损失不随发动机转都不随发动机负荷增减而变化。机械损失不随发动机转速改变是符合实际的，但对汽油机而言，节气门开度变速改变是符合实际的，但对汽油机而言，节气门开度变速改变是符合实际的，但对汽油机而言，节气门开度变速改变是符合实际的，但对汽油机而言，节气门开度变化极大地影响了气缸内的充气效率，因而影响了指示热化极大地影响了气缸内的充气效率，因而影响了指示热化极大地影响了气缸内的充气效率，因而影响了指示热化极大地影响了气缸内的充气效率，因而影响了指示热效率，所以油耗线法不适用于汽油机，只适用于柴油机，效率，所以油耗线法不适用于汽油机，只适用于柴油机，效率，所以油耗线法不适用于汽油机，只

43、适用于柴油机，效率，所以油耗线法不适用于汽油机，只适用于柴油机，尤其是单缸农用柴油机（不具备电力测功器的实验台架尤其是单缸农用柴油机（不具备电力测功器的实验台架尤其是单缸农用柴油机（不具备电力测功器的实验台架尤其是单缸农用柴油机（不具备电力测功器的实验台架条件）。条件）。条件）。条件）。n n公式推导如下：公式推导如下：A、B两工况关系式为两工况关系式为n n两式相除，得：两式相除，得：三、影响机械损失的因素三、影响机械损失的因素1、气缸直径及行程：、气缸直径及行程：n n Dm曲轴的平均直径曲轴的平均直径曲轴的平均直径曲轴的平均直径n n K与气缸数及转速有关的常数。与气缸数及转速有关的常数

44、。与气缸数及转速有关的常数。与气缸数及转速有关的常数。n n当气缸工作容积一定，采用较小的行程与缸径比当气缸工作容积一定，采用较小的行程与缸径比当气缸工作容积一定，采用较小的行程与缸径比当气缸工作容积一定，采用较小的行程与缸径比 S/DS/D 时，时，时，时，机械损失减少，机械效率提高；机械损失减少，机械效率提高；机械损失减少，机械效率提高；机械损失减少，机械效率提高；n n当气缸工作容积增加，即加大缸径或行程时，机械损失当气缸工作容积增加，即加大缸径或行程时，机械损失当气缸工作容积增加，即加大缸径或行程时，机械损失当气缸工作容积增加，即加大缸径或行程时，机械损失功率增加，但因气缸的面积与容积

45、之比（功率增加，但因气缸的面积与容积之比（功率增加，但因气缸的面积与容积之比（功率增加，但因气缸的面积与容积之比（A/FA/F）减小，相）减小，相）减小，相）减小，相对摩擦面积减小，故相对与增大的有效功率而言，机械损对摩擦面积减小，故相对与增大的有效功率而言，机械损对摩擦面积减小，故相对与增大的有效功率而言，机械损对摩擦面积减小，故相对与增大的有效功率而言，机械损失减小，机械效率提高。失减小，机械效率提高。失减小，机械效率提高。失减小，机械效率提高。n n2、摩擦损失、摩擦损失占机械损失的占机械损失的占机械损失的占机械损失的70%70%左右。左右。左右。左右。n n（1）活塞组件）活塞组件活塞

46、环的结构与组合、活塞裙部活塞环的结构与组合、活塞裙部活塞环的结构与组合、活塞裙部活塞环的结构与组合、活塞裙部的几何形状、缸套的温度及配合间隙等。的几何形状、缸套的温度及配合间隙等。的几何形状、缸套的温度及配合间隙等。的几何形状、缸套的温度及配合间隙等。n n减少摩擦损失的措施有：减少活塞环数、减薄活塞环减少摩擦损失的措施有：减少活塞环数、减薄活塞环减少摩擦损失的措施有：减少活塞环数、减薄活塞环减少摩擦损失的措施有：减少活塞环数、减薄活塞环厚度、减少活塞环裙部接触面积、裙部加装凸起减摩厚度、减少活塞环裙部接触面积、裙部加装凸起减摩厚度、减少活塞环裙部接触面积、裙部加装凸起减摩厚度、减少活塞环裙部

47、接触面积、裙部加装凸起减摩骨架式结构。骨架式结构。骨架式结构。骨架式结构。n n（2）曲轴组件）曲轴组件轴径与轴承及其密封装置。轴径与轴承及其密封装置。轴径与轴承及其密封装置。轴径与轴承及其密封装置。n n减少摩擦损失的措施有：减少运动件的惯性质量，可减少摩擦损失的措施有：减少运动件的惯性质量，可减少摩擦损失的措施有：减少运动件的惯性质量，可减少摩擦损失的措施有：减少运动件的惯性质量，可以降低轴承负荷，减小轴承宽度和轴径，因滑动阻力以降低轴承负荷，减小轴承宽度和轴径，因滑动阻力以降低轴承负荷，减小轴承宽度和轴径，因滑动阻力以降低轴承负荷，减小轴承宽度和轴径，因滑动阻力与轴径和轴承宽度的立方成正

48、比，因此可减少摩擦损与轴径和轴承宽度的立方成正比，因此可减少摩擦损与轴径和轴承宽度的立方成正比，因此可减少摩擦损与轴径和轴承宽度的立方成正比，因此可减少摩擦损失。失。失。失。（3）配气机构）配气机构较高转速下，零件质量引起的惯性力较高转速下，零件质量引起的惯性力较高转速下，零件质量引起的惯性力较高转速下，零件质量引起的惯性力起主要作用；较低转速下，气门弹簧力起主要作用。低起主要作用；较低转速下，气门弹簧力起主要作用。低起主要作用；较低转速下，气门弹簧力起主要作用。低起主要作用；较低转速下，气门弹簧力起主要作用。低转速时处于临界润滑状态，因此摩擦损失所占比例增加。转速时处于临界润滑状态，因此摩擦

49、损失所占比例增加。转速时处于临界润滑状态，因此摩擦损失所占比例增加。转速时处于临界润滑状态，因此摩擦损失所占比例增加。措施有：降低弹簧负荷、减轻运动零件质量、提高加工措施有：降低弹簧负荷、减轻运动零件质量、提高加工措施有：降低弹簧负荷、减轻运动零件质量、提高加工措施有：降低弹簧负荷、减轻运动零件质量、提高加工精度等等。精度等等。精度等等。精度等等。3、发动机转速（或活塞平均速度、发动机转速（或活塞平均速度Cm）转速上升，转速上升，转速上升，转速上升，机械损失功率增加，机械效率下降机械损失功率增加，机械效率下降机械损失功率增加，机械效率下降机械损失功率增加，机械效率下降4、负荷、负荷当发动机转速

50、一定而负荷减小时，机械损失当发动机转速一定而负荷减小时，机械损失当发动机转速一定而负荷减小时，机械损失当发动机转速一定而负荷减小时，机械损失功率变化很小，因此机械效率下降，直至空转时（怠功率变化很小，因此机械效率下降，直至空转时（怠功率变化很小，因此机械效率下降，直至空转时（怠功率变化很小，因此机械效率下降，直至空转时（怠速工况），机械效率为零。速工况），机械效率为零。速工况），机械效率为零。速工况），机械效率为零。5、润滑油品质和冷却水温度、润滑油品质和冷却水温度n n机油粘度大，摩擦损失大，但油膜承载能力强；机油机油粘度大，摩擦损失大，但油膜承载能力强；机油机油粘度大，摩擦损失大，但油膜承