内燃机 第一章

1、* / 1 第一章第一章 内燃机工作循环与性能指标内燃机工作循环与性能指标 l内燃机的理论循环内燃机的理论循环 l四行程内燃机的实际循环四行程内燃机的实际循环 l指示性能指标与有效性能指标指示性能指标与有效性能指标 l机械损失机械损失 l提高内燃机动力性和经济性放的途径（略）提高内燃机动力性和经济性放的途径（略） l内燃机的热平衡（略）内燃机的热平衡（略） * / 2 一、内燃机的理论循环一、内燃机的理论循环 压缩、膨胀过程简化为可逆绝压缩、膨胀过程简化为可逆绝 热过程；热过程； 燃烧过程简化为定容加热过程燃烧过程简化为定容加热过程 和定压加热过程，排气放热简和定压加热过程，排气放热简 化为定

2、容放热过程；化为定容放热过程； 假定工质为定比热的理想气体假定工质为定比热的理想气体, , 忽略气体成分变化；忽略气体成分变化； 忽略进、排气过程忽略进、排气过程, ,工质在闭工质在闭 口系统中作封闭循环；口系统中作封闭循环； 1.1.实际循环的简化：实际循环的简化： * / 3 2. 内燃机的三种基本理论循环内燃机的三种基本理论循环 （1 1） 混合加热循环：高速非增压柴油机（车用柴油机）混合加热循环：高速非增压柴油机（车用柴油机） P a b c z V p0 VcVs z Q1 Q2 Q1 一、内燃机的理论循环一、内燃机的理论循环 * / 4 P a b c z V p0 VcVs Q1

3、 Q2 一、内燃机的理论循环一、内燃机的理论循环 （2 2） 汽油机定容加热循环（汽油机定容加热循环（Otto 循环）循环） * / 5 P a b c z V p0 VcVs Q1 Q2 一、内燃机的理论循环一、内燃机的理论循环 （3 3） 定压加热循环（定压加热循环（Diesel 循环）：循环）： 大型低速柴油机（船舶用柴油机）大型低速柴油机（船舶用柴油机） 3. 理论循环及其分析理论循环及其分析 （1） 特征参数：特征参数： . 压力升高比：压力升高比： . .压缩比：压缩比： c cs c a V VV V V c z p p z z V V . 预胀比：预胀比： P a b c z

4、V p0 VcVs z Q1 Q2 Q1 一、内燃机的理论循环一、内燃机的理论循环 * / 7 ) 1() 1( 11 1 1 k k k tm 1 2 1 1 Q Q Q W t . .混合加热循环：混合加热循环： 一、内燃机的理论循环一、内燃机的理论循环 （2） 循环热效率：循环热效率： . 定容加热循环：定容加热循环： 1 1 1 k tv . 定压加热循环：定压加热循环： ) 1( 11 1 1 k k k tp * / 8 （3 3）影响热效率的因素）影响热效率的因素 . .压缩比压缩比：提高提高，可以提高循环平均吸热温度，降低循环平均，可以提高循环平均吸热温度，降低循环平均 放热温

5、度放热温度 一、内燃机的理论循环一、内燃机的理论循环 . 绝热指数绝热指数k， 取决于工质的性质，取决于工质的性质， 双原子气体双原子气体max=1.4。 t, l工质原子数工质原子数； l混合气浓度混合气浓度 。 一、内燃机的理论循环一、内燃机的理论循环 . 压力升高比压力升高比 ： （、 Q1）一定，）一定，Q2t。 但是但是()（ ） ）， 因而零件的热负荷和机械负荷都受因而零件的热负荷和机械负荷都受 零件耐温和强度限制不能太高。零件耐温和强度限制不能太高。 . 预膨胀比预膨胀比： a、定压加热循环，、定压加热循环，一定，一定， Q1 t 因为后加入热量膨胀不充分，排给冷源热量因为后加入

6、热量膨胀不充分，排给冷源热量Q2。 b、混合加热循环，（、混合加热循环，（、Q1）一定，）一定， 等压加热部分等压加热部分t。 ) 1( 11 1 1 k k k tp 一、内燃机的理论循环一、内燃机的理论循环 * / 11 4v 5v 4p p 4m m （5）加热量相同时三种基本循环比较）加热量相同时三种基本循环比较 . .同一机型不同加热模式的对比（压缩比相同）：同一机型不同加热模式的对比（压缩比相同）： 压缩比压缩比相同相同 加热量加热量Q1相同相同 初态初态1相同相同 tptmtv 一、内燃机的理论循环一、内燃机的理论循环 . 循环最高压力相同：循环最高压力相同： 加热量加热量Q1相

7、同相同 初态初态1相同相同 循环的最高压力相同循环的最高压力相同 tptmtv pmV TTT 444 一、内燃机的理论循环一、内燃机的理论循环 * / 13 kPa lV JW p s t )( )( S D pVpW tst 4 2 4. 循环平均压力循环平均压力：单位气缸工作容积所作的循环功。：单位气缸工作容积所作的循环功。 一、内燃机的理论循环一、内燃机的理论循环 （1）混合加热循环：）混合加热循环： t a k tm k k p p )1() 1( 11 （2 2）定容加热循环（）定容加热循环（=1）：）： t a k tv k p p ) 1( 11 （3 3）定压加热循环（）定压

8、加热循环（=1）：）： t a k tp k k p p ) 1( 11 * / 14 3. 理论循环及其分析理论循环及其分析 （1） 特征参数：特征参数： . 压力升高比：压力升高比： . .压缩比：压缩比： c cs c a V VV V V c z p p z z V V . 预胀比：预胀比： P a b c z V p0 VcVs z Q1 Q2 Q1 一、内燃机的理论循环一、内燃机的理论循环 l继续膨胀循环（涡轮增压理论循环）继续膨胀循环（涡轮增压理论循环） 脉冲涡轮增压：从气缸排出的废气沿绝热膨胀线继续脉冲涡轮增压：从气缸排出的废气沿绝热膨胀线继续 膨胀，充分利用废气中的脉冲能量。

9、但供给涡轮的能膨胀，充分利用废气中的脉冲能量。但供给涡轮的能 量变化大，涡轮效率较低，当量变化大，涡轮效率较低，当2.5时使用时使用 定压涡轮增压：将各缸中排出的废气导入一根容积很定压涡轮增压：将各缸中排出的废气导入一根容积很 大的排气总管，使涡轮前的压力保持恒定，这种方式大的排气总管，使涡轮前的压力保持恒定，这种方式 的脉冲能量不能利用。但在涡轮中废气能量转换是稳的脉冲能量不能利用。但在涡轮中废气能量转换是稳 定的，涡轮效率较高。当定的，涡轮效率较高。当 2.5时时,定压的效率高于定压的效率高于 脉冲的效率脉冲的效率 一、内燃机的理论循环一、内燃机的理论循环 * / 16 脉冲涡轮增压脉冲涡

10、轮增压 一、内燃机的理论循环一、内燃机的理论循环 aa：压气机中的绝热压缩：压气机中的绝热压缩 a c：气缸中的绝热压缩：气缸中的绝热压缩 c y：气缸中的定容加热：气缸中的定容加热 y z：气缸中的定压加热：气缸中的定压加热 z b：气缸中的绝热膨胀：气缸中的绝热膨胀 b g：涡轮中的绝热膨胀：涡轮中的绝热膨胀 g a：涡轮中的定压放热：涡轮中的定压放热 * / 17 定压涡轮增压定压涡轮增压 一、内燃机的理论循环一、内燃机的理论循环 aa：压气机中的绝热压缩：压气机中的绝热压缩 a c：气缸中的绝热压缩：气缸中的绝热压缩 c y：气缸中的定容加热：气缸中的定容加热 y z：气缸中的定压加热

11、：气缸中的定压加热 z b：气缸中的绝热膨胀：气缸中的绝热膨胀 b a：气缸中的定容放热：气缸中的定容放热 a f： 排气总管中的定压加热排气总管中的定压加热 f g： 涡轮中的绝热膨胀涡轮中的绝热膨胀 g a：涡轮中的定压放热：涡轮中的定压放热 * / 18 二、四冲程内燃机的实际循环二、四冲程内燃机的实际循环 P a b c z V p0 VcVs r 1. 实际循环的进行过程实际循环的进行过程 进气过程：进气过程：r-a 压缩过程压缩过程: a-c 燃烧过程燃烧过程: c-z 膨胀过程膨胀过程: z-b 排气过程排气过程: b-r * / 19 二、四冲程内燃机的实际循环二、四冲程内燃机

12、的实际循环 P a b c z V p0 VcVs r （1）进气过程：）进气过程：r-a . 作用：作用：吸入新鲜工质吸入新鲜工质，为缸内的热功，为缸内的热功 转换作准备；转换作准备； . 特点：特点： lpaT0, T=Ta-T0; 缸内残余废气加热缸内残余废气加热 ；高温机件加热；高温机件加热 .进气终了的进气终了的pa及温及温Ta大致范围：大致范围： l汽油机汽油机: pa=（0.80.90）p0 Ta=340380K； l柴油机柴油机: pa=（0.850.95）p0 Ta=300340K； l增压柴油机增压柴油机: pa=（0.91.0）pk Ta=320380 K。 二、四冲程内

13、燃机的实际循环二、四冲程内燃机的实际循环 P a b c z V p0 VcVs r （2）压缩过程）压缩过程: a-c . 作用：提高新鲜充量的温度和压力；作用：提高新鲜充量的温度和压力； 为燃烧过程创造有利的条件；柴油为燃烧过程创造有利的条件；柴油 机，压缩高温是保证燃料着火的必机，压缩高温是保证燃料着火的必 要条件。要条件。 .特点：多变过程特点：多变过程 l开始开始 T璧 璧T工质工质，工质吸热， ，工质吸热，nk； l某一瞬间某一瞬间 T璧 璧=T工质工质， ，n=k； l后期，由于后期，由于T璧 璧T工质工质， ，nk； l实际的近似计算中，常用一个不变的、平均的多变指数实际的近似

14、计算中，常用一个不变的、平均的多变指数n1来表示。来表示。 * / 21 l影响影响n1的主要因素：的主要因素： 当转速当转速(向缸壁的传热量及气缸泄漏量向缸壁的传热量及气缸泄漏量)n1 ； 当负荷当负荷气缸壁温度增高及相对的传热量和泄漏量减小气缸壁温度增高及相对的传热量和泄漏量减小n1； 当泄漏量当泄漏量或气缸壁温度或气缸壁温度时时n1。 ln1的范围：的范围： 汽油机汽油机: n1=1.321.38；柴油机；柴油机:n1=1.381.40； 增压柴油机增压柴油机:n1=1.351.37。 l压缩终了的参数压缩终了的参数 pc (MPa) Tc (K) 汽油机汽油机: 0.82.0 6007

15、50 柴油机柴油机: 3.05.0 7501000 增压柴油机增压柴油机: 5.08.0 9001100 二、四冲程内燃机的实际循环二、四冲程内燃机的实际循环 . 发动机的压缩比：发动机的压缩比：气缸的总容积与气缸压缩容积之比，气缸的总容积与气缸压缩容积之比， 即：即： l在汽油机中，为了提高热效率，希望增加压缩比，但受到爆震燃在汽油机中，为了提高热效率，希望增加压缩比，但受到爆震燃 烧的限制，一般为烧的限制，一般为712。 l在柴油机中，为保证喷入气缸的燃料能及时自燃以及冷起动时可在柴油机中，为保证喷入气缸的燃料能及时自燃以及冷起动时可 靠着火，必须使压缩终了有足够的温度，需要较高的压缩比，

16、一靠着火，必须使压缩终了有足够的温度，需要较高的压缩比，一 般为般为1422。 气缸压缩容积 气缸总容积 c a c a v v v v 二、四冲程内燃机的实际循环二、四冲程内燃机的实际循环 * / 23 二、四冲程内燃机的实际循环二、四冲程内燃机的实际循环 P a b c z V p0 VcVs r （3）燃烧过程）燃烧过程: c-z . 作用：作用：将燃料的化学能转变为热能，将燃料的化学能转变为热能， 使工质的压力、温度升高。放出的热使工质的压力、温度升高。放出的热 量越多，放热时越靠近上止点，热效量越多，放热时越靠近上止点，热效 率越高。率越高。 . 要求：燃烧完全、及时。要求：燃烧完全

17、、及时。 l汽油机，可燃混合气被点燃，火焰迅汽油机，可燃混合气被点燃，火焰迅 速传播至整个燃烧室，温度、压力急速传播至整个燃烧室，温度、压力急 剧升高，接近定容燃烧；剧升高，接近定容燃烧； l柴油机，早期形成的可燃混合气先自柴油机，早期形成的可燃混合气先自 燃，接近于定容燃烧；随后边喷油边燃，接近于定容燃烧；随后边喷油边 燃烧，同时已活塞下行，接近定压燃燃烧，同时已活塞下行，接近定压燃 烧。烧。 . 燃烧最高压力燃烧最高压力pz和最高温度参数和最高温度参数Tz ： pz (MPa) Tz (K) 汽油机汽油机: 3.06.5 22002800 柴油机柴油机: 4.59.0 18002200 二

18、、四冲程内燃机的实际循环二、四冲程内燃机的实际循环 * / 25 二、四冲程内燃机的实际循环二、四冲程内燃机的实际循环 P a b c z V p0 VcVs r （4）膨胀过程）膨胀过程: z-b . 作用：热向功转换。作用：热向功转换。 . 特点：多变过程，比压缩过程更为复杂，特点：多变过程，比压缩过程更为复杂， 除有热交换和漏气损失外，还有后燃等现象。除有热交换和漏气损失外，还有后燃等现象。 l膨胀初期膨胀初期, , 由于后燃工质被加热，由于后燃工质被加热，nk； l某一瞬间加热量等于工质向气缸的散热量，某一瞬间加热量等于工质向气缸的散热量， n=k ； l此后此后T T璧 璧T k ；

19、 l用平均多变指数用平均多变指数n2来描述实际膨胀过程；来描述实际膨胀过程； l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）可用下式计算）可用下式计算 l汽油机汽油机 l柴油机柴油机 后膨胀比后膨胀比 l 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 l柴油机膨胀比大，转化为有用功的热量多，热效率高柴油机膨胀比大，转化为有用功的热量多，热效率高 膨胀终了的温度和压力均比汽油机小。膨胀终了的温度和压力均比汽油机

20、小。 ; 2 2 n z n b Z zb p V V pp 1 1 2 2 n z n b Z zb T V V TT ; 2 2 n z n b z zb p V V pp 1 1 2 2 n z n b Z b T V V TT 二、四冲程内燃机的实际循环二、四冲程内燃机的实际循环 * / 27 二、四冲程内燃机的实际循环二、四冲程内燃机的实际循环 P a b c z V p0 VcVs r （5）排气过程）排气过程: b-r . 作用：将气缸内的废气排除，为下一循作用：将气缸内的废气排除，为下一循 作准备。作准备。 . 特点：特点： prp0， ， p= pr-p0 用来克服排气系用来

21、克服排气系 统有阻力，阻力越大，排气终了的压力统有阻力，阻力越大，排气终了的压力pr愈愈 大，残留在气缸中的废气就愈多。排气温度大，残留在气缸中的废气就愈多。排气温度 Tr低，说明燃料燃烧后，转变为有用功的热低，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。量多，工作过程进行得好。 . . 排气终了的压力（排气终了的压力（MPa）、温度（）、温度（K）：）： 汽油机和柴油机汽油机和柴油机 pr=（1.051.2）p0 废气涡轮增压柴油机废气涡轮增压柴油机 pr=（0.751.0) pk 汽汽 油油 机机 Tr=9001100 柴柴 油油 机机 Tr=700900 二、四冲程内燃机的

22、实际循环二、四冲程内燃机的实际循环 （1）实际工质的影响）实际工质的影响: a. 性质性质: 理论上理论上: 理想气体。理想气体。 实际上实际上: 燃烧前燃烧前: 燃料燃料+空气；空气； 燃烧后燃烧后: 燃烧产物。燃烧产物。 b. 比热比热:理论上理论上: 定比热定比热 实际上实际上: 温度温度T 比热比热c c. 数量：理论上数量：理论上: 不变不变 实际上实际上: 泄漏泄漏 减少减少 结果：燃烧最高压力结果：燃烧最高压力pz和最高温和最高温 度参数度参数Tz降低，循环有用功减少。降低，循环有用功减少。 （2 2） 换气损失：由于更换工质而换气损失：由于更换工质而 消耗的功消耗的功 l理论上

23、理论上: : 忽略进、排气过程。忽略进、排气过程。 l排气门早开，造成膨胀功损失。排气门早开，造成膨胀功损失。 l排气功损失和吸气功损失排气功损失和吸气功损失 二、四冲程内燃机的实际循环二、四冲程内燃机的实际循环 （3） 传热损失传热损失(总加热量的总加热量的6) 实际循环并非绝热过程实际循环并非绝热过程, 通过气通过气 缸壁面、缸盖底面、活塞顶面向缸壁面、缸盖底面、活塞顶面向 外散热。外散热。 l 压缩过程压缩过程: 前期吸热前期吸热, 后期散热后期散热, 使压缩线略下降使压缩线略下降(有利有利)。 l 燃烧及膨胀过程燃烧及膨胀过程: 温差大温差大, 散热散热 强烈强烈, 使使pz和膨胀线下

24、降和膨胀线下降(不利不利)。 l 减少的有用功大于增加的有用减少的有用功大于增加的有用 功功, 使动力过程功减小。使动力过程功减小。 二、四冲程内燃机的实际循环二、四冲程内燃机的实际循环 （4 4）时间损失）时间损失 实际燃烧及向工质加热不可能瞬间完成：实际燃烧及向工质加热不可能瞬间完成： l存在点火存在点火( (喷油喷油) )提前，压缩负功增加，提前，压缩负功增加， 使有用功面积下降，使有用功面积下降， t t。 lp pz z出现在出现在TDCTDC后后1010 CACA，而非等容加热，而非等容加热， 最高压力下降，使有用功面积减小。最高压力下降，使有用功面积减小。 （5 5）后燃及不完全

25、燃烧损失）后燃及不完全燃烧损失 l部分燃油在膨胀冲程继续燃烧部分燃油在膨胀冲程继续燃烧 l缸内混合气浓度不均匀，存在过浓缸内混合气浓度不均匀，存在过浓 和过稀区域。和过稀区域。 l燃油附着于进气道、燃烧室壁面燃油附着于进气道、燃烧室壁面 二、四冲程内燃机的实际循环二、四冲程内燃机的实际循环 ： l 由于由于工质工质和和循环循环方面的差别，使得方面的差别，使得: 理论循环理论循环t -实际循环实际循环t =1020百分百分 点点 l 两者之间的差别指出了改善内燃机两者之间的差别指出了改善内燃机 t的基本原则的基本原则 二、四冲程内燃机的实际循环二、四冲程内燃机的实际循环 l 指示指标与有效指标指

26、示指标与有效指标 （1）以工质对活塞作功为计算基准的指标称为）以工质对活塞作功为计算基准的指标称为 n 基于示功图算出，直接反映燃烧和热力循环组织的好坏基于示功图算出，直接反映燃烧和热力循环组织的好坏 n 用于理论分析和科研用于理论分析和科研 （2）以曲轴输出功为计算基准的指标称为）以曲轴输出功为计算基准的指标称为 n 由试验测出，直接反映产品最终性能由试验测出，直接反映产品最终性能 n 用于产品开发、生产和使用当中用于产品开发、生产和使用当中 只有与作功有关的指标，如功、功率、油耗、平均压力、只有与作功有关的指标，如功、功率、油耗、平均压力、 热效率等才有热效率等才有“有效有效”与与“指示指

27、示”之分之分 三、指示性能指标三、指示性能指标 p- 图图 E I IE TDC TDC TDC BDC BDC 纯压缩线纯压缩线 0 180360540720 CA p pz p0 压力图压力图/ / 展开示功图展开示功图 - Top Dead Center；- Bottom Dead Center； - Intake Valve Open；- Intake Valve Close； - Exhaust Valve Open，- Exhaust Valve Close 指示功指示功Wi : 定义：一个实际循环工质对活塞所做的有用功定义：一个实际循环工质对活塞所做的有用功 计算：示功图中封闭曲

28、线所包围的环积分面积。计算：示功图中封闭曲线所包围的环积分面积。 三、指示性能指标三、指示性能指标 (W1+W3)-(W2+W3)=W1-W2 由于流动存在阻力，进气压力由于流动存在阻力，进气压力 低于大气压，排气压力高于大低于大气压，排气压力高于大 气压力，两过程缸内气体对活气压力，两过程缸内气体对活 塞做功之代数和为实际泵气功塞做功之代数和为实际泵气功 W2+W3 负功负功 （实际泵气功（实际泵气功 理论理论泵气功）泵气功） W2+W3 负功负功 进气压力进气压力pd 大气压力大气压力p0 排气压力排气压力pe 大气压力大气压力p0 自然吸气自然吸气(natural aspirated)发

29、动机作功分析发动机作功分析 三、指示性能指标三、指示性能指标 2. 平均指示压力平均指示压力pmi (Indicated Mean Effective Pressure, IMEP) ：单位气缸工作容积所作的指示功。：单位气缸工作容积所作的指示功。 n 指示功可以认为是指示功可以认为是pmi作用在活作用在活 塞上，使活塞移动一个冲程所作功塞上，使活塞移动一个冲程所作功 n平均指示压力反映发动机作功能力的大小平均指示压力反映发动机作功能力的大小( (单位体积单位体积 作功量大小作功量大小J/mJ/m3 3) )和强化程度。和强化程度。 )( )( )( MPa LV kJW p s i mi S

30、 D pVpW mismii 4 2 三、指示性能指标三、指示性能指标 3.指示功率指示功率P Pi i (Indicated power) ： ：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。 三、指示性能指标三、指示性能指标 )(kW t iW P i i 30 2 60 inVp n iVp t iVp P smismismi i i发动机的气缸数；发动机的气缸数； n发动机转速发动机转速 (r/min）； 行程数。行程数。 四行程四行程=4； 二行程二行程=2。 * / 38 （1 1）指示热效率）指示热效率i ：实际循环指示功实际循环指示功WiWi与所消耗的燃料热量与所消耗

31、的燃料热量 Q1之比。之比。 1 Q W i i 三、指示性能指标三、指示性能指标 3. 指示热效率与指示燃油消耗率指示热效率与指示燃油消耗率 u ii i BH P Q W 3 1 106.3 Hu燃料低热值，燃料低热值，kJ/kg; Pi指示功率，指示功率，kW； B每小时燃油消耗，每小时燃油消耗，kg/h * / 39 （2 2）指示燃料消耗率）指示燃料消耗率b bi i（简称指示比油耗）：单位指示功的（简称指示比油耗）：单位指示功的 耗油量，通常以每千瓦小时的耗油量表示耗油量，通常以每千瓦小时的耗油量表示g / (kw.h)。 三、指示性能指标三、指示性能指标 3. 指示热效率与指示燃

32、油消耗率指示热效率与指示燃油消耗率 (kw.h) / g10 )( )/( 3 kWP hkgB b i i uiiuu ii i Hbb B BHBH P Q W 663 1 106.3106.3106.3 四行程内燃机的四行程内燃机的i 和和bi大致范围：大致范围： i big/（kw.h） 汽油机汽油机 0.30.4 205320 柴油机柴油机 0.40.5 170205 1.1.动力性能指标动力性能指标 （1 1）有效功率）有效功率Pe：曲轴对外输出的功率，称为有效功率，：曲轴对外输出的功率，称为有效功率， 指示功率指示功率Pi不能完全对外输出，存在机械损失功率不能完全对外输出，存在机

33、械损失功率Pm: : 1 1）运动件的摩擦损失，）运动件的摩擦损失， 626275%75% Pm 2 2）驱动附机的损失，）驱动附机的损失， 101020%20% Pm 3 3）泵气损失，）泵气损失， 101020%20% Pm 发动机有效功率发动机有效功率Pe由试验测得由试验测得: Ttq有效转矩，有效转矩，N.m n 曲轴转速，曲轴转速，r/min )( 9550 . 100060 . 2 kw nTTn PPP tqtq mie 四、有效性能指标四、有效性能指标 （2 2）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, ,即即

34、seme VWp/ )( 30 . kW niVp sme e )(10 . 30 100060 2 . 30 3 MPa Vi T Vni nT Vni P p s tq s tq s e me Ttqpme : pme 反映反映 了发动机单位气缸了发动机单位气缸 工作容积输出转矩工作容积输出转矩 的大小的大小。 四、有效性能指标四、有效性能指标 范围：范围： 汽油机汽油机 0.71.3 MPa 柴油机柴油机 0.61.0 MPa 增压柴油机增压柴油机 0.92.6 MPa （3 3）转速）转速n n和活塞平均速度和活塞平均速度Cm ln单位时间的做功次数单位时间的做功次数 Pe，但活塞平均

35、速度，但活塞平均速度Cm =Sn/30(m/s) 惯性力惯性力以下影响：以下影响： 惯性力引起的机械应力惯性力引起的机械应力 摩擦摩擦(磨损磨损) 热负荷热负荷 噪声噪声 l一般汽油机一般汽油机Cm 18m/s，柴油机，柴油机Cm 15m/s。 l为了提高转速又不使为了提高转速又不使Cm过大，可减小行程过大，可减小行程S，一般用行程，一般用行程 缸径比（缸径比（S/D）表示。当）表示。当 S/D1时，常称为短行程。时，常称为短行程。 四、有效性能指标四、有效性能指标 2. 经济性能指标经济性能指标 （1）有效热效率）有效热效率e：有效功：有效功We与所消耗燃料热量与所消耗燃料热量Ql之比值之比

36、值 （2）有效燃料消耗率）有效燃料消耗率be:单位有效功的耗油量（简称比油耗）单位有效功的耗油量（简称比油耗） （3） e越高，越高， be越低，内燃机的经济性越好越低，内燃机的经济性越好 （4）范围：）范围： e beg/(kw.h) 汽油机汽油机 0.250.3 270325 柴油机柴油机 0.30.45 190285 四、有效性能指标四、有效性能指标 u ee e BH P Q W 3 1 106.3 (kw.h) / g10 )( )/( 3 kWP hkgB b e e ue e Hb 6 106.3 3. 发动机强化指标发动机强化指标 升功率升功率PL和比质量和比质量me 升功率升

37、功率PL ( (kWL) )：标定工况下，发动机每升工作容积所：标定工况下，发动机每升工作容积所 发出的有效功率。发出的有效功率。 比质量比质量me （kgkW）是发动机的质量是发动机的质量m与所给出的标定与所给出的标定 功率之比。它表征质量利用程度和结构紧凑性。功率之比。它表征质量利用程度和结构紧凑性。 范围：范围： PL（kW/L） me（kgkW） 汽油机汽油机 3070 1.14.0 汽车柴油机汽车柴油机 940 2.59.0 3030 . . bmeb S bSmeb S eb L np iV niVp iV P P eb e m m 四、有效性能指标四、有效性能指标 （1 1）排放

38、性能）排放性能 1 1排出有害气体排出有害气体 :CO:CO、HCHC、NOxNOx。 2 2排气微粒：颗排气微粒：颗 粒大于粒大于0.002m 的任何液体或固的任何液体或固 体微粒。以碳烟体微粒。以碳烟 为主。为主。 4. 发动机的环境发动机的环境 指标指标 四、有效性能指标四、有效性能指标 * / 46 四、有效性能指标四、有效性能指标 （2 2）噪声（属于环境指标）噪声（属于环境指标） l按产生机理分：流体噪声、机械噪声、燃烧噪声按产生机理分：流体噪声、机械噪声、燃烧噪声 l危害：刺激神经，使人心情烦躁、反应迟钝危害：刺激神经，使人心情烦躁、反应迟钝 l交通运输噪声是现代城市的主要噪声源

39、，约占城市噪交通运输噪声是现代城市的主要噪声源，约占城市噪 声的声的75%75%，而其中发动机又是汽车的主要噪声源。，而其中发动机又是汽车的主要噪声源。 五、机械损失与机械效率五、机械损失与机械效率 1. 机械损失的组成及机械效率机械损失的组成及机械效率 m （1）机械损失功率）机械损失功率Pm（kw）：）： pmm(MPa)：单位气缸工作容积的机械损失功：单位气缸工作容积的机械损失功 memimm ppp eim PPP 30 .niVp P smm m 机械损失功率机械损失功率Pm包括：包括： l摩擦损失占摩擦损失占6275%:活塞及活塞环；连杆、曲轴轴承；配气活塞及活塞环；连杆、曲轴轴承

40、；配气 机构；机构； l驱动附件损失占驱动附件损失占1020%: 机油泵；电器设备；水泵；风扇机油泵；电器设备；水泵；风扇 l泵气损失泵气损失:1020% l驱动机械增压器损失驱动机械增压器损失610% l占总占总Pi的的1030% （2）机械效率）机械效率m：有效功率：有效功率Pe和指示功率和指示功率Pi的比，用来评的比，用来评 价指示功对外传递过程中的内部损失程度。价指示功对外传递过程中的内部损失程度。 机械效率机械效率m的大致范围是：的大致范围是： 汽油机汽油机0.70.9 柴油机柴油机0.70.85 mi mm i m mi me i e m p p P P p p P P 11 五、

41、机械损失与机械效率五、机械损失与机械效率 2. 机械损失的测定：倒拖法、灭缸法和油耗线法。机械损失的测定：倒拖法、灭缸法和油耗线法。 （1）倒拖法）倒拖法 l发动机与电力测功器相连；发动机与电力测功器相连； l在稳定工况，当冷却水和机油温度到达正常值时，立即切断供油（在稳定工况，当冷却水和机油温度到达正常值时，立即切断供油（ 柴油机）或停止点火（汽油机）；柴油机）或停止点火（汽油机）； l同时将电力测功器转换为电动机，倒拖发动机，并尽可能维持冷却同时将电力测功器转换为电动机，倒拖发动机，并尽可能维持冷却 水和机油温度不变；水和机油温度不变； l电力测功器所测得的倒拖功率，即为机械损失功率。电力

42、测功器所测得的倒拖功率，即为机械损失功率。 缺点：必须使用电力测功器；缺点：必须使用电力测功器； 没有燃烧，压力低摩擦损失小；没有燃烧，压力低摩擦损失小； 由于传热、压缩线和膨胀不重合负功；由于传热、压缩线和膨胀不重合负功； 由于强制排气引起泵气损失增加。由于强制排气引起泵气损失增加。 对于柴油机由于对于柴油机由于大，误差大可达大，误差大可达1520% 对于汽油机对于汽油机=67，误差在，误差在5%左右。左右。 五、机械损失与机械效率五、机械损失与机械效率 （2）灭缸法（适用于多缸发动机）灭缸法（适用于多缸发动机） l将发动机调整到给定工况稳定工作，测定其有效功率将发动机调整到给定工况稳定工作，测定其有效功率Pe； l停止向一个气缸（例如第一缸）供油或点火，并调整测功器，使内燃停止向一个气缸（例如第一缸）供油或点火，并调整测功器，使内燃 机恢复到原来的转速，再测定发动机的有效功率机恢复到原来的转速，再测定发动机的有效功率Pe(1) 。两者之差即为。两者之差即为 停油气缸的指示功率停油气缸的指示功率Pi1。 l同法，依次使各缸熄火，即可测得对应的有效功率同法，依次使各缸熄火，即可测得对应的有效功率Pe(2) 、 Pe(