第二章(發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo))

1、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)原理第二章 發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo) 發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)所包括內(nèi)容主要有：動(dòng)力性能指標(biāo)動(dòng)力性能指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)性能經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)指標(biāo)及運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo)運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo)等。 衡量一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量主要是對(duì)以上性能指標(biāo)進(jìn)行評(píng)定，但在評(píng)定時(shí)不僅要考慮性能指標(biāo)，還要把可靠性、耐久性、結(jié)構(gòu)工藝、生產(chǎn)實(shí)際條件以及使用特點(diǎn)等多方面予以綜合評(píng)定，并把各種性能有機(jī)結(jié)合起來(lái)。 本章主要闡述發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo)，并通過(guò)對(duì)它們的分析，從中找出影響因素及提高性能的一般規(guī)律。第一節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)的理論循環(huán)理論循環(huán)理論循環(huán):是將非常復(fù)雜的實(shí)際工作過(guò)程加以抽象簡(jiǎn)化，忽略一些次要影響因素，并對(duì)其中變化復(fù)雜、難于進(jìn)行細(xì)致分析的物理、化學(xué)

2、過(guò)程如可燃混合氣的準(zhǔn)備與燃燒過(guò)程等進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，得到便于進(jìn)行定量分析的循環(huán)，稱(chēng)發(fā)動(dòng)機(jī)的理想循環(huán)。 其簡(jiǎn)化條件如下：1 假定工質(zhì)為定比熱容的理想氣體；2 不計(jì)吸氣和排氣過(guò)程，假設(shè)工質(zhì)是在閉口系閉口系統(tǒng)統(tǒng)中作封閉循環(huán)；3 壓縮、膨脹過(guò)程簡(jiǎn)化為絕熱等熵過(guò)程絕熱等熵過(guò)程；4 把燃燒過(guò)程看作是外界對(duì)工質(zhì)的加熱過(guò)程，從而簡(jiǎn)化為等容加熱過(guò)程等容加熱過(guò)程或等壓加熱過(guò)程等壓加熱過(guò)程；5 排氣中的實(shí)際放熱過(guò)程簡(jiǎn)化為等容放熱等容放熱過(guò)程；6 忽略過(guò)程損失，把循環(huán)的每一過(guò)程都假定為可逆過(guò)程可逆過(guò)程，即假設(shè)循環(huán)過(guò)程為可逆循環(huán)可逆循環(huán)。 研究理論循環(huán)的目的研究理論循環(huán)的目的: 1) 確定循環(huán)熱效率的理論極限，從而判斷實(shí)際

3、發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性和工作過(guò)程進(jìn)行的完善程度以及改進(jìn)潛力。2) 分析比較發(fā)動(dòng)機(jī)不同熱力循環(huán)方式下的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性。3) 確定提高以理論循環(huán)熱效率為代表的經(jīng)濟(jì)性和以平均壓力為代表的動(dòng)力性的基本途徑三種基本理論循環(huán) 發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的循環(huán)常用示功圖來(lái)說(shuō)明。發(fā)動(dòng)機(jī)理論循環(huán)的三種形式：a) c)。柴油機(jī)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)熱效率循環(huán)熱效率和循環(huán)平均壓力循環(huán)平均壓力來(lái)衡量和評(píng)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(píng)定循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性。 式中 Q2循環(huán)放熱量（J） 根據(jù)工程熱力學(xué)公式，

4、混合加熱循環(huán)混合加熱循環(huán)熱效率為： 式中 發(fā)動(dòng)機(jī)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(yù)膨脹比， =Vz/Vc 壓力升高比， =pz/pc 等熵指數(shù)tt1221111tQQQWQQQ 1111(1)(1)tm 定容加熱循環(huán)定容加熱循環(huán)（ =1）熱效率為： 定壓加熱循環(huán)定壓加熱循環(huán)（ =1）熱效率為： 111tv 1111(1)tp 從熱效率的計(jì)算式中可以發(fā)現(xiàn)，影響熱效率的因素有：t=f（ k、 、 、） 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

5、k=1.4，多原子氣體k=1.33。 2）壓縮比對(duì)三種理論循環(huán)的影響汽油機(jī)壓縮比范圍為710，柴油機(jī)壓縮比范圍為1422。3）壓力升高比 在混合加熱循環(huán)中，當(dāng)循環(huán)總加熱量Q1和不變時(shí)，增大，則減小。如下圖中zb變到zb，相應(yīng)的Q2減少，t提高。 但是、增加會(huì)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(qiáng)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，值成正比加大。若保持不變，則工質(zhì)的膨脹比也不會(huì)變化，這樣，循環(huán)放熱量Q2亦相應(yīng)增加，而Q2/Q1不變， t亦不變。 4）預(yù)膨脹比 在等壓加熱循環(huán)中，若保持不變，隨著加熱量Q1增加值加大。由定壓加熱循環(huán)熱效率公式可知， t下

6、降。 在混合加熱循環(huán)中，當(dāng)循環(huán)總加熱量Q1和保持不變，若值增大，意味著等壓加熱部分增大，同樣t下降。 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(píng)定發(fā)動(dòng)機(jī)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）tsWpV 根據(jù)工程熱力學(xué)公式，混合加熱循環(huán)的平均壓力為：式中 pa進(jìn)氣終了壓力（kPa） 對(duì)定容加熱循環(huán)（ =1），其循環(huán)平均壓力 對(duì)定壓加熱循環(huán)（ =1），其循環(huán)平均壓力 可見(jiàn)，pt是隨壓縮始點(diǎn)壓力、壓縮比、壓力升高比、預(yù)膨脹比、等熵指數(shù)和熱效率的增加而增加的。(1)(1)11atmtpp tatVpp) 1(11tatppp) 1(11三種

7、基本循環(huán)的比較 壓縮比壓縮比及及加熱量加熱量分別相同時(shí)比較分別相同時(shí)比較壓縮比壓縮比相同相同加熱量加熱量 相同相同初態(tài)初態(tài)1 1相同相同1Qtptmtv 等容加熱循環(huán)熱效率最高，而等壓加熱循環(huán)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)的熱效率的均最低。欲提高混合加熱循環(huán)的熱效率 ，應(yīng)增，應(yīng)增加混合加熱循環(huán)的等容部分。加混合加熱循環(huán)的等容部分。汽、柴油機(jī)負(fù)荷變化(不同加熱量)時(shí)的對(duì)比柴油機(jī)柴油機(jī)：由于噴霧壓燃后邊噴油邊燃燒,當(dāng)負(fù)荷下降時(shí)負(fù)荷下降時(shí)，噴油時(shí)間縮短，但初期相當(dāng)于等容燃燒的部分變化不大。這相當(dāng)于基本不變而 減小，則t提高提高。0汽油機(jī)汽油機(jī)：點(diǎn)火后傳播燃燒且無(wú)論

8、負(fù)荷大小，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x不變。當(dāng)當(dāng)負(fù)荷下降時(shí)負(fù)荷下降時(shí)，燃燒速度降低，燃燒時(shí)間加長(zhǎng)。這相當(dāng)于下降而 上升，則t降低降低。0第二節(jié) 四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán)1、進(jìn)氣過(guò)程、進(jìn)氣過(guò)程2、壓縮過(guò)程、壓縮過(guò)程 3、燃燒過(guò)程、燃燒過(guò)程 4、膨脹過(guò)程、膨脹過(guò)程 5、排氣過(guò)程、排氣過(guò)程 例如：汽油機(jī)5600轉(zhuǎn)/分，那么一個(gè)行程歷時(shí)多少秒？進(jìn)氣行程 進(jìn)氣過(guò)程中，進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟，排氣門(mén)關(guān)閉，活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，在氣缸內(nèi)形成真空，新鮮工質(zhì)被吸入氣缸。由于進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力，進(jìn)氣終了時(shí)氣缸內(nèi)壓力小于大氣壓力，約為0.0750.09MPa。因?yàn)榱鬟M(jìn)氣缸內(nèi)的工質(zhì)受到氣缸壁、活塞頂?shù)雀邷貦C(jī)件及上一

9、次循環(huán)殘余廢氣的余熱，所以進(jìn)氣終了溫度也升高到370400K。在右圖中進(jìn)氣行程用曲線ra表示。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(dòng)機(jī)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(gè)行程中，進(jìn)、排氣門(mén)均關(guān)閉，活塞由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。在右圖中壓縮行程用曲線ac表示。壓縮過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的多變過(guò)程，其間有熱交換和漏氣損失。燃燒過(guò)程 這個(gè)過(guò)程，活塞位于上止點(diǎn)前后，進(jìn)、排氣門(mén)均關(guān)閉。燃燒過(guò)程的作用是將燃料的化學(xué)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(diǎn)，放出熱量越多，熱效率越高。 汽油機(jī)的燃燒過(guò)程接近定容加熱過(guò)程，原因是汽油機(jī)的可燃混合氣是在火花塞點(diǎn)火之

10、前已基本形成，火花塞在上止點(diǎn)前點(diǎn)火，火焰迅速傳播到整個(gè)燃燒室，工質(zhì)的溫度、壓力迅速上升。 柴油機(jī)的燃燒過(guò)程接近混合加熱循環(huán)，噴油器在上止點(diǎn)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(kāi)始時(shí)，燃燒速度很快，工質(zhì)溫度、壓力劇增，接近定容加熱過(guò)程；后來(lái)，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(wú)論是汽油機(jī)還是柴油機(jī)，燃燒都不是瞬時(shí)完成的！做功過(guò)程 在這個(gè)行程中，進(jìn)、排氣門(mén)仍舊關(guān)閉。當(dāng)活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，工質(zhì)燃燒放出大量的熱能。高溫高壓的燃?xì)馔苿?dòng)活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)連桿使曲軸旋轉(zhuǎn)并輸出機(jī)械能，除了用

11、以維持發(fā)動(dòng)機(jī)本身繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)外的慣性能量外，其余的能量用于對(duì)外做功。在右圖上用曲線zb表示。做功行程比壓縮過(guò)程更復(fù)雜，除有熱交換和漏氣損失外還有補(bǔ)燃。因此，做功行程也是一個(gè)多變過(guò)程。排氣過(guò)程 當(dāng)做功行程接近終了時(shí)，開(kāi)始排起行程，排氣門(mén)開(kāi)啟，靠廢氣的壓力進(jìn)行自由排氣，活塞到達(dá)下止點(diǎn)后再向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，繼續(xù)將廢氣強(qiáng)制排到大氣中?；钊竭_(dá)上止點(diǎn)附近時(shí)，排氣行程結(jié)束，如右圖曲線br。實(shí)際循環(huán)各過(guò)程的特點(diǎn) 進(jìn)氣過(guò)程： 進(jìn)氣終了的壓力和溫度范圍為：汽油機(jī)0.0800.092（MPa）340380（K）柴油機(jī)0.0800.095（MPa）300340（K） 壓縮過(guò)程： 壓縮終了的壓力和溫度范圍為：汽油機(jī)0.82

12、.0（MPa）600750（K）柴油機(jī)3.05.0（MPa）7501000（K） 燃燒過(guò)程： 由于柴油機(jī)因壓縮比高，燃燒的最高爆發(fā)壓力Pmax很高，但因柴油機(jī)的過(guò)量空氣系數(shù)相對(duì)于汽油機(jī)大，所以柴油機(jī)的最高燃燒溫度值Tmax反而比汽油機(jī)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(jī)3.08.0（MPa）22002800（K）柴油機(jī)4.59.0（MPa）18002200（K） 膨脹過(guò)程： 由于柴油機(jī)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(diǎn)的溫度和壓力均比汽油機(jī)小。 膨脹終了的壓力和溫度范圍為：汽油機(jī)0.30.6（MPa）12001500（K）柴油機(jī)0.250.5（

13、MPa）8001200（K） 排氣過(guò)程： 排氣溫度是作為檢查發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況的一個(gè)參數(shù)。因?yàn)榕艢鉁囟鹊?，說(shuō)明燃料燃燒后，轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ臒崃慷?，工作過(guò)程進(jìn)行得好。 排氣終了的壓力和溫度范圍為：汽油機(jī)0.1050.125（MPa）9001100（K）柴油機(jī)0.1030.108（MPa）700900（K）理論循環(huán)與實(shí)際循環(huán)比較1、實(shí)際工質(zhì)的影響、實(shí)際工質(zhì)的影響2、換氣損失、換氣損失3、燃燒損失、燃燒損失4、傳熱損失、傳熱損失實(shí)際工質(zhì)影響 理論循環(huán)中假設(shè)工質(zhì)比熱容是定值，而實(shí)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(shí)

14、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(shí)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。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(fù)進(jìn)行所必不可少的，由此而消耗的功稱(chēng)為換氣損失。由于進(jìn)、排氣系統(tǒng)中的流動(dòng)阻力而產(chǎn)生的損失右圖中Wr所示。換氣過(guò)程中因排氣門(mén)在下止點(diǎn)前必要的提前開(kāi)啟而產(chǎn)生的損失，稱(chēng)為提前排氣損失，如右圖中面積W燃燒損失 1）實(shí)際循環(huán)中燃燒非瞬時(shí)完成，所以噴油或點(diǎn)火在上止點(diǎn)之前，并且燃燒還會(huì)延續(xù)到膨脹行程，由此形成非瞬時(shí)燃燒損失和補(bǔ)燃損失，如右圖中WZ 2）實(shí)際循環(huán)中會(huì)有部分燃料由于缺氧產(chǎn)生不完

15、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+O22H2O+熱量 2H2+O2使循環(huán)的最高溫度下降，由此產(chǎn)生燃燒損失。傳熱損失 理論循環(huán)假定氣缸壁和工質(zhì)之間無(wú)熱交換。但實(shí)際循環(huán)中，氣缸壁（包括氣缸套、氣缸蓋、活塞、活塞環(huán)、氣門(mén)、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(shí)際統(tǒng)計(jì)，通過(guò)氣缸壁各部分向外散發(fā)的熱量損失所引起的發(fā)動(dòng)機(jī)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%。 通過(guò)以上分析表面。在實(shí)際循環(huán)諸多損失中，工質(zhì)影響造成的損失是人們無(wú)法改變的。其余各項(xiàng)損失中以氣缸壁

16、傳熱損失和燃燒損失所占比重為大。第三節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)的指示指標(biāo)、有效指標(biāo)和強(qiáng)化指標(biāo) 發(fā)動(dòng)機(jī)的指示性能指標(biāo)是指以工質(zhì)對(duì)活塞做功為計(jì)算基以工質(zhì)對(duì)活塞做功為計(jì)算基礎(chǔ)礎(chǔ)的指標(biāo)，簡(jiǎn)稱(chēng)指示指標(biāo)。指示指標(biāo)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(duì)活塞做功為基礎(chǔ)，評(píng)價(jià)由燃燒到熱功轉(zhuǎn)換工作循環(huán)進(jìn)行的質(zhì)量。是從示功圖示功圖測(cè)量計(jì)算得出的。指示功和平均指示壓力 指示功指示功是指氣缸內(nèi)完成一個(gè)工作循環(huán)所得到的有用功Wi。指示功的大小可以由pV圖中閉合曲線所占有的面積求得。610abFWii式中： Fi 示功圖面積，cm2；可以用求積儀或計(jì)算方法求得 a 示功圖縱坐標(biāo)比例尺，Pacm； b 示功圖橫坐標(biāo)比例尺，

17、cm3cm。（J或Nm）21FFFi21FFFi平均指示壓力是指單位氣缸容積一個(gè)循環(huán)所作的指示功(Pa) 。式中， Wi 發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)工作循環(huán)的指示功，J； Vs 發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸工作容積，m3。 若Vs用L為單位，Wi用kJ為單位，則pmi (MPa) 42SDpVpWmismii式中， D和S分別為氣缸直徑和活塞行程 平均指示壓力平均指示壓力可以設(shè)想為一個(gè)恒定的壓力作用于活塞頂上，使活塞移動(dòng)一個(gè)行程所作的功，即循環(huán)的指示功Wi 。 平均指示壓力平均指示壓力是衡量發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)動(dòng)力性能的一個(gè)很重要的指標(biāo)。 平均指示壓力是從實(shí)際循環(huán)的角度評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸工作容積利用率高低的一個(gè)參數(shù)，Pmi越高，同樣大小

18、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。指示功率指示功率指示功率Pi ：發(fā)動(dòng)機(jī)單位時(shí)間內(nèi)所作的指示功。30n iVpPsmii 若：一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)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 )指示熱效率和指示燃油消耗率指示熱效率it：發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)指示功與所消耗燃料熱量的比值。1QWiit式中， Q1 得到指示功Wi所消耗的熱量( J) 。 對(duì)于一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，若測(cè)得其指示功率Pi (kW)、每小時(shí)燃油消耗量B(kg/h) ，則：BHuPiit3106 . 3式中，3.6l03 1kWh的熱當(dāng)量，kJ/(kWh

19、)； B 每小時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的耗油量，kg/h； Hu 所用燃料的低熱值，kJ/kg。指示燃油消耗率 指示燃油消耗率指示燃油消耗率g(kWh)：指單位指示功的耗油量。通常以單位指示千瓦小時(shí)的耗油量來(lái)表示：iiPBb1000 表示實(shí)際循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)it和bi之間存在著以下關(guān)系：uit iHb6106 . 3一般內(nèi)燃機(jī)的it和bi的統(tǒng)計(jì)范圍如下： it big(kWh) -1四沖程柴油機(jī) 0.4l0.48 210175二沖程柴油機(jī) 0.400.48 218177 四沖程汽油機(jī) 0.250.40 344218二沖程汽油機(jī) 0.190.27 435305 從統(tǒng)計(jì)范圍可以看出：柴油機(jī)的指示熱效率高于汽油機(jī)，

20、四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的指示熱效率高于二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)的有效性能指標(biāo) 以曲軸輸出功為計(jì)算基礎(chǔ)的性能指標(biāo)，稱(chēng)為有效性能指標(biāo)，簡(jiǎn)稱(chēng)有效指標(biāo)。 有效指標(biāo)被用來(lái)直接評(píng)定發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工作性能的優(yōu)劣。有效功和有效功率 有效功有效功：發(fā)動(dòng)機(jī)每循環(huán)曲軸輸出的單缸功量 。mieWWW式中： Wi 循環(huán)凈指示功 Wm 循環(huán)實(shí)際機(jī)械損失功eW有效功率miePPP( kw )機(jī)械損失: 發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部摩擦損失； 驅(qū)動(dòng)附件損耗； 泵氣損失等。式中： Pi 指示功率 Pm 實(shí)際機(jī)械損失功率有效轉(zhuǎn)矩 發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)由功率輸出軸輸出的轉(zhuǎn)矩稱(chēng)為有效轉(zhuǎn)矩，可由測(cè)功器測(cè)得。 (Nm) 發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率Pe(kW)可以利用各種型式的測(cè)功器和轉(zhuǎn)速計(jì)

21、分別測(cè)出發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，按以下公式求得:9550nTPtpe平均有效壓力 平均有效壓力：發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)動(dòng)力性能的一個(gè)很重要的參數(shù)。30niVpPsmee9550nTtp Ttqpme ， pme 反映了發(fā)動(dòng)機(jī)單位氣缸工作容反映了發(fā)動(dòng)機(jī)單位氣缸工作容積輸出轉(zhuǎn)矩的大小。積輸出轉(zhuǎn)矩的大小。轉(zhuǎn)速n和活塞平均速度mC30SnCm（ms）式中， S為活塞行程(m) n為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min) Cm大，則活塞組的熱負(fù)荷和曲柄連桿機(jī)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

22、內(nèi)燃機(jī)強(qiáng)化程度的參數(shù)。一般汽油機(jī)的Cm值不超過(guò)15m/s，柴油機(jī)的Cm值不超過(guò)13m/s。 為了提高轉(zhuǎn)速又不使Cm過(guò)大，可以減小行程S，即對(duì)于高速發(fā)動(dòng)機(jī)，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(huì)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/D1時(shí)常稱(chēng)為短行程。發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo) 衡量發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性能的重要指標(biāo)是有效熱效率et和有效燃油消耗率be。有效熱效率是實(shí)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1QWeetueetBHP3106 . 3 有效燃油消耗率g(kWh)是指單位有效功所消耗的燃油量，用be表示： （ g/kwh

23、 ） 310eeBbP63.6 10eetubH 可見(jiàn)，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。一般內(nèi)燃機(jī)在標(biāo)定工況下的be和et值大致在以下范圍： beg (kWh)-1 et低速柴油機(jī) 190225 0.380.45中速柴油機(jī) 195240 0.360.43高速柴油機(jī) 215285 0.300.40(其中較低的be值屬排氣渦輪增壓的四沖程、二沖程柴油機(jī))四沖程汽油機(jī) 274410 0.300.20二沖程汽油機(jī) 410545 0.200.15發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化指標(biāo) 升功率：在標(biāo)定工況下(指標(biāo)定轉(zhuǎn)速、標(biāo)定功率)，發(fā)動(dòng)機(jī)每升氣缸工作容積所發(fā)出的有效功率。30meLp nP式中，p

24、me為標(biāo)定工況下的平均有效壓力，MPa； n為標(biāo)定轉(zhuǎn)速，rmin。(kWL)seLV iPP PL值越大，發(fā)動(dòng)機(jī)的強(qiáng)化程度越高，發(fā)出一定有效功率的發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸越小。因此，不斷提高Pme和n的水平以獲得更強(qiáng)化、更輕巧、更緊湊的發(fā)動(dòng)機(jī)，這些一直是發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)者盡力追求的目標(biāo)。因而PL是評(píng)定一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)動(dòng)力性能和強(qiáng)化程度的重要指標(biāo)之一。比質(zhì)量：是發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量與所給出的標(biāo)定功率之比eePmm (kgkW) 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)要求質(zhì)量小、功率大，所以其升功率大、比質(zhì)量小。汽油機(jī)的強(qiáng)化程度要比柴油機(jī)的高。強(qiáng)化系數(shù)mmeCp平均有效壓力與活塞平均速度的乘積稱(chēng)為強(qiáng)化系數(shù)。 與活塞單位面積的功率成正比。其值越大，發(fā)動(dòng)機(jī)的熱

25、負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷愈高。 由于發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)是強(qiáng)化程度不斷提高，所以強(qiáng)化系數(shù) 值增大，也是技術(shù)進(jìn)步的一個(gè)標(biāo)志。mmeCpn1、已知某發(fā)動(dòng)機(jī)在2000轉(zhuǎn)/分時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率Pe為154kW，be=217g/(kW.h),發(fā)動(dòng)機(jī)在此工況下的輸出扭矩為： N.m，每小時(shí)耗油量為 kg，發(fā)動(dòng)機(jī)的有效熱效率為： %。（燃料的低熱值Hu為42500kJ/kg）。n2、寫(xiě)出四行程發(fā)動(dòng)機(jī)充氣效率v的表達(dá)式，并分析影響充氣效率v的因素。機(jī)械損失和機(jī)械效率 發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械損失消耗了一部分指示功率，而使對(duì)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(jī)械損失，特別是摩

26、擦損失，使實(shí)際循環(huán)得到的功盡可能轉(zhuǎn)變成對(duì)外輸出的有效功，是提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能的一個(gè)重要方面。平均機(jī)械損失壓力Pmm 發(fā)動(dòng)機(jī)單位氣缸工作容積一個(gè)循環(huán)所損失的功。inVPpsmmm30式中， Pm為機(jī)械損失功率(kW)； Vs為工作容積(L)； n為轉(zhuǎn)速(rmin)； i為氣缸數(shù)目。機(jī)械效率：發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率與指示功率之比。iemPPmimmimmimemppPPpp11mitet機(jī)械損失的測(cè)定 發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失的原因極為復(fù)雜，以致無(wú)法用分析的辦法來(lái)求出準(zhǔn)確的數(shù)值，即使有些經(jīng)驗(yàn)公式可用來(lái)計(jì)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(guò)實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。 常用的測(cè)試方法有示功圖法、倒拖法

27、、滅缸法和油耗線法等。示功圖法 運(yùn)用各種示功器錄取氣缸的示功圖，從中算出Pi值，從測(cè)功器和轉(zhuǎn)速計(jì)讀數(shù)中測(cè)出發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率Pe，從而可以算出Pm，m及pmm值。示功圖法一般用于當(dāng)上止點(diǎn)位置能得到精確校正時(shí)才能取得較滿(mǎn)意的結(jié)果。決定于示功圖測(cè)錄的正確程度：決定于示功圖測(cè)錄的正確程度： 最大的誤差來(lái)源于最大的誤差來(lái)源于p圖或圖或pV圖上圖上； 倒拖法 試驗(yàn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)與電力測(cè)功器相連，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)以給定工況穩(wěn)定運(yùn)行，冷卻水、機(jī)油溫度到達(dá)正常數(shù)值時(shí)，立即切斷對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的供油（柴油機(jī)）或停止點(diǎn)火（汽油機(jī)），同時(shí)將電力測(cè)功器轉(zhuǎn)換為電動(dòng)機(jī)，以給定轉(zhuǎn)速倒拖發(fā)動(dòng)機(jī)，并且維持冷卻水和機(jī)油溫度不變，這樣測(cè)得的倒拖功率即為

28、發(fā)動(dòng)機(jī)在該工況下的機(jī)械損失功率。 倒拖法在測(cè)定汽油機(jī)機(jī)械損失時(shí)得到較廣泛的應(yīng)用。滅缸法 僅適用于多缸機(jī)多缸機(jī) 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)整到以給定工況穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)后，先測(cè)出整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率。之后，在柴油機(jī)油門(mén)拉桿或齒條位置（或汽油機(jī)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度）固定不動(dòng)的情況下，停止向某一汽缸供油或點(diǎn)火。調(diào)整測(cè)功機(jī)，使發(fā)動(dòng)機(jī)恢復(fù)到原來(lái)的轉(zhuǎn)速，重新測(cè)定有效功率（即余五個(gè)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(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的指示功率為，各缸相加。油耗線法由指示熱效率的定義可導(dǎo)出： 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)（無(wú)負(fù)荷），若指示熱效率不隨負(fù)荷增減而變化時(shí)，應(yīng)有：兩式相除，得： 保證發(fā)動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速不變的情況下進(jìn)行負(fù)荷特性試驗(yàn)，求出發(fā)動(dòng)機(jī)

29、在給定轉(zhuǎn)速下，每小時(shí)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(zhǎng)并求出其與橫坐標(biāo)軸的交點(diǎn)，就可以求得pmm值。 當(dāng)測(cè)得其pmm值后，其機(jī)械效率可近似地用下式估算式中，011memmmmemmmemmppBppppB B可取某一常用工況的數(shù)值。用油耗線法求 值示意圖 mmp一般內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械效率大致在以下范圍： m非增壓柴油機(jī) 0.780.85增壓柴油機(jī) 0.800.92汽油機(jī) 0.800.90 在以上所介紹的幾種測(cè)定機(jī)械效率的方法中，倒拖法只能用于配有電力測(cè)功器的情況，因而不適用于大功率發(fā)動(dòng)機(jī)，而較適合用于測(cè)定壓縮比不高的汽油機(jī)的機(jī)械損失。 對(duì)于油耗線法雖然只是近似的方法，但只要在低負(fù)荷附近，燃油消耗量曲線為直線就相當(dāng)可靠，即使沒(méi)有電力測(cè)功器和示功器也能進(jìn)行測(cè)定。但是這種方法不適用于用節(jié)氣門(mén)調(diào)節(jié)功率的汽油機(jī)。第四節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)的熱平衡 燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(lái)研究燃燒中總熱量的利用情況為發(fā)動(dòng)機(jī)的熱平衡。通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定發(fā)動(dòng)