第5章_發(fā)動機(jī)實(shí)際循環(huán)與評價指標(biāo) (1)

1、發(fā)動機(jī)實(shí)際循環(huán)與評價指標(biāo)發(fā)動機(jī)實(shí)際循環(huán)與評價指標(biāo)一、示功圖圖2-1四沖程內(nèi)燃機(jī)的p-圖一、示功圖圖2-2四沖程壓燃式和點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)p-V圖正負(fù)功確定原則：正負(fù)功確定原則：n 壓力方向與活塞運(yùn)動方向一致，壓力方向與活塞運(yùn)動方向一致，工質(zhì)對活塞作正功工質(zhì)對活塞作正功n 壓力方向與活塞運(yùn)動方向相反，壓力方向與活塞運(yùn)動方向相反，工質(zhì)對活塞作負(fù)功工質(zhì)對活塞作負(fù)功工質(zhì)對活塞所作功工質(zhì)對活塞所作功Compression 壓縮過程壓縮過程 W 0 Intake 進(jìn)氣過程進(jìn)氣過程 W 0 Exhaust 排氣過程排氣過程 W 混合循環(huán)混合循環(huán) t 等壓循環(huán)等壓循環(huán) tpmax及及q1相同：相同：等壓循環(huán)

2、等壓循環(huán) t 混合循環(huán)混合循環(huán) t 等容循環(huán)等容循環(huán) tLuoyang Institute Of Science And Technology理論循環(huán)分析的指導(dǎo)意義理論循環(huán)分析的指導(dǎo)意義: 缸內(nèi)噴射擴(kuò)散燃燒缸內(nèi)噴射擴(kuò)散燃燒, 噴油時間縮短噴油時間縮短, 初期等容放熱變化不大初期等容放熱變化不大, 即即 基本不變而基本不變而 減小減小, t提高提高: 預(yù)混燃燒預(yù)混燃燒, 燃燒速度下降燃燒速度下降, 燃燒時間加長燃燒時間加長, 即即 下降而下降而 上升上升, t下降下降： 中、低負(fù)荷工況中、低負(fù)荷工況, 柴油機(jī)使用油耗較汽油機(jī)低柴油機(jī)使用油耗較汽油機(jī)低3050。Luoyang Institute

3、Of Science And Technology理想循環(huán)理想循環(huán)：1) 保持理論循環(huán)中關(guān)于循環(huán)的假設(shè)保持理論循環(huán)中關(guān)于循環(huán)的假設(shè)(簡化簡化)2) 工質(zhì)特性按真實(shí)情況考慮：工質(zhì)特性按真實(shí)情況考慮：n 循環(huán)過程中成分是變化的循環(huán)過程中成分是變化的n 工質(zhì)的熱力參數(shù)隨溫度、分子結(jié)構(gòu)及混合氣濃度等變化工質(zhì)的熱力參數(shù)隨溫度、分子結(jié)構(gòu)及混合氣濃度等變化1) 工質(zhì)特性對熱效率的影響工質(zhì)特性對熱效率的影響(與理論循環(huán)相比與理論循環(huán)相比)2) 理想循環(huán)代表了人類努力所能達(dá)到的水平理想循環(huán)代表了人類努力所能達(dá)到的水平(與真實(shí)循環(huán)相比與真實(shí)循環(huán)相比)：真實(shí)循環(huán)的指示效率與理想循環(huán)熱效率之比。反映了實(shí)際發(fā)動機(jī)：真實(shí)

4、循環(huán)的指示效率與理想循環(huán)熱效率之比。反映了實(shí)際發(fā)動機(jī) 指示效率接近理想水平的程度。指示效率接近理想水平的程度。dtitrel壓縮過程壓縮過程: 空氣空氣+燃料蒸氣燃料蒸氣+殘余廢氣殘余廢氣膨脹過程膨脹過程: 廢氣廢氣+空氣空氣Luoyang Institute Of Science And Technology真實(shí)工質(zhì)對熱效率的影響真實(shí)工質(zhì)對熱效率的影響 cv, cp= f（T, 分子結(jié)構(gòu)）分子結(jié)構(gòu)） Qv=cvT，Qp=cp T T cv和和 cp T t 多原子分子多原子分子 cv和和cp T t 即：即：真實(shí)工質(zhì)真實(shí)工質(zhì) 理想工質(zhì)理想工質(zhì) 真實(shí)工質(zhì)真實(shí)工質(zhì) t 例如：例如：柴油機(jī)柴油機(jī)

5、汽油機(jī)汽油機(jī) ；稀薄燃燒；稀薄燃燒 化學(xué)計量比燃燒化學(xué)計量比燃燒 高溫時，原子間的結(jié)合力減弱，產(chǎn)生熱分解（吸熱過程）。高溫時，原子間的結(jié)合力減弱，產(chǎn)生熱分解（吸熱過程）。 CO2CO+O2 H2OH2+O2 低溫膨脹及排氣時，反向燃燒放熱。因此，低溫膨脹及排氣時，反向燃燒放熱。因此，燃燒放熱時間拉長燃燒放熱時間拉長 等容度等容度 t 。 * T越高，越高，p越小越小 熱分解越嚴(yán)重，因此，熱分解越嚴(yán)重，因此，汽油機(jī)熱分解汽油機(jī)熱分解 柴油機(jī)熱分解。柴油機(jī)熱分解。Luoyang Institute Of Science And Technology真實(shí)工質(zhì)對熱效率的影響真實(shí)工質(zhì)對熱效率的影響1.4

6、01.351.301.251.204006008001000K溫度溫度Temperature = cp/cvAir a a = 2.0 a a = 1.25 a a = 0.83 a a = 0.67 a a = 1.0w/o exhaust gas residual 液體燃料發(fā)動機(jī)燃燒后，液體燃料發(fā)動機(jī)燃燒后， 1，p 和和 t 氣體燃料發(fā)動機(jī)燃燒后，氣體燃料發(fā)動機(jī)燃燒后， 1，p 和和 t （氣體燃料分子計入燃前分子總數(shù)）（氣體燃料分子計入燃前分子總數(shù)） 總的來說，總的來說， 的的影響不大影響不大 a 1，未燃碳?xì)洌慈继細(xì)?多原子多原子 T t a1，空氣，空氣單雙原子單雙原子 T t

7、Luoyang Institute Of Science And Technology汽油機(jī)與柴油機(jī)理想循環(huán)熱效率的比較汽油機(jī)與柴油機(jī)理想循環(huán)熱效率的比較1) n 柴油機(jī)柴油機(jī) a 汽油機(jī)汽油機(jī) a 柴油機(jī)柴油機(jī) t 汽油機(jī)汽油機(jī) t n 汽油機(jī)混合氣濃且等容度高，汽油機(jī)混合氣濃且等容度高，Tmax， 殘余廢氣殘余廢氣 ，熱分解，熱分解 汽油機(jī)汽油機(jī) t n 汽油機(jī)汽油機(jī) 柴油機(jī)柴油機(jī) ，但影響不大，但影響不大2) n 汽油機(jī)汽油機(jī) a更小，而更小，而柴油機(jī)柴油機(jī) a 更大更大 汽油機(jī)汽油機(jī) t n 汽油機(jī)汽油機(jī) r，柴油機(jī)，柴油機(jī) r不變，汽油機(jī)不變，汽油機(jī) ，燃燒速度，燃燒速度 汽油機(jī)汽油

8、機(jī) tn 汽油機(jī)高、低負(fù)荷溫差小，汽油機(jī)高、低負(fù)荷溫差小， Tmax 汽油機(jī)汽油機(jī) t考慮真實(shí)工質(zhì)特性后，汽、柴油機(jī)熱效率差距加大：考慮真實(shí)工質(zhì)特性后，汽、柴油機(jī)熱效率差距加大：Luoyang Institute Of Science And Technology真實(shí)循環(huán)真實(shí)循環(huán)1) (總加熱量的總加熱量的6)真實(shí)循環(huán)并非絕熱過程真實(shí)循環(huán)并非絕熱過程, 通過氣缸壁面、缸蓋底通過氣缸壁面、缸蓋底面、活塞頂面向外散熱。面、活塞頂面向外散熱。散熱量散熱量 Qw= Fw（T-Tw）d式中，式中， 傳熱系數(shù)傳熱系數(shù) Fw 散熱面積散熱面積, Fw =f（ ） T缸內(nèi)工質(zhì)溫度缸內(nèi)工質(zhì)溫度, T= f（ ）

9、 Tw 燃燒室壁面溫度燃燒室壁面溫度, 可設(shè)為定值可設(shè)為定值l 壓縮過程壓縮過程: 前期吸熱前期吸熱, 后期散熱后期散熱, 使壓縮線略下降使壓縮線略下降(有利有利)。l 燃燒及膨脹過程燃燒及膨脹過程: 溫差大溫差大, 散熱強(qiáng)烈散熱強(qiáng)烈, 使使pz和膨脹和膨脹線下降線下降(不利不利)。l 燃燒膨脹線的下降幅度遠(yuǎn)大于壓縮線燃燒膨脹線的下降幅度遠(yuǎn)大于壓縮線, 使動力過使動力過程功減小。程功減小。Luoyang Institute Of Science And Technology真實(shí)循環(huán)真實(shí)循環(huán)2) 實(shí)際燃燒及向工質(zhì)加熱不可能瞬間完成：實(shí)際燃燒及向工質(zhì)加熱不可能瞬間完成：l存在點(diǎn)火存在點(diǎn)火(噴油噴油

10、)提前，使有用功面積下降，提前，使有用功面積下降， t。lpz出現(xiàn)在出現(xiàn)在TDC后后10 CA，而非等容加熱，使有用功面，而非等容加熱，使有用功面積減小。積減小。3) l排氣門早開，造成膨脹功損失。排氣門早開，造成膨脹功損失。l泵氣損失功泵氣損失功(W2W3)4) l 正常燃燒時，也有正常燃燒時，也有 c100%l 不正常燃燒、不正常燃燒、 a 1等，等， t 5) 流動增強(qiáng)以及提高渦流與湍流程度，流動增強(qiáng)以及提高渦流與湍流程度， t 因?yàn)椋涸斐赡芰繐p失、散熱損失因?yàn)椋涸斐赡芰繐p失、散熱損失 例如：流動損失，非直噴式柴油機(jī)直噴式柴油機(jī)例如：流動損失，非直噴式柴油機(jī)直噴式柴油機(jī) 6) Luoya

11、ng Institute Of Science And Technology真實(shí)循環(huán)與理論循環(huán)的比較真實(shí)循環(huán)與理論循環(huán)的比較：l 由于由于工質(zhì)工質(zhì)和和循環(huán)循環(huán)方面的差別，使得方面的差別，使得: 理論循環(huán)理論循環(huán)t -實(shí)際循環(huán)實(shí)際循環(huán)t =1020百分點(diǎn)百分點(diǎn)l 兩者之間的差別指出了改善內(nèi)燃機(jī)兩者之間的差別指出了改善內(nèi)燃機(jī)t的基的基本原則本原則Luoyang Institute Of Science And Technology講課內(nèi)容講課內(nèi)容5.2 5.2 發(fā)動機(jī)的性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)的性能指標(biāo)Luoyang Institute Of Science And Technology功率功率(Power

12、), 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩(Torque), 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速(Revolution/Speed)有效平均壓力有效平均壓力(Brake Mean Effective Pressure, BMEP)有效燃料消耗率有效燃料消耗率(Brake Specific Fuel Consumption, BSFC)機(jī)油消耗率機(jī)油消耗率(Oil/Lubricant Consumption)碳?xì)涮細(xì)?HC), 一氧化碳一氧化碳(CO), 氮氧化物氮氧化物(NOx),二氧化碳二氧化碳(CO2)顆粒物顆粒物(Particulate Matter, PM), 干碳煙干碳煙(Dry Soot, DS)噪聲振動沖擊噪聲振動沖擊 (Noise

13、 Vibration Harshness, NVH)可靠性或耐久性可靠性或耐久性(Robust/Reliability, Durability)檢測檢測/維護(hù)維護(hù)(Inspection/Maintenance, I/M) 發(fā)動機(jī)性能發(fā)動機(jī)性能(Performance)指標(biāo)指標(biāo)Luoyang Institute Of Science And Technology指示指標(biāo)與有效指標(biāo)指示指標(biāo)與有效指標(biāo)1. 以工質(zhì)對活塞作功為計算基準(zhǔn)的指標(biāo)稱為以工質(zhì)對活塞作功為計算基準(zhǔn)的指標(biāo)稱為n 基于示功圖算出，直接反映燃燒和熱力循環(huán)組織的好壞基于示功圖算出，直接反映燃燒和熱力循環(huán)組織的好壞n 用于理論分析和科研用

14、于理論分析和科研2. 以曲軸輸出功為計算基準(zhǔn)的指標(biāo)稱為以曲軸輸出功為計算基準(zhǔn)的指標(biāo)稱為n 由試驗(yàn)測出，直接反映產(chǎn)品最終性能由試驗(yàn)測出，直接反映產(chǎn)品最終性能n 用于產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)和使用當(dāng)中用于產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)和使用當(dāng)中只有與作功有關(guān)的指標(biāo)，如功、功率、油耗、平均壓力、熱效率等只有與作功有關(guān)的指標(biāo)，如功、功率、油耗、平均壓力、熱效率等才有才有“有效有效”與與“指示指示”之分之分Luoyang Institute Of Science And Technology一、指示功、有效功和機(jī)械損失功 指示功：發(fā)動機(jī)在一個工作循環(huán)內(nèi)，缸內(nèi)工質(zhì)在無泵氣損失條件下對活塞所做的功。用Wi表示。 四沖程發(fā)動機(jī)：Wi=

15、W1+W3 四沖程增壓發(fā)動機(jī)：Wi=W1+（pb-pk）VsLuoyang Institute Of Science And Technology一、指示功、有效功和機(jī)械損失功指示性能指標(biāo)只能評定工作循環(huán)進(jìn)行的好壞，發(fā)動機(jī)發(fā)出的指示功率需扣除運(yùn)動件的摩擦功率以及驅(qū)動風(fēng)扇、機(jī)油泵、燃油泵、發(fā)電機(jī)等附件所消耗的功率后才能變?yōu)榍S的有效輸出，所有這些消耗功的總和稱為機(jī)械損失功Wm，從而有效功為We=Wi-Wm有效功與指示功之比稱為機(jī)械效率Luoyang Institute Of Science And Technology 機(jī)械損失功Wm=Wf+We+Wp Wf:機(jī)械摩擦損失功 We：附件消耗功 W

16、p：泵氣損失功Luoyang Institute Of Science And Technology動力性能指標(biāo)動力性能指標(biāo)pWVmiis p . VpdVWp 1 bar10Nm10Nmm0.1kJdmmisimi52533 注意：這里的壓力事注意：這里的壓力事實(shí)上就是物理上所說實(shí)上就是物理上所說的壓強(qiáng)，的壓強(qiáng)，N/mN/m2 2指示平均壓力指示平均壓力(Indicated Mean Effective Pressure, IMEP)：單位氣缸工作容積所作的循環(huán)指示功：單位氣缸工作容積所作的循環(huán)指示功n 循環(huán)指示功可以認(rèn)為是循環(huán)指示功可以認(rèn)為是p pmimi作用在活塞作用在活塞上，使活塞移動

17、一個沖程所作功上，使活塞移動一個沖程所作功n 指示平均壓力反映發(fā)動機(jī)作功能力的大小指示平均壓力反映發(fā)動機(jī)作功能力的大小( (單位體積作功量單位體積作功量大小大小J/mJ/m3 3) )和強(qiáng)化程度。和強(qiáng)化程度。Luoyang Institute Of Science And Technology有效平均壓力 有效平均壓力：單位氣缸工作容積所致的有效功。 可看作是一個假想的、平均不變的壓力作用在活塞頂上，使活塞移動一個行程所做的功等于每循環(huán)所做的有效功 。用pme表示semeVWpLuoyang Institute Of Science And Technology機(jī)械損失平均壓力：pmm pmm

18、 :機(jī)械損失平均壓力，Vs：氣缸排量；Wm：機(jī)械損失功smmmVWpLuoyang Institute Of Science And Technology不同發(fā)動機(jī)有效平均壓力不同發(fā)動機(jī)有效平均壓力pme范圍范圍摩托車發(fā)動機(jī)（四沖程）摩托車發(fā)動機(jī)（四沖程）賽車發(fā)動機(jī)（自然吸氣）賽車發(fā)動機(jī)（自然吸氣） 賽車發(fā)動機(jī)（渦輪增壓）賽車發(fā)動機(jī)（渦輪增壓）轎車汽油機(jī)（自然吸氣）轎車汽油機(jī)（自然吸氣）轎車汽油機(jī)（渦輪增壓）轎車汽油機(jī)（渦輪增壓）轎車柴油機(jī)（渦輪增壓）轎車柴油機(jī)（渦輪增壓）卡車柴油機(jī)（渦輪增壓）卡車柴油機(jī)（渦輪增壓）大型柴油機(jī)大型柴油機(jī)中型高速柴油機(jī)中型高速柴油機(jī)十字頭二沖程柴油機(jī)十字頭二沖程

19、柴油機(jī)pme bar1216.656914.114201221.21123.51529.415251518.2mmmimepppLuoyang Institute Of Science And Technology3.指示效率、有效效率和機(jī)械效率 指示熱效率：燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)換為指示功Wi的能量轉(zhuǎn)換效率，即 式中， 為指示熱效率； 為所用燃料的低熱值（kJ/kg） 單缸每循環(huán)燃油消耗量gb（kg） ubiitHgWituHLuoyang Institute Of Science And Technology 有效熱效率：燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)換為曲軸輸出功We的能量轉(zhuǎn)換效率 式中， 為有效熱效率； 為所用燃

20、料的低熱值（kJ/kg） 單缸每循環(huán)燃油消耗量gb（kg）ubeetHgWetuHLuoyang Institute Of Science And Technology 機(jī)械效率：指示功Wi，在支付機(jī)械損失功Wm后，變?yōu)榍S有效輸出功We的能量轉(zhuǎn)換效率。memimimiiemWWWWWWWWWW11Luoyang Institute Of Science And Technology4.指示燃料消耗與有效燃料消耗 指示燃油消耗率：單位指示功的耗油量，通常用單位千瓦小時指示功的耗油量克數(shù)g/(kWh)來表示。 B整機(jī)燃料消耗率，kg/h;Pi為指示功率，kW310iiPBb Luoyang In

21、stitute Of Science And Technology4.指示燃料消耗率與有效燃料消耗率 有效燃料消耗率： B整機(jī)燃料消耗率，kg/h;Pe為有效功率，kW 因?yàn)?10eepBbemiieiembbPPWWLuoyang Institute Of Science And Technology由功與功率的關(guān)系求由功與功率的關(guān)系求功功We3tqe1030tqTnTP轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩 (N.m)iPtWeemetq pT角速度角速度(rad/s) 動力性指標(biāo)之間的關(guān)系動力性指標(biāo)之間的關(guān)系由轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率由轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率功率的關(guān)系求功率功率的關(guān)系求功率Pe對于某一發(fā)動機(jī)，轉(zhuǎn)矩對于某一發(fā)動機(jī)，轉(zhuǎn)

22、矩和有效平均壓力都反映和有效平均壓力都反映負(fù)荷（負(fù)荷（load）的大?。┑拇笮⊙h(huán)時間循環(huán)時間nt30Luoyang Institute Of Science And Technology動力性指標(biāo)之間的關(guān)系動力性指標(biāo)之間的關(guān)系niPWWnitWiPeeeee3030Luoyang Institute Of Science And Technology6333333310301030103010101010303010303030tqmeseeeemesetqstqsesemetqeseeeTnBpVniBWniBPBbWipVinPTViTVniPVWpTnPVniWnitWiPLuoyan

23、g Institute Of Science And Technology有效效率：有效效率：uet1eeHPBbEffective efficiencyFuel mass flow 燃料流量燃料流量 (kg/s)Low heat value (kJ/kg)kgkJ42800;0.35uetHuit1iiHPBbIndicated efficiencyuiitHBP經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)有效燃料消耗率：有效燃料消耗率：BSFC指示效率：指示效率：指示燃料消耗率：指示燃料消耗率：ISFCueetHBPE.g. 求油耗：求油耗：Luoyang Institute Of Science And Tec

24、hnology PL單位發(fā)動機(jī)排量發(fā)出的功率單位發(fā)動機(jī)排量發(fā)出的功率 ( (評價氣缸容積利用程度和緊湊性評價氣缸容積利用程度和緊湊性) ) PL= Pe / Vs *i (kW/L)n me單位有效功率所占發(fā)動機(jī)質(zhì)量單位有效功率所占發(fā)動機(jī)質(zhì)量 ( (評價輕量化和緊湊性評價輕量化和緊湊性) ) me= m / Pe (kg/kW)n Ve單位有效功率所占發(fā)動機(jī)的體積單位有效功率所占發(fā)動機(jī)的體積 ( (評價緊湊性評價緊湊性) ) Ve= V / Pe (m3/kW)功率密度評價指標(biāo)功率密度評價指標(biāo)轎車汽油機(jī)自吸式轎車汽油機(jī)自吸式: 35: 356565轎車汽油機(jī)增壓式轎車汽油機(jī)增壓式: 50: 5

25、0100100轎車柴油機(jī)增壓式轎車柴油機(jī)增壓式: 30: 304040轎車汽油機(jī)轎車汽油機(jī): 3: 31 1轎車柴油機(jī)轎車柴油機(jī): 5: 52 2Luoyang Institute Of Science And Technology發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與活塞平均速度發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與活塞平均速度3m1030nsVr/minm301m/smnsV主要影響：主要影響： 慣性力引起的機(jī)械應(yīng)力慣性力引起的機(jī)械應(yīng)力 摩擦摩擦(磨損磨損) 熱負(fù)荷熱負(fù)荷 充氣效率充氣效率 噪聲噪聲2mMV活塞平均速度：活塞平均速度：(強(qiáng)化指標(biāo)之一強(qiáng)化指標(biāo)之一)n 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與活塞速發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與活塞速度不完全是一個概念！度不完全是一個概念！

26、n 活塞平均速度越高，活塞平均速度越高，說明發(fā)動機(jī)強(qiáng)化度越高說明發(fā)動機(jī)強(qiáng)化度越高單位：單位： Luoyang Institute Of Science And Technology活塞平均速度活塞平均速度VmVm2221.7279.519.812.37.8m/s7.0摩托車發(fā)動機(jī)（四沖程）摩托車發(fā)動機(jī)（四沖程）賽車發(fā)動機(jī)（自然吸氣）賽車發(fā)動機(jī)（自然吸氣） 賽車發(fā)動機(jī)（渦輪增壓）賽車發(fā)動機(jī)（渦輪增壓）轎車汽油機(jī)（自然吸氣）轎車汽油機(jī)（自然吸氣）轎車柴油機(jī)轎車柴油機(jī)卡車柴油機(jī)（渦輪增壓）卡車柴油機(jī)（渦輪增壓）大型柴油機(jī)大型柴油機(jī)中速柴油機(jī)中速柴油機(jī)十字頭

27、二沖程柴油機(jī)十字頭二沖程柴油機(jī)Luoyang Institute Of Science And Technology決定動力輸出的三大環(huán)節(jié)決定動力輸出的三大環(huán)節(jié)n 設(shè)單位時間加入發(fā)動機(jī)的燃料總質(zhì)量為設(shè)單位時間加入發(fā)動機(jī)的燃料總質(zhì)量為B (kg/s)，燃料低熱值，燃料低熱值(low heat value)為為Hu(kJ/kg)，燃料能量轉(zhuǎn)換的總效率為，燃料能量轉(zhuǎn)換的總效率為 et ，則有效功率，則有效功率Pe可表示為：可表示為： n 設(shè)單位時間進(jìn)入發(fā)動機(jī)的混合氣總量為設(shè)單位時間進(jìn)入發(fā)動機(jī)的混合氣總量為Gm(kg/s)，混合氣低熱值為，混合氣低熱值為Hum (kJ/kg)，則有效功率，則有效功率P

28、e也可表示為：也可表示為：n 提高功率的三大環(huán)節(jié)：提高功率的三大環(huán)節(jié)：l 可燃混合氣或燃料的能量密度可燃混合氣或燃料的能量密度 混合氣熱值混合氣熱值Hum或燃料熱值或燃料熱值Hul 單位時間實(shí)際吸入發(fā)動機(jī)的可燃混合氣總量單位時間實(shí)際吸入發(fā)動機(jī)的可燃混合氣總量Gm或燃料總量或燃料總量Bl 可燃混合氣能量或燃料能量轉(zhuǎn)換為有效輸出功的多少可燃混合氣能量或燃料能量轉(zhuǎn)換為有效輸出功的多少 工作過程各環(huán)節(jié)效率或總效率工作過程各環(huán)節(jié)效率或總效率 et(kW)ueteHBP(kW)ummeteHGPLuoyang Institute Of Science And Technology油油/氣混合比氣混合比(濃

29、度濃度)是影響發(fā)動機(jī)性能的重要參數(shù)：是影響發(fā)動機(jī)性能的重要參數(shù)：1) 過量空氣系數(shù)過量空氣系數(shù) a（Excess air ratio/Relative air-fuel ratio）設(shè)單位質(zhì)量燃料完全燃燒所需理論空氣量為設(shè)單位質(zhì)量燃料完全燃燒所需理論空氣量為l0，而實(shí)際供給的空氣量為，而實(shí)際供給的空氣量為l，則則 a定義定義為：為： a 1 ,稀稀(lean)混合氣混合氣 a 1, 濃濃(rich)混合氣混合氣 a =1, 化學(xué)計量比（化學(xué)計量比（stoichiometric ratio），過去稱理論空燃比），過去稱理論空燃比可燃混合氣濃度與熱值可燃混合氣濃度與熱值0理論1kg實(shí)際供給1kgl

30、la空氣量燃料完全燃燒需要的的空氣量燃料燃燒）（國外用燃空當(dāng)量比燃空當(dāng)量比(equivalent ratio) 1 / a，歐美國家常用，歐美國家常用 Luoyang Institute Of Science And Technology2) 空燃比空燃比a a (Air/Fuel ratio, A/F)3) 燃空比燃空比 (Fuel/Air ratio, F/A)4) 可燃混合氣熱值可燃混合氣熱值Hum (Mixture low heat value)定義定義: 單位質(zhì)量或單位體積單位質(zhì)量或單位體積發(fā)出的熱量發(fā)出的熱量(kJ/kg或或kJ/m3)Hu表示燃料的能量密度，越高越便于攜帶；表示燃

31、料的能量密度，越高越便于攜帶；Hum代表混合氣的能量密度，代表混合氣的能量密度，越高則相同工作容積時發(fā)出功率越高越高則相同工作容積時發(fā)出功率越高(pme也越高也越高)0a)(lFAl混合氣中燃料質(zhì)量混合氣中空氣質(zhì)量或)(110alAFsuvum)(VHmH0auuuum11lHlHlmmHmH或或可燃混合氣濃度與熱值可燃混合氣濃度與熱值Luoyang Institute Of Science And Technology能量轉(zhuǎn)換效率能量轉(zhuǎn)換效率ub1cHgQ 1itQW iemWW 1) 燃燒效率燃燒效率2) 循環(huán)熱效率循環(huán)熱效率3) 機(jī)械效率機(jī)械效率ubemitmtcetHgW4) 有效效率

32、有效效率每缸每循環(huán)燃燒時發(fā)出的熱量每缸每循環(huán)燃燒時發(fā)出的熱量 (kJ)單缸循環(huán)油量單缸循環(huán)油量(kg)指示效率指示效率正常燃燒：正常燃燒：汽油機(jī)汽油機(jī) c=95%98%柴油機(jī)柴油機(jī) c=98%99%Combustion EfficiencyThermal EfficiencyMechanical EfficiencyEffective Efficiency曲軸輸出功曲軸輸出功總指示功總指示功Luoyang Institute Of Science And Technology混合氣混合氣(進(jìn)氣進(jìn)氣)充量充量ssacVm充量系數(shù)充量系數(shù)(容積效率容積效率)Volumetric efficienc

33、y每缸每循環(huán)吸入缸內(nèi)的新鮮空氣量與按進(jìn)氣系統(tǒng)前狀態(tài)計算每缸每循環(huán)吸入缸內(nèi)的新鮮空氣量與按進(jìn)氣系統(tǒng)前狀態(tài)計算 而得的理論充氣量之比而得的理論充氣量之比(75%-90%) 0a0aa0aaaam1)/(llAlAABAG 0a0assssc0a0assc12112llTRinpVllinV可燃混合氣流量：可燃混合氣流量：l 大氣密度大氣密度(自然吸氣機(jī)型自然吸氣機(jī)型)l 增壓后空氣密度增壓后空氣密度(增壓機(jī)型增壓機(jī)型)新鮮空氣量新鮮空氣量燃油量燃油量Luoyang Institute Of Science And Technology)2)()(ssssc0aumtcummeteinTRpVlHH

34、GPuetumitumtce111HHHb功率和油耗的表達(dá)式功率和油耗的表達(dá)式(課程總綱課程總綱)燃燒效率燃燒效率循環(huán)熱效率循環(huán)熱效率( (第第5 5章章) )機(jī)械效率機(jī)械效率( (第第3 3章章) )進(jìn)氣充量進(jìn)氣充量( (第第6 6章章) )混合氣熱值混合氣熱值( (第第2 2章章) )Luoyang Institute Of Science And Technology例題一臺4缸四沖程火花塞點(diǎn)火發(fā)動機(jī)（缸徑D=80mm，沖程S=76.5mm）節(jié)氣門全開時在臺架上的測量結(jié)果如下：轉(zhuǎn)速n=5900r/min，有效轉(zhuǎn)矩Ttq=107.1Nm，指示平均壓力pmi=1.19MPa，計算1)指示功W

35、i2）指示功率Pi和有效功率Pe3）有效平均壓力pme4)機(jī)械效率m5）機(jī)械損失功率Pm和機(jī)械損失平均壓力pmmLuoyang Institute Of Science And Technology例2 內(nèi)燃機(jī)的動力性能和經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)為什么要分為指示指標(biāo)和有效指標(biāo)兩大類？表示動力性能的指標(biāo)有哪 些？它們的物理意義是什么？它們之間的關(guān)系是什么？表示經(jīng)濟(jì)性能的指標(biāo)有哪些？它們的物理意義是什么？它 們之間的關(guān)系是什么？ 答：（1）指示性能指標(biāo)是以工質(zhì)對活塞做功為基礎(chǔ)的指標(biāo)。能評定工作循環(huán)進(jìn)行的好壞。有效性 能指標(biāo)是以曲軸的有效輸出為基礎(chǔ)的指標(biāo)，能表示曲軸的有效輸出。Luoyang Institute

36、 Of Science And Technology （2）動力性能指標(biāo)：功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、平均有效壓力、升功率。 （3）功率：內(nèi)燃機(jī)單位時間內(nèi)做的有效功。轉(zhuǎn)矩：力與力臂之積。轉(zhuǎn)速：內(nèi)燃機(jī)每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)。Pe=Ttq.n/9550 （4）經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)：有效熱效率，有效燃油消耗率be。 （5）有效熱效率:實(shí)際循環(huán)的有效功與為得到此有效功所消耗的熱量之比值。 et=We/Q1*nc 有效燃油消耗率：單位有效功的耗油量。關(guān)系：be=3.6*106/et.HuLuoyang Institute Of Science And Technology機(jī)械損失與機(jī)械效率機(jī)械損失與機(jī)械效率1) 機(jī)械效率的定義機(jī)械

37、效率的定義2) 機(jī)械損失的組成與份額機(jī)械損失的組成與份額3) 機(jī)械損失的測量機(jī)械損失的測量4) 機(jī)械效率的影響因素機(jī)械效率的影響因素mimmimimiem111ppPPWWWWLuoyang Institute Of Science And Technology機(jī)械損失與機(jī)械效率機(jī)械損失與機(jī)械效率(1) (5080)活塞組件、軸承、氣門機(jī)構(gòu)等活塞組件、軸承、氣門機(jī)構(gòu)等(2) (10)水泵、機(jī)油泵、燃油泵、點(diǎn)火裝置等水泵、機(jī)油泵、燃油泵、點(diǎn)火裝置等運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)必不可少的必不可少的輔助機(jī)構(gòu)輔助機(jī)構(gòu)(3) (540)pmemfmWWWW1) 機(jī)械效率的定義機(jī)械效率的定義2) 機(jī)械損失的組成與份額機(jī)械損失

38、的組成與份額3) 機(jī)械損失的測量機(jī)械損失的測量4) 機(jī)械效率的影響因素機(jī)械效率的影響因素p 為什么泵氣損失包含在機(jī)械為什么泵氣損失包含在機(jī)械損失中？損失中？Luoyang Institute Of Science And Technology一、機(jī)械損失的組成部分1.活塞與活塞環(huán)的摩擦損失2.軸承與氣門機(jī)構(gòu)的摩擦損失3.驅(qū)動附屬機(jī)構(gòu)的功率損失4.風(fēng)阻損失5.驅(qū)動掃氣泵及增壓器的損失Luoyang Institute Of Science And Technology1.活塞與活塞環(huán)的摩擦損失活塞與活塞環(huán)的摩擦損失占整個摩擦損失的主要部分。這是由于它的滑動面積大、相對速度高、潤滑不充分等原因造成

39、的。這種摩擦與活塞的長度、活塞間隙以及活塞環(huán)的數(shù)目和環(huán)的張力等結(jié)構(gòu)因素有關(guān)。此外，在構(gòu)造相同的情況下，它隨氣缸壓力、活塞速度以及潤滑油粘度的升高而增加。Luoyang Institute Of Science And Technology2.軸承與氣門機(jī)構(gòu)的摩擦損失軸承與氣門機(jī)構(gòu)的摩擦損失包括所有主軸承、連桿軸承和凸輪軸軸承等的摩擦損失。在這些軸承里，由于潤滑充分，純液力摩擦因數(shù)很低，不過隨著軸承直徑的增大和轉(zhuǎn)速的提高，軸頸圓周速度的增大，運(yùn)動件慣性力增大，這部分損失也將增加，但它對氣缸中壓力的變化不太敏感。至于消耗在氣門驅(qū)動機(jī)構(gòu)上的損耗，在額定功率工況下所占比例是很微小的，在低速小負(fù)荷時，它

40、的比例將增大。Luoyang Institute Of Science And Technology3.驅(qū)動附屬機(jī)構(gòu)的功率損失所謂的附屬機(jī)構(gòu)，主要是指為保證發(fā)動機(jī)正常工作所必不可少的部件或總成，如冷卻水泵總成(風(fēng)冷發(fā)動機(jī)中則是冷卻風(fēng)扇)、機(jī)油泵、噴油泵、調(diào)速器等；而一些不是發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)所必要的總成，如發(fā)電機(jī)、汽車制動用的空氣壓縮機(jī)、真空助力泵等，除非加以說明，一般不包括在內(nèi)。有時散熱器、冷卻風(fēng)扇也不包括在發(fā)動機(jī)機(jī)械損失之內(nèi)。這些附屬機(jī)構(gòu)消耗的功率隨發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速和潤滑油粘度的增加而增大，但與氣缸壓力無關(guān)，它僅占機(jī)械損失中的一小部分。Luoyang Institute Of Science And

41、Technology4.風(fēng)阻損失活塞、連桿、曲軸等零件在曲軸箱內(nèi)高速運(yùn)動時，為克服油霧、空氣阻力及曲軸箱通風(fēng)等將消耗一部分功，但其數(shù)值是很微小的。Luoyang Institute Of Science And Technology5.驅(qū)動掃氣泵及增壓器的損失在二沖程或機(jī)械增壓發(fā)動機(jī)中，還要加上對進(jìn)氣進(jìn)行壓縮而帶來的損失。上述諸損失中，可將前四項損失之和視作發(fā)動機(jī)的內(nèi)部摩擦損失，并以Pf表示其損耗的功率，掃氣泵或增壓器所消耗的功率為PBLuoyang Institute Of Science And Technology圖2-4自然吸氣發(fā)動機(jī)中機(jī)械損失各組成部分隨活塞平均速度的變化a泵氣損失b

42、活塞與活塞環(huán)的摩擦損失c氣門機(jī)構(gòu)驅(qū)動損失d附屬機(jī)構(gòu)驅(qū)動損失e連桿軸承摩擦損失f凸輪軸承摩擦損失Luoyang Institute Of Science And Technology機(jī)械損失與機(jī)械效率機(jī)械損失與機(jī)械效率1) 機(jī)械效率的定義機(jī)械效率的定義2) 機(jī)械損失的組成與份額機(jī)械損失的組成與份額3) 機(jī)械損失的測量機(jī)械損失的測量4) 機(jī)械效率的影響因素機(jī)械效率的影響因素p無凸輪軸（無凸輪軸（Camless）發(fā)動機(jī)）發(fā)動機(jī)測量機(jī)械損失時可以剔除泵氣損測量機(jī)械損失時可以剔除泵氣損失嗎？失嗎？(1) (5080)活塞組件、軸承、氣門機(jī)構(gòu)等活塞組件、軸承、氣門機(jī)構(gòu)等(2) (10)水泵、機(jī)油泵、燃油泵

43、、點(diǎn)火裝置等水泵、機(jī)油泵、燃油泵、點(diǎn)火裝置等運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)必不可少的必不可少的輔助機(jī)構(gòu)輔助機(jī)構(gòu)(3) (540)pmemfmWWWW電控氣門電控氣門Luoyang Institute Of Science And Technology機(jī)械損失與機(jī)械效率機(jī)械損失與機(jī)械效率標(biāo)定工況：標(biāo)定工況：l 自吸式汽油機(jī)自吸式汽油機(jī): m=0.80.9l 自吸式柴油機(jī)自吸式柴油機(jī): m=0.780.85l 渦輪增壓式柴油機(jī)渦輪增壓式柴油機(jī): m=0.800.921) 機(jī)械效率的定義機(jī)械效率的定義2) 機(jī)械損失的組成與份額機(jī)械損失的組成與份額3) 機(jī)械損失的測量機(jī)械損失的測量4) 機(jī)械效率的影響因素機(jī)械效率的影響因素

44、p 在相同排量和標(biāo)定工況條件下，在相同排量和標(biāo)定工況條件下，比較渦輪增壓發(fā)動機(jī)、機(jī)械增壓發(fā)比較渦輪增壓發(fā)動機(jī)、機(jī)械增壓發(fā)動機(jī)和自然吸氣發(fā)動機(jī)的機(jī)械效率，動機(jī)和自然吸氣發(fā)動機(jī)的機(jī)械效率，哪個大？哪個?。磕膫€大？哪個??？(1) (5080)活塞組件、軸承、氣門機(jī)構(gòu)等活塞組件、軸承、氣門機(jī)構(gòu)等(2) (10)水泵、機(jī)油泵、燃油泵、點(diǎn)火裝置等水泵、機(jī)油泵、燃油泵、點(diǎn)火裝置等運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)必不可少的必不可少的輔助機(jī)構(gòu)輔助機(jī)構(gòu)(3) (540)pmemfmWWWWLuoyang Institute Of Science And Technology機(jī)械損失與機(jī)械效率機(jī)械損失與機(jī)械效率(1) 由總指示功由總指示功

45、Wi，減去臺架上測得，減去臺架上測得的有效功的有效功We只適用研發(fā)：只適用研發(fā)：(a) 上止點(diǎn)難以精確測量：偏差上止點(diǎn)難以精確測量：偏差1 CA，誤差，誤差1015(b) 各缸不均勻，需要同時測量各缸不均勻，需要同時測量meiWWW1) 機(jī)械效率的定義機(jī)械效率的定義2) 機(jī)械損失的組成與份額機(jī)械損失的組成與份額3) 機(jī)械損失的測量機(jī)械損失的測量4) 機(jī)械效率的影響因素機(jī)械效率的影響因素Luoyang Institute Of Science And Technology機(jī)械損失與機(jī)械效率機(jī)械損失與機(jī)械效率(2) 發(fā)動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)后。斷油或斷火，用發(fā)動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)后。斷油或斷火，用電機(jī)反拖發(fā)動機(jī)，測

46、得的反拖功率電機(jī)反拖發(fā)動機(jī)，測得的反拖功率誤差誤差：(a) 無燃燒，缸內(nèi)壓力低，活塞與缸套無燃燒，缸內(nèi)壓力低，活塞與缸套間隙加大摩擦損失減小；潤滑油粘度間隙加大摩擦損失減??；潤滑油粘度加大，摩擦損失增大加大，摩擦損失增大(b) 排氣阻力加大，泵氣損失增大排氣阻力加大，泵氣損失增大(c) 壓縮、膨脹線不重合，增大壓縮、膨脹線不重合，增大pmm汽油機(jī)壓縮比小，所以誤差小汽油機(jī)壓縮比小，所以誤差小1) 機(jī)械效率的定義機(jī)械效率的定義2) 機(jī)械損失的組成與份額機(jī)械損失的組成與份額3) 機(jī)械損失的測量機(jī)械損失的測量4) 機(jī)械效率的影響因素機(jī)械效率的影響因素meiWWWLuoyang Institute O

47、f Science And Technology2.倒拖法圖2-6發(fā)動機(jī)在倒拖時的p-V圖Luoyang Institute Of Science And Technology機(jī)械損失與機(jī)械效率機(jī)械損失與機(jī)械效率(3) 用于多缸機(jī)用于多缸機(jī)本質(zhì)上也是倒拖法（本質(zhì)上也是倒拖法（N-1缸拖缸拖1缸），但缸），但更接近真實(shí)狀態(tài)更接近真實(shí)狀態(tài)新問題：新問題：p 滅缸后進(jìn)排氣波動效應(yīng)的影響滅缸后進(jìn)排氣波動效應(yīng)的影響p 兩大數(shù)相減得到小數(shù)，誤差加大兩大數(shù)相減得到小數(shù)，誤差加大NPPNPPPPPPPPPPPPP1iieeeN1iieeeimN1iieeN1ii1iieei1)(1)()()()(1) 機(jī)械效

48、率的定義機(jī)械效率的定義2) 機(jī)械損失的組成與份額機(jī)械損失的組成與份額3) 機(jī)械損失的測量機(jī)械損失的測量4) 機(jī)械效率的影響因素機(jī)械效率的影響因素此法僅適用于自然吸氣式多缸柴油機(jī)。當(dāng)發(fā)動機(jī)調(diào)整到給定工況穩(wěn)定工作后，先測出其有效功率Pe，保持發(fā)動機(jī)原循環(huán)供油量不變，停止向某一氣缸供油，并用減少制動力矩的辦法迅速將轉(zhuǎn)速恢復(fù)到原來的數(shù)值，并重新測定其有效功率PLuoyang Institute Of Science And Technology機(jī)械損失與機(jī)械效率機(jī)械損失與機(jī)械效率(4) 轉(zhuǎn)速不變，測出整機(jī)燃料消耗率隨負(fù)荷轉(zhuǎn)速不變，測出整機(jī)燃料消耗率隨負(fù)荷的變化曲線。將此線外延到與橫坐標(biāo)相的變化曲線。將

49、此線外延到與橫坐標(biāo)相交的交的a點(diǎn)，則點(diǎn)，則a0之值為機(jī)械損失值。之值為機(jī)械損失值。適合柴油機(jī)，不適合汽油機(jī)適合柴油機(jī)，不適合汽油機(jī)1) 機(jī)械效率的定義機(jī)械效率的定義2) 機(jī)械損失的組成與份額機(jī)械損失的組成與份額3) 機(jī)械損失的測量機(jī)械損失的測量4) 機(jī)械效率的影響因素機(jī)械效率的影響因素Luoyang Institute Of Science And Technology4.油耗線法Luoyang Institute Of Science And Technology機(jī)械損失與機(jī)械效率機(jī)械損失與機(jī)械效率： (1) 多用倒拖法，不適合用滅缸多用倒拖法，不適合用滅缸法法(滅缸不安全滅缸不安全)和油耗線法和油耗線法(不成直線不成直線) (2) 適合滅缸法、油耗適合滅缸法、油耗線法，小型柴油機(jī)可以用倒拖法線法，小型柴油機(jī)可以用倒拖法 (3) 無法使用倒拖無法使用倒拖法和滅缸法，低增壓可以用油耗線法。法和滅缸法，低增壓可以用油耗線法。1) 機(jī)械效率的定義機(jī)械效率的定義2) 機(jī)械損失