淺談發(fā)動(dòng)機(jī)的工作指標(biāo)及其影響

1、淺談內(nèi)燃機(jī)的工作指標(biāo)及其影響 摘要：內(nèi)燃機(jī)的工作指標(biāo)很多，主要有動(dòng)力性能指標(biāo)（功率、扭矩、轉(zhuǎn)速）、經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)（燃料與潤(rùn)滑油消耗率）。運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo)（冷啟動(dòng)性能、噪聲和排氣品質(zhì)）和耐久可靠性能指標(biāo)（大修或更換零部件之間的最長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間與無故障長(zhǎng)期工作能力） 本文主要研究表征動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)的各種參數(shù)及其相互關(guān)系，對(duì)排放性能也作詳細(xì)介紹。 關(guān)鍵字：示功圖，指示性能，機(jī)械效率，有效功率，空燃比，機(jī)械損失，機(jī)械效率1， 引言在汽車快速發(fā)展的今天，汽車無疑是每個(gè)人必選的交通工具，然而作為其駕駛?cè)耍芏喽疾恢来嬖谥裁礃拥墓ぷ髦笜?biāo)，在此簡(jiǎn)單的介紹一下。一 示功圖與指示性能指標(biāo)一、示功圖燃料燃燒產(chǎn)生的

2、熱量是通過氣缸內(nèi)所進(jìn)行的工作循環(huán)轉(zhuǎn)化為機(jī)械功的，即氣缸中工質(zhì)的燃燒壓力作用在活塞頂上，通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)，在克服了內(nèi)燃機(jī)內(nèi)部各項(xiàng)損耗后，對(duì)外做功。因此，要研究?jī)?nèi)燃機(jī)的動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能，應(yīng)首先對(duì)內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)中熱功轉(zhuǎn)換的質(zhì)和量?jī)煞矫婕右苑治?。?nèi)燃機(jī)氣缸內(nèi)部實(shí)際進(jìn)行的工作循環(huán)是非常復(fù)雜的，為獲得正確反映氣缸內(nèi)部實(shí)際情況的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通常利用不同形式的示功器或內(nèi)燃機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來觀察或記錄相對(duì)于不同活塞位置或曲軸轉(zhuǎn)角時(shí)氣缸內(nèi)工質(zhì)壓力的變化，所得的結(jié)果即為p-V示功圖或p-示功圖。由示功圖可以觀察到內(nèi)燃機(jī)工作循環(huán)的不同階段（壓縮、燃燒、膨脹）以及進(jìn)氣、排氣行程中的壓力變化，通過數(shù)據(jù)處理，運(yùn)用熱力學(xué)

3、知識(shí)，將它們與所積累的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較，可以對(duì)整個(gè)過程或工作過程的不同階段進(jìn)展的完善程度作出判斷。因此，示功圖是研究?jī)?nèi)燃機(jī)工作過程的一個(gè)重要依據(jù)。二、指示性能指標(biāo)內(nèi)燃機(jī)的指示性能指標(biāo)是指以工質(zhì)對(duì)活塞做功為基礎(chǔ)的指標(biāo)。（一）指示功和平均指標(biāo)壓力指標(biāo)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p-V圖中閉合曲線所占有的在積求得，圖示為四沖程非增壓和增壓發(fā)動(dòng)機(jī)以及二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的示功圖。 發(fā)動(dòng)機(jī)的p-V圖a)四沖程非增壓發(fā)動(dòng)機(jī) b)四沖程增壓發(fā)動(dòng)機(jī) c)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)如圖a所示為四沖程非增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的指示功面積Fi，它是由于相當(dāng)于壓縮、燃燒、膨脹行程中所得到的有用功面積F1和相當(dāng)

4、于進(jìn)氣、排氣行程中消耗的功的面積F2（即泵氣損失）相減而成，即Fi= F1- F2。在四沖程增壓發(fā)動(dòng)機(jī)中（圖b），由于進(jìn)行壓力高于排氣壓力，在換氣過程中，工質(zhì)是對(duì)外做功的，因此，換氣功的面積F2應(yīng)與面積F1疊加起來，即Fi= F1+ F2。在二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中（圖c），只有一塊示功圖面積Fi，它表示了指示功的大小。Fi可用燃燒分析儀通過采集缸內(nèi)示功圖計(jì)算求得，然后用下式算出Wi（N·m或J）值。式中，F(xiàn)i為示功圖面積（cm2）；為示功圖縱坐標(biāo)比例尺（Pa/cm）；b為示功圖橫坐標(biāo)比例尺（cm3/cm）。指示功Wi反映了發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸在一個(gè)工作循環(huán)中所獲得的有用功的數(shù)量，它除了和循環(huán)中熱功轉(zhuǎn)換

5、的有效程度有關(guān)外，還和氣缸容積的大小有關(guān)。為了能更清楚地對(duì)不同工作容積發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)的熱力轉(zhuǎn)換有效程度作比較，引出了平均指示壓力（用表示）的概念。所謂平均指示壓力（Pa），是指單位氣缸容積一個(gè)循環(huán)所做的指示功，即式中，Wi為發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)工作循環(huán)指示功（J）；為發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸工作容積（m3）. 若用L為單位，Wi用kJ為單位，則（MPa）為 也可寫成，其中D和S分別是為氣缸直徑和活塞行程由此可以引出平均指示壓力的第二概念，即平均指示壓力是一個(gè)假想的平均不變的壓力，以這個(gè)壓力作用在活塞頂上，使活塞移動(dòng)一個(gè)行程S所做的功，即為循環(huán)的指示功Wi。 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

6、低的一個(gè)參數(shù)，越高，同樣大小的氣缸容積可以發(fā)出更大的指示功，氣缸工作容積的利用程度越佳。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)。 一般內(nèi)燃機(jī)在標(biāo)定工況下的值在下列范圍內(nèi)： 柴油機(jī) 四沖程自然吸氣柴油機(jī) 0.60.95MPa 四沖程增壓柴油機(jī) 0.852.6MPa 二沖程柴油機(jī) 0.51.3MPa 汽油機(jī) 四沖程摩托車用汽油機(jī) 0.81.3MPa 四沖程小客車用汽油機(jī) 0.81.43MPa 四沖程載貨車用汽油機(jī) 0.70.85MPa 二沖程小型風(fēng)冷汽油機(jī) 0.40.7MPa（二）指示功率內(nèi)燃機(jī)單位時(shí)間內(nèi)所作的指示功稱為指示功率Pi。若一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)的氣缸數(shù)為，每缸的工作容積為Vs

7、(m3)，平均指標(biāo)壓力為（N/m2），轉(zhuǎn)速為n(r/s)，根據(jù)的定義，第循環(huán)氣體所作的指示功（J）為具有個(gè)氣缸的發(fā)動(dòng)機(jī)每秒所作的指示功率（W）為式中，為沖程數(shù)，對(duì)四沖程內(nèi)燃機(jī)：；對(duì)二沖程內(nèi)燃機(jī)：。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，一般采用（MPa）, Vs(L), (r/min),(kW)代入可得對(duì)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)（三）指示熱效效率和指示燃油消耗率指示熱效率是發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)指示功與所消耗的燃料熱量的比值，即式中，為指示熱效率；Q1為得到指示功Wi所消耗的熱量（J） 對(duì)于一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)測(cè)得其指示功率Pi(kW)和每小時(shí)燃油消耗量B（kg/h）時(shí)，根據(jù)的一義，可得式中，為所用燃料的低熱值（kJ/kg）。 指

8、示燃油消耗率是指單位指示功的耗油量，通常用單位千瓦小時(shí)指示功的耗油量克數(shù)g/(kW·h)來表示。 因此，表示實(shí)際循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)和bi之間存在著以下關(guān)系，即一般內(nèi)燃機(jī)的和bi的統(tǒng)計(jì)范圍如下：四沖程柴油機(jī)0.410.50170210二沖程柴油機(jī)0.400.50170215四沖程柴油機(jī)0.250.40215340二沖程柴油機(jī)0.200.28300430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)，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)。二 有效性能指標(biāo)一、機(jī)械效率和有效功率上面所討論的指示性能指標(biāo)只能評(píng)定工作循環(huán)進(jìn)行的好壞，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的指示功率需扣除運(yùn)動(dòng)件的摩擦功率以及驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇、機(jī)

9、油泵、燃油泵、發(fā)電機(jī)等附件年消耗的功率后才能變?yōu)榍S的有效輸出，所有這些消耗功率的總和稱為機(jī)械損失功率，從而有效功率為 有效功率與指示功率之比機(jī)械效率，即 內(nèi)燃機(jī)的有效功率（kW）可以利用各種形式的測(cè)力器和轉(zhuǎn)速計(jì)分別測(cè)出發(fā)動(dòng)機(jī)在某一工況下曲軸的輸出轉(zhuǎn)矩及在同一工況下的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n,按以下公式求得式中，為發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩（N·m） 二、平均有效壓力、有效功率和升功率與平均指示壓力相似，平均有效壓力可看作是一個(gè)假想的、平均不變的壓力作用在活塞頂上，使活塞移動(dòng)一個(gè)行程所做的功等于每循環(huán)所做的有效功。平均有效壓力是衡量發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)性能的一個(gè)重要參數(shù)。用以上兩式可得出因此，對(duì)于一定氣缸總工作容積（即

10、）的發(fā)動(dòng)機(jī)，平均有效壓力Pme值反映了發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的大小，即也就是說，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。升功率PL（kW/L）的定義是在標(biāo)定工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)每升氣缸工作容積所發(fā)出的有效功率。式中，Pe為發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)定功率（kW）；i為氣缸數(shù)；VS為氣缸工作容積（L）。 推導(dǎo)可得式中，為標(biāo)定工況下的平均有效壓力（MPa）;n為標(biāo)定轉(zhuǎn)速（r/min）?？梢姡β蔖L是從發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率的角度對(duì)其氣缸工作容積的利用率作出的總評(píng)價(jià)，它與和n的乘積成正比。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，不斷提高和n的水平以獲得更強(qiáng)化、更輕巧和緊湊的發(fā)動(dòng)機(jī)，一直是內(nèi)燃機(jī)工

11、作者致力以求的奮斗目標(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。目前內(nèi)燃機(jī)的和PL值一般在下列范圍內(nèi)：Pme/MPaPL/kW·L-1農(nóng)用柴油機(jī)0.50.7815汽車用柴油機(jī)0.712045強(qiáng)化高速柴油機(jī)12.92045固定船用中速柴油機(jī)0.62.548四沖程摩托車用汽油機(jī)0.781.25070四沖程小客車用汽油機(jī)0.651.254065四沖程載貨汽車用汽油機(jī)0.60.72550二沖程小型風(fēng)冷汽油機(jī)0.40.652075我國(guó)2002年生產(chǎn)的部分內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品的性能參數(shù)見表2-1，表2-2列出了國(guó)外生產(chǎn)的2003年被評(píng)為世界十大最佳車用發(fā)動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。三、

12、由吸入空氣量計(jì)算平均有效壓力根據(jù)每循環(huán)吸入的空氣量計(jì)算平均有效壓力，可以導(dǎo)出平均有效壓力與一些熱力學(xué)參數(shù)之間的關(guān)系，從而明確提高平均有效壓力的技術(shù)措施。在推導(dǎo)前，先給出兩個(gè)重要定義。（一）充量系數(shù)。若把每循環(huán)吸入氣缸的空氣量換算成進(jìn)氣管狀態(tài)（）的體積V1，其值一般要比活塞排量Vs小，兩者的比值定義為充量系數(shù)，即式中，、分別為實(shí)際進(jìn)入氣缸的新鮮空氣的質(zhì)量、物質(zhì)的量（mol）、在進(jìn)氣管狀態(tài)（）下所占有的體積；、分別在進(jìn)氣管狀下能充滿氣缸工作容積的空氣質(zhì)量、物質(zhì)的量及氣缸工作容積。 充量系數(shù)是表征實(shí)際換氣過程進(jìn)行完善程度的一個(gè)極為重要的參數(shù)（詳見第四章）。（二）過量空氣系數(shù)燃燒1kg燃料的實(shí)際空氣量

13、與理論空氣之比稱為過量空氣系數(shù)，即式中，為每循環(huán)燃料供給量（kg）；為單位質(zhì)量燃料完全燃燒所需的理論空氣質(zhì)量，稱為化學(xué)計(jì)量空燃比。柴油。對(duì)柴油機(jī)來說，總是大于1，以保證噴入氣缸的柴油機(jī)能完全燃燒。柴油機(jī)在吸入氣缸的空氣量一定的情況下，小意味著可以向氣缸多噴油，吸入氣缸的空氣的利用率高，發(fā)出的功率大。因此，是反映混合氣形成和燃燒完善程度及整機(jī)性能的一個(gè)指標(biāo)，應(yīng)力求減小。減小在小型高速柴油機(jī)中主要受燃燒完善程度的限制，在大型及增壓柴油機(jī)中主要受熱負(fù)荷的限制。柴油機(jī)在全負(fù)荷時(shí)的一般數(shù)值范圍為：高速柴油機(jī) =1.21.5增壓柴油機(jī) =1.72.2 我國(guó)2002年生產(chǎn)的部分內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品的性能參數(shù)表發(fā)動(dòng)機(jī)形

14、式制造商沖程缸數(shù)i缸徑D/mm行程S/mm有效功率PE/kW轉(zhuǎn)速n/r·min-1Pme/MPa升功率PL/kW·L-1單缸柴油機(jī)風(fēng)冷單缸柴油機(jī)單缸柴油機(jī)風(fēng)冷單缸柴油機(jī)單缸柴油機(jī)單缸柴油機(jī)單缸柴油機(jī)單缸柴油機(jī)單缸柴油機(jī)單缸柴油機(jī)多缸柴油機(jī)多缸柴油機(jī)增壓多缸柴油機(jī)多缸柴油機(jī)增壓多缸柴油機(jī)多缸柴油機(jī)多缸柴油機(jī)多缸柴油機(jī)多缸柴油機(jī)增壓多缸柴油機(jī)多缸柴油機(jī)多缸柴油機(jī)多缸柴油機(jī)增壓多缸柴油機(jī)增壓多缸柴油機(jī)多缸柴油機(jī)增壓多缸柴油機(jī)增壓多缸柴油機(jī)增壓多缸柴油機(jī)增壓多缸柴油機(jī)增壓多缸柴油機(jī)增壓多缸柴油機(jī)增壓多缸柴油機(jī)增壓?jiǎn)胃灼蜋C(jī)二沖程風(fēng)冷單缸汽油機(jī)二沖程風(fēng)冷單缸汽油機(jī)二沖程風(fēng)冷單缸汽油機(jī)

15、二沖程風(fēng)冷單缸汽油機(jī)二沖程風(fēng)冷單缸汽油機(jī)二沖程風(fēng)冷單缸汽油機(jī)二沖程風(fēng)冷多缸汽油機(jī)二沖程風(fēng)冷多缸汽油機(jī)多缸汽油機(jī)多缸汽油機(jī)多缸汽油機(jī)多缸汽油機(jī)丹陽丹柴動(dòng)力有限公司武進(jìn)五菱柴油機(jī)有限公司常柴金壇柴油機(jī)有限公司安徽全柴動(dòng)力股份有限公司常柴股份有限公司安徽全柴動(dòng)力股份公司常柴股份有限公司武進(jìn)五菱柴油機(jī)有限公司云南金馬柴油機(jī)總廠山東華源萊動(dòng)內(nèi)燃機(jī)有限責(zé)任有限公司揚(yáng)州柴油機(jī)有限責(zé)任公司南京依維柯汽車有限公司發(fā)動(dòng)機(jī)廠中國(guó)第一汽車集團(tuán)大連柴油機(jī)廠珀金斯（天津）動(dòng)力有限公司昆明云內(nèi)動(dòng)力股份有限公司東風(fēng)朝陽柴油機(jī)有限責(zé)任公司東風(fēng)汽車有限公司發(fā)動(dòng)機(jī)廠濰坊柴油機(jī)廠中國(guó)第一汽車集團(tuán)無錫柴油機(jī)廠廣西玉柴機(jī)器股份有限公司中

16、國(guó)第一汽車集團(tuán)無錫柴油機(jī)廠上海柴油機(jī)股份有限公司東風(fēng)康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司濰坊柴油機(jī)廠陜西汽車制造總廠發(fā)動(dòng)機(jī)分廠濰坊柴油機(jī)廠淄博柴油機(jī)廠資陽內(nèi)燃機(jī)車廠濟(jì)南柴油機(jī)股份有限公司鎮(zhèn)江中船設(shè)備有限公司船用柴油機(jī)廠大連機(jī)車車輛廠資陽內(nèi)燃機(jī)車廠重慶紅巖內(nèi)燃機(jī)有限公司臨沂華盛企業(yè)集團(tuán)總公司重慶宗申摩托車科技集團(tuán)有限公司江蘇春蘭動(dòng)力制造有限公司上海幸福摩托車總廠長(zhǎng)春長(zhǎng)鈴實(shí)業(yè)股份有限公司洛陽北方易初摩托車有限公司五羊-本田摩托（廣州）有限公司重慶力帆實(shí)業(yè)（集團(tuán)）有限公司天津汽車夏利股份有限公司內(nèi)燃機(jī)制造分公司沈陽航天三菱汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造有限公司中國(guó)第一汽車集團(tuán)一汽動(dòng)力分廠上海通用汽車有限公司東風(fēng)汽車廠有限公司發(fā)動(dòng)機(jī)

17、廠4444444444444444444444444444444442222222244444111111111144444466666666666128612166111111123446460707075809510010011085939810010010210210210511011211311411412613017017018019022524024025036393950505052.4447086.587.58990.826070758090801151151151159292105127105118115115125132125135135130150200200205210

18、3002752753003041.441.449.55055.557.84173100928076.951.472.942.944.415.95.158.810.311.0313.232766610162.570.6103125132209132152221225147456450790588960240024304410.812.8356.295.867.829.59676126802600260026002600240026002000200022002200320038003600260032003200280024002500280029002200220026002000150015

19、00150015009001000100075060006500680080007200800075008000550052505200520054500.400.500.470.580.650.590.650.680.670.660.570.960.691.710.710.690.781.050.891.150.731.01.461.070.741.341.321.010.991.791.931.460.800.270.520.540.390.530.400.390.470.760.930.790.970.888.6710.9110.1912.4813.0412.8110.8011.4012

20、.2112.1115.2130.4020.8325.3118.9518.3118.2720.9218.5226.8117.5518.3826.7323.1312.3116.7416.5212.6212.3413.4116.0812.214.9926.5356.6260.6651.4464.0753.2248.1462.5635.0040.8434.3442.1940.12 國(guó)外生產(chǎn)的2003年3月公布被評(píng)為10個(gè)最佳車用發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品性能參數(shù)表發(fā)動(dòng)機(jī)形式制造商所缸排列及缸數(shù)沖程缸徑D/mm行程S/mm壓縮比有效功率Pe/kW轉(zhuǎn)速n/r·min-1Pme/MPaPL/kW·L-1

21、備注BMW AG 3L德國(guó)寶馬汽車公司直列6缸48489.610.2:1165.3859001.12955.51機(jī)體/缸蓋全鋁結(jié)構(gòu),雙頂置凸輪軸,電控順序燃油噴射,可變氣門正時(shí),4氣門BMW AG 3.2L德國(guó)寶馬汽車公司直列6缸4879111.5:1244.7679001.14575.41機(jī)體/缸蓋全鋁結(jié)構(gòu),雙頂置凸輪軸,電控順序燃油噴射,可變氣門正時(shí),4氣門Daimler ChryslerAG 5.7L美國(guó)戴姆勒-克萊斯勒汽車公司V型8缸90º夾角499.590.99.5:1253.5854000.99744.85頂置凸輪軸,電控順序燃油噴射General MotorsCorps

22、4.2L美國(guó)通用汽車公司直列4缸49310210:1202.1360000.97248.62雙頂置凸輪軸,電控順序燃油噴射,可變氣門正時(shí),4氣門Ford Motors Co 6L美國(guó)福特汽車公司V型6缸90º夾角495104.918:1238.8833001.4640.16柴油機(jī),渦輪增壓,頂置凸輪軸,直噴燃燒室,排氣渦輪增壓Honda Motor Co 2L日本本田汽車公司直列4缸4878411:1176.4083001.27788.31雙頂置凸輪軸,電控順騙子燃油噴射,可變氣門正時(shí),4氣門Honda Motor Co 3L日本本田汽車公司V型6缸90º夾角4907810

23、.2:1185.2266001.13162.21全鋁結(jié)構(gòu),雙頂置凸輪軸,電控順序燃油噴射,可變氣門正時(shí),4氣門Nissan Motor Co.3.5L日本本產(chǎn)公司V型6缸60º夾角495.581.410.3:1210.9562001.16760.30雙頂置凸輪軸,電控順序燃油噴射,可變氣門正時(shí),4氣門Volkswagen AG1.8L德國(guó)大眾汽車公司直列4缸48186.49.0:1165.3859001.88992.86增壓中冷,雙頂置凸輪軸,電控順序燃油噴射,5氣門Mini 1.6L德國(guó)寶馬(巴西)汽車公司直列4缸485.87710:112060001.34852.83增壓中冷,4

24、氣門,單頂置凸輪軸,多點(diǎn)燃油噴射對(duì)汽油機(jī)來說,在整個(gè)運(yùn)行工況中,可以遇到和的各種情況,采用電控噴射的汽油機(jī),在常用的部分負(fù)荷區(qū),為了滿足三效催化劑的高轉(zhuǎn)化效率的要求(見第八章),采用氧傳感器利用電子控制單元(ECU)將反饋控制在1.0左右；在起動(dòng)、大負(fù)荷（節(jié)氣門全開）及暖機(jī)加速過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)需要較濃的混合氣，此時(shí)氧傳感器不起作用。ECU根據(jù)有關(guān)傳感器測(cè)得的信息，按不同工況對(duì)混合氣濃度的要求，控制噴油量和值。除了運(yùn)用過量空氣系數(shù)來表示燃燒時(shí)空氣量的燃料量之比外，還可以應(yīng)用空（料）比或燃（料）空（氣）比來表示，它們之間的關(guān)系為實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)的，可由廢所分析法求得或用儀器直接測(cè)得。對(duì)于自然吸氣的四沖程內(nèi)

25、燃機(jī)，也可由耗油量及耗氣量按下式示得式中，為發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣消耗量（kg/h）；B為燃油消耗量（kg/h）。根據(jù)式（2-27）可得每循環(huán)供油量式中，為進(jìn)氣管狀態(tài)下的空氣密度。其中因而 式中，是燃料低熱值，其單位為J/kg；的單位為kg/m3；的單位為Pa。實(shí)用上，取、的單位分別為kJ/kg、kg/L，則式（2-18）中的單位為MPa。 把代入，為進(jìn)氣管壓力（Pa），Ts為進(jìn)氣管溫度（K），空氣的氣體常數(shù)R=287J/（kg·K），得若以、（kJ/kg）代入，則式（2-20）建立了動(dòng)力性能指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)等一系列參數(shù)之間的關(guān)系，在以后的各章節(jié)中可以看到，它是分析發(fā)動(dòng)機(jī)性能的一個(gè)重要依據(jù)。

26、四、有效熱效率和有效燃油消耗率衡量發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性能的重要指標(biāo)是有效熱效率和有效燃油消耗率。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 以式（2-5）代入得 由此可見，在中已經(jīng)考慮到實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的一切損失了。與上述一樣，可得當(dāng)測(cè)得發(fā)動(dòng)機(jī)有效效率和每小時(shí)耗油量B以后，可利用此式計(jì)算出值。有效燃油消耗率是指單位有效功的耗油量，通常用單位千瓦小時(shí)有效功所消耗的燃料克數(shù)g/(kW·h)來表示，即 由式，g/(kW·h)又可表示為可見，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)定工況下的和值大致在以下范圍：/g (kW&#

27、183;h)-1低速柴油機(jī)0.380.46190225中速柴油機(jī)0.360.43200240高速柴油機(jī)0.300.40215285（其中較低的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)0.250.30280340二沖程汽油機(jī)0.150.20400550第三節(jié) 機(jī)械損失與機(jī)械效率在評(píng)定發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失時(shí)，除了機(jī)械損失功率和機(jī)械效率外，同平均指示壓力、平均有效力的定義相似，也可應(yīng)用單位氣缸工作容積的比參數(shù)平均機(jī)械損失壓力。它的定義是發(fā)動(dòng)機(jī)單位氣缸工作容積一個(gè)循環(huán)所損失的功，它可以用來衡量機(jī)械損失的大小。參照式（2-13）可以得出（kW）和（MPa）的關(guān)系式為式中，為機(jī)械損失功率（kW）；為

28、工作容積（L）；n為轉(zhuǎn)速（r/min）。 在致力于提高內(nèi)燃機(jī)性能指標(biāo)時(shí)，應(yīng)盡可能減少機(jī)械損失，提高機(jī)械效率。若不注意這點(diǎn)，有時(shí)在改善氣缸內(nèi)部指示的同時(shí)，卻不自覺地增加了機(jī)械損失，以致不能獲得預(yù)期的改進(jìn)效果。一、機(jī)械損失的組成部分（一）活塞與活塞環(huán)的摩擦損失這部分損失占整個(gè)摩擦損失的主要部分。這是由于它的滑動(dòng)面積大、相對(duì)速度高、潤(rùn)滑不充分等原因造成的。這種摩擦與活塞的長(zhǎng)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(rùn)滑油粘度的升高而增加。（二）軸承與氣門機(jī)構(gòu)的摩擦損失它包括所有主軸承、連桿軸承和凸輪軸軸承等的摩擦損。在這些軸承里，由于潤(rùn)

29、滑充分，純液力摩擦因數(shù)很低，摩擦損失不大，但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(dòng)件慣性力增大，這部分損失亦將增加，但它對(duì)氣缸中壓力的變化不太敏感。至于消耗在氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上的損耗，在標(biāo)定功率工況下所占比例是很微小的，在低速小負(fù)荷時(shí)，它的比例將增大。（三）驅(qū)動(dòng)附屬機(jī)構(gòu)的功率消耗這里所指的附屬機(jī)構(gòu)，主要是指對(duì)保證發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)中則是冷卻風(fēng)扇）、機(jī)油泵、噴油泵、調(diào)速器等；而一些不是每種發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)所必要的總成，如發(fā)電機(jī)、汽車制動(dòng)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(shí)散熱器、冷卻風(fēng)扇也不包括在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失之內(nèi)

30、。這些附屬機(jī)構(gòu)消耗的功率隨發(fā)動(dòng)的轉(zhuǎn)速和潤(rùn)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。（四）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(dòng)時(shí)，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。（五）驅(qū)動(dòng)掃氣泵及增壓器的損失在二沖程或機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī)中，還要加上對(duì)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(xiàng)損失之和視作發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部摩擦損失，并以表示其損耗的功率，掃氣泵或增壓器所消耗的功率為，因此，發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械摩擦損失功率可表示為在公式中，相當(dāng)于泵氣損失功率的已經(jīng)在計(jì)算時(shí)扣除了，因此就定義而言，這部分功率沒有包括在項(xiàng)中的必要，但是在測(cè)定中要把和分開是

31、很困難的，所以往往用以下兩個(gè)公式表示高速發(fā)動(dòng)機(jī)中的摩擦損失，即或 自然吸氣發(fā)動(dòng)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) 活塞與活塞環(huán)的摩擦操損失 c) 氣門機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)損失 d) 附屬機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)損失 e) 連桿軸承摩擦損失 f) 凸輪軸承摩擦損失圖2-4以平均壓力表示了自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失各組成部分的分配情況，可見其中活塞和活塞環(huán)的摩擦損失所占的比例最大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一般發(fā)動(dòng)機(jī)中機(jī)械損失功率的分布大致為：活塞和活塞環(huán)的摩擦損失45%65%整個(gè)活塞連桿曲軸機(jī)構(gòu)中的摩擦損失60%70%氣門構(gòu)機(jī)的驅(qū)動(dòng)損失2%3%附屬機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)損失10%20%泵氣損失10%20%所示為一般發(fā)動(dòng)機(jī)的范圍。

32、二、機(jī)械損失的測(cè)定機(jī)械損失的測(cè)定方法有好幾種，但要借以獲得較精確的數(shù)值還是困難的，有待于不斷改進(jìn)。（一）示功圖法運(yùn)用燃燒分析儀測(cè)錄氣缸的示功圖，從中算出指示功率值，從測(cè)功器和轉(zhuǎn)速計(jì)讀數(shù)中測(cè)出發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率值，從而可以算出、及值。這種直接測(cè)定方法是在發(fā)動(dòng)機(jī)真實(shí)的工作情況下進(jìn)行的，從理論上講也完全符合機(jī)械損失的定義，但結(jié)果的正確程度往往決定于示功圖測(cè)錄的正確程度，其中最大的誤差來源于P-圖或P-V圖上活塞上止點(diǎn)位置不易正確地確定。此外，在多缸發(fā)動(dòng)機(jī)中，各個(gè)氣缸多少存在著一定的不均勻性，而在試驗(yàn)中往往只測(cè)錄一個(gè)氣缸的示功圖用以代表其他各缸，這也會(huì)引起一定的識(shí)差，因此，示功圖法一般用于當(dāng)上止點(diǎn)位置能

33、得到精確標(biāo)定時(shí)才能取得較滿意的結(jié)果。（二）倒拖法這種方法在具有倒拖的電力測(cè)功器的試驗(yàn)臺(tái)上方可進(jìn)行。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)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)，切斷對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的供油，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)，并且盡量維持冷卻水和機(jī)油溫度不變，這樣測(cè)得的倒拖功率即為發(fā)動(dòng)機(jī)在該工況下的機(jī)械損失功率。但倒拖工況與實(shí)際運(yùn)行情況相比有差別。首先，氣缸內(nèi)不進(jìn)行燃燒過程，作用在活塞上的氣體壓力在膨脹行程中大幅度下降，作用在活塞、連桿、曲軸的摩擦損失有所減少。其次，按這種方法求出的摩擦功率中含有不應(yīng)該有的這一項(xiàng)，且由于排氣過程中溫度低、密度大，使比實(shí)際的還大。再

34、次，倒拖在膨脹、壓縮行程中，由于充量向氣缸壁的傳熱損失，以至于P-V圖上膨脹線和壓縮線不重合而處于它的下方，出現(xiàn)了如圖2-6所示的負(fù)功面積，而實(shí)際上，在測(cè)量該工部下的有效功率時(shí)，這部分傳熱損失已被考慮在內(nèi)。這三咱因素的綜合結(jié)果是：倒拖時(shí)所消耗的功率要超過發(fā)動(dòng)機(jī)在給定工況工作時(shí)的實(shí)際機(jī)械損失，在低壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)中，誤差大約為5%，在高壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)中，誤差有時(shí)可高達(dá)15%20%，因而此方法在測(cè)定汽油機(jī)機(jī)械損失時(shí)得到較廣泛的應(yīng)用。（三）滅缸法此法僅適用于多缸發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)調(diào)整到給定工況穩(wěn)定工作后，先測(cè)出其有效功率，之后在噴油泵齒條位置不變的情況下，停止向某一氣缸供油或點(diǎn)火，并用減少制動(dòng)力矩的辦法迅速

35、將轉(zhuǎn)速恢復(fù)到原來的數(shù)值，并重新測(cè)定春有效功率。這樣，如果滅缸后其他各缸的工作情況和發(fā)動(dòng)機(jī)械損失沒有變化，則被熄滅的氣缸原來所發(fā)出的指示功率()x為依次將各缸滅火，最后可以從各缸指示功率的總和中求得整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)制指示功率為然后可以求出和。采用這種方法時(shí)，只要停止一缸的燃燒不致引起進(jìn)、排氣系統(tǒng)的異常變化，如排氣管地構(gòu)不致因一個(gè)氣缸滅火而引起足以破壞其他氣缸換氣規(guī)律和充量系數(shù)的排氣壓力波變化的情況下就會(huì)相當(dāng)準(zhǔn)確，其誤差在5%以下。對(duì)于增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，由于排氣壓力波發(fā)生變化，對(duì)于汽油機(jī)，由于進(jìn)氣情況改變，往往得不到正確的結(jié)果。 發(fā)動(dòng)機(jī)在倒拖時(shí)的P-V圖（四）油耗線法由式（2-6）得當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)（無負(fù)荷），且

36、不隨負(fù)荷增減而變化時(shí)，可得兩式相除，得式中，為發(fā)動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)的燃油消耗量。用油耗線法墳柴油機(jī)的值圖2-7所示為一臺(tái)柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速不變的情況下進(jìn)行負(fù)荷特性試驗(yàn)（詳見第九章）時(shí)所獲得的第小時(shí)燃油消耗量與平均有效壓力的關(guān)系曲線，如果把燃油消耗量曲線延長(zhǎng)并示出其與橫坐標(biāo)軸的交點(diǎn)，就可以求得值。這個(gè)方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，即使沒有電力測(cè)功器和燃燒分析儀也能進(jìn)行測(cè)定。但是，這種方法不適用于用節(jié)氣門調(diào)節(jié)功率的汽油機(jī)。當(dāng)測(cè)得其值后，其機(jī)械效率可近似地用下式估算，即式中，B為欲測(cè)取的工況的小時(shí)燃油消耗量。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

37、測(cè)功器的情況，因而不適用于大功率發(fā)動(dòng)機(jī)，而較適用于測(cè)定壓縮比不高挑撥離間油機(jī)的機(jī)械損失。對(duì)于排氣渦輪增壓柴油機(jī)（），由于倒拖法和滅缸法破壞了增壓系統(tǒng)的正常工作，因而只能用示功圖法、油耗純法來測(cè)定機(jī)械損失。對(duì)于排氣渦輪中增壓、高增壓的柴油機(jī)（），除示功圖外，尚無其他適用的方法。一般內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械效率大致在以下范圍：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第四節(jié) 排放指標(biāo)為了評(píng)定內(nèi)燃機(jī)對(duì)環(huán)境污染程度，常采用以下指標(biāo)：一、排放物的濃度內(nèi)燃機(jī)排放物的濃度，從廣義上來說，是指排放物在總排氣量中所占的比例。對(duì)于氣態(tài)排放物如CO、HC和NOx（NO、NO2）來說，常用體積分

38、數(shù)來表示。一般內(nèi)燃機(jī)的氣態(tài)排放物都可作為理想氣體處理。為了數(shù)據(jù)的普遍性，氣體的體積要換算到標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)（內(nèi)燃機(jī)工程標(biāo)準(zhǔn)的在氣狀態(tài)為總壓力101.3kPa，水蒸氣分壓為1kPa，溫度273K）?，F(xiàn)代測(cè)量?jī)?nèi)燃機(jī)氣態(tài)排放物的儀器都是基于物理或化學(xué)原理，在標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)下用標(biāo)定氣進(jìn)行標(biāo)定的流程儀器（詳見第八章），測(cè)量結(jié)果用體積分?jǐn)?shù)表示。內(nèi)燃機(jī)固體排放物如柴油機(jī)的微粒等用質(zhì)量濃度表示，常用單位為mg/m3，對(duì)于排放物中的特殊微量物質(zhì)，單位為。二、質(zhì)量時(shí)間或按某排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，進(jìn)行一次測(cè)試，在試驗(yàn)其內(nèi)測(cè)出的污染物質(zhì)量，稱為質(zhì)量排放量，通常以g/h或g/測(cè)試（g/test）表示。安裝內(nèi)燃機(jī)的車輛按規(guī)定的工況組合

39、（稱為測(cè)試循環(huán)）行駛后折算到單位里程的排放量，稱為（單位）里程質(zhì)量排放量，常用單位變g/km。三、比排放量?jī)?nèi)燃機(jī)針對(duì)單機(jī)進(jìn)行排放測(cè)量時(shí)，每單位功排出的污染物質(zhì)量，常用g/(kW·h)表示，用以評(píng)價(jià)不同種類、排量的內(nèi)燃機(jī)的排放性能。比排放量與內(nèi)燃機(jī)的燃料消耗率類似，也可稱為污染物排放率，比排放量可以根據(jù)測(cè)得的發(fā)動(dòng)機(jī)功率、排氣流量、污染物濃度、污染物密度等數(shù)據(jù)計(jì)算。汽油機(jī)、天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)、液化氣發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)算比排放時(shí)，可相應(yīng)參閱有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。四、排放率（或排放指數(shù)）排放率定義為燃燒單位質(zhì)量的燃料所排放的污染物質(zhì)量，理論上是個(gè)量綱一的量，實(shí)踐中為方便起常用g/kg表示。排放率在研究各種燃燒排

40、放源對(duì)大氣環(huán)境影響時(shí)常用到，因?yàn)楦鶕?jù)燃料消耗量的排放率可以方便地計(jì)算污染物總量，但對(duì)內(nèi)燃機(jī)而言，排放率隨工況變化十分復(fù)雜，所以應(yīng)用不多。目前排放指標(biāo)中用得較多的是單位里程質(zhì)量排放量（g/km，輕型車排放法規(guī)）和比排放量g/(kW·h)，重型車排放法規(guī)。第五節(jié) 提高內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力性能與經(jīng)濟(jì)性能的途徑為闡明改善內(nèi)燃機(jī)工作過程來提高其動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性牟取各種措施，首先分析影響單位氣缸工作容積的輸出功率，即升功率PL的各因素。一、采用增壓技術(shù)在保持過量空氣數(shù)等參數(shù)不變的情況下，增加吸進(jìn)空氣的密度可以使發(fā)動(dòng)機(jī)功率按比例增長(zhǎng)。這就需要在內(nèi)燃機(jī)上裝置增壓器，使空氣進(jìn)入氣缸前進(jìn)行預(yù)壓縮。目前，在柴油機(jī)上

41、廣泛采用排氣渦輪增壓器，尤其當(dāng)采用高增壓后，可以促使柴油機(jī)的和成倍增長(zhǎng)。與此同時(shí)，它還是改善柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、降低比質(zhì)量、降低廢氣在害排放、降低排煙、節(jié)約原材料一項(xiàng)最有效的技術(shù)措施。由于采用增壓，柴油機(jī)的值已超過3MPa，單位功率質(zhì)量可降低到2kg/Kw以下。汽油機(jī)由于受爆燃限制，壓縮行程終了時(shí)的壓力和溫度不宜過高，這就限制了增壓壓力。增壓后，一般功率的提高也僅在30%40%之一間。內(nèi)燃機(jī)的增壓技術(shù)還可以用來恢復(fù)在高原使傷腦筋的內(nèi)燃機(jī)的功率，因?yàn)殡S海拔高度的增加，進(jìn)氣密度下降，燃燒惡化，裝備增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車，其高原動(dòng)力性能與經(jīng)濟(jì)性能可以得到明顯改善。二、合理組織燃燒過程，提高循環(huán)指示效率提高指示效率不僅改善了內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力性能，同時(shí)也改善其經(jīng)濟(jì)性能，因此，需要從研究?jī)?nèi)燃機(jī)工作循環(huán)入手，深入分析在整個(gè)熱功轉(zhuǎn)換過程中， 各種熱力損失的大小及其分布，掌握各種因素對(duì)熱力損失的影響程度，從而尋找減少這些損失的技術(shù)措施，而其中最重要的一個(gè)方面就是對(duì)內(nèi)燃機(jī)燃燒的過程的改進(jìn)。隨著柴油機(jī)的