淺談發(fā)動機的工作指標及其影響

1、淺談內燃機的工作指標及其影響 摘要：內燃機的工作指標很多，主要有動力性能指標（功率、扭矩、轉速）、經濟性能指標（燃料與潤滑油消耗率）。運轉性能指標（冷啟動性能、噪聲和排氣品質）和耐久可靠性能指標（大修或更換零部件之間的最長運行時間與無故障長期工作能力） 本文主要研究表征動力性能和經濟性能指標的各種參數(shù)及其相互關系，對排放性能也作詳細介紹。 關鍵字：示功圖，指示性能，機械效率，有效功率，空燃比，機械損失，機械效率1， 引言在汽車快速發(fā)展的今天，汽車無疑是每個人必選的交通工具，然而作為其駕駛人，很多都不知道存在著什么樣的工作指標，在此簡單的介紹一下。一 示功圖與指示性能指標一、示功圖燃料燃燒產生的

2、熱量是通過氣缸內所進行的工作循環(huán)轉化為機械功的，即氣缸中工質的燃燒壓力作用在活塞頂上，通過曲柄連桿機構，在克服了內燃機內部各項損耗后，對外做功。因此，要研究內燃機的動力性能和經濟性能，應首先對內燃機的一個工作循環(huán)中熱功轉換的質和量兩方面加以分析。內燃機氣缸內部實際進行的工作循環(huán)是非常復雜的，為獲得正確反映氣缸內部實際情況的試驗數(shù)據(jù)，通常利用不同形式的示功器或內燃機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來觀察或記錄相對于不同活塞位置或曲軸轉角時氣缸內工質壓力的變化，所得的結果即為p-V示功圖或p-示功圖。由示功圖可以觀察到內燃機工作循環(huán)的不同階段（壓縮、燃燒、膨脹）以及進氣、排氣行程中的壓力變化，通過數(shù)據(jù)處理，運用熱力學

3、知識，將它們與所積累的試驗數(shù)據(jù)進行分析比較，可以對整個過程或工作過程的不同階段進展的完善程度作出判斷。因此，示功圖是研究內燃機工作過程的一個重要依據(jù)。二、指示性能指標內燃機的指示性能指標是指以工質對活塞做功為基礎的指標。（一）指示功和平均指標壓力指標功是指氣缸內完成一個工作循環(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)動機以及二沖程發(fā)動機的示功圖。 發(fā)動機的p-V圖a)四沖程非增壓發(fā)動機 b)四沖程增壓發(fā)動機 c)二沖程發(fā)動機如圖a所示為四沖程非增壓發(fā)動機的指示功面積Fi，它是由于相當于壓縮、燃燒、膨脹行程中所得到的有用功面積F1和相當

4、于進氣、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)動機中（圖b），由于進行壓力高于排氣壓力，在換氣過程中，工質是對外做功的，因此，換氣功的面積F2應與面積F1疊加起來，即Fi= F1+ F2。在二沖程發(fā)動機中（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示功圖計算求得，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）；為示功圖縱坐標比例尺（Pa/cm）；b為示功圖橫坐標比例尺（cm3/cm）。指示功Wi反映了發(fā)動機氣缸在一個工作循環(huán)中所獲得的有用功的數(shù)量，它除了和循環(huán)中熱功轉換

5、的有效程度有關外，還和氣缸容積的大小有關。為了能更清楚地對不同工作容積發(fā)動機工作循環(huán)的熱力轉換有效程度作比較，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循環(huán)所做的指示功，即式中，Wi為發(fā)動機一個工作循環(huán)指示功（J）；為發(fā)動機氣缸工作容積（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假想的平均不變的壓力，以這個壓力作用在活塞頂上，使活塞移動一個行程S所做的功，即為循環(huán)的指示功Wi。 平均指示壓力是從實際循環(huán)的角度評價發(fā)動機氣缸工作容積利用率高

6、低的一個參數(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)動機實際循環(huán)動力性能的一個很重要的指標。 一般內燃機在標定工況下的值在下列范圍內： 柴油機 四沖程自然吸氣柴油機 0.60.95MPa 四沖程增壓柴油機 0.852.6MPa 二沖程柴油機 0.51.3MPa 汽油機 四沖程摩托車用汽油機 0.81.3MPa 四沖程小客車用汽油機 0.81.43MPa 四沖程載貨車用汽油機 0.70.85MPa 二沖程小型風冷汽油機 0.40.7MPa（二）指示功率內燃機單位時間內所作的指示功稱為指示功率Pi。若一臺內燃機的氣缸數(shù)為，每缸的工作容積為Vs

7、(m3)，平均指標壓力為（N/m2），轉速為n(r/s)，根據(jù)的定義，第循環(huán)氣體所作的指示功（J）為具有個氣缸的發(fā)動機每秒所作的指示功率（W）為式中，為沖程數(shù)，對四沖程內燃機：；對二沖程內燃機：。在實際應用時，一般采用（MPa）, Vs(L), (r/min),(kW)代入可得對四沖程發(fā)動機對二沖程發(fā)動機（三）指示熱效效率和指示燃油消耗率指示熱效率是發(fā)動機實際循環(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） 對于一臺發(fā)動機，當測得其指示功率Pi(kW)和每小時燃油消耗量B（kg/h）時，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指示功的耗油量克數(shù)g/(kW·h)來表示。 因此，表示實際循環(huán)的經濟性指標和bi之間存在著以下關系，即一般內燃機的和bi的統(tǒng)計范圍如下：四沖程柴油機0.410.50170210二沖程柴油機0.400.50170215四沖程柴油機0.250.40215340二沖程柴油機0.200.28300430從統(tǒng)計范圍可以看出：柴油機的指示熱效率高于汽油機，四沖程發(fā)動機的指示熱效率高于二沖程發(fā)動機。二 有效性能指標一、機械效率和有效功率上面所討論的指示性能指標只能評定工作循環(huán)進行的好壞，發(fā)動機發(fā)出的指示功率需扣除運動件的摩擦功率以及驅動風扇、機

9、油泵、燃油泵、發(fā)電機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械損失功率，從而有效功率為 有效功率與指示功率之比機械效率，即 內燃機的有效功率（kW）可以利用各種形式的測力器和轉速計分別測出發(fā)動機在某一工況下曲軸的輸出轉矩及在同一工況下的發(fā)動機轉速n,按以下公式求得式中，為發(fā)動機輸出轉矩（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。平均有效壓力是衡量發(fā)動機動性能的一個重要參數(shù)。用以上兩式可得出因此，對于一定氣缸總工作容積（即

10、）的發(fā)動機，平均有效壓力Pme值反映了發(fā)動機輸出轉矩的大小，即也就是說，反映了發(fā)動機單位氣缸工作容積輸出轉矩的大小。升功率PL（kW/L）的定義是在標定工況下，發(fā)動機每升氣缸工作容積所發(fā)出的有效功率。式中，Pe為發(fā)動機的標定功率（kW）；i為氣缸數(shù)；VS為氣缸工作容積（L）。 推導可得式中，為標定工況下的平均有效壓力（MPa）;n為標定轉速（r/min）?？梢?，升功率PL是從發(fā)動機有效功率的角度對其氣缸工作容積的利用率作出的總評價，它與和n的乘積成正比。PL值越大，發(fā)動機的強化程度越高，發(fā)出一定有效功率的發(fā)動機尺寸越小。因此，不斷提高和n的水平以獲得更強化、更輕巧和緊湊的發(fā)動機，一直是內燃機工

11、作者致力以求的奮斗目標，因而PL是評定一臺發(fā)動機整機動力性能和強化程度的重要指標之一。目前內燃機的和PL值一般在下列范圍內：Pme/MPaPL/kW·L-1農用柴油機0.50.7815汽車用柴油機0.712045強化高速柴油機12.92045固定船用中速柴油機0.62.548四沖程摩托車用汽油機0.781.25070四沖程小客車用汽油機0.651.254065四沖程載貨汽車用汽油機0.60.72550二沖程小型風冷汽油機0.40.652075我國2002年生產的部分內燃機產品的性能參數(shù)見表2-1，表2-2列出了國外生產的2003年被評為世界十大最佳車用發(fā)動機的性能參數(shù)與結構特點。三、

12、由吸入空氣量計算平均有效壓力根據(jù)每循環(huán)吸入的空氣量計算平均有效壓力，可以導出平均有效壓力與一些熱力學參數(shù)之間的關系，從而明確提高平均有效壓力的技術措施。在推導前，先給出兩個重要定義。（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，、分別為實際進入氣缸的新鮮空氣的質量、物質的量（mol）、在進氣管狀態(tài)（）下所占有的體積；、分別在進氣管狀下能充滿氣缸工作容積的空氣質量、物質的量及氣缸工作容積。 充量系數(shù)是表征實際換氣過程進行完善程度的一個極為重要的參數(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）；為單位質量燃料完全燃燒所需的理論空氣質量，稱為化學計量空燃比。柴油。對柴油機來說，總是大于1，以保證噴入氣缸的柴油機能完全燃燒。柴油機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性能的一個指標，應力求減小。減小在小型高速柴油機中主要受燃燒完善程度的限制，在大型及增壓柴油機中主要受熱負荷的限制。柴油機在全負荷時的一般數(shù)值范圍為：高速柴油機 =1.21.5增壓柴油機 =1.72.2 我國2002年生產的部分內燃機產品的性能參數(shù)表發(fā)動機形

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轉速n/r·min-1Pme/MPa升功率PL/kW·L-1單缸柴油機風冷單缸柴油機單缸柴油機風冷單缸柴油機單缸柴油機單缸柴油機單缸柴油機單缸柴油機單缸柴油機單缸柴油機多缸柴油機多缸柴油機增壓多缸柴油機多缸柴油機增壓多缸柴油機多缸柴油機多缸柴油機多缸柴油機多缸柴油機增壓多缸柴油機多缸柴油機多缸柴油機多缸柴油機增壓多缸柴油機增壓多缸柴油機多缸柴油機增壓多缸柴油機增壓多缸柴油機增壓多缸柴油機增壓多缸柴油機增壓多缸柴油機增壓多缸柴油機增壓多缸柴油機增壓單缸汽油機二沖程風冷單缸汽油機二沖程風冷單缸汽油機二沖程風冷單缸汽油機

15、二沖程風冷單缸汽油機二沖程風冷單缸汽油機二沖程風冷單缸汽油機二沖程風冷多缸汽油機二沖程風冷多缸汽油機多缸汽油機多缸汽油機多缸汽油機多缸汽油機丹陽丹柴動力有限公司武進五菱柴油機有限公司常柴金壇柴油機有限公司安徽全柴動力股份有限公司常柴股份有限公司安徽全柴動力股份公司常柴股份有限公司武進五菱柴油機有限公司云南金馬柴油機總廠山東華源萊動內燃機有限責任有限公司揚州柴油機有限責任公司南京依維柯汽車有限公司發(fā)動機廠中國第一汽車集團大連柴油機廠珀金斯（天津）動力有限公司昆明云內動力股份有限公司東風朝陽柴油機有限責任公司東風汽車有限公司發(fā)動機廠濰坊柴油機廠中國第一汽車集團無錫柴油機廠廣西玉柴機器股份有限公司中

16、國第一汽車集團無錫柴油機廠上海柴油機股份有限公司東風康明斯發(fā)動機有限公司濰坊柴油機廠陜西汽車制造總廠發(fā)動機分廠濰坊柴油機廠淄博柴油機廠資陽內燃機車廠濟南柴油機股份有限公司鎮(zhèn)江中船設備有限公司船用柴油機廠大連機車車輛廠資陽內燃機車廠重慶紅巖內燃機有限公司臨沂華盛企業(yè)集團總公司重慶宗申摩托車科技集團有限公司江蘇春蘭動力制造有限公司上海幸福摩托車總廠長春長鈴實業(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業(yè)（集團）有限公司天津汽車夏利股份有限公司內燃機制造分公司沈陽航天三菱汽車發(fā)動機制造有限公司中國第一汽車集團一汽動力分廠上海通用汽車有限公司東風汽車廠有限公司發(fā)動機

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 國外生產的2003年3月公布被評為10個最佳車用發(fā)動機產品性能參數(shù)表發(fā)動機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轉速n/r·min-1Pme/MPaPL/kW·L-1

21、備注BMW AG 3L德國寶馬汽車公司直列6缸48489.610.2:1165.3859001.12955.51機體/缸蓋全鋁結構,雙頂置凸輪軸,電控順序燃油噴射,可變氣門正時,4氣門BMW AG 3.2L德國寶馬汽車公司直列6缸4879111.5:1244.7679001.14575.41機體/缸蓋全鋁結構,雙頂置凸輪軸,電控順序燃油噴射,可變氣門正時,4氣門Daimler ChryslerAG 5.7L美國戴姆勒-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,4氣門Ford Motors Co 6L美國福特汽車公司V型6缸90º夾角495104.918:1238.8833001.4640.16柴油機,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,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全鋁結構,雙頂置凸輪軸,電控順序燃油噴射,可變氣門正時,4氣門Nissan Motor Co.3.5L日本本產公司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,4氣門Volkswagen AG1.8L德國大眾汽車公司直列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,多點燃油噴射對汽油機來說,在整個運行工況中,可以遇到和的各種情況,采用電控噴射的汽油機,在常用的部分負荷區(qū),為了滿足三效催化劑的高轉化效率的要求(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、大負荷（節(jié)氣門全開）及暖機加速過程中，發(fā)動機需要較濃的混合氣，此時氧傳感器不起作用。ECU根據(jù)有關傳感器測得的信息，按不同工況對混合氣濃度的要求，控制噴油量和值。除了運用過量空氣系數(shù)來表示燃燒時空氣量的燃料量之比外，還可以應用空（料）比或燃（料）空（氣）比來表示，它們之間的關系為實際發(fā)動機的，可由廢所分析法求得或用儀器直接測得。對于自然吸氣的四沖程內

25、燃機，也可由耗油量及耗氣量按下式示得式中，為發(fā)動機的空氣消耗量（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，為進氣管壓力（Pa），Ts為進氣管溫度（K），空氣的氣體常數(shù)R=287J/（kg·K），得若以、（kJ/kg）代入，則式（2-20）建立了動力性能指標和經濟性能指標等一系列參數(shù)之間的關系，在以后的各章節(jié)中可以看到，它是分析發(fā)動機性能的一個重要依據(jù)。

26、四、有效熱效率和有效燃油消耗率衡量發(fā)動機經濟性能的重要指標是有效熱效率和有效燃油消耗率。有效熱效率是實際循環(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，在中已經考慮到實際發(fā)動機工作時的一切損失了。與上述一樣，可得當測得發(fā)動機有效效率和每小時耗油量B以后，可利用此式計算出值。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。 一般內燃機在標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0.380.46190225中速柴油機0.360.43200240高速柴油機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）四沖程汽油機0.250.30280340二沖程汽油機0.150.20400550第三節(jié) 機械損失與機械效率在評定發(fā)動機機械損失時，除了機械損失功率和機械效率外，同平均指示壓力、平均有效力的定義相似，也可應用單位氣缸工作容積的比參數(shù)平均機械損失壓力。它的定義是發(fā)動機單位氣缸工作容積一個循環(huán)所損失的功，它可以用來衡量機械損失的大小。參照式（2-13）可以得出（kW）和（MPa）的關系式為式中，為機械損失功率（kW）；為

28、工作容積（L）；n為轉速（r/min）。 在致力于提高內燃機性能指標時，應盡可能減少機械損失，提高機械效率。若不注意這點，有時在改善氣缸內部指示的同時，卻不自覺地增加了機械損失，以致不能獲得預期的改進效果。一、機械損失的組成部分（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)的張力等結構因素有關。此外，在構造相同的情況下，它隨氣缸壓力、活塞速度以及潤滑油粘度的升高而增加。（二）軸承與氣門機構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

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速的提高，軸頸圓周速度的增大，運動件慣性力增大，這部分損失亦將增加，但它對氣缸中壓力的變化不太敏感。至于消耗在氣門驅動機構上的損耗，在標定功率工況下所占比例是很微小的，在低速小負荷時，它的比例將增大。（三）驅動附屬機構的功率消耗這里所指的附屬機構，主要是指對保證發(fā)動機正常工作所必不可少的部件或總成，如冷卻水泵總成（風冷發(fā)動機中則是冷卻風扇）、機油泵、噴油泵、調速器等；而一些不是每種發(fā)動機運轉所必要的總成，如發(fā)電機、汽車制動用的空氣壓縮機、真空助力泵等，除非加以說明，一般不包括在內，有時散熱器、冷卻風扇也不包括在發(fā)動機機械損失之內

30、。這些附屬機構消耗的功率隨發(fā)動的轉速和潤滑油粘度的增加而增大，但與氣缸壓力無關，它僅占機械損失中的一小部分。（四）風阻損失活塞、連桿、曲軸等零件在曲軸箱內高速運動時，為克服油霧、空氣阻力及曲軸箱通風等將消耗一部分功，但其數(shù)值是很微小的。（五）驅動掃氣泵及增壓器的損失在二沖程或機械增壓發(fā)動機中，還要加上對進氣進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)動機的內部摩擦損失，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)動機的機械摩擦損失功率可表示為在公式中，相當于泵氣損失功率的已經在計算時扣除了，因此就定義而言，這部分功率沒有包括在項中的必要，但是在測定中要把和分開是

31、很困難的，所以往往用以下兩個公式表示高速發(fā)動機中的摩擦損失，即或 自然吸氣發(fā)動機中機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) 氣門機構驅動損失 d) 附屬機構驅動損失 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)動機機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，一般發(fā)動機中機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%整個活塞連桿曲軸機構中的摩擦損失60%70%氣門構機的驅動損失2%3%附屬機構的驅動損失10%20%泵氣損失10%20%所示為一般發(fā)動機的范圍。

32、二、機械損失的測定機械損失的測定方法有好幾種，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。（一）示功圖法運用燃燒分析儀測錄氣缸的示功圖，從中算出指示功率值，從測功器和轉速計讀數(shù)中測出發(fā)動機的有效功率值，從而可以算出、及值。這種直接測定方法是在發(fā)動機真實的工作情況下進行的，從理論上講也完全符合機械損失的定義，但結果的正確程度往往決定于示功圖測錄的正確程度，其中最大的誤差來源于P-圖或P-V圖上活塞上止點位置不易正確地確定。此外，在多缸發(fā)動機中，各個氣缸多少存在著一定的不均勻性，而在試驗中往往只測錄一個氣缸的示功圖用以代表其他各缸，這也會引起一定的識差，因此，示功圖法一般用于當上止點位置能

33、得到精確標定時才能取得較滿意的結果。（二）倒拖法這種方法在具有倒拖的電力測功器的試驗臺上方可進行。試驗時，發(fā)動機與電力測功器相連，當發(fā)動以給定工況穩(wěn)定運行，冷卻水、機油溫度到達正常數(shù)值時，切斷對發(fā)動機的供油，將電力測功器轉換為電動機，以給定轉速倒拖發(fā)動機，并且盡量維持冷卻水和機油溫度不變，這樣測得的倒拖功率即為發(fā)動機在該工況下的機械損失功率。但倒拖工況與實際運行情況相比有差別。首先，氣缸內不進行燃燒過程，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該有的這一項，且由于排氣過程中溫度低、密度大，使比實際的還大。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所示的負功面積，而實際上，在測量該工部下的有效功率時，這部分傳熱損失已被考慮在內。這三咱因素的綜合結果是：倒拖時所消耗的功率要超過發(fā)動機在給定工況工作時的實際機械損失，在低壓縮比發(fā)動機中，誤差大約為5%，在高壓縮比發(fā)動機中，誤差有時可高達15%20%，因而此方法在測定汽油機機械損失時得到較廣泛的應用。（三）滅缸法此法僅適用于多缸發(fā)動機。當內燃機調整到給定工況穩(wěn)定工作后，先測出其有效功率，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火，并用減少制動力矩的辦法迅速

35、將轉速恢復到原來的數(shù)值，并重新測定春有效功率。這樣，如果滅缸后其他各缸的工作情況和發(fā)動機械損失沒有變化，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發(fā)動機制指示功率為然后可以求出和。采用這種方法時，只要停止一缸的燃燒不致引起進、排氣系統(tǒng)的異常變化，如排氣管地構不致因一個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相當準確，其誤差在5%以下。對于增壓發(fā)動機，由于排氣壓力波發(fā)生變化，對于汽油機，由于進氣情況改變，往往得不到正確的結果。 發(fā)動機在倒拖時的P-V圖（四）油耗線法由式（2-6）得當發(fā)動機空轉（無負荷），且

36、不隨負荷增減而變化時，可得兩式相除，得式中，為發(fā)動機空轉時的燃油消耗量。用油耗線法墳柴油機的值圖2-7所示為一臺柴油機的轉速不變的情況下進行負荷特性試驗（詳見第九章）時所獲得的第小時燃油消耗量與平均有效壓力的關系曲線，如果把燃油消耗量曲線延長并示出其與橫坐標軸的交點，就可以求得值。這個方法雖然只是近似的方法，但只要在低負荷附近燃油消耗量曲線為直線就相當可靠，即使沒有電力測功器和燃燒分析儀也能進行測定。但是，這種方法不適用于用節(jié)氣門調節(jié)功率的汽油機。當測得其值后，其機械效率可近似地用下式估算，即式中，B為欲測取的工況的小時燃油消耗量。在以上所介紹的幾種測定機械效率的方法中，倒拖法只能用于配有電力

37、測功器的情況，因而不適用于大功率發(fā)動機，而較適用于測定壓縮比不高挑撥離間油機的機械損失。對于排氣渦輪增壓柴油機（），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、油耗純法來測定機械損失。對于排氣渦輪中增壓、高增壓的柴油機（），除示功圖外，尚無其他適用的方法。一般內燃機的機械效率大致在以下范圍：非增壓柴油機0.780.85增壓柴油機0.800.92汽油機0.800.90第四節(jié) 排放指標為了評定內燃機對環(huán)境污染程度，常采用以下指標：一、排放物的濃度內燃機排放物的濃度，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。一般內燃機的氣態(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準大氣狀態(tài)（內燃機工程標準的在氣狀態(tài)為總壓力101.3kPa，水蒸氣分壓為1kPa，溫度273K）?，F(xiàn)代測量內燃機氣態(tài)排放物的儀器都是基于物理或化學原理，在標準大氣狀態(tài)下用標定氣進行標定的流程儀器（詳見第八章），測量結果用體積分數(shù)表示。內燃機固體排放物如柴油機的微粒等用質量濃度表示，常用單位為mg/m3，對于排放物中的特殊微量物質，單位為。二、質量時間或按某排放標準規(guī)定，進行一次測試，在試驗其內測出的污染物質量，稱為質量排放量，通常以g/h或g/測試（g/test）表示。安裝內燃機的車輛按規(guī)定的工況組合

39、（稱為測試循環(huán)）行駛后折算到單位里程的排放量，稱為（單位）里程質量排放量，常用單位變g/km。三、比排放量內燃機針對單機進行排放測量時，每單位功排出的污染物質量，常用g/(kW·h)表示，用以評價不同種類、排量的內燃機的排放性能。比排放量與內燃機的燃料消耗率類似，也可稱為污染物排放率，比排放量可以根據(jù)測得的發(fā)動機功率、排氣流量、污染物濃度、污染物密度等數(shù)據(jù)計算。汽油機、天然氣發(fā)動機、液化氣發(fā)動機計算比排放時，可相應參閱有關國家標準進行。四、排放率（或排放指數(shù)）排放率定義為燃燒單位質量的燃料所排放的污染物質量，理論上是個量綱一的量，實踐中為方便起常用g/kg表示。排放率在研究各種燃燒排

40、放源對大氣環(huán)境影響時常用到，因為根據(jù)燃料消耗量的排放率可以方便地計算污染物總量，但對內燃機而言，排放率隨工況變化十分復雜，所以應用不多。目前排放指標中用得較多的是單位里程質量排放量（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) 提高內燃機動力性能與經濟性能的途徑為闡明改善內燃機工作過程來提高其動力性能和經濟性牟取各種措施，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、采用增壓技術在保持過量空氣數(shù)等參數(shù)不變的情況下，增加吸進空氣的密度可以使發(fā)動機功率按比例增長。這就需要在內燃機上裝置增壓器，使空氣進入氣缸前進行預壓縮。目前，在柴油機上

41、廣泛采用排氣渦輪增壓器，尤其當采用高增壓后，可以促使柴油機的和成倍增長。與此同時，它還是改善柴油機的經濟性、降低比質量、降低廢氣在害排放、降低排煙、節(jié)約原材料一項最有效的技術措施。由于采用增壓，柴油機的值已超過3MPa，單位功率質量可降低到2kg/Kw以下。汽油機由于受爆燃限制，壓縮行程終了時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。內燃機的增壓技術還可以用來恢復在高原使傷腦筋的內燃機的功率，因為隨海拔高度的增加，進氣密度下降，燃燒惡化，裝備增壓發(fā)動機的汽車，其高原動力性能與經濟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燃機的動力性能，同時也改善其經濟性能，因此，需要從研究內燃機工作循環(huán)入手，深入分析在整個熱功轉換過程中， 各種熱力損失的大小及其分布，掌握各種因素對熱力損失的影響程度，從而尋找減少這些損失的技術措施，而其中最重要的一個方面就是對內燃機燃燒的過程的改進。隨著柴油機的