第二章2基本性能指標(biāo)

第二節(jié)內(nèi)燃機(jī)的三種基本理論循環(huán)混合加熱循環(huán)：高速非增壓柴油機(jī)（車用柴油機(jī)）定容加熱循環(huán)：汽油機(jī)定壓加熱循環(huán)：高增壓、低速柴油機(jī)（船舶用柴油機(jī)）三、理論循環(huán)及其分析1特征參數(shù)：（2）

壓力升高比：（1）

壓縮比：（3）

預(yù)脹比：

2循環(huán)熱效率定義：混合加熱計(jì)算式：：定容加熱計(jì)算式：定壓加熱計(jì)算式：3循環(huán)平均壓力定義：含義：四、理論循環(huán)的重要指導(dǎo)意義指出了改善內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力、經(jīng)濟(jì)性能的基本原則：提高高溫?zé)嵩吹钠骄鶞囟龋刺岣呒訜徇^程中工質(zhì)的平均溫度。提高壓縮比提高循環(huán)加熱的等容度保證工質(zhì)有較高的絕熱指數(shù)K提供了內(nèi)燃機(jī)之間進(jìn)行動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性比較的理論依據(jù)第二節(jié)內(nèi)燃機(jī)的實(shí)際循環(huán)一、實(shí)際循環(huán)的進(jìn)行過程進(jìn)氣過程：r-a壓縮過程:a-c燃燒過程:c-z膨脹過程:z-b排氣過程:b-r內(nèi)燃機(jī)的理論循環(huán)1忽略進(jìn)、排氣過程；2壓縮、膨脹過程簡(jiǎn)化為可逆絕熱過程；3燃燒過程簡(jiǎn)化為定容加熱過程和定壓加熱過程；排氣放熱簡(jiǎn)化為定容放熱過程；4假定工質(zhì)為定比熱的理想氣體；5工質(zhì)在閉口系統(tǒng)中作封閉循環(huán)；一、實(shí)際循環(huán)的簡(jiǎn)化：二、實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)的比較實(shí)際工質(zhì)的影響：綠色傳熱損失：紅色燃燒損失：藍(lán)色換氣損失：咖啡色理論循環(huán)：粉色（acz`zba)實(shí)際循環(huán)：a2123456r實(shí)際工質(zhì)的影響工質(zhì)成分前后發(fā)生變化：雙原子變?yōu)槎嘣庸べ|(zhì)比熱變化：多原子比熱大于雙原子燃?xì)獗葻犭S溫度升高而變大空氣比熱隨溫度升高而變大工質(zhì)高溫分解：2CO2=2CO+O2

2H2O=2H2+O2

工質(zhì)分子變化系數(shù)的影響：分子數(shù)增多工質(zhì)泄漏：數(shù)量減少

傳熱損失缸內(nèi)工質(zhì)通過活塞頂面、氣缸蓋低面、氣缸套壁面不斷向外傳熱。壓縮過程的傳熱：開始工質(zhì)吸熱、后期工質(zhì)向往傳熱燃燒與膨脹過程：大部分熱量在此階段傳出燃燒損失非瞬時(shí)燃燒損失：實(shí)際燃燒過程要持續(xù)一段時(shí)間，非瞬時(shí)等容加熱；為了增加等容度，燃燒提前導(dǎo)1點(diǎn)從而造成此損失存在。后燃損失：燃燒要拖延一段時(shí)間所造成的損失。不完全燃燒損失：柴油機(jī)：指燃料、空氣混合不良，燃燒組織善而引起的燃料熱值不能完全釋放的損失。汽油機(jī)：混合氣過濃，部分燃料沒有參與燃燒，或生成

CO，熱量沒有完全釋放的損失；燃燒溫度較高，使得比熱加大，高溫分解加劇。換氣損失實(shí)際循環(huán)換氣過程所造成的損失。提前排氣損失：因排氣門提前開啟而造成的膨脹功的損失。（5-b2-6)泵氣損失:因工質(zhì)流動(dòng)時(shí)需要克服進(jìn)排氣系統(tǒng)的阻力所消耗的功。（6-r-a2)各部分損失所占比例名稱汽油機(jī)柴油機(jī)理論循環(huán)熱效率0.54~0.580.64~0.67工質(zhì)的影響0.1~0.120.09~0.1燃燒損失0.08~0.10.06~0.09傳熱損失0.03~0.050.04~0.10換氣損失0.01~0.030.01~0.03實(shí)際循環(huán)熱效率0.3~0.400.40~0.45二、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)，用于評(píng)定工作循環(huán)的好壞。1.指示功和平均指示壓力（1）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p-V圖中閉合曲線所占有的面積求得。一、機(jī)械效率和有效功率有效功率為：機(jī)械效率:有效功率和指示功率之比。有效扭矩Ttq：由功率輸出軸輸出的扭矩Ttq（N·m)二、平均有效壓力、有效功率和升功率Ttq∝pmepme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：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?？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總的評(píng)價(jià)。PL是評(píng)定一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)評(píng)價(jià)氣缸容積利用程度和緊湊性。Pe——有效功率，kWi——?dú)飧讛?shù)Vs——?dú)飧坠ぷ魅莘e，L功率密度評(píng)價(jià)指標(biāo)比質(zhì)量me—單位有效功率所占發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量(評(píng)價(jià)輕量化和緊湊性)me=m/Pe(kg/kW)比容積Ve—單位有效功率所占發(fā)動(dòng)機(jī)的體積(評(píng)價(jià)緊湊性)Ve=V/Pe(m3/kW)目前內(nèi)燃機(jī)的pme和PL值一般在下列范圍內(nèi)：農(nóng)用柴油機(jī)0.6～0.88.8～14.7汽車用柴油機(jī)0.65～111～25.8強(qiáng)化高速柴油機(jī)1～2.915～40固定船用戶速柴油機(jī)0.6～2.53.7～7.35四沖程摩托車用汽油機(jī)0.78～1.251.8～88四沖程小客車用汽油機(jī)0.65～1.240～70四沖程載貨汽車用汽油機(jī)0.6～0.722～25.8四沖程小型風(fēng)冷汽油機(jī)0.4～0.6518.4～73.5三、由吸入空氣量計(jì)算平均有效壓力1.充量系數(shù)Φc（容積效率）把每循環(huán)吸入氣缸的空氣量換算成進(jìn)氣管狀態(tài)（ps，Ts）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)Φc，即充量系數(shù)Φc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)。2.過量空氣系數(shù)Φa燃燒lkg燃料的實(shí)際空氣量與理論空氣量之比稱為過量空氣系數(shù)Φa，gb——每循環(huán)燃料供給量l0——單位質(zhì)量燃料完全燃燒所需的理論空氣量，稱為化學(xué)計(jì)量空燃比（理論空燃比）。柴油l0≈14.3，汽油l0≈14.8對(duì)柴油機(jī)來說，Φa總是大于1，以保證噴入氣缸的柴油能完全燃燒。柴油機(jī)在全負(fù)荷時(shí)Φa的一般數(shù)值范圍為：高速柴油機(jī)Φa＝1.2～1.5增壓柴油機(jī)Φa＝1.7～2.2對(duì)汽油機(jī)來說，在整個(gè)運(yùn)行工況中，可以遇到Φa＞1和Φa≤1的各種情況(詳見第五章)，汽油機(jī)在全負(fù)荷時(shí)Φa的一般數(shù)值范圍為Φa＝0.85～1.1還可以應(yīng)用空氣燃料比或燃料空氣比1／α來表示，Φa對(duì)于四沖程內(nèi)燃機(jī)可由測(cè)得耗油量和耗氣量計(jì)算得出：Aa——發(fā)動(dòng)機(jī)空氣消耗量，kg/hρs為進(jìn)氣管狀態(tài)下的空氣密度Hu為J/kgρs——kg/m3pme——Pa實(shí)際上常用單位如下，ps為MPa，Hu為kJ/kg，則pme（MPa）為，四、有效熱效率和有效燃油消耗率有效熱效率和有效燃油消耗率是評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性能的兩個(gè)指標(biāo)。1.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。2.有效燃油消耗率[g／(kW·h)]：是指單位有效功的耗油量，通常用每有效kW·h所消耗的燃料g數(shù)be來表示。有效燃油消耗率和有效熱效率成反比。一般內(nèi)燃機(jī)在標(biāo)定工況下be和ηet值大致在以下范圍：

be／[g(kW·h)-1]ηet低速柴油機(jī)190～2250.38～0.45中速柴油機(jī)195～2400.36～0.43高速柴油機(jī)215～2850.30～0.40(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)274～4100.30～0.20二沖程汽油機(jī)410～5450.20～0.15Wi、Pi、pmi、ηit，biWe、Pe、pme、Ttq、PLηm、Pm、pmmΦc、φagb、第三節(jié)機(jī)械損失與機(jī)械效率平均機(jī)械損失壓力pmm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。評(píng)定發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失時(shí)，常用有Pm和ηm?，F(xiàn)在引入平均機(jī)械損失壓力pmmpmi=pme+pmmPi=Pe+Pm一、機(jī)械損失的組成部分1.活塞與活塞環(huán)的摩擦損失占總機(jī)械損失的主要部分。原因是滑動(dòng)面積大，相對(duì)速度高，潤(rùn)滑不充分。這種摩擦與活塞的長(zhǎng)度，活塞間隙，活塞環(huán)數(shù)目和環(huán)的張力等結(jié)構(gòu)因素有關(guān)。在構(gòu)造相同的情況下，該部分摩擦損失隨著氣缸壓力，活塞速度和潤(rùn)滑油粘度的升高而增加。2.軸承與氣門機(jī)構(gòu)的摩擦損失該部分摩擦損失包括所有曲軸主軸承，連桿軸承和凸輪軸軸承等的摩擦損失。這些地方由于潤(rùn)滑充分，摩擦損失不大，但隨著軸承直徑的增大和轉(zhuǎn)速的增高，運(yùn)動(dòng)件慣性力增大，這部分損失也增加，這部分損失對(duì)氣缸中壓力的變化不太敏感。消耗在氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上的損耗在低負(fù)荷時(shí)占得比例較大，在標(biāo)定工況下所占比例很小。3.驅(qū)動(dòng)附屬機(jī)構(gòu)的功率消耗

附屬機(jī)構(gòu)主要指為保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作所比不可少的部件或總成。如水泵總成、機(jī)油泵、燃油泵、調(diào)速器等。而那些不是每種發(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)用空氣壓縮機(jī)、真空助力泵等，一般不包括在內(nèi)。附屬機(jī)構(gòu)所消耗的功率隨發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和潤(rùn)滑油粘度的增大而增大，與氣缸壓力無(wú)關(guān)，僅占機(jī)械損失中的一小部分。4.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，但是很小。5.驅(qū)動(dòng)掃氣泵及增壓器的損失機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī)中，也會(huì)消耗部分功率?；钊c活塞環(huán)的摩擦損失、軸承與氣門機(jī)構(gòu)的摩擦損失、驅(qū)動(dòng)附屬機(jī)構(gòu)的功率消耗、風(fēng)阻損失之和視為發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部損失，用Pf表示損耗的功率。機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī)中增壓器的所消耗的功率為PB。發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械摩擦損失功率可表示為：泵氣損失功率Pp：指四沖程柴油機(jī)在進(jìn)氣和排氣過程中對(duì)外作出和吸收的功率之和。在排氣行程時(shí)，由于廢氣壓力的方向與活塞運(yùn)動(dòng)方向相反，活塞必須從曲軸和飛輪上吸收部分功來克服廢氣壓力所作的功才能向上繼續(xù)運(yùn)行，所以作用在活塞上的功是負(fù)功。進(jìn)氣時(shí)做的功是正的。在計(jì)算Pi時(shí)相當(dāng)于泵氣損失功率的Pp已經(jīng)被扣除了，因此就定義而言，Pp沒有包括在Pm中的必要，但在測(cè)定中把Pf和Pp分開很困難，所以一般將泵氣損失功率作為機(jī)械損失功率的一部分加以考慮，因此往往用下面兩個(gè)公式計(jì)算摩擦損失。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)(60～75)％中的摩擦損失氣門機(jī)構(gòu)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)％一般發(fā)動(dòng)機(jī)中機(jī)械損失功率的分配大致為：二、機(jī)械損失的測(cè)定1.示功圖法得到氣缸的示功圖，算出Pi，測(cè)得Pe，可以算出Pm、pmm和機(jī)械效率。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)才能取得較滿意的結(jié)果。思考：測(cè)取的上止點(diǎn)位置比實(shí)際的位置靠后，此時(shí)的機(jī)械效率比實(shí)際的大還是??？為什么？2.倒拖法這種方法在具有電力測(cè)功器的試驗(yàn)條件下方可進(jìn)行。在測(cè)定汽油機(jī)機(jī)械損失時(shí)得到較廣泛的應(yīng)用。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)正常值時(shí)，停止供油，讓電力測(cè)功器倒拖發(fā)動(dòng)機(jī)以一定的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，并盡量維持冷卻水、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)的機(jī)械損失功率。實(shí)際工況倒拖工況缸內(nèi)壓力高，摩擦損失大缸內(nèi)壓力小，摩擦損失小廢氣溫度高、壓力大自排氣門處急劇排出，PP小些排氣為空氣，溫度低、密度大，排出速度低，PP大倒拖在膨脹壓縮行程中，由于充量向氣缸壁的傳熱損失，導(dǎo)致膨脹線和壓縮線不重合，增加了部分損失（圖2-6）。綜合結(jié)果是倒拖時(shí)消耗的功率超過實(shí)際的損失功率。低壓縮比的誤差為5%；高壓縮比的誤差為15%-20%。3.滅缸法（各缸輪流斷油法）一般適用于多缸非增壓柴油機(jī)1）發(fā)動(dòng)機(jī)以給定工況穩(wěn)定工作，測(cè)的其有效功率Pe，同時(shí)保持噴油泵齒條位置不變；2）然后停止向一個(gè)缸（如第一缸）供油，并調(diào)整測(cè)功器，減小負(fù)荷，使發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到原來的轉(zhuǎn)速，測(cè)的有效功率Pe(1)

3）求各缸指示功率Pi（如第一缸）：Pi1=Pe-Pe(1)

同樣依次使各缸熄火，可求得其余各缸的指示功率分別記為：Pi2=Pe-Pe(2)

，Pi2…….發(fā)動(dòng)機(jī)的指示功率為各缸指示功率的和,即Pi=Pi1+Pi2+…把Pi1=Pe-Pe(1)代入上式可得：Pi=iPe-（Pe（1)+Pe（2）+……）4)求得機(jī)械損失Pm=Pi-Pe=(i-1)Pe-（Pe（1）+Pe(2)+……）注意：此方法不適用汽油機(jī)，由于停缸使進(jìn)氣情況改變，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不正確；同時(shí)也不適用于增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，排氣壓力波發(fā)生變化，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果發(fā)生錯(cuò)誤。電噴汽油機(jī)也可以做該實(shí)驗(yàn)。4.油耗線法（負(fù)荷特性法）BApmmpmen=2000r/minPme（MPa)Bkg/h適用于柴油機(jī)方法：保證發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，通過改變柴油機(jī)供油齒條的位置，測(cè)得發(fā)動(dòng)機(jī)的小時(shí)耗油量B隨負(fù)荷pme變化的曲線——負(fù)荷特性曲線。在曲線中找出接近直線的線段，并將此線段延長(zhǎng)與橫坐標(biāo)相交，則交點(diǎn)到坐標(biāo)原點(diǎn)的長(zhǎng)度即為該發(fā)動(dòng)機(jī)平均機(jī)械損失壓力的數(shù)值。該法的基礎(chǔ)是：假設(shè)轉(zhuǎn)速不變時(shí)pmm和指示熱效率不隨負(fù)荷增減而變化BAB0負(fù)荷特性曲線柴油機(jī)的部分性能指標(biāo)隨轉(zhuǎn)速的關(guān)系發(fā)動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)0第四節(jié)排放指標(biāo)一、排放物的濃度定義：從廣義上講，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（CO、HC、NOx）來說，常用體積分?jǐn)?shù)φ來表示。為了數(shù)據(jù)的普遍性，氣體的體積需要換算到標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)（101.3kPa，水蒸氣分壓為1kPa，273K）固體排放物微粒用質(zhì)量濃度表示，常用單位為mg/m3。二、質(zhì)量排放量單位時(shí)間或者按照某標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，進(jìn)行一次測(cè)試，在試驗(yàn)期內(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/test）表示。三、比排放量四、排放率內(nèi)燃機(jī)針對(duì)單機(jī)進(jìn)行測(cè)試時(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。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，常用g/kg表示目前排放指標(biāo)中用的較多的是單位里程質(zhì)量排放量（g/km，輕型車排放法規(guī)）；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1.采用增壓技術(shù)增加進(jìn)氣空氣的密度，可以是發(fā)動(dòng)機(jī)功率按比例增長(zhǎng)。目前柴油機(jī)上廣泛采用廢氣渦輪增壓器。采用高增壓后可以使發(fā)動(dòng)機(jī)的pme和PL成倍增長(zhǎng)。汽油機(jī)受爆燃限制，壓縮行程終了時(shí)的壓力和溫度不宜過高，這限制了增壓壓力。現(xiàn)在汽油機(jī)電控技術(shù)的發(fā)展解決了這個(gè)難題。采用爆燃傳感器。增壓技術(shù)可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)高原動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能。提高指示熱效率一般從研究?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，其中最重要的一方面是對(duì)內(nèi)燃機(jī)燃燒過程的改進(jìn)。合理組織內(nèi)燃機(jī)燃燒過程一直是核心的研究?jī)?nèi)容。提高指示效率ηit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。2.合理組織燃燒過程，提高循環(huán)指示效率ηit同樣大小的氣缸容積，在相同的進(jìn)氣狀態(tài)下若能吸人更多的新鮮空氣，則可容許噴入更多的燃料，在同樣的燃燒條件下可以獲得更多的有用功。3.改善換氣過程，提高氣缸的充量系數(shù)Φc4.提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n增加轉(zhuǎn)速可以增加單位時(shí)間內(nèi)每個(gè)氣缸做功的次數(shù)，因而可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率的輸出。提高機(jī)械效率可以提高內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能。方法：改善潤(rùn)滑、冷卻等，降低機(jī)械損失功率。5.提高內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械效率6.采用二沖程提高升功率

理論上，采用二沖程相對(duì)于四沖程可以提高升功率一倍。圖a中指示功面積Fi是有用功面積F1和相當(dāng)于進(jìn)氣、排氣行程中消耗的功的面積F2(即泵損失)相減而成，即Fi=F1－F2。增壓發(fā)動(dòng)機(jī)：Fi=F1+F2（進(jìn)氣壓力高于排氣壓力）Fi可以用燃燒分析儀或計(jì)算方法求得，然后用下式計(jì)算Wi(N·m或J)值。Fi——示功圖面積（cm2）a——示功圖縱坐標(biāo)比例尺（Pa/cm）b——示功圖橫坐標(biāo)比例尺（cm3/cm）（2）平均指示壓力

(IndicatedMeanEffectivePressure,IMEP)平均指示壓力是指單位氣缸容積一個(gè)循環(huán)所做的指示功(Pa)指示功反映了發(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)中熱工轉(zhuǎn)換的有效程度有關(guān)外，還和氣缸容積的大小有關(guān)。為了對(duì)不同工作容積的發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)的熱功轉(zhuǎn)換有效程度作比較，引出了平均指示壓力的概念。pmi——PaWi——JVs——m3常用單位：Pmi——MPaWi——kJVs——LD——?dú)飧字睆絊——活塞行程平均指示壓力是一個(gè)假想的平均不變的壓力，以這個(gè)壓力作用再活塞頂上，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。也可以寫成：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)。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pmi值在下列范圍內(nèi)：柴油機(jī)：四沖程非增壓柴油機(jī)0.6～0.95MPa四沖程增壓柴油機(jī)0.85～2.6MPa二沖程柴油機(jī)0.35～1.3MPa汽油機(jī)：四沖程摩托車用汽油機(jī)0.9～1.43MPa四沖程小客車用汽油機(jī)0.65～1.25MPa四沖程載貨車用汽油機(jī)0.6～0.85MPa二沖程小型風(fēng)冷汽油機(jī)0.4～0.85Mpa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。每循環(huán)氣體所作的指示功（J）為：具有i個(gè)氣缸的發(fā)動(dòng)機(jī)每秒所作的指示功率(W)為：2.指示功率(Indicatedpower)此時(shí)單位為：Pi——W;pmi——Pa;Vs——m3;n——r/s實(shí)際應(yīng)用時(shí)，常用單位為：Pi——kW;Pmi——MPa;Vs——L;n——r/min對(duì)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)3.指示熱效率（Indicatedefficiency）指示燃油消耗率（IndicatedSpecificFuelConsumption,ISFC)（1）指示熱效率ηit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)ηit的定義，可得W1——WQ1——消耗的熱量J（2）指示燃油消耗率是指單位指示功的耗油量，它通常以單位千瓦小時(shí)指示功的耗油量來表示。單位：g／(kW·h)表示實(shí)際循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)ηit和bi之間存在著以下關(guān)系：若以柴油的低熱值Hu＝41868kJ／kg一般內(nèi)燃機(jī)的ηit和bi的統(tǒng)計(jì)范圍如下：ηitbi／[g／(kW·h)-1]四沖程柴油機(jī)0.4l～0.48210～175二沖程柴油機(jī)0.40～0.48218～177四沖程汽油機(jī)0.25～0.40344～210二沖程汽油機(jī)0.19～0.27435～305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)。上次課主要內(nèi)容：泵氣功、泵氣損失；Wi、pmi；Pi、ηit，bi平均有效壓力：BrakeMeanEffectivePressure,BMEP有效燃油消耗率：BrakeSpecificFuelConsumption,BSFC有效功率：Effectivepower機(jī)械損失功率：Mechanicallosspower機(jī)械效率：MechanicalEfficiency充量系數(shù)Φc：Volumetricefficiency過量空氣系數(shù)Φa

：Excessairratio/Relativeair-fuelratio§2-3內(nèi)燃機(jī)的基本性能指標(biāo)

導(dǎo)入——①、這一節(jié)的內(nèi)容有其特殊性，一方面其內(nèi)容在內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)課中占有比較重要的地位，另一方面是這一節(jié)知識(shí)的主要形式就是概念加定義。在教師講課和學(xué)生學(xué)習(xí)過程中最怕的就是遇到這種情況，授課老師覺得沒有意思，學(xué)生聽的就覺得老師只會(huì)對(duì)著課本念。②、內(nèi)燃機(jī)的基本性能指標(biāo)包括的內(nèi)容較多，含蓋的面也很廣，我們只介紹其中幾個(gè)最主要指標(biāo)。③、按各指標(biāo)所表征的內(nèi)容分為：動(dòng)力性指標(biāo)，經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，運(yùn)轉(zhuǎn)性指標(biāo)，可靠性指標(biāo)，環(huán)境性指標(biāo)等。④、按理論與實(shí)際上的區(qū)別分為：指示性指標(biāo)（理論性指標(biāo)，以工質(zhì)做功為基準(zhǔn)，用于工作過程研究），常用下角標(biāo)i或t表示；有效性指標(biāo)（實(shí)際性指標(biāo)，以輸出功為基準(zhǔn)，用于制造實(shí)驗(yàn)）等，常用e表示。一、動(dòng)力性能指標(biāo)1、有效轉(zhuǎn)矩Te：發(fā)動(dòng)機(jī)通過飛輪對(duì)外輸出的轉(zhuǎn)矩（有效扭矩是作用在活塞頂部的氣體壓力通過連桿、傳給曲軸產(chǎn)生的扭矩，并克服了摩擦，驅(qū)動(dòng)附件等損失之后從曲軸對(duì)外輸出的凈扭矩。

），單位為·m。2、平均有效壓力Pme：一工作循環(huán)內(nèi)作用于活塞頂上的平均壓力（假想的大小不變的壓力）。它是使活塞移動(dòng)一個(gè)行程所作的功，等于每循環(huán)中單位氣缸工作容積所作的有效功。Pme=30τPe/Vsni=Pi×ηm二行程汽油機(jī),Pme=0.4～0.5MPa二行程柴油機(jī),Pme=0.4～0.8MPa四行程汽油機(jī),Pme=0.6～1.25MPa四行程柴油機(jī)非增壓型:Pme=0.6～1.0MPa四行程柴油機(jī)增壓型:Pme=0.6～2.5MPaPme是表示發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能最具代表性的指標(biāo)！3、有效功率Pe（1）．功率P：內(nèi)燃機(jī)單位時(shí)間內(nèi)所作的功稱功率。（2）．指示功率Pt：內(nèi)燃機(jī)在汽缸中單位時(shí)間內(nèi)在理想狀態(tài)下所作的理論功,也就是示功圖上所測(cè)的功率。（3）．有效功率Pe.

：指示功率減去消耗于內(nèi)部零件的摩擦損失、泵氣損失和驅(qū)動(dòng)附件等機(jī)械損失后，從發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸輸出的功率稱為有效功率Pe.

Pe=i·Vs·Pme·n/(30τ)（Kw）其中τ為沖程系數(shù)：2Stroke:τ=2;2Strokeτ=4有效功率可以利用測(cè)功器測(cè)定，水力測(cè)功器可先測(cè)出有效扭矩Te,再用上式計(jì)算出有效功率。（4）、標(biāo)定功率（額定功率）Pr內(nèi)燃機(jī)出廠時(shí)銘牌上寫明廠方標(biāo)定的有效功率，與其所對(duì)應(yīng)的負(fù)荷稱為額定負(fù)荷，同理，額定轉(zhuǎn)速。①15分鐘功率：內(nèi)燃機(jī)允許連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)15分鐘的最大有效功率。汽車爬坡功率和軍用車輛及快艇的追擊功率。②1小時(shí)功率：內(nèi)燃機(jī)允許連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)一小時(shí)的最大有效功率。船用主機(jī)，工程機(jī)械和機(jī)動(dòng)車的最大使用功率。③12小時(shí)功率：內(nèi)燃機(jī)允許連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)12小時(shí)的最大有效功率?？勺鳛楣こ虣C(jī)械，機(jī)車和拖拉機(jī)正常使用功率。④持續(xù)功率：內(nèi)燃機(jī)允許長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)的最大有效功率?？勺鳛殚L(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的遠(yuǎn)洋船舶，發(fā)電站，和農(nóng)林排灌內(nèi)燃機(jī)的持續(xù)使用功率（5）其它有效功率①、升功率PL：每升汽缸工作容積發(fā)出的有效功率。一般有：二行程：=10～75Kw/L；四行程汽油機(jī)：=40～70Kw/L；四行程柴油機(jī)：9～40Kw/L（思考：為什么？）PL=Pe/i×

Vs=

Pme·n/(30τ)×10-3Kw/L②、單位活塞面積功率Pua(unitarea)：衡量燃燒室組件熱負(fù)荷的尺度，表征發(fā)動(dòng)機(jī)的熱負(fù)荷特性。③、經(jīng)濟(jì)功率Pc(cost)：在燃油消耗率較小的功率區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的有效功率。④、極限功率Pl(limit)：冒黑煙時(shí)的功率，也成最大功率，即瞬間超負(fù)荷時(shí)所輸出的功率。一般：Pe./Pl=1.2左右PL是表述發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化程度的重要指標(biāo)！4、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和活塞平均速度（1）、轉(zhuǎn)速n：內(nèi)燃機(jī)曲軸每分鐘的轉(zhuǎn)速，用r/min表示。轉(zhuǎn)速對(duì)內(nèi)燃機(jī)性能和結(jié)構(gòu)影響很大，而且其范圍十分廣泛（86～11000r/min）。①最高轉(zhuǎn)速nmax：柴油機(jī)受調(diào)速控制時(shí)，所能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速；汽油機(jī)不能點(diǎn)火時(shí)的高轉(zhuǎn)速。②最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速nmin：發(fā)動(dòng)機(jī)能穩(wěn)定工作的最低轉(zhuǎn)速。③標(biāo)定轉(zhuǎn)速nr：對(duì)應(yīng)額定負(fù)荷和額定功率的轉(zhuǎn)速，④轉(zhuǎn)速工作范圍：在最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速之間所有的轉(zhuǎn)速。（2）、活塞平均速度Vm活塞在氣缸中運(yùn)動(dòng)速度是不斷變化的，在行程中間較大，在止點(diǎn)附近速度較小，止點(diǎn)處為零。若已知內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速N時(shí)，則活塞平均速度可由下公式計(jì)算：Vm=2Sn/60=Sn/30m/s式中S—行程（m）活塞平均速度是表征內(nèi)燃機(jī)高速性的一項(xiàng)主要指標(biāo)。根據(jù)活塞平均速度，可將發(fā)動(dòng)機(jī)分為高速、中速和低速三種類型，其具體數(shù)值大致如下：低速機(jī)：Vm小于等于6.5m/s;中速機(jī)：6.6<Vm<10m/s;高速機(jī)：Vm大于等于10m/s。注意：活塞速度高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不一定就高，因?yàn)檫€有S的影響！5、發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率ηm=Pe/Pt（同學(xué)們自己思考該定義）一般來講，ηm

g=0.7～0.9;ηmd=0.7～0.85思考：為什么？機(jī)械效率與熱效率的區(qū)別？二、經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)1、有效燃油消耗率be（ge）燃油消耗率簡(jiǎn)稱比油消耗，它是內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)單位有效功率（每千瓦小時(shí)）所消耗燃油量的克數(shù)，單位—（g/kw.h）。2、指示燃油消耗率bi：以指示功率計(jì)時(shí)的耗油率；注：內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品說明書中所指的燃油消耗率為有效燃油消耗率；若測(cè)出每小時(shí)燃油消耗量B和有效功率Pe,則：be=B×103/Pe(g/Kw·h)亦有現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)的值be（g/kw.h）范圍汽油機(jī)：be=265～340g/kw.h高速柴油機(jī)：be=212～251g/kw.h中速柴油機(jī)：be=197～281g/kw.h低速柴油機(jī)：be=160～190g/kw.h

思考：以你所熟悉的一款車型為例，計(jì)算其有效燃油消耗率3、能量轉(zhuǎn)換效率3.1燃燒效率：ηc：完全燃燒化學(xué)能轉(zhuǎn)化成熱能的比例3.2有效熱效率ηet（1）、定義：燃料實(shí)際燃燒所釋放的能量轉(zhuǎn)化成有效功的比例（2）、計(jì)算公式：ηet=Wet/Qc=3.6×106/beHu=3.6×103/HuB(Wet為有效功，Qc為燃料實(shí)際燃燒所釋放的能量)。一般：ηetg=25～30％;ηetd=35～40％思考指示熱效率ηit（思考：自己定義并導(dǎo)出公式）3.3機(jī)械效率：ηm5、汽車的百公里油耗bdbd=Bd/D;單位:L/100KM6、機(jī)油更換率Mo(1)、機(jī)油消耗率內(nèi)燃機(jī)在標(biāo)定工況時(shí)，每千瓦時(shí)所消耗滑油量的克數(shù)，稱為滑油消耗率。單位為g/kw·h方式有：Hu為低熱值：?jiǎn)挝蝗剂显跇?biāo)況（25℃、1個(gè)大氣壓）下定容燃燒時(shí)，且廢氣中的水為氣態(tài)時(shí)，其氣體中的潛熱未釋放出來時(shí)的反應(yīng)熱。

①潤(rùn)滑油經(jīng)活塞環(huán)竄入燃燒室或由氣閥導(dǎo)管流入缸內(nèi)燒掉，未燒掉的則隨廢氣排出。②有一部分燃油在曲軸箱內(nèi)霧化或蒸發(fā)，而由曲軸箱通風(fēng)口排出。一般為0.5～4g/kw·h（2）、潤(rùn)滑油更換率：汽車：以公里數(shù)計(jì)；工機(jī)以小時(shí)數(shù)計(jì)三、環(huán)保性能指標(biāo)導(dǎo)入：①、發(fā)動(dòng)機(jī)的主要排放物有：PM、CO2、CO、Nox、HC、SO2、重金屬和光化學(xué)煙霧等一氧化碳（CO）：一氧化碳是無(wú)色無(wú)味的氣體，空氣中含量超過0.1%就會(huì)中毒。碳?xì)浠衔铮℉C）：成分復(fù)雜，對(duì)人體有麻痹、致癌作用，是造成煙霧的因素之一。氮氧化和物（NOx）:有強(qiáng)烈的刺激味，對(duì)心臟和肺造成損壞，是大氣形成臭氧的主要因素。二氧化硫（SO2）:有強(qiáng)烈的刺激味，與灰塵一起危害更大。微粒（PM）:微粒的主要成分是碳，大多小于0.3微米，微粒碳核子吸附其他有毒物質(zhì)被吸入肺葉對(duì)人體造成損害。CO:過量空氣系數(shù)α＜1時(shí)，汽油機(jī)達(dá)容積的6%α＞1一氧化碳0.2～0.3%HC：與燃燒的緩慢甚至停止有關(guān)，惰轉(zhuǎn)和減速時(shí)生成。NOx：取決于火焰溫度、火焰前鋒中是否富氧以及高溫持續(xù)時(shí)間，以Ppm:百萬(wàn)分之一②、各國(guó)所遵照的標(biāo)準(zhǔn)不同，美國(guó)和歐洲最嚴(yán)格，歐洲標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用最廣，我國(guó)采用，但有所調(diào)整③、環(huán)保性主要包括三項(xiàng)內(nèi)容：排放，噪聲，震動(dòng)④、逐漸用NMOG代替了HC：non-methaneorganicgas1、排放指標(biāo)附表一:內(nèi)燃機(jī)排放—?dú)W洲指標(biāo)排放