第二章-內(nèi)燃機(jī)的工作指標(biāo)課件

第二章內(nèi)燃機(jī)的工作指標(biāo)

Chapter2EngineOperatingParameters內(nèi)燃機(jī)的工作指標(biāo):Themainoperatingparametersare:動(dòng)力性能指標(biāo)（功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速,power,torque,speed）經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)（燃料與潤滑油消耗,fuelandlubricantconsumption）運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo)（冷起動(dòng)性能、噪聲和排氣品質(zhì),coldstarting,noiseandemission）耐久可靠性指標(biāo)（durabilityandreliability）第一節(jié)示功圖與指示性能指標(biāo)

2.1IndicatorDiagramandIndicatedParameters一、示功圖（IndicatorDiagram）Indicator

Diagram通常利用不同型式的示功器（engineindicator）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-Vdiagram

p-diagram示功圖是研究內(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)（IndicatedParameters）

指示性能指標(biāo)：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)進(jìn)行的好壞。

Parametersthatarebasedontheworkdeliveredfromthegastothepistonovertheentirecycle.Thetermindicatedisusedbecausesuchp-Vdiagramsusedtobegenerateddirectlywithadevicecalledanengineindicator1.指示功Wi和平均指示壓力pmi

指示功：氣缸內(nèi)完成一個(gè)工作循環(huán)所得有用功Wi

（J）。

Theindicatedworkpercycleisobtainedbyintegratedaroundthecurvetoobtaintheareaenclosedonthediagram.指示功面積四沖程非增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的指示功面積：四沖程增壓發(fā)動(dòng)機(jī)：二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中，只有一塊示功圖面積：平均指示壓力pmi

(meanindicativepressure)平均指示壓力：指單位氣缸工作容積一個(gè)循環(huán)所做的指示功(Pa)(VS---thevolumesweptoutbythepistoniscalledthedisplacedorsweptvolume.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)沖程S所做的功，即為循環(huán)的指示功Wi

。pmi是衡量發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工作循環(huán)動(dòng)力性能的重要指標(biāo)。

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) 0.5-1.3MPa

汽油機(jī)：四沖程摩托車用汽油機(jī) 0.8-1.3MPa

四沖程小客車用汽油機(jī) 0.8-1.43MPa

四沖程載貨車用汽油機(jī) 0.7-0.85MPa

二沖程小型風(fēng)冷汽油機(jī) 0.4-0.7MPa

2．指示功率Pi

(indicatedpower)指示功率：內(nèi)燃機(jī)單位時(shí)間內(nèi)所作的指示功（Pi

）（kW）：

式中：pmi

(MPa)，Vs(L)，n(r/min)

τ—沖程數(shù)，i—?dú)飧讛?shù)3．指示熱效率it和指示燃油消耗率bi

(indicatedthermalefficiency)指示熱效率：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：指示燃油消耗率bi：單位指示功的耗油量（g/(kW·h)）：

B：每小時(shí)燃油消耗量

(kg/h)

Specificfuelconsumption(sfc):thefuelflowrateperunitoutput

一般內(nèi)燃機(jī)的ηit和bi的統(tǒng)計(jì)范圍：

it

bi

[g(kW·h)-1]

四沖程柴油機(jī)0.41~0.50170~210

二沖程柴油機(jī)0.40~0.50170~216

四沖程汽油機(jī)0.25~0.40215~340

二沖程汽油機(jī)0.20~0.28300~430結(jié)論：（1）柴油機(jī)熱效率高于汽油機(jī)；（2）四行程高于二行程發(fā)動(dòng)機(jī)。第二節(jié)有效性能指標(biāo)

2.2EffectiveParameters一、機(jī)械效率和有效功率（MechanicalEfficiencyandEffectivePower）

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)氣門機(jī)構(gòu)、風(fēng)扇、機(jī)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，所有這些消耗功率的總和稱為機(jī)械損失功率Pm，從而有效功率：有效性能指標(biāo)：以發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸輸出功為基礎(chǔ)的性能指標(biāo)。EffectiveParametersthatarebasedontheworkoutputfromcrankshaft.機(jī)械效率：有效功率與指示功率之比

(Theratiooftheusefulpowerdeliveredbytheenginetotheindicatedpoweriscalledmechanicalefficiency)

有效功率Pe(kW)可以利用各種型式的測功器和轉(zhuǎn)速計(jì)分別測出發(fā)動(dòng)機(jī)在某一工況下曲軸的輸出轉(zhuǎn)矩了Ttq(Nm)及在同一工況下的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，按以下公式求得：

發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性測量AirconsumptionrateenginedynamometerFuelconsumptionratetorqueEnginespeedemissions二、平均有效壓力pme和升功率PL

meaneffectivepressure,literpower平均有效壓力pme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)沖程所做的功等于每循環(huán)所做的有效功。平均有效壓力反映了發(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)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：

升功率從發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率的角度對(duì)氣缸工作容積的利用率作出的總評(píng)價(jià)。升功率值越大，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。PL是評(píng)定整機(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pme

、PL

值范圍

pme

(MPa) PL(kW/L)農(nóng)用柴油機(jī) 0.5~0.7 8~15汽車用柴油機(jī) 0.65~1 20~45強(qiáng)化高速柴油機(jī) 1~2.9 20~45固定船用中速柴油機(jī) 0.6~2.5 4~8四沖程摩托車用汽油機(jī) 0.78~1.2 50~70四沖程小客車用汽油機(jī) 0.65~1.25 40~65四沖程載貨汽車用汽油機(jī) 0.6~0.7 25~50二沖程小型風(fēng)冷汽油機(jī) 0.4~0.65 20~75注：P.23，表2-1，表2-2部分發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)三、由吸入空氣量計(jì)算平均有效壓力

1、充量系數(shù)c

(容積效率：volumetricefficiency)

Theintakesystem(theairfilter,carburetor,andthrottleplate(inaSIengine),intakemanifold,intakeport,intakevalve)restrictstheamountofairwhichanengineofgivendisplacementcaninduct.Theparameterusedtomeasuretheeffectivenessofanengine’sinductionprocessisthevolumetricefficiency.Itisdefinedasthevolumeflowrateofairintotheintakesystemdividedbytherateatwhichvolumeisdisplacedbythepiston.

充量系數(shù)是實(shí)際進(jìn)入氣缸新鮮空氣質(zhì)量m1除以進(jìn)氣口狀態(tài)(ps，Ts)的氣體充滿氣缸工作容積Vs的空氣質(zhì)量Vs。若m1在進(jìn)氣管狀態(tài)下占有體積V1,則

m1isthemassofairinductedintothecylinderpercycle,istheinletairdensity.Theinletdensitymayeitherbetakenasatmosphereairdensity(inwhichcasecmeasuresthepumpingperformanceoftheentireinletsystem)ormaybytakenastheairdensityintheinletmanifold(inwhichcasecmeasuresthepumpingperformanceoftheinletportandvalveonly).Typicalmaximumvaluesofcfornaturallyaspiratedenginesareintherange80to90percent.ThevolumetricefficiencyfordieselissomewhathigherthanforSIengines.2、過量空氣系數(shù)a（excessaircoefficient）

空燃比

（airfuelratio）過量空氣系數(shù)a：燃燒1kg的燃油的實(shí)際提供空氣量與理論所需空氣量之比。

式中，gb為每循環(huán)燃料供給量(kg),l0為1kg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(stoichiometric,chemicallycorrect)。柴油:l0=14.3汽油:l0=14.8柴油機(jī)：a高速柴油機(jī)a

＝1.2~1.5增壓柴油機(jī)a

＝1.7~2.2

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。汽油機(jī)：a

一般為a

＝0.85~1.1；電控噴射汽油機(jī)：a

＝1,根據(jù)不同工況，ECU控制不同混合氣濃度空燃比（空氣燃料比）（Air/fuelratioA/F)-thefuelmassflowrate-theairmassflowrate

應(yīng)力求減小a：3、由吸入空氣量計(jì)算平均有效壓力pme動(dòng)力性指標(biāo)與經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)關(guān)系，式（2－20）：四、有效熱效率et與有效燃油消耗率be一般內(nèi)燃機(jī)在標(biāo)定工況下

et

be(g(kW.h)-1)

低速柴油機(jī) 0.38~0.46 190~225

中速柴油機(jī)0.36~0.43 200~240

高速柴油機(jī)0.30~0.40 215~285

四沖程汽油機(jī)0.25~0.30 280~340

二沖程汽油機(jī)0.15~0.20 400~550

消耗燃料熱量Q1指示功Wi有效功We內(nèi)燃機(jī)中的熱功轉(zhuǎn)換關(guān)系第三節(jié)機(jī)械損失與機(jī)械效率

2.3MechanicalLossesandMechanicalEfficiency

機(jī)械損失功率Pm平均機(jī)械損失壓力pmm：

單位氣缸工作容積一個(gè)循環(huán)所損失的功。軸承與氣門機(jī)構(gòu)摩擦損失；(thefrictionofthebearingsandothermechanicalcomponents)驅(qū)動(dòng)附屬機(jī)構(gòu)（水泵、油泵、風(fēng)扇等），

(10~20)%Pm；

(drivetheengineaccessories)風(fēng)阻損失；驅(qū)動(dòng)掃氣泵及增壓器損失PB；(增壓發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)進(jìn)氣壓縮而帶來的損失)一、機(jī)械損失的組成部分：活塞、活塞環(huán)的摩擦損失，(45~65)%Pm；(thefrictionofthepiston)

注：在實(shí)際測量機(jī)械損失功率中，應(yīng)用公式：但非真正意義上的機(jī)械損失功率，PP:泵氣損失功率1、活塞與活塞環(huán)的摩擦損失

2、軸承的摩擦損失

3、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的功率消耗

4、流體摩擦損失

5、驅(qū)動(dòng)掃氣泵及增壓器的損失

摩擦損失Pf掃氣功耗PB機(jī)械損失組成及分配活塞和活塞環(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%氣門機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)損失2%~3%附屬機(jī)械的驅(qū)動(dòng)損失10%~20%泵氣損失10%~20%機(jī)械損失的構(gòu)成MechanicalLosses二、機(jī)械損失測定,MeasurementofMechanicalLosses1.

示功圖法(Indicateddiagram)由示功圖算出Pi，由測功器測得Pe，結(jié)果為真正意義上的機(jī)械損失即：難點(diǎn)：⑴

Pi的計(jì)算，示功圖的上止點(diǎn)確定⑵各缸均勻性（只測一缸Pi）誤差：活塞上止點(diǎn)、多缸不均勻性設(shè)備：發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)設(shè)備、示功圖測量設(shè)備等適應(yīng)性：任何發(fā)動(dòng)機(jī)2.倒拖法(driveormotorengine)

電力測功器倒拖測功；發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)盡可能一致。拖動(dòng)測得Pm大于實(shí)際的機(jī)械損失功率Pm

，因?yàn)椋喊薖p

；(Pp在Pi

中已經(jīng)扣除)氣缸壓力低，Pf比實(shí)際上小；傳熱損失。

倒施時(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；拖動(dòng)法主要用于測定壓縮比不高的發(fā)動(dòng)機(jī)，因此，廣泛用于汽油機(jī)機(jī)械損失測定。誤差：缸內(nèi)壓力下降，摩擦損失減少；包含了泵氣損失；傳熱損失。實(shí)際結(jié)果偏高。設(shè)備：電力測功器適應(yīng)性：低壓縮比汽油機(jī)

3

.滅缸法

僅適用于多缸發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)調(diào)整到給定穩(wěn)定工況后，先測出其有效功率Pe

，在噴油泵齒條位置或節(jié)氣門不變的情況下，停止向某一氣缸x供油或點(diǎn)火，并減少制動(dòng)力矩，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Pex

。假設(shè)其他各缸工作情況及發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失不變，該缸的指示功率：依次滅缸，得：誤差：同倒拖，但誤差較倒拖小。設(shè)備：多缸機(jī)，測功機(jī)適應(yīng)性：非增壓柴油機(jī)

負(fù)荷特性：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變，其經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)隨負(fù)荷而變化的關(guān)系。柴油機(jī)負(fù)荷特性：柴油機(jī)保持某一轉(zhuǎn)速不變，移動(dòng)噴油泵齒條或拉桿位置，改變每循環(huán)供油量，B及be隨功率變化的變化關(guān)系4.油耗線法（負(fù)荷特性法）誤差：基于