發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán)及性能指標(biāo)

1、發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán)與性能指標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán)與性能指標(biāo) 第二章 發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán)與性能指標(biāo) 在第一章中，我們按照熱力學(xué)的觀點(diǎn)把發(fā)動(dòng)機(jī)的熱力循環(huán)理想化、抽象化，分析影響理想循環(huán)的基本因素，找出提高效率及作功能力的途徑。本章將對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán)進(jìn)行分析。 在第一章中，我們按照熱力學(xué)的觀點(diǎn)把發(fā)動(dòng)機(jī)的熱力循環(huán)理想化、抽象化，分析影響理想循環(huán)的基本因素，找出提高效率及作功能力的途徑。本章將對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán)進(jìn)行分析。 研究實(shí)際循環(huán)的目的，就是分析與理想循環(huán)的差異和引起各種損失的原因，以求不斷改善實(shí)際循環(huán)，縮小與理想循環(huán)的差距，促進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)與發(fā)展。 發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能，常用性能指標(biāo)來衡量。 本課程是以動(dòng)力

2、性、經(jīng)濟(jì)性、排放、振動(dòng)、噪聲等性能為研究對(duì)象，深入到工作過程的各個(gè)階段，分析影響這些性能的各種因素，從中找出提高性能的一般規(guī)律。 第一節(jié) 四行程發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán) 在發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際工作中，燃料燃燒的熱能，通過工質(zhì)的膨脹轉(zhuǎn)化為機(jī)械功，這種連續(xù)不斷地把熱能變?yōu)闄C(jī)械功的循環(huán)，稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán)。 、一、實(shí)際循環(huán)進(jìn)行過程一、實(shí)際循環(huán)進(jìn)行過程 （一）示功圖 氣缸內(nèi)工質(zhì)的壓力p隨氣缸工作容積v或曲軸轉(zhuǎn)角變化的圖形稱為示功圖。示功圖有兩種基本形式：以氣缸工作容積為獨(dú)立變量的稱為pV示功圖；以曲軸轉(zhuǎn)角為獨(dú)立變量的稱為p示功圖，也稱展開示功圖。如圖分別為pV圖和p圖。 示功圖是研究實(shí)際循環(huán)的依據(jù)，一般由專門的儀器

3、在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)直接測(cè)得。 （二）實(shí)際循環(huán)過程 發(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)際循環(huán)是由進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹、排氣等五個(gè)過程組成。通常用缸內(nèi)的氣體壓力p隨氣缸工作容積v而變化的圖形來表示工質(zhì)在氣缸中的實(shí)際工作情況，如圖所示為四行程發(fā)動(dòng)機(jī)示功圖。 （1）排氣終了時(shí)氣缸內(nèi)壓力p（r點(diǎn)）高于大氣壓p0，殘余廢氣膨脹，壓力由排氣終點(diǎn)的壓力pr降到壓力pr （2）活塞下行，新鮮工質(zhì)被吸入氣缸。由于進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力，進(jìn)氣終了壓力pa一般小于大氣壓力p0，壓力差p0 pa用來克服進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力。由于新鮮工質(zhì)受到發(fā)動(dòng)機(jī)高溫零件和殘余廢氣的加熱，進(jìn)氣終了的溫度Tca總高于大氣溫度T0。 一般進(jìn)氣終了的壓力Pca及溫度Tca大致范圍是

4、：汽油機(jī) Pca=（0.80.90）p0 Tca=340380K柴油機(jī) Pca=（0.850.95）p0 Tca=300340K增壓柴油機(jī) Pca=（0.91.0）p0 Tca=320380 K 2壓縮過程 壓縮過程（圖中acc線）的作用是增大工作過程的溫差，使工質(zhì)獲得最大限度的膨脹比，提高循環(huán)熱效率，并為著火燃燒創(chuàng)造有利條件。在柴油機(jī)中壓縮后氣體的高溫是保證燃料著火的必要條件。 壓縮過程是進(jìn)、排氣門均關(guān)閉，活塞從下向上移動(dòng)，缸內(nèi)工質(zhì)受到壓縮，溫度及壓力不斷上升的過程。 工質(zhì)被壓縮的程度用壓縮比c表示。 式中 va氣缸總?cè)莘e（氣缸最大容積）；vcc燃燒室容積(氣缸余隙容積）; vs氣缸工作容積

5、(活塞排量） ；ccacvv1 壓縮比是發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要結(jié)構(gòu)參數(shù)。選用時(shí)要考慮許多因素。汽油機(jī)常常為了提高熱效率希望加大壓縮比，但受到汽油機(jī)爆燃及表面點(diǎn)火的限制將在第五章闡述。在柴油機(jī)中，為保證噴入氣缸的燃料能及時(shí)自燃以及冷起動(dòng)時(shí)可靠著火，必須使壓縮終點(diǎn)有足夠高的溫度，因此有較高的壓縮比。 壓縮比的大致范圍是：汽油機(jī) c=710柴油機(jī) c=1422增壓柴油機(jī) c=1215 在理想循環(huán)中，假設(shè)壓縮過程是絕熱的，實(shí)際上發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮過程有漏氣和散熱損失，是一個(gè)復(fù)雜的多變過程。壓縮開始，新鮮工質(zhì)溫度較低，受缸壁加熱；隨著工質(zhì)溫度升高，到某瞬間與缸壁溫度相等，熱交換為零；此后由于工質(zhì)溫度高于缸壁溫度，向

6、缸壁散熱。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際壓縮過程，是一個(gè)多變指數(shù)不斷變化的多變過程。 壓縮終了壓力pco及溫度Tco的大致范圍是： pco（MPa） Tco（K）汽油機(jī) 0.82.0 600750柴油機(jī) 3.05.0 7501000增壓柴油機(jī) 5.08.0 9001100 在使用中，實(shí)測(cè)的壓縮壓力值是發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性技術(shù)指標(biāo)。如因活塞環(huán)失效、氣缸磨損嚴(yán)重、氣門封閉不嚴(yán)等，使壓縮終了壓力降低，造成起動(dòng)困難，功率下降，應(yīng)查明原因，及時(shí)檢修。 3燃燒過程 燃燒過程的作用是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使工質(zhì)的壓力及溫度升高，為膨脹創(chuàng)造條件。燃燒過程放出的熱量越多,放熱時(shí)越接近上止點(diǎn)，則熱效率越高。 在汽油機(jī)中，當(dāng)活塞

7、壓縮到上止點(diǎn)前某一刻（圖2-3b中c點(diǎn)）汽油與空氣形成的混合氣由電火花點(diǎn)燃，火焰迅速傳遍整個(gè)燃燒室，使工質(zhì)的壓力及溫度急劇上升，其壓力在極短的時(shí) 間 內(nèi) 達(dá) 到 最 高 值pmax(pz)。因此，接近定容加熱（如圖中cz段）。 在柴油機(jī)中，同樣應(yīng)在上止點(diǎn)前開始噴油（圖中c點(diǎn)），柴油微粒迅速蒸發(fā)而與空氣混合，并借助于空氣的熱量而自燃。燃燒開始時(shí)，燃燒速度很快，而氣缸容積變化很小，工質(zhì)溫度，壓力劇增，所以接近定容加熱（圖a中cz段）。隨后是邊噴油邊燃燒，燃燒速度慢，且隨著活塞下移氣缸容積增大，所以氣缸壓力升高不大，而溫度繼續(xù)上升，因此接近等壓加熱（圖中zz段）。 燃燒的最高爆發(fā)壓力pz（pmax）

8、及最高溫度Tz (Tmax)的數(shù)值范圍是： pz（MPa） Tz（K） 汽油機(jī) 3.06.5 22002800 柴油機(jī) 4.59.0 18002200 增壓柴油機(jī) 9.013.0 可見，柴油機(jī)因壓縮比高，燃燒的最高爆發(fā)壓力pz很高，但因相對(duì)于燃油的空氣量大，所以最高燃燒溫度Tz值反而比汽油機(jī)低。 4膨脹過程 圖中zb線即為膨脹過程曲線。膨脹過程是燃燒后的高溫高壓氣體在氣缸內(nèi)膨脹，推動(dòng)活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動(dòng)而作功的過程。隨著氣缸容積增大，氣體的壓力、溫度迅速下降。 在膨脹過程中，與壓縮過程中情況相似，并非絕熱過程，不僅有散熱損失，漏氣損失，還有補(bǔ)燃和高溫?zé)岱纸?，因此?shí)際膨脹過程也是多變指數(shù)變化

9、的多變過程。在膨脹開始時(shí)，由于存在繼續(xù)燃燒現(xiàn)象，稱為后燃，工質(zhì)被加熱，到某一瞬間，對(duì)工質(zhì)的加熱量與工質(zhì)向缸壁等的散熱量相等，隨后工質(zhì)向缸壁散熱。 膨脹終點(diǎn)b的壓力pb及溫度T b的范圍是： pb（MPa） T b（K） 汽油機(jī) 0.30.6 12001500柴油機(jī) 0.20.5 10001200 可見，由于柴油機(jī)膨脹比大，轉(zhuǎn)化為有用功的熱量多，熱效率高，所以膨脹終了的溫度和壓力均比汽油機(jī)小。5排氣過程 排氣過程的作用是排出燃燒廢氣，為下一循環(huán)的進(jìn)氣作好準(zhǔn)備。圖中bbr線，即表示排氣過程。 在膨脹過程末期，活塞接近下止點(diǎn)b時(shí)排氣門開啟，廢氣高速排出。當(dāng)活塞由下向上移動(dòng)時(shí)，缸內(nèi)廢氣繼續(xù)排出，直到排

10、氣門關(guān)閉，排氣過程結(jié)束。由于排氣系統(tǒng)有阻力，排氣終了的壓力pr仍高于大氣壓po。壓力差prpo用來克服排氣系統(tǒng)的阻力，阻力越大，排氣終了的壓力pr越大，殘留在缸內(nèi)的廢氣越多。 排氣終了的溫度常作為檢查發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的技術(shù)指標(biāo)。因?yàn)榕艢鉁囟鹊?，說明燃料燃燒后，轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ臒崃慷?，工作過程進(jìn)行的好。如果發(fā)現(xiàn)排溫偏高，應(yīng)立即查明原因。 排氣終了的壓力pr與溫度Tr大致范圍是： pr（MPa） Tr（K）汽油機(jī) （1.051.2）po 9001100柴油機(jī) （1.051.2）po 700900廢氣渦輪增壓柴油機(jī)（0.751.0）po （三）循環(huán)指示功 在實(shí)際循環(huán)的 pV示功圖中，閉合曲線czbbcc

11、所包圍的面積Ai，代表工質(zhì)對(duì)活塞做的功，故是正功。 曲線rrar 所包圍的面積A1稱為泵氣損失，對(duì)非增壓發(fā)動(dòng)機(jī)是負(fù)功；為了試驗(yàn)測(cè)量的方便，常將泵氣損失計(jì)入機(jī)械損失中。 則：Ai為實(shí)際循環(huán)有用功。 二、實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)比較 通過上述實(shí)際循環(huán)的五個(gè)過程分析，可以看出發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán)與理想循環(huán)有很大差別。研究實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)的差異，就可找出熱量損失所在。分析差異的原因，可探求提高熱量有效利用的途徑。 其差別由以下幾項(xiàng)損失引起。 1換氣損失（Wr） 換氣損失：為更換工質(zhì)，而消耗的功，圖中的Wr所示。其中因工質(zhì)流動(dòng)需要克服進(jìn)、排氣系統(tǒng)阻力所消耗的功稱為泵氣損失，即圖中曲線rabr包圍的面積。和因排氣

12、門在下止點(diǎn)前提前開啟而形成的損失稱為提前排氣損失，圖中面積W所示。 2燃燒損失（W z+不完燃燒損失+高溫?zé)岱纸鈸p失） （1）實(shí)際循環(huán)中燃料燃燒需要一定時(shí)間，因此點(diǎn)火或噴油必須上止點(diǎn)之前，并且燃燒還延續(xù)到膨脹行程初期，由此產(chǎn)生的損失分別稱為非瞬時(shí)燃燒損失和補(bǔ)燃損失，如圖中W z所示。（2）實(shí)際循環(huán)中會(huì)有部分燃料由于缺氧產(chǎn)生不完全燃燒損失。 （3）在高溫下部分燃燒產(chǎn)物熱分解引起的損失，即 2CO2熱2CO+O2 2H2O熱2H2+O23實(shí)際工質(zhì)影響引起損失（Wk） 理論循環(huán)中假定工質(zhì)的比熱為定值，而實(shí)際氣體的比熱是隨溫度的上升而增大的。并且在整個(gè)工作循環(huán)中存在泄漏，使工質(zhì)的數(shù)量減少。因此，使實(shí)際

13、循環(huán)的指示熱效率it和指示功率pi要比理想循環(huán)小，其損失功為Wk。 4.傳熱、流動(dòng)損失（Wb） 在實(shí)際循環(huán)中，工質(zhì)與燃燒室壁、氣缸壁面之間，始終存在著熱交換，其壓縮與膨脹過程不是絕熱的，由此而產(chǎn)生的損失稱傳熱損失，如圖中Wb所示。 由上述討論可知，理想循環(huán)是把發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際工作過程簡(jiǎn)化成工質(zhì)的基本熱力過程組成的循環(huán)，是最簡(jiǎn)單的空氣標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)。而實(shí)際 循環(huán)由于存在著各種損失，其中最重要的是傳熱損失和燃燒損失，因此實(shí)際循環(huán)的指示功比理想循環(huán)的指示功要小。實(shí)際循環(huán)的熱效率也小于理想循環(huán)的熱效率。 第二節(jié)第二節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)的指示指標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)的指示指標(biāo) 指示指標(biāo)是用來評(píng)定實(shí)際循環(huán)質(zhì)量的好壞，它以工質(zhì)在氣缸內(nèi)對(duì)活塞

14、做功為基礎(chǔ)，用平均指示壓力及指示功率評(píng)定循環(huán)的動(dòng)力性即做功能力。用循環(huán)熱效率及燃油消耗率評(píng)定循環(huán)經(jīng)濟(jì)性。、一、循環(huán)的指示功Wi和平均指示壓力pmi 在氣缸內(nèi)完成一個(gè)工作循環(huán)，工質(zhì)對(duì)活塞所做 的功，稱為指示功，用Wi表示。其大小可由pv圖中閉合曲線包圍的面積Ai求得 。 用求積儀測(cè)出封閉曲線czbbcc所包圍的面積即為Ai，則發(fā)動(dòng)機(jī)的指示功可由下式求出 Wi=abAi kJ 式中 Ai示功圖中指示功面積（mm2） a示功圖縱坐標(biāo)(kPa/mm) 指示功Wi雖然能表明發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸在一個(gè)工作循環(huán)中所獲得的有用功多少和循環(huán)中熱功轉(zhuǎn)換的有效程度，但由于和氣缸工作容積有關(guān)，對(duì)不同規(guī)格、不同型式的發(fā)動(dòng)機(jī)，用指

15、示功難以評(píng)價(jià)各類發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)進(jìn)行的好壞，為了便于評(píng)定不同發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)進(jìn)行的好壞，引入平均指示壓力的概念。 平均指示壓力pmi是指一個(gè)循環(huán)所作的指示功Wi與氣缸工作容積vs之比，即 它表示發(fā)動(dòng)機(jī)單位氣缸工作容積的指示功。顯然，平均指示壓力pmi越大，表示發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)進(jìn)行的越好，氣缸工作容積利用程度越高 。simivwp pmi值的一般范圍是： 汽油機(jī) 8001500(kPa) 柴油機(jī) 7001100(kPa) 增壓柴油機(jī) 10002500(kPa) 二、指示功率P i 發(fā)動(dòng)機(jī)單位時(shí)間所做的指示功，稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的指示功率，用P i表示。設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸數(shù)為i，每缸工作容積為V s（m3），轉(zhuǎn)速為n

16、（r/min），平均指示壓力為pmi（kPa），則每缸、每循環(huán)工質(zhì)的指示功為： Wi= pmivs kJ 發(fā)動(dòng)機(jī)指示功率（i個(gè)氣缸每秒所作的指示功）為：四行程發(fā)動(dòng)機(jī)二行程發(fā)動(dòng)機(jī)120nvipPsmii60nvipPsmii 如果表示發(fā)動(dòng)機(jī)沖程數(shù),（四沖程=4；二沖程=2）以上兩式可合并為下式： 30invpPsmii 三、指示燃油消耗率三、指示燃油消耗率bi 單位指示功所消耗的燃油量，稱為指示燃油消耗率，用bi表示，通常以每千瓦小時(shí)指示功的耗油量(克)表示。當(dāng)測(cè)得發(fā)動(dòng)機(jī)的指示功率為Pi（kW），每小時(shí)耗油量為B（kg/h）時(shí)，則指示燃油消耗率： (g/kWh) iiPBb1000 指示燃油消耗

17、率是評(píng)定發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，bi越小，表示循環(huán)過程中作1千瓦小時(shí)的功所消耗的燃油量越少，發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性越好。 bi值的大致范圍是： 柴油機(jī) 170205 (g/kWh) 汽油機(jī) 205320 (g/kWh)四、指示熱效率it 指示熱效率it是發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)的指示功與所消耗燃料熱量之比，即式中Q1為得到指示功Wi所消耗燃料的熱量（kJ）。1QWiit 根據(jù)熱功當(dāng)量可知，1kWh的指示功 相 當(dāng) 于 3 6 0 0 ( k J ) 的 熱 量 ， 即1kWh=3.6103(kJ)。而完成1kWh的功需要消耗的熱量為biHu/1000（kJ），Hu為燃料低熱值（kJ/kg），即不計(jì)汽化潛熱時(shí)，

18、1kg燃油完全燃燒所放出的熱量。燃油中含有氫，燃燒后生成水。生成的水為液態(tài)，熱值中包含了水的汽化潛熱，為高熱值。生成的水為氣態(tài)，則熱值中不包含水的汽化潛熱，為低熱值Hu。則指示熱效率為： it值的一般范圍是： 汽油機(jī) 0.300.40 柴油機(jī) 0.430.50hbiit6106 . 3 第三節(jié)第三節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)的有效指標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)的有效指標(biāo) 以發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸輸出功率為基礎(chǔ)的性能指標(biāo)稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的有效指標(biāo)。可用來評(píng)價(jià)整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的好壞，它比指示指標(biāo)更有實(shí)用價(jià)值。其中評(píng)價(jià)動(dòng)力性的有效指標(biāo)包括有效功率、有效扭距、平均有效壓力；評(píng)價(jià)經(jīng)濟(jì)性的有效指標(biāo)包括燃油消耗率和有效熱效率。評(píng)價(jià)強(qiáng)化程度的有升功率、比質(zhì)量和強(qiáng)化系

19、數(shù)。一、發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能1有效功率Pe發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸輸出的功率稱為有效功率，可由發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)計(jì)算出來。 發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率Pe即為指示功率Pi與 機(jī)械損失功率Pm之差。即 Pe=PiPm (kW) 2有效扭矩Ttq發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸輸出的扭矩稱為有效扭矩，用Ttq表示。它與有效功率P e、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n之間為下列關(guān)系：nPTetq9550 3平均有效壓力pme發(fā)動(dòng)機(jī)單位氣缸工作容積（升）所輸出的有效功稱為平均有效壓力。它與有效功率之間的關(guān)系為： 31030invPpsemepme值的一般范圍是： 汽油機(jī) 7001300(kPa)柴油機(jī) 6001000(kPa)增壓柴油機(jī) 9002200(kPa) 4

20、轉(zhuǎn)速n和活塞平均速度Cm提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，既增加單位時(shí)間的做功次數(shù)，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)體積小、重量輕和功率大。轉(zhuǎn)速n增加，活塞平均速度Cm也增加，n與Cm（m/s）的關(guān)系為 式中 S活塞行程（m）。30SnCm Cm大，則活塞組的熱負(fù)荷和曲柄連桿機(jī)構(gòu)的慣性力均增大，磨損加劇，壽命下降，Cm已成為表征發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化程度的參數(shù)。一般汽油機(jī)不超過18m/s，柴油機(jī)不超過13m/s。為提高轉(zhuǎn)速又不使Cm過大，可以減小行程S，即對(duì)于高速發(fā)動(dòng)機(jī)，在結(jié)構(gòu)上采用較小的行程缸徑比（S/D）值。但S/D值小也會(huì)造成燃燒室高度減小，其表面積與容積的比A/V值增大，混合氣形成條件變差，不利于燃燒。當(dāng)S/D1時(shí)，常稱為短行程。 二

21、、發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性能1. 有效燃油消耗率b 單位有效功（1kWh）的燃油消耗量（克），稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗率，也稱為耗油率。 燃油消耗率是評(píng)定發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)。b越小，表示發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性越好。 eePBb1000 2有效熱效率有效熱效率et 有效熱效率是指發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)的有效功We (kJ)與為得到此有效功所消耗的燃油的熱量Q1(kJ)之比，即 b 及et的大致范圍是： et b (g/kWh) 汽油機(jī) 0.250.3 270325柴油機(jī) 0.30.45 190285mimieetQWQW11 三、發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化指標(biāo)三、發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化指標(biāo) 1升功率PL和比質(zhì)量me 升功率PL的定義是：在標(biāo)定工況下，發(fā)

22、動(dòng)機(jī)每升氣缸工作容積所發(fā)出的有效功率。即發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)定功率PeB與總工作容積ivs之比。式中 PeB發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)定功率（kW）； i氣缸數(shù)； vs每個(gè)氣缸的工作容積（L）。30npivPPmeseL 可見PL的大小與平均有效壓力pme和轉(zhuǎn)速的乘積成正比，提高PL的主要措施是提高平均有效壓力和發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)轉(zhuǎn)速。它用來衡量發(fā)動(dòng)機(jī)容積利用的程度。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的方向之一是繼續(xù)提高升功率。 PL值的大致范圍： 汽油機(jī) 3070(kW/L) 汽車柴油機(jī) 1830(kW/L) 比質(zhì)量me是發(fā)動(dòng)機(jī)干質(zhì)量m與標(biāo)定功率PeB之比。它表征質(zhì)量利用程度和結(jié)構(gòu)緊湊性 汽油機(jī) 1.14 (kg/kW) 汽車柴油機(jī) 2.59.

23、0 (kg/kW) eePmm 2強(qiáng)化系數(shù)強(qiáng)化系數(shù)pmeCm 平均有效壓力pm與活塞平均速度eCm的乘積稱為強(qiáng)化系數(shù)。它與活塞單位面積的功率成正比。其值越大，發(fā)動(dòng)機(jī)的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷越高。由于發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)是強(qiáng)化程度不斷提高，所以pmeCm值增大，也是技術(shù)進(jìn)步的一個(gè)標(biāo)志。pmeCm的大致范圍是：汽油機(jī) 817MPam./s小型高速柴油機(jī) 611MPam/.s重型汽車柴油機(jī) 915MPam/.s 第四節(jié)第四節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)境指標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)境指標(biāo) 發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)境指標(biāo)主要指排氣品質(zhì)和噪聲。 一、排放性能一、排放性能 1排出有害氣體排出有害氣體 目前主要限制一氧化碳（CO）、各種碳?xì)浠衔铮℉C）及氮氧

24、化合物（NOx）三種危害最大的氣體排放量。2排氣微粒排氣微粒 它指排氣中除水以外的任何液態(tài)或固體微粒。其中，以碳為主要成分的固體顆粒形成碳煙，是排氣微粒最主要的成分，目前我國只規(guī)定碳煙限值。第五節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)境指標(biāo) 一、排放（歐洲排放體系）表示歐盟委員會(huì)建議；表示歐盟議會(huì)建議。標(biāo)準(zhǔn)名稱 生效時(shí)間 CO/g.km-1 HC/g.km-1 NOX/g.km-1 NOX+HC/g.km-1 測(cè)試規(guī)范 歐洲1 1992.07 2.72 0.97 ECE+EUDC 歐洲2 1996.01 2.20 0.50 歐洲3 2000.01 2.30 0.20 0.15 修改試驗(yàn)規(guī)范 2000.01 2.30 0

25、.12 0.15 歐洲4 2005.01 2.30 0.10 0.08 2005.01 2.30 0.10 0.08 第一部分（ECE），試驗(yàn)時(shí)需運(yùn)行4個(gè)循環(huán)，總時(shí)間為13min。每循環(huán)持續(xù)時(shí)間為195s，總里程為4.052km，每循環(huán)里程為1.013km，平均車速為18.7kmh（不包括怠速時(shí)為27.01kmh）最高車速為 50kmh，怠速時(shí)間占31。第二部分為附加的市區(qū)行駛工況（EUDC），總時(shí)間為1220s，試驗(yàn)里程為11.007km，平均速度為32.5kmh（不包括怠速時(shí)為42.6kmh），最高車速為120kh，怠速時(shí)間占26.2。取樣開始時(shí)刻為試驗(yàn)開始40s后。歐3（2000年）改為

26、啟動(dòng)后即取樣。 二、噪聲二、噪聲 噪聲會(huì)刺激神經(jīng)，使人心情煩躁、反應(yīng)遲鈍、甚至產(chǎn)生耳聾、高血壓和神經(jīng)系統(tǒng)疾病，汽車是城市的主要噪聲源之一，發(fā)動(dòng)機(jī)又是汽車的主要噪聲源，故必須給予控制。如我國噪聲標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，轎車噪聲不得大于84dB。 第五節(jié)第五節(jié) 機(jī)械損失與機(jī)械效率機(jī)械損失與機(jī)械效率 一、機(jī)械損失一、機(jī)械損失 1 發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)件的摩擦損失。如活塞和活塞環(huán)與缸壁的摩擦：各個(gè)軸承與軸頸之間的摩擦；氣門傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦；油封處的摩擦等。這部分損失所占比例最大，約占總機(jī)械損失的60%75%。 2驅(qū)動(dòng)附屬機(jī)構(gòu)的損失。如驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)、冷卻水泵、風(fēng)扇、機(jī)油泵、點(diǎn)火裝置或噴油泵等的損失。約占總機(jī)械損失的10%2

27、0%。 3 . 泵氣損失。約占總機(jī)械損失的10%20%。由于機(jī)械損失而消耗的功率稱為機(jī)械損失功率，用Pm表示，可得： Pm=PiPe (kW) 3 機(jī)械損失分配情況 機(jī)械損失名稱 占Pm的百分比（%） 占Pi的百分比（%） 摩擦損失 其中 活塞及活塞環(huán) 連桿、曲軸軸承配氣機(jī)構(gòu) 62-7545-6015-202-3 8-20 驅(qū)動(dòng)各種附件損失 其中 水泵 風(fēng)扇 機(jī)油泵 電器設(shè)備 10-202-36-81-21-2 1-5 帶動(dòng)機(jī)械增壓器損失 6-10 泵氣損失 10-20 2-4 總功率損失 10010-30 二、機(jī)械效率二、機(jī)械效率 曲軸輸出的有效功率與指示功率之比，稱為機(jī)械效率，用m表示，即

28、 式中 pmm平均機(jī)械損失壓力（kPa）。 mimmimmimeiemppPPppPP11 三、機(jī)械損失的測(cè)定三、機(jī)械損失的測(cè)定 機(jī)械損失功率可通過發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)測(cè)定，常用的實(shí)驗(yàn)方法有倒拖法和滅缸法，柴油機(jī)還可用油耗線法。 1.倒拖法 2. 滅缸法 二二、機(jī)械損失的測(cè)定1.倒拖法 特點(diǎn)：必須使用平衡式電力測(cè)功器，而且由于缸內(nèi)壓力、溫度與實(shí)際不符，測(cè)量結(jié)果往往偏大 我國汽車發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，應(yīng)優(yōu)先采用此法測(cè)量機(jī)械損失功率 2. 滅缸法 特點(diǎn)：僅適用于多缸發(fā)動(dòng)機(jī)，不能用于廢氣渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)及單缸機(jī)。對(duì)于柴油機(jī)，測(cè)量較準(zhǔn)；但對(duì)汽油機(jī)，由于停缸會(huì)使進(jìn)氣情況改變，往往得不到正確結(jié)果。 Pm=(i-1

29、)Pe-(Pe(1)+Pe(2)+) 3. 油耗線法（又稱負(fù)荷特性法） 特點(diǎn)：適用于柴油機(jī)，但不適用于汽油機(jī) 負(fù)荷特性：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變，其經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)隨負(fù)荷而變化的關(guān)系 負(fù)荷：節(jié)氣門開度，汽油機(jī)中對(duì)應(yīng)混合氣的數(shù)量，柴油機(jī)中對(duì)應(yīng)供油量 方法：在負(fù)荷特性曲線中找出接近直線的線段，并順此線段作延長線，直至與橫坐標(biāo)相交，則交點(diǎn)到坐標(biāo)原點(diǎn)的長度即為該機(jī)的平均機(jī)械損失壓力pmm的數(shù)值 四、影響機(jī)械效率的主要因素四、影響機(jī)械效率的主要因素 1發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提高后，致使： （1）各摩擦表面間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度加大，摩擦損失增加。（2）曲柄連桿機(jī)構(gòu)的慣性力加大，活塞側(cè)壓力和軸承負(fù)荷均增加，摩擦損失增加。（3）

30、泵氣損失加大。（4）驅(qū)動(dòng)附件的機(jī)械損失增加。 所以，轉(zhuǎn)速提高后機(jī)械損失功率增加，使機(jī)械效率下降。根據(jù)實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)資料，機(jī)械損失功率與轉(zhuǎn)速平方近似成正比。因此隨轉(zhuǎn)速升高機(jī)械效率下降較快。 2發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速一定，負(fù)荷減小時(shí)，汽油機(jī)中是相應(yīng)減小油門開度（即減少混合氣量），柴油機(jī)中是將噴油泵齒條位置向減小供油量方向移動(dòng)，因此，氣缸內(nèi)指示功率將減小，但機(jī)械損失功率Pm變化不大，因?yàn)镻的大小主要取決于摩擦副的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度和慣性力大小，故使機(jī)械效率下降。 根據(jù)公式m=1 Pm/Pi可知，怠速時(shí)，負(fù)荷為零，有效功率Pe=0，指示功率全部用來克服機(jī)械損失功率，即Pi=Pm，故m=0。負(fù)荷由小變大

31、時(shí)，指示功率迅速上升，而機(jī)械損失功率上升緩慢所以機(jī)械效率提高，但在大負(fù)荷時(shí)機(jī)械效率上升緩慢。 3潤滑油品質(zhì) 在機(jī)械損失中，摩擦損失占的比例最大，達(dá)70%左右，而潤滑油的粘度對(duì)摩擦損失的大小有重要影響。 潤滑油的粘度即稠稀程度，它表示了流體分子之間內(nèi)摩擦力的大小。 選用潤滑油粘度的基本原則是：根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和使用條件，在保證可靠潤滑的條件下，盡量選用粘度小的潤滑油，以減少摩擦損失，提高機(jī)械效率。一般說來，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化程度高，軸承負(fù)荷大時(shí)，要選用粘度較大的潤滑油；當(dāng)轉(zhuǎn)速高，配合間隙小時(shí)，需要潤滑油流動(dòng)性好，宜選用粘度較小的潤滑油。經(jīng)過長期使用，軸承間隙較大，應(yīng)選用較高粘度的潤滑油。 4冷卻水溫度

32、 冷卻水溫度直接影響潤滑油的溫度，進(jìn)而影響潤滑油的粘度和機(jī)械損失的大小。冷卻水的溫度低時(shí) ，潤滑油的溫度低，粘度大，摩擦損失增加，機(jī)械效率下降。如果冷卻水溫度過高，會(huì)使?jié)櫥驼扯刃?，也使機(jī)械損失增加，機(jī)械效率下降，實(shí)踐證明，發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行中冷卻水溫保持在8095范圍內(nèi)，可減少機(jī)械損失，提高機(jī)械效率，通常發(fā)動(dòng)冷卻水溫達(dá)到正常后，才允許發(fā)動(dòng)機(jī)帶負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。 5.發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)狀況發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)狀況 長期使用的發(fā)動(dòng)機(jī)，技術(shù)狀況差，對(duì)機(jī)械效率影響很大?；钊h(huán)與缸套磨損后，間隙增大，漏氣增多，指示功率下降；尤其是汽油機(jī)漏氣還會(huì)稀釋潤滑油，使?jié)櫥瑮l件變差，氣缸磨損加快。軸與軸承之間的磨損，使機(jī)油泄露增加，油壓下降

33、，運(yùn)動(dòng)件工作表面的潤滑不良；水道中水垢增多，使氣缸工作表面溫度升高，破壞油膜。這些都會(huì)使機(jī)械效率下降，因此發(fā)動(dòng)機(jī)在使用中，要定期檢查保養(yǎng)，出現(xiàn)故障應(yīng)及時(shí)修復(fù)，確保機(jī)油、燃油、空氣的濾清效果，以減少摩擦損失，提高機(jī)械效率。熱平衡熱平衡第七節(jié) 熱平衡 一一、 實(shí)際循環(huán)熱平衡 1、實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)（空氣標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)）的差異 理論循環(huán)（四個(gè)假設(shè)）實(shí)際循環(huán)差異假設(shè)工質(zhì)是理想氣體，物理常數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣物理常數(shù)相同（比熱容是定值 ）實(shí)際氣體比熱是隨溫度上升而增大 ，因此循環(huán)的最高溫度降低，存在泄漏使工質(zhì)數(shù)量減少 Wk 假設(shè)工質(zhì)是在閉口系統(tǒng)中作封閉循環(huán) 為使循環(huán)重復(fù)進(jìn)行，必須更換工質(zhì)，換氣損失（泵氣損失 +提前排氣損失W）Wr假設(shè)工質(zhì)的壓縮及膨脹是絕熱等熵過程 氣缸壁和工質(zhì)間始終存在著熱交換，使壓縮、膨脹線均脫離理論循環(huán)的絕熱壓縮、膨脹線Wb 假設(shè)燃燒是外界無數(shù)數(shù)個(gè)高溫?zé)嵩炊ㄈ莼蚨▔合蚬べ|(zhì)加熱。工質(zhì)放熱為定容放熱 （1）燃燒需要一定的時(shí)間，所以噴油或點(diǎn)火在上止點(diǎn)前，并且燃燒還會(huì)延續(xù)到膨脹行程，由此形成非瞬時(shí)燃燒損失和補(bǔ)燃損失（2）部分燃料由于缺氧產(chǎn)生不完全燃燒損失 （3）在高溫下部分燃燒產(chǎn)物分解而吸熱使循環(huán)的最高溫度下降 Wzt 、i 、 e 、 bi 、be的大致范