第5章_發(fā)動機實際循環(huán)與評價指標(biāo)

1、發(fā)動機實際循環(huán)與評價指標(biāo)發(fā)動機實際循環(huán)與評價指標(biāo)一、示功圖圖2-1四沖程內(nèi)燃機的p-圖一、示功圖圖2-2四沖程壓燃式和點燃式內(nèi)燃機實際循環(huán)p-V圖正負(fù)功確定原則：正負(fù)功確定原則：n 壓力方向與活塞運動方向一致，壓力方向與活塞運動方向一致，工質(zhì)對活塞作正功工質(zhì)對活塞作正功n 壓力方向與活塞運動方向相反，壓力方向與活塞運動方向相反，工質(zhì)對活塞作負(fù)功工質(zhì)對活塞作負(fù)功工質(zhì)對活塞所作功工質(zhì)對活塞所作功Compression 壓縮過程壓縮過程 W 0 Intake 進(jìn)氣過程進(jìn)氣過程 W 0 Exhaust 排氣過程排氣過程 W 混合循環(huán)混合循環(huán) t 等壓循環(huán)等壓循環(huán) tpmax及及q1相同：相同：等壓循環(huán)

2、等壓循環(huán) t 混合循環(huán)混合循環(huán) t 等容循環(huán)等容循環(huán) tLuoyang Institute Of Science And Technology理論循環(huán)分析的指導(dǎo)意義理論循環(huán)分析的指導(dǎo)意義: 缸內(nèi)噴射擴散燃燒缸內(nèi)噴射擴散燃燒, 噴油時間縮短噴油時間縮短, 初期等容放熱變化不大初期等容放熱變化不大, 即即 基本不變而基本不變而 減小減小, t提高提高: 預(yù)混燃燒預(yù)混燃燒, 燃燒速度下降燃燒速度下降, 燃燒時間加長燃燒時間加長, 即即 下降而下降而 上升上升, t下降下降： 中、低負(fù)荷工況中、低負(fù)荷工況, 柴油機使用油耗較汽油機低柴油機使用油耗較汽油機低3050。Luoyang Institute

3、Of Science And Technology理想循環(huán)理想循環(huán)：1) 保持理論循環(huán)中關(guān)于循環(huán)的假設(shè)保持理論循環(huán)中關(guān)于循環(huán)的假設(shè)(簡化簡化)2) 工質(zhì)特性按真實情況考慮：工質(zhì)特性按真實情況考慮：n 循環(huán)過程中成分是變化的循環(huán)過程中成分是變化的n 工質(zhì)的熱力參數(shù)隨溫度、分子結(jié)構(gòu)及混合氣濃度等變化工質(zhì)的熱力參數(shù)隨溫度、分子結(jié)構(gòu)及混合氣濃度等變化1) 工質(zhì)特性對熱效率的影響工質(zhì)特性對熱效率的影響(與理論循環(huán)相比與理論循環(huán)相比)2) 理想循環(huán)代表了人類努力所能達(dá)到的水平理想循環(huán)代表了人類努力所能達(dá)到的水平(與真實循環(huán)相比與真實循環(huán)相比)：真實循環(huán)的指示效率與理想循環(huán)熱效率之比。反映了實際發(fā)動機：真實

4、循環(huán)的指示效率與理想循環(huán)熱效率之比。反映了實際發(fā)動機 指示效率接近理想水平的程度。指示效率接近理想水平的程度。dtitrel壓縮過程壓縮過程: 空氣空氣+燃料蒸氣燃料蒸氣+殘余廢氣殘余廢氣膨脹過程膨脹過程: 廢氣廢氣+空氣空氣Luoyang Institute Of Science And Technology真實工質(zhì)對熱效率的影響真實工質(zhì)對熱效率的影響 cv, cp= f（T, 分子結(jié)構(gòu)）分子結(jié)構(gòu)） Qv=cvT，Qp=cp T T cv和和 cp T t 多原子分子多原子分子 cv和和cp T t 即：即：真實工質(zhì)真實工質(zhì) 理想工質(zhì)理想工質(zhì) 真實工質(zhì)真實工質(zhì) t 例如：例如：柴油機柴油機

5、汽油機汽油機 ；稀薄燃燒；稀薄燃燒 化學(xué)計量比燃燒化學(xué)計量比燃燒 高溫時，原子間的結(jié)合力減弱，產(chǎn)生熱分解（吸熱過程）。高溫時，原子間的結(jié)合力減弱，產(chǎn)生熱分解（吸熱過程）。 CO2CO+O2 H2OH2+O2 低溫膨脹及排氣時，反向燃燒放熱。因此，低溫膨脹及排氣時，反向燃燒放熱。因此，燃燒放熱時間拉長燃燒放熱時間拉長 等容度等容度 t 。 * T越高，越高，p越小越小 熱分解越嚴(yán)重，因此，熱分解越嚴(yán)重，因此，汽油機熱分解汽油機熱分解 柴油機熱分解。柴油機熱分解。Luoyang Institute Of Science And Technology真實工質(zhì)對熱效率的影響真實工質(zhì)對熱效率的影響1.4

6、01.351.301.251.204006008001000K溫度溫度Temperature = cp/cvAir a a = 2.0 a a = 1.25 a a = 0.83 a a = 0.67 a a = 1.0w/o exhaust gas residual 液體燃料發(fā)動機燃燒后，液體燃料發(fā)動機燃燒后， 1，p 和和 t 氣體燃料發(fā)動機燃燒后，氣體燃料發(fā)動機燃燒后， 1，p 和和 t （氣體燃料分子計入燃前分子總數(shù)）（氣體燃料分子計入燃前分子總數(shù)） 總的來說，總的來說， 的的影響不大影響不大 a 1，未燃碳?xì)?，未燃碳?xì)?多原子多原子 T t a1，空氣，空氣單雙原子單雙原子 T t

7、Luoyang Institute Of Science And Technology汽油機與柴油機理想循環(huán)熱效率的比較汽油機與柴油機理想循環(huán)熱效率的比較1) n 柴油機柴油機 a 汽油機汽油機 a 柴油機柴油機 t 汽油機汽油機 t n 汽油機混合氣濃且等容度高，汽油機混合氣濃且等容度高，Tmax， 殘余廢氣殘余廢氣 ，熱分解，熱分解 汽油機汽油機 t n 汽油機汽油機 柴油機柴油機 ，但影響不大，但影響不大2) n 汽油機汽油機 a更小，而更小，而柴油機柴油機 a 更大更大 汽油機汽油機 t n 汽油機汽油機 r，柴油機，柴油機 r不變，汽油機不變，汽油機 ，燃燒速度，燃燒速度 汽油機汽油

8、機 tn 汽油機高、低負(fù)荷溫差小，汽油機高、低負(fù)荷溫差小， Tmax 汽油機汽油機 t考慮真實工質(zhì)特性后，汽、柴油機熱效率差距加大：考慮真實工質(zhì)特性后，汽、柴油機熱效率差距加大：Luoyang Institute Of Science And Technology真實循環(huán)真實循環(huán)1) (總加熱量的總加熱量的6)真實循環(huán)并非絕熱過程真實循環(huán)并非絕熱過程, 通過氣缸壁面、缸蓋底通過氣缸壁面、缸蓋底面、活塞頂面向外散熱。面、活塞頂面向外散熱。散熱量散熱量 Qw= Fw（T-Tw）d式中，式中， 傳熱系數(shù)傳熱系數(shù) Fw 散熱面積散熱面積, Fw =f（ ） T缸內(nèi)工質(zhì)溫度缸內(nèi)工質(zhì)溫度, T= f（ ）

9、 Tw 燃燒室壁面溫度燃燒室壁面溫度, 可設(shè)為定值可設(shè)為定值l 壓縮過程壓縮過程: 前期吸熱前期吸熱, 后期散熱后期散熱, 使壓縮線略下降使壓縮線略下降(有利有利)。l 燃燒及膨脹過程燃燒及膨脹過程: 溫差大溫差大, 散熱強烈散熱強烈, 使使pz和膨脹和膨脹線下降線下降(不利不利)。l 燃燒膨脹線的下降幅度遠(yuǎn)大于壓縮線燃燒膨脹線的下降幅度遠(yuǎn)大于壓縮線, 使動力過使動力過程功減小。程功減小。Luoyang Institute Of Science And Technology真實循環(huán)真實循環(huán)2) 實際燃燒及向工質(zhì)加熱不可能瞬間完成：實際燃燒及向工質(zhì)加熱不可能瞬間完成：l存在點火存在點火(噴油噴油

10、)提前，使有用功面積下降，提前，使有用功面積下降， t。lpz出現(xiàn)在出現(xiàn)在TDC后后10 CA，而非等容加熱，使有用功面，而非等容加熱，使有用功面積減小。積減小。3) l排氣門早開，造成膨脹功損失。排氣門早開，造成膨脹功損失。l泵氣損失功泵氣損失功(W2W3)4) l 正常燃燒時，也有正常燃燒時，也有 c100%l 不正常燃燒、不正常燃燒、 a 1等，等， t 5) 流動增強以及提高渦流與湍流程度，流動增強以及提高渦流與湍流程度， t 因為：造成能量損失、散熱損失因為：造成能量損失、散熱損失 例如：流動損失，非直噴式柴油機直噴式柴油機例如：流動損失，非直噴式柴油機直噴式柴油機 6) Luoya

11、ng Institute Of Science And Technology真實循環(huán)與理論循環(huán)的比較真實循環(huán)與理論循環(huán)的比較：l 由于由于工質(zhì)工質(zhì)和和循環(huán)循環(huán)方面的差別，使得方面的差別，使得: 理論循環(huán)理論循環(huán)t -實際循環(huán)實際循環(huán)t =1020百分點百分點l 兩者之間的差別指出了改善內(nèi)燃機兩者之間的差別指出了改善內(nèi)燃機t的基的基本原則本原則Luoyang Institute Of Science And Technology講課內(nèi)容講課內(nèi)容5.2 5.2 發(fā)動機的性能指標(biāo)發(fā)動機的性能指標(biāo)Luoyang Institute Of Science And Technology功率功率(Power

12、), 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩(Torque), 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速(Revolution/Speed)有效平均壓力有效平均壓力(Brake Mean Effective Pressure, BMEP)有效燃料消耗率有效燃料消耗率(Brake Specific Fuel Consumption, BSFC)機油消耗率機油消耗率(Oil/Lubricant Consumption)碳?xì)涮細(xì)?HC), 一氧化碳一氧化碳(CO), 氮氧化物氮氧化物(NOx),二氧化碳二氧化碳(CO2)顆粒物顆粒物(Particulate Matter, PM), 干碳煙干碳煙(Dry Soot, DS)噪聲振動沖擊噪聲振動沖擊 (Noise

13、 Vibration Harshness, NVH)可靠性或耐久性可靠性或耐久性(Robust/Reliability, Durability)檢測檢測/維護(hù)維護(hù)(Inspection/Maintenance, I/M) 發(fā)動機性能發(fā)動機性能(Performance)指標(biāo)指標(biāo)Luoyang Institute Of Science And Technology指示指標(biāo)與有效指標(biāo)指示指標(biāo)與有效指標(biāo)1. 以工質(zhì)對活塞作功為計算基準(zhǔn)的指標(biāo)稱為以工質(zhì)對活塞作功為計算基準(zhǔn)的指標(biāo)稱為n 基于示功圖算出，直接反映燃燒和熱力循環(huán)組織的好壞基于示功圖算出，直接反映燃燒和熱力循環(huán)組織的好壞n 用于理論分析和科研用

14、于理論分析和科研2. 以曲軸輸出功為計算基準(zhǔn)的指標(biāo)稱為以曲軸輸出功為計算基準(zhǔn)的指標(biāo)稱為n 由試驗測出，直接反映產(chǎn)品最終性能由試驗測出，直接反映產(chǎn)品最終性能n 用于產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)和使用當(dāng)中用于產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)和使用當(dāng)中只有與作功有關(guān)的指標(biāo)，如功、功率、油耗、平均壓力、熱效率等只有與作功有關(guān)的指標(biāo)，如功、功率、油耗、平均壓力、熱效率等才有才有“有效有效”與與“指示指示”之分之分Luoyang Institute Of Science And Technology一、指示功、有效功和機械損失功 指示功：發(fā)動機在一個工作循環(huán)內(nèi)，缸內(nèi)工質(zhì)在無泵氣損失條件下對活塞所做的功。用Wi表示。 四沖程發(fā)動機：Wi=

15、W1+W3 四沖程增壓發(fā)動機：Wi=W1+（pb-pk）VsLuoyang Institute Of Science And Technology一、指示功、有效功和機械損失功指示性能指標(biāo)只能評定工作循環(huán)進(jìn)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(qū)動風(fēng)扇、機油泵、燃油泵、發(fā)電機等附件所消耗的功率后才能變?yōu)榍S的有效輸出，所有這些消耗功的總和稱為機械損失功Wm，從而有效功為We=Wi-Wm有效功與指示功之比稱為機械效率Luoyang Institute Of Science And Technology 機械損失功Wm=Wf+We+Wp Wf:機械摩擦損失功 We：附件消耗功 W

16、p：泵氣損失功Luoyang Institute Of Science And Technology動力性能指標(biāo)動力性能指標(biāo)pWVmiis p . VpdVWp 1 bar10Nm10Nmm0.1kJdmmisimi52533 注意：這里的壓力事注意：這里的壓力事實上就是物理上所說實上就是物理上所說的壓強，的壓強，N/mN/m2 2指示平均壓力指示平均壓力(Indicated Mean Effective Pressure, IMEP)：單位氣缸工作容積所作的循環(huán)指示功：單位氣缸工作容積所作的循環(huán)指示功n 循環(huán)指示功可以認(rèn)為是循環(huán)指示功可以認(rèn)為是p pmimi作用在活塞作用在活塞上，使活塞移動

17、一個沖程所作功上，使活塞移動一個沖程所作功n 指示平均壓力反映發(fā)動機作功能力的大小指示平均壓力反映發(fā)動機作功能力的大小( (單位體積作功量單位體積作功量大小大小J/mJ/m3 3) )和強化程度。和強化程度。Luoyang Institute Of Science And Technology有效平均壓力 有效平均壓力：單位氣缸工作容積所致的有效功。 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 。用pme表示semeVWpLuoyang Institute Of Science And Technology機械損失平均壓力：pmm pmm

18、 :機械損失平均壓力，Vs：氣缸排量；Wm：機械損失功smmmVWpLuoyang Institute Of Science And Technology不同發(fā)動機有效平均壓力不同發(fā)動機有效平均壓力pme范圍范圍摩托車發(fā)動機（四沖程）摩托車發(fā)動機（四沖程）賽車發(fā)動機（自然吸氣）賽車發(fā)動機（自然吸氣） 賽車發(fā)動機（渦輪增壓）賽車發(fā)動機（渦輪增壓）轎車汽油機（自然吸氣）轎車汽油機（自然吸氣）轎車汽油機（渦輪增壓）轎車汽油機（渦輪增壓）轎車柴油機（渦輪增壓）轎車柴油機（渦輪增壓）卡車柴油機（渦輪增壓）卡車柴油機（渦輪增壓）大型柴油機大型柴油機中型高速柴油機中型高速柴油機十字頭二沖程柴油機十字頭二沖程

19、柴油機pme bar1216.656914.114201221.21123.51529.415251518.2mmmimepppLuoyang Institute Of Science And Technology3.指示效率、有效效率和機械效率 指示熱效率：燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)換為指示功Wi的能量轉(zhuǎn)換效率，即 式中， 為指示熱效率； 為所用燃料的低熱值（kJ/kg） 單缸每循環(huán)燃油消耗量gb（kg） ubiitHgWituHLuoyang Institute Of Science And Technology 有效熱效率：燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)換為曲軸輸出功We的能量轉(zhuǎn)換效率 式中， 為有效熱效率； 為所用燃

20、料的低熱值（kJ/kg） 單缸每循環(huán)燃油消耗量gb（kg）ubeetHgWetuHLuoyang Institute Of Science And Technology 機械效率：指示功Wi，在支付機械損失功Wm后，變?yōu)榍S有效輸出功We的能量轉(zhuǎn)換效率。memimimiiemWWWWWWWWWW11Luoyang Institute Of Science And Technology4.指示燃料消耗與有效燃料消耗 指示燃油消耗率：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/(kWh)來表示。 B整機燃料消耗率，kg/h;Pi為指示功率，kW310iiPBb Luoyang In

21、stitute Of Science And Technology4.指示燃料消耗率與有效燃料消耗率 有效燃料消耗率： B整機燃料消耗率，kg/h;Pe為有效功率，kW 因為310eepBbemiieiembbPPWWLuoyang Institute Of Science And Technology由功與功率的關(guān)系求由功與功率的關(guān)系求功功We3tqe1030tqTnTP轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩 (N.m)iPtWeemetq pT角速度角速度(rad/s) 動力性指標(biāo)之間的關(guān)系動力性指標(biāo)之間的關(guān)系由轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率由轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率功率的關(guān)系求功率功率的關(guān)系求功率Pe對于某一發(fā)動機，轉(zhuǎn)矩對于某一發(fā)動機，轉(zhuǎn)

22、矩和有效平均壓力都反映和有效平均壓力都反映負(fù)荷（負(fù)荷（load）的大?。┑拇笮⊙h(huán)時間循環(huán)時間nt30Luoyang Institute Of Science And Technology動力性指標(biāo)之間的關(guān)系動力性指標(biāo)之間的關(guān)系niPWWnitWiPeeeee3030Luoyang Institute Of Science And Technology6333333310301030103010101010303010303030tqmeseeeemesetqstqsesemetqeseeeTnBpVniBWniBPBbWipVinPTViTVniPVWpTnPVniWnitWiPLuoyan

23、g Institute Of Science And Technology有效效率：有效效率：uet1eeHPBbEffective efficiencyFuel mass flow 燃料流量燃料流量 (kg/s)Low heat value (kJ/kg)kgkJ42800;0.35uetHuit1iiHPBbIndicated efficiencyuiitHBP經(jīng)濟性指標(biāo)經(jīng)濟性指標(biāo)有效燃料消耗率：有效燃料消耗率：BSFC指示效率：指示效率：指示燃料消耗率：指示燃料消耗率：ISFCueetHBPE.g. 求油耗：求油耗：Luoyang Institute Of Science And Tec

24、hnology PL單位發(fā)動機排量發(fā)出的功率單位發(fā)動機排量發(fā)出的功率 ( (評價氣缸容積利用程度和緊湊性評價氣缸容積利用程度和緊湊性) ) PL= Pe / Vs *i (kW/L)n me單位有效功率所占發(fā)動機質(zhì)量單位有效功率所占發(fā)動機質(zhì)量 ( (評價輕量化和緊湊性評價輕量化和緊湊性) ) me= m / Pe (kg/kW)n Ve單位有效功率所占發(fā)動機的體積單位有效功率所占發(fā)動機的體積 ( (評價緊湊性評價緊湊性) ) Ve= V / Pe (m3/kW)功率密度評價指標(biāo)功率密度評價指標(biāo)轎車汽油機自吸式轎車汽油機自吸式: 35: 356565轎車汽油機增壓式轎車汽油機增壓式: 50: 5

25、0100100轎車柴油機增壓式轎車柴油機增壓式: 30: 304040轎車汽油機轎車汽油機: 3: 31 1轎車柴油機轎車柴油機: 5: 52 2Luoyang Institute Of Science And Technology發(fā)動機轉(zhuǎn)速與活塞平均速度發(fā)動機轉(zhuǎn)速與活塞平均速度3m1030nsVr/minm301m/smnsV主要影響：主要影響： 慣性力引起的機械應(yīng)力慣性力引起的機械應(yīng)力 摩擦摩擦(磨損磨損) 熱負(fù)荷熱負(fù)荷 充氣效率充氣效率 噪聲噪聲2mMV活塞平均速度：活塞平均速度：(強化指標(biāo)之一強化指標(biāo)之一)n 發(fā)動機轉(zhuǎn)速與活塞速發(fā)動機轉(zhuǎn)速與活塞速度不完全是一個概念！度不完全是一個概念！

26、n 活塞平均速度越高，活塞平均速度越高，說明發(fā)動機強化度越高說明發(fā)動機強化度越高單位：單位： Luoyang Institute Of Science And Technology活塞平均速度活塞平均速度VmVm2221.7279.519.812.37.8m/s7.0摩托車發(fā)動機（四沖程）摩托車發(fā)動機（四沖程）賽車發(fā)動機（自然吸氣）賽車發(fā)動機（自然吸氣） 賽車發(fā)動機（渦輪增壓）賽車發(fā)動機（渦輪增壓）轎車汽油機（自然吸氣）轎車汽油機（自然吸氣）轎車柴油機轎車柴油機卡車柴油機（渦輪增壓）卡車柴油機（渦輪增壓）大型柴油機大型柴油機中速柴油機中速柴油機十字頭

27、二沖程柴油機十字頭二沖程柴油機Luoyang Institute Of Science And Technology決定動力輸出的三大環(huán)節(jié)決定動力輸出的三大環(huán)節(jié)n 設(shè)單位時間加入發(fā)動機的燃料總質(zhì)量為設(shè)單位時間加入發(fā)動機的燃料總質(zhì)量為B (kg/s)，燃料低熱值，燃料低熱值(low heat value)為為Hu(kJ/kg)，燃料能量轉(zhuǎn)換的總效率為，燃料能量轉(zhuǎn)換的總效率為 et ，則有效功率，則有效功率Pe可表示為：可表示為： n 設(shè)單位時間進(jìn)入發(fā)動機的混合氣總量為設(shè)單位時間進(jìn)入發(fā)動機的混合氣總量為Gm(kg/s)，混合氣低熱值為，混合氣低熱值為Hum (kJ/kg)，則有效功率，則有效功率P

28、e也可表示為：也可表示為：n 提高功率的三大環(huán)節(jié)：提高功率的三大環(huán)節(jié)：l 可燃混合氣或燃料的能量密度可燃混合氣或燃料的能量密度 混合氣熱值混合氣熱值Hum或燃料熱值或燃料熱值Hul 單位時間實際吸入發(fā)動機的可燃混合氣總量單位時間實際吸入發(fā)動機的可燃混合氣總量Gm或燃料總量或燃料總量Bl 可燃混合氣能量或燃料能量轉(zhuǎn)換為有效輸出功的多少可燃混合氣能量或燃料能量轉(zhuǎn)換為有效輸出功的多少 工作過程各環(huán)節(jié)效率或總效率工作過程各環(huán)節(jié)效率或總效率 et(kW)ueteHBP(kW)ummeteHGPLuoyang Institute Of Science And Technology油油/氣混合比氣混合比(濃

29、度濃度)是影響發(fā)動機性能的重要參數(shù)：是影響發(fā)動機性能的重要參數(shù)：1) 過量空氣系數(shù)過量空氣系數(shù) a（Excess air ratio/Relative air-fuel ratio）設(shè)單位質(zhì)量燃料完全燃燒所需理論空氣量為設(shè)單位質(zhì)量燃料完全燃燒所需理論空氣量為l0，而實際供給的空氣量為，而實際供給的空氣量為l，則則 a定義定義為：為： a 1 ,稀稀(lean)混合氣混合氣 a 1, 濃濃(rich)混合氣混合氣 a =1, 化學(xué)計量比（化學(xué)計量比（stoichiometric ratio），過去稱理論空燃比），過去稱理論空燃比可燃混合氣濃度與熱值可燃混合氣濃度與熱值0理論1kg實際供給1kgl

30、la空氣量燃料完全燃燒需要的的空氣量燃料燃燒）（國外用燃空當(dāng)量比燃空當(dāng)量比(equivalent ratio) 1 / a，歐美國家常用，歐美國家常用 Luoyang Institute Of Science And Technology2) 空燃比空燃比a a (Air/Fuel ratio, A/F)3) 燃空比燃空比 (Fuel/Air ratio, F/A)4) 可燃混合氣熱值可燃混合氣熱值Hum (Mixture low heat value)定義定義: 單位質(zhì)量或單位體積單位質(zhì)量或單位體積發(fā)出的熱量發(fā)出的熱量(kJ/kg或或kJ/m3)Hu表示燃料的能量密度，越高越便于攜帶；表示燃

31、料的能量密度，越高越便于攜帶；Hum代表混合氣的能量密度，代表混合氣的能量密度，越高則相同工作容積時發(fā)出功率越高越高則相同工作容積時發(fā)出功率越高(pme也越高也越高)0a)(lFAl混合氣中燃料質(zhì)量混合氣中空氣質(zhì)量或)(110alAFsuvum)(VHmH0auuuum11lHlHlmmHmH或或可燃混合氣濃度與熱值可燃混合氣濃度與熱值Luoyang Institute Of Science And Technology能量轉(zhuǎn)換效率能量轉(zhuǎn)換效率ub1cHgQ 1itQW iemWW 1) 燃燒效率燃燒效率2) 循環(huán)熱效率循環(huán)熱效率3) 機械效率機械效率ubemitmtcetHgW4) 有效效率

32、有效效率每缸每循環(huán)燃燒時發(fā)出的熱量每缸每循環(huán)燃燒時發(fā)出的熱量 (kJ)單缸循環(huán)油量單缸循環(huán)油量(kg)指示效率指示效率正常燃燒：正常燃燒：汽油機汽油機 c=95%98%柴油機柴油機 c=98%99%Combustion EfficiencyThermal EfficiencyMechanical EfficiencyEffective Efficiency曲軸輸出功曲軸輸出功總指示功總指示功Luoyang Institute Of Science And Technology混合氣混合氣(進(jìn)氣進(jìn)氣)充量充量ssacVm充量系數(shù)充量系數(shù)(容積效率容積效率)Volumetric efficienc

33、y每缸每循環(huán)吸入缸內(nèi)的新鮮空氣量與按進(jìn)氣系統(tǒng)前狀態(tài)計算每缸每循環(huán)吸入缸內(nèi)的新鮮空氣量與按進(jìn)氣系統(tǒng)前狀態(tài)計算 而得的理論充氣量之比而得的理論充氣量之比(75%-90%) 0a0aa0aaaam1)/(llAlAABAG 0a0assssc0a0assc12112llTRinpVllinV可燃混合氣流量：可燃混合氣流量：l 大氣密度大氣密度(自然吸氣機型自然吸氣機型)l 增壓后空氣密度增壓后空氣密度(增壓機型增壓機型)新鮮空氣量新鮮空氣量燃油量燃油量Luoyang Institute Of Science And Technology)2)()(ssssc0aumtcummeteinTRpVlHH

34、GPuetumitumtce111HHHb功率和油耗的表達(dá)式功率和油耗的表達(dá)式(課程總綱課程總綱)燃燒效率燃燒效率循環(huán)熱效率循環(huán)熱效率( (第第5 5章章) )機械效率機械效率( (第第3 3章章) )進(jìn)氣充量進(jìn)氣充量( (第第6 6章章) )混合氣熱值混合氣熱值( (第第2 2章章) )Luoyang Institute Of Science And Technology例題一臺4缸四沖程火花塞點火發(fā)動機（缸徑D=80mm，沖程S=76.5mm）節(jié)氣門全開時在臺架上的測量結(jié)果如下：轉(zhuǎn)速n=5900r/min，有效轉(zhuǎn)矩Ttq=107.1Nm，指示平均壓力pmi=1.19MPa，計算1)指示功W

35、i2）指示功率Pi和有效功率Pe3）有效平均壓力pme4)機械效率m5）機械損失功率Pm和機械損失平均壓力pmmLuoyang Institute Of Science And Technology例2 內(nèi)燃機的動力性能和經(jīng)濟性能指標(biāo)為什么要分為指示指標(biāo)和有效指標(biāo)兩大類？表示動力性能的指標(biāo)有哪 些？它們的物理意義是什么？它們之間的關(guān)系是什么？表示經(jīng)濟性能的指標(biāo)有哪些？它們的物理意義是什么？它 們之間的關(guān)系是什么？ 答：（1）指示性能指標(biāo)是以工質(zhì)對活塞做功為基礎(chǔ)的指標(biāo)。能評定工作循環(huán)進(jìn)行的好壞。有效性 能指標(biāo)是以曲軸的有效輸出為基礎(chǔ)的指標(biāo)，能表示曲軸的有效輸出。Luoyang Institute

36、 Of Science And Technology （2）動力性能指標(biāo)：功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、平均有效壓力、升功率。 （3）功率：內(nèi)燃機單位時間內(nèi)做的有效功。轉(zhuǎn)矩：力與力臂之積。轉(zhuǎn)速：內(nèi)燃機每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)。Pe=Ttq.n/9550 （4）經(jīng)濟性能指標(biāo)：有效熱效率，有效燃油消耗率be。 （5）有效熱效率:實際循環(huán)的有效功與為得到此有效功所消耗的熱量之比值。 et=We/Q1*nc 有效燃油消耗率：單位有效功的耗油量。關(guān)系：be=3.6*106/et.HuLuoyang Institute Of Science And Technology機械損失與機械效率機械損失與機械效率1) 機械效率的定義機械

37、效率的定義2) 機械損失的組成與份額機械損失的組成與份額3) 機械損失的測量機械損失的測量4) 機械效率的影響因素機械效率的影響因素mimmimimiem111ppPPWWWWLuoyang Institute Of Science And Technology機械損失與機械效率機械損失與機械效率(1) (5080)活塞組件、軸承、氣門機構(gòu)等活塞組件、軸承、氣門機構(gòu)等(2) (10)水泵、機油泵、燃油泵、點火裝置等水泵、機油泵、燃油泵、點火裝置等運轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)必不可少的必不可少的輔助機構(gòu)輔助機構(gòu)(3) (540)pmemfmWWWW1) 機械效率的定義機械效率的定義2) 機械損失的組成與份額機械損失

38、的組成與份額3) 機械損失的測量機械損失的測量4) 機械效率的影響因素機械效率的影響因素p 為什么泵氣損失包含在機械為什么泵氣損失包含在機械損失中？損失中？Luoyang Institute Of Science And Technology一、機械損失的組成部分1.活塞與活塞環(huán)的摩擦損失2.軸承與氣門機構(gòu)的摩擦損失3.驅(qū)動附屬機構(gòu)的功率損失4.風(fēng)阻損失5.驅(qū)動掃氣泵及增壓器的損失Luoyang Institute Of Science And Technology1.活塞與活塞環(huán)的摩擦損失活塞與活塞環(huán)的摩擦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

39、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(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、活塞速度以及潤滑油粘度的升高而增加。Luoyang Institute Of Science And Technology2.軸承與氣門機構(gòu)的摩擦損失軸承與氣門機構(gòu)的摩擦損失包括所有主軸承、連桿軸承和凸輪軸軸承等的摩擦損失。在這些軸承里，由于潤滑充分，純液力摩擦因數(shù)很低，不過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，運動件慣性力增大，這部分損失也將增加，但它對氣缸中壓力的變化不太敏感。至于消耗在氣門驅(qū)動機構(gòu)上的損耗，在額定功率工況下所占比例是很微小的，在低速小負(fù)荷時，它

40、的比例將增大。Luoyang Institute Of Science And Technology3.驅(qū)動附屬機構(gòu)的功率損失所謂的附屬機構(gòu)，主要是指為保證發(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(fēng)冷發(fā)動機中則是冷卻風(fēng)扇)、機油泵、噴油泵、調(diào)速器等；而一些不是發(fā)動機運轉(zhuǎn)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(nèi)。有時散熱器、冷卻風(fēng)扇也不包括在發(fā)動機機械損失之內(nèi)。這些附屬機構(gòu)消耗的功率隨發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和潤滑油粘度的增加而增大，但與氣缸壓力無關(guān)，它僅占機械損失中的一小部分。Luoyang Institute Of Science And

41、Technology4.風(fēng)阻損失活塞、連桿、曲軸等零件在曲軸箱內(nèi)高速運動時，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。Luoyang Institute Of Science And Technology5.驅(qū)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(jìn)氣進(jìn)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(nèi)部摩擦損失，并以Pf表示其損耗的功率，掃氣泵或增壓器所消耗的功率為PBLuoyang Institute Of Science And Technology圖2-4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

42、活塞與活塞環(huán)的摩擦損失c氣門機構(gòu)驅(qū)動損失d附屬機構(gòu)驅(qū)動損失e連桿軸承摩擦損失f凸輪軸承摩擦損失Luoyang Institute Of Science And Technology機械損失與機械效率機械損失與機械效率1) 機械效率的定義機械效率的定義2) 機械損失的組成與份額機械損失的組成與份額3) 機械損失的測量機械損失的測量4) 機械效率的影響因素機械效率的影響因素p無凸輪軸（無凸輪軸（Camless）發(fā)動機）發(fā)動機測量機械損失時可以剔除泵氣損測量機械損失時可以剔除泵氣損失嗎？失嗎？(1) (5080)活塞組件、軸承、氣門機構(gòu)等活塞組件、軸承、氣門機構(gòu)等(2) (10)水泵、機油泵、燃油泵

43、、點火裝置等水泵、機油泵、燃油泵、點火裝置等運轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)必不可少的必不可少的輔助機構(gòu)輔助機構(gòu)(3) (540)pmemfmWWWW電控氣門電控氣門Luoyang Institute Of Science And Technology機械損失與機械效率機械損失與機械效率標(biāo)定工況：標(biāo)定工況：l 自吸式汽油機自吸式汽油機: m=0.80.9l 自吸式柴油機自吸式柴油機: m=0.780.85l 渦輪增壓式柴油機渦輪增壓式柴油機: m=0.800.921) 機械效率的定義機械效率的定義2) 機械損失的組成與份額機械損失的組成與份額3) 機械損失的測量機械損失的測量4) 機械效率的影響因素機械效率的影響因素

44、p 在相同排量和標(biāo)定工況條件下，在相同排量和標(biāo)定工況條件下，比較渦輪增壓發(fā)動機、機械增壓發(fā)比較渦輪增壓發(fā)動機、機械增壓發(fā)動機和自然吸氣發(fā)動機的機械效率，動機和自然吸氣發(fā)動機的機械效率，哪個大？哪個小？哪個大？哪個??？(1) (5080)活塞組件、軸承、氣門機構(gòu)等活塞組件、軸承、氣門機構(gòu)等(2) (10)水泵、機油泵、燃油泵、點火裝置等水泵、機油泵、燃油泵、點火裝置等運轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)必不可少的必不可少的輔助機構(gòu)輔助機構(gòu)(3) (540)pmemfmWWWWLuoyang Institute Of Science And Technology機械損失與機械效率機械損失與機械效率(1) 由總指示功由總指示功

45、Wi，減去臺架上測得，減去臺架上測得的有效功的有效功We只適用研發(fā)：只適用研發(fā)：(a) 上止點難以精確測量：偏差上止點難以精確測量：偏差1 CA，誤差，誤差1015(b) 各缸不均勻，需要同時測量各缸不均勻，需要同時測量meiWWW1) 機械效率的定義機械效率的定義2) 機械損失的組成與份額機械損失的組成與份額3) 機械損失的測量機械損失的測量4) 機械效率的影響因素機械效率的影響因素Luoyang Institute Of Science And Technology機械損失與機械效率機械損失與機械效率(2) 發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)后。斷油或斷火，用發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)后。斷油或斷火，用電機反拖發(fā)動機，測

46、得的反拖功率電機反拖發(fā)動機，測得的反拖功率誤差誤差：(a) 無燃燒，缸內(nèi)壓力低，活塞與缸套無燃燒，缸內(nèi)壓力低，活塞與缸套間隙加大摩擦損失減?。粷櫥驼扯乳g隙加大摩擦損失減??；潤滑油粘度加大，摩擦損失增大加大，摩擦損失增大(b) 排氣阻力加大，泵氣損失增大排氣阻力加大，泵氣損失增大(c) 壓縮、膨脹線不重合，增大壓縮、膨脹線不重合，增大pmm汽油機壓縮比小，所以誤差小汽油機壓縮比小，所以誤差小1) 機械效率的定義機械效率的定義2) 機械損失的組成與份額機械損失的組成與份額3) 機械損失的測量機械損失的測量4) 機械效率的影響因素機械效率的影響因素meiWWWLuoyang Institute O

47、f Science And Technology2.倒拖法圖2-6發(fā)動機在倒拖時的p-V圖Luoyang Institute Of Science And Technology機械損失與機械效率機械損失與機械效率(3) 用于多缸機用于多缸機本質(zhì)上也是倒拖法（本質(zhì)上也是倒拖法（N-1缸拖缸拖1缸），但缸），但更接近真實狀態(tài)更接近真實狀態(tài)新問題：新問題：p 滅缸后進(jìn)排氣波動效應(yīng)的影響滅缸后進(jìn)排氣波動效應(yīng)的影響p 兩大數(shù)相減得到小數(shù)，誤差加大兩大數(shù)相減得到小數(shù)，誤差加大NPPNPPPPPPPPPPPPP1iieeeN1iieeeimN1iieeN1ii1iieei1)(1)()()()(1) 機械效

48、率的定義機械效率的定義2) 機械損失的組成與份額機械損失的組成與份額3) 機械損失的測量機械損失的測量4) 機械效率的影響因素機械效率的影響因素此法僅適用于自然吸氣式多缸柴油機。當(dāng)發(fā)動機調(diào)整到給定工況穩(wěn)定工作后，先測出其有效功率Pe，保持發(fā)動機原循環(huán)供油量不變，停止向某一氣缸供油，并用減少制動力矩的辦法迅速將轉(zhuǎn)速恢復(fù)到原來的數(shù)值，并重新測定其有效功率PLuoyang Institute Of Science And Technology機械損失與機械效率機械損失與機械效率(4) 轉(zhuǎn)速不變，測出整機燃料消耗率隨負(fù)荷轉(zhuǎn)速不變，測出整機燃料消耗率隨負(fù)荷的變化曲線。將此線外延到與橫坐標(biāo)相的變化曲線。將

49、此線外延到與橫坐標(biāo)相交的交的a點，則點，則a0之值為機械損失值。之值為機械損失值。適合柴油機，不適合汽油機適合柴油機，不適合汽油機1) 機械效率的定義機械效率的定義2) 機械損失的組成與份額機械損失的組成與份額3) 機械損失的測量機械損失的測量4) 機械效率的影響因素機械效率的影響因素Luoyang Institute Of Science And Technology4.油耗線法Luoyang Institute Of Science And Technology機械損失與機械效率機械損失與機械效率： (1) 多用倒拖法，不適合用滅缸多用倒拖法，不適合用滅缸法法(滅缸不安全滅缸不安全)和油耗線法和油耗線法(不成直線不成直線) (2) 適合滅缸法、油耗適合滅缸法、油耗線法，小型柴油機可以用倒拖法線法，小型柴油機可以用倒拖法 (3) 無法使用倒拖無法使用倒拖法和滅缸法，低增壓可以用油耗線法。法和滅缸法，低增壓可以用油耗線法。1) 機械效率的定義機械效率的定義2) 機械損失