發(fā)動(dòng)機(jī)的性能01

發(fā)動(dòng)機(jī)原理

朱昌吉 電話Email:zhucj@

參考書目

《發(fā)動(dòng)機(jī)原理》 林學(xué)東《汽車拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)》 董敬《汽車構(gòu)造》（上冊(cè)） 陳家瑞 《工程熱力學(xué)》 陳貴堂 1《發(fā)動(dòng)機(jī)原理》講義講授內(nèi)容第二章發(fā)動(dòng)機(jī)的性能（6學(xué)時(shí)）發(fā)動(dòng)機(jī)理論循環(huán)四行程發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán)（二沖程不講）發(fā)動(dòng)機(jī)有效指標(biāo)（熱平衡不講）機(jī)械損失第三章發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程（4學(xué)時(shí)）四行程發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程充氣效率及影響因素提高充氣效率的措施（增壓技術(shù)不講）

廢氣再循環(huán)系統(tǒng)2第四章發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料及燃燒（4學(xué)時(shí)）發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料燃料的使用特性燃燒過程初步第五章汽油機(jī)混和氣形成和燃燒（6學(xué)時(shí)）汽油機(jī)的燃燒過程汽油機(jī)混和氣形成的特點(diǎn)燃燒室（重點(diǎn)掌握技術(shù)要求及設(shè)計(jì)原則）3第六章柴油機(jī)混和氣形成和燃燒（6學(xué)時(shí)）柴油機(jī)燃燒過程燃油噴射和霧化混和氣形成和燃燒室柴油機(jī)運(yùn)行指標(biāo)對(duì)燃燒過程的影響第七章發(fā)動(dòng)機(jī)特性（4學(xué)時(shí)）發(fā)動(dòng)機(jī)工況、發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)、負(fù)荷特性、速度特性、萬有特性、調(diào)整特性4第二章發(fā)動(dòng)機(jī)的性能

內(nèi)燃機(jī)：在氣缸內(nèi)將燃料的化學(xué)能通過燃燒轉(zhuǎn)為熱能，再通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的動(dòng)力機(jī)械裝置內(nèi)燃機(jī)是通過工作循環(huán)連續(xù)不斷進(jìn)行工作的，工作循環(huán)進(jìn)行的好壞直接影響到內(nèi)燃機(jī)的各項(xiàng)性能。因此，我們從內(nèi)燃機(jī)的循環(huán)開始引出內(nèi)燃機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)。

$2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)理論循環(huán)

燃燒

膨脹在內(nèi)燃機(jī)中燃料化學(xué)能→工質(zhì)熱能→機(jī)械功。這一過程十分復(fù)雜，為抓住內(nèi)燃機(jī)中熱功轉(zhuǎn)換的主要矛盾，尋找提高內(nèi)燃機(jī)性能的主要方向。我們把實(shí)際循環(huán)加以簡化，抽象出理論循環(huán)。

理論循環(huán)的定義在一定的簡化條件下將發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際工作循環(huán)按燃燒過程不同，抽象為幾種典型的熱力學(xué)可描述的過程，用于獲得一定的評(píng)價(jià)指標(biāo)及各種參數(shù)對(duì)性能指標(biāo)的影響規(guī)律。5第二章發(fā)動(dòng)機(jī)的性能

熱力學(xué)模型：系統(tǒng)、邊界、外界是構(gòu)成熱力學(xué)模型的三個(gè)組成部分系統(tǒng)：用一定的邊界將研究對(duì)象與周圍的物體分割開來，這種用邊界圍起來的研究對(duì)象的物質(zhì)總和稱為熱力學(xué)系統(tǒng)。邊界：邊界是系統(tǒng)的范圍及系統(tǒng)與外界相互作用的約束，系統(tǒng)通過邊界與外界進(jìn)行熱量、物質(zhì)、功交換。外界：系統(tǒng)邊界以外的物質(zhì)世界稱為外界，由熱庫、功庫、質(zhì)量庫、周圍環(huán)境構(gòu)成。狀態(tài)參數(shù)：壓力P，體積V，氣體的摩爾數(shù)n，熱力學(xué)常數(shù)R，溫度T，熵S,等6.02×1023個(gè)微粒的集體作為一個(gè)單位，稱為摩爾，單位符號(hào)是mol。熵是系統(tǒng)無序程度的度量，熵值越大則無序度越大，熵是表征系統(tǒng)無用能大小的狀態(tài)參數(shù)，熵本身并不代表能量，但熵與系統(tǒng)中無用能的可變部分成正比，熵值越大，則系統(tǒng)的無用能越大。6第二章發(fā)動(dòng)機(jī)的性能

熱力過程：系統(tǒng)的狀態(tài)變化過程稱為熱力過程準(zhǔn)靜態(tài)過程：狀態(tài)變化過程中每個(gè)中間狀態(tài)都是平衡狀態(tài)的過程。系統(tǒng)內(nèi)壓力溫度等狀態(tài)一致?？赡孢^程：系統(tǒng)經(jīng)歷了一個(gè)熱力過程后如果可以驗(yàn)原路徑，逆向進(jìn)行并使系統(tǒng)和外界恢復(fù)到初態(tài)而不留下任何影響，則系統(tǒng)原先經(jīng)歷的過程為可逆過程。一切過程都是不可逆的，可逆過程是熱力學(xué)理想化的概念，無法用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。循環(huán)：系統(tǒng)從初始狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)歷一系列中間狀態(tài)后，又回到初態(tài)，這種封閉的熱力過程稱為熱力循環(huán)，7第二章發(fā)動(dòng)機(jī)的性能

熱力學(xué)典型過程特征表達(dá)形式：P-V圖和T-S圖狀態(tài)方程（理想氣體）：PV=nRT，P為壓力，V為體積，n為氣體的摩爾數(shù)，R與氣體成份相關(guān)的熱力學(xué)常數(shù)，T為溫度典型熱力過程（定壓、定容、等溫、等熵）的特征P-V圖中，等熵（絕熱：PVk=C）、等溫曲線均分布在2,4象限，且等熵曲線斜率>等溫曲線（等熵曲線陡）

T-S圖中定壓、定容曲線分布在1,3象限，且定容曲線斜率>定壓曲線。pvST等溫線等熵線等壓線等容線等壓線等容線等熵線等溫線8卡諾循環(huán)與內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力循環(huán)絕熱壓縮、等溫加熱過程、絕熱膨脹做功過程、等溫放熱過程卡諾定理：任何實(shí)際循環(huán)熱效率都<卡諾效率意義：指明熱力動(dòng)力機(jī)械裝置提高熱效率的途徑卡諾效率:提高動(dòng)力循環(huán)熱效率的主要途徑溫差高溫?zé)嵩碩1卡諾熱機(jī)低溫?zé)嵩碩2

功9第二章發(fā)動(dòng)機(jī)的性能

引言：性能指標(biāo)概述定義：評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)劣的依據(jù)分類：A按來源分，B按評(píng)價(jià)內(nèi)容分A：理論指標(biāo)：基于理論循環(huán)得出的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)；指示指標(biāo)：基于缸內(nèi)實(shí)際循環(huán)得出的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)；有效指標(biāo)（實(shí)用指標(biāo)）：發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行中所表現(xiàn)出的各種性能指標(biāo)。

“幾個(gè)下標(biāo)的含意t:理論的（theory），i：指示的（indicated）e:有效的（effective）”B：動(dòng)力性指標(biāo)Pe，Ttq，n；經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)：ηe，b，B；運(yùn)行指標(biāo)：冷啟動(dòng)、噪聲、排放；加工工藝：可靠性、耐久性、成本

10第二章發(fā)動(dòng)機(jī)的性能

$2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)理論循環(huán)簡化條件封閉循環(huán)：排氣、吸氣過程為定容放熱，無物質(zhì)交換；壓縮過程、膨脹過程為絕熱（等熵：PVk=C），不考慮傳熱損失；熱源加熱：燃燒過程為瞬時(shí)熱源加熱（定容或定壓），不考慮燃燒過程的時(shí)間損失；理想工質(zhì)：工質(zhì)為空氣、不考慮成份變化及數(shù)量變化；可逆過程：循環(huán)中無能量的損失只有能量的轉(zhuǎn)換，總熵產(chǎn)為0，可用熱力學(xué)的循環(huán)來表示。11第二章發(fā)動(dòng)機(jī)的性能

理論循環(huán)歷程等熵（絕熱）壓縮：a-c、工質(zhì)加熱（理想燃燒過程）c-z、等熵（絕熱）膨脹：z-b、定容放熱（理想換氣過程）：b-a.理論循環(huán)分類：（取決于工質(zhì)加熱方式）定容加熱循環(huán)（汽油機(jī)）：燃燒迅速、上止點(diǎn)（定容：余隙容積）加熱。定壓加熱循環(huán)（高增壓、低速大型柴油機(jī)）：上止點(diǎn)后燃燒、加熱緩慢，放熱量導(dǎo)致的壓力增加與容積增大引起的壓力下降抵消，壓力維持不變?；旌图訜嵫h(huán)（車用高速柴油機(jī)）：一部分（預(yù)混和燃燒）定容燃燒、一部分（擴(kuò)散燃燒）定壓燃燒。

12理論循環(huán)的評(píng)定1、經(jīng)濟(jì)性—用循環(huán)熱效率（ηt）評(píng)定：工質(zhì)所做的循環(huán)功Wt與循環(huán)加熱量Q1之比。即： Q2---工質(zhì)傳給冷源的熱量（圖中網(wǎng)格剖面線面積），即a－b線下方的面積Q1―-135°剖面線所填充的所有面積（含網(wǎng)格線部分），即c-z’-z線下面積Q2

Q113①根據(jù)熱力學(xué)公式混合加熱循環(huán)的熱效率②定容加熱循環(huán)ρ=1③定壓加熱循環(huán)λ=1式中：ε-（壓縮比）；

Va-汽缸總?cè)莘e；Vs-工作容積；Vc-壓縮容積；

λ（壓升比）：；ρ預(yù)膨脹比：后膨脹比：絕熱指數(shù)：K=142、動(dòng)力性—用理論循環(huán)平均壓力pt評(píng)定：單位氣缸工作容積所做的理論循環(huán)功

(J/m3)[MPa]

根據(jù)熱力學(xué)公式：①混合加熱循環(huán)

Pa—壓縮始點(diǎn)的壓力[kPa]②定容加熱循環(huán)ρ=1③定壓加熱循環(huán)λ=1由上述公式可知，循環(huán)熱效率和循環(huán)平均壓力只和ε、k、

λ、ρ、pa五個(gè)參數(shù)有關(guān)。15影響理論熱效率的主要因素（本章的重點(diǎn)內(nèi)容）解析方法及公式：基于a點(diǎn)相同、Q1相同（特殊情況除外），其余參數(shù)不變（若有可能）的T-S、P-V圖（尤其是T-S圖）進(jìn)行分析。（定容放熱線下方面積）T-S圖中定容過程曲線的斜率：；定壓過程曲線斜率：；因?yàn)镃p＞Cv，所以定容曲線陡峭，而定壓過程曲線較平緩。對(duì)于P-V圖等熵過程；等溫過程：，等溫斜率小。解析方法及公式：基于a點(diǎn)相同、Q1相同（特殊情況除外），其余參數(shù)不變（若有可能）的T-S、P-V圖（尤其是T-S圖）進(jìn)行分析。（定容放熱線下方面積）T-S圖中定容過程曲線的斜率：；定壓過程曲線斜率：；因?yàn)镃p＞Cv，所以定容曲線陡峭，而定壓過程曲線較平緩。對(duì)于P-V圖等熵過程；等溫過程：，等溫斜率小。16各個(gè)參數(shù)對(duì)ηt的影響分析①

壓縮比：由公式可知，無論任何循環(huán)模式有：ε↑→循環(huán)平均吸熱溫度↑，循環(huán)平均放熱溫度↓→循環(huán)溫差擴(kuò)大→膨脹比增大→ηt↑

。從圖中可知當(dāng)ε<18時(shí)，ε↑→ηt

↑

↑

當(dāng)ε

＞18時(shí)，ε↑→ηt

↑

效果小。對(duì)于汽油機(jī)壓縮比一般小于14（主要受到爆震限制），提高壓縮比有潛力；柴油機(jī)壓縮比一般大于16（保證可靠壓燃），若過度提高壓縮比得不償失（平坦、Pz熱負(fù)荷、機(jī)械負(fù)荷、噪聲）

17②絕熱指數(shù)k在其它條件不變的情況下,k↑→ηt↑，k取決于工質(zhì)的性質(zhì)，雙原子氣體（空氣）k=1.4，多原子氣體K=1.33，發(fā)動(dòng)機(jī)的混和氣K=1.32～1.4。工質(zhì)原子數(shù)↑→k↓混合氣濃→k↓→ηt↓混合氣稀→k↑→ηt↑柴油機(jī)熱效率高的四個(gè)要素壓縮比高、混和氣絕熱指數(shù)高、泵氣損失小、燃燒完全。18③壓力升高比λ（圖1-5）a、對(duì)定容加熱循環(huán)—當(dāng)ε一定時(shí)，要使λ↑必須增加Q1，因?yàn)槎ㄈ菁訜峒岸ㄈ莘艧醿蓚€(gè)過程斜率相同，所以Q2/Q1=C，即ηt

＝C，但pt↑。b、混合加熱循環(huán)—當(dāng)ε、Q1一定時(shí)，λ↑→（燃燒的定容性增加）必然使得ρ↓，Q2

↓

→ηt↑但λ↑→Tz↑Pz↑，零件的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷都↑，受零件耐溫和強(qiáng)度限制λ不能太高。19④預(yù)膨脹比（圖1-5）a、在定壓加熱循環(huán)中當(dāng)ε一定時(shí)，由于后加入熱量膨脹不充分，排給冷源熱量Q2

↑

↑

b、在混合加熱循環(huán)中當(dāng)ε、

Q1一定時(shí)，20三、三種理論循環(huán)比較①當(dāng)壓縮比ε

＝C，加熱量Q1＝C時(shí)，λ↑→ηt↑∵Q2,V<Q2,m<Q2.p→ηt,V＞ηt,m

＞

ηt.p②當(dāng)加熱量Q1

＝C及循環(huán)最高壓力Pz＝C或最高溫度Tz＝C，

∵Q2,V＞

Q2,m＞

Q2.p→ηt,V<ηt,m<ηt.p主要原因是（定壓的）壓縮比大。21§2.2發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán)

組成（四行程）：進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣。表達(dá)方式：通常用氣缸內(nèi)工質(zhì)的壓力隨氣缸容積（或曲軸轉(zhuǎn)角）的變化圖形P—V圖或P—φ?qǐng)D來表示，稱為示功圖。（用不同方向的線演示每個(gè)歷程的正負(fù)功情況，以確定哪里是正、哪里是負(fù)。）

----工質(zhì)對(duì)活塞做的功；正功。----泵氣損失；增壓機(jī)：正功；非增壓機(jī)：負(fù)功。22一、進(jìn)氣過程（r－a）①作用：吸入新鮮工質(zhì)，為加入Q1作準(zhǔn)備；②特點(diǎn)：Pa﹤P0克服進(jìn)氣系統(tǒng)阻力，

Ta﹥T0缸內(nèi)殘余廢氣加熱；高溫機(jī)件加熱；汽油機(jī)，進(jìn)氣預(yù)熱。引起進(jìn)入的新鮮氣體變少，導(dǎo)致充氣效率（充量系數(shù)）<1。參數(shù)范圍及可評(píng)價(jià)性能進(jìn)氣終點(diǎn)的壓力Pa進(jìn)氣終點(diǎn)的溫度Ta：汽油機(jī)Pa=（0.8～0.90）Ta=340～380K

柴油機(jī)Pa=（0.85～0.95）Ta=300～340K

增壓柴油機(jī)Pa=（0.9～1.0）Ta=320～380K

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)增壓壓力Pk=（1.3～2.8，4.0）柴油機(jī)無節(jié)氣門、進(jìn)氣阻力小且無須進(jìn)氣加熱所以Pa↑,Ta

↓

，充量系數(shù)η↑23二、壓縮過程（a－c）①作用：增大工作過程的溫差；增大膨脹比，提高熱功轉(zhuǎn)換效率；為燃燒過程創(chuàng)造有利的條件；柴油機(jī)，壓縮高溫是保證混合氣形成及著火的必要條件。②壓縮比：范圍：汽油機(jī)ε=7～10

柴油機(jī)ε=14～22

增壓柴油機(jī)ε=12～15③特點(diǎn)：多變過程。開始，，工質(zhì)吸熱，T壁＞T工質(zhì)nˊ1＞K；某一瞬間T壁=T工質(zhì)，nˊ1=K；后期，由于T壁＜T工質(zhì)，nˊ1＜K。但在實(shí)際的近似計(jì)算中，常用一個(gè)不變的、平均的多變指數(shù)則來取而代之，n1稱為平均壓縮多變指數(shù)。

n1的范圍：汽油機(jī)n1=1.32～1.38

高速柴油機(jī)n1=1.38～1.40柴油機(jī)大工質(zhì)吸熱n1↑

增壓柴油機(jī)n1=1.35～1.3724二、壓縮過程（a－c）④n1的影響因素：

n1主要受工質(zhì)與缸壁間的熱交換及工質(zhì)泄漏情況的影響。當(dāng)轉(zhuǎn)速n↑→向缸壁的傳熱量及氣缸泄漏量減少

→n1↑

；當(dāng)負(fù)荷↑→氣缸溫度增高及相對(duì)的傳熱量和泄漏量減少→

n1↑；⑤壓縮終了的參數(shù)及可評(píng)價(jià)性能壓縮終了的參數(shù)

Pc(MPa)Tc(K)

汽油機(jī)0.8～2.0600～750

柴油機(jī)3.0～5.0750～1000

增壓柴油機(jī)5.0～8.0900～1100

壓縮終了壓力Pc可以用于檢測氣缸泄露情況。用缸壓表在要求轉(zhuǎn)速下測量壓縮壓力，若低于某一閾值則必須換活塞環(huán)或采取別的措施。柴油機(jī)壓力、溫度高于汽油機(jī)原因?yàn)閴嚎s比高、絕熱指數(shù)大25三、燃燒過程①作用：（c－z線）將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽构べ|(zhì)的壓力、溫度升高。放出的熱量越多，放熱時(shí)越靠近上止點(diǎn)，熱效率越高。②要求：燃燒完全、及時(shí)。③參數(shù)范圍：

Pz(MPa)Tz(K)汽油機(jī)3.0～6.52200～2800柴油機(jī)4.5～9.01800～2200增壓柴9.0～14.01900～2100④參數(shù)比較：柴油機(jī)ε大－>Pz↑汽油機(jī)混合氣熱值高、燃燒溫度高－>Tz↑26四、膨脹過程（z－b）①作用：熱向功轉(zhuǎn)換。②特點(diǎn)：多變過程，比壓縮過程更為復(fù)雜，除有熱交換和漏氣損失外，還有補(bǔ)燃等現(xiàn)象。開始，有補(bǔ)燃對(duì)工質(zhì)加熱>向缸壁散熱，工質(zhì)吸熱n2ˊ﹤k；某一瞬間工質(zhì)達(dá)到熱平衡，n2ˊ=k；此后，由于工質(zhì)向缸壁散熱多，n2ˊ＞k。如同壓縮過程一樣，為簡便起見，在計(jì)算中常用一個(gè)不變的平均膨脹多變指數(shù)n2來取而代之。③n2范圍：汽油機(jī)n2=1.23～1.28柴油機(jī)n2=1.15～1.28

27四、膨脹過程（z－b）④膨脹終點(diǎn)b的壓力（kPa）、溫度（K）可用下式計(jì)算

汽油機(jī)柴油機(jī)式中δ—后膨脹比。工質(zhì)吸熱n2↓

范圍：

Pb（MPa）Tb（K）汽油機(jī)0.3～0.61200～1500

柴油機(jī)0.2～0.51000～1200⑤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（b點(diǎn)工質(zhì)焓值下降）．所以膨脹終了的溫度和壓力均比汽油機(jī)小。若Tb、Pb過高則發(fā)動(dòng)機(jī)膨脹不充分或燃燒過程遲后，發(fā)動(dòng)機(jī)性能急劇惡化、發(fā)動(dòng)機(jī)熱負(fù)荷過高，必須進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。28

五、排氣過程（b－r）①作用：將氣缸內(nèi)的廢氣排除，為下一循作準(zhǔn)備。②特點(diǎn)：Pr＞P0

△P=Pr-P0用來克服排氣系統(tǒng)有阻力，排氣終了的壓力Pr愈大，說明殘留在氣缸中的廢氣就愈多。排氣溫度Tr低，說明燃料燃燒后，轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ臒崃慷?，工作過程進(jìn)行得好。排溫Tr偏高，應(yīng)立即查明原因。

③參數(shù)范圍：排氣終了的壓力、溫度（K）是汽油機(jī)和柴油機(jī)Pr=（1.05～1.2）P0

汽油機(jī)Tr=900～1100

柴油機(jī)Tr=700～900柴油機(jī)膨脹比大Tr低29§2-3實(shí)際循環(huán)的評(píng)定——指示指標(biāo)可得到的評(píng)價(jià)指標(biāo)：指示指標(biāo)指示指標(biāo)用來評(píng)定實(shí)際循環(huán)質(zhì)量的好壞，以工質(zhì)在氣缸內(nèi)對(duì)活塞做功為基礎(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)熱效率及燃料消耗率評(píng)定循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性。

動(dòng)力性指標(biāo)：循環(huán)指示功Wi，平均指示壓力pmi，指示功率Pi1、循環(huán)指示功Wi

（kJ）：一個(gè)實(shí)際循環(huán)工質(zhì)對(duì)活塞所做的有用功。循環(huán)指示功的真實(shí)值可根據(jù)實(shí)測示功圖面積計(jì)算求得：

Wi

＝（Ai±A1）ab

式中Ai±A1——示功圖面積；

a——示功圖縱坐標(biāo)比例尺；

b——示功圖橫坐標(biāo)比例尺。302、平均指示壓力pmi（MPa）：發(fā)動(dòng)機(jī)單位氣缸工作容積一個(gè)循環(huán)所做的指示功。循環(huán)指示功Wi（kJ）可以寫成：

pmi=Wi/Vs

Wi

＝（Ai±A1）ab=pmi×Vs=

式中：pmi——平均指示壓力（MPa）（工作容積）

D——活塞直徑（m）

S——活塞行程（m）。也可以假想一個(gè)、大小不變的壓力pmi作用在活塞上，使活塞移動(dòng)一個(gè)行程，其所做的功等于循環(huán)功，則此假想的pmi壓力即為平均指示壓力。

pmi的范圍：汽油機(jī)0.8～1.5MPa

柴油機(jī)0.7～1.1MPa

增壓柴油機(jī)1～2.5MPa

31

3指示功率：指示功率Pi（kW）：發(fā)動(dòng)機(jī)單位時(shí)間所做的指示功。

[kW]

式中Wi——指示功（kJ）；

Vs——?dú)飧坠ぷ魅莘e（L）；

τ——行程數(shù)。四行程τ=4；二行程τ=2；

n——發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速（r／min）；

i——發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸數(shù)。32

經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)：指示燃料消耗率bi和指示熱效率ηi：1、指示燃料消耗率bi（簡稱指示比油耗）：單位指示功的耗油量，通常以每千瓦小時(shí)的耗油量表示［g/（kW.h）］

g/（kW.h）

B—每小燃油消耗量（kg/h）2、指示熱效率：實(shí)際循環(huán)指示功Wi與所消耗的燃料熱量Q1之比。從指示比油耗定義可以得出單位指示功（1kW.h=3.6×103kJ）消耗的燃料能量為bi*hu/1000[kJ]（hu為燃料的低熱值[kJ／kg]）。根據(jù)指示熱效率的定義：＝

范圍：bi［g/（kw.h）］汽油機(jī)0.3～0.4205～320

柴油機(jī)0.4～0.5170～20533思考題：1.試比較在實(shí)際循環(huán)的五個(gè)過程中汽油機(jī)和柴油機(jī)下列參數(shù)的大小，并說明為什么？

2.壓縮過程的作用是什么？何為壓縮比？汽油機(jī)和柴油機(jī)的壓縮比根據(jù)什么選擇？34§2.4機(jī)械損失

機(jī)械損失的組成及機(jī)械效率

機(jī)械損失：發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)所做的指示功不可能完全對(duì)外輸出，功在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部轉(zhuǎn)化過程中必然會(huì)有所損失，所消耗在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的這部分功稱為機(jī)械損失。用Pm，pmm表示。

35機(jī)械損失功率Pm組成：

①、摩擦損失活塞及活塞環(huán)連桿、曲軸軸承62~75%。配氣機(jī)構(gòu)

②、驅(qū)動(dòng)附件損失水泵風(fēng)扇10~20%

機(jī)油泵電器設(shè)備空調(diào)（可選）③、泵氣損失

10~20%36機(jī)械效率：發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際輸出的功（有效功）與指示功的比值。37二、機(jī)械損失的測定機(jī)械損失功率是通過對(duì)實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)來測定。常用的測試方法有倒拖法、滅缸法、油耗線法和示功圖法。1、倒拖法發(fā)動(dòng)機(jī)與平衡式電力測功器相連。在穩(wěn)定工況，當(dāng)冷卻水和機(jī)油溫度到達(dá)正常值時(shí)，立即切斷供油（柴油機(jī)）或停止點(diǎn)火（汽油機(jī)），同時(shí)將電力測功器轉(zhuǎn)換為電動(dòng)機(jī)，倒拖發(fā)動(dòng)機(jī)，并盡可能維持冷卻水和機(jī)油溫度不變。電力測功器所測得的倒拖功率，即為機(jī)械損失功率。38二、機(jī)械損失的測定

1、倒拖法缺點(diǎn)：①必須使用平衡式電力測功器；②沒有燃燒，壓力低摩擦損失??；③由傳熱、壓縮線和膨脹不重合負(fù)功（由于缸內(nèi)壓力、溫度與實(shí)際不符測量結(jié)果偏大）④由于強(qiáng)制排引起泵氣損失增加。 ⑤不可用于增壓機(jī)對(duì)于柴油機(jī)由于壓縮比大，誤差大可達(dá)15~20%。對(duì)于汽油機(jī)ε=6~7，誤差在5%左右。392、滅缸法此法僅適用于多缸發(fā)動(dòng)機(jī)。首先將發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)整到給定工況穩(wěn)定工作，測定其有效功率Pe；然后停止向一個(gè)氣缸（例如第一缸）供油，并調(diào)整測功器，使內(nèi)燃機(jī)恢復(fù)到原來的轉(zhuǎn)速，再測定發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率。兩者之差即為停油氣缸的指示功率。同法，依次使各缸熄火，即可測得對(duì)應(yīng)的有效功率、……。于是可得各缸的指示功率為

將上列各式相加得整機(jī)指示功率為

式中i——?dú)飧讛?shù)因此，整機(jī)的機(jī)械損失功率

402、滅缸法缺點(diǎn)：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)果不能用于廢氣渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)（增壓狀態(tài)改變）不可用于單缸機(jī)3、油耗線法（又稱負(fù)荷特性法）適用前提：n一定時(shí)，指示熱效率不變，機(jī)械損失功率pm不隨負(fù)荷變化柴油機(jī)工作接近這個(gè)前提：當(dāng)n不變時(shí)，在中小負(fù)荷，柴油機(jī)的耗油量與指示功率幾乎成正比關(guān)系。而且pm和ηi不隨負(fù)荷變化。某一負(fù)荷：空轉(zhuǎn)時(shí)：兩式相除：即油耗線延長交橫坐標(biāo)相交于F則OF即為機(jī)械損失壓力。缺點(diǎn)：不實(shí)用于汽油機(jī)41三、影響機(jī)械損失的因素

1．轉(zhuǎn)速n（或活塞平均速度Cm）發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升（Cm隨之加大），致使：

1）各摩擦副間相對(duì)速度增加，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)荷均增高，摩擦損失增加。

3）泵氣損失加大。柴油機(jī)摩擦損失大于汽油機(jī)

4）驅(qū)動(dòng)附件消耗的功多。一般有pmm∝n；Pe

∝n；Pm∝n2因此，42三、影響機(jī)械損失的因素2．摩擦損失在機(jī)械損失中，摩擦損失所占比例最大，達(dá)70％左右。主要的摩擦源：（l）活塞組件產(chǎn)生摩擦的部件是：活塞環(huán)、活塞裙部和活塞銷。主要因素是：活塞環(huán)的結(jié)構(gòu)與組合，活塞裙部的幾何形狀，缸套的溫度及配合間隙等。減少措施：減少活塞環(huán)數(shù)目；減薄活塞環(huán)厚度；減少活塞裙部的接觸面積；在裙部涂固體潤滑膜等。43三、影響機(jī)械損失的因素2．摩擦損失（2）曲軸組件軸頸與軸承（包括主軸頸、連桿軸頸或平衡軸頸）及其密封裝置。一般滑動(dòng)阻力與軸頸的直徑和寬度的立方成正比。主要減少措施：減少運(yùn)動(dòng)件的慣性質(zhì)量，如減小活塞、活塞銷、連桿的質(zhì)量，可降低軸承負(fù)荷并可使軸承寬度和軸徑減小。（3）配氣機(jī)構(gòu)減少措施：減小配氣機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)件質(zhì)量，降低彈簧負(fù)荷，在搖臂與凸輪接觸面處加入滾動(dòng)軸承等。減少措施：相對(duì)運(yùn)動(dòng)件的接觸面積、接觸形式（滑－滾）；配合面的加工精度、潤滑情況；運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量，配氣機(jī)構(gòu)的彈簧剛度。44

3．潤滑油品質(zhì)和冷卻水溫度摩擦損失↑ 保持液體油膜 大承載能力↑（1）機(jī)油粘度 小摩擦損失↓ 承載能力↓→油膜易破→干摩擦→損失↑選用機(jī)油粘度的基本原則是:盡量選用粘度較小的。一般說來,

①當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化程度高,軸承負(fù)荷大時(shí),要選用粘度較大的用油;②當(dāng)轉(zhuǎn)速高,配合間隙小時(shí),需要用油流動(dòng)性好,宜選用粘度較小的機(jī)油。③舊機(jī)器,軸承間隙較大,應(yīng)選用粘度較大的用油。（2）冷卻水溫直接影響機(jī)油溫度，機(jī)油溫度升高粘度下降，油溫和水溫應(yīng)保持在80~95℃范圍內(nèi)。45

4．負(fù)荷的影響①柴油機(jī)

a泵氣損失基本不變；n不變b驅(qū)動(dòng)附件損失基本不變；

c摩擦損失基本不變。當(dāng)負(fù)荷↑→Pi↑,Pm不變，空轉(zhuǎn)時(shí),Pm=Pi，Pe=0，ηm=0②汽油機(jī)量調(diào)節(jié)、負(fù)荷↑→油門開大→泵氣損失↓

Pm基本不變→

PZ↑→摩擦損失↑ηm↑空轉(zhuǎn)時(shí),Pm=Pi，Pe=0，ηm=0

465.氣缸直徑及行程根據(jù)試驗(yàn)，機(jī)械損失平均壓力pmm與缸徑、行程的大致關(guān)系為式中D——?dú)飧字睆剑?/p>

S——活塞行程；

Dm——曲軸的平均直徑；

K——與氣缸數(shù)和轉(zhuǎn)速有關(guān)的常數(shù)?？梢?，（D＋S）↑→Pm↑，但因摩擦面（汽缸套與活塞接觸部分）的面積容積比（A／V）↓，相對(duì)摩擦面積↓，故相對(duì)的機(jī)械損失少，ηm↑。（Pm↑，但Pi↑↑，根據(jù)

）當(dāng)氣缸工作容積一定，而行程、缸徑比（S／D）減小時(shí)，例:因活塞平均速度Cm值和相對(duì)摩擦面的A／V值均有所下降，所以機(jī)械效率提高。（但燃燒室面容比↑→HC↑）47§2.5發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性的評(píng)定——有效指標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性指標(biāo)是以曲軸對(duì)外輸出的功率為基礎(chǔ)，代表了發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)的性能，通常稱它們?yōu)橛行е笜?biāo)。（Ttq，n（Pe）及發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)是已知的）。一、動(dòng)力性能1、有效扭矩：曲軸輸出的扭矩Ttq（可以實(shí)測）（N.m）2、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n：曲軸每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)[r/min]（可以實(shí)測）3、有效功率：曲軸對(duì)外輸出的功率，稱為有效功率

由功率＝扭矩×角速度推導(dǎo)出來。

48一、動(dòng)力性能4．平均有效壓力pme(MPa）：單位氣缸工作容積輸出的有效功。（kW）（MPa）pme值大，說明單位氣缸工作容積對(duì)外輸出的功多，做功能力強(qiáng)。是評(píng)定發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性的重要指標(biāo)。范圍：汽油機(jī)0.7～1.3MPa

柴油機(jī)0.6～1.0MPa

增壓柴油機(jī)0.9～2.2MPa

因?yàn)榉窃鰤翰裼蜋C(jī)為了保證燃燒充分，空燃比很大，混合氣熱值低、循環(huán)加熱量Q1低，所以其平均有效壓力低。增壓后每循環(huán)所吸入的混合氣量增加，pme增加。495．轉(zhuǎn)速n和活塞平均速度Cmn↑→單位時(shí)間的做功次數(shù)→Pe↑，但n↑→活塞平均速度Cm=Sxn/30↑慣性力↑：磨損加劇，壽命下降式中S——活塞行程（m）Cm為表征發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化程度的參數(shù)。一般汽油機(jī)〈18m/s，柴油機(jī)〈13m/s。為了提高轉(zhuǎn)速又不使過大，可減小行程S，一般用行程缸徑比（S/D）表示。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，不利于燃燒，HC↑。當(dāng)S/D＜1時(shí)，常稱為短行程。范圍：

n（r/min）（m/s）CmS/D

小客車汽油機(jī)5000～800012～180.7～1.0

載貨車汽油機(jī)3600～450010～150.8～1.2

汽車柴油機(jī)2000～50009～150.75～1.2

增壓柴油機(jī)1500～40008～120.9～1.350