發(fā)動機(jī)性能介紹

發(fā)動機(jī)性能介紹第1頁/共91頁《汽車發(fā)動機(jī)原理》以發(fā)動機(jī)性能為主要研究對象，把合理組織工作過程，提高整機(jī)性能作為主要內(nèi)容，通過分析各工作過程中影響性能指標(biāo)的諸多因素，從中找到提高汽車發(fā)動機(jī)性能指標(biāo)的一般規(guī)律。本課程的任務(wù)是研究汽車發(fā)動機(jī)的工作過程及整機(jī)性能，掌握發(fā)動機(jī)實(shí)際工作過程的分析方法及性能指標(biāo)與各工作過程的內(nèi)在聯(lián)系；了解影響整機(jī)性能的基本途徑。第2頁/共91頁發(fā)動機(jī)的基本構(gòu)成兩大機(jī)構(gòu)曲柄連桿機(jī)構(gòu)配氣機(jī)構(gòu)

五大系統(tǒng)進(jìn)排氣系統(tǒng)燃料供給系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)起動系統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)（汽油機(jī)）骨架機(jī)體氣缸套曲軸箱氣缸蓋油底殼

第3頁/共91頁第1章發(fā)動機(jī)的性能§1.1緒論

§1.2發(fā)動機(jī)理論循環(huán)

§1.3四行程發(fā)動機(jī)的實(shí)際循環(huán)§1.4實(shí)際循環(huán)的評定－指示指標(biāo)§1.6熱平衡§1.5機(jī)械損失第4頁/共91頁（1）動力性指標(biāo)－功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速；（2）經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)－燃料與潤滑油消耗率；（3）強(qiáng)化指標(biāo)－升功率、活塞功率和強(qiáng)化系數(shù)；（4）運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo)－冷起動性能、噪聲和排氣品質(zhì)；（5）耐久可靠性指標(biāo)－大修或更換零件之間的最長運(yùn)行時(shí)間與無故障長期工作能力。經(jīng)濟(jì)性、動力性、可靠耐久性、使用維修性、排放噪聲性以及加工工藝性等各個(gè)方面。第5頁/共91頁§1.1緒論

一、發(fā)動機(jī)分類發(fā)動機(jī)也叫內(nèi)燃機(jī)：按其不同的特點(diǎn)可分為多種類型1、使用的燃料：1）汽油機(jī)：用火花塞點(diǎn)燃，往復(fù)活塞式。ε=8-12。2）柴油機(jī)：柴油和空氣混合氣通過壓燃自行著火的往復(fù)活塞式。3）天然氣發(fā)動機(jī)NG4）液化石油氣發(fā)動機(jī)LPG5）酒精發(fā)動機(jī)6）雙燃料多燃料發(fā)動機(jī)2、點(diǎn)火方式：壓燃式、點(diǎn)燃式3、工作循環(huán)：二沖程、四沖程4、活塞運(yùn)動方式：往復(fù)式、旋轉(zhuǎn)式第6頁/共91頁5、冷卻方式：冷卻液、風(fēng)冷6、氣缸數(shù)量：單缸機(jī)、多缸機(jī)7、進(jìn)氣形式：非增壓（自然吸氣式）、增壓8、混合氣的形成：化油器式、缸內(nèi)直噴、進(jìn)氣道噴射、分層給氣式9、燃燒室形式：開式燃燒室、分隔式燃燒室10、氣門形式與數(shù)量：二氣門、多氣門；頂置氣門、側(cè)置氣門第7頁/共91頁1.單缸機(jī)主要特點(diǎn)：體積小重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，零部件少，應(yīng)用于小型設(shè)備的動力。圖為一臺二沖程風(fēng)冷發(fā)動機(jī)，升功率高于四沖程機(jī)，存在掃氣損失，采用混合燃油，存在燒機(jī)油，且HC排放高，油耗高。二、典型內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)第8頁/共91頁2.多缸機(jī)

主要特點(diǎn)：轉(zhuǎn)矩輸出均勻，平衡好，體積較大，應(yīng)用于車輛。分為直列和V性排列方式，常用3、4、6、V6、V8、V12缸等。排放與油耗好于二沖程機(jī)。圖中所示為一臺四沖程水冷直列三缸機(jī)發(fā)動機(jī)，采用化油汽供油，單頂置凸輪軸，通過搖臂驅(qū)動氣門，齒型帶傳動。第9頁/共91頁

圖為直列四缸四沖程水冷發(fā)動機(jī)，化油器供油，頂置凸輪軸，齒型帶傳動、中間軸驅(qū)動分電器。第10頁/共91頁第11頁/共91頁第12頁/共91頁第13頁/共91頁AlfaRomeo1.9JTD16v第14頁/共91頁在熱機(jī)中，確定工質(zhì)所經(jīng)歷的過程稱為循環(huán)。發(fā)動機(jī)的實(shí)際熱力循環(huán)是由進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣等多個(gè)過程所組成的，循環(huán)中工質(zhì)存在著質(zhì)和量的變化，整個(gè)過程是不可逆的。要確切地描述發(fā)動機(jī)中實(shí)際的熱力過程，在目前條件下還非常困難。為了了解發(fā)動機(jī)的①熱能利用的完善程度；②能量相互轉(zhuǎn)換的效率；③尋求提高熱量利用率的途徑。將發(fā)動機(jī)的實(shí)際循環(huán)進(jìn)行若干簡化，提出一種假想循環(huán)，這種假想循環(huán)就稱為“理論循環(huán)”。

§1.2發(fā)動機(jī)理論循環(huán)第15頁/共91頁意義：通過對理論循環(huán)的研究，可以清楚地確定影響性能的某些重要因素，從而找到提高發(fā)動機(jī)性能的基本途徑。理論循環(huán)的簡化假定：①工質(zhì)是一種理想的完全氣體，在整個(gè)循環(huán)中保持物理及化學(xué)性質(zhì)不變，其狀態(tài)參數(shù)的變化遵守氣體狀態(tài)方程：②不考慮實(shí)際存在的工質(zhì)更換以及漏氣損失，工質(zhì)數(shù)量保持不變，循環(huán)是在定量工質(zhì)下進(jìn)行的。③把氣缸內(nèi)工質(zhì)的壓縮和膨脹看成是完全理想的絕熱等熵過程，工質(zhì)與外界不進(jìn)行熱交換，無摩擦、流動損失,工質(zhì)比熱容為常數(shù)。④用假想的定容或定壓加熱來代替實(shí)際的燃燒過程，用定容放熱代替實(shí)際排氣帶走的熱量。

第16頁/共91頁基本名詞及定義

工作循環(huán)：完成一個(gè)熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過程。

止點(diǎn)（死點(diǎn)）：活塞在氣缸中的極限位置。上止點(diǎn)：活塞頂部離曲軸中心最遠(yuǎn)處。下止點(diǎn)：活塞頂部離曲軸中心最近處。

工作行程（）：上下止點(diǎn)間的距離。四行程發(fā)動機(jī)：活塞經(jīng)四個(gè)行程完成一個(gè)工作循環(huán)的發(fā)動機(jī)二行程發(fā)動機(jī)：活塞經(jīng)二個(gè)行程完成一個(gè)工作循環(huán)的發(fā)動機(jī)

曲柄半徑：曲軸中心與連桿軸徑中心之距第17頁/共91頁

氣缸余隙容積（燃燒室容積）：活塞在上止點(diǎn)時(shí)，活塞頂部以上的容積。

氣缸工作容積（氣缸排量）：活塞從上止點(diǎn)到下止點(diǎn)所走過的容積。

發(fā)動機(jī)排量：各缸排量之和。

氣缸總?cè)莘e：活塞在下止點(diǎn)時(shí)，活塞頂部以上的容積。

壓縮比：氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比。一般：汽油機(jī)6～10柴油機(jī)16～24

第18頁/共91頁圖1-1圖1-1（b）為等容循環(huán)（也稱奧托循環(huán)）a—c為絕熱壓縮；c—z為等容加入熱量Q1;z—b為絕熱膨脹；b—a為等容釋放熱量Q2。根據(jù)加熱方式的不同,理想循環(huán)有三種形式一、

理論循環(huán)三種形式第19頁/共91頁壓縮過程的容積變化用壓縮比：

膨脹過程的容積變化用后膨脹比：定容加熱的壓力升高，以壓力升高比：第20頁/共91頁

圖（c）為等壓循環(huán)（也稱狄賽爾diesel循環(huán)）

a—c為絕熱壓縮；

c—z為定壓加入熱量Q1;z—b為絕熱膨脹；

b—a為等容釋放熱量Q2。定壓加熱過程的容積變化用預(yù)膨脹比表示,其它同等容循環(huán)。

第21頁/共91頁

圖（a）為混合循環(huán)

a→c為絕熱壓縮；

c→z為定容加入熱量Q'1;y→z為定壓加熱量Q''1;z→b為絕熱膨脹；

b→a為等容釋放熱量Q2。第22頁/共91頁定容加熱循環(huán)－汽油機(jī)

定壓加熱循環(huán)—高增壓和低速大型柴油機(jī)混合加熱循環(huán)——高速柴油機(jī)第23頁/共91頁1、循環(huán)熱效率定義Q2—工質(zhì)在循環(huán)中放出的熱量（J）意義：評定循環(huán)經(jīng)濟(jì)性二、理論循環(huán)評定指標(biāo)定義：工質(zhì)所做循環(huán)功W（J）與循環(huán)加熱量Q1（J）之比第24頁/共91頁2、循環(huán)熱效率公式ε—壓縮比，λ—壓力升高比，ρ—預(yù)膨脹比，

；δ—后膨脹比，K—絕熱指數(shù)。（1）按工程熱力學(xué)公式，混合加熱循環(huán)的熱效率為：反映氣缸容積反映供油規(guī)律壓力升高比，在定容過程中代表了加熱量大小）第25頁/共91頁（3）定壓加熱循環(huán)（λ=1）熱效率為：（2）定容加熱循環(huán)（ρ=1）熱效率為：當(dāng)

不變當(dāng)

不變3、循環(huán)熱效率計(jì)算式分析（1）混合加熱循環(huán)熱效率1）當(dāng)

、

不變2）當(dāng)不變第26頁/共91頁壓縮比的影響壓縮比對上述三種理想循環(huán)的影響是相同的。由熱效率的公式：ε,提高循環(huán)平均吸熱溫度，降低循環(huán)平均放熱溫度擴(kuò)大了循環(huán)溫差和膨脹比,ηt。當(dāng)壓縮比較小時(shí)，熱效率隨壓縮比的增加顯著增大；當(dāng)壓縮比較大時(shí)，熱效率隨壓縮比的增加增大較少。太大受到爆震限制由試驗(yàn)曲線看出:第27頁/共91頁因素混合加熱循環(huán)定容加熱循環(huán)定壓加熱循環(huán)

理論循環(huán)熱效率影響因素分析第28頁/共91頁

5、循環(huán)平均壓力pt

定義：單位氣缸容積所做的循環(huán)功，用來評定循環(huán)的做功能力式中W——循環(huán)所做的功（J）Vs——?dú)飧坠ぷ魅莘e（L）第29頁/共91頁

混合：定容：

定壓：

pt是隨壓縮始點(diǎn)壓力pa、壓縮比ε、壓力升高比λ、初膨脹比ρ、絕熱指數(shù)K和熱效率的增加而增加。第30頁/共91頁6、三種理論循環(huán)的比較a)Q1，相同：∵等容加熱速率快，Q2p>Q2m>Q2v∴tv

>tm>tpb)Q1，pz相同：∵不同，即p>m>vQ2v>Q2m>Q2p∴tp

>tm>tvc)Tz，pz相同：∵工質(zhì)做功能力相同，Q2p=Q2m=Q2v∴tp

>tm>tv第31頁/共91頁7、理論循環(huán)的重要指導(dǎo)意義（1）指出了改善內(nèi)燃機(jī)動力、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（2）提供了內(nèi)燃機(jī)之間進(jìn)行動力性、經(jīng)濟(jì)性比較的理論依據(jù)第32頁/共91頁

實(shí)際循環(huán)有較多的損失，熱效率較低，作功也較少，具體表現(xiàn)在以下五個(gè)方面：1）工質(zhì)不同2）氣體流動阻力3）傳熱損失4）燃燒不及時(shí)、后燃及不完全燃燒損失5）漏氣損失8、實(shí)際循環(huán)存在的問題第33頁/共91頁1）工質(zhì)不同理想循環(huán)的工質(zhì)，性質(zhì)不變，比熱容不變。實(shí)際循環(huán)的工質(zhì)，燃燒前、燃燒過程中及燃燒后不同。成分和物質(zhì)的量發(fā)生變化；比熱容隨溫度升高而上升；高溫分解使循環(huán)熱效率下降。第34頁/共91頁2）氣體流動阻力理想循環(huán)是閉式循環(huán)，沒有任何流動阻力損失。實(shí)際循環(huán)是開式循環(huán)，有一定的流動阻力損失。3）傳熱損失理想循環(huán)，無傳熱損失。在實(shí)際循環(huán)，存在傳熱損失。第35頁/共91頁4）燃燒不及時(shí)、后燃及不完全燃燒損失理想循環(huán)，示功圖上方呈方角形，無燃燒損失。實(shí)際循環(huán)，示功圖上方呈圓弧形，存在燃燒不及時(shí)損失。在內(nèi)燃機(jī)中，后燃延續(xù)上止點(diǎn)后才能結(jié)束。少量燃油來不及燃燒即隨排氣排出，引起不完全燃燒損失。第36頁/共91頁5）漏氣損失理想循環(huán)，無漏氣損失。實(shí)際循環(huán)，活塞環(huán)與氣缸壁之間常有微量工質(zhì)漏出，存在漏氣損失。第37頁/共91頁一、四行程發(fā)動機(jī)示功圖

§1.3四行程發(fā)動機(jī)的實(shí)際循環(huán)實(shí)際循環(huán)：1個(gè)循環(huán)4個(gè)行程5個(gè)過程：進(jìn)氣-壓縮-燃燒-膨脹（做功）-排氣，各過程都存在各種損失

第38頁/共91頁示功圖就是把發(fā)動機(jī)在1個(gè)循環(huán)中氣缸工質(zhì)狀態(tài)的變化，表示為壓力與容積的關(guān)系圖（p-V圖）或壓力與曲軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系圖（圖）。示功圖包含了許多反映內(nèi)燃機(jī)性能的信息和數(shù)據(jù)，是評價(jià)分析內(nèi)燃機(jī)性能的主要手段。下圖（a）是四沖程汽油機(jī)的示功圖，指示功是

W1是正功，W2是泵氣功，對非增壓機(jī)而言是負(fù)功。下圖（b）是二沖程汽油機(jī)（非增壓）的示功圖，二沖程機(jī)沒有單獨(dú)的進(jìn)排氣行程，只有ac壓縮過程、cd燃燒過程、da膨脹（作功）過程和eab掃氣過程。指示功abcdea為正功。第39頁/共91頁發(fā)動機(jī)示功圖第40頁/共91頁續(xù)第41頁/共91頁1、進(jìn)氣過程（r-a線），此時(shí)進(jìn)氣門打開，排氣門關(guān)閉，活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動。二、四行程發(fā)動機(jī)的實(shí)際循環(huán)第42頁/共91頁進(jìn)氣過程：換氣，為氣缸Q-W轉(zhuǎn)換物質(zhì)準(zhǔn)備理想—無損失的可逆過程；純空氣，p=p0

實(shí)際—進(jìn)氣流動損失：

熱交換：高溫零件加熱殘余廢氣進(jìn)氣道、氣缸壁、進(jìn)排氣門第43頁/共91頁一般進(jìn)氣終點(diǎn)的壓力pa和溫度Ta的范圍是：汽油機(jī)pa

=(0.8-0.9)p0Ta=340-380K

柴油機(jī)pa=(0.85-0.95)p0

Ta=300-340K

增壓柴油機(jī)pa=(0.9-1.0)pkTa=320-380K

汽車發(fā)動機(jī)增壓壓力pk=(1.3-2.0)p0

分析：為什么柴油機(jī)進(jìn)氣終了的壓力比汽油機(jī)大，而溫度比汽油機(jī)低？第44頁/共91頁2、壓縮過程(a-c線)，進(jìn)排氣門均關(guān)閉，活塞由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)移動，缸內(nèi)工質(zhì)受到壓縮，溫度、壓力不斷上升，工質(zhì)受壓縮的程度用壓縮比ε表示。第45頁/共91頁壓縮行程（過程）作用：燃燒前的準(zhǔn)備——提高p和T；提高膨脹比——提高效率理想：純空氣，絕熱過程：k=1.4;

實(shí)際：多變過程熱交換/漏氣，平均多變指數(shù)；原則：以平均n1計(jì)算結(jié)果終了狀態(tài)相同，即壓縮終了狀態(tài)：第46頁/共91頁壓縮比ε是發(fā)動機(jī)的一個(gè)重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)。在汽油機(jī)中，為了提高熱效率，希望增加壓縮比，但受到汽油機(jī)不正常燃燒的限制。在柴油機(jī)中，為保證噴入氣缸的燃料能及時(shí)自燃以及冷起動時(shí)可靠著火，必須使壓縮終點(diǎn)有足夠高的溫度，要求較高的壓縮比。ε的大致范圍是：汽油機(jī)ε=7-12

柴油機(jī)ε=14-22

增壓柴油機(jī)ε=12-15第47頁/共91頁壓縮終了的壓力和溫度的大致范圍是：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壓縮過程的作用：增大工作過程的溫差，獲得最大限度的膨脹比，提高熱功轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)也為燃燒過程創(chuàng)造有利的條件。第48頁/共91頁3、燃燒過程（c-z線）的作用是將燃料的化學(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。此時(shí)進(jìn)排氣門均關(guān)閉，活塞處在上止點(diǎn)前后。第49頁/共91頁汽油機(jī)燃燒過程：汽油與空氣形成的可燃混合氣是在上止點(diǎn)前由電火花點(diǎn)火而燃燒（圖c’點(diǎn)）；火焰迅速傳播到整個(gè)燃燒室；工質(zhì)的壓力、溫度劇烈上升，整個(gè)燃燒接近于定容加熱。第50頁/共91頁柴油機(jī)燃燒過程：在上止點(diǎn)前就開始噴油（圖中的c’），柴油微粒迅速蒸發(fā)而與空氣混合，并借助于壓縮空氣的熱量而自燃，開始，燃燒速度很快，而氣缸容積變化很小，所以工質(zhì)的壓力、溫度劇增，接近于定容加熱，如圖中的c-z’段；接著，是一面噴油，一面燃燒，燃燒速度緩慢下來，且隨著活塞向下止點(diǎn)移動，氣缸容積增大，所以氣缸壓力升高不大，而溫度繼續(xù)上升。該過程接近于定壓加熱。第51頁/共91頁燃燒的最高爆發(fā)壓力及最高溫度的大致范圍是；pz（MPa）Tz（K）汽油機(jī)3.0-6.52200-2800柴油機(jī)4.5-9.01800-2200增壓柴油機(jī)9.0-13.0第52頁/共91頁4、膨脹過程膨脹過程中，進(jìn)、排氣門關(guān)閉，高溫、高壓的工質(zhì)推動活塞，由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動而膨脹做功，氣體的壓力、溫度迅速降低。膨脹做功行程=燃燒過程+膨脹過程作用：實(shí)現(xiàn)EQ1W的能量轉(zhuǎn)換過程通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)第53頁/共91頁膨脹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（即一些燃料不能及時(shí)燃燒，在膨脹行程中繼續(xù)燃燒）等現(xiàn)象。發(fā)動機(jī)膨脹終了的壓力和溫度的大致范圍是：

pb（MPa）Tb（K）

汽油機(jī)0.3-0.61200-1500柴油機(jī)0.2-0.51000-1200柴油機(jī)高，膨脹比大，熱效率高，膨脹終了溫度及壓力都比汽油機(jī)小第54頁/共91頁5、排氣過程當(dāng)膨脹過程結(jié)束時(shí)，排氣門打開，活塞由下止點(diǎn)返回上止點(diǎn)移動，將氣缸內(nèi)的廢氣排除。排氣過程（圖中的b-r線）中，由于排氣系統(tǒng)有阻力，排氣終了的壓力pr大于大氣壓力p0，壓力差pr-p0用來克服排氣系統(tǒng)的阻力。阻力愈大，排氣終了的壓力pr愈大，殘留在氣缸中的廢氣就愈多。排氣終了的壓力和溫度的范圍是：汽油機(jī)和柴油機(jī)pr=(1.05-1.2)p0

廢氣渦輪增壓柴油機(jī)pr=(0.75-1.0)pk

汽油機(jī)Tb=900-1100

柴油機(jī)Tb=700-900第55頁/共91頁§1.4實(shí)際循環(huán)的評定兩類指標(biāo)的比較指示指標(biāo)（i）以工質(zhì)在氣缸內(nèi)對活塞做功為基礎(chǔ)，評定實(shí)際循環(huán)質(zhì)量的好壞。評價(jià)實(shí)際循環(huán)的做功能力和經(jīng)濟(jì)性。有效指標(biāo)（e）以曲軸對外輸出的功率為基礎(chǔ)，代表整機(jī)的性能。第56頁/共91頁1、平均指示壓力pmi

Wi：一個(gè)實(shí)際循環(huán)工質(zhì)對活塞所做的有用功，稱為指示功（kJ）Vs：氣缸工作容積（L）

一、實(shí)際循環(huán)的做功能力和經(jīng)濟(jì)性-指示指標(biāo)第57頁/共91頁平均指示壓力pmi意義：以一個(gè)假想的、大小不變的壓力作用在活塞上，使活塞移動一個(gè)行程，其所做的功等于循環(huán)功，則此假想的壓力即為平均指示壓力pmipmi的物理意義是單位氣缸工作容積的指示功,是衡量實(shí)際循環(huán)動力性能的一個(gè)重要指標(biāo)。 汽油機(jī)0.8-1.5

MPa

柴油機(jī)0.7-1.1

MPa

增壓柴油機(jī)1.0-2.5

MPa意義：比較不同氣缸的做功能力；評價(jià)Vs的利用程度第58頁/共91頁指示功率：發(fā)動機(jī)單位時(shí)間所做的指示功其中，:1個(gè)循環(huán)所需時(shí)間（s）

n:發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速r/min;

i:氣缸數(shù)

：沖程數(shù)，四沖程機(jī)=4

二沖程機(jī)=22、指示功率Pi（Ni）pmi

、Pi是做功能力評價(jià)指標(biāo)——?jiǎng)恿π灾笜?biāo)第59頁/共91頁3、指示熱效率?i指示熱效率?i：實(shí)際循環(huán)指示功與所消耗的燃料熱量之比值指示熱效率?i

的范圍 汽油機(jī)0.3-0.4 柴油機(jī)0.4-0.5與循環(huán)熱效率?t

的比較

第60頁/共91頁4、指示比油耗bi（gi）指示燃料消耗率（簡稱指示比油耗）是指單位指示功的耗油量單位【g/(kW?h)】汽油機(jī)205-320柴油機(jī)170-205bi、ηi是評定發(fā)動機(jī)實(shí)際循環(huán)經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)。第61頁/共91頁二、發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)性和動力性－有效指標(biāo)發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)性和動力性指標(biāo)是以曲軸對外輸出的功率為基礎(chǔ)，代表了發(fā)動機(jī)的整機(jī)性能，通常稱它們?yōu)橛行е笜?biāo)。發(fā)動機(jī)的指示功率Pi并不能完全對外輸出功在發(fā)動機(jī)內(nèi)部的傳遞過程中，不可避免有損失Pm（機(jī)械損失功率）

，這些損失包括：

?運(yùn)動零件的摩擦損失.如活塞、活塞環(huán)對缸壁的摩擦，曲柄連桿機(jī)構(gòu)軸承的摩擦，氣閥機(jī)構(gòu)的摩擦等。(最大)第62頁/共91頁(1)有效功率Pe

Pe=Pi–Pm(kW)Pm－機(jī)械損失功率

Pe

－有效功率，可由試驗(yàn)測得?驅(qū)動附屬機(jī)構(gòu)的損失.如驅(qū)動水泵、機(jī)油泵、噴油泵、風(fēng)扇、電動機(jī)等。

?泵氣損失.進(jìn)排氣過程所消耗的功1、動力性指標(biāo)第63頁/共91頁（2）有效轉(zhuǎn)矩Ttq（Me）由功率輸出軸輸出的轉(zhuǎn)矩稱為有效轉(zhuǎn)矩Ttq(N.m)。它與有效功率Pe（kW）之間的關(guān)系是：

第64頁/共91頁

或一般，汽油機(jī)：柴油機(jī)：增壓柴油機(jī)：（3）平均有效壓力pme

發(fā)動機(jī)單位氣缸工作容積輸出的有效功。與有效功率Pe

之間的關(guān)系是：pme值大，說明單位氣缸工作容積對外輸出的功多，做功能力強(qiáng)第65頁/共91頁提高n，可增加發(fā)動機(jī)單位時(shí)間做功次數(shù)，Pe

Cm，活塞熱負(fù)荷，慣性力，磨損，壽命；為限制Cm,可

SS/D。S/D<1時(shí)為短行程。但S/D，燃燒室高，影響混合氣形成和燃燒。（4）轉(zhuǎn)速n和活塞平均速度CmS：活塞行程一般汽油機(jī)不超過18m/s，柴油機(jī)不超過13m/s。第66頁/共91頁一般汽油機(jī)：n=3600~8000r/min；

柴油機(jī)：n=2000~5000r/min；增壓柴油機(jī)：

n=1500~4000r/min；第67頁/共91頁n、Cm、S/D值的大致范圍是：n（r/min）Cm（m/s）S/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)1500-40008-120.9-1.3

第68頁/共91頁2、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)有效熱效率?e

的范圍 汽油機(jī)0.25-0.3 柴油機(jī)0.3-0.45與指示熱效率?i

、循環(huán)熱效率?t的比較（1）有效熱效率?e有效熱效率?e：有效功與所消耗燃料熱量之比值第69頁/共91頁（2）有效燃油消耗率be(ge)有效燃料消耗率（簡稱比油耗）是指單位有效功的耗油量單位【g/(kW?h)】 汽油機(jī)270－325（205-320） 柴油機(jī)190－285（170-205）與指示燃料消耗率的比較 單位時(shí)間、單位有效功率所消耗的燃料量第70頁/共91頁單位氣缸工作容積輸出的額定功率。評價(jià)氣缸工作容積的利用效率。定義式稱pmen為發(fā)動機(jī)強(qiáng)化指標(biāo)；發(fā)展趨勢：高功率（強(qiáng)化）、更輕巧、更緊湊型發(fā)動機(jī)但n的提高受活塞平均速度的限制。（1）升功率PL：3、發(fā)動機(jī)強(qiáng)化指標(biāo)第71頁/共91頁（2）比質(zhì)量me

（kg／kW）（表征發(fā)動機(jī)質(zhì)量利用程度和結(jié)構(gòu)緊湊性）（3）強(qiáng)化系數(shù)pme

?

Cm

（MPa?m/s）

PL

mepmeCm汽油機(jī)30-701.1-4.08-17汽車柴油機(jī)18-302.5-9.06-11拖拉機(jī)柴油機(jī)9-155.5-169-15第72頁/共91頁4、環(huán)境指標(biāo)：氣態(tài)污染物：指排氣污染物中的一氧化碳（CO）、碳?xì)浠衔铮℉C）、氮氧化合物（NOx）、二氧化碳CO2等。顆粒物(微粒,PM)：指按規(guī)定的試驗(yàn)方法，在最高溫度為325K(52℃)的稀釋排氣中，由過濾器收集到的排氣成分。（1）排放指標(biāo)：指發(fā)動機(jī)在Q1W過程中，因燃燒而排出的環(huán)境污染物的限制指標(biāo)。2）蒸發(fā)物：汽油機(jī)燃油系統(tǒng)蒸發(fā)的HC化合物。1）尾氣排放物有害排放物：尾氣排放物、蒸發(fā)物、噪聲。第73頁/共91頁各國法規(guī)限制標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展趨勢：3）噪聲噪聲會刺激神經(jīng)，使人心情煩燥、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)動機(jī)又是汽車的主要噪聲源，故必須給予控制。第74頁/共91頁一、機(jī)械效率?m有效功率和指示功率的比:pmm：平均機(jī)械損失壓力聯(lián)系兩類指標(biāo)的紐帶汽油機(jī)：0.7~0.9柴油機(jī)：0.7~0.85§1.5機(jī)械損失意義：評價(jià)發(fā)動機(jī)內(nèi)部動力傳遞效率第75頁/共91頁機(jī)械損失的分配情況機(jī)械損失名稱占Pm的百分比（%）占Pi的百分比（%）摩擦損失62-758-20驅(qū)動各種附件損失10-201-5帶動機(jī)械增壓器損失6-10泵氣損失10-202-4總功率損失10-30第76頁/共91頁二、機(jī)械損失的影響因素氣缸直徑和行程摩擦損失轉(zhuǎn)速負(fù)荷潤滑油品質(zhì)和冷卻水溫度第77頁/共91頁1、氣缸直徑和行程根據(jù)試驗(yàn)，機(jī)械損失功率與缸徑、行程的大致關(guān)系為D—?dú)飧字睆?；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)。當(dāng)發(fā)動機(jī)工作容積增加，即加大缸徑或行程時(shí)，機(jī)械損失功率增加，但因氣缸的面積與容積之比值（A／V）減小，相對摩擦面積減少，故相對的機(jī)械損失少，機(jī)械效率提高。當(dāng)氣缸工作容積一定，而行程、缸徑比（S／D）減小時(shí)，則因活塞平均速度Cm值和A／V值均有所下降，所以機(jī)械效率提高。第78頁/共91頁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，故降低摩擦損失一直是極為關(guān)注的問題?；钊M件是發(fā)動機(jī)中主要的摩擦源，產(chǎn)生摩擦的部件是：活塞環(huán)、活塞裙部和活塞銷。曲軸組件曲軸摩擦源于軸頸與軸承（包括主軸頸、連桿軸頸或平衡軸頸）及其密封裝置。配氣機(jī)構(gòu)：減小配氣機(jī)構(gòu)運(yùn)動件質(zhì)量，降低彈簧負(fù)荷，在搖臂與凸輪接觸面處加入滾動軸承等，都是減少配氣機(jī)構(gòu)摩擦損失的有效措施。氣缸套內(nèi)壁、軸頸、軸承等各摩擦表面的加工精度、零件材料及熱處理等，對摩擦損失也有較大影響。第79頁/共91頁3、轉(zhuǎn)速n（或活塞平均速度Cm）發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速上升（Cm隨之加大），致使：1）各摩擦副間相對速度增加，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。4）驅(qū)動附件消耗的功多。n上升，機(jī)械損失功率增加，機(jī)械效率下降。在用提高轉(zhuǎn)速的手段來強(qiáng)化發(fā)動機(jī)動力性能時(shí)，ηm的降低成為重要障礙之一。第80頁/共91頁4、負(fù)荷隨負(fù)荷減小，機(jī)械效率ηm下降，直到空轉(zhuǎn)時(shí)．有效功率Pe=0，指示功率Pi全部用來克服機(jī)械損失功率，即Pi=Pm，故ηm=0。第81頁/共91頁5、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)7O%左右，而潤滑油（常稱全損耗系統(tǒng)用油）的粘度對摩擦損失的大小有重要影響。粘度↑→潤滑油內(nèi)摩擦力↑→流動性↓→使摩擦損失↑，