第二章内燃机的工作指标

1、第二章 内燃机的工作指标,内燃机的工作指标很多，主要有： 动力性能指标(功率、转矩、转速)、经济性能指标(燃料与润滑油消耗)、运转性能指标(冷起动性能、噪声和排气品质) 和耐久可靠性指标(大修、无故障)。,第一节 示功图与指示性能指标,一、示功图 燃料燃烧产生的热量是通过气缸内所进行的工作循环转化为机械能的，即气缸中工质的燃烧压力作用在活塞顶上，通过曲柄连杆机构，在克服了内燃机内部各种损耗后，对外做功。,示功图,通常利用不同型式的示功器或内燃机数据采集系统来观察或记录相对于不同活塞位置或曲轴转角时气缸内工质压力的变化，所得的结果,即为 p-v示功图 p-示功图。,二、指示性能指标,指示性能指标

2、是指以工质对活塞做功为基础的指标。 指示功和平均指示压力 指示功，是指气缸内完成一个工作循环所得到的有用功wi（j）。 平均指示压力，是指单位气缸容积一个循环所做的指示功(pa),指示功面积,四冲程非增压发动机的指示功面积fifl-f2。 四冲程增压发动机，fi f1十f2。 二冲程发动机中，只有一块示功图面积fi。 wi=fi*a*b/106 a、b比例尺，fi（cm2）,平均指示压力,平均指示压力是一个假想的平均不变的压力，以这个压力作用在活塞顶上，使活塞移动一个冲程s所做的功，即为循环的指示功wi 。 平均指示压力 ：pmi=wi/vs （pa）,内燃机在标定工况下的pmi值在下列范围内

3、： 柴油机：四冲程非增压柴油机 0.6-0.95mpa 四冲程增压柴油机 0.85-2.6mpa 二冲程柴油机 0.35-1.3mpa 汽油机： 四冲程摩托车用汽油机 0.9-1.43mpa 四冲程小客车用汽油机 0.65-1.25mpa 四冲程载货车用汽油机 0.6-0.85mpa 二冲程小型风冷汽油机 0.4-0.85mpa,2指示功率,内燃机单位时间内所作的指示功称为指示功率pi ： pi=2*pmi*vs*n*i/ (w) 式中： pmi ( n/m2) ，vs (m3 ) ， n (r/s ) ， 冲程数，i气缸数 对四冲程内燃机：pi=pmi*vs*n*i /120 (kw) 对二

4、冲程内燃机：pi=pmi*vs*n*i /60 (kw) 式中： pmi ( mpa) ，vs (l) ，n (r/min ),3指示热效率和指示燃油消耗率,指示热效率是发动机实际循环指示功与所消耗的燃料热量的比值。it=wi/q1 对于一台发动机，当测得其指示功率pi(kw)和每小时燃油消耗量b(kg/h)时，根据it的定义，可得：it=3600 pi /b*hu 式中：hu(kj/kg) 1 kwh =3600kj (1w=j/s) 指示燃油消耗率g(kwh)是指单位指示功的耗油量： bi=1000*b/pi g(kwh) 则： it=3.6*106/(hu*bi),指示热效率和指示燃油消

5、耗,一般内燃机的it和bi的统计范围如下： it big(kwh)-1 四冲程柴油机 0.41-0.48 210一175 二冲程柴油机 0.40-0.48 218一177 四冲程汽油机 0.25-0.40 344218 二冲程汽油机 0.19-0.27 435305,第二节 有效性能指标,一、机械效率和有效功率 发动机发出的指示功率需扣除运动件的摩擦功率以及驱动气门机构、风扇、机油泵、发电机等附件所消耗的功率后才能变为曲轴的有效输出，所有这些消耗功率的总和称为机械损失功率pm，从而有效功率：pe=pi-pm 有效功率与指示功率之比称为机械效率： m= pe/pi 有效功率pe(kw)可以利用各

6、种型式的测功器和转速计分别测出发动机在某一工况下曲轴的输出转矩了ttq(nm)及在同一工况下的发动机转速，按以下公式求得： pe= ttq*2*n/60*10-3= ttq*n/9550,二、平均有效压力、有效功率和升功率,平均有效压力pme可看作是一个假想的、平均不变的压力作用在活塞顶上，使活塞移动一个冲程所做的功等于每循环所做的有效功。 pe=pme*vs*n*i /(30*) ttq =318.3 *pme*vs*i / 升功率pl(kw)的定义是在标定工况下，发动机每升气缸工作容积所发出的有效功率： pl= pe / (vs* i ) pl= pme*n* / (30*),目前内燃机的

7、pme ， pl 值范围,pme ( mpa) pl (kw/l) 农用柴油机 0.60.8 8.814.7 汽车用柴油机 0.65 1 1125.8 强化高速柴油机 l 2.9 1540 固定船用中速柴油机 0.62.5 3.77.35 四冲程摩托车用汽油机 0.781.2 51.888 四冲程小客车用汽油机 0.651.2 4070 四冲程载货汽车用汽油机 0.60.7 2225.8 二冲程小型风冷汽油机 0.40.65 18.473.5,由吸入空气量计算平均有效压力,充气系数c 充气系数是实际进入气缸新鲜空气质量m1除以进气口状态(ps，ts)的气体充满气缸工作容积vs的空气质量msh。

8、 c = m1 / msh = m1/msh 若m1在进气管状态下占有体积v1则 c = v1 / vs 过量空气系数a 过量空气系数是燃烧1kg的燃油的实际空气量与理论空气量之比 。 a= m1 / gb* l0 式中， gb为每循环燃料供给量(kg)， l0为lkg燃料完全燃烧所需的理论空气量，称为化学计量空燃比。,过量空气系数,柴油机： a 高速柴油机 a 1.21.5 增压柴油机 a 1.72.2 小型高速柴油机中主要受燃烧完善程度的限制，在大型及增压柴油机中主要受热负荷的限制。 汽油机： a 在全负荷时 a的一般数值范围为 a 0.851.1 空燃比：=空气质量流量 / 燃油质量流量

9、=aa / b 燃空比： 1/ a aa / b* l0,平均有效压力, a= m1 /( gb* l0) pmi= wi / vs= it*q1 / vs q1 = gb* hu = c * vs * s *hu/ ( a * l0),gb = m1 / ( a * l0) = c * msh / ( a * l0) = c * vs * s / ( a * l0) pme = et*q1 / vs pme = et*c * s *hu / ( a * l0),平均有效压力,pme = et*c * s *hu / ( a * l0) 式中： pme (pa) s (kg/m3) hu (j

10、/kg),pme = 0.121et*c *hu * (ps / ts) / ( a * l0) 式中： pme ( mpa ) s (kg/l) hu (kj/kg) ps ( mpa) ts ( k),有效热效率与有效燃油消耗率,et=we/q1 et=3600 pe /b*hu,be=1000*b/pe et=3.6*106/(hu*be),一般内燃机在标定工况下 be et 低速柴油机 190 225 0.45 0.38 中速柴油机 195240 0.43 0.36 高速柴油机 215285 0.40 0.30 (较低的be值属排气涡轮增压四冲程、二冲程柴油机) 四冲程汽油机 2744

11、10 0.300.20 二冲程汽油机 410545 0.200.15,机械损失与机械效率,机械损失功率pm=pmm*vs*n*i /(30*) 平均机械损失压力pmm单位气缸工作容积一个循环所损失的功。 机械损失的组成部分： 活塞、活塞环的摩擦损失；（4565）% pm 轴承与气门机构摩擦损失； 驱动附属件（水泵、油泵、调速器、风扇）；（1020）% pm 流动损失； 驱动扫气泵及增压器；,机械损失,机械损失测定,1. 示功图法 由示功图算出pi，由测功器测得pe 则 ：pm=pi - pe 难点： pi 计算示功图的上止点确定 各缸均匀性 2. 倒拖法 电力测功器倒拖测功；发动机运行状态尽可

12、能一致。拖动测得pm大于实际的机械损失功率pm ，因为： 1、 包含了pp ；(pp在pi中已经扣除) 2、 气缸压力低 pf比实际上小； 3、 传热损失。 倒施时所消耗的功率要超过柴油机在给定工况工作时的实际机械损失；拖动法主要用于测定压缩比不高的发动机，因此，广泛用于汽油机机械损失测定。,机械损失测定,3.灭缸法 仅适用于多缸发动机。当内燃机调整到给定稳定工况后，先测出其有效功率pe，在喷油泵齿条位置或节气门不变的情况下，停止向某一气缸 x 供油或点火，并减少制动力矩，迅速将转速恢复到原来的数值，并重新测定其有效功率pex，该缸的指示功率： pi x= pe pex 依次灭缸，得： pi = pi x 4.油耗线法 假定：指示热效率it不变。此法不适用汽油机。 it* b*hu = 3600 pi = 3600 （ pe+pm ） 空负荷时： it* b0*hu = 3600 pm,油耗线法,b/b0= （pe+pm ）/ pm m= pe/pi = 1-（ b0 / b ） m 非增压柴油机 0.780.85 增压柴油机 0.800.92 汽