内燃机构造与原理(2)

1、张张 志志 强强 内燃机构造与原理内燃机构造与原理 Email: 内燃机构造与原理内燃机构造与原理 l第一章内燃机概述第一章内燃机概述 l第二章内燃机的工作原理第二章内燃机的工作原理 l第三章第三章 内燃机的热力循环内燃机的热力循环 l第四章第四章 内燃机的性能指标内燃机的性能指标 l第五章第五章 曲柄连杆机构曲柄连杆机构 l第六章第六章 配气机构配气机构 l第七章第七章 柴油机燃油系统柴油机燃油系统 l第八章第八章 汽油机燃油系统和点火系统汽油机燃油系统和点火系统 l第九章第九章 润滑系统润滑系统/冷却系统冷却系统/起动装置起动装置 目的：用目的：用什么参数来描述什么参数来描述内燃机的性能好

2、坏（评价内燃机性内燃机的性能好坏（评价内燃机性 能的好坏）；找出描述内燃机的各个参数之间的能的好坏）；找出描述内燃机的各个参数之间的关系关系，从而，从而 探求探求提高内燃机性能提高内燃机性能的途径的途径 内燃机的性能指标主要包括动力指标、经济指标、强化指标、内燃机的性能指标主要包括动力指标、经济指标、强化指标、 环境指标等环境指标等 第四章第四章 内燃机的性能指标内燃机的性能指标 动力指标：表征内燃机做功大小的指标，包括有效转矩、有效功率、转速动力指标：表征内燃机做功大小的指标，包括有效转矩、有效功率、转速 和平均有效压力等和平均有效压力等 经济指标：指内燃机的燃油和润滑油消耗率，包括有效热效

3、率和有效燃油经济指标：指内燃机的燃油和润滑油消耗率，包括有效热效率和有效燃油 消耗率等消耗率等 强化指标：指内燃机承受热负荷和机械负荷能力的指标，包括升功率和强强化指标：指内燃机承受热负荷和机械负荷能力的指标，包括升功率和强 化系数等化系数等 环境指标：指内燃机排气品质和噪声。包括限制一氧化碳、碳氢化合物、环境指标：指内燃机排气品质和噪声。包括限制一氧化碳、碳氢化合物、 氮氧化合物及固体微粒的排放量氮氧化合物及固体微粒的排放量 1、指示指标、指示指标 定义：以工质在气缸内对活塞做功为基础的性能指标，称为指示指标，用定义：以工质在气缸内对活塞做功为基础的性能指标，称为指示指标，用 来评定工作循环

4、进行的好坏。来评定工作循环进行的好坏。 指示功指示功Wi和平均指示压力和平均指示压力pmi 指示功指示功Wi是指气缸内内完成一个工作循环所得到的有用功，是指气缸内内完成一个工作循环所得到的有用功， 其值的大小可用示功图中闭合曲线所占的面积来表示（如图，其值的大小可用示功图中闭合曲线所占的面积来表示（如图， 指示功为在压缩、燃烧、膨胀过程中所得的有用功面积指示功为在压缩、燃烧、膨胀过程中所得的有用功面积F1和相和相 当于在进、排气冲程中消耗功的面积当于在进、排气冲程中消耗功的面积F2相减而成）。相减而成）。 四冲程内燃机示功图四冲程内燃机示功图 指示功指示功Wi反映了发动机气缸在一个工作循环中所

5、获得的反映了发动机气缸在一个工作循环中所获得的 有用功的数量，它除了和循环中热功转换的有效程度有关外，有用功的数量，它除了和循环中热功转换的有效程度有关外， 还和气缸容积的大小有关。还和气缸容积的大小有关。 第四章第四章 内燃机的性能指标内燃机的性能指标 u 示功器工作原理示功器工作原理 示功器分为示功器分为机械式机械式和和电子式电子式两种。以机械式为例，利用机械位移的方法测量两种。以机械式为例，利用机械位移的方法测量缸内缸内 压力压力和和活塞位移活塞位移。右图为螺旋弹簧式机械示功器，使用较早，目前仍在低速和部。右图为螺旋弹簧式机械示功器，使用较早，目前仍在低速和部 分中速内燃机厂使用。由分中

6、速内燃机厂使用。由压力感受机构压力感受机构（小活塞（小活塞5、活塞杆、活塞杆4及示功弹簧及示功弹簧1等组成，等组成， 感受缸内压力并以示功小弹簧位移输出）、感受缸内压力并以示功小弹簧位移输出）、转筒机构转筒机构（绳索（绳索9、转筒、转筒8等组成，等组成， 用来显示内燃机活塞位移）和用来显示内燃机活塞位移）和记录机构记录机构（杠杆（杠杆3和画笔机构和画笔机构2组成，具有平行放组成，具有平行放 大作用，画笔自由端装有笔芯）组成。大作用，画笔自由端装有笔芯）组成。 工作时，转筒工作时，转筒8上夹有示功纸并通过绳索上夹有示功纸并通过绳索9由内燃机曲轴通过专设传动机构带动，由内燃机曲轴通过专设传动机构带

7、动， 饶其自身轴左右偏转，其偏转角位移正比于内燃机活塞位移，即饶其自身轴左右偏转，其偏转角位移正比于内燃机活塞位移，即转筒转动弧长反转筒转动弧长反 映内燃机活塞行程或容积的变化映内燃机活塞行程或容积的变化；示功器小弹簧；示功器小弹簧5在缸内气体压力推动下在小气在缸内气体压力推动下在小气 缸内上下移动，并被弹簧力所平衡。小活塞运动带动记录机构的传动杆和画笔，缸内上下移动，并被弹簧力所平衡。小活塞运动带动记录机构的传动杆和画笔， 按一定比例反映按一定比例反映内燃机气缸内变化着的气体压力内燃机气缸内变化着的气体压力。最终形成。最终形成P-V图。图。 机械式示功器机械式示功器 1、指示指标、指示指标

8、一般发动机一般发动机pmi范围范围 柴油机：柴油机： 四冲程非增压柴油机四冲程非增压柴油机 0.60.95MPa 四冲程增压柴油机四冲程增压柴油机 0.852.6MPa 二冲程柴油机二冲程柴油机 0.51.3MPa 汽油机：汽油机： 四冲程摩托车用汽油机四冲程摩托车用汽油机 0.81.3MPa 四冲程小客车用汽油机四冲程小客车用汽油机 0.81.43MPa 四冲程载货车用汽油机四冲程载货车用汽油机 0.70.85MPa 二冲程小型风冷汽油机二冲程小型风冷汽油机 0.40.7MPa 第四章第四章 内燃机的性能指标内燃机的性能指标 为了比较不同大小不同型式内燃机的性能，需要除去气缸尺寸的影响，引入

9、为了比较不同大小不同型式内燃机的性能，需要除去气缸尺寸的影响，引入平平 均指示压力均指示压力pmi的概念。的概念。 i mi s W p V 平均指示压力是从循环的角度评价发动机气缸工作容积利用率高低的平均指示压力是从循环的角度评价发动机气缸工作容积利用率高低的 一个参数。一个参数。pmi越高，同样大小的气缸容积可以发出更大的指示功，越高，同样大小的气缸容积可以发出更大的指示功，气气 缸工作容积的利用程度越佳缸工作容积的利用程度越佳。平均指示压力是衡量发动机实际循环动平均指示压力是衡量发动机实际循环动 力性能的一个很重要的指标力性能的一个很重要的指标。 1、指示指标、指示指标 指示功率指示功率

10、Pi 若一台内燃机的气缸数为若一台内燃机的气缸数为i，缸径为，缸径为D（mm），行程为），行程为S（mm），每），每 缸的工作容积为缸的工作容积为Vs （L），平均指示压力为），平均指示压力为pmi ，转速为，转速为n。则每缸、。则每缸、 每循环工质所做的指示功为：每循环工质所做的指示功为： 6 2 mismii 10 4 S D pVpW 内燃机指示功率（每秒所做的指示功为）：内燃机指示功率（每秒所做的指示功为）： 3smi ii 10 3060 2 inVpn iWP 式中：式中： 冲程数；四冲程冲程数；四冲程=4；二冲程；二冲程 =2； pmi平均指示压力（平均指示压力（kPa）；）；

11、Vs气缸工作容积（气缸工作容积（L）；）； n曲轴转速（曲轴转速（r/min）。）。 第四章第四章 内燃机的性能指标内燃机的性能指标 1、指示指标、指示指标 指示燃油消耗率指示燃油消耗率bi与指示热效率与指示热效率it 指示燃油消耗率指示燃油消耗率是指单位指示功的耗油量。通常以每指示千瓦小时功是指单位指示功的耗油量。通常以每指示千瓦小时功 的耗油量表示。的耗油量表示。 3 i 10 i P B b 指示热效率指示热效率是内燃机实际循环的指示功与所消耗的燃料热量之比值。是内燃机实际循环的指示功与所消耗的燃料热量之比值。 Q Wi i 式中：式中： Q为得到指示功为得到指示功Wi所消耗的热量；所消

12、耗的热量； 式中：式中：Pi内燃机指示功率（内燃机指示功率（kW） B每小时耗油量（每小时耗油量（kg/h） 指示燃油消耗率和指示热效率是指示燃油消耗率和指示热效率是评定内燃机实际工作循环经济性能的评定内燃机实际工作循环经济性能的 重要指标重要指标。 第四章第四章 内燃机的性能指标内燃机的性能指标 单位：单位：g/kWh 式中：式中：3.61031kWh的热当量（的热当量（KJ/（kWh） Hu所用燃料的低热值（所用燃料的低热值（kJ/kg） 1、指示指标、指示指标 指示燃油消耗率指示燃油消耗率bi与指示热效率与指示热效率it 四冲程柴油机四冲程柴油机 0.410.50 170210 二冲程柴

13、油机二冲程柴油机 0.400.50 170215 四冲程汽油机四冲程汽油机 0.250.40 215340 二冲程汽油机二冲程汽油机 0.200.28 300430 it bi 结论：结论：1、柴油机热效率高于汽油机柴油机热效率高于汽油机；2、四冲程内燃机热效率及燃油四冲程内燃机热效率及燃油 消耗率高于二冲程内燃机消耗率高于二冲程内燃机，特别是二冲程汽油机在换气过程中，还有，特别是二冲程汽油机在换气过程中，还有 一部分混合气混杂在废气中被排出，因此经济性较差。一部分混合气混杂在废气中被排出，因此经济性较差。 第四章第四章 内燃机的性能指标内燃机的性能指标 2、有效指标、有效指标 有效功率有效功

14、率Pe和机械效率和机械效率m 内燃机的指示功率并不完全对外输出。在内燃机内部的传递过程中，不可避免内燃机的指示功率并不完全对外输出。在内燃机内部的传递过程中，不可避免 地有许多损失，这些损失主要有：内燃机内部运动件的摩擦损失，驱动附属机地有许多损失，这些损失主要有：内燃机内部运动件的摩擦损失，驱动附属机 构的损失，泵气损失等（表构的损失，泵气损失等（表3-1），这些损失总合为机械损失功率），这些损失总合为机械损失功率Pm。功率输。功率输 出轴上所能输出的净功率为出轴上所能输出的净功率为有效功率有效功率Pe： mie PPP 空气消耗率空气消耗率 内燃机内燃机测功器测功器 燃油消耗率燃油消耗率

15、有效扭矩有效扭矩转速转速 内燃机有效功率是利用测功器和内燃机有效功率是利用测功器和 转速计进行测量计算而得到的转速计进行测量计算而得到的。 测功器主要分为电力测功器、电测功器主要分为电力测功器、电 涡流测功器等。涡流测功器等。电力测功器电力测功器利用利用 电机测量各种动力机械上输出的电机测量各种动力机械上输出的 转矩，并结合转速以确定功率。转矩，并结合转速以确定功率。 3 tq tq e 101047 . 0 100060 2 nT nT P 非增压柴油机非增压柴油机0.780.780.850.85 增压柴油机增压柴油机0.800.800.920.92 汽油机汽油机0.800.800.900.

16、90 m 机械效率机械效率（与指示热效率有何不与指示热效率有何不 同？同？）是有效功率与指示功率之）是有效功率与指示功率之 比，机械效率越高，说明机械损比，机械效率越高，说明机械损 失功率小：失功率小： i m i e m 1 P P P P 第四章第四章 内燃机的性能指标内燃机的性能指标 2、有效指标、有效指标 平均有效压力平均有效压力pme和升功率和升功率PL 内燃机单位气缸工作容积所作的有效功，称为平均有效压力内燃机单位气缸工作容积所作的有效功，称为平均有效压力pme： 3sme e 10 30 inVp P iV T p tq s me 14. 3 对于排量（对于排量（iVS）一定的内

17、燃机来说，平均有效压力正比于有效转矩，所以）一定的内燃机来说，平均有效压力正比于有效转矩，所以pme 也反映了也反映了内燃机单位气缸工作容积输出转矩的大小内燃机单位气缸工作容积输出转矩的大小。排量一定的内燃机，。排量一定的内燃机， pme 值愈大，则对外输出功愈多，转矩愈大。值愈大，则对外输出功愈多，转矩愈大。 pme值是内燃机重要的动力性指标值是内燃机重要的动力性指标。 机机 型型p pme me /MPa /MPaP PL L /kWL /kWL-1 -1 农用柴油机农用柴油机 汽车用柴油机汽车用柴油机 强化高速柴油机强化高速柴油机 固定船用中速柴油机固定船用中速柴油机 四冲程摩托车用汽油

18、机四冲程摩托车用汽油机 四冲程小客车用汽油机四冲程小客车用汽油机 四冲程载货汽车用汽油机四冲程载货汽车用汽油机 二冲程小型风冷汽油机二冲程小型风冷汽油机 0.60.60.80.8 0.65 0.651 1 1 12.92.9 0.6 0.62.5 2.5 0.780.781.2 1.2 0.650.651.2 1.2 0.60.60.7 0.7 0.40.40.750.75 9 91515 111125.8 154040 3.73.77.357.35 51.851.87070 404070 2226 18.418.473.573.5 第四章第四章 内燃机的性能指标内燃机的性能指标 2、有效指标

19、、有效指标 平均有效压力平均有效压力pme和升功率和升功率PL 在标定工况下，内燃机每升气缸工作容积所发出的有效功率，称为升功率在标定工况下，内燃机每升气缸工作容积所发出的有效功率，称为升功率PL： 3me3 s sme S e L 10 30 10 30 np iV inVp iV P P PL的大小与平均有效压力的大小与平均有效压力pme和转速和转速n的乘积成正比。的乘积成正比。升功率是内燃机的强化指升功率是内燃机的强化指 标之一标之一。升功率大，每升气缸工作容积发出的有效功率大，同时内燃机的热负。升功率大，每升气缸工作容积发出的有效功率大，同时内燃机的热负 荷和机械负荷也大，表示内燃机的

20、强化程度高。荷和机械负荷也大，表示内燃机的强化程度高。 第四章第四章 内燃机的性能指标内燃机的性能指标 机机 型型p pme me /MPa /MPaP PL L /kWL /kWL-1 -1 农用柴油机农用柴油机 汽车用柴油机汽车用柴油机 强化高速柴油机强化高速柴油机 固定船用中速柴油机固定船用中速柴油机 四冲程摩托车用汽油机四冲程摩托车用汽油机 四冲程小客车用汽油机四冲程小客车用汽油机 四冲程载货汽车用汽油机四冲程载货汽车用汽油机 二冲程小型风冷汽油机二冲程小型风冷汽油机 0.60.60.80.8 0.65 0.651 1 1 12.92.9 0.6 0.62.5 2.5 0.780.78

21、1.2 1.2 0.650.651.2 1.2 0.60.60.7 0.7 0.40.40.750.75 9 91515 111125.8 154040 3.73.77.357.35 51.851.87070 404070 2226 18.418.473.573.5 2、有效指标、有效指标 有效燃油消耗率有效燃油消耗率be和有效热效率和有效热效率et 有效燃油消耗率是指单位有效功的耗油量（通常以每千瓦时的耗油量表示）：有效燃油消耗率是指单位有效功的耗油量（通常以每千瓦时的耗油量表示）： 1000 e e P B b 有效热效率是内燃机有效功有效热效率是内燃机有效功We与所消耗的热量与所消耗的热

22、量Q之比值。之比值。 式中：式中：Pe有效功率（有效功率（kW） B每小时耗油量（每小时耗油量（kg/h） Q We et mitet 6 et 10 6 . 3 ueH b 机机 型型 et et b be e 低速柴油机低速柴油机 中速柴油机中速柴油机 高速柴油机高速柴油机 0.380.46 0.380.46 0.360.43 0.360.43 0.300.400.300.40 190225190225 200240 200240 215285215285 四冲程汽油机四冲程汽油机 二冲程汽油机二冲程汽油机 0.250.300.250.30 0.150.200.150.20 2803402

23、80340 400550 400550 be和和et是标志是标志整个内燃机经济性能整个内燃机经济性能的指标，可根据实测的的指标，可根据实测的Pe、B 计算而得，其大致范围如下：计算而得，其大致范围如下： 第四章第四章 内燃机的性能指标内燃机的性能指标 单位：单位：g/kWh 由表可由表可 知，柴知，柴 油机平油机平 均比汽均比汽 油机节油机节 约燃油约燃油 30%左左 右右 2、有效指标、有效指标 由吸入空气量计算平均有效压力由吸入空气量计算平均有效压力 充量系数充量系数c：实际进入气缸的充量与进气状态下能充满气缸工作容积的充量之比，充量系：实际进入气缸的充量与进气状态下能充满气缸工作容积的充

24、量之比，充量系 数是用来表征内燃机实际换气过程进行的完善程度的一个重要参数，具体表达式如下，数是用来表征内燃机实际换气过程进行的完善程度的一个重要参数，具体表达式如下，进进 气状态气状态是指进气管内的气体状态，非增压内燃机一般采用是指进气管内的气体状态，非增压内燃机一般采用大气状态大气状态，增压柴油机采用，增压柴油机采用进气进气 管状态管状态，在，在换气过程和配气机构换气过程和配气机构章节中具体描述章节中具体描述 s 1 sh 1 c V V m m 过量空气系数过量空气系数a：评定内燃机工作过程混合气的浓稀程度：评定内燃机工作过程混合气的浓稀程度 式中：式中：m1、V1实际进入气缸的充量质量

25、、实际进入气缸的充量质量、进气状态进气状态下所占有的体积体积下所占有的体积体积 msh、VS进气状态进气状态下充满气缸的充量质量、气缸工作容积下充满气缸的充量质量、气缸工作容积 空燃比空燃比：表征混合气的浓稀程度的另一参数：表征混合气的浓稀程度的另一参数 0 a l l 式中：式中：l每千克燃料燃烧实际供给的空气量每千克燃料燃烧实际供给的空气量 l0每千克燃料完全燃烧所需的理论空气量每千克燃料完全燃烧所需的理论空气量 燃油质量燃油质量 空气质量空气质量 目的：根据每循环吸入的空气量来计算平均有效压力，可以导出平均有效压力与一些热力目的：根据每循环吸入的空气量来计算平均有效压力，可以导出平均有效

26、压力与一些热力 学参数之间的关系，从而学参数之间的关系，从而明确提高平均有效压力的技术措施明确提高平均有效压力的技术措施。首先给出两个重要定义：。首先给出两个重要定义： 第四章第四章 内燃机的性能指标内燃机的性能指标 2、有效指标、有效指标 由吸入空气量计算平均有效压力由吸入空气量计算平均有效压力 对对柴油机柴油机（难以保证燃料与空气的均匀混合）来说，（难以保证燃料与空气的均匀混合）来说，a总是大于总是大于1（稀混（稀混 合气，实际供给的空气量大于理论空气量），以保证喷入气缸的柴油能完合气，实际供给的空气量大于理论空气量），以保证喷入气缸的柴油能完 全燃烧。柴油机在全燃烧。柴油机在吸入气缸的空

27、气量一定吸入气缸的空气量一定的情况下，的情况下，a比较小比较小意味着可意味着可 以向气缸多喷油，吸入气缸的以向气缸多喷油，吸入气缸的空气利用率高空气利用率高，发出的功率大发出的功率大。因此，。因此，a 是反映混合气形成和燃烧完善程度及整机性能的一个指标，是反映混合气形成和燃烧完善程度及整机性能的一个指标，应力求减小应力求减小 a，减小，减小a在在小型高速柴油机中主要受燃烧完善程度的限制小型高速柴油机中主要受燃烧完善程度的限制，在，在大型及大型及 增压柴油机中主要受热负荷的限制增压柴油机中主要受热负荷的限制。柴油机在全负荷时。柴油机在全负荷时a的一般数值范的一般数值范 围为：高速非增压柴油机围为

28、：高速非增压柴油机a1.21.5；增压柴油机；增压柴油机a 1.72.2 对对汽油机汽油机来说，在整个运行工况中，来说，在整个运行工况中，可以遇到可以遇到a1和和a1的各种情况的各种情况。 汽油机在汽油机在全负荷全负荷时时a的一般数值范围为的一般数值范围为: a0.851.1 第四章第四章 内燃机的性能指标内燃机的性能指标 2、有效指标、有效指标 由吸入空气量计算平均有效压力由吸入空气量计算平均有效压力 根据过量空气系数根据过量空气系数a的定义的定义 sscshc1 Vmm 得每循环加热量得每循环加热量Q为为 式中：式中：gb每循环供油量每循环供油量 根据平均有效压力根据平均有效压力pme的定

29、义的定义 u 0a SSc ub H l V HgQ 上式上式建立了动力性能指标和经济性能指标之间的关系，是分析内燃机性能的一建立了动力性能指标和经济性能指标之间的关系，是分析内燃机性能的一 个重要依据个重要依据。 根据充量系数根据充量系数c 的定义，每循环的实际充气量可写成：的定义，每循环的实际充气量可写成： 式中：式中：S进气管状态下空气密度进气管状态下空气密度 0b 1 0 a lg m l l S et S e me V Q V W p itmcS 0a u me l H p 第四章第四章 内燃机的性能指标内燃机的性能指标 则则 2、有效指标、有效指标 提高内燃机动力性能和经济性能的主

30、要措施提高内燃机动力性能和经济性能的主要措施 nKP cmit a S 1L 此外，作为衡量内燃机经济性能的指标此外，作为衡量内燃机经济性能的指标be： mit 2 e K b 为了分析提高内燃机动力性能和经济性能的各种措施，可先分析影响为了分析提高内燃机动力性能和经济性能的各种措施，可先分析影响单位气缸单位气缸 工作容积的输出功率工作容积的输出功率，即升功率，即升功率PL的各种因素：的各种因素： 式中：式中： 4 0 1 103 1 l H K u变化很小，可假变化很小，可假 定为常数定为常数 式中：式中： u H K 6 2 106 . 3 为常数为常数 a.采用增压技术采用增压技术：在保

31、持过量空气系数等参数不变的情况下，增加进入气缸空气的密度可以使内燃机功：在保持过量空气系数等参数不变的情况下，增加进入气缸空气的密度可以使内燃机功 率按率按比例比例增长。增长。柴油机柴油机通过安装增压器，使进入气缸的空气密度增加，促使柴油机的平均有效压力和通过安装增压器，使进入气缸的空气密度增加，促使柴油机的平均有效压力和 升功率大幅度增加，与此同时还能改善柴油机的经济性，节约燃料，降低废气有害物的排放。升功率大幅度增加，与此同时还能改善柴油机的经济性，节约燃料，降低废气有害物的排放。汽油机汽油机 由于受爆燃限制，压缩终了时的压力和温度不宜过高，这就限制了汽油机增压压力，增压后，一般功由于受爆

32、燃限制，压缩终了时的压力和温度不宜过高，这就限制了汽油机增压压力，增压后，一般功 率仅可提高率仅可提高30%40%。增压技术也是用来恢复在高原（。增压技术也是用来恢复在高原（空气较稀薄空气较稀薄）使用的内燃机功率的有效方法。）使用的内燃机功率的有效方法。 b.合理组织燃烧过程合理组织燃烧过程：以提高工作循环的指示热效率，并求得最大限度利用气缸内的空气。：以提高工作循环的指示热效率，并求得最大限度利用气缸内的空气。需对内燃需对内燃 机燃烧过程进行改进机燃烧过程进行改进。 c.提高气缸的充量系数提高气缸的充量系数：同样大小的气缸容积，如能吸入更多的空气，则将允许进入更多的燃料，就：同样大小的气缸容

33、积，如能吸入更多的空气，则将允许进入更多的燃料，就 可获得更多的有用功。改善进气过程不仅可提高充量系数，且可减少换气损失。可获得更多的有用功。改善进气过程不仅可提高充量系数，且可减少换气损失。 d.提高内燃机转速提高内燃机转速：转速增加即增加单位时间内每个气缸的作功次数，从而提高内燃机的功率。但转：转速增加即增加单位时间内每个气缸的作功次数，从而提高内燃机的功率。但转 速过多增加会使燃烧恶化，充量系数和机械效率急剧下降，使内燃机的可靠性和工作寿命减少，因速过多增加会使燃烧恶化，充量系数和机械效率急剧下降，使内燃机的可靠性和工作寿命减少，因 此转速的提高受到一定的限制。当前，小型柴油机最高转速为

34、此转速的提高受到一定的限制。当前，小型柴油机最高转速为5000r/min，但一般在，但一般在3000r/min左右左右 ，车用汽油机的最高转速一般在，车用汽油机的最高转速一般在40007000r/min，某些小型风冷汽油机可达，某些小型风冷汽油机可达10000r/min左右。左右。 e.提高内燃机的机械效率提高内燃机的机械效率：可同时使动力性和经济性有所提高。主要依靠合理选定各种参数，在结构：可同时使动力性和经济性有所提高。主要依靠合理选定各种参数，在结构 、工艺上采取措施减少摩擦损失，泵气损失和水泵、润滑油泵等附属机构所消耗的功率，改善内燃、工艺上采取措施减少摩擦损失，泵气损失和水泵、润滑油

35、泵等附属机构所消耗的功率，改善内燃 机润滑、冷却条件等来实现。机润滑、冷却条件等来实现。 f.采用二冲程来提高升功率采用二冲程来提高升功率：采用二冲程可提高升功率，但由于在组织热力过程和结构设计上的特殊：采用二冲程可提高升功率，但由于在组织热力过程和结构设计上的特殊 问题，在相同转速和工作容积下，升功率只能较之提高问题，在相同转速和工作容积下，升功率只能较之提高50%70%。目前，仅在大型低速船用柴油机。目前，仅在大型低速船用柴油机 和小型风冷汽油机中占绝对优势，而在其他领域中，四冲程内燃机在机型数量上占绝对优势。和小型风冷汽油机中占绝对优势，而在其他领域中，四冲程内燃机在机型数量上占绝对优势

36、。 第四章第四章 内燃机的性能指标内燃机的性能指标 3、机械损失、机械损失 内燃机在运转过程中，不得不克服本身内部的机械摩擦、流体阻力和驱动一些辅助设备内燃机在运转过程中，不得不克服本身内部的机械摩擦、流体阻力和驱动一些辅助设备 而消耗一部分指示功，这部分功的消耗称之为而消耗一部分指示功，这部分功的消耗称之为内燃机的机械损失内燃机的机械损失。不同类型内燃机机械。不同类型内燃机机械 损失所消耗的指示功差别很大，损失所消耗的指示功差别很大，约占指示功的约占指示功的10%30%。 a.运动机件的摩擦损失运动机件的摩擦损失：活塞和活塞环的摩擦损失活塞和活塞环的摩擦损失，这部分摩擦损失占整个机械损失的比

37、，这部分摩擦损失占整个机械损失的比 例最大，主要由于活塞和活塞环在气缸内壁面上滑动面积大，相对速度高，润滑条件差例最大，主要由于活塞和活塞环在气缸内壁面上滑动面积大，相对速度高，润滑条件差 等因素造成；等因素造成；轴承的摩擦损失轴承的摩擦损失，这部分包括所有主轴承、连杆轴承和凸轮轴承等的摩擦，这部分包括所有主轴承、连杆轴承和凸轮轴承等的摩擦 损失，随着这些轴承直径的加大和内燃机转速的提高，这部分摩擦损失也将有所增加。损失，随着这些轴承直径的加大和内燃机转速的提高，这部分摩擦损失也将有所增加。 b.驱动附属机构的功率消耗驱动附属机构的功率消耗：主要包括驱动：主要包括驱动冷却水泵冷却水泵、风扇风扇

38、、机油泵机油泵、喷油泵喷油泵、调速器调速器等等 功率消耗，随功率消耗，随内燃机转速和润滑油粘度的增加而增大内燃机转速和润滑油粘度的增加而增大。对于二冲程或。对于二冲程或机械增压机械增压内燃机，内燃机， 其其扫气泵扫气泵或或机械驱动增压器机械驱动增压器也将消耗相当数量的驱动功率。也将消耗相当数量的驱动功率。 c.流体的摩擦损失流体的摩擦损失：连杆、曲轴等部件在曲轴箱内高速运转时所克服的油雾空气阻力和曲：连杆、曲轴等部件在曲轴箱内高速运转时所克服的油雾空气阻力和曲 轴箱通风等都消耗一部分功，但轴箱通风等都消耗一部分功，但数值较小数值较小。 d.泵气损失：内燃机换气过程中所产生的功率损失。泵气损失：

39、内燃机换气过程中所产生的功率损失。 影响机械损失的因素影响机械损失的因素：转速转速，当内燃机转速提高时，各摩擦副之间的相对速度大，因此，当内燃机转速提高时，各摩擦副之间的相对速度大，因此， 摩擦损失增加。同时当转速上升时所引起的运动件的惯性力加大，使活塞侧压力和轴承摩擦损失增加。同时当转速上升时所引起的运动件的惯性力加大，使活塞侧压力和轴承 负荷增加，因而也增加了机械摩擦损失。根据实测的统计资料，负荷增加，因而也增加了机械摩擦损失。根据实测的统计资料，机械损失功率与转速平机械损失功率与转速平 方近似成正比方近似成正比；负荷负荷，当内燃机转速一定而负荷减小时，当内燃机转速一定而负荷减小时，随负荷

40、减小，机械效率随负荷减小，机械效率m下降下降， 当怠速时，当怠速时，m=0；润滑油的黏度和冷却水的温度润滑油的黏度和冷却水的温度，机油黏度大，摩擦损失增加，但承载，机油黏度大，摩擦损失增加，但承载 能力强，易于保持液体润滑状态。反之机油黏度小，流动性好，消耗的摩擦功小，但其能力强，易于保持液体润滑状态。反之机油黏度小，流动性好，消耗的摩擦功小，但其 承载能力差，油膜易破裂，容易失去润滑作用。冷却水的温度直接影响到机油的温度，承载能力差，油膜易破裂，容易失去润滑作用。冷却水的温度直接影响到机油的温度， 因而也就影响到机油的黏度和摩擦损失的大小（因而也就影响到机油的黏度和摩擦损失的大小（图图3-4

41、）。）。 第四章第四章 内燃机的性能指标内燃机的性能指标 内燃机机械损失的测定方法有多种，主要有内燃机机械损失的测定方法有多种，主要有示功图法示功图法、倒拖法倒拖法和和灭缸法灭缸法三种。三种。 补充知识补充知识 车辆行驶阻力分析车辆行驶阻力分析 l第一节第一节 概述概述 l第二节滚动阻力第二节滚动阻力 l第三节空气阻力第三节空气阻力 第一节第一节 概述概述 汽车在行驶过程中将会遇到哪些行驶阻力？汽车在行驶过程中将会遇到哪些行驶阻力？ 如何保证汽车可以加速或爬坡？如何保证汽车可以加速或爬坡？ 思考思考 滚动阻力滚动阻力Ff空气阻力空气阻力Fw 坡度阻力坡度阻力Fi加速阻力加速阻力Fj jiwf

42、FFFFF 汽车行驶总阻力汽车行驶总阻力 第二节第二节 滚动阻力滚动阻力 软路面上软路面上 硬路面上硬路面上 产生滚动阻力的主要原因产生滚动阻力的主要原因 轮胎变形轮胎变形 轮胎变形和路面变形轮胎变形和路面变形 轮胎变形为什么会产生滚动阻力？轮胎变形为什么会产生滚动阻力？ 轮胎的迟滞损失轮胎的迟滞损失：轮胎在加载变形时所消耗的能量在卸：轮胎在加载变形时所消耗的能量在卸 载恢复时不能完全收回，一部分能量消耗在轮胎内部摩擦载恢复时不能完全收回，一部分能量消耗在轮胎内部摩擦 损失上，产生热量，这种损失称为轮胎的损失上，产生热量，这种损失称为轮胎的迟滞损失迟滞损失。 思考思考 第二节第二节 滚动阻力滚

43、动阻力 加载变形区加载变形区 卸载变形区卸载变形区 n n 思思 考考 由轮胎的迟滞损失图看，在轮胎径向变形相同的情况下，由轮胎的迟滞损失图看，在轮胎径向变形相同的情况下， 地面作用在加载变形区与卸载变形区的法向反力是否相等？地面作用在加载变形区与卸载变形区的法向反力是否相等？ 第二节第二节 滚动阻力滚动阻力 a u n W p1F 1X F a r Z F f滚动阻力系数滚动阻力系数 WfF f 滚动阻力滚动阻力 滚动阻力影响因素滚动阻力影响因素 车速车速 4 a 4 a 10 100100 u f u fff ua高高 f 大大 货车货车 f=0.0076+0.000056ua 轿车轿车 轮胎驻波现象轮胎驻波现象 轮胎结构轮胎结构轮胎气压轮胎气压驱动力驱动力 为什么驱动力系数很大为什么驱动力系数很大 时时，气压越低气压越低 f 越小？越小？ Ft胎面滑移胎面滑移Ff