第5章_发动机实际循环与评价指标 (1)

1、发动机实际循环与评价指标发动机实际循环与评价指标一、示功图图2-1四冲程内燃机的p-图一、示功图图2-2四冲程压燃式和点燃式内燃机实际循环p-V图正负功确定原则：正负功确定原则：n 压力方向与活塞运动方向一致，压力方向与活塞运动方向一致，工质对活塞作正功工质对活塞作正功n 压力方向与活塞运动方向相反，压力方向与活塞运动方向相反，工质对活塞作负功工质对活塞作负功工质对活塞所作功工质对活塞所作功Compression 压缩过程压缩过程 W 0 Intake 进气过程进气过程 W 0 Exhaust 排气过程排气过程 W 混合循环混合循环 t 等压循环等压循环 tpmax及及q1相同：相同：等压循环

2、等压循环 t 混合循环混合循环 t 等容循环等容循环 tLuoyang Institute Of Science And Technology理论循环分析的指导意义理论循环分析的指导意义: 缸内喷射扩散燃烧缸内喷射扩散燃烧, 喷油时间缩短喷油时间缩短, 初期等容放热变化不大初期等容放热变化不大, 即即 基本不变而基本不变而 减小减小, t提高提高: 预混燃烧预混燃烧, 燃烧速度下降燃烧速度下降, 燃烧时间加长燃烧时间加长, 即即 下降而下降而 上升上升, t下降下降： 中、低负荷工况中、低负荷工况, 柴油机使用油耗较汽油机低柴油机使用油耗较汽油机低3050。Luoyang Institute

3、Of Science And Technology理想循环理想循环：1) 保持理论循环中关于循环的假设保持理论循环中关于循环的假设(简化简化)2) 工质特性按真实情况考虑：工质特性按真实情况考虑：n 循环过程中成分是变化的循环过程中成分是变化的n 工质的热力参数随温度、分子结构及混合气浓度等变化工质的热力参数随温度、分子结构及混合气浓度等变化1) 工质特性对热效率的影响工质特性对热效率的影响(与理论循环相比与理论循环相比)2) 理想循环代表了人类努力所能达到的水平理想循环代表了人类努力所能达到的水平(与真实循环相比与真实循环相比)：真实循环的指示效率与理想循环热效率之比。反映了实际发动机：真实

4、循环的指示效率与理想循环热效率之比。反映了实际发动机 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压缩过程压缩过程: 空气空气+燃料蒸气燃料蒸气+残余废气残余废气膨胀过程膨胀过程: 废气废气+空气空气Luoyang Institute Of Science And Technology真实工质对热效率的影响真实工质对热效率的影响 cv, cp= f（T, 分子结构）分子结构） 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：真实工质真实工质 理想工质理想工质 真实工质真实工质 t 例如：例如：柴油机柴油机

5、汽油机汽油机 ；稀薄燃烧；稀薄燃烧 化学计量比燃烧化学计量比燃烧 高温时，原子间的结合力减弱，产生热分解（吸热过程）。高温时，原子间的结合力减弱，产生热分解（吸热过程）。 CO2CO+O2 H2OH2+O2 低温膨胀及排气时，反向燃烧放热。因此，低温膨胀及排气时，反向燃烧放热。因此，燃烧放热时间拉长燃烧放热时间拉长 等容度等容度 t 。 * T越高，越高，p越小越小 热分解越严重，因此，热分解越严重，因此，汽油机热分解汽油机热分解 柴油机热分解。柴油机热分解。Luoyang Institute Of Science And Technology真实工质对热效率的影响真实工质对热效率的影响1.4

6、01.351.301.251.204006008001000K温度温度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 液体燃料发动机燃烧后，液体燃料发动机燃烧后， 1，p 和和 t 气体燃料发动机燃烧后，气体燃料发动机燃烧后， 1，p 和和 t （气体燃料分子计入燃前分子总数）（气体燃料分子计入燃前分子总数） 总的来说，总的来说， 的的影响不大影响不大 a 1，未燃碳氢，未燃碳氢 多原子多原子 T t a1，空气，空气单双原子单双原子 T t

7、Luoyang Institute Of Science And Technology汽油机与柴油机理想循环热效率的比较汽油机与柴油机理想循环热效率的比较1) n 柴油机柴油机 a 汽油机汽油机 a 柴油机柴油机 t 汽油机汽油机 t n 汽油机混合气浓且等容度高，汽油机混合气浓且等容度高，Tmax， 残余废气残余废气 ，热分解，热分解 汽油机汽油机 t n 汽油机汽油机 柴油机柴油机 ，但影响不大，但影响不大2) n 汽油机汽油机 a更小，而更小，而柴油机柴油机 a 更大更大 汽油机汽油机 t n 汽油机汽油机 r，柴油机，柴油机 r不变，汽油机不变，汽油机 ，燃烧速度，燃烧速度 汽油机汽油

8、机 tn 汽油机高、低负荷温差小，汽油机高、低负荷温差小， Tmax 汽油机汽油机 t考虑真实工质特性后，汽、柴油机热效率差距加大：考虑真实工质特性后，汽、柴油机热效率差距加大：Luoyang Institute Of Science And Technology真实循环真实循环1) (总加热量的总加热量的6)真实循环并非绝热过程真实循环并非绝热过程, 通过气缸壁面、缸盖底通过气缸壁面、缸盖底面、活塞顶面向外散热。面、活塞顶面向外散热。散热量散热量 Qw= Fw（T-Tw）d式中，式中， 传热系数传热系数 Fw 散热面积散热面积, Fw =f（ ） T缸内工质温度缸内工质温度, T= f（ ）

9、 Tw 燃烧室壁面温度燃烧室壁面温度, 可设为定值可设为定值l 压缩过程压缩过程: 前期吸热前期吸热, 后期散热后期散热, 使压缩线略下降使压缩线略下降(有利有利)。l 燃烧及膨胀过程燃烧及膨胀过程: 温差大温差大, 散热强烈散热强烈, 使使pz和膨胀和膨胀线下降线下降(不利不利)。l 燃烧膨胀线的下降幅度远大于压缩线燃烧膨胀线的下降幅度远大于压缩线, 使动力过使动力过程功减小。程功减小。Luoyang Institute Of Science And Technology真实循环真实循环2) 实际燃烧及向工质加热不可能瞬间完成：实际燃烧及向工质加热不可能瞬间完成：l存在点火存在点火(喷油喷油

10、)提前，使有用功面积下降，提前，使有用功面积下降， t。lpz出现在出现在TDC后后10 CA，而非等容加热，使有用功面，而非等容加热，使有用功面积减小。积减小。3) l排气门早开，造成膨胀功损失。排气门早开，造成膨胀功损失。l泵气损失功泵气损失功(W2W3)4) l 正常燃烧时，也有正常燃烧时，也有 c100%l 不正常燃烧、不正常燃烧、 a 1等，等， t 5) 流动增强以及提高涡流与湍流程度，流动增强以及提高涡流与湍流程度， t 因为：造成能量损失、散热损失因为：造成能量损失、散热损失 例如：流动损失，非直喷式柴油机直喷式柴油机例如：流动损失，非直喷式柴油机直喷式柴油机 6) Luoya

11、ng Institute Of Science And Technology真实循环与理论循环的比较真实循环与理论循环的比较：l 由于由于工质工质和和循环循环方面的差别，使得方面的差别，使得: 理论循环理论循环t -实际循环实际循环t =1020百分点百分点l 两者之间的差别指出了改善内燃机两者之间的差别指出了改善内燃机t的基的基本原则本原则Luoyang Institute Of Science And Technology讲课内容讲课内容5.2 5.2 发动机的性能指标发动机的性能指标Luoyang Institute Of Science And Technology功率功率(Power

12、), 转矩转矩(Torque), 转速转速(Revolution/Speed)有效平均压力有效平均压力(Brake Mean Effective Pressure, BMEP)有效燃料消耗率有效燃料消耗率(Brake Specific Fuel Consumption, BSFC)机油消耗率机油消耗率(Oil/Lubricant Consumption)碳氢碳氢(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)颗粒物颗粒物(Particulate Matter, PM), 干碳烟干碳烟(Dry Soot, DS)噪声振动冲击噪声振动冲击 (Noise

13、 Vibration Harshness, NVH)可靠性或耐久性可靠性或耐久性(Robust/Reliability, Durability)检测检测/维护维护(Inspection/Maintenance, I/M) 发动机性能发动机性能(Performance)指标指标Luoyang Institute Of Science And Technology指示指标与有效指标指示指标与有效指标1. 以工质对活塞作功为计算基准的指标称为以工质对活塞作功为计算基准的指标称为n 基于示功图算出，直接反映燃烧和热力循环组织的好坏基于示功图算出，直接反映燃烧和热力循环组织的好坏n 用于理论分析和科研用

14、于理论分析和科研2. 以曲轴输出功为计算基准的指标称为以曲轴输出功为计算基准的指标称为n 由试验测出，直接反映产品最终性能由试验测出，直接反映产品最终性能n 用于产品开发、生产和使用当中用于产品开发、生产和使用当中只有与作功有关的指标，如功、功率、油耗、平均压力、热效率等只有与作功有关的指标，如功、功率、油耗、平均压力、热效率等才有才有“有效有效”与与“指示指示”之分之分Luoyang Institute Of Science And Technology一、指示功、有效功和机械损失功 指示功：发动机在一个工作循环内，缸内工质在无泵气损失条件下对活塞所做的功。用Wi表示。 四冲程发动机：Wi=

15、W1+W3 四冲程增压发动机：Wi=W1+（pb-pk）VsLuoyang Institute Of Science And Technology一、指示功、有效功和机械损失功指示性能指标只能评定工作循环进行的好坏，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风扇、机油泵、燃油泵、发电机等附件所消耗的功率后才能变为曲轴的有效输出，所有这些消耗功的总和称为机械损失功Wm，从而有效功为We=Wi-Wm有效功与指示功之比称为机械效率Luoyang Institute Of Science And Technology 机械损失功Wm=Wf+We+Wp Wf:机械摩擦损失功 We：附件消耗功 W

16、p：泵气损失功Luoyang Institute Of Science And Technology动力性能指标动力性能指标pWVmiis p . VpdVWp 1 bar10Nm10Nmm0.1kJdmmisimi52533 注意：这里的压力事注意：这里的压力事实上就是物理上所说实上就是物理上所说的压强，的压强，N/mN/m2 2指示平均压力指示平均压力(Indicated Mean Effective Pressure, IMEP)：单位气缸工作容积所作的循环指示功：单位气缸工作容积所作的循环指示功n 循环指示功可以认为是循环指示功可以认为是p pmimi作用在活塞作用在活塞上，使活塞移动

17、一个冲程所作功上，使活塞移动一个冲程所作功n 指示平均压力反映发动机作功能力的大小指示平均压力反映发动机作功能力的大小( (单位体积作功量单位体积作功量大小大小J/mJ/m3 3) )和强化程度。和强化程度。Luoyang Institute Of Science And Technology有效平均压力 有效平均压力：单位气缸工作容积所致的有效功。 可看作是一个假想的、平均不变的压力作用在活塞顶上，使活塞移动一个行程所做的功等于每循环所做的有效功 。用pme表示semeVWpLuoyang Institute Of Science And Technology机械损失平均压力：pmm pmm

18、 :机械损失平均压力，Vs：气缸排量；Wm：机械损失功smmmVWpLuoyang Institute Of Science And Technology不同发动机有效平均压力不同发动机有效平均压力pme范围范围摩托车发动机（四冲程）摩托车发动机（四冲程）赛车发动机（自然吸气）赛车发动机（自然吸气） 赛车发动机（涡轮增压）赛车发动机（涡轮增压）轿车汽油机（自然吸气）轿车汽油机（自然吸气）轿车汽油机（涡轮增压）轿车汽油机（涡轮增压）轿车柴油机（涡轮增压）轿车柴油机（涡轮增压）卡车柴油机（涡轮增压）卡车柴油机（涡轮增压）大型柴油机大型柴油机中型高速柴油机中型高速柴油机十字头二冲程柴油机十字头二冲程

19、柴油机pme bar1216.656914.114201221.21123.51529.415251518.2mmmimepppLuoyang Institute Of Science And Technology3.指示效率、有效效率和机械效率 指示热效率：燃料化学能转换为指示功Wi的能量转换效率，即 式中， 为指示热效率； 为所用燃料的低热值（kJ/kg） 单缸每循环燃油消耗量gb（kg） ubiitHgWituHLuoyang Institute Of Science And Technology 有效热效率：燃料化学能转换为曲轴输出功We的能量转换效率 式中， 为有效热效率； 为所用燃

20、料的低热值（kJ/kg） 单缸每循环燃油消耗量gb（kg）ubeetHgWetuHLuoyang Institute Of Science And Technology 机械效率：指示功Wi，在支付机械损失功Wm后，变为曲轴有效输出功We的能量转换效率。memimimiiemWWWWWWWWWW11Luoyang Institute Of Science And Technology4.指示燃料消耗与有效燃料消耗 指示燃油消耗率：单位指示功的耗油量，通常用单位千瓦小时指示功的耗油量克数g/(kWh)来表示。 B整机燃料消耗率，kg/h;Pi为指示功率，kW310iiPBb Luoyang In

21、stitute Of Science And Technology4.指示燃料消耗率与有效燃料消耗率 有效燃料消耗率： B整机燃料消耗率，kg/h;Pe为有效功率，kW 因为310eepBbemiieiembbPPWWLuoyang Institute Of Science And Technology由功与功率的关系求由功与功率的关系求功功We3tqe1030tqTnTP转矩转矩 (N.m)iPtWeemetq pT角速度角速度(rad/s) 动力性指标之间的关系动力性指标之间的关系由转速、转矩和功率由转速、转矩和功率功率的关系求功率功率的关系求功率Pe对于某一发动机，转矩对于某一发动机，转

22、矩和有效平均压力都反映和有效平均压力都反映负荷（负荷（load）的大小）的大小循环时间循环时间nt30Luoyang Institute Of Science And Technology动力性指标之间的关系动力性指标之间的关系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经济性指标经济性指标有效燃料消耗率：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单位发动机排量发出的功率单位发动机排量发出的功率 ( (评价气缸容积利用程度和紧凑性评价气缸容积利用程度和紧凑性) ) PL= Pe / Vs *i (kW/L)n me单位有效功率所占发动机质量单位有效功率所占发动机质量 ( (评价轻量化和紧凑性评价轻量化和紧凑性) ) me= m / Pe (kg/kW)n Ve单位有效功率所占发动机的体积单位有效功率所占发动机的体积 ( (评价紧凑性评价紧凑性) ) Ve= V / Pe (m3/kW)功率密度评价指标功率密度评价指标轿车汽油机自吸式轿车汽油机自吸式: 35: 356565轿车汽油机增压式轿车汽油机增压式: 50: 5

25、0100100轿车柴油机增压式轿车柴油机增压式: 30: 304040轿车汽油机轿车汽油机: 3: 31 1轿车柴油机轿车柴油机: 5: 52 2Luoyang Institute Of Science And Technology发动机转速与活塞平均速度发动机转速与活塞平均速度3m1030nsVr/minm301m/smnsV主要影响：主要影响： 惯性力引起的机械应力惯性力引起的机械应力 摩擦摩擦(磨损磨损) 热负荷热负荷 充气效率充气效率 噪声噪声2mMV活塞平均速度：活塞平均速度：(强化指标之一强化指标之一)n 发动机转速与活塞速发动机转速与活塞速度不完全是一个概念！度不完全是一个概念！

26、n 活塞平均速度越高，活塞平均速度越高，说明发动机强化度越高说明发动机强化度越高单位：单位： 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摩托车发动机（四冲程）摩托车发动机（四冲程）赛车发动机（自然吸气）赛车发动机（自然吸气） 赛车发动机（涡轮增压）赛车发动机（涡轮增压）轿车汽油机（自然吸气）轿车汽油机（自然吸气）轿车柴油机轿车柴油机卡车柴油机（涡轮增压）卡车柴油机（涡轮增压）大型柴油机大型柴油机中速柴油机中速柴油机十字头

27、二冲程柴油机十字头二冲程柴油机Luoyang Institute Of Science And Technology决定动力输出的三大环节决定动力输出的三大环节n 设单位时间加入发动机的燃料总质量为设单位时间加入发动机的燃料总质量为B (kg/s)，燃料低热值，燃料低热值(low heat value)为为Hu(kJ/kg)，燃料能量转换的总效率为，燃料能量转换的总效率为 et ，则有效功率，则有效功率Pe可表示为：可表示为： n 设单位时间进入发动机的混合气总量为设单位时间进入发动机的混合气总量为Gm(kg/s)，混合气低热值为，混合气低热值为Hum (kJ/kg)，则有效功率，则有效功率P

28、e也可表示为：也可表示为：n 提高功率的三大环节：提高功率的三大环节：l 可燃混合气或燃料的能量密度可燃混合气或燃料的能量密度 混合气热值混合气热值Hum或燃料热值或燃料热值Hul 单位时间实际吸入发动机的可燃混合气总量单位时间实际吸入发动机的可燃混合气总量Gm或燃料总量或燃料总量Bl 可燃混合气能量或燃料能量转换为有效输出功的多少可燃混合气能量或燃料能量转换为有效输出功的多少 工作过程各环节效率或总效率工作过程各环节效率或总效率 et(kW)ueteHBP(kW)ummeteHGPLuoyang Institute Of Science And Technology油油/气混合比气混合比(浓

29、度浓度)是影响发动机性能的重要参数：是影响发动机性能的重要参数：1) 过量空气系数过量空气系数 a（Excess air ratio/Relative air-fuel ratio）设单位质量燃料完全燃烧所需理论空气量为设单位质量燃料完全燃烧所需理论空气量为l0，而实际供给的空气量为，而实际供给的空气量为l，则则 a定义定义为：为： a 1 ,稀稀(lean)混合气混合气 a 1, 浓浓(rich)混合气混合气 a =1, 化学计量比（化学计量比（stoichiometric ratio），过去称理论空燃比），过去称理论空燃比可燃混合气浓度与热值可燃混合气浓度与热值0理论1kg实际供给1kgl

30、la空气量燃料完全燃烧需要的的空气量燃料燃烧）（国外用燃空当量比燃空当量比(equivalent ratio) 1 / a，欧美国家常用，欧美国家常用 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) 可燃混合气热值可燃混合气热值Hum (Mixture low heat value)定义定义: 单位质量或单位体积单位质量或单位体积发出的热量发出的热量(kJ/kg或或kJ/m3)Hu表示燃料的能量密度，越高越便于携带；表示燃

31、料的能量密度，越高越便于携带；Hum代表混合气的能量密度，代表混合气的能量密度，越高则相同工作容积时发出功率越高越高则相同工作容积时发出功率越高(pme也越高也越高)0a)(lFAl混合气中燃料质量混合气中空气质量或)(110alAFsuvum)(VHmH0auuuum11lHlHlmmHmH或或可燃混合气浓度与热值可燃混合气浓度与热值Luoyang Institute Of Science And Technology能量转换效率能量转换效率ub1cHgQ 1itQW iemWW 1) 燃烧效率燃烧效率2) 循环热效率循环热效率3) 机械效率机械效率ubemitmtcetHgW4) 有效效率

32、有效效率每缸每循环燃烧时发出的热量每缸每循环燃烧时发出的热量 (kJ)单缸循环油量单缸循环油量(kg)指示效率指示效率正常燃烧：正常燃烧：汽油机汽油机 c=95%98%柴油机柴油机 c=98%99%Combustion EfficiencyThermal EfficiencyMechanical EfficiencyEffective Efficiency曲轴输出功曲轴输出功总指示功总指示功Luoyang Institute Of Science And Technology混合气混合气(进气进气)充量充量ssacVm充量系数充量系数(容积效率容积效率)Volumetric efficienc

33、y每缸每循环吸入缸内的新鲜空气量与按进气系统前状态计算每缸每循环吸入缸内的新鲜空气量与按进气系统前状态计算 而得的理论充气量之比而得的理论充气量之比(75%-90%) 0a0aa0aaaam1)/(llAlAABAG 0a0assssc0a0assc12112llTRinpVllinV可燃混合气流量：可燃混合气流量：l 大气密度大气密度(自然吸气机型自然吸气机型)l 增压后空气密度增压后空气密度(增压机型增压机型)新鲜空气量新鲜空气量燃油量燃油量Luoyang Institute Of Science And Technology)2)()(ssssc0aumtcummeteinTRpVlHH

34、GPuetumitumtce111HHHb功率和油耗的表达式功率和油耗的表达式(课程总纲课程总纲)燃烧效率燃烧效率循环热效率循环热效率( (第第5 5章章) )机械效率机械效率( (第第3 3章章) )进气充量进气充量( (第第6 6章章) )混合气热值混合气热值( (第第2 2章章) )Luoyang Institute Of Science And Technology例题一台4缸四冲程火花塞点火发动机（缸径D=80mm，冲程S=76.5mm）节气门全开时在台架上的测量结果如下：转速n=5900r/min，有效转矩Ttq=107.1Nm，指示平均压力pmi=1.19MPa，计算1)指示功W

35、i2）指示功率Pi和有效功率Pe3）有效平均压力pme4)机械效率m5）机械损失功率Pm和机械损失平均压力pmmLuoyang Institute Of Science And Technology例2 内燃机的动力性能和经济性能指标为什么要分为指示指标和有效指标两大类？表示动力性能的指标有哪 些？它们的物理意义是什么？它们之间的关系是什么？表示经济性能的指标有哪些？它们的物理意义是什么？它 们之间的关系是什么？ 答：（1）指示性能指标是以工质对活塞做功为基础的指标。能评定工作循环进行的好坏。有效性 能指标是以曲轴的有效输出为基础的指标，能表示曲轴的有效输出。Luoyang Institute

36、 Of Science And Technology （2）动力性能指标：功率、转矩、转速、平均有效压力、升功率。 （3）功率：内燃机单位时间内做的有效功。转矩：力与力臂之积。转速：内燃机每分钟的转数。Pe=Ttq.n/9550 （4）经济性能指标：有效热效率，有效燃油消耗率be。 （5）有效热效率:实际循环的有效功与为得到此有效功所消耗的热量之比值。 et=We/Q1*nc 有效燃油消耗率：单位有效功的耗油量。关系：be=3.6*106/et.HuLuoyang Institute Of Science And Technology机械损失与机械效率机械损失与机械效率1) 机械效率的定义机械

37、效率的定义2) 机械损失的组成与份额机械损失的组成与份额3) 机械损失的测量机械损失的测量4) 机械效率的影响因素机械效率的影响因素mimmimimiem111ppPPWWWWLuoyang Institute Of Science And Technology机械损失与机械效率机械损失与机械效率(1) (5080)活塞组件、轴承、气门机构等活塞组件、轴承、气门机构等(2) (10)水泵、机油泵、燃油泵、点火装置等水泵、机油泵、燃油泵、点火装置等运转运转必不可少的必不可少的辅助机构辅助机构(3) (540)pmemfmWWWW1) 机械效率的定义机械效率的定义2) 机械损失的组成与份额机械损失

38、的组成与份额3) 机械损失的测量机械损失的测量4) 机械效率的影响因素机械效率的影响因素p 为什么泵气损失包含在机械为什么泵气损失包含在机械损失中？损失中？Luoyang Institute Of Science And Technology一、机械损失的组成部分1.活塞与活塞环的摩擦损失2.轴承与气门机构的摩擦损失3.驱动附属机构的功率损失4.风阻损失5.驱动扫气泵及增压器的损失Luoyang Institute Of Science And Technology1.活塞与活塞环的摩擦损失活塞与活塞环的摩擦损失占整个摩擦损失的主要部分。这是由于它的滑动面积大、相对速度高、润滑不充分等原因造成

39、的。这种摩擦与活塞的长度、活塞间隙以及活塞环的数目和环的张力等结构因素有关。此外，在构造相同的情况下，它随气缸压力、活塞速度以及润滑油粘度的升高而增加。Luoyang Institute Of Science And Technology2.轴承与气门机构的摩擦损失轴承与气门机构的摩擦损失包括所有主轴承、连杆轴承和凸轮轴轴承等的摩擦损失。在这些轴承里，由于润滑充分，纯液力摩擦因数很低，不过随着轴承直径的增大和转速的提高，轴颈圆周速度的增大，运动件惯性力增大，这部分损失也将增加，但它对气缸中压力的变化不太敏感。至于消耗在气门驱动机构上的损耗，在额定功率工况下所占比例是很微小的，在低速小负荷时，它

40、的比例将增大。Luoyang Institute Of Science And Technology3.驱动附属机构的功率损失所谓的附属机构，主要是指为保证发动机正常工作所必不可少的部件或总成，如冷却水泵总成(风冷发动机中则是冷却风扇)、机油泵、喷油泵、调速器等；而一些不是发动机运转所必要的总成，如发电机、汽车制动用的空气压缩机、真空助力泵等，除非加以说明，一般不包括在内。有时散热器、冷却风扇也不包括在发动机机械损失之内。这些附属机构消耗的功率随发动机的转速和润滑油粘度的增加而增大，但与气缸压力无关，它仅占机械损失中的一小部分。Luoyang Institute Of Science And

41、Technology4.风阻损失活塞、连杆、曲轴等零件在曲轴箱内高速运动时，为克服油雾、空气阻力及曲轴箱通风等将消耗一部分功，但其数值是很微小的。Luoyang Institute Of Science And Technology5.驱动扫气泵及增压器的损失在二冲程或机械增压发动机中，还要加上对进气进行压缩而带来的损失。上述诸损失中，可将前四项损失之和视作发动机的内部摩擦损失，并以Pf表示其损耗的功率，扫气泵或增压器所消耗的功率为PBLuoyang Institute Of Science And Technology图2-4自然吸气发动机中机械损失各组成部分随活塞平均速度的变化a泵气损失b

42、活塞与活塞环的摩擦损失c气门机构驱动损失d附属机构驱动损失e连杆轴承摩擦损失f凸轮轴承摩擦损失Luoyang Institute Of Science And Technology机械损失与机械效率机械损失与机械效率1) 机械效率的定义机械效率的定义2) 机械损失的组成与份额机械损失的组成与份额3) 机械损失的测量机械损失的测量4) 机械效率的影响因素机械效率的影响因素p无凸轮轴（无凸轮轴（Camless）发动机）发动机测量机械损失时可以剔除泵气损测量机械损失时可以剔除泵气损失吗？失吗？(1) (5080)活塞组件、轴承、气门机构等活塞组件、轴承、气门机构等(2) (10)水泵、机油泵、燃油泵

43、、点火装置等水泵、机油泵、燃油泵、点火装置等运转运转必不可少的必不可少的辅助机构辅助机构(3) (540)pmemfmWWWW电控气门电控气门Luoyang Institute Of Science And Technology机械损失与机械效率机械损失与机械效率标定工况：标定工况：l 自吸式汽油机自吸式汽油机: m=0.80.9l 自吸式柴油机自吸式柴油机: m=0.780.85l 涡轮增压式柴油机涡轮增压式柴油机: m=0.800.921) 机械效率的定义机械效率的定义2) 机械损失的组成与份额机械损失的组成与份额3) 机械损失的测量机械损失的测量4) 机械效率的影响因素机械效率的影响因素

44、p 在相同排量和标定工况条件下，在相同排量和标定工况条件下，比较涡轮增压发动机、机械增压发比较涡轮增压发动机、机械增压发动机和自然吸气发动机的机械效率，动机和自然吸气发动机的机械效率，哪个大？哪个小？哪个大？哪个小？(1) (5080)活塞组件、轴承、气门机构等活塞组件、轴承、气门机构等(2) (10)水泵、机油泵、燃油泵、点火装置等水泵、机油泵、燃油泵、点火装置等运转运转必不可少的必不可少的辅助机构辅助机构(3) (540)pmemfmWWWWLuoyang Institute Of Science And Technology机械损失与机械效率机械损失与机械效率(1) 由总指示功由总指示功

45、Wi，减去台架上测得，减去台架上测得的有效功的有效功We只适用研发：只适用研发：(a) 上止点难以精确测量：偏差上止点难以精确测量：偏差1 CA，误差，误差1015(b) 各缸不均匀，需要同时测量各缸不均匀，需要同时测量meiWWW1) 机械效率的定义机械效率的定义2) 机械损失的组成与份额机械损失的组成与份额3) 机械损失的测量机械损失的测量4) 机械效率的影响因素机械效率的影响因素Luoyang Institute Of Science And Technology机械损失与机械效率机械损失与机械效率(2) 发动机正常运转后。断油或断火，用发动机正常运转后。断油或断火，用电机反拖发动机，测

46、得的反拖功率电机反拖发动机，测得的反拖功率误差误差：(a) 无燃烧，缸内压力低，活塞与缸套无燃烧，缸内压力低，活塞与缸套间隙加大摩擦损失减小；润滑油粘度间隙加大摩擦损失减小；润滑油粘度加大，摩擦损失增大加大，摩擦损失增大(b) 排气阻力加大，泵气损失增大排气阻力加大，泵气损失增大(c) 压缩、膨胀线不重合，增大压缩、膨胀线不重合，增大pmm汽油机压缩比小，所以误差小汽油机压缩比小，所以误差小1) 机械效率的定义机械效率的定义2) 机械损失的组成与份额机械损失的组成与份额3) 机械损失的测量机械损失的测量4) 机械效率的影响因素机械效率的影响因素meiWWWLuoyang Institute O

47、f Science And Technology2.倒拖法图2-6发动机在倒拖时的p-V图Luoyang Institute Of Science And Technology机械损失与机械效率机械损失与机械效率(3) 用于多缸机用于多缸机本质上也是倒拖法（本质上也是倒拖法（N-1缸拖缸拖1缸），但缸），但更接近真实状态更接近真实状态新问题：新问题：p 灭缸后进排气波动效应的影响灭缸后进排气波动效应的影响p 两大数相减得到小数，误差加大两大数相减得到小数，误差加大NPPNPPPPPPPPPPPPP1iieeeN1iieeeimN1iieeN1ii1iieei1)(1)()()()(1) 机械效

48、率的定义机械效率的定义2) 机械损失的组成与份额机械损失的组成与份额3) 机械损失的测量机械损失的测量4) 机械效率的影响因素机械效率的影响因素此法仅适用于自然吸气式多缸柴油机。当发动机调整到给定工况稳定工作后，先测出其有效功率Pe，保持发动机原循环供油量不变，停止向某一气缸供油，并用减少制动力矩的办法迅速将转速恢复到原来的数值，并重新测定其有效功率PLuoyang Institute Of Science And Technology机械损失与机械效率机械损失与机械效率(4) 转速不变，测出整机燃料消耗率随负荷转速不变，测出整机燃料消耗率随负荷的变化曲线。将此线外延到与横坐标相的变化曲线。将

49、此线外延到与横坐标相交的交的a点，则点，则a0之值为机械损失值。之值为机械损失值。适合柴油机，不适合汽油机适合柴油机，不适合汽油机1) 机械效率的定义机械效率的定义2) 机械损失的组成与份额机械损失的组成与份额3) 机械损失的测量机械损失的测量4) 机械效率的影响因素机械效率的影响因素Luoyang Institute Of Science And Technology4.油耗线法Luoyang Institute Of Science And Technology机械损失与机械效率机械损失与机械效率： (1) 多用倒拖法，不适合用灭缸多用倒拖法，不适合用灭缸法法(灭缸不安全灭缸不安全)和油耗线法和油耗线法(不成直线不成直线) (2) 适合灭缸法、油耗适合灭缸法、油耗线法，小型柴油机可以用倒拖法线法，小型柴油机可以用倒拖法 (3) 无法使用倒拖无法使用倒拖法和灭缸法，低增压可以用油耗线法。法和灭缸法，低增压可以用油耗线法。1) 机械效率的定义机械效率的定义2) 机械损失