第二章_内燃机的工作指标

1、第二章内燃机的工作指标第一节示功图与指示性能指标第二节有效性能指标第三节机械损失与机械效率第四节排 放 指 标第五节提高内燃机动力性能与经济性能的途径第一节示功图与指示性能指标一、示功图二、指示性能指标一、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图二、指示性能指标1.指示功和平均指示压力2.指示功率3.指示热效率和指示燃油消耗率1.指示功和平均指示压力图2-3发动机的p-V图a) 四冲程非增压发动机b) 四冲程增压发动机c) 二冲程发动机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。3.指示热效率和指示燃油消耗率指示热效率是发动机

2、实际循环指示功与所消耗的燃料热量的比值第二节有效性能指标一、机械效率和有效功率二、平均有效压力、有效功率和升功率三、由吸入空气量计算平均有效压力四、有效热效率和有效燃油消耗率一、机械效率和有效功率上面所讨论的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，所有这些消耗功率的总和称为机械损失功率Pm，从而有效功率为Pe=Pi-Pm有效功率与指示功率之比称为机械效率二、平均有效压力、有效功率和升功率与平均指示压力相似，平均有效压力可看做是一个假想的、平均不变的压力作用在活塞顶上，使活塞

3、移动一个行程所做的功等于每循环所做的有效功。平均有效压力是衡量发动机动力性能的一个重要参数。三、由吸入空气量计算平均有效压力1.充量系数?c2.过量空气系数?a1.充量系数?c若把每循环吸入气缸的空气量换算成进气管状态(ps，Ts)的体积V1，其值一般要比活塞排量Vs小，两者的比值定义为充量系数2.过量空气系数?a燃烧单位燃料的实际空气量与理论空气量之比称为过量空气系数?a四、有效热效率和有效燃油消耗率衡量发动机经济性能的重要指标是有效热效率和有效燃油消耗率b。有效热效率是实际循环的有效功与为得到此有效功所消耗的热量的比值第三节机械损失与机械效率一、机械损失的组成部分二、机械损失的测定一、机械

4、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1.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。2.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

5、，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，它的比例将增大。3.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

6、仅占机械损失中的一小部分。4.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。5.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PB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凸轮轴承摩擦损失二、机械损失的测定1.示功图法2.倒拖法3.灭缸法4.油耗线法图2-5一

7、般发动机的机械损失平均压力p的范围1.示功图法运用燃烧分析仪测录气缸的示功图，从中算出指示功率Pi值，从测功器和转速计读数中测出发动机的有效功率Pe值，从而可以算出Pm、pmm及m值。这种直接测定方法是在发动机真实的工作情况下进行的，从理论上讲也完全符合机械损失的定义，但结果的正确程度往往取决于示功图测录的正确程度及p-图或p-V图上活塞上止点位置的标定误差，后者对示功图及放热率计算有很大影响。上止点误差1(CA)，平均指示压力的最大相对误差可达7%8%，用示功图来计算的放热率的最大相对误差可达6%7%。此外，在多缸发动机中，各个气缸多少存在着一定的不均匀性，而在试验中往往只测录一个气缸的示功

8、图用以代表其他各缸，这也会引起一定的误差，因此，示功图法一般用于当上止点位置能得到精确标定时才能取得较满意的结果。2.倒拖法图2-6发动机在倒拖时的p-V图3.灭缸法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P4.油耗线法第四节排 放 指 标一、排放物的浓度二、质量排放量三、比排放量四、排放率(或排放指数)一、排放物的浓度内燃机排放物的浓度，从广义上来说，是指排放物在总排气量中所占的比例。对于气态排放物如CO、HC和NOx(NO、

9、NO2)来说，常用体积分数来表示。一般内燃机的气态排放物都可作为理想气体处理。为了数据的普遍性，气体的体积要换算到标准大气状态(内燃机工程标准的大气压力为101.3kPa，水蒸气分压为1kPa，温度为273K)。现代测量内燃机气态排放物的仪器都是基于物理或化学原理，在标准大气状态下用标定气进行标定的流程式仪器(详见第八章)，测量结果用体积分数表示。二、质量排放量单位时间或按某排放标准规定，进行一次测试，在试验期内测出的污染物质量，称为质量排放量，通常以g/h或g/测试(g/test)表示。安装内燃机的车辆按规定的工况组合(称为测试循环)行驶后折算到单位里程的排放量，称为(单位)里程质量排放量，

10、常用单位为g/km。三、比排放量内燃机针对单机进行排放测量时，每单位功排出的污染物质量，常用比排放量g/(kWh)表示，用以评价不同种类、排量的内燃机的排放性能。比排放量与内燃机的燃料消耗率类似，也可称为污染物排放率，比排放量可以根据测得的发动机功率、排气流量、污染物浓度、污染物密度等数据计算。四、排放率(或排放指数)排放率定义为燃烧单位质量的燃料所排放的污染物质量，理论上是个量纲一的量，实践中为方便起见其单位常用g/kg表示。排放率在研究各种燃烧排放源对大气环境影响时常用到，因为根据燃料消耗量和排放率可以方便地计算污染物总量，但对内燃机而言，排放率随工况变化十分复杂，所以应用不多。第五节提高

11、内燃机动力性能与经济性能的途径一、采用增压技术二、合理组织燃烧过程，提高循环指示效率it三、改善换气过程，提高气缸的充量系数?c四、提高发动机的转速五、提高内燃机的机械效率六、采用二冲程提高升功率一、采用增压技术在保持过量空气系数?a等参数不变的情况下，增加吸进空气的密度s可以使发动机功率按比例增长。这就需要在内燃机上装置增压器，使空气进入气缸前进行预压缩。目前，在柴油机上广泛采用排气涡轮增压器，尤其当采用高增压后，可以促使柴油机的pme和PL成倍增长。与此同时，它还是改善柴油机的经济性、降低比质量、降低废气有害排放、降低排烟、节约原材料的一项最有效的技术措施。由于采用增压，柴油机的pme值已

12、超过3MPa，单位功率质量可降低到2kg/kW以下。汽油机由于受爆燃限制，压缩行程终了时的压力和温度不宜过高，这就限制了增压压力。增压后，一般功率的提高也仅在30%40%之间。内燃机的增压技术还可以用来恢复在高原使用的内燃机的功率，因为随海拔高度的增加，进气密度下降，燃烧恶化，装备增压发动机的汽车，其高原动力性能与经济性能可以得到明显改善。二、合理组织燃烧过程，提高循环指示效率it提高指示效率不仅改善了内燃机的动力性能，同时也改善其经济性能，因此，需要从研究内燃机工作循环入手，深入分析在整个热功转换过程中，各种热力损失的大小及其分布，掌握各种因素对热力损失的影响程度，从而寻找减少这些损失的技术

13、措施，而其中最重要的一个方面就是对内燃机燃烧过程的改进。三、改善换气过程，提高气缸的充量系数?c同样大小的气缸容积，在相同的进气状态下若能吸入更多的新鲜空气，则可容许喷入更多的燃料，在同样的燃烧条件下可以获得更多的有用功。改善换气过程，不仅可以提高?c，而且可以减少换气损失。为此，必须对换气过程进行深入研究，分析产生损失的原因，然后从改善配气机构、凸轮廓线、管道流体动力性能以及采用多气门、可变气门正时(VVT)与升程及可变进气管长度(VIM)等方面着手进行研究。关于这方面的详细讨论见本书第四章。四、提高发动机的转速增加转速可以增加单位时间内每个气缸做功的次数，因而可提高发动机的功率输出：与此同时，发动机的比质量也随之降低。因此，它是提高发动机功率和减小质量、尺寸的一个有效措施。当前，小型柴油机(D=7090mm)的最高转速已达5000r/min，但一般在30004000r/min左右，活塞平均速度vm约在1113m/s之间；车用汽油机的转速一般在40007000r/min，某些小型风冷汽油机转速可高达800010000r/min，它们的vm值在1820m/s左右。五、提高内燃机的机械效率提高机械效率可以提高内燃机的动力性能和经济性能，这方面主要靠合理选定各种