第二章-内燃机的工作指标课件

第二章内燃机的工作指标

Chapter2EngineOperatingParameters内燃机的工作指标:Themainoperatingparametersare:动力性能指标（功率、转矩、转速,power,torque,speed）经济性能指标（燃料与润滑油消耗,fuelandlubricantconsumption）运转性能指标（冷起动性能、噪声和排气品质,coldstarting,noiseandemission）耐久可靠性指标（durabilityandreliability）第一节示功图与指示性能指标

2.1IndicatorDiagramandIndicatedParameters一、示功图（IndicatorDiagram）Indicator

Diagram通常利用不同型式的示功器（engineindicator）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-Vdiagram

p-diagram示功图是研究内燃机工作过程的一个重要依据。

二、指示性能指标（IndicatedParameters）

指示性能指标：以工质对活塞做功为基础的指标，用于评定工作循环进行的好坏。

Parametersthatarebasedontheworkdeliveredfromthegastothepistonovertheentirecycle.Thetermindicatedisusedbecausesuchp-Vdiagramsusedtobegenerateddirectlywithadevicecalledanengineindicator1.指示功Wi和平均指示压力pmi

指示功：气缸内完成一个工作循环所得有用功Wi

（J）。

Theindicatedworkpercycleisobtainedbyintegratedaroundthecurvetoobtaintheareaenclosedonthediagram.指示功面积四冲程非增压发动机的指示功面积：四冲程增压发动机：二冲程发动机中，只有一块示功图面积：平均指示压力pmi

(meanindicativepressure)平均指示压力：指单位气缸工作容积一个循环所做的指示功(Pa)(VS---thevolumesweptoutbythepistoniscalledthedisplacedorsweptvolume.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

。pmi是衡量发动机实际工作循环动力性能的重要指标。

内燃机在标定工况下的pmi值在下列范围内：

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 0.5-1.3MPa

汽油机：四冲程摩托车用汽油机 0.8-1.3MPa

四冲程小客车用汽油机 0.8-1.43MPa

四冲程载货车用汽油机 0.7-0.85MPa

二冲程小型风冷汽油机 0.4-0.7MPa

2．指示功率Pi

(indicatedpower)指示功率：内燃机单位时间内所作的指示功（Pi

）（kW）：

式中：pmi

(MPa)，Vs(L)，n(r/min)

τ—冲程数，i—气缸数3．指示热效率it和指示燃油消耗率bi

(indicatedthermalefficiency)指示热效率：发动机实际循环指示功与所消耗的燃料热量的比值：指示燃油消耗率bi：单位指示功的耗油量（g/(kW·h)）：

B：每小时燃油消耗量

(kg/h)

Specificfuelconsumption(sfc):thefuelflowrateperunitoutput

一般内燃机的ηit和bi的统计范围：

it

bi

[g(kW·h)-1]

四冲程柴油机0.41~0.50170~210

二冲程柴油机0.40~0.50170~216

四冲程汽油机0.25~0.40215~340

二冲程汽油机0.20~0.28300~430结论：（1）柴油机热效率高于汽油机；（2）四行程高于二行程发动机。第二节有效性能指标

2.2EffectiveParameters一、机械效率和有效功率（MechanicalEfficiencyandEffectivePower）

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：有效性能指标：以发动机曲轴输出功为基础的性能指标。EffectiveParametersthatarebasedontheworkoutputfromcrankshaft.机械效率：有效功率与指示功率之比

(Theratiooftheusefulpowerdeliveredbytheenginetotheindicatedpoweriscalledmechanicalefficiency)

有效功率Pe(kW)可以利用各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：

发动机的动力经济性测量AirconsumptionrateenginedynamometerFuelconsumptionratetorqueEnginespeedemissions二、平均有效压力pme和升功率PL

meaneffectivepressure,literpower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。平均有效压力反映了发动机单位气缸工作容积输出转矩的大小。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：

升功率从发动机有效功率的角度对气缸工作容积的利用率作出的总评价。升功率值越大，发动机的强化程度越高，发出一定有效功率的发动机尺寸越小。PL是评定整机动力性能和强化程度的重要指标之一。目前内燃机的pme

、PL

值范围

pme

(MPa) PL(kW/L)农用柴油机 0.5~0.7 8~15汽车用柴油机 0.65~1 20~45强化高速柴油机 1~2.9 20~45固定船用中速柴油机 0.6~2.5 4~8四冲程摩托车用汽油机 0.78~1.2 50~70四冲程小客车用汽油机 0.65~1.25 40~65四冲程载货汽车用汽油机 0.6~0.7 25~50二冲程小型风冷汽油机 0.4~0.65 20~75注：P.23，表2-1，表2-2部分发动机性能参数与结构特点三、由吸入空气量计算平均有效压力

1、充量系数c

(容积效率：volumetricefficiency)

Theintakesystem(theairfilter,carburetor,andthrottleplate(inaSIengine),intakemanifold,intakeport,intakevalve)restrictstheamountofairwhichanengineofgivendisplacementcaninduct.Theparameterusedtomeasuretheeffectivenessofanengine’sinductionprocessisthevolumetricefficiency.Itisdefinedasthevolumeflowrateofairintotheintakesystemdividedbytherateatwhichvolumeisdisplacedbythepiston.

充量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Vs。若m1在进气管状态下占有体积V1,则

m1isthemassofairinductedintothecylinderpercycle,istheinletairdensity.Theinletdensitymayeitherbetakenasatmosphereairdensity(inwhichcasecmeasuresthepumpingperformanceoftheentireinletsystem)ormaybytakenastheairdensityintheinletmanifold(inwhichcasecmeasuresthepumpingperformanceoftheinletportandvalveonly).Typicalmaximumvaluesofcfornaturallyaspiratedenginesareintherange80to90percent.ThevolumetricefficiencyfordieselissomewhathigherthanforSIengines.2、过量空气系数a（excessaircoefficient）

空燃比

（airfuelratio）过量空气系数a：燃烧1kg的燃油的实际提供空气量与理论所需空气量之比。

式中，gb为每循环燃料供给量(kg),l0为1kg燃料完全燃烧所需的理论空气量，称为化学计量空燃比(stoichiometric,chemicallycorrect)。柴油:l0=14.3汽油:l0=14.8柴油机：a高速柴油机a

＝1.2~1.5增压柴油机a

＝1.7~2.2

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

一般为a

＝0.85~1.1；电控喷射汽油机：a

＝1,根据不同工况，ECU控制不同混合气浓度空燃比（空气燃料比）（Air/fuelratioA/F)-thefuelmassflowrate-theairmassflowrate

应力求减小a：3、由吸入空气量计算平均有效压力pme动力性指标与经济性指标关系，式（2－20）：四、有效热效率et与有效燃油消耗率be一般内燃机在标定工况下

et

be(g(kW.h)-1)

低速柴油机 0.38~0.46 190~225

中速柴油机0.36~0.43 200~240

高速柴油机0.30~0.40 215~285

四冲程汽油机0.25~0.30 280~340

二冲程汽油机0.15~0.20 400~550

消耗燃料热量Q1指示功Wi有效功We内燃机中的热功转换关系第三节机械损失与机械效率

2.3MechanicalLossesandMechanicalEfficiency

机械损失功率Pm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。轴承与气门机构摩擦损失；(thefrictionofthebearingsandothermechanicalcomponents)驱动附属机构（水泵、油泵、风扇等），

(10~20)%Pm；

(drivetheengineaccessories)风阻损失；驱动扫气泵及增压器损失PB；(增压发动机对进气压缩而带来的损失)一、机械损失的组成部分：活塞、活塞环的摩擦损失，(45~65)%Pm；(thefrictionofthepiston)

注：在实际测量机械损失功率中，应用公式：但非真正意义上的机械损失功率，PP:泵气损失功率1、活塞与活塞环的摩擦损失

2、轴承的摩擦损失

3、驱动机构的功率消耗

4、流体摩擦损失

5、驱动扫气泵及增压器的损失

摩擦损失Pf扫气功耗PB机械损失组成及分配活塞和活塞环的摩擦损失

45%~65%整个活塞连杆曲轴机构中的摩擦损失60%~70%气门机构的驱动损失2%~3%附属机械的驱动损失10%~20%泵气损失10%~20%机械损失的构成MechanicalLosses二、机械损失测定,MeasurementofMechanicalLosses1.

示功图法(Indicateddiagram)由示功图算出Pi，由测功器测得Pe，结果为真正意义上的机械损失即：难点：⑴

Pi的计算，示功图的上止点确定⑵各缸均匀性（只测一缸Pi）误差：活塞上止点、多缸不均匀性设备：发动机试验设备、示功图测量设备等适应性：任何发动机2.倒拖法(driveormotorengine)

电力测功器倒拖测功；发动机运行状态尽可能一致。拖动测得Pm大于实际的机械损失功率Pm

，因为：包含了Pp

；(Pp在Pi

中已经扣除)气缸压力低，Pf比实际上小；传热损失。

倒施时所消耗的功率要超过发动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。误差：缸内压力下降，摩擦损失减少；包含了泵气损失；传热损失。实际结果偏高。设备：电力测功器适应性：低压缩比汽油机

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

。假设其他各缸工作情况及发动机机械损失不变，该缸的指示功率：依次灭缸，得：误差：同倒拖，但误差较倒拖小。设备：多缸机，测功机适应性：非增压柴油机

负荷特性：发动机转速不变，其经济性能指标随负荷而变化的关系。柴油机负荷特性：柴油机保持某一转速不变，移动喷油泵齿条或拉杆位置，改变每循环供油量，B及be随功率变化的变化关系4.油耗线法（负荷特性法）误差：基于