（参考PPT）b第二章内燃机的工作指标.ppt

1,第二章 内燃机的工作指标,, 2 2020 .,2,主要学习内容,2.3机械损失与机械效率,2.1示功图与指示性能指标,2.2有效性能指标,2.5提高内燃机动力性与经济性的途径,2.4排放指标,3,动力性能指标(功率、转矩、转速)、 经济性能指标(燃料与润滑油消耗率)、 运转性能指标(冷起动性能、噪声和排气品质) 耐久可靠性指标(大修或更换零件之间的最长运行时间与无故障长期工作能力) 本章主要研究表征动力性能指标和经济性能指标的各种参数及其相互关系运转性能指标(如冷起动性能等)和耐久可靠性指标对内燃机来说有其不可忽视的重要性，它们将在本书的其他各章中分析讨论内燃机的工作指标很多，主要有:,4,动力性指标：,1.转矩Ttq 2.标定功率Pen 1)十五分钟功率 2）一小时功率 3）十二小时功率 4）持续功率 3.标定转速nn,5,经济性能指标：,1.燃油消耗率 be g/kwh 2.机油消耗率bo g/kwh bo=0.10.3，0.43 g/kwh 3.单位功率价格（比价格）价/kw,6,排放性指标：,1.污染物种类： 1）汽油机（CO、HC、NOX） 2）柴油机（CO、HC、NOX、PM） 2.排放标准限制,7,第一节示功图与指示性能指标,一、示功图 二、指示性能指标,8,一、示功图,定义：气缸内压力随工作容积或曲轴转角变化的坐标图，称为示功图。

利用不同形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示功图或p-示功图内燃机缸内压力数据采集系统,示功图是研究内燃机工作过程的重要试验数据9,p-V示功图,p-V图或p-图两者可以互相转换示功图的作用： 1.最高燃烧压力 2.压力升高率 3.指示功 4.燃烧的始点、终点 5.反求放热规律,10,二、指示性能指标,内燃机的指示性能指标是指以工质对活塞做功为基础的指标 指示性能指标只考虑了气缸内因燃烧不完全和传热等方面所引起的热量损失，而没有考虑各运动副间所存在的摩擦损失、泵气损失和辅助机械损失等 指示性能指标主要包括： 1.指示功Wi 2.平均指示压力pmi 3.指示功率Pi 4.指示热效率i 5.指示燃油消耗率bi,11,1. 指示功,指示功是指气缸内完成一个工作循环所得到的有用功Wi 指示功的大小可以由p-V图中闭合曲线所占有的面积求得，图2-3中示出了四冲程非增压和增压发动机以及二冲程发动机的示功图 12,图2-3a中四冲程非增压发动机的指示功面积Fi是由相当于压缩、燃烧、膨胀行程中所得到的有用功面积Fl和相当于进气、排气行程中消耗的功的面积F2(即泵气损失)相减而成，即FiFlF2。

在四冲程增压发动机中(图2-3b)，由于进气压力高于排气压力，在换气过程中，工质是对外做功的，因此，换气功的面积F2应与面积Fl叠加起来，即FiF1F2 在二冲程发动机中(图2-3c)，只有一块示功图面积Fi，它表示了指示功的大小13,指示功的求得：,Fi可以用求积仪或计算方法求得，然后用下式计算Wi (Nm或J)值,Fi为示功图面积，cm2； a为示功图纵坐标比例尺，Pacm； b为示功图横坐标比例尺，cm3cm14,指示功Wi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，指示功表示热功转换的有效程度 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 为了能更清楚地对不同工作容积发动机工作循环的热功转换有效程度作比较，引出了平均指示压力(用pmi表示)的概念15,2.平均指示压力,平均指示压力不仅表示热功转换程度，还表示气缸容积的利用程度平均指示压力，是指单位气缸容积一个循环所做的指示功(Pa),概念一,pmi=Wi/Vs,式中，Wi为发动机一个工作循环的指示功（J） Vs为发动机气缸工作容积（m3）,pmi=Wi/Vs,若Vs用L为单位， Wi用kJ为单位，则pmi为(MPa),WipmiVspmi(D2/4) S，其中，D和S分别为气缸直径和活塞行程，由此可以引出平均指示压力的第二个概念，即,平均指示压力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S所做的功，即为循环的指示功Wi。

16,平均指示压力是从实际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 pmi越高，同样大小的气缸容积可以发出更大的指示功，气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力性能的 一个很重要的指标指示功与平均指示压力的关系,17,一般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 0.60.95MPa 四冲程增压柴油机 0.852.6MPa 二冲程柴油机 0.351.3MPa 汽油机： 四冲程摩托车用汽油机 0.91.43 MPa 四冲程小客车用汽油机 0.651.25MPa 四冲程载货车用汽油机 0.60.85 MPa 二冲程小型风冷汽油机 0.40.85 Mpa,18,3. 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 若一台内燃机的气缸数为i，每缸的工作容积为Vs (m3),平均指示压力为pmi （N/m2），转速为n（r/s），根据pmi的定义，每循环气体所作的指示功（J）为:,19,(2-4),(2-3),20,4. 指示热效率和指示燃油消耗率,指示热效率it定义：发动机实际循环指示功与所消耗燃料热量的比值，即： it=Wi/Q1 Q1为得到指示功Wi所消耗的热量（J）。

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(kgh)时根据it的定义，可得： 式中，3.6l03为1kWh的热当量，kJ(kWh)； B为每小时发动机的耗油量，kgh； Hu为所用燃料的低热值，kJkg21,指示燃油消耗率是指单位指示功的耗油量，它通常以单位指示千瓦小时的耗油量g/(kWh)来表示： bi=(B/Pi)103 因此，表示实际循环的经济性指标it和bi之间存在着以下关系： it =（3.6106）/（Hubi）,22,一般内燃机的it和bi的统计范围如下： it bi g/(kWh) 四冲程柴油机 0.410.50 210170 二冲程柴油机 0.400.50 215170 四冲程汽油机 0.250.40 340215 二冲程汽油机 0.200.278 430300 结论：柴油机的指示热效率高于汽油机， 四冲程发动机的指示热效率高于二冲程发动机23,指示性能指标之间的关系,,24,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,25,一、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，从而有效功率是指既考虑热损失，也考虑机械损失的指标 Pe=Pi-Pm 有效功率与指示功率之比称为机械效率： m=Pe/Pi,26,内燃机机械效率大致范围,内燃机的有效功率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Ttq及在同一工况下的发动机转速，按以下公式求得:,,27,二、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。

平均有效压力是衡量发动机动力性能的一个很重要的参数 按照上述定义可以所表示的pmi和Pi之间的关系那样，列出Pe (kW)和pme(MPa)的关系式,28,因此，对于一定气缸总工作容积(即iVs)的发动机，平均有效压力pme值反映了发动机输出转矩Ttq的大小: Ttqpme pme 反映了发动机单位气缸工作容积输出转矩的大小,(2-12),(2-13),(2-14),(2-15),29,升功率,升功率PL(kWL)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/(iVs) 式中，Pe为发动机的标定功率（kW）；i为气缸数；Vs为每气缸工容积（L）式中，pme为标定工况下的平均有效压力（MPa）； n为标定转速（rmin）,30,升功率PL是从发动机有效功率的角度对其气缸工作容积的利用率作总的评价它与pme和n的乘积成正比PL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 因此，不断提高pme和n的水平以获得更强化，更轻巧和紧凑的发动机，一直是内燃机工作者致力以求的奋斗目标，因而PL是评定一台发动机整机动力性能和强化程度的重要指标之一。

31,发动机的 PL 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,66,倒拖工况与实际运行情况相比有差别: 首先，气缸内不进行燃烧过程，作用在活塞上的气体压力在膨胀行程中大幅度下降，作用在活塞、连杆、曲轴的摩擦损失有所减少 其次，按这种方法求出的摩擦功率中含有不应该有的Pp这一项，且由于排气过程中温度低、密度大，使Pp比实际的还大 再次，倒拖在膨胀、压缩行程中，由于充量向气缸壁的传热损失，以至于P-V图上膨胀线和压缩线不重合而处于它的下方，出现了如图所示的负功面积，而实际上，在测量该工况下的有效功率时，这部分传热损失已被考虑在内这三咱因素的综合结果是：倒拖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，在低压缩比发动机中，误差大约为5%，在高压缩比发动机中，误差有时可高达15%20%，因而此方法在测定汽油机机械损失时得到较广泛的应用67,3. 灭缸法,此法仅适用于多缸发动机方法： 当内燃机调整到给定工况稳定工作后，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，停止向某一气缸供油或点火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Pe。

这样，如果灭缸后其他各缸的工作情况和发动机机械损失没有变化，则被熄灭的气缸原来所发出的指示功率(Pi)x为 依次将各缸灭火，最后可以从各缸指示功率的总和中求得整台发功机的指示功率Pi 然后可以求出Pm和m 采用这种方法时，只要停止一缸的燃烧不致引起进、排气系统的异常变化，如排气管结构不致因一个气缸灭火而引起足以破坏其他气缸换气规律和充量系数的排气压力波的情况下就会相当准确，其误差在5以下 不能用于废气涡轮增压发动机 对于汽油机，由于进气情况的改变，往往得不到正确的结果误差：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,68,4. 油耗线法,B0为发动机空转时的燃油消耗量 B为欲取的工况的小时燃油消耗量,误差：基于it不变，误差较小 设备：一般 适应性：不适用于节气门调节功率的汽油机,69,图2-7为柴油机在转速不变的情况下进行负荷特性试验(详见第九章)，求出发动机在给定转速下，每小时燃油消耗量与平均有效压力的关系曲线如果把燃油消耗量曲线延长并求出其与横坐标轴的交点，就可以求得pmm值这个方法虽然只是近似的方法，但只要在低负荷附近，燃油消耗量曲线为直线就相当可靠，即使没有电力测功器和示功器也能进行测定。

但是，这种方法不适用于用节气门调节功率的汽油机当测得其pmm值后，其机械效率可近似地用下式估算式中，,B0为发动机空转时的燃油消耗量 B为欲取的工况的小时燃油消耗量,图2-7 用油耗线法求柴油机的pmm值,70,在以上所介绍的几种测定机。