第1发动机性能指标

②经济性指标：
A.有效燃油消耗率be：简称有效油耗率，指单位时间内发动机每kW有效功率的平均燃油消耗量，单位为克/千瓦?时（g/kW.h）。该值越小，表示发动机越省油，即经济性越好。是评定发动机经济性的主要指标。
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表1.1 捷达前卫轿车用ATK发动机主要技术性能参数
发动机是汽车的“心脏”，是汽车的动力源，也是汽车最关键最重要的组成部分，其性能优劣对汽车整体的使用性能影响极大。汽车的动力性能取决于发动机功率，汽车行驶过程中随机输出功率的大小，必须根据工况需求不断变化，才能使汽车顺利地完成运输任务。因此，了解发动机功率和工况的意义及其关系，不但检验其性能时需要，正确操作发动机或驾驶汽车也十分必要。
汽车的标定参数是评价新车质量等级和在用汽车技术状况的重要依据，也是汽车使用性能检测、故障检测与诊断、修理与调整、维修质量检验以及驾驶操作与使用的参照标准。因此，了解发动机性能指标和汽车标定参数，是发动机和汽车设计制造者、汽车检测站检验员、发动机和汽车维修人员、维修质量检验员、发动机操作使用和汽车驾驶人员以及发动机和新车销售、二手车交易、交通管理、事故责任鉴定、保险定损理赔等相关技术人员必须学习和掌握的基本知识。
②排气颗粒：指发动机排出的除水以外的固态和液态微粒，如柴油机碳烟等物质。主要用于评定柴油机汽车对空气的污染程度。
③噪声：主要指发动机工作或汽车行驶时排气、零件运动、振动和喇叭鸣叫等产生的噪声，单位为分贝（dB）。主要用于评价发动机或汽车响声对环境影响的程度。
2.发动机主要技术参数
为便于检测、维修等技术人员对发动机进行检修时对比参照，也为驾驶人员提供正确操作使用的依据，在汽车使用说明书中，都有发动机结构性能参数与技术性能参数。由于参数较多，为便于查找，一般用表格的方式集中列出。表1.1是捷达前卫轿车用ATK型发动机的主要性能参数。
3. 发动机用途工况
具有特定用途特征，根据发动机输出标定功率的持续时间定性的工况，称为用途工况。一般包括以下几种。 ⑴面工况：面工况是指发动机工作时功率和转速变化频繁且范围大、输出扭矩随阻力矩变化而变化的工作情况，如汽车用发动机大多数时间都在面工况下工作。
⑵点工况：发动机作为抽水机的动力作业时，由于负荷变化微小，发动机输出功率和转速基本保持不变的工况就属于点工况。
C.有效转矩Me：发动机通过曲轴对外输出的平均转矩，单位为牛?米（N?m）。该值越大，表示发动机动力性越好，是计算发动机功率的重要参数。
D.平均有效压力pme：每工作循环中单位汽缸工作容积所发出的有效功，用单位活塞面积假设的压力来表示的值，单位为兆帕（Mpa），该值越大，表示发动机动力性越好。
随着新技术、新材料、新结构和新功能的不断开发和应用，使得现代汽车的综合性能越来越好，新型发动机的性能更是向着节能、高效、环保和耐用等多方面发展，使发动机的综合性能不断得到提高；发动机的性能指标和汽车标定参数也不断发生变化，以适应新的标准。对汽车的检测技术、维护修理质量和驾驶操作技术都提出了新的、更高的要求，因此，需要认真学习和详细发了解发动机的性能和汽车的标定参数。
以上指标主要用于评定发动机理论循环的动力性和经济性，是设计发动机时用于设定功率和油耗率的理论基础。
(2)有效指标：在有关规定条件下，经试验检测得出的，不含循环热损失和机械摩擦损失的指标，称为有效指标。它又分为动力性能指标和经济性能指标两类。发动机动力性指标包括有效功率Pe、有效转矩Me、机械效率ηm、平均有效压力pme等。主要用于评价发动机的动力性能。发动机经济性指标包括有效燃油消耗率be（简称有效油耗率）和有效热效率ηe等，主要用于评价发动机的经济性能。
针对内燃发动机功率标定方法，国家规定的试验标准中规定，对内燃机输出相应功率的持续时间、大气压状况、环境温度、空气相对湿度、发动机所带附件、进排气阻力等都有严格规定；对主要参数的测量精度和测量仪器的精度等，也有严格规定。目的是为发动机与工作机械的匹配提供依据。
1.1.2 发动机工况
2. 发动机典型工况
在汽车运行过程中，具有代表性的工况，称为典型工况。典型工况又分为以下两类：一是按负荷变化的工况，包括小负荷工况、中等负荷工况、全负荷工况和超负荷工况等几种。二是按转速变化的工况 ，包括加速工况、减速工况、匀速工况、怠速工况、低速工况、中速工况、高速工况、全速工况和超速工况等几种。
②比质量gN：发动机质量与标定功率的比值，单位为千克/千瓦（kg/kW）。人们总是希望发动机的质量轻而功率大，比质量gN就是用于评定这种性能的指标。
③强化系数：发动机汽缸平均有效压力与活塞平均速度的乘积。用于评价发动机的机械强度和强化性能。
(4)排放指标：
①有害气体：主要指发动机排气中一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）和各种氮氧化合物（NOx）等有害气体的含量。主要用于评定汽油机单车对空气和环境的污染程度。
发动机理论性能包括内燃机理论循环、充气效率、混合气形成及其燃烧过程、燃烧热效率、排气与散热损失、机械损耗和热能利用率等。但这些方面的研究旨在对新型发动机设计，或为提高已经定型发动机性能而进行结构改造等的应用，本书不作探讨，仅对与发动机使用有关的性能和汽车标定参数进行叙述。
发动机的使用性能包括发动机特性、性能指标及性能标定参数等。它不但直接反映了发动机的功率、转矩、燃油消耗量、工作可靠性和使用寿命等诸多性能的优劣，还是影响汽车整车动力性能、经济性能和排放性能的主要因素。
第1章 发动机性能指标
1.1 概述
导入案例
人们都知道汽车和拖拉机用发动机的功率单位是千瓦或马力，但你知道千瓦和马力的标准依据是什么吗？有人说：“东方红75马力拖拉机的动力就是相当于套上了75匹马。”
这种说法对吗？科学吗？怎样才能科学的解释这个问题？
了解发动机功率和工况的概念有什么实用意义呢？
发动机运行中的各种工作情况，称为发动机的工况。主要用发动机的转速和负荷来表示。从微观意义上讲，发动机转速或负荷每发生一点点变化，均可称为一个工况，但这种过于细致的划分不但难以分清，而且没有多大的实用意义。因此，发动机工况一般分为工作工况、典型工况和用途工况等几类。
1.发动机工作工况
在发动机运行中，输出功率和转速随负荷或使用条件变化而变化的情况，称为工作工况。只有发动机输出功率和转矩与工作机械消耗的功率和转矩相等时，工作工况才能稳定。当工作机械的阻力矩变化时，即发动机的负荷发生变化时，发动机的工作工况就会随之发生变化 ，汽车用发动机的工作工况大多数时间是不断变化的。性能良好的汽车发动机，通过正确操作应能适应工作工况的变化，否则应经检测后进行调整、校正或维修。
⑶线工况：线工况也称恒速工况。在该工况下工作的发动机转速基本保持不变，输出功率随负荷变化而变化。如发电机组用发动机就是在这种工况下工作的。
⑷螺旋桨工况：船舶用发动机按推进特性工作，功率与转速的立方成正比增长，其工况称为螺旋桨工况。
⑸其他：拖拉机在农田作业时，负荷因土壤松实不同而变化，工况近似于恒速工况，运输作业时为面工况工作。
2. 使用特点的功率标定法
(1)15min功率标定法：使用时输出标定功率的时间小于1h的发动机，用15min功率标定法标定其功率。如汽车、运输用拖拉机、摩托车和军用车辆装配的发动机经常在短时间内使用标定功率，因此，这种方法适用于对这类车辆发动机功率的标定。
(2)1h功率标定法：使用时输出标定功率的时间大于1h的发动机，用1h功率标定法标定其功率。这种方法适用于船舶、工程机械和农田耕作拖拉机用发动机功率的标定。
1. 发动机功率的单位
发动机功率一般用P来表示。国际上通用的单位是千瓦（kW），公制单位是马力（pS）。千瓦的单位标准是将重102kg的物体，用1s的时间升高1m所用的力，称为1kW；公制马力的单位标准是将重75kg (英制马力为76kg)的物体，用1s的时间升高1m所用的力，称为1马力（pS）。
1.1.1发动机功率
按发动机功率使用性能分为标定功率和最大功率等；按理论性能分为指示功率、有效功率和平均升功率等。制造厂家在新发动机使用说明书中给出的一般为标定功率，是根据国家标准《内燃机台架实验方法》的规定，在标准大气和规定负荷等条件下经试验检测得出的，并根据其用途特点，按能够输出标定功率的持续时间进行分类标定。最大功率是指发动机在短时间内允许输出的极限功率。
汽车的发动机工作时，其工况随工作条件和负荷的改变会不断发生变化，为使汽车适应这种变化，必须不断调整发动机的转速，以使各种工况下输出的功率和扭矩满足汽车在各种条件下行驶的需求。
导入案例评析
动力机械的功率，是以世界通用的“千瓦”（kW）或公制“马力”（PS）为单位，用统一的标准，经过严格的试验后标定的。那种用马的力作解释是不科学的。理解功率和工况的概念，能够使我们在检测时正确了解发动机的动力性能，在使用过程中根据工况的变化，正确操作发动机或正确驾驶汽车。
①动力性指标：
A.有效功率Pe：发动机通过曲轴对外输出的功率，即指示功率减去机械损失功率所剩的功率，单位为千瓦（kW）。该值越大，表示发动机动力性越好，能够对外输出的有效功率越大。是评定发动机动力性的主要指标。
B.机械效率ηm：发动机有效功率与指示功率之比。机械效率ηm越高，表示发动机机械损耗的功率越少，能够对外输出的有效功率越大。
B.有效热效率ηe：发动机有效功We与所消耗燃油热量Qi的比值。有效热效率越高，表示发动机每千焦（kJ）有效功所消耗的燃油量越少。
(3)强化指标：
①升功率PL：发动机每升汽缸工作容积所发出的有效功率，单位为千瓦/升（kW/L）。一般来说，发动机排量越大，功率也越大，但由于功率还与转速、有效转矩、充气效率和压缩比等有关，因此不能呈线性比例，排量也就不能直接评定发动机功率的大小。
思考题
1.发动机功率单位“千瓦”和“马力”各有什么含义？
2.发动机工作工况的定义是什么？
3.如何根据工况的变化正确操作发动机或正确驾驶汽车？