发动机示功图与指示性能指标
发动机性能指标
汽油机Ge约为270~410g/(KW.h)，柴油机约为215~285g/(KW.h)
三.标定性能指标
1.指示功Wi:一个实际循环工质对活塞所做的有用功。 Wi =Ai x axb （N•m 或 J)
Ai—示功图面积（cm2）
a —示功图纵坐标比例尺（KPa/cm） b —示功图横坐标比例尺（dm3/cm） 2.平均指示压力pi ：发动机单位气缸工作容积一个循环 所做的指示功。相当于一个假想的平均不变的压力， 以这个压力作用在活塞上，使活塞移动一个冲程 s， 做功Wi。从实际循环角度来评价发动机汽缸工作容积 利用率高低的一个参数， pi越高，气缸工作容积利用 率越高。
汽油机ηi约为0.25~0.40，柴油机ηi约为0.4~0.5
二、有效性能指标
1.有效功率 Pe 物理意义：发动机运转时曲轴对外输出的功率 有效功率Ne--从发动机曲轴上输出的净功率 机械损失功率，它包括： ①摩擦损失（50 ~60%） 如连杆和曲轴轴承、 配气机构、活塞及活塞环等之间的摩擦损失。 ②驱动气门机构、风扇、机油泵、发电机等附 件所消耗的功率。（10 ~20%） ③泵气损失（10 ~20%）指进排气过程消耗的 功。
发动机性能指标
衡量发动机的性能指标有指示性能指标、 有效性能指标、标定性能指标。 一、指示性能指标 指示指标不受动力输出过程中机械摩擦和 附件消耗等各种外来因素影响，直接反映由燃 烧到热功转换的工作循环进行的好坏。 主要有：指示功用来评定实际循环动力性的好 坏；循环热效率用来评定循环的经济性。
一、指示功和平均指示压力pmi Nhomakorabea由此，可以更加清楚地对不同发动机的 工作循环的热功率转换有效程度进行比较。 （排除尺寸影响） pi = Wi / Vs Wi: 指示功，J； Vs : 每缸工作容积，L 以下是各种发动机的指示压力范围 汽油机 柴油机
第2章 内燃机的工作指标
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。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。
在标定工况下取值范围：
柴油机：
四冲程非增压 0.6～0.95MPa
四冲程增压 0.85～2.6MPa
二冲程
0.35～1.3MPa
汽油机：
四冲程摩托车用 0.9～1.43 MPa 四冲程小客车用 0.65～1.25MPa 四冲程载货车用 0.6～0.85 MPa 二冲程小型风冷 0.4～0.85 Mpa
工质（气体）推动活塞做功定为作正功 “＋” 活塞推动工质（气体）做功定为作负功 “－”
进气过程 正功 “＋” 压缩过程 负功 “－”
膨胀过程 正功 “＋” 排气过程 负功 “－”
11
指示功
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
12
指示功
非增压
增压
四冲程非增压发动机
指示功面积 Fi Fi F1 F2
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。
29
目前内燃机的pme和PL值一般在下列范围内：
pme/MPa
➢ 农用柴油机 ➢ 汽车用柴油机 ➢ 强化高速柴油机 ➢ 固定船用户速柴油机 ➢ 四冲程摩托车用汽油机 ➢ 四冲程小客车用汽油机 ➢ 四冲程载货汽车用汽油机 ➢ 四冲程小型风冷汽油机
Fi 示功图面积，可以用求积仪或计算方法求得
a:纵坐标比例：Pa/cm N / m2 / cm b:横坐标比例：cm3 / cm 1m3 106cm3
15
2.平均指示压力 pmi
指示功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， 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的概念。
内燃机原理课件
第一章发动机的性能指标与循环分析§1.1 工质对活塞所作之功及示功图四．工质对活塞作功1．正功，负功在发动机工作循环的每一个冲程中，由于活塞总在运动，活塞顶面缸内工质和活塞背面缸外介质都要对活塞作功。
工质压力与活塞运动方向相同时，作正功，反之作负功。
2．冲程功，循环功每一冲程所作之功叫冲程功；每一循环所作之功叫循环功，图1各冲程压力形成的封闭曲线所包围的环积分面积表示。
五．四冲程发动机的示功图1．自然吸气四冲程发动机的示功图1)活塞背面压力p0在四个冲程中对活塞作功为零，因而循环功可由单缸内工质对活塞作功来计算；2)循环动力过程功：压缩与燃烧膨胀冲程所作之正功称为循环动力过程功，即：W1+W3进、排气冲程泵气功：进、排气过程中，工质对活塞所作之功，是排气负功与进气正功之和，即：W2+W3循环过程净功（指示功）：Wi=(W1+W3)-(W2+W3)= W1-W22．增压四冲程发动机示功图由于增压时缸内平均进气压力大于大气压力p0，一般也大于缸内平均排气压力，所以示功图上的泵气功为正功，净指示功为W i=W1+W2六．泵气过程功1．实际泵气功：W2面积2．理论泵气功：（p b-p k）V s，自然吸气机型为零。
3．泵气损失功：自然吸气机型为W2。
§1.2 动力、经济性能指标一. 两类指标 1) 指示性能指标以工质对活塞作功为计算基准的指标称为指示性能指标，简称指示指标。
直接反映工作循环进行的好坏。
包括指示功、平均指示压力、指示热效率和指示燃油消耗率。
2) 有效性能指标以曲轴输出功为计算基准的指标称为有效性能指标，简称有效指标。
用于评定发动机实际工作能力的优劣。
二. 指示性能指标1. 循环指示功与平均指示压力1) 循环指示功：在气缸内完成一个工作循环工质对活塞所作的有用功。
用W i 表示。
W i=W 1+W 2（增压）Wi =(W1+W 3)-(W 2+W 3) = W 1-W 2 （自然吸气）2) 平均指示压力：单位气缸工作容积所作的循环指示功。
名词解释
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-φ示功图。
指示指标:以工质对活塞作功为计算基准的指标称为指示指标；基于示功图算出，用于评价热-功转换过程的优劣。
有效指标：以曲轴输出功为计算基准的指标称为有效指标；由试验测出，用于评价热-功转换和机械功传递全过程的优劣。
指示功：活塞完成一个工作循环所获得有用功（Wi）。
平均指示压力是指单位气缸容积一个循环所做的指示功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，其影响因素：增压比、过量空气系数、换气质量、油气混合的完善程度、燃烧完善程度指示功率：单位时间内所做指示功指示热效率：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：单位指示功的燃油消耗量。
升功率标定工况下，发动机每升气缸工作容积所发出的有效功率。
排放物的浓度:内燃机排放物的浓度,从广义上讲,是指排放物在总排气量中所占的比例.质量排放量:单位时间或按某排放标准规定,进行一次测试,在实验期内测出的污染物质量,称为质量排放量比排放量: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排放率:排放率定义为燃烧单位质量的燃料所排放的污染物质量充量系数:每循环吸入气缸的空气量换算成进气管状态的体积与活塞排量之比。
过量空气系数:燃烧1kg燃料的实际空气量与理论空气量之比。
将实际循环进行简化、忽略次要因素，简化各过程得到的假想循环，称之为理论循环。
后燃:在实际过程中，经常由于供油系统供油不及时、混合气准备不充分、燃烧后期氧气不足等原因而导致燃烧速度减缓，仍有部分燃油在气缸压力达到最高点后继续进行燃烧，称之为后燃。
残余废气系数：发动机每一循环缸内气体总量为m0，包括本循环吸入的新鲜充量m1和上一循环残余在缸内的废气mr。
排气再循环：发动机每一循环吸入的新鲜充量m1，其中一部分来自发动机的排气，用来稀释可燃混合气和降低发动机最高燃烧速度，减少NOx的生成与排放，称为排气再循环(EGR)气门叠开现象：上止点附近进、排气门同时开启，这一现象称为气门叠开。
第一章 发动机的性能(二)
1
第一章
发动机的性能
第三节 发动机的指示性能指标 指示指标:以工质对活塞所作之功为计算 指示指标 以工质对活塞所作之功为计算 基准的指标。 基准的指标。 作用:直接反映由燃烧到热功转换的工作 作用 直接反映由燃烧到热功转换的工作 循环进行的好坏。 循环进行的好坏。
2
从示功图可观察到发动机工作循环的不同阶段（压缩、 示功图可观察到发动机工作循环的不同阶段（压缩、 可观察到发动机工作循环的不同阶段 燃烧、膨胀）以及进气、排气行程中的压力变化。 燃烧、膨胀）以及进气、排气行程中的压力变化。
6
2、平均指示压力Pmi 、平均指示压力
是指单位气缸容积一个循环所作的指示功。 是指单位气缸容积一个循环所作的指示功。
式中，Pmi是平均指示压力（Pa）； i为发动 ）；W 式中， 是平均指示压力（ ）； 机一个工作循环的指示功（ ）； 为发动机气缸 ）；V 机一个工作循环的指示功（J）； s为发动机气缸 工作容积（ ）。 也经常用L为单位 为单位， 工作容积（m³）。 Vs也经常用 为单位，Wi用kJ 为单位， 单位为MPa。 为单位，则Pmi单位为 。
13
3、指示燃油消耗率bi 、 是指单位指示功的耗油量。 是指单位指示功的耗油量。 通常以单位指示千瓦小时的耗油量［ ／（ ／（kw·h）］ 通常以单位指示千瓦小时的耗油量［g／（ ）］ 来表示。 来表示。
4、表示实际循环的经济性能指标ηit 与bi之间关系 、表示实际循环的经济性能指标η
14
第四节 发动机的有效性能指标
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。 的利用率作总的评价。 pme↑、 n ↑ → PL ↑ →强化↑、轻巧↑ 、紧凑↑ 。 强化↑ 轻巧↑ 紧凑↑ 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。 重要指标之一。
热工基础与发动机原理第2章
• 5）发动机工作温度 • 发动机的工作温度直接影响润滑油的工作温度，而随润滑油温度的提
高，其黏度减小。发动机的工作温度过高或过低，就会使润滑油的黏 度过小或过大，均会导致机械损失增加，机械效率下降。同时，温度 过高有时使润滑油变质。因此，使用中应尽量保持发动机正常的工作 温度，一般为80℃~95℃。此外，发动机的工作温度也直接影响混合 气的形成及燃烧过程。发动机工作温度过低，燃料不易蒸发，混合气 形成不良，不完全燃烧损失增加，指示功率减小，使机械效率下降。 而温度过高，则会导致燃烧过程不正常，汽油机易发生爆燃，也会使 指示功率减少，机械效率下降。
，每小时耗油量为 GT （kg/h），则指示燃油消耗率为
Pi （kW）
gi
GT Pi
10 3
指示燃油消耗率是评定发动机实际循环经济 性的重要指标之一
9
• 4．指示热效率
• 指示热效率是指发动机实际循环指示功与所消耗热量之比，即
i
Wi Q1
• Q1 为做 Wi 指示功所消耗的热量，按所消耗的燃料量与燃料的热值 来计算，燃料的热值是指单位质量的燃料燃烧后放出的热量，其数值 取决于燃料本身的性质。
19
• 3．影响机械效率的因素
• （1）点火提前角或供油提前角 • 汽油机的点火提前角和柴油机的供油提前角直接影响实际循环指示功
和缸内最高压力。汽油机的点火提前角和柴油机的供油提前角不易过 大或过小，必须根据发动机的转速和负荷等合理选择。 • （2）发动机转速 • 随发动机转速提高，各摩擦表面间的相对运动速度加大，摩擦损失增 加；同时由于转速上升而引起运动件的惯性力加大，致使活塞侧压力 和轴承负荷增加，也会使汽缸和活塞的摩擦损失增加。此外，转速提 高，还会使泵气损失及驱动附件的机械损失增加。所以，随发动机转 速提高，机械损失功率增加，机械效率下降。根据试验统计，机械损 失功率与转速平方近似成正比，所以转速越高，机械效率下降越快， 如图2-3所示。这也成为通过提高转速来强化发动机动力性的一大障 碍。
发动机原理考试必备
第一章一、名词解释1.理论循环：将发动机的实际循环进行若干简化，使其既近似于所讨论的实际循环，而又简化了实际循环变化纷繁的物理、化学过程，从而提出一种便于作定量分析的假想循环。
2.示功图：记录相对于不同活塞位置或不同曲轴转角时气缸内工质压力的变化，有V p -示功图或ϕ-p 示功图两种。
示功图是研究实际循环的依据，一般是由专门示功器在发动机运转条件下直接测出。
3.指示指标：指示指标是以工质对活塞做功为基础的性能指标，主要是衡量发动机工作过程的好坏。
4.有效指标：有效指标是以发动机输出轴上所得到的功率为基础的性能指标。
主要是考虑到发动机自身所消耗的机械能，用来综合评价发动机整机性能的。
5.指示热效率：是实际循环指示功与所消耗的燃料热量之比值。
6.有效热效率：是实际循环有效功与所消耗的燃料热量之比值。
7.升功率：在标定工况下，发动机单位气缸工作容积所发出的有效功率。
8.比质量：发动机的净质量m 与它所发出的额定功率e P 之比。
9.发动机强化系数：发动机平均有效压力me p 与活塞平均速度m v 的乘积称为强化系数，是评价发动机强化程度的指标。
10.机械效率：机械效率是有效功率与指示功率的比值。
是为了比较各种不同的发动机机械损失所占比例的大小，引入机械效率的概念。
11.发动机热平衡：发动机的热平衡，就是给出燃料的总发热量转换为有效功和其他各项热损失的分配比例。
从这些热量分配中，可以了解到热损失的情况，以作为判断发动机零件的热负荷和设计冷却系统的依据，并为改善发动机的性能指标指明了方向。
三、思考题1．什么是发动机的理论循环？什么是发动机的实际循环？答题要点发动机的理论循环是将发动机的实际循环进行若干简化，使其既近似于所讨论的实际循环，而又简化了实际循环变化纷繁的物理、化学过程，从而提出一种便于作定量分析的假想循环。
发动机的实际循环是由进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个过程所组成，较之理论循环复杂得多，存在必不可免的许多损失，它不可能达到理论循环那样高的循环效率。
第2章发动机的性能与性能指标
③泵气损失，占机械损失的10-20%，是指进排气过 程所消耗的功等。
2.机械损失功率和机械损失压力
与pmi和pme类似，机械损失功率Pm为：
Pm
pmmVhin
30
[kW]
pmm与pmi和pme之间的关系为： pmm =pmi-pme
me
m Pe
[kg/kW]
Pl，me 发动机强化程度高。 实际中，汽油机的强化程度要比柴油机高。
强化系数pme • Cm （MPa • m/s
）
汽油机
PL 30-70
汽车柴油机 18-30
拖拉机柴油机 9-15
me 1.1-4.0
2.5-9.0 5.5-16
pmeCm 8-17
e,汽0.20~0.30 ，ge,汽21~8410[g/kW·h]。
由此可见，柴油机的热效率比汽油机高，经济
性比汽油机好。
三、发动机强化指标
1、升功率
——单位气缸工作容积所发出的有效功率。
Pl
P e
iV h
p3[m0kenW/1L0]3
2、比质量
——发动机的质量m与所给出的标定功率 的比值。
则：
Pi
pmi[VkWhin]
300
3、指示燃油消耗率bi（gi）
指示燃油消耗率：单位指示功率的耗油量，也称 指示比油耗。
b i
B P
[g1/k0W3 ·h]
i
式中：B为每小时耗油量[ kg/h ]。
第5节发动机的性能指标
2、机械损失的测定
1）倒拖法 发动机与平衡电力测功器相连， 发动机与平衡电力测功器相连，首先让发动机在规 定工况下稳定运转。 定工况下稳定运转。当冷却水和机油温度达到规定值 汽油机停止点火，柴油机切断供油， 时，汽油机停止点火，柴油机切断供油，同时将电力 测功器转换为电动机，按给定转速倒拖发动机。 测功器转换为电动机，按给定转速倒拖发动机。电力 所测得的倒拖功率即为发动机在该工况下的机械损失 功率。 功率。 缺点：必须使用平衡电力测功器；价格偏高；由于 缺点：必须使用平衡电力测功器；价格偏高； 缸内压力、温度与实际不符，测量结果往往偏大。 缸内压力、温度与实际不符，测量结果往往偏大。 我国汽车发动机试验标准中规定， 我国汽车发动机试验标准中规定，应优先采用此法测 量机械损失功率。 量机械损失功率。
指发动机输出轴上输出的转矩 指发动机气缸工作容积输出的有 效功 指标定工况下， 指标定工况下，每升汽缸工作容 积所发出的有效功率 指发动机的净质量与有效功率的 比值 指平均有效压力与活塞平均速度 的乘积 指单位有效功的耗油量 指发动机实际循环有效功与所消 耗热量之比
me =
m Pe pe × Cm
GT ×103 Pe
2． 灭缸法——适用于多缸发动机 灭缸法—— ——适用于多缸发动机
三、影响机械效率的因素
1、点火提前角或供油提前角 汽油机的点火提前角和柴油机的供油提前角直接影 响实际循环指示功和缸内最高压力。 响实际循环指示功和缸内最高压力。 提前角过大：提前燃烧的损失大大增加，循环指示 提前角过大：提前燃烧的损失大大增加， 功减少，缸内最高压力增大， 功减少，缸内最高压力增大，使活塞侧压力和轴承负荷 增加，摩擦损失增加——机械效率下降； 增加，摩擦损失增加——机械效率下降； ——机械效率下降 提前角过小：后燃损失增加，循环指示功减少， 提前角过小：后燃损失增加，循环指示功减少，机 械损失也减少，但所占比例小，机械效率仍旧下降。 械损失也减少，但所占比例小，机械效率仍旧下降。
第5章_发动机实际循环与评价指标
1) 高负荷 柴油机a > 汽油机a 柴油机 t > 汽油机 t 汽油机混合气浓且等容度高，Tmax↑， 残余废气↑ ↓，热分解↑ 汽油机 t ↓ 汽油机 > 柴油机，但影响不大 2) 低负荷 汽油机a更小，而柴油机a 更大 汽油机 t ↓↓ 汽油机r↑，柴油机r不变，汽油机 ↓，燃烧速度↓ 汽油机 t↓ 汽油机高、低负荷温差小， Tmax↑ ↓ 汽油机 t↓
指示平均压力(Indicated Mean Effect工作容积所作的循环指示功
循环指示功可以认为是一个假想不变的压力pmi作用在活塞 上，使活塞移动一个冲程所作功
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 大小J/m3)和强化程度。使不同发动机的动力性具有可比性
与泵气有关的功：
理论泵气功
忽略流动阻力, 进、排气冲程压力 所作功之代数和。自然吸气发动 机进、排气压力相同（等于大气 压力），即理论泵气功为零
实际泵气功(泵气过程功)
由于流动存在阻力，进气压力低 于大气压，排气压力高于大气压 力，造成进气和排气流动损失功， 两者之和为实际泵气功 W2+W3 负功
Luoyang Institute Of Science And Technology
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• • • •
机械损失功Wm=Wf+We+Wp Wf:机械摩擦损失功 We：附件消耗功 Wp：泵气损失功
动力性能指标
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内燃机学周龙保(第三版)期末考试知识点整理教学文案
内燃机学周龙保(第三版)期末考试知识点整理教学文案内燃机学周龙保(第三版)期末考试知识点整理《内燃机学》第二章《内燃机的工作指标》名词解释：1.示功图：指发动机气缸内工质压力P随气缸容积V（或曲轴转角φ）而变化的曲线。
2.指示性能指标：指工质对活塞做工为基础的指标。
1)动力性能指标：a)指示功Wi：指气缸内完成一具工作循环所得到的实用功（J）。
b)指示功率Pi：内燃机单位时刻内所做的指示功称为指示功率。
c)平均指示压力Pmi：单位气缸容积所做的指示功(Pa)。
2)经济性能指标：a)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。
b)指示燃油消耗率bi：单位指示功的耗油量。
【g/(kW*h)】3.有效性能指标：指曲轴输出的相关指标。
1)动力性能指标：a)有效功率Pe:发动机轴上所净输出的功率。
b)平均有效压力Pme：单位气缸工作容积所做的有效功。
c)升功率Pl：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。
d)有效扭矩：曲轴的输出转矩。
2)经济性能指标：a)有效热效率：b)有效燃油消耗率：4.充量系数φc（容积效率）：每缸每循环吸入缸内的新奇空气量与按进气系统前状态计算而得的理论充气量之比。
(75%-90%)5.过量空气系数φa:燃烧单位质量燃料的实际空气量与理论空气量之比。
6.压缩比：气体容积与燃烧室容积之比。
7.燃油消耗率：发动机每输出1kW*h的有效功所消耗的燃油量。
8.平均机械损失压力Pmm：发动机单位气缸工作容积一具循环所损失的功。
9.机械效率:有效功率与指示功率之比。
简答题：1.啥是发动机的机械损失？它由哪些损失组成？答：发动机曲轴输出的功或功率小于其气缸内气体膨胀所做的功或功率，两者之差称为发动机的机械损失。
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。
2.机械损失测定的四种办法？动图法、倒拖法、灭缸法、油耗线法。
第二章_内燃机的工作指标
二、合理组织燃烧过程，提高循环指示效率ηit
提高指示效率η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。
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 一般发动机的机械损失平 均压力p的范围
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，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。
三、改善换气过程，提高气缸的充量系数ϕc
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ϕc，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。
b第二章内燃机的工作指标
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。
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。
发动机的 PL & pme范围
机型
pme /MPa
农用柴油机 0.5~0.7
汽车用柴油机 0.7~1
强化高速柴油机 1~2.9
固定船用中速柴油机 0.6~2.5
四冲程摩托车用汽油机 0.78~1.2
四冲程小客车用汽油机 0.65~1.25
四冲程载货汽车用汽油机 0.6~0.7
二冲程小型风冷汽油机 0.4~0.65
示压力为pmi （N/m2），转速为n（r/s），根据pmi的定义，每循环
W p V 气体所作的指示功（J）为: i
mi s
具 有 i个 气 缸 的 发 动 机 每 秒 所 作 的 指 示 功 率 （ W ） 为
Pi
2
p m iV s
n
i
(2-3)
式中：为冲程数，对于四冲程内燃机： 4；对于二冲程内燃机： 2。
二冲程柴油机
0.35～1.3MPa
汽油机：
四冲程摩托车用汽油机 0.9～1.43 MPa
四冲程小客车用汽油机 0.65～1.25MPa
四冲程载货车用汽油机 0.6～0.85 MPa
二冲程小型风冷汽油机 0.4～0.85 Mpa
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
第1章 发动机的性能ppt课件
18
1）实际混合加热循环热效率的分析
1、在任何情况下，为提高热效率，都 应该尽量减少等压加热部分而接近等容 燃烧，这就是所谓的提高“等容度”的 概念。
2、在负荷变化时，若主要是ρ0 变化， 则高、低负荷的ηt 值差别加大，若主要 是λp 变化时，则ηt 将保持大致不变， 这一点对汽、柴油机不同负荷时 ηt 值 的对比有理论指导意义（近似反向）。
4） 等熵指数对循环热效率的影响
(1) t
εc 大时明显
16
不同加热循环，影响热效率的因素有所不同， 但共同的特点是三种理论循环的热效率均与压 缩比和等熵指数有关：
⊙三个循环的 ηt 均随εc的加大而上升。一般来
说，εc较小时明显，εc较大时不显著。提高
压缩比可以扩大循环高低温热源的平均温度差，
理论循环是发动机工作过程最本质的模型， 影响理论循环热效率的主要参数和规律，同样 是影响实际发动机动力、经济性能的关键环节。
根据理论循环，改善发动机动力、经济性能 的基本原则是：提高燃烧加热后的能量质量， 即在相同加热量和环境温度条件下，尽可能提 高加热过程中工质的平均温度。
在现有循环模式下，主要的实施方向有三个： 在允许和可能的条件下，提高发动机的压缩比； 合理组织燃烧，提高循环加热的“等容度”， 特别是减小循环的预膨胀比和合理选择燃烧始 点相位；保证工质具有较高的绝热指数。
工程热力学内容
提高循环中工值平均吸热温度，降低平均放热 温度，可提高循环热效率。
两种分析方法：
• 第一定律分析法——立足数量，以热效率为 指标
•
——立
根据热力学第二定律，热能不能完全转 变为机械能，其最大可能转换的部分叫做
愈大，可能达到的热效率就愈高。
《内燃机学第4版》常考知识点总结
过量空气系数 ：燃烧单位质量燃料的实际空气量与理论空气量之比。
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的比值。
有效燃油消耗率 be：单位有效功的耗油量。
平均机械损失压力：发动机单位气缸工作容积一个循环所损失的功。
质量排放量: 单位时间或按பைடு நூலகம்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。
进气谐振（进气管动态效应）: 由于间歇性、周期性进气，进气管内存在压力波，在特定
的进气管条件下，可以利用此压力波提高进气门关闭前的进气压力，提高充气效率，这就
是进气谐振。
（当采用可变技术时，在高转速、大功率时应装配短而粗的进气管，中低转
速、大转矩时应装配长而细的进气管。）
机械增压：发动机输出轴直接驱动机械增压装置，实现对进气的压缩。
比排放量: 每单位功排出的污染物质量。
排放率（排放指数）：燃烧单位质量的燃料所排放的污染物质量。
内燃机的工作循环：周期性的将燃料燃烧所产生的热能转变为机械能的过程。
内燃机的理论循环：通常根据内燃机所使用的燃料、混合气形成方式、缸内燃烧过程（加热
方式）等特点把火花点火发动机的实际循环简化为等容加热循环，把压燃式柴油机的实际循
指示功率 ：内燃机单位时间所做的指示功。
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 ：单位指示功的耗油量。
机械损失功率Pm ：发动机发出指示功率时由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。
有效功率 ：发动机发出的指示功率减去机械损失功率。
环简化为混合加热循环（高速柴油机）或等压加热循环（高增压及大型低速柴油机），这些
17柴油机的性能指标解析
gi为指示油耗率，g/kW· h；GT为柴油机每小 时的耗油量，kg/h；Ni为指示功率，kW。
柴油机gi值的一般范围为： 四冲程柴油机gi=170～200g/g/kW·h。
四、指示效率ηi
燃油所含的热能转变为指示功的有效程度用 指示效率来度量，它在数值上等于实际循环 的指示功与为获得此指示功所消耗燃油的热 量之比值 。
P
3 4
燃烧过程后期： 近似于定压加 热过程 膨胀过程：前期 为吸热过程；后 期为放热过程 排气过程： 排气压力略 高于大气压 力 5 0 6
2
Po 吸气过程: 吸入气缸 中的气体 压力略低 于大气压 力 上止点
1
下止点
V
机械喷射式柴油机的示功图
一、平均指示压力pi 平均指示压力是表明柴油机单位气缸工作容 积作功能力大小的指标，可用来评定不同类 型柴油机的作功能力和工作循环的完善程度。
第八章 柴油机的性能指标
对于各种类型柴油机的性能进行比较，需 有一个衡量尺度，称为性能指标。 动力性指标 机动性 经济性指标 续航力 噪声与排放性能 环保要求 可靠性与耐久性 工作寿命
• •
柴油机的动力性与经济性指标有两种： 以气缸内工质对活塞作功为基础的指标 称为指示指标； • 以柴油机曲轴输出功率为基础的指标称 为有效指标。
式中，pi为平均指示压力，kPa；Wi为指示功， kJ；Vh为气缸工作容积，m3。
指示功的大小可由p—V示功图计算求得。 令 pi p2 ，则 p1
Wi piVh pi FS
说明平均指示压力pi可以 看成是作功行程中作用在 活塞顶上的一个假想的大 小不变的压力，它使活塞 移动一个行程S所作的功等 于指示功Wi。
平均有效压力pe是一个假想的不变的压力。 pe为柴油机单位气缸工作容积在曲轴上所输 出的有效功。
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F1
+
F2
W i kFi Fi F1 F2
四冲程非增压发动机的示功图 6
p dV
360or720
Wi pdV pdV 1 7
二、平均指示压力(imep)
平均指示压力是指单位气缸容积一个循环所做的指示功.
pmi Wi Vs
平均指示压力是一个假想不变的平均压力作用在活塞上 使活塞移动一个行程所做的功等于这个循环的指示功。
Pi
inVs
30
pmi
14
it
0.41~0.50 0.40~0.50 0.25~0.40 0.20~0.28
b i /[g(kW·h)-1]
170~210 170~215 215~340 300~430
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。
13
指示性能指标之间的关系
Pi
inW i
3 0
Wi pmiVs
11
四、指示热效率Indicated Thermal Efficiency
发动机的指示功与燃料热量的比值。
it
Wi Q
Pi BHu
五、指示燃油消耗率isfc
单位指示功的燃油消耗量。
bi
B Pi
bi
1 it
12
发动机ηit & bi一般范围
四冲程柴油机 二冲程柴油机 四冲程汽油机 二冲程汽油机
W ipm i A pSpm iV s
8
pmi p0
平均指示压力是从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。
9
一般发动机pmi范围
柴油机： 四冲程非增压柴油机 四冲程增压柴油机 二冲程柴油机
汽油机： 四冲程摩托车用汽油机 四冲程小客车用汽油机 四冲程载货车用汽油机 二冲程小型风冷汽油机
内燃机缸内压力数据采集系统
2
p — 压 力 示 功 图 p — d ia g ra m
下止点
上止点
下止点
上止点
进气行程
压缩行程
燃烧膨胀行程
排气行程
气 缸 压 力
0
180
360
540
曲轴转角 / (º)CA
720
3
p－V 压力示功图 p-V Diagram
4
指示性能指标 Indicated Parameters
第一节 示功图与指示性能指标
Pressure Diagram and Indicated Parameters
主要学习内容 ➢ 示功图 ➢ 指示性能指标
1
示功图 Pressure Diagram
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-φ示功图。
0.6~0.95MPa 0.85~2.6MPa 0.5~1.3MPa
0.8~1.3MPa 0.8~1.43MPa 0.7~0.85MPa 0.4~0.7MPa
10
三、指示功率 Indicated Power
单位时间内燃机所做的指示功。
Pi
incWi
inWi
30
τ：冲程数。四冲程内燃机, τ=4; 二冲程内燃机, τ=2
以缸内气体工质对活塞做功为基础的性能指标。 Parameters that are based on the work
delivered from the gas to the piston over the entire cycle.
5
一、指示功 Indicated Work
活塞完成一个工作循环所获得有用功（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出。