第二章 内燃机的工作指标

第二章 内燃机的工作指标

内燃机的工作指标主要有动力性能指标（功率、转矩、转速）、经济性能指标（燃油与润滑油消耗率）、运转性能指标（冷起动性能、振动、噪声和排气品质）和耐久可靠性指标（大修或更换零件的最长运行时间与无故障长期工作能力）。

意义：改善发动机的性能。

讨论：选择买车时，考虑哪些方面？

第一节 示功图与指示性能指标

一、示功图

1、工作过程：进气、压缩、膨胀、排气

2、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，所得结果即为p-V 或p-φ示功图。（画图）

二、指示性能指标

特征：以工质对活塞做功为基础

（一）指示功和平均指示压力

定义：指示功是指气缸内内完成一个工作循环所得到的有用功W i ,大小可由示功图中闭合曲线所占有的面积求出。

平均指示压力mi p ，是指单位气缸容积一个循环所做的指示功，单位为Pa 。 i mi s

W p V = s V 为发动机气缸工作容积，单位3m 。

计算：2(/4)s V D S π=

式中，D 和S 分别为气缸直径和活塞行程。

理解：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，使活塞移动一个行程S 所做的功，即为循环的指示功。

有关数据。

四冲程自然吸气柴油机：0.6～0.95Mpa

四冲程增压柴油机： 0.85～2.6Mpa

四冲程小客车用汽油机：0.8～1.43MPa

（二）指示功率

指示功率P i ：内燃机单位时间内所作的指示功称为指示功率（单位为W ）。

公式推导：i mi s W p V =，根据定义：2i mi s n P p V i τ

= 式中，i 为气缸数，τ为冲程数。

在实际应用中，注意单位不同，一般采用()mi p MPa ，()s V L ，(/min)n r ，()i P kW ，因此推出：30mi s i p V ni P τ

=。对四冲程τ＝4，二冲程τ＝2。 （三）指示热效率it η和指示燃油消耗率i b

定义：指示热效率是发动机实际循环指示功与所消耗的燃料热量的比值。计算公式：31 3.610i i it u

W P Q BH η⨯==，u H 为所用燃料的低热值（/kJ kg ），B 为每小时燃油消耗量（/kg h ）。

定义：指示燃油消耗率是指单位功的耗油量，通常用单位千瓦小时指示功的耗油量来表示，单位：/()g kW h g 。 计算公式：310i i

B b P =⨯ 指示热效率it η和指示燃油消耗率i b 之间的关系：

6

3.610it u i

H b η⨯= 有关数据：

四冲程柴油机it η＝0.41～0.50，i b ＝170～210/()g kW h g

四冲程汽油机it η＝0.25～0.40，i b ＝215～340/()g kW h g

第二节 有效性能指标

一、机械效率和有效功率

机械损失功率m P ：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。 机械效率：有效功率和指示功率之比，即m m i

P P η= 有效功率的测算：测功器、转速计分别测出转矩()tq T N m ⋅和转速(/min)n r ，计算公式：

3210609550

tq e tq T n n P T π-=⨯= 二、平均有效压力、有效功率和升功率

平均有效压力（理解）：看作是一个假想的、平均不变的压力作用在活塞顶上，使活塞移动一个升程所做的功等于每循环的有效功。 计算：由3210609550tq e tq T n n P T π-=⨯=以及30me s e p V ni P τ

=联立得到 318.3me s tq p V i

T τ=

意义：对于一定气缸总工作容积的发动机，平均有效压力值反映了发动机输出转矩的大小，所以在表示发动机负荷时，可以采用平均有效压力。

tq me T p ∝

升功率：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。 表示：L P ，单位：/kW L

对发动机的制造提出要求：紧凑。适应轿车发展的需要（体积小、加速性好等）。参考教材22页表2－1，2－2。

三、有效热效率和有效燃油消耗率

有效热效率et η是实际循环的有效功与所消耗的热量的比值， 公式：11

e i m et W W Q Q ηη==， 与指示热效率的关系：et it m ηηη=。

有效燃油消耗率e b ：单位有效功的耗油量，常用单位千瓦小时有效功所消耗的燃油克数表示。单位：/()g kW h ⋅。

有关数据：

低速柴油机：et η＝0.38～0.46，e b ＝190～225/()g kW h ⋅

四冲程汽油机：et η＝0.25～0.30，e b ＝280～340/()g kW h ⋅

第三节 机械损失与机械效率

为评定发动机机械损失，可定义平均机械损失压力mm p ，机械损失功率m P 。关系与平均指示压力、平均有效压力类似，30mm s m p V ni P τ

=

一、机械损失的组成部分

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耗

4、风阻损失

5、驱动扫气泵及增压器的损失。

二、机械损失的测定方法

1、示功图法：燃烧分析仪测录气缸的示功图（指示功率），测功器测出有效功率。

2、倒拖法：具有倒拖能力的电力测功器（电动机）试验台，发动机运行到正常工况时不再供油。

3、灭缸法：多缸发动机。

4、油耗线法。

第四节排放指标

一、排放物浓度：体积分数，气体排放：ppm；微粒：质量浓度

二、质量排放量：单位时间或按某一排放标准，进行一次测试，在试验期内测出的污染物质量。单位：/g h，或g/测试。

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。单位：/()

g kW h⋅。

四、排放率：燃烧单位质量燃料所排放的污染物质量。

第五节提高内燃机动力性能与经济性能的途径

一、采用增压技术

η

二、合理组织燃烧过程，提高循环指示效率

it

φ

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