第三章内燃机的工作指标与性能分析 3-1内燃机的工作指标 内燃机的工作指标是指内燃机处于正常运行状态下,描述 和表征内燃机性能和工作状态的一组参数 、标定性能的主要指标 标定工况,是指内燃机在标准大气条件下,其动力性能和 经济性能达到设计指标时所处的运行状态。 标定性能指标是指在标定工况下表征内燃机工作性能的主 要指标,比如: 标定功率一一标定工况下内燃机发出的功率 标定转速一一标定工况下内燃机相应的曲轴转速 标定油耗率—一标定工况下内燃机发出单位功率所消耗的 油量。 比质量—一单位标定功率下内燃机所具有的质量 比容积——单位标定功率下内燃机所具有的容积
第三章 内燃机的工作指标与性能分析 3-1 内燃机的工作指标是指内燃机处于正常运行状态下，描述 和表征内燃机性能和工作状态的一组参数。 一、标定性能的主要指标 标定工况，是指内燃机在标准大气条件下，其动力性能和 经济性能达到设计指标时所处的运行状态。 标定性能指标是指在标定工况下表征内燃机工作性能的主 要指标,比如： 标定功率――标定工况下内燃机发出的功率。 标定转速――标定工况下内燃机相应的曲轴转速。 标定油耗率――标定工况下内燃机发出单位功率所消耗的 油量。 比质量――单位标定功率下内燃机所具有的质量。 比容积――单位标定功率下内燃机所具有的容积
比质量和比容积是用以评价、比较内燃机轻重、紧凑、设 计合理性的重要指标 大修期—一指从新机开始使用至第一次进行大修或二次大 修之间内燃机累计运行的时间。是表征内燃机可靠性与寿命的 重要指标 二、驱动扭矩和驱动功率 用测功器可测出某一工况下内燃机输出的扭矩或驱动扭矩 M(见图3-1)。 M=Pb 图3-1测功器示意图
比质量和比容积是用以评价、比较内燃机轻重、紧凑、设 计合理性的重要指标。 大修期――指从新机开始使用至第一次进行大修或二次大 修之间内燃机累计运行的时间。是表征内燃机可靠性与寿命的 重要指标。 二、驱动扭矩和驱动功率 用测功器可测出某一工况下内燃机输出的扭矩或驱动扭矩 Me（见图3-1）。 Me = Pb 图 3－1 测功器示意图
用转速仪可测出同一工况下内燃机的转速,则内燃机输出 的有效功率或驱动功率为 N=2πnM/103/60 (3-1) 三、循环指示功率 图3-2所示的是内燃机的p-V曲线图。每缸每循环的指示功 W可沿封闭曲线进行积分获得,即 W1=中pdV (3-2) 也就是图中封闭曲线围成的面积 对于二冲程机(图3-2(a)单缸循环指示功W就是阴影面积, 对于四冲程机,单缸循环指示功W就是: 图3-2(b)阴影面积A+C即为压缩膨胀冲程传递给活塞的 功 图3-2(c)阴影面积(A+C)-(B+C),即为四个冲程传递给活 塞的功 B+C为泵气损失。对非增压机,B+C为负功,对增压机,B +C为正功
用转速仪可测出同一工况下内燃机的转速，则内燃机输出 的有效功率或驱动功率为 Ne =2πnMe /103 / 60 (3-1) 三、循环指示功率 图3-2所示的是内燃机的p-V曲线图。每缸每循环的指示功 Wi可沿封闭曲线进行积分获得,即 (3-2) 也就是图中封闭曲线围成的面积。 对于二冲程机(图3-2(a)),单缸循环指示功Wi就是阴影面积， 对于四冲程机，单缸循环指示功Wi就是： 图3-2（b） 阴影面积A＋C,即为压缩膨胀冲程传递给活塞的 功。 图3-2（c） 阴影面积(A+C)－(B+C)，即为四个冲程传递给活 塞的功。 B＋C为泵气损失。对非增压机，B＋C为负功，对增压机，B ＋C为正功。 Wi = pdV
EVO IVO EO IO B BC V TC TC EVC BC (b) 图3-2p-V曲线图示例 a)二冲程发动机;(b)四冲程发动机;c)部分负荷下四冲程汽油机 进气和排气行程(泵气回路)
图 3-2 p-V (a)二冲程发动机； (b)四冲程发动机； c)部分负荷下四冲程汽油机 进气和排气行程(泵气回路)
单缸指示功率为:M=Wn (3-3) 式中,Z—动作系数(也称为活塞行程数),对于四冲程 机,Z=4;对于二冲程机,Z=2;对于二冲程双动机,Z=1 这个功率称为指示功率,即缸内工质作用于活塞的功率, 与驱动功率的不同之处在于,它包含了克服内燃机摩擦和带动 辅助机械所消耗的功率以及泵气功率。 四、道路功率 指车用内燃机为克服汽车轮胎滚动摩擦阻力和车辆气动阻 力所消耗的功率。道路功率的近似计算式为: N,=f mg+paf (3-4)
Z W n N i i 2 1 = 单缸指示功率为： (3-3) 式中，Z——动作系数(也称为活塞行程数)，对于四冲程 机，Z=4；对于二冲程机，Z=2; 对于二冲程双动机，Z=1。 这个功率称为指示功率，即缸内工质作用于活塞的功率， 与驱动功率的不同之处在于，它包含了克服内燃机摩擦和带动 辅助机械所消耗的功率以及泵气功率。 四、道路功率 指车用内燃机为克服汽车轮胎滚动摩擦阻力和车辆气动阻 力所消耗的功率。道路功率的近似计算式为： （3-4） r R A a D A A A N f m g f F v v = + 2 2 1
式中, 滚动阻力系数,凭经验确定(0.012<∫ 0.015)3m—车辆质量;g—重力加速度;ρa环境空气密 度;f—气动阻力系数,凭经验确定(对于汽车,0.3<f ≤0.5)3;∫r车辆最大横截面积;ν车辆速度 五、平均指示压力 P 10 MPa,即为单位气缸工作容积所作的指示 功,代入式(3-3),可得 NZ 103 MPa(3-6) 2 六、油耗率g与效率7 g;-表示内燃机每小时每单位指示功率所消耗的燃料量 g 10 g/kW.h (3-7)
式中，fR——滚动阻力系数，凭经验确定(0.012＜ fR ＜ 0.015）3 ;mA——车辆质量；g——重力加速度； 环境空气密 度；fD——气动阻力系数，凭经验确定(对于汽车,0.3＜ fD ≤0.5) 3 ; fA—车辆最大横截面积；vA——车辆速度。 五、平均指示压力 MPa ，即为单位气缸工作容积所作的指示 功，代入式(3-3)，可得 MPa （3-6） 六、油耗率gi与效率 gi--表示内燃机每小时每单位指示功率所消耗的燃料量。 g/kW•h （3-7） a 3 10− = s i i V w p 3 = 10 i i i N m g i 3 10 2 − = V n N Z p s i i
l一每循环内燃机所作的功与每循环供给的燃料燃烧所释 放能量之比 2r H (3-8) H 2 七、空燃比和燃空比 空燃比 Af= (3-9) 燃空比 F/A: 每循环进入气缸的空气质量 m一每循环喷入气缸的燃料量 对于汽油机,A/F=12~18,F/A=0.056~0.083, 对于柴油机,AF=18~70,F/A=0014~0.056 八、容积效率(充气效率)ηy η定义为每循环空气进入进气系统的容积流量m除以被
－每循环内燃机所作的功与每循环供给的燃料燃烧所释 放能量之比 （3-8） 七、空燃比和燃空比 空燃比 A/F= (3-9) 燃空比 F/A= (3-10) mL －每循环进入气缸的空气质量， mf －每循环喷入气缸的燃料量。 对于汽油机， A/F＝12～18， F/A= 0.056～0.083， 对于柴油机， A/F＝18～70， F/A= 0.014～0.056。 八、容积效率(充气效率) η V η V定义为每循环空气进入进气系统的容积流量mL除以被 i f u i f u i f u i i m H N H n Z m n Z N H n Z m W = = = 2 2 2 f L m m L f m m
活塞置换容积的速率。 2rn 或者表示为n (3-11) Is ps 九、比排放量 比排放量定义为单位时间、单位输出功率内燃机排出污染物的 质量流量,单位为mg/(kWh) 十、增压压力Pk与增压比πk Pk:在环境状态下,空气经压气机压缩后压气机的出口压力或 进入气缸前的压力 k 在环境状态下,空气经压气机压缩后的出口压力比上环 境压力。 十一、机械效率7m 7n1:内燃机输出的有效功率比上指示功率
活塞置换容积的速率。 或者表示为 （3-11） 九、比排放量 比排放量定义为单位时间、单位输出功率内燃机排出污染物的 质量流量，单位为mg/(kW·h)。 十、增压压力PK与增压比πk PK :在环境状态下，空气经压气机压缩后压气机的出口压力或 进入气缸前的压力。 πk：在环境状态下，空气经压气机压缩后的出口压力比上环 境压力。 十一、机械效率 ：内燃机输出的有效功率比上指示功率 m m s s L S L V V m m m = = V n m s s L V 2 =
NN,+NI 3-2内燃机的指示参数 内燃机的指示参数是用以表征燃料燃烧释放出来的热能转变 为机械能完善程度的一组参数,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。 内燃机的指示参数主要包括内燃机的平均指示压力p、指示 功率N、指示效率n以及指示油耗率g,下面主要讨论这几个参 数。 、平均指示压力p和指示功率N 1.平均指示压力p 以一个假想的数值不变的气体压力作用在活塞上,在一个 膨胀行程内所获得的功与一个工作循环的指示功W相等,这个 假想的压力就称为平均指示压力p。如图3-3所示
（3-13） 3-2 内燃机的指示参数 内燃机的指示参数是用以表征燃料燃烧释放出来的热能转变 为机械能完善程度的一组参数，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。 内燃机的指示参数主要包括内燃机的平均指示压力pi、指示 功率Ni、指示效率ηi以及指示油耗率gi，下面主要讨论这几个参 数。 一、平均指示压力pi和指示功率Ni 1. 平均指示压力pi 以一个假想的数值不变的气体压力作用在活塞上，在一个 膨胀行程内所获得的功与一个工作循环的指示功Wi相等，这个 假想的压力就称为平均指示压力pi。如图3-3所示。 i m e m e i e m N N N N N N N = − + = = 1
图3-3求平均指示压力p的示意图
图3-3 求平均指示压力pi的示意图