绪论发动机性能指标

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1、汽车发动机原理授课老师：阎春利 绪 论l课程性质：专业基础课l适应专业：交通运输类/车辆工程l教学目的和任务： 比较系统地掌握现代车用发动机的基本工作原理和工作过程，理解发动机的主要性能指标及评价，掌握发动机工作过程的分析方法及性能指标与各工作过程的内在联系；了解影响整机性能的使用因素及提高性能的基本途径。 绪 论l学时：36l讲课学时：32l实验学时：4l学分：2 绪 论汽 油 机 燃 烧 过 程5. 柴 油 机 燃 烧 过 程6. 发 动 机 的 特 性7. 燃 烧 与 燃 烧 热 化 学4. 发 动 机 的 换 气 过 程3. 发 动 机 的 性 能 指 标2. 废 气 涡 轮 增 压

2、技 术8. 绪 论1. 排 气 污 染 与 控 制9. 绪 论l课程教学基本内容及要求 本 课 程 主 要 讲 述 汽 车 的 基 础 理 论 知 识 ， 汽 车 使 用 性 能 和实 验 方 法 。l 了 解 发 动 机 的 发 展 概 况 ；l 熟 练 掌 握 发 动 机 理 论 循 环 的 特 点 及 实 际 循 环 对 其 的 修 正 、发 动 机 性 能 指 标 ；l 掌 握 四 冲 程 发 动 机 的 换 气 过 程 ；l 熟 练 掌 握 发 动 机 的 燃 烧 过 程 ；l 熟 练 掌 握 发 动 机 的 特 性 ；l 发 动 机 增 压 及 其 特 殊 问 题 ; l 懂 得

3、发 动 机 所 用 燃 料 的 基 本 原 理 ；l 了 解 其 他 动 力 装 置 ; 绪 论l 发 动 机 负 荷 特 性 试 验l 发 动 机 速 度 特 性 试 验 汽 车 构 造 、 工 程 热 力 学 、 化 学 等 绪 论教 材董 敬 、 庄 志 等 .汽 车 拖 拉 机 发 动 机 .机 械 工 业 出 版社 .2006 主 要 参 考 书 l 孙 凤 英 等 .汽 车 性 能 .东 北 林 业 大 学 出 版 社 .2008年l 陈 家 瑞 主 编 .汽 车 结 构 .人 民 交 通 出 版 社 .2006l 冯 健 璋 .汽 车 发 动 机 原 理 与 汽 车 理 论 .北

4、 京 ： 机 械工 业 出 版 社 ， 1999年 绪 论考 核 方 式 绪 论工程热力学基础知识（补充） 热 力 过 程 和 准 静 态 过 程l热力过程热力学状态连续变化的历程。 l非准静态过程系统经历一系列不平衡状态的过程。l准静态过程系统经历一系列无限接近平衡状态的过程。l准静态过程进行的条件：推动过程的作用无限小。 可 逆 过 程 和 不 可 逆 过 程l可逆过程：系统进行一个热力过程后，能够沿原路径逆向回复到初态，而不引起别的变化的热力过程。 l不可逆因素：摩擦、温差传热。l不可逆过程：存在自发的变化，从而产生不可复逆影响的过程。（如：摩擦、温差传热的影响。） l不可逆过程意味着作

5、功能力的损失。 熵及温熵图l熵是一个导出的状态参数，熵的增量等于系统在可逆过程中交换的热量除以传热时的绝对温度T所得的商。l同功量的图示相仿，也可用两个独立的状态参数T,s构成的状态图来表示热量。在T-s图上的一点表示一个平衡状态，一条曲线表示一个可逆过程。STQ d2121 ds q/T定义为：q TdsmSTmSTmQq dd 2121 dsTq对 1kg工 质 ， 则 有：和 理 想 气 体 的 热 力 过 程 热 力 过 程 分 析 概 述 工 程 中 ， 完 成 热 功 转 换 的 热 力 循 环 都 可 以被 抽 象 为 由 定 容 、 定 压 、 定 温 、 绝 热 和 多 变

6、过程 构 成 的 。 假 设 条 件 : 理 想 气 体 ； 准 静 态 过 程 讨 论 的 内 容 ： 状 态 参 数 的 变 化 关 系（p 、v 、T 、s）； 过 程 曲 线 在 p -v 图 及 T- s图 上 的 表 示 。 一、 定 容 过 程比 体 积 保 持 不 变 时 系 统 状 态 发 生 变 化 所 经 历 的 过 程过 程 方 程 ： v 常 量过 程 中 状 态 参 数 之 间 的 关 系 ：由 ： TRpv g 可 得 ： 11TpTp 定 容 过 程 在 状 态 参 数 坐 标图 上 的 表 示 ： 二、 定 压 过 程压 力 保 持 不 变 时 系 统 状 态

7、 发 生 变 化 所 经 历 的 过 程过 程 方 程 ： p=常 量过 程 中 状 态 参 数 之 间 的 关 系 ：由 ： TRpv g 可 得 ： 11TvTv 定 压 过 程 在 状 态 参 数 坐标 图 上 的 表 示 ： 三、 定 温 过 程温 度 保 持 不 变 时 系 统 状 态 发 生 变 化 所 经 历 的 过 程过 程 方 程 及 状 态 参 数 之 间 的 关 系 ：定 温 过 程 在 状 态 参 数坐 标 图 上 的 表 示 ：常量 TRvppv g11 2112 vvpp 四 、 绝 热 过 程系 统 与 外 界 不 发 生 热 量 交 换 时 所 经 历 的 过

8、程0d Tqs 因 此 有 ：对 于 理 想 气 体 ：常量 pv 过 程 方 程 绝 热 过 程 在 状 态 参 数 坐 标 图 上 的 表 示 ： 五 、 多 变 过 程各 种 热 力 过 程 ， 其 过 程 方 程 式 通 常 都 可 以 表 示 为 下 述 形 式 ： 常量 nn vppv 11前 述 的 四 种 典 型 过 程 均 为 多 变 过 程 的 一 个 特 例 ：多 变 过 程 在 状 态 参 数 坐 标 图 上 的 表 示 。 n顺 时 针 方 向 增 大 。 两 图的 过 程 线 和 区 间 一 一 对 应 。 dv0, 功 量 为 正 。 ds0, 热 量 为 正 。

9、 dT0du0， dh0。n=0 pv0=p=常 量 定 压 过 程 ；n=1 pv=常 量 定 温 过 程 ；n= pv=常 量 绝 热 过 程 ；n= p1/nv= p0v= v=常 量 定 容 过 程 . 热 力 循 环 和 热 效 率l热力循环：工质从初态出发，经过一系列变化又回到初态的封闭过程，称为热力循环。（简称循环）l 根据效果不同，将热力循环分为正向循环和逆向循环。把热能转变为机械能的循环称为正向循环（或热机循环）；依靠消耗机械功而将热量从低温热源传向高温热源的循环叫逆向循环（或热泵循环），如制冷机。l 总有一部分热量不能转换为机械能，而以废热的形式放给温度较低的环境。实践证明

10、：企图不向温度较低的环境放热而把高温物体的热能连续地完全转换为机械能是不可能的。 热 机 吸 热 1q 热 机 放 热 2q循 环 净 功 210 qqw 热 机 循 环 热 效 率 121 2110t 1 qqq qqqw 它 说 明 工 质 从 高 温 热 源 吸 收 的 热 量 有 多 少 转 换为 功 。 Q 2 但 因 为 Q 2 0， 所 以 总 小于 1。 tt 制 冷 机 吸 热制 冷 机 放 热制 冷 机 耗 功制 冷 机 性 能 系 数 2q1q 210 qqw 21 202 qq qwq 热 泵 性 能 系 数 21 101 qq qwq 第 二 章 发 动 机 实 际

11、循 环与 性 能 指 标 第 二 章 发 动 机 实 际 循 环 与 性 能 指标 主 要 内 容 ： 发 动 机 实 际 循 环 的 简 化 与 评 价 ； 对 理 想 循 环 的 修 正 ； 发 动 机 实 际 循 环 影 响 因 素 ； 发 动 机 热 平 衡 ； 发 动 机 性 能 指 标 ； 机 械 损 失 机 械 效 率 ； 热 平 衡 。 发 动 机 的 理 论 循 环 简 化 条 件 ：1） 假 设 工 质 为 理 想 气 体 ， 其 物 理 常 数 与 标 准 状 态 下 的 空 气 物 理 常 数 相 同2） 假 设 工 质 在 闭 口 系 统 中 作 封 闭 循 环3）

12、假 设 工 质 的 压 缩 及 膨 胀 是 绝 热 等 熵 过 程4） 假 设 工 质 燃 烧 为 定 容 或 定 压 加 热 ， 工 质 放 热 为 定 容 放 热 (热 源 加 热 ) 5） 假 设 循 环 过 程 为 可 逆 循 环第 一 节 发 动 机 的 理 论 循 环 1.混 合 加 热 循 环循 环 特 点 ： 将 燃 烧 过 程 假 想 为 由 定容 加 热 和 定 压 加 热 过 程 两 部分 组 成 ：a-c 绝 热 压 缩 过 程c-z 定 容 加 热 ， 加 热 量 为z-z 定 压 加 热 ， 加 热 量 为z-b 绝 热 膨 胀 过 程b-a 定 容 放 热 ， 放

13、 热 量 为 1Q1Q2Q 2.定 容 加 热 循 环循 环 特 点 ： 将 燃 烧 过 程 假 想 为 定 容加 热 过 程a-c 绝 热 压 缩 过 程c-z 定 容 加 热 ， 加 热 量 为z-b 绝 热 膨 胀 过 程b-a 定 容 放 热 ， 放 热 量 为 1Q2Q 3.定 压 加 热 循 环循 环 特 点 ： 将 燃 烧 过 程 假 想 为 定 压加 热 过 程a-c 绝 热 压 缩 过 程c-z 定 压 加 热 ， 加 热 量 为z-b 绝 热 膨 胀 过 程b-a 定 容 放 热 ， 放 热 量 为 1Q2Q 第 一 节 发 动 机 的 理 论 循 环由一定量的燃料能够得到

14、尽可能多的功发 动 机的 性 能 由 一 定 的气 缸 工 作容 积 能 够得 到 尽 可能 多 的 功 1、循环热效率定 义 ： 工 质 所 作 循 环 功 与 循 环 热 量 之 比 。1 2 2t 1 1 1Q Q QW 1Q Q Q 式 中 W- 作 循 环 功 Q1-循 环 加 热 量 Q 2-循 环 放 热 量 根 据 工 程 热 力 学 公 式 ， 混 合 加 热 循 环 热 效 率 为 ： ktm k 11 11 1 k 1 acvv zcpp zzvv 等熵指数K发动机压缩比预膨胀比压力升高比 1、循环热效率 当 时 为 定 容 加 热当 时 为 定 压 加 热1 1 ktp

15、 k 11 11 k 1 v k 111 1、循环热效率 影响循环热效率的因素（ 1） 压 缩 比 随着压缩比的增大，三种循环的t ktm k 11 11 1 k 1 1 2 2t 1 1 1Q Q QW 1Q Q Q 在 压 缩 比 很小 时 ， 随 着 压 缩 比的 提 高 ， t增 长很 快 ； 在 较 大 时 ，再 增 加 效 果 很 小 。当=20左右时，t不大柴油机=1222影响循环热效率的因素 （ 2） 绝 热 指 数 K 当 相同时，K增大， t 影响循环热效率的因素 （3）压力升高比 在 定 容 /定 压 加 热循 环 中 ， 由 公 式 可 知 ， t 与 无 关 。 在

16、混 合 加 热 循 环中 ， 当 循 环 总 加 热 量和 压 缩 比 不 变 时 ， Q2 t ；影响循环热效率的因素 （4）预膨胀比 定 压 循 环 中 ， Q1 若 压缩 比 不 变 Q2 t ；混 合 加 热 循 环 中 ， Q1和 压 缩 比 不 变 ， 等 压 价 热 t 影响循环热效率的因素 2、循环平均压力循 环 平 均 压 力 是 单 位 工 作 容 积 的 循 环 功 ， 用 以 评 定 发 动 机的 做 功 能 力 。 k atm tpp ( 1) k ( 1)-1 k-1 根 据 工 程 热 力 学 公 式 ， 混 合 加 热 循 环 平 均 压 力 为t hWp V式

17、 中 -压 缩 始 点 的 压 力ap定 容定 压 k atv tpp ( 1)-1 k-1 k a tp tpp k( 1)-1 k-1 1 1 第 一 节 发 动 机 的 理 论 循 环选 择 依 据 循 环 方 式汽 油 机压缩比定容加热柴 油 机压力定压加热 四 冲 程 发 动 机 的 实 际 循 环 包 括 进 气 、 压 缩 、 燃 烧 、 做 功 和 排 气第 二 节 四 冲 程 发 动 机 的 实 际 循 环 与 热 损失 l 新 充 量 进 入 气 缸 的 过 程 由 于 残 余 废 气 pr高于 po， 随 着 活 塞 下 行 ，残 余 废 气 膨 胀 ， 压 力 由pr

18、下 降 到 低 于 大 气 压 力的 pr 。 在 压 力 差 的 作用 下 ， 新 鲜 气 体 被 吸 入气 缸 ， 直 到 活 塞 达 下 止点 后 ， 进 气 门 关 闭 为 止 。一 、 进 气 过 程由 于 进 气 系 统 阻 力 ， 进 气 终 了 的 压 力 pa， 仍 低 于 大 气 压 力 po 。进 气 终 了 气 体 因 受 到 高 温 零 件 和 残 余 废 气 的 加 热 ， 其 温 度 Ta总 是 高 于 大 气 温 度 To。 压缩过程中，进、排气门均关闭，活塞从下止点向上止点移动，缸内工质受压后温度和压力不断上升。目 的 ： 提 高 工 作 过 程 的 温 度

19、， 使 工 质 获 得 最 大 限 度的 膨 胀 比 ， 提 高 循 环 热 效 率 ， 为 着 火 燃 烧 创 造 有 利条 件 。 二 、 压 缩 过 程 （ 图 21a中 acc线 ） l 压 缩 开 始 ： 工 质 温 度 较 低 ， 受 缸 壁 加 热 ，多 变 指 数 n大 于 定 熵 指 数 kl随着工质温度升高，到某一瞬时与缸壁温度相等，多变指数n等于定熵指数k(热交换为零)l 随 着 工 质 温 度 升 高 ， 向 缸 壁 散 热 ， 多 变指 数 n小 于 定 熵 指 数 k二 、 压 缩 过 程 复 杂 的 多 变 过 程 l汽油机 (图2-2b)，由电火花点燃混合气，火

20、焰迅速传遍整个燃烧室，使工质的压力及温度急剧上升，在极短的时间内达到最高值接近定容加热。l 柴 油 机 (图 2-2a)， 上 止 点 前 开 始喷 油 、 燃 烧 。 初 始 时 ， 燃 烧 速 度很 快 ， 气 缸 容 积 变 化 很 小 ， 工 质温 度 、 压 力 剧 增 ， 接 近 定 容 加 热中 。 随 后 是 边 喷 油 边 燃 烧 ， 燃 烧速 度 慢 ， 且 随 着 活 塞 下 移 ， 气 缸内 容 积 增 大 ， 气 压 力 升 高 不 大 ，温 度 继 续 升 高 ， 接 近 等 压 加 热 。三 、 燃 烧 过 程 l 上 止 点 前 点 火 或 自 燃 。l 混 合

21、 气 着 火 燃 烧 (图 2-2中c z线 )。l 燃 烧 放 热 量 越 多 ， 越 靠 近上 止 点 ， 则 热 效 率 越 高 。 l 实 际 燃 烧 过 程 中 ， 有 散 热损 失 ， 燃 烧 需 要 时 间 ， 因此 存 在 非 瞬 时 燃 烧 损 失 。 三 、 燃 烧 过 程 膨 胀 过 程 是 燃 烧 后的 高 温 、 高 压 气 体在 气 缸 内 膨 胀 ， 推动 活 塞 由 上 止 点 向下 止 点 移 动 而 作 功的 过 程 。 图 2-1中 zb线 为膨 胀 曲 线 。 随 着 气缸 容 积 增 大 ， 气 体的 压 力 、 温 度 迅 速下 降 。四 、 膨 胀

22、 过 程 l膨胀过程中，与压缩过程中情况相似，并非绝热过程，不仅有散热损失、漏气损失，还有补燃和高温热分解。l 实 际 膨 胀 过 程 也 是 多 变 指 数 变 化 的 多 变 过 程 ：l 在 膨 胀 开 始 时 ， 由 于 存 在 继 续 燃 烧 现 象 ， 工质 被 加 热 ， 多 变 指 数 n小 于 k；l 到 某 一 瞬 时 ， 工 质 的 加 热 量 与 工 质 向 缸 壁 的放 热 量 相 等 ， 多 变 指 数 n等 于 k；l 随 后 工 质 向 缸 壁 散 热 ， 则 多 变 指 数 n大 于 k。四 、 膨 胀 过 程 l为简便起见，通常在计算中，用一个不变的平均多变

23、指数来代替变化的多变指数：l压 缩 过 程 的 平 均 多 变 指 数 为 n1；l膨 胀 过 程 的 平 均 多 变 指 数 为 n2。四 、 膨 胀 过 程 在 膨 胀 过 程 末 期 ，活 塞 接 近 下 止 点 (图2-1a的 b )时 排 气 门开 启 ， 废 气 高 速 排 出 。当 活 塞 由 下 止 点 向 上止 点 移 动 时 ， 缸 内 废气 继 续 排 出 ， 直 到 排气 门 关 闭 ， 排 气 过 程结 束 。 图 2-1a中 bbr线 示 出 排 气 过 程 。五 、 排 气 过 程排 气 终 了 的 温 度 常 作 为 检 查 发 动 机 工 作 状 态 的 技术

24、 指 标 。 如 发 动 机 工 作 过 程 不 良 ， 热 功 转 换 效 率 低 ，则 排 气 终 了 温 度 偏 高 。 六 、 理 论 循 环 与 实 际 循 环 的 比 较 （ 对 理 想 循 环 的 修 正 ） （1） 工质性质 理论上: 理想气体，双原子气体。 实际上: 燃烧前: 燃料+空气； 燃烧后: 燃烧产物。（2） 比热容 理论上: 定比热容 实际上: 温度T 比热容C （ 一 ） 工 质 改 变 损 失 理论上: 闭口系统，无泄漏。 实 际 上 : 活 塞 气 环 不 会 100%严 密 密 封 ， 总 会 有 些 气 体 窜到 曲 轴 箱 中 ， 造 成 损 失 。（

25、3） 泄 漏 损 失 （ 1） 传 热 损 失 理 论 上 : 压 缩 、 膨 胀 过 程 为 绝 热 过 程 。 实 际 上 : 大 量 热 量 通 过 气 缸 壁 传 给 冷 却 水 或 空 气 。传 热 损 失 是 发 动 机 中 的 最 大 损 失 ， 占 总 损 失 量 的 30%以上 。 因 此 ， 许 多 研 究 者 致 力 于 开 发 绝 热 发 动 机 。（2） 流动损失 理论上: 闭口系统，没有气体流动损失。 实际上: 进、排气节流沿程损失，缸内进气、挤压、燃烧涡流损失。（ 二 ） 传 热 、 流 动 损 失 理论上: 忽略进、排气过程。 实 际 上 : 进 、 排 气 门

26、 提 前 开启 ， 迟 后 关 闭 。 而 且 有 流 动 阻力 。 换 气 损 失 中 逆 向 循 环 所包 围 的 面 积 为 泵 气 损 失 。 泵 气损 失 包 含 在 换 气 损 失 之 中 。 bW（ 三 ） 换 气 损 失 l（1）非瞬时燃烧和补燃损失l理论上:定容加热瞬间完成，定压加热速度与活塞运行速度密切配合。实际上:燃烧需要时间。（ 四 ） 燃 烧 损 失理 论 上 : 加 热 瞬 间 停 止 ， 膨 胀 过 程 无 加 热 。实际上: 虽然大部分（80%以上）燃料在燃烧过程中燃烧掉，但仍有小部分燃料会拖到膨胀线上才燃烧，做功效果变差，热效率下降。 （ 2） 不 完 全 燃

27、 烧 损 失（ 3） 高 温 下 部 分 燃 烧 产 物 分 解 例 C + O CO + 热量 + O CO2 + 热量 其中 CO 为中间产物，CO 2 为最终产物。若遇高温，则会发生复分解反应，即高温分解: CO2 +热量 CO + O H 2O+ 热量H 2+O2 这部分热量虽然在膨胀过程中还可能会释放出来，但由于活塞已接近下止点，做功效果变差，热效率下降。 第 三 节 发 动 机 的 性 能 指 标一、发动机的指示指标l 指 示 指 标 是 以 工 质 在 气 缸 内 对 活 塞 做 功 为 基 础 。指 示 指 标动 力 性 经 济 性指 示 功 平 均指 示 压 力 指 示 功

28、率 指 示 热 效 率 指 示燃 油 消 耗 率 F F Fi 1 2 F F Fi 1 2F2 F2F Fi 1 W F a bi i a b,应 该 ： 非 增 压 ： 因为: 不容易测量, 实际将归到机械损失中考虑。 其 中 所 以 : 横、纵座标比例定 义 ： 一 个 循 环工 质 对 活 塞 所 做的 有 用 功 。 Wi（ 一 ） 指 示 功 为 突 出 后 者 ， 比 较 不 同 大 小 发 动 机 的热 功 转 换 有 效 程 度 ， 引 入 平 均 指 示 压 力 的概 念 。 Wi（ 一 ） 指 示 功汽缸工作容积大指示功大热功转换有效程度大 （ 二 ） 平 均 指 示 压

29、 力定 义 ： 发 动 机 单 位 气 缸 工 作 容 积 所 做 的 指 示 功 。其 中 每 缸 工 作 容 积 。 mip simi VWp sV （ 三 ） 指 示 功 率 式 中 i 缸 数 ； Vs每 缸 工 作 容 积 ； 冲 程 数 ； P mi平 均 指 示 压 力 ； n 转 速 。定 义 ： 发 动 机 单 位 时 间 所 做 的 指 示 功 。30 niVpP smii iP （ 四 ） 指 示 燃 油 消 耗 率 定 义 ： 单 位 指 示 功 的 耗 油 量 。 g/kwh B 每 小 时 耗 油 量 kg/h 310 ii PBb ib iWi i,柴i,汽 （

30、五 ） 指 示 热 效 率 做 指 示 功 所 消 耗 的 热 量 。 燃 料 的 低 热 值 。 0.30 0.40 = 205320 g/kwh 0.40 0.50 = 170205 g/kwh 定 义 ： 实 际 循 环 指 示 功 与 所 消 耗 的 燃 料 热 量 的 比 值 。 61 106.3 hbQW iii1Qh柴,ib汽,ib 第 三 节 发 动 机 的 性 能 指 标二、发动机的有效指标l 有 效 指 标 是 以 曲 轴 对 外 输 出 的 功 率 为 基 础 ， 代表 发 动 机 的 整 体 性 能 。有 效 功 率 机 械 效 率 有 效 转 矩平 均 有 效 压 力

31、有 效 热 效 率有 效 燃 油 消 耗 率 有 效 指 标 1.有效功率l 定 义 ： 发 动 机 在 单 位 时 间 对 外 输 出 的 有 效 功 称为 有 效 功 率 ， 记 作 pe 单 位 为 KW。 它 等 于 有 效转 矩 与 曲 轴 角 速 度 的 乘 积 。l 发 动 机 的 有 效 功 率 可 以 用 台 架 试 验 方 法 测 定 ，也 可 用 测 功 器 测 定 有 效 转 矩 和 曲 轴 角 速 度 ， 然后 用 公 式 计 算 出 发 动 机 的 有 效 功 率 pe： 式 中 ： T tq有 效 转 矩 ， Nm； n曲 轴 转 速 ， r/min。9550nT

32、P tqe 2.机械效率l定义： 有 效 功 率 与 指 示 功 率 之 比 。l式中 机械损失功率。 imiem PPPP 1mP 3.有效转矩l定义：发动机对外输出的转矩称为有效转矩，记作 Ttq，单位为 Nm 。l 有 效 转 矩 与 曲 轴 角 位 移 的 乘 积 即 为 发 动 机对 外 输 出 的 有 效 功 。 n PT etq 9550 4.平均有效压力l 定 义 ： 单 位 气 缸 工 作 容 积 发 出 的 有 效 功 称 为 平均 有 效 压 力 ， 记 作 pme， 单 位 为 MPa 。l显然，平均有效压力越大，发动机的作功能力越强。inVPP s eme 30 式

33、中 i 缸 数 ； Vs每 缸 工 作 容 积 ； 冲 程 数 ； Pmi平 均 指 示 压 力 ； n 转 速 。 5.有 效 燃 油 消 耗 率 定 义 ： 发 动 机 每 输 出 1kW 的 有 效 功 所 消 耗 的 燃 油 量 称 为 有 效 燃 油 消 耗 率 ， 记 作 be， 单 位 为 g/（ kWh） 。式中：B发动机在单位时间内的耗油量，kg/h；P e发动机的有效功率，kW。 显然，有效燃油消耗率越低，经济性越好。1000 ee PBb 6.有效热效率l 定 义 ： 发 动 机 的 有 效 功 WE与 所 消 耗 燃 料 热 量 Q1之 比称 为 有 效 热 效 率 ，

34、 记 作 e。l 燃 料 燃 烧 所 产 生 的 热 量 转 化 为 有 效 功 的 百 分 数 。 式中 显然，为获得一定数量的有效功所消耗的热量越少，有效热效率越高，发动机的经济性越 好。 61 106.3 hbQW eee 燃 料 的 低 热 值 。 h 第 三 节 发 动 机 的 性 能 指 标三、发动机的强化指标l 发 动 机 的 强 化 指 标 用 以 评 定 发 动 机 的 强 化程 度 。l 发 动 机 的 强 化 指 标 是 指 发 动 机 承 受 热 负 荷和 机 械 负 荷 能 力 的 评 价 指 标 。强化指标升 功 率 比 质 量 强 化 系 数 1.升功率l发动机在

35、标定工况下，单位发动机排量输出的有效功率称为升功率。l 升 功 率 大 ， 表 明 每 升 气 缸 工 作 容 积 发 出 的有 效 功 率 大 ， 发 动 机 的 热 负 荷 和 机 械 负 荷都 高 。 l 用 以 衡 量 发 动 机 排 量 利 用 的 程 度 。 seL iVPP 2.比质量l定义：发动机的质量与所给出的标定功率之比。l表征质量利用程度和结构紧凑性。 ee PmM 3.强化系数l平均有效压力与活塞平均速度的乘积称为强化系数。l 活 塞 平 均 速 度 是 指 发 动 机 在 标 定 转 速 下 工作 时 ， 活 塞 往 复 运 动 速 度 的 平 均 值 。l 表 征

36、发 动 机 的 强 化 程 度 ， 使 发 动 机 技 术 进步 的 一 个 标 志 。 mmecp 第 三 节 发 动 机 的 性 能 指 标四、发动机的其他指标l 关 系 到 人 类 健 康 的l 与 发 动 机 性 能 有 关 的其他指标排 气 品 质 噪 音 振 动 1.排气品质l排出有害气体l 氮 氧 化 合 物l 碳 氢 化 合 物l 一 氧 化 碳l排气颗粒l 出 水 以 外 的 任 何 液 态 、 固 态 颗 粒 四、发动机的其他指标2.噪声不得大于84dB3.结构空间外形小、体积功率大、升体积小4.总质量总质量、升质量、比质量均小5.生产成本生产耗能小，材料费用低、结构设计适

37、于批量生产6.使用成本可靠性好、耐久性好、油耗低、保养费用少、提高车辆的有效利用程度 第四节 机械损失与机械效率 一、机械损失的组成及机械效率 机械损失：发动机实际循环所做的指示功不可能完全对外输出，功在发动机内部转化过程中必然会有所损失，所消耗在发动机内部的这部分功称为机械损失。用Pm，pmm表示。 memimm ppp eim PPP 30 inVp smm 2.机械效率l定义： 有 效 功 率 与 指 示 功 率 之 比 。l式中 机械损失功率。imiem PPPP 1 mPm值高机械损失小发动机性能好 空调（可选）电器设备 机械损失功率组成泵气损失活塞及活塞环连杆、曲轴轴承配气机构水泵

38、风扇机油泵摩擦损失驱动附件损失6275% 1020%1020% 第四节 机械损失与机械效率 一、机械损失的测定 常用的测试方法：l 单 缸 熄 火 法l 电 力 测 功 机 拖 动 法l 油 耗 线 延 长 线 法 1.单 缸 熄 火 法l单缸熄火法灭缸法l适用条件：仅 适 用 于 多 缸 内 燃 机l 试 验 流 程 ：l 先 将 内 燃 机 调 定 在 标 定 工 况 下 稳 定 运 转 ；l 然 后 轮 流 停 止 一 缸 工 作 ， 并 随 即 降 低 负 荷 ；l 使 转 速 迅 速 恢 复 到 标 定 转 速 ， 测 量 其 有 效 功 率 。 ： 由 于 有 一 个 气 缸 不

39、工 作 ，单 缸 熄 火 后 测 出 的 有 效 功 率 ， 要 比 标 定工 况 下 的 有 效 功 率 小 ， 两 者 之 差 即 为 单缸 熄 火 法 的 指 示 功 率 。1.单 缸 熄 火 法 1.单 缸 熄 火 法l整 机 的 机 械 损 失 功 率 为 ： 211 eeem PPPiPl缺 点 ：l 对 汽 油 机 ， 由 于 停 缸 会 使 进 气 情 况 改 变 ， 往 往得 不 到 正 确 结 果l 也 不 能 用 于 废 气 涡 轮 增 压 发 动 机 （ 增 压 状 态 改变 ） l 不 可 用 于 单 缸 机 2电力测功机拖动法l电力测功机拖动法倒拖法l试 验 流 程

40、 ：l 内 燃 机 与 电 力 测 功 机 相 连 ， 内 燃 机 在 标 定 工 况下 ， 或 在 其 他 规 定 工 况 下 稳 定 运 转 ；l 待 达 到 热 状 态 稳 定 后 ， 停 止 向 各 缸 供 给 燃 料(汽 油 机 待 剩 余 燃 料 烧 尽 后 ， 还 需 切 断 点 火 电源 )， 随 即 用 电 力 测 功 机 以 标 定 转 速 ， 或 所 要求 工 况 的 转 速 拖 动 内 燃 机 ； l 测 定 电 力 测 功 机 的 拖 动 功 率 ， 此 即 为 内 燃 机 的机 械 损 失 功 率 。 缺点： 必 须 使 用 平 衡 式 电 力 测 功 器 没 有

41、燃 烧 ， 压 力 低 摩 擦 损 失 小 由 传 热 、 压 缩 线 和 膨 胀 不 重 合 负 功 由 于 强 制 排 引 起 泵 气 损 失 增 加 不 可 用 于 增 压 机l 对 于 柴 油 机 由 于 压 缩 比 大 ， 误 差 大 可 达 15-20%l 对 于 汽 油 机 压 缩 比 在 6-7， 误 差 在 5%左 右 2电力测功机拖动法 3油耗线延长线法l油耗线延长线法油耗线法、负荷特性法l试 验 流 程 ：l 在 标 定 转 速 或 规 定 转 速 下 作 负 荷 特 性 试 验 ， 绘 制 燃油 消 耗 量 与 有 效 功 率 的 关 系 曲 线 ， 近 似 直 线 部

42、 分 延长 与 横 坐 标 相 交 ， 则 该 点 的 横 坐 标 即 为 标 定 转 速 或规 定 转 速 下 的 机 械 损 失 功 率 。l 缺 点 ： 不 实 用 于 汽 油 机 三、影响机械效率的主要因素 1转速n（或活塞平均速度Cm） 发动机转速上升（Cm随之加大），致使： 1） 各 摩 擦 副 间 相 对 速 度 增 加 ， 摩 擦 损 失 增 加 ； 2） 曲 柄 连 杆 机 构 的 惯 性 力 加 大 ， 活 塞 侧 压 力和 轴 承 负 荷 均 增 高 ， 摩 擦 损 失 增 加 ； 3） 泵 气 损 失 加 大 ； 4） 驱 动 附 件 消 耗 的 功 多 。 l 转 速

43、 提 高 后 ， 机 械 损失 功 率 增 加 ， 使 机 械效 率 下 降 。l 机 械 损 失 功 率 与 转 速平 方 近 似 成 正 比 。 因此随转速升高，机械效率下降较快。m与n的关系如图所示。三、影响机械效率的主要因素 2发动机负荷l 当 发 动 机 转 速 一 定 ， 负 荷 减 小 时 ， 必 须 根 据 发 动机 阻 力 矩 的 变 化 ， 相 应 减 小 汽 油 机 的 油 门 开 度 和柴 油 机 喷 油 泵 齿 条 位 置 。l 因 此 ， 气 缸 内 指 示 功 率 将 减 小 ， 但 机 械 损 失 功 率变 化 不 大 ， 故 使 机 械 效 率 下 降 。 三

44、、影响机械效率的主要因素摩擦损失取决于机件的相对运动速度与比压发动机的机械损失主要来自摩擦损失 l 怠 速 时 ， 负 荷 为 零 ， 有 效 功 率Pe=0， 指 示 功 率 全 部 用 来 克 服机 械 损 失 功 率 ， 即 Pi=Pm， 故 m=0。l 负 荷 由 小 变 大 时 ， 指 示 功 率 迅速 上 升 ， 而 机 械 损 失 功 率 上 升缓 慢 ， 所 以 机 械 效 率 提 高 ， 但在 大 负 荷 时 机 械 效 率 上 升 缓 慢 ，如 图 213所 示 。 三、影响机械效率的主要因素 3润滑油品质和冷却介质温度（ 1）润滑油品质 润 滑 油 的 品 质 影 响 到

45、 运 动 副 的 摩 擦 损 失 。 润滑 油 的 粘 度 对 摩 擦 损 失 大 小 有 重 要 影 响 。l 粘 度 大l承 载 能 力 强 ， 易 于 保 持 润 滑 状 态 。l但 润 滑 油 的 流 动 性 差 ， 摩 擦 损 失 增 加 。l 粘 度 小l润 滑 油 的 流 动 性 好 ， 摩 擦 损 失 减 少 。l承 载 能 力 弱 ， 油 膜 易 破 ， 产 生 干 摩 擦 ， 摩 擦损 失 增 加 。三、影响机械效率的主要因素 l选用润滑油的原则： 在可靠的润滑前提下，尽量选用粘度小的润滑油，以减少摩擦损失，改善起动性能。l 当 发 动 机 强 化 程 度 高 ,轴 承 负

46、 荷 大 时 ,要 选用 粘 度 较 大 的 用 油 ; l 当 转 速 高 ,配 合 间 隙 小 时 ,需 要 用 油 流 动 性好 , 宜 选 用 粘 度 较 小 的 用 油 ；l 旧 机 器 ,轴 承 间 隙 较 大 ,应 选 用 粘 度 较 大 的用 油 。三、影响机械效率的主要因素 三、影响机械效率的主要因素（2）冷却介质温度l冷却介质的温度影响润滑油的温度，继而影响粘度和机械损失。l 冷 却 介 质 温 度 低 时 ， 润 滑 油 粘 度 大 ， 摩 擦 损失 增 加 ， 机 械 效 率 下 降 。l 如 果 冷 却 介 质 温 度 过 高 ， 会 使 润 滑 油 的 粘 度变 小

47、 ， 油 膜 不 能 支 持 表 面 上 的 压 力 而 破 裂 ，失 去 润 滑 作 用 ， 引 起 摩 擦 损 失 增 加 ， 机 械 效率 降 低 。l通常应保持冷却介质温度为8090。 三、影响机械效率的主要因素4发动机技术状况 发动机使用技术状况好坏，对机械效率影响较大。 例如：l 活 塞 环 与 气 缸 壁 磨 损 后 ， 间 隙 变 大 ， 漏 气 增多 ， 指 示 功 率 下 降 ；l 漏 气 还 会 稀 释 润 滑 油 ， 使 润 滑 条 件 变 差 ， 摩擦 损 失 增 加 ， 机 械 效 率 下 降 。 第五节 热平衡l 定 义 ： 按 照 热 能 表 现 为 有 效 和

48、 各 种 损 失 的数 量 分 配 来 研 究 燃 料 中 总 热 量 的 利 用 情 况称 为 发 动 机 的 热 平 衡 。l意义： 供给发动机的燃料完全燃烧后，其热能只有2045转变为有效功，而其余的热量将随着废气、冷却介质等从发动机中 排出。 一、发动机燃料燃烧发出的热量QTl定义：若发动机每小时耗油量为B(kgh)，则燃料完全燃烧，每小时所放出的热量QT(kJh)为l式中 B 发动机每小时的耗油量（kg/h）; 燃料的低热值。 BhQT H 显 然 ， Qe值 越 大 ， 转 变 为 有 效 功的 热 量 越 多 ， 发 动 机 的 热 效 率 越 高 。 二、转化为有效功的热量Qe 三、传给冷却介质的热量Qsl传 给 冷 却 介 质 的 热 量 主 要 有 :l工质向气缸壁及燃烧室散出的热量；l废气在排气管道内散失的热量；l摩擦发热所散失的热量；l从 润 滑 油 散 失 的 热 量 等 。 四、废气带走的热量QRl废 气 排 出 时 ， 温 度 仍 然 很 高 ， 会 带 走相 当 大 一 部 分 未 曾 被 利 用 的 热 量 。 12 tctcGBQ pkprkR 五、其他热量损失QLl从QT中除去上述三项热量损失外，都属其他热量损失。如燃料的不完全燃烧和未计入的热量损失等。 RSETL QQQQQ