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
02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很多，主要有动力性能指标（功率、转矩、转速）、经济性能指标（燃料与润滑油消耗率）、运转性能指标（冷起动性能、噪声和排气品质）和耐久可靠性指标（大修或更换零件之间的最长运行时间与无故障长期工作能力）。
本章主要研究表征动力性能指标和经济性能指标的各种参数及其相互关系。
运转性能指标（如冷起动性能等）和耐久可靠性指标对内燃机来说有其不可忽视的重要性，它们将在本书的其他各章中分析讨论。
第一节示功图与指示性能指标一、示功图燃料燃烧产生的热量是通过气缸内所进行的工作循环转化为机械能的，即气缸中工质的燃烧压力作用在活塞顶上，通过曲柄连杆机构，在克服了内燃机内部各种损耗后，对外做功。
因此，要研究内燃机的动力性能和经济性能，应首先对内燃机一个工作循环中热功转换的质和量两方面加以分析。
T上点L止点下止点上辽点36Q ，初720图21佃冲程内燃机的於一归图内燃机气缸内部实际进行的工作循环是非常复杂的，为获得正确反映气缸内部实际情况的试验数据，通常利用不同型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 —©示功图。
p —V图或p —©图两者可以互相转换。
图2 —1 为四冲程内燃机的p—©图，图2—2为四冲程内燃机实际循环p—V图。
在进排气过程组成的发动机换气过程示功图中，由于气缸压力低，需用放大的压力标尺记录出p —©或p—V图（见第四章），也称为低压示功图从示功图可以观察到内燃机工作循环的不同阶段（压缩、燃烧、膨胀）以及进气排气行程中的压力变化，通过数据处理, 运用热力学知识，将它们与所积累的试验数据进行分析比较，可以对整个工作过程或工作过程的不同阶段进展的完善程度作出正确的判断。
因此，示功图是研究内燃机工作过程的重要试验数据。
二、指示性能指标内燃机的指示性能指标是指以工质对活塞做功为基础的指标。
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
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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。
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• 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。
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。
第二章 内燃机的工作指标
指示功率：内燃机单位时间内所作的指示功（Pi ）（kW）：
Pi
pmiVsni
30
式中： pmi ( MPa) ，Vs (L) ，n (r/min ) τ—冲程数，i—气缸数
8
3．指示热效率it和指示燃油消耗率bi
(indicated thermal efficiency)
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：
2
Indicator Diagram
通常利用不同型式的示功器 （engine indicator）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 diagram
p- diagram
示功图是研究内燃机工作过 程的一个重要依据。
3
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
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
7
2．指示功率Pi (indicated power)
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。
10
第二节 有效性能指标
2.2 Effective Parameters
有效性能指标：以发动机曲轴输出功为基础的性能指标。
Effective Parameters that are based on the work output from crankshaft.
第二章 内燃机的工作指标
Chapter 2 Engine Oຫໍສະໝຸດ erating Parameters
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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。
Wi kFi
+
F2
Fi F1 F2
四冲程非增压发动机的示功图
6
p dV
Wi
p dV
360 or 720
1
p dV
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。
内燃机缸内压力数据采集系统
2
p— 压力示功图 p— diagram
下止点 进气行程 气 缸 压 力 压缩行程
上止点 燃烧膨胀行程
下止点 排气行程
上止点
0
180
360
540
720
曲轴转角 / (º )CA 3
p－V 压力示功图 p-V Diagram
4
指示性能指标 Indicated Parameters
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。
inWi Pi incWi 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。 F1
Wi pmi Ap S pmiVs
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
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
inWi Pi 30
Wi pmiVs
inVs Pi pmi 30
14
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。
Wi Pi it Q BH u
五、指示燃油消耗率isfc
单位指示功的燃油消耗量。 B bi Pi
bi
1
it
12
发动机ηit & bi一般范围
it
四冲程柴油机 二冲程柴油机 四冲程汽油机 二冲程汽油机 0.41~0.50 0.40~0.50 0.25~0.40 0.20~0.28 h)-1] b i /[g(kW· 170~210 170~215 215~340 300~430