第三章 内燃机的工作指标与性能汇总
内燃机原理 各章重点内容
《内燃机原理》各章提纲及重点内容第一章绪论1、内燃机发展。
前期：1673~1680年荷兰物理学家柯.惠更斯(Christian Huygens)首先提出了真空活塞式火药燃烧的高温燃气在气缸中冷却后形成真空而带动活塞作功，在人类历史上第一次把燃气与活塞联系起来，实现了“内燃”1690年法国医生德.巴本(Deni Papin)，采用相当于真空原理用水蒸气作功质的活塞式发动机，成为近代蒸汽机的直接祖先。
1705~1711年英国人纽卡姆(New Comen)制成了矿井用直立气缸密封式活塞、缸|内水冷却的真空式蒸汽机，热效率不到1%。
| 1776年英国人瓦特(Watt) 改良了纽卡姆蒸汽机，发明了水汽分离冷凝器，大大完善了蒸汽机，热效率达3%，开始了蒸汽时代，掀起了第一次工业革命浪潮。
1794年英国人罗伯特.斯却里塔(RobertSteet)提出了燃用松节油或柏油的内燃机原理，首次提出燃料与空气混合的原理。
1799年法国化学家莱蓬(Lebon) 建议采用照明煤气作燃料并用电火花点火。
| 1820年英国人塞歇尔(W . Cecil) 用氢煤气作燃料,使内燃机以60+/ min转动起来。
1833年英国人莱特(WL. Weight)提出“爆发” 发动机，摆脱了真空发动机的影响，直接利用燃烧压力推动活塞作功。
1857年意大利恩.巴尔桑奇(Engenio Bersanti)和马特依西(Matteucci) 制成自由活塞发动机，第一次实现了爆发作功。
1860年法国人兰诺(Lenoir) 研制成功第一台实用的二冲程、无压缩、电火花点火的煤气机。
1862年法国工程师包.德.罗沙(Beau de Rochas)第一次提出了近代发动机等容燃烧的四冲程循环原理。
诞生：1876年Nikolaus August Otto发明了世界第一台四冲程煤气机。
1886年Benz和Daimlet按Otto的四冲程原理，造出第一台车用汽油机。
1886年Benz和Daimler将发明的汽油机用在车.上，发明了第一部汽车。
《内燃机》 知识清单
《内燃机》知识清单一、内燃机的定义与工作原理内燃机是一种通过燃料在气缸内燃烧产生热能，并将热能转化为机械能的动力机械。
其工作原理基于热力学的基本定律。
首先，燃料和空气的混合物被吸入气缸，然后在压缩冲程中被压缩，使得混合物的温度和压力升高。
接下来，火花塞点火（对于汽油机）或者在高温高压下自行燃烧（对于柴油机），产生高温高压的气体。
这些气体膨胀推动活塞做功，通过连杆和曲轴将直线运动转化为旋转运动，最终输出机械能。
二、内燃机的分类1、按燃料类型分汽油机：以汽油为燃料，通常应用于小型汽车、摩托车等。
柴油机：以柴油为燃料，多用于卡车、大型客车、工程机械等。
2、按气缸排列方式分直列式：气缸呈直线排列，结构简单，制造成本低。
V 型：气缸呈 V 形排列，缩短了发动机的长度，常用于中高级轿车。
W 型：可以看作两个 V 型发动机的组合，结构更加紧凑，但制造工艺复杂。
3、按冷却方式分水冷式：通过冷却液在气缸周围的水道中循环来散热。
风冷式：利用空气直接冷却气缸。
三、内燃机的主要部件1、气缸体与气缸盖气缸体是内燃机的基本框架，容纳活塞和气缸。
气缸盖则封闭气缸顶部，上面安装有气门、火花塞或喷油嘴等部件。
2、活塞与连杆活塞在气缸内做往复运动，通过连杆与曲轴相连。
3、曲轴将活塞的往复运动转化为旋转运动，输出动力。
4、气门机构控制进气和排气，包括气门、气门弹簧、凸轮轴等。
5、燃油系统汽油机：包括油箱、油泵、喷油嘴等，将汽油雾化喷入气缸。
柴油机：由油箱、高压油泵、喷油器等组成，以高压喷射柴油。
6、点火系统（汽油机）产生高压电火花，点燃汽油与空气的混合物。
7、润滑系统减少零件之间的摩擦和磨损，保证发动机正常运转。
8、冷却系统防止发动机过热，保持在适宜的工作温度。
四、内燃机的性能指标1、功率表示发动机做功的快慢，单位为千瓦（kW）或马力（hp）。
2、扭矩反映发动机输出的转矩大小，单位为牛·米（N·m）。
3、燃油消耗率衡量发动机的经济性，通常以每千瓦小时消耗的燃料量来表示。
第三章内燃机的主要技术指标
P P Pm Pm e i m 1 P P P i i i 式中：Pm－为机械损失功率。含各运动件摩擦损失功率、驱 动附件功率、换气（泵气）损失功率等。
m
＝0.68~0.92(标定工况)
2）有效功率： 有效功率指曲轴对外输出的功率
Pe pme Vs i n (kW ) 30
3.1.3其它有效功率
1.升功率L：每升气缸工作容积发出的有效功率。 2.单位活塞面积功率PA：衡量燃烧室组件热负荷的尺度，表 征发动机的热负荷。 3．经济功率：在燃油消耗率较少的功率区运转时的有效功 率。
4．极限功率：冒黑烟时的功率。
3.1.4 平均有效压力
作用于活塞顶上的假想的大小不变的压力。它使活塞移
0.56
0.50
0.05
欧洲4
1.0
0.1
0.08
0.50
0.30
0.25
0.025
①表列值为新车型型式认证限值，对新产品一致性质量检验限值为表列值的1.2倍。 ②非直喷式柴油机。 ③直喷式柴油机。
欧洲重型车用柴油机排放限值
排放标准 测试循环 实施年份 中国生效年 份 CO HC NMHC CH4 欧洲1 ECE R49 1992年 2000年 4.5 1.1 － － 欧洲2 ECE R49 1996年 2004年 4.0 1.1 － － 欧洲3① ESC 2000年 2008年 2.1 0.66 － － 欧洲3 ETC④ 2000年 2008年 5.45 － 0.78 1.6
①滑油经活塞环窜入燃烧室或由气阀导管流入缸内烧掉，未 烧掉的则随废气排出。
②有一部分燃油在曲轴箱内雾化或蒸发，而由曲轴箱通风口 排出。一般为0.5～4g/(kW· h)
#内燃机原理内燃机的工作指标与性能
3、影响ηi的主要因素
从燃料燃烧可以释放出的热量和能够转换成指示功 的有效程度两方面分析：
（1）燃料热能释放的好坏 （2）热量损失的大小 （3）热能转换的有效程度
3.3内燃机的机械损失及机械效率
一、机械损失功率 二、机械损失功率的测定 三、影响机械损失功率及机械效率的因素
一、机械损失功率Nm
在内燃机工作过程中，不可避免地损失一部分功 或功率，这些功或功率的总和称为机械损失功或机械 损失功率。
返回
可见，指示功率与下列四个因素有关： （1）与一个循环内进入气缸的空气量iVsηvρs成正
比； （2）与燃烧时燃料热能利用的完善程度ηi成正比； （3）与单位时间内工作循环的重复频率成正比； （4）与过量空气系数成反比。
3、提高Ni的有效途径
提高指示功率Ni的有效途径: 提高增压度，增加进缸充量； 提高换气质量，减少废气残存量； 完善油气混合； 保证良好的燃烧过程。
说明：
（1）在有电力测功器的条件下，倒拖法是求Nm最迅 速、最简便的方法。
（2）适用于多缸高速小型内燃机的机械损失功率。
（3）不适用于大功率内燃机和涡轮增压内燃机。
（4）不能精确地测定pm或pi，数值比实际高出很多。
原因：内燃机在着火运转和不着火倒拖情况下，其 Nmf和Np二者存在较大差别。
（二）灭缸法（各缸轮流断油法）
摩擦损失功率－内燃机为克服运动部件之间的摩 擦而消耗的功率，约为指示功率Ni的10～15％。 注意：在机械损失中，摩擦损失所占的比例很大。
（1）活塞、活塞环与气缸套之间的摩擦损失功率， 约占全部摩擦损失功率的55～65％；
（2）主轴承、连杆轴承、凸轮轴轴承等的摩擦损失 功率，约占全部摩擦损失功率的35～45％。
内燃机的工作指标
内燃机的工作指标一、柴油机工作指标1、柴油机效率柴油机效率指柴油机在外加功率下所得到的有效输出功率占有功率的百分比，是考量判断柴油机机械效率状况的主要指标。
通常，在标准条件下，常见柴油机的效率范围可在34%~42% 。
2、柴油机比功率比功率，指柴油机在标准工况（100%满负荷运转）下的输出功率，单位时间内负荷变动情况下，柴油机为了保证输出功率的平稳、连续而所需的增加的内部机械耗能的百分数，一般比功率（在柴油机操作过程中，由于无负荷时的转速变化，比功率也会随之相应变化）。
3、柴油机的排放柴油机的排放指的是柴油机排放出的污染物，主要是二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOX）和悬浮颗粒物（PM10），这些污染物会造成气象环境污染，并影响人们的健康，因此柴油机的排放物一般要求符合国家环保法规，其中对污染物有对应的标准限值要求。
4、柴油机的缸压柴油机缸压是衡量柴油机机械效率和柴油机能量损耗的重要参数，反映了柴油机内燃瞬时过程。
缸压具有节能指示、压缩比汽缸损失校核等功用，也作为故障诊断的参考指标，一般要求缸压超过国家能耗标准的额定值。
5、柴油机热效率柴油机热效率是柴油机运行效果的重要指标，是衡量柴油机效率得到的比值。
一般热效率的范围在0.36～0.5之间，属于正常范围，只要热效率数值在这个范围之内，就可以比较满意。
二、内燃机工作指标1、内燃机机械效率内燃机的机械效率是指把输出的有效功率占总消耗能量的比例，是衡量内燃机运行性能的一个主要参数，目前实际现象中，内燃机的机械效率一般较低，只有20%～35%，而机械效率越低，能量消耗越大，机械效率高则节约能源，提高工作效率。
2、内燃机发动机比功率发动机比功率是指内燃机所需要进行回低转速等实现调节的有效输出功率。
高比功率可以使发动机的性能更加可靠和稳定，也是内燃机整体性能的重要指标，并且比功率越高，内燃机的可靠性也越高。
3、内燃机燃油消耗率燃油消耗率是指对比100公里行驶时所耗用柴油，这里说的柴油是指每公里路程所消耗的单位汽油即可换算为升数。
内燃机的工作指标
内燃机的工作指标
内燃机是人类工业化进程中非常重要的一项技术，它被广泛应用于船舶、汽车、摩托车等运输和动力设备，也被用于产业领域的发电、农业机械等领域。
内燃机的发动机效率、热效率以及平衡机构的运行性能都是衡量内燃机性能的重要指标。
发动机效率是内燃机工作的主要指标之一，它指的是发动机在一段时间内把燃料的能量转化为机械能的能量的比率。
发动机效率一般是指单程式内燃机的发动机效率，在实际工作状态下，发动机效率受外界影响较大，因此，必须采取合理的参数调整、维护保养措施，才能使其达到理想性能。
热效率是内燃机的另一个重要指标，它表示燃料转化为机械能的能量的比率，它比发动机效率高一些，因为热效率还包括发动机排气出口处所散发的废热能。
热效率随着燃烧室压力和温度的变化而变化，一般情况下，当压力越高，温度越高，热效率越高，但这般情况也有限度，当发动机工作温度、压力超过一定范围时，就会出现热效率降低的情况。
内燃机的平衡机构是调节发动机工作性能的关键，它一般由活塞、连接杆、飞轮以及齿轮等部件组成，它的正确运行是内燃机稳定工作的重要保证，如果平衡机构不正常，发动机的效率和功率将大幅度降低，对整个发动机的使用寿命和可靠性也会造成负面影响。
以上就是内燃机的三大工作指标，它们都有着不同的检测和操作规程，为了保证发动机的正常工作，我们需要通过观察及定期的检查
维护来确保它们的正常运行，从而保证整个发动机的可靠性和可持续性。
内燃机性能的分析与改进
内燃机性能的分析与改进第一章引言内燃机是一种重要的动力机械，广泛应用于航空、航海、机动车辆等领域。
然而，内燃机的性能直接关系到机械的使用寿命、燃料的消耗和废气排放等问题。
因此，对内燃机的性能进行分析和改进具有重要的实际意义。
本文将从内燃机的工作原理、性能指标、影响因素等方面展开讨论，并提出改进内燃机性能的方法和途径，以期为相关领域的研究和实践提供一定的参考价值。
第二章内燃机的工作原理内燃机是一种在内部燃烧燃料并将产生的热能转化成机械能的机械。
其工作原理可以简单概括为：空气经过进气道进入燃烧室与燃料混合并燃烧，燃烧产生的高温高压气体推动活塞运动，活塞运动带动连杆、曲轴等部件旋转，最终输出机械功。
内燃机按照燃料种类不同可以分为汽油机和柴油机。
汽油机使用汽油为燃料，空燃比一般控制在14.7:1左右；柴油机使用柴油为燃料，空气完全压缩后再喷入燃料点火，压缩比一般在15:1以上。
两种内燃机的工作原理略有不同，但其基本原理是相同的。
第三章内燃机性能指标内燃机的性能指标有很多，以下是其中常用的几个指标：1.功率：内燃机输出的机械功率。
其单位是千瓦（kW）或马力（hp）。
2.扭矩：内燃机输出的扭矩大小。
其单位是牛/米（N·m）。
3.热效率：内燃机的燃料利用率，即输入的热能和输出的机械功率之比。
4.机械效率：内燃机输出的机械功率和输入的热能之比。
5.排放：内燃机排放的废气成分和数量，包括一氧化碳、氮氧化物、颗粒物等。
以上指标都是评估内燃机性能的重要参考数据，不同的应用场景和需求对这些指标的要求也不尽相同。
第四章影响内燃机性能的因素内燃机的性能受到很多因素的影响，以下是其中几个重要的因素：1.空燃比：空燃比是指进入燃烧室的空气与燃料的比值。
不同的发动机和应用场景对空燃比的要求也不相同。
2.点火时间：点火时间是指点火器将火花传递到燃烧室内点燃混合气的时间。
点火时间对于燃烧的充分性和效率有重要的影响。
3.曲轴转速：曲轴转速是指活塞和曲轴的旋转速度，对于输出功率和扭矩都有重要的影响。
内燃机的工作指标
烧室面容比增加，不利燃烧，HC排放增加，传热增加。
第四节 内燃机有效指标
▪
第四节 内燃机有效指标
▪
第四节 内燃机有效指标
范围：
低速柴油机 中速柴油机 高速柴油机 四冲程汽油机 二冲程汽油机
be[g/kWh]
有效热效率
第五节 内燃机其它性能评定
▪
第六节 内燃机的机械损失
一、机械损失的组成与机械效率 1、机械损失的组成 （1）摩擦损失
F2包括在发动机的机械损失中，而把F1表示的功称为Wi。
第三节 内燃机指示指标
▪
第三节 内燃机指示指标
Pmi(MPa):
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：
第三节 内燃机指示指标
活塞与活塞环的摩擦损失 连杆、曲轴轴承摩擦 配气机构的摩擦损失 流体摩擦损失 （2）驱动附件损失 （3）泵气损失
第六节 内燃机的机械损失
范围：
▪ 摩擦损失
62—75%
➢ 活塞和活塞环的摩擦损失 45—65%
➢ 连杆、曲轴轴承摩擦 15—20%
➢ 配气机构的摩擦损失
2—3%
▪ 驱动附件损失
10—20%
第六节 内燃机的机械损失
1、示功图法： 测量方法： （1）用各种示功器测出气缸的示功图，算出Pmi及pi; （2）用测功器测出Pme或Pe。 则：Pm=Pi-Pe或Pmm=Pmi-Pme
影响测量精度因素： （1）活塞上止点位置确定精度 （2）多缸机各缸的不均匀性
第六节 内燃机的机械损失
2、倒拖法 测量方法：内燃机与电力测功机相连，在稳定工况水温、油温
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（3）在标定功率及转速下，基本上表征了内燃 机的强化程度和工作循环各阶段进行的完善程度。
2019/3/8 17
3、标定工况下的pi值
类 型 Pi（MPa） 0.4～1.2 0.9～1.5 0.75～1.2
1.2～3.0 0.5～0.9
非增压汽油机 增压汽油机 非增压四冲程柴油机
增压四冲程柴油机 非增压二冲程柴油机
一、内燃机标定性能的主要指标
标定性能指标－在标定工况下表征内燃机工 作性能的主要指标，是介绍内燃机及其性能的主 要参数。
标定工况－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。
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标定功率－在标定工况下，内燃机连续运 行时允许发出的最大功率。
标定转速－在标定工况下，发出标定功率 时内燃机相应的曲轴转速。
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1、定义
平均指示压力就是内燃机在一个工作循环中 单位气缸工作容积，活塞所获得的指示功，即
Wi pi 103 ( MPa)3 14 Vs
式中，Wi－指示功，KJ；
Vs－气缸工作容积，m3。
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2、分析
（1）一个假想的数值不变的气体压力； （2）与气缸容积大小无关，是衡量气缸工作容 积利用率高低的一个参数； 如：pi Wi 利用率
建立指示功率与工作循环各参数间的数学关 系式：
1 Vsi H u Ni vi s n(kW )(3 21) ' 30 Z L0
式中，Hu－燃料的低热值，KJ； L0′－燃烧1kg燃料所需要的理论空气量，kg； ηv－充气效率； ηi－指示效率；
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ρs－外界状态下空气密度，kg/m3。
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 §3－2内燃机的指示参数 §3－3内燃机的机械损失及机械效率 §3－4内燃机的有效参数 §3－5内燃机的强化指标与强化分析 §3－6内燃机的热平衡 §3－7内燃机的热计算
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§3－1内燃机的工作指标
内燃机的工作指标是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 一组参数或指标，可以定性或定量地比较、分 析内燃机的工作性能，是评价内燃机性能高低 的有效尺度。
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§3－2 内燃机的指示参数
指示参数是以工质在气缸内对活塞做功为基 础的性能指标，用来评定工作循环进行的好坏。 包括：平均指示压力pi、指示功率Ni
指示热效率ηi、指示油耗率gi 注意： 只考虑了热量损失，并未考虑摩擦损失。
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一、平均指示压力pi
1、定义 2、分析 3、标定工况下的Pi值 4、影响Pi的主要因素
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2
内燃机的主要工作指标：
（1）动力性指标－功率、转矩、转速；
（2）经济性指标－燃料与润滑油消耗率；
（3）强化指标－升功率、活塞功率和强化系数；
（4）运转性能指标－冷起动性能、噪声和排气 品质； （5）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。
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可见，指示功率与下列四个因素有关： （1）与一个循环内进入气缸的空气量iVsηvρs成 正比； （2）与燃烧时燃料热能利用的完善程度ηi成正 比； （3）与单位时间内工作循环的重复频率成正比； （4）与过量空气系数成反比。
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3、提高Ni的有效途径
提高指示功率Ni的有效途径: 提高增压度，增加进缸充量；
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6
二、示功图
通常利用示功器或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－φ 示功图或p－v 示功图。
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Hale Waihona Puke 72019/3/8
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三、指示功
指示功－内燃机完成一个工作循环所得到的 有用功Wi。 说明： 指示功反映了内燃机在一个工作循环中所获 得的有用功的数量，与热功转换的有效程度和气 缸容积大小有关。
标定油耗率－在标定工况下，发出标定功 率时内燃机所具有的有效油耗率。
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比质量和比容积－在单位标定功率下内燃机 所具有的质量和容积，是用来评价、比较内燃机 轻重、紧凑、设计合理性的重要指标。
大修期－从新机到进行第一次大修或者两次 大修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。
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计算方法：
每缸每循环的指示功Wi可沿p－v图中封闭 曲线进行积分获得，即
Wi
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pdv
10
（1）对于四冲程非增压内燃机，指示功面积Fi＝F1－F2； （2）对于四冲程增压内燃机，指示功面积Fi＝F1＋F2； （3）对于二冲程内燃机，面积Fi就表示指示功；
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1、定义
指示功率－内燃机单位时间作用于活塞上的 指示功，即
103 piVs ni piVs ni Ni 102 (kW )3 15 60Z / 2 3Z
式中，Z－动作系数（冲程数）；
对于四冲程内燃机，Z＝4； 对于二冲程内燃机，Z＝2。
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2、影响Ni的主要因素
提高换气质量，减少废气残存量；
完善油气混合；
保证良好的燃烧过程。
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三、指示热效率ηi与指示油耗率gi
1、指示热效率ηi 2、指示油耗率gi
3、影响ηi的主要因素
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1、指示热效率ηi
在求得Fi后，可根据下式计算指示功：
Fi ab Wi (J ) 6 10
式中，Fi－示功图面积，cm2； a－示功图纵坐标比例尺，Pa/cm；
b－示功图横坐标比例尺，cm3/cm；
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四、空燃比和过量空气系数
空气质量 A/ F 燃油质量
燃烧1kg燃料所实际供给的空气 质量 完全燃烧 1kg燃料所需要的理论空气 质量
增压二冲程柴油机 煤气机
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1.0～2.2 0.6～1.4
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4、影响pi的主要因素
（1）增压度 （2）过量空气系数
（3）换气质量 （4）油气混合的完善程度 （5）燃烧完善的程度
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二、指示功率Ni
1、定义 2、影响Ni的主要因素 3、提高Ni的有效途径
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