内燃机的动力性指标：标定功率标定转速活塞平均速度平均有效压力及扭矩
内燃机的动力性指标：标定功率、标定转速、活塞平均速度、平均有效压力及扭矩
一、标定功率
15分钟功率：内燃机允许连续运转15分钟的最大有效功率。
1小时功率：内燃机允许连续运转1小时的最大有效功率。
12小时的功率：内燃机允许连续运转12小时的最大有效功率。
持续功率：内燃机允许长期持续运转的最大有效功率。
汽车内燃机按照15分钟功率标定的。
二、内燃机的标定转速和活塞的平均速度是内燃机在标定功率时的转速和活塞的平均速度，活塞平均速度是决定内燃机高速性的指标。
三、平均有效压力：内燃机在标定功率时的平均有效压力是表示内燃机整个工作过程完善性和热力过程强烈程度的重要参数之一。
它决定于混合气形成的方法、燃料的种类、燃烧过程与换气过程的质量、机械效率、进气压力和温度、以及内燃机的冷却方式与冲程数。
四、扭矩
总适应系数=扭矩储备系数K M×转速适应矩
最大扭矩
标定工况时的扭矩
标定转速
最大扭矩时的转速
扭矩适应性系数越大,内燃机适应外界阻力变化的能力越强，可以减少换档
次数。
速适应性系数越大，工作越稳定，减少变速箱的排挡数，简化传动结构
经济性指标
内燃机经济指标是指生产成本、运转中的消耗(燃油和机油的消耗)以及维修费,通常是指燃油消耗率和机油消耗率,特别是用燃油消耗率作为内燃机经济性的主要指标。
1、燃油消耗率：以标定工况时每千瓦有效功率每小时所消耗的燃油的克
数作为衡量指标。
与内燃机的工作过程、燃烧室结构、机械效率等有
关。
2、机油消耗率：内燃机在标定工况时每千瓦小时所消耗的机油量的克数
来表示。
它与活塞的密封性及轴承的设计有关。
内燃机学课后思考题及习题答案
内燃机2-1内燃机的动力性能和经济性能指标为什么要分为指示指标和有效指标两大类？表示动力性能的指标有哪些？它们的物理意义是什么？它们之间的关系是什么？表示经济性能的指标有哪些？它们的物理意义是什么？它们之间的关系是什么？答：（1）指示性能指标是以工质对活塞做功为基础的指标。
能评定工作循环进行的好坏。
有效性能指标是以曲轴的有效输出为基础的指标，能表示曲轴的有效输出。
（2）动力性能指标：功率、转矩、转速、平均有效压力、升功率。
（3）功率：内燃机单位时间内做的有效功。
转矩：力与力臂之积。
转速：内燃机每分钟的转数。
Pe=Ttq.n/9550（4）经济性能指标：有效热效率，有效燃油消耗率be。
（5）有效热效率:实际循环的有效功与为得到此有效功所消耗的热量之比值。
ηet=We/Q1 有效燃油消耗率：单位有效功的耗油量。
关系：be=3.6*106/ηet.Hu2-4 平均有效压力和升功率在作为评定发动机的动力性能方面有何区别？答：平均有效压力是一个假想不变的压力，其作用在活塞顶上使活塞移动一个行程所做的功等于每循环所做的有效功，升功率是在标定的工况下，发动机每升气缸工作容积所发出的有效功率。
区别：前者只反应输出转矩的大小，后者是从发动机有效功率的角度对其气缸容积的利用率作出的总评价，它与Pme和n的乘积成正比。
（Pl=Pme·n/30T）2-5充量系数的定义是什么？充量系数的高低反映了发动机哪些方面性能的好坏？答（1）充量系数每个循环吸入气缸的空气量换算成的进气管状态下的体积。
V1与活塞排量Vs之比（2）充量系数高低反映换气过程进行完善程度。
2-8 过量空气系数的定义是什么？在实际发动机上怎样求得？1）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。
2）实际发动机中Φa 可由废气分析法求得，也可用仪器直接测得；对于自然吸气的四冲程内燃机，也可由耗油量与耗气量按下式求得（Φa=Aa/BLo ）2-9 内燃机的机械损失由哪些部分组成？详细分析内燃机机械损失的测定方法，其优缺点及适用场合。
第二章：内燃机的工作指标
第二章：内燃机的工作指标动力性指标：功率、转矩、转速经济性指标：燃料消耗率和润滑油消耗率运转性能指标：冷起动性、噪声、排气品质耐久可靠性指标：大修和更换零件之间的最长运行时间与无故障长期工作能力指示功：指气缸内完成一个循环所得到的有用功平均指示压力：单位气缸容积一个循环所作的指示功指示功率：内燃机单位时间内所做的指示功指示热效率：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：单位指示功率的耗油量。
通常用千瓦小时的耗油量来表示。
有效性能指标:平均有效压力：假想的、平均不变的压力作用在活塞顶上，使活塞移动一个冲程所作的功等于每循环所作的有效功。
平均有效压力反映发动机单位气缸工作容积输出转矩的大小。
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升功率从发动机有效功率的角度对气缸工作容积的利用率做总的评价，升功率越大，发动机的强化程度越高，发出一定有效功率的发动机尺寸越小。
充量系数：把每循环吸入气缸的空气量换算成进气状态的体积，其值一般要比活塞排量小，两者的比值定义为充量系数。
过量空气系数：燃烧1千克燃料的实际空气量与理论空气量之比。
反映混合气形成和燃烧完善程度及整机性能的一个指标，应力求减小，汽油机一般在0.85－1.1有效热效率：实际循环有效功与为得到此有效功所消耗的热量比例。
有效燃油消耗率：单位有效功的耗油量，通常用每有效千瓦小时所消耗的燃料克数来表示。
机械损失与机械效率：平均机械损失压力：发动机单位气缸工作容积一个循环所损失的功。
机械损失的组成部分：1、活塞与活塞环的摩擦损失：占整个摩擦损失的主要部分，是由滑动面大、相对速度高、润滑不充分等造成的。
与活塞的长度、活塞间隙、活塞环的数目和环的张力等结构有关。
随缸内压力、活塞速度和润滑油粘度的升高而增加。
2、轴承与气门机构的摩擦损失3、驱动附属机构的功率消耗：指保证发动机工作所必不可少的附件4、流体摩擦损失5、驱动扫气泵及增压器的损失机械损失的测定1、示功图法2、倒拖法：此种方法在测定汽油机机械损失时得到较广泛的应用3、灭缸法4、油耗线法提高发动机动力性能指标和经济性能指标途径：采用增压技术、合理组织燃烧过程，提高循环指示效率、改善换气过程，提高气缸的充量系数、提高发动机的转速、提高内燃机的机械效率、采用二冲程提高机械效率。
#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％。
内燃机原理第三章4h
12(10.89)Vs 0.94V5s 式（3-15）可写为
N ip i 0 .9 3V 4 sn5 1 i 20 3.5 1 p iV sn i kW （3-16）
为了分析pi、Ni与工作循环中各参数间的相互联系，分析影响 因素，下面建立数学表达式。
计算整台内燃机每小时的耗油量可以用以下两式计算:
热量利用的好坏主要与燃料热能释放的好坏、热量转换成 指示功的有效程度及热损失相关。
a.
它与混合气形成的好坏相关，一般空气足够，油气混合均匀， 燃料中的热能就能较好的释放出来→ η i ↑
混合气形成的好坏与燃油系统、燃烧室形状、空气涡流运动 及足够空气相关。
b. 热能转换的有效程度
dQ
在内燃机燃烧过程中，燃油热能的释放是按一定规律 d 进行 的，如果放热持续期短、等容度高（在上止点附近放热多），那 么有效利用率就高，热能转变成机械能的有效程度就大，反之亦 然。
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
煤气机
pi =0.6～1.4 MPa
2. 指示功率Ni
每单位时间内作用于活塞上的指示功称为内燃机的指示功
率Ni，即
Ni
103 piVsni 60 z
piVsn 3z
i102
kW
2
（3-15）
式中：z为动作系数，四冲程机，z＝4；二冲程机，z＝2；二冲
第二章 内燃机的工作指标
机械损失
机械损失测定
1. 示功图法 由示功图算出Pi，由测功器测得Pe 则 ：Pm=Pi - Pe 难点：⑴ Pi 计算示功图的上止点确定 ⑵各缸均匀性 2. 倒拖法 电力测功器倒拖测功；发动机运行状态尽可能一致。 拖动测得Pm大于实际的机械损失功率Pm ，因为： 1、 包含了Pp ；(Pp在Pi中已经扣除) 2、 气缸压力低 Pf比实际上小； 3、 传热损失。 倒施时所消耗的功率要超过柴油机在给定工况工作时 的实际机械损失；拖动法主要用于测定压缩比不高 的发动机，因此，广泛用于汽油机机械损失测定。
0.6—0.8 0.65 — 1 l — 2.9 0.6—2.5 0.78—1.2 0.65—1.2 0.6—0.7 0.4—0.65
由吸入空气量计算平均有效压力
• 充气系数φc 充气系数是实际进入气缸新鲜空气质量 m1除以进气口状 态 (ps，Ts) 的气体充满气缸工作容积 Vs 的空气质量 msh。 φc = m1 / msh = M1/Msh 若m1在进气管状态下占有体积V1则 φc = V1 / Vs • 过量空气系数φa 过量空气系数是燃烧1kg的燃油的实际空气量与理论 空气量之比 。 φ a= m1 / gb* l0 式中， gb为每循环燃料供给量(kg)， l0为lkg燃料完全燃 烧所需的理论空气量，称为化学计量空燃比。
目前内燃机的pme ， PL 值范围
pme
农用柴油机 汽车用柴油机 强化高速柴油机 固定船用中速柴油机 四冲程摩托车用汽油机 四冲程小客车用汽油机 四冲程载货汽车用汽油机 二冲程小型风冷汽油机
( MPa)
PL (kW/L)
8.8—14.7 11—25.8 15—40 3.7—7.35 51.8—88 40—70 22—25.8 18.4—73.5
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
内燃机原理教案
重庆科创职业学院
课程授课方案（教案）
课程名称内燃机原理
年级
教研室汽车制造装配
任课教师
职务教师
职称
重庆科创职业学院教务处制
量
燃油质/
F A
4、燃烧室形状合理分布
5、组织适当的气流运动
6、防止爆燃和早燃
二、汽油机典型燃烧室
1、楔型燃烧室
2、浴盆形燃烧室
3、半球形燃烧室
4、汽油机典型燃烧室的性能比较
浴盆形楔形半球形
火焰传播距离
火花塞的布置
挤气效果压缩比
气门面积气道弯曲程度
F/V值
充气系数散热损失气门机构噪音
维修性长
稍受限制
好
难以提高
限制大
大
大
低
大
较简单
小
好
长
稍受限制
特别好
较易提高
限制较小
较小
中等
中等
中等
较复杂
较小
较好
短
限制大
差
容易提高
限制小
小
最小
高
小
最复杂
较大
差
三、稀混燃烧及快燃系统梅氏火球形燃烧室
三、分层充气燃烧系统。
发动机原理第二章 内燃机的循环及性能评价指标
=1
河
b) 混合循环： Q1 、一定
南
理
，，t
工
大
学
二、理论循环的评价
第二章 内燃机循环及性能评价指标
2.平均循环压力pt 单位气缸工作容积所做的循环功 评定循环的做功能力
pt
Wt Vs
tQ1
Vs
混合
ptm
k k 1
pa
k 1
1
k
1t
河 南
等容
ptv
k k 1
pa
k 1
1t
理
柴油机 pr (1.05 ~ 1.2) p0
Tr 700 ~ 900K
排温取决于燃烧温度
河
燃烧过程迟后或后燃（补燃）增加排温升高，
南
理 排温是检查发动机燃烧状况的重要参数
工
大
学
第二章 内燃机循环及性能评价指标
二、实际循环的评价指标 指示指标：以工质对活塞做功为基础，评价实际循
环的做功能力和经济性。
第二章 内燃机循环及性能评价指标
一、卡诺循环与内燃机的动力循环
卡诺循环:绝热压缩、绝热膨胀做功、等温加热、等 温放热
卡诺效率:
tc
W Q1
1
Q2 Q1
1 T2 T1
提高动力循环热效率 的主要途径温差
河 南
卡诺定理：任何实际循环热效率<卡诺效率
理
工 大
意义：指明热力动力机械装置提高热效率的途径
学
第二章 内燃机循环及性能评价指标
一、卡诺循环与内燃机的动力循环
汽油机 — 通过液体燃料（汽油）实现奥托循环 轻便快速内燃机但热效率受限制
柴油机 — 从卡诺循环，以提高热效率增加压缩比提高温 差 热效率至今最高
第三章 内燃机的工作指标与性能
2020/4/2
13
§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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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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7
2020/4/2
8
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。
piVsni 102(kW)3 15
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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21
2、影响Ni的主要因素
建立指示功率与工作循环各参数间的数学关 系式：
Ni
1 30
Vsi Z
Hu
L'0
vi sn(kW)(3
21)
式中，Hu－燃料的低热值，KJ；
18
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
内燃机的性能指标
定义：单位指示功所消耗旳燃料量。
定义式：
bi
B(kg / h) P (kW )
103
i
单位： g/kw·h
i
Wi Q1
Pi
3600 Bhu
Pi 3600 Pibi hu103
3.6 bi hu
106
Hu ：燃料旳低热值（kJ/kg)
第四节 内燃机旳有效指标
定义：以曲轴对外输出功率为基础，用来评估内燃机实 际工作性能旳质量。
b Q2
a
Vs
V
三、理论循环及其分析
1 特征参数：
（1） 压缩比：
P
Va Vs Vc
Vc
Vc
（2） 压力升高比：
p z
p
c
Q``1 z` z Q`1
c
（3） 预胀比：
Vz
Vz'
p0
Vc
Vs
b Q2
a
2 循环热效率
定义：
W 1 Q2
Q t 1
Q1
混合加热计算式： ：
tm
1
1
k1 (
b B(kg / h) 103 e Pe (kW )
单位： g/kw·h
e
We Q1
Pe
3600 Bhu
Pe 3600 Pe be hu 10 3
3.6 be hu
106
Hu ：燃料旳低热值（kJ/kg)
7 升功率
定义：发动机单位汽缸排量所发出旳有效功率。
P
Pl
e
iVS
p3m0en（kw/L ）
动力性指标：平都有效压力、 有效功率、扭矩； 升功率、比质量、强化系数（强化指标）
经济性指标： 指示热效率、指示燃油消耗率