1、發動機實際循環與評價指標發動機實際循環與評價指標一、示功圖圖2-1四沖程內燃機的p-圖一、示功圖圖2-2四沖程壓燃式和點燃式內燃機實際循環p-V圖正負功確定原則：正負功確定原則：n 壓力方向與活塞運動方向一致，壓力方向與活塞運動方向一致，工質對活塞作正功工質對活塞作正功n 壓力方向與活塞運動方向相反，壓力方向與活塞運動方向相反，工質對活塞作負功工質對活塞作負功工質對活塞所作功工質對活塞所作功Compression 壓縮過程壓縮過程 W 0 Intake 進氣過程進氣過程 W 0 Exhaust 排氣過程排氣過程 W 混合循環混合循環 t 等壓循環等壓循環 tpmax及及q1相同：相同：等壓循環

2、等壓循環 t 混合循環混合循環 t 等容循環等容循環 tLuoyang Institute Of Science And Technology理論循環分析的指導意義理論循環分析的指導意義: 缸內噴射擴散燃燒缸內噴射擴散燃燒, 噴油時間縮短噴油時間縮短, 初期等容放熱變化不大初期等容放熱變化不大, 即即 基本不變而基本不變而 減小減小, t提高提高: 預混燃燒預混燃燒, 燃燒速度下降燃燒速度下降, 燃燒時間加長燃燒時間加長, 即即 下降而下降而 上升上升, t下降下降： 中、低負荷工況中、低負荷工況, 柴油機使用油耗較汽油機低柴油機使用油耗較汽油機低3050。Luoyang Institute

3、Of Science And Technology理想循環理想循環：1) 保持理論循環中關于循環的假設保持理論循環中關于循環的假設(簡化簡化)2) 工質特性按真實情況考慮：工質特性按真實情況考慮：n 循環過程中成分是變化的循環過程中成分是變化的n 工質的熱力參數隨溫度、分子結構及混合氣濃度等變化工質的熱力參數隨溫度、分子結構及混合氣濃度等變化1) 工質特性對熱效率的影響工質特性對熱效率的影響(與理論循環相比與理論循環相比)2) 理想循環代表了人類努力所能達到的水平理想循環代表了人類努力所能達到的水平(與真實循環相比與真實循環相比)：真實循環的指示效率與理想循環熱效率之比。反映了實際發動機：真實

4、循環的指示效率與理想循環熱效率之比。反映了實際發動機 指示效率接近理想水平的程度。指示效率接近理想水平的程度。dtitrel壓縮過程壓縮過程: 空氣空氣+燃料蒸氣燃料蒸氣+殘余廢氣殘余廢氣膨脹過程膨脹過程: 廢氣廢氣+空氣空氣Luoyang Institute Of Science And Technology真實工質對熱效率的影響真實工質對熱效率的影響 cv, cp= f（T, 分子結構）分子結構） Qv=cvT，Qp=cp T T cv和和 cp T t 多原子分子多原子分子 cv和和cp T t 即：即：真實工質真實工質 理想工質理想工質 真實工質真實工質 t 例如：例如：柴油機柴油機

5、汽油機汽油機 ；稀薄燃燒；稀薄燃燒 化學計量比燃燒化學計量比燃燒 高溫時，原子間的結合力減弱，產生熱分解（吸熱過程）。高溫時，原子間的結合力減弱，產生熱分解（吸熱過程）。 CO2CO+O2 H2OH2+O2 低溫膨脹及排氣時，反向燃燒放熱。因此，低溫膨脹及排氣時，反向燃燒放熱。因此，燃燒放熱時間拉長燃燒放熱時間拉長 等容度等容度 t 。 * T越高，越高，p越小越小 熱分解越嚴重，因此，熱分解越嚴重，因此，汽油機熱分解汽油機熱分解 柴油機熱分解。柴油機熱分解。Luoyang Institute Of Science And Technology真實工質對熱效率的影響真實工質對熱效率的影響1.4

6、01.351.301.251.204006008001000K溫度溫度Temperature = cp/cvAir a a = 2.0 a a = 1.25 a a = 0.83 a a = 0.67 a a = 1.0w/o exhaust gas residual 液體燃料發動機燃燒后，液體燃料發動機燃燒后， 1，p 和和 t 氣體燃料發動機燃燒后，氣體燃料發動機燃燒后， 1，p 和和 t （氣體燃料分子計入燃前分子總數）（氣體燃料分子計入燃前分子總數） 總的來說，總的來說， 的的影響不大影響不大 a 1，未燃碳氫，未燃碳氫 多原子多原子 T t a1，空氣，空氣單雙原子單雙原子 T t

7、Luoyang Institute Of Science And Technology汽油機與柴油機理想循環熱效率的比較汽油機與柴油機理想循環熱效率的比較1) n 柴油機柴油機 a 汽油機汽油機 a 柴油機柴油機 t 汽油機汽油機 t n 汽油機混合氣濃且等容度高，汽油機混合氣濃且等容度高，Tmax， 殘余廢氣殘余廢氣 ，熱分解，熱分解 汽油機汽油機 t n 汽油機汽油機 柴油機柴油機 ，但影響不大，但影響不大2) n 汽油機汽油機 a更小，而更小，而柴油機柴油機 a 更大更大 汽油機汽油機 t n 汽油機汽油機 r，柴油機，柴油機 r不變，汽油機不變，汽油機 ，燃燒速度，燃燒速度 汽油機汽油

8、機 tn 汽油機高、低負荷溫差小，汽油機高、低負荷溫差小， Tmax 汽油機汽油機 t考慮真實工質特性后，汽、柴油機熱效率差距加大：考慮真實工質特性后，汽、柴油機熱效率差距加大：Luoyang Institute Of Science And Technology真實循環真實循環1) (總加熱量的總加熱量的6)真實循環并非絕熱過程真實循環并非絕熱過程, 通過氣缸壁面、缸蓋底通過氣缸壁面、缸蓋底面、活塞頂面向外散熱。面、活塞頂面向外散熱。散熱量散熱量 Qw= Fw（T-Tw）d式中，式中， 傳熱系數傳熱系數 Fw 散熱面積散熱面積, Fw =f（ ） T缸內工質溫度缸內工質溫度, T= f（ ）

9、 Tw 燃燒室壁面溫度燃燒室壁面溫度, 可設為定值可設為定值l 壓縮過程壓縮過程: 前期吸熱前期吸熱, 后期散熱后期散熱, 使壓縮線略下使壓縮線略下降降(有利有利)。l 燃燒及膨脹過程燃燒及膨脹過程: 溫差大溫差大, 散熱強烈散熱強烈, 使使pz和膨和膨脹線下降脹線下降(不利不利)。l 燃燒膨脹線的下降幅度遠大于壓縮線燃燒膨脹線的下降幅度遠大于壓縮線, 使動力使動力過程功減小。過程功減小。Luoyang Institute Of Science And Technology真實循環真實循環2) 實際燃燒及向工質加熱不可能瞬間完成：實際燃燒及向工質加熱不可能瞬間完成：l存在點火存在點火(噴油噴油

10、)提前，使有用功面積下降，提前，使有用功面積下降， t。lpz出現在出現在TDC后后10 CA，而非等容加熱，使有用功，而非等容加熱，使有用功面積減小。面積減小。3) l排氣門早開，造成膨脹功損失。排氣門早開，造成膨脹功損失。l泵氣損失功泵氣損失功(W2W3)4) l 正常燃燒時，也有正常燃燒時，也有 c100%l 不正常燃燒、不正常燃燒、 a 1等，等， t 5) 流動增強以及提高渦流與湍流程度，流動增強以及提高渦流與湍流程度， t 因為：造成能量損失、散熱損失因為：造成能量損失、散熱損失 例如：流動損失，非直噴式柴油機直噴式柴油機例如：流動損失，非直噴式柴油機直噴式柴油機 6) Luoya

11、ng Institute Of Science And Technology真實循環與理論循環的比較真實循環與理論循環的比較：l 由于由于工質工質和和循環循環方面的差別，使得方面的差別，使得: 理論循環理論循環t -實際循環實際循環t =1020百分點百分點l 兩者之間的差別指出了改善內燃機兩者之間的差別指出了改善內燃機t的基的基本原則本原則Luoyang Institute Of Science And Technology講課內容講課內容5.2 5.2 發動機的性能指標發動機的性能指標Luoyang Institute Of Science And Technology功率功率(Power

12、), 轉矩轉矩(Torque), 轉速轉速(Revolution/Speed)有效平均壓力有效平均壓力(Brake Mean Effective Pressure, BMEP)有效燃料消耗率有效燃料消耗率(Brake Specific Fuel Consumption, BSFC)機油消耗率機油消耗率(Oil/Lubricant Consumption)碳氫碳氫(HC), 一氧化碳一氧化碳(CO), 氮氧化物氮氧化物(NOx),二氧化碳二氧化碳(CO2)顆粒物顆粒物(Particulate Matter, PM), 干碳煙干碳煙(Dry Soot, DS)噪聲振動沖擊噪聲振動沖擊 (Noise

13、 Vibration Harshness, NVH)可靠性或耐久性可靠性或耐久性(Robust/Reliability, Durability)檢測檢測/維護維護(Inspection/Maintenance, I/M) 發動機性能發動機性能(Performance)指標指標Luoyang Institute Of Science And Technology指示指標與有效指標指示指標與有效指標1. 以工質對活塞作功為計算基準的指標稱為以工質對活塞作功為計算基準的指標稱為n 基于示功圖算出，直接反映燃燒和熱力循環組織的好壞基于示功圖算出，直接反映燃燒和熱力循環組織的好壞n 用于理論分析和科研用

14、于理論分析和科研2. 以曲軸輸出功為計算基準的指標稱為以曲軸輸出功為計算基準的指標稱為n 由試驗測出，直接反映產品最終性能由試驗測出，直接反映產品最終性能n 用于產品開發、生產和使用當中用于產品開發、生產和使用當中只有與作功有關的指標，如功、功率、油耗、平均壓力、熱效率等只有與作功有關的指標，如功、功率、油耗、平均壓力、熱效率等才有才有“有效有效”與與“指示指示”之分之分Luoyang Institute Of Science And Technology一、指示功、有效功和機械損失功 指示功：發動機在一個工作循環內，缸內工質在無泵氣損失條件下對活塞所做的功。用Wi表示。 四沖程發動機：Wi=

15、W1+W3 四沖程增壓發動機：Wi=W1+（pb-pk）VsLuoyang Institute Of Science And Technology一、指示功、有效功和機械損失功指示性能指標只能評定工作循環進行的好壞，發動機發出的指示功率需扣除運動件的摩擦功率以及驅動風扇、機油泵、燃油泵、發電機等附件所消耗的功率后才能變為曲軸的有效輸出，所有這些消耗功的總和稱為機械損失功Wm，從而有效功為We=Wi-Wm有效功與指示功之比稱為機械效率Luoyang Institute Of Science And Technology 機械損失功Wm=Wf+We+Wp Wf:機械摩擦損失功 We：附件消耗功 W

16、p：泵氣損失功Luoyang Institute Of Science And Technology動力性能指標動力性能指標pWVmiis p . VpdVWp 1 bar10Nm10Nmm0.1kJdmmisimi52533 注意：這里的壓力事注意：這里的壓力事實上就是物理上所說實上就是物理上所說的壓強，的壓強，N/mN/m2 2指示平均壓力指示平均壓力(Indicated Mean Effective Pressure, IMEP)：單位氣缸工作容積所作的循環指示功：單位氣缸工作容積所作的循環指示功n 循環指示功可以認為是循環指示功可以認為是p pmimi作用在活塞作用在活塞上，使活塞移動

17、一個沖程所作功上，使活塞移動一個沖程所作功n 指示平均壓力反映發動機作功能力的大小指示平均壓力反映發動機作功能力的大小( (單位體積作功量單位體積作功量大小大小J/mJ/m3 3) )和強化程度。和強化程度。Luoyang Institute Of Science And Technology有效平均壓力 有效平均壓力：單位氣缸工作容積所致的有效功。 可看作是一個假想的、平均不變的壓力作用在活塞頂上，使活塞移動一個行程所做的功等于每循環所做的有效功 。用pme表示semeVWpLuoyang Institute Of Science And Technology機械損失平均壓力：pmm pmm

18、 :機械損失平均壓力，Vs：氣缸排量；Wm：機械損失功smmmVWpLuoyang Institute Of Science And Technology不同發動機有效平均壓力不同發動機有效平均壓力pme范圍范圍摩托車發動機（四沖程）摩托車發動機（四沖程）賽車發動機（自然吸氣）賽車發動機（自然吸氣） 賽車發動機（渦輪增壓）賽車發動機（渦輪增壓）轎車汽油機（自然吸氣）轎車汽油機（自然吸氣）轎車汽油機（渦輪增壓）轎車汽油機（渦輪增壓）轎車柴油機（渦輪增壓）轎車柴油機（渦輪增壓）卡車柴油機（渦輪增壓）卡車柴油機（渦輪增壓）大型柴油機大型柴油機中型高速柴油機中型高速柴油機十字頭二沖程柴油機十字頭二沖程

19、柴油機pme bar1216.656914.114201221.21123.51529.415251518.2mmmimepppLuoyang Institute Of Science And Technology3.指示效率、有效效率和機械效率 指示熱效率：燃料化學能轉換為指示功Wi的能量轉換效率，即 式中， 為指示熱效率； 為所用燃料的低熱值（kJ/kg） 單缸每循環燃油消耗量gb（kg） ubiitHgWituHLuoyang Institute Of Science And Technology 有效熱效率：燃料化學能轉換為曲軸輸出功We的能量轉換效率 式中， 為有效熱效率； 為所用燃

20、料的低熱值（kJ/kg） 單缸每循環燃油消耗量gb（kg）ubeetHgWetuHLuoyang Institute Of Science And Technology 機械效率：指示功Wi，在支付機械損失功Wm后，變為曲軸有效輸出功We的能量轉換效率。memimimiiemWWWWWWWWWW11Luoyang Institute Of Science And Technology4.指示燃料消耗與有效燃料消耗 指示燃油消耗率：單位指示功的耗油量，通常用單位千瓦小時指示功的耗油量克數g/(kWh)來表示。 B整機燃料消耗率，kg/h;Pi為指示功率，kW310iiPBb Luoyang In

21、stitute Of Science And Technology4.指示燃料消耗率與有效燃料消耗率 有效燃料消耗率： B整機燃料消耗率，kg/h;Pe為有效功率，kW 因為310eepBbemiieiembbPPWWLuoyang Institute Of Science And Technology由功與功率的關系求由功與功率的關系求功功We3tqe1030tqTnTP轉矩轉矩 (N.m)iPtWeemetq pT角速度角速度(rad/s) 動力性指標之間的關系動力性指標之間的關系由轉速、轉矩和功率由轉速、轉矩和功率功率的關系求功率功率的關系求功率Pe對于某一發動機，轉矩對于某一發動機，轉

22、矩和有效平均壓力都反映和有效平均壓力都反映負荷（負荷（load）的大小）的大小循環時間循環時間nt30Luoyang Institute Of Science And Technology動力性指標之間的關系動力性指標之間的關系niPWWnitWiPeeeee3030Luoyang Institute Of Science And Technology6333333310301030103010101010303010303030tqmeseeeemesetqstqsesemetqeseeeTnBpVniBWniBPBbWipVinPTViTVniPVWpTnPVniWnitWiPLuoyan

23、g Institute Of Science And Technology有效效率：有效效率：uet1eeHPBbEffective efficiencyFuel mass flow 燃料流量燃料流量 (kg/s)Low heat value (kJ/kg)kgkJ42800;0.35uetHuit1iiHPBbIndicated efficiencyuiitHBP經濟性指標經濟性指標有效燃料消耗率：有效燃料消耗率：BSFC指示效率：指示效率：指示燃料消耗率：指示燃料消耗率：ISFCueetHBPE.g. 求油耗：求油耗：Luoyang Institute Of Science And Tec

24、hnology PL單位發動機排量發出的功率單位發動機排量發出的功率 ( (評價氣缸容積利用程度和緊湊性評價氣缸容積利用程度和緊湊性) ) PL= Pe / Vs *i (kW/L)n me單位有效功率所占發動機質量單位有效功率所占發動機質量 ( (評價輕量化和緊湊性評價輕量化和緊湊性) ) me= m / Pe (kg/kW)n Ve單位有效功率所占發動機的體積單位有效功率所占發動機的體積 ( (評價緊湊性評價緊湊性) ) Ve= V / Pe (m3/kW)功率密度評價指標功率密度評價指標轎車汽油機自吸式轎車汽油機自吸式: 35: 356565轎車汽油機增壓式轎車汽油機增壓式: 50: 5

25、0100100轎車柴油機增壓式轎車柴油機增壓式: 30: 304040轎車汽油機轎車汽油機: 3: 31 1轎車柴油機轎車柴油機: 5: 52 2Luoyang Institute Of Science And Technology發動機轉速與活塞平均速度發動機轉速與活塞平均速度3m1030nsVr/minm301m/smnsV主要影響：主要影響： 慣性力引起的機械應力慣性力引起的機械應力 摩擦摩擦(磨損磨損) 熱負荷熱負荷 充氣效率充氣效率 噪聲噪聲2mMV活塞平均速度：活塞平均速度：(強化指標之一強化指標之一)n 發動機轉速與活塞速發動機轉速與活塞速度不完全是一個概念！度不完全是一個概念！

26、n 活塞平均速度越高，活塞平均速度越高，說明發動機強化度越高說明發動機強化度越高單位：單位： Luoyang Institute Of Science And Technology活塞平均速度活塞平均速度VmVm2221.7279.519.812.37.8m/s7.0摩托車發動機（四沖程）摩托車發動機（四沖程）賽車發動機（自然吸氣）賽車發動機（自然吸氣） 賽車發動機（渦輪增壓）賽車發動機（渦輪增壓）轎車汽油機（自然吸氣）轎車汽油機（自然吸氣）轎車柴油機轎車柴油機卡車柴油機（渦輪增壓）卡車柴油機（渦輪增壓）大型柴油機大型柴油機中速柴油機中速柴油機十字頭

27、二沖程柴油機十字頭二沖程柴油機Luoyang Institute Of Science And Technology決定動力輸出的三大環節決定動力輸出的三大環節n 設單位時間加入發動機的燃料總質量為設單位時間加入發動機的燃料總質量為B (kg/s)，燃料低熱值，燃料低熱值(low heat value)為為Hu(kJ/kg)，燃料能量轉換的總效率為，燃料能量轉換的總效率為 et ，則有效功率，則有效功率Pe可表示為：可表示為： n 設單位時間進入發動機的混合氣總量為設單位時間進入發動機的混合氣總量為Gm(kg/s)，混合氣低熱值為，混合氣低熱值為Hum (kJ/kg)，則有效功率，則有效功率P

28、e也可表示為：也可表示為：n 提高功率的三大環節：提高功率的三大環節：l 可燃混合氣或燃料的能量密度可燃混合氣或燃料的能量密度 混合氣熱值混合氣熱值Hum或燃料熱值或燃料熱值Hul 單位時間實際吸入發動機的可燃混合氣總量單位時間實際吸入發動機的可燃混合氣總量Gm或燃料總量或燃料總量Bl 可燃混合氣能量或燃料能量轉換為有效輸出功的多少可燃混合氣能量或燃料能量轉換為有效輸出功的多少 工作過程各環節效率或總效率工作過程各環節效率或總效率 et(kW)ueteHBP(kW)ummeteHGPLuoyang Institute Of Science And Technology油油/氣混合比氣混合比(濃

29、度濃度)是影響發動機性能的重要參數：是影響發動機性能的重要參數：1) 過量空氣系數過量空氣系數 a（Excess air ratio/Relative air-fuel ratio）設單位質量燃料完全燃燒所需理論空氣量為設單位質量燃料完全燃燒所需理論空氣量為l0，而實際供給的空氣量為，而實際供給的空氣量為l，則則 a定義定義為：為： a 1 ,稀稀(lean)混合氣混合氣 a 1, 濃濃(rich)混合氣混合氣 a =1, 化學計量比（化學計量比（stoichiometric ratio），過去稱理論空燃比），過去稱理論空燃比可燃混合氣濃度與熱值可燃混合氣濃度與熱值0理論1kg實際供給1kgl

30、la空氣量燃料完全燃燒需要的的空氣量燃料燃燒）（國外用燃空當量比燃空當量比(equivalent ratio) 1 / a，歐美國家常用，歐美國家常用 Luoyang Institute Of Science And Technology2) 空燃比空燃比a a (Air/Fuel ratio, A/F)3) 燃空比燃空比 (Fuel/Air ratio, F/A)4) 可燃混合氣熱值可燃混合氣熱值Hum (Mixture low heat value)定義定義: 單位質量或單位體積單位質量或單位體積發出的熱量發出的熱量(kJ/kg或或kJ/m3)Hu表示燃料的能量密度，越高越便于攜帶；表示燃

31、料的能量密度，越高越便于攜帶；Hum代表混合氣的能量密度，代表混合氣的能量密度，越高則相同工作容積時發出功率越高越高則相同工作容積時發出功率越高(pme也越高也越高)0a)(lFAl混合氣中燃料質量混合氣中空氣質量或)(110alAFsuvum)(VHmH0auuuum11lHlHlmmHmH或或可燃混合氣濃度與熱值可燃混合氣濃度與熱值Luoyang Institute Of Science And Technology能量轉換效率能量轉換效率ub1cHgQ 1itQW iemWW 1) 燃燒效率燃燒效率2) 循環熱效率循環熱效率3) 機械效率機械效率ubemitmtcetHgW4) 有效效率

32、有效效率每缸每循環燃燒時發出的熱量每缸每循環燃燒時發出的熱量 (kJ)單缸循環油量單缸循環油量(kg)指示效率指示效率正常燃燒：正常燃燒：汽油機汽油機 c=95%98%柴油機柴油機 c=98%99%Combustion EfficiencyThermal EfficiencyMechanical EfficiencyEffective Efficiency曲軸輸出功曲軸輸出功總指示功總指示功Luoyang Institute Of Science And Technology混合氣混合氣(進氣進氣)充量充量ssacVm充量系數充量系數(容積效率容積效率)Volumetric efficienc

33、y每缸每循環吸入缸內的新鮮空氣量與按進氣系統前狀態計算每缸每循環吸入缸內的新鮮空氣量與按進氣系統前狀態計算 而得的理論充氣量之比而得的理論充氣量之比(75%-90%) 0a0aa0aaaam1)/(llAlAABAG 0a0assssc0a0assc12112llTRinpVllinV可燃混合氣流量：可燃混合氣流量：l 大氣密度大氣密度(自然吸氣機型自然吸氣機型)l 增壓后空氣密度增壓后空氣密度(增壓機型增壓機型)新鮮空氣量新鮮空氣量燃油量燃油量Luoyang Institute Of Science And Technology)2)()(ssssc0aumtcummeteinTRpVlHH

34、GPuetumitumtce111HHHb功率和油耗的表達式功率和油耗的表達式(課程總綱課程總綱)燃燒效率燃燒效率循環熱效率循環熱效率( (第第5 5章章) )機械效率機械效率( (第第3 3章章) )進氣充量進氣充量( (第第6 6章章) )混合氣熱值混合氣熱值( (第第2 2章章) )Luoyang Institute Of Science And Technology例題一臺4缸四沖程火花塞點火發動機（缸徑D=80mm，沖程S=76.5mm）節氣門全開時在臺架上的測量結果如下：轉速n=5900r/min，有效轉矩Ttq=107.1Nm，指示平均壓力pmi=1.19MPa，計算1)指示功W

35、i2）指示功率Pi和有效功率Pe3）有效平均壓力pme4)機械效率m5）機械損失功率Pm和機械損失平均壓力pmmLuoyang Institute Of Science And Technology例2 內燃機的動力性能和經濟性能指標為什么要分為指示指標和有效指標兩大類？表示動力性能的指標有哪 些？它們的物理意義是什么？它們之間的關系是什么？表示經濟性能的指標有哪些？它們的物理意義是什么？它 們之間的關系是什么？ 答：（1）指示性能指標是以工質對活塞做功為基礎的指標。能評定工作循環進行的好壞。有效性 能指標是以曲軸的有效輸出為基礎的指標，能表示曲軸的有效輸出。Luoyang Institute

36、 Of Science And Technology （2）動力性能指標：功率、轉矩、轉速、平均有效壓力、升功率。 （3）功率：內燃機單位時間內做的有效功。轉矩：力與力臂之積。轉速：內燃機每分鐘的轉數。Pe=Ttq.n/9550 （4）經濟性能指標：有效熱效率，有效燃油消耗率be。 （5）有效熱效率:實際循環的有效功與為得到此有效功所消耗的熱量之比值。 et=We/Q1*nc 有效燃油消耗率：單位有效功的耗油量。關系：be=3.6*106/et.HuLuoyang Institute Of Science And Technology機械損失與機械效率機械損失與機械效率1) 機械效率的定義機械

37、效率的定義2) 機械損失的組成與份額機械損失的組成與份額3) 機械損失的測量機械損失的測量4) 機械效率的影響因素機械效率的影響因素mimmimimiem111ppPPWWWWLuoyang Institute Of Science And Technology機械損失與機械效率機械損失與機械效率(1) (5080)活塞組件、軸承、氣門機構等活塞組件、軸承、氣門機構等(2) (10)水泵、機油泵、燃油泵、點火裝置等水泵、機油泵、燃油泵、點火裝置等運轉運轉必不可少的必不可少的輔助機構輔助機構(3) (540)pmemfmWWWW1) 機械效率的定義機械效率的定義2) 機械損失的組成與份額機械損失

38、的組成與份額3) 機械損失的測量機械損失的測量4) 機械效率的影響因素機械效率的影響因素p 為什么泵氣損失包含在機械為什么泵氣損失包含在機械損失中？損失中？Luoyang Institute Of Science And Technology一、機械損失的組成部分1.活塞與活塞環的摩擦損失2.軸承與氣門機構的摩擦損失3.驅動附屬機構的功率損失4.風阻損失5.驅動掃氣泵及增壓器的損失Luoyang Institute Of Science And Technology1.活塞與活塞環的摩擦損失活塞與活塞環的摩擦損失占整個摩擦損失的主要部分。這是由于它的滑動面積大、相對速度高、潤滑不充分等原因造成

39、的。這種摩擦與活塞的長度、活塞間隙以及活塞環的數目和環的張力等結構因素有關。此外，在構造相同的情況下，它隨氣缸壓力、活塞速度以及潤滑油粘度的升高而增加。Luoyang Institute Of Science And Technology2.軸承與氣門機構的摩擦損失軸承與氣門機構的摩擦損失包括所有主軸承、連桿軸承和凸輪軸軸承等的摩擦損失。在這些軸承里，由于潤滑充分，純液力摩擦因數很低，不過隨著軸承直徑的增大和轉速的提高，軸頸圓周速度的增大，運動件慣性力增大，這部分損失也將增加，但它對氣缸中壓力的變化不太敏感。至于消耗在氣門驅動機構上的損耗，在額定功率工況下所占比例是很微小的，在低速小負荷時，它

40、的比例將增大。Luoyang Institute Of Science And Technology3.驅動附屬機構的功率損失所謂的附屬機構，主要是指為保證發動機正常工作所必不可少的部件或總成，如冷卻水泵總成(風冷發動機中則是冷卻風扇)、機油泵、噴油泵、調速器等；而一些不是發動機運轉所必要的總成，如發電機、汽車制動用的空氣壓縮機、真空助力泵等，除非加以說明，一般不包括在內。有時散熱器、冷卻風扇也不包括在發動機機械損失之內。這些附屬機構消耗的功率隨發動機的轉速和潤滑油粘度的增加而增大，但與氣缸壓力無關，它僅占機械損失中的一小部分。Luoyang Institute Of Science And

41、Technology4.風阻損失活塞、連桿、曲軸等零件在曲軸箱內高速運動時，為克服油霧、空氣阻力及曲軸箱通風等將消耗一部分功，但其數值是很微小的。Luoyang Institute Of Science And Technology5.驅動掃氣泵及增壓器的損失在二沖程或機械增壓發動機中，還要加上對進氣進行壓縮而帶來的損失。上述諸損失中，可將前四項損失之和視作發動機的內部摩擦損失，并以Pf表示其損耗的功率，掃氣泵或增壓器所消耗的功率為PBLuoyang Institute Of Science And Technology圖2-4自然吸氣發動機中機械損失各組成部分隨活塞平均速度的變化a泵氣損失b

42、活塞與活塞環的摩擦損失c氣門機構驅動損失d附屬機構驅動損失e連桿軸承摩擦損失f凸輪軸承摩擦損失Luoyang Institute Of Science And Technology機械損失與機械效率機械損失與機械效率1) 機械效率的定義機械效率的定義2) 機械損失的組成與份額機械損失的組成與份額3) 機械損失的測量機械損失的測量4) 機械效率的影響因素機械效率的影響因素p無凸輪軸（無凸輪軸（Camless）發動機）發動機測量機械損失時可以剔除泵氣損測量機械損失時可以剔除泵氣損失嗎？失嗎？(1) (5080)活塞組件、軸承、氣門機構等活塞組件、軸承、氣門機構等(2) (10)水泵、機油泵、燃油泵

43、、點火裝置等水泵、機油泵、燃油泵、點火裝置等運轉運轉必不可少的必不可少的輔助機構輔助機構(3) (540)pmemfmWWWW電控氣門電控氣門Luoyang Institute Of Science And Technology機械損失與機械效率機械損失與機械效率標定工況：標定工況：l 自吸式汽油機自吸式汽油機: m=0.80.9l 自吸式柴油機自吸式柴油機: m=0.780.85l 渦輪增壓式柴油機渦輪增壓式柴油機: m=0.800.921) 機械效率的定義機械效率的定義2) 機械損失的組成與份額機械損失的組成與份額3) 機械損失的測量機械損失的測量4) 機械效率的影響因素機械效率的影響因素

44、p 在相同排量和標定工況條件下，在相同排量和標定工況條件下，比較渦輪增壓發動機、機械增壓發比較渦輪增壓發動機、機械增壓發動機和自然吸氣發動機的機械效率，動機和自然吸氣發動機的機械效率，哪個大？哪個小？哪個大？哪個小？(1) (5080)活塞組件、軸承、氣門機構等活塞組件、軸承、氣門機構等(2) (10)水泵、機油泵、燃油泵、點火裝置等水泵、機油泵、燃油泵、點火裝置等運轉運轉必不可少的必不可少的輔助機構輔助機構(3) (540)pmemfmWWWWLuoyang Institute Of Science And Technology機械損失與機械效率機械損失與機械效率(1) 由總指示功由總指示功

45、Wi，減去臺架上測得，減去臺架上測得的有效功的有效功We只適用研發：只適用研發：(a) 上止點難以精確測量：偏差上止點難以精確測量：偏差1 CA，誤差，誤差1015(b) 各缸不均勻，需要同時測量各缸不均勻，需要同時測量meiWWW1) 機械效率的定義機械效率的定義2) 機械損失的組成與份額機械損失的組成與份額3) 機械損失的測量機械損失的測量4) 機械效率的影響因素機械效率的影響因素Luoyang Institute Of Science And Technology機械損失與機械效率機械損失與機械效率(2) 發動機正常運轉后。斷油或斷火，用發動機正常運轉后。斷油或斷火，用電機反拖發動機，測

46、得的反拖功率電機反拖發動機，測得的反拖功率誤差誤差：(a) 無燃燒，缸內壓力低，活塞與缸套無燃燒，缸內壓力低，活塞與缸套間隙加大摩擦損失減小；潤滑油粘度間隙加大摩擦損失減小；潤滑油粘度加大，摩擦損失增大加大，摩擦損失增大(b) 排氣阻力加大，泵氣損失增大排氣阻力加大，泵氣損失增大(c) 壓縮、膨脹線不重合，增大壓縮、膨脹線不重合，增大pmm汽油機壓縮比小，所以誤差小汽油機壓縮比小，所以誤差小1) 機械效率的定義機械效率的定義2) 機械損失的組成與份額機械損失的組成與份額3) 機械損失的測量機械損失的測量4) 機械效率的影響因素機械效率的影響因素meiWWWLuoyang Institute O

47、f Science And Technology2.倒拖法圖2-6發動機在倒拖時的p-V圖Luoyang Institute Of Science And Technology機械損失與機械效率機械損失與機械效率(3) 用于多缸機用于多缸機本質上也是倒拖法（本質上也是倒拖法（N-1缸拖缸拖1缸），但缸），但更接近真實狀態更接近真實狀態新問題：新問題：p 滅缸后進排氣波動效應的影響滅缸后進排氣波動效應的影響p 兩大數相減得到小數，誤差加大兩大數相減得到小數，誤差加大NPPNPPPPPPPPPPPPP1iieeeN1iieeeimN1iieeN1ii1iieei1)(1)()()()(1) 機械效

48、率的定義機械效率的定義2) 機械損失的組成與份額機械損失的組成與份額3) 機械損失的測量機械損失的測量4) 機械效率的影響因素機械效率的影響因素此法僅適用于自然吸氣式多缸柴油機。當發動機調整到給定工況穩定工作后，先測出其有效功率Pe，保持發動機原循環供油量不變，停止向某一氣缸供油，并用減少制動力矩的辦法迅速將轉速恢復到原來的數值，并重新測定其有效功率PLuoyang Institute Of Science And Technology機械損失與機械效率機械損失與機械效率(4) 轉速不變，測出整機燃料消耗率隨負荷轉速不變，測出整機燃料消耗率隨負荷的變化曲線。將此線外延到與橫坐標相的變化曲線。將

49、此線外延到與橫坐標相交的交的a點，則點，則a0之值為機械損失值。之值為機械損失值。適合柴油機，不適合汽油機適合柴油機，不適合汽油機1) 機械效率的定義機械效率的定義2) 機械損失的組成與份額機械損失的組成與份額3) 機械損失的測量機械損失的測量4) 機械效率的影響因素機械效率的影響因素Luoyang Institute Of Science And Technology4.油耗線法Luoyang Institute Of Science And Technology機械損失與機械效率機械損失與機械效率： (1) 多用倒拖法，不適合用滅缸多用倒拖法，不適合用滅缸法法(滅缸不安全滅缸不安全)和油耗線法和油耗線法(不成直線不成直線) (2) 適合滅缸法、油耗適合滅缸法、油耗線法，小型柴油機可以用倒拖法線法，小型柴油機可以用倒拖法 (3) 無法使用倒拖無法使用倒拖法和滅缸法，低增壓可以用油耗線法。法和滅缸法，低增壓可以用油耗線法。1) 機械效率的定義機械效率的定義2) 機械損失的組成與份額機械損失的組成與份額3