w

　w

　W

　W

　第一章发动机的性能

　1衡量发动机性能的指标:

　厂动力性（功率?转矩.转遠等丿

　经济牲C

　经济牲

　C摸油请耗丰等丿

　发动机矣际循环P?v

　发动机矣际循环P?v因

　J适转性（令皑动.排放.嗥音等丿

　另外，作为一种大众化的消费品，还必须考虑其生产成本.使用维修.可靠耐用等方面。

　2发动机的理论循环

　V

　3三种基本循环

　引入空气标准假设，根据不同发动机工作特点，将实际循环简化为等容、等压和混合加热循环。

　4循环热效率n t：

　矜-1

　仇 _1);%仏 _1)

　溫仝加热彳

　其中J为压缩比.入p为左漆增压比（p/pj ,卩。为定压 领腿比CV/VyJ o

　对于等汆加热循环（p 0=1）:

　对于等压加热循环（xp=l）:

　ZT-古

　心-古斜

　4.1压缩比5对循环热效率U的影响:

　温金加热循环

　■増大，提高了循环平均吸热温度，降低了循环平均放热温度，扩大了循环温差，,提高。

　4.2定压预胀比P。和定容增压比入p对循环热效率U的影响

　4.3等爛指数

　4.3等爛指数k对循环热效率叽的影响:

　在总吸热量Q不变的情况下，随着入p增大（等容加热 部分增大），P。减小（等压加热部分减小），使得循 环放热量Q减少，X增大。

　随着K增大，循环热效率U也增大。

　1

　4.4增大仁、Xp,减小P。，有利于叽的提高，但实际应用中还必须综合考虑以下因素：

　（1）

　结构条件一增大％和入P，会使最高燃烧压力Pz急剧升高，提高了对零部件强度的要求；

　（2）

　机械效率一 一和入p增大，Pz升高，会使机械效率降低；

　（3）

　燃烧方面一 5过大，汽油机容易产生爆燃和表面点火等不正常燃烧，柴油机会因燃烧室容 积过小而设计困难，同时使燃烧效率降低；

　5循环平均压力单位汽缸容积所做的循环功称为循环平均压力Pt （kPa）：

　（用于评定气缸工作容积做工能力的大小） 要提高热效率，就应增大等容加热的比重，即提高循环加 “等容度”；但需要适当限制最高温度和压力。

　对于混合加热循环有，pt =了牛■［（心-1）+色（炖-1）阮 \ K

　对于混合加热循环有，pt =

　了牛■［（心-1）+色（炖-1）阮 \ K — 1

　式中Ph为进气终点的压力（kPa） 取仁二1 （等容加热循环）有：pt二仝二空 /

　乞-"-1

　/

　才

　取入二1 （等压加热循环）有：Pt =—一芽

　E -1 K-\

　（易- 1）久

　心一 1）Z

　可见Pt主要 与进气终点 压力Pde＞压 缩比￡c、定 压预胀比P 。、等埔指数 K和循环热 效率n t有 关。

　6三种基本循环的比较:

　6.1

　循

　放热量:

　热效率:

　最高温度,

　Qlv < Qlm < Q1 久 >%>% Tv>Tm>Tp Pv>Pm>Pp

　同一机型不同 环模式的对比

　（￡ C和Q丄不 变）：

　6.2三种循环具有相同加热量Q的比较（Q和Pmax相同）

　混合加热 等压加热 等容加热热不同机型三种循环叭的比较 （Q（和—

　混合加热 等压加热 等容加热

　热

　不同机型三种循环叭的比较 （Q（和—相同）

　K需机（特点是边喷油边烧，燃烧时间与喷油时间有关）

　负荷降低一喷油时间减少一燃烧时间减少

　I

　r）t升高— Po减小而g基木不变

　b）汽油机（点燃后火焰传播燃烧，燃烧时间勺燃烧速度冇关）

　7

　/负荷降低一残余废气增多一 燃烧速度降低

　—降低— %增大血入P减小.—燃烧时间增长

　四冲程汽油机实际循环7四冲程发动机的实际循环

　四冲程汽油机实际循环

　放热量：Q2v > Q2m > Q2p 热效率：T]y <TJm<TJp 最高温度:Tv>Tm>Tp

　进气.压缩.燃烧、膨胀作功和排气5个部分。

　7.1进气过程(r-a)： 进气门开启，排气门关闭，活塞下行，新鲜工质被吸入汽缸。

　特点：

　1、

　由于进气系统的阻力，进气终了压力Pa小于大气压力P。(约0.85?0.95 P。)厂般柴油机 要略高于汽油机。

　2、

　受高温零件和废气加热，进气终了温度Ta高于大气环境温度T。(约300?380K), 一般汽 油机略高于柴油机。

　7.2压缩过程(a-c)：

　进.排气门关闭，活塞上行，工质被压缩，温度和压力升高。

　压缩的作用：

　1、

　增大工作过程的温差，获得大的膨胀比，提高热效率，同时为燃烧过程创造有利条件。

　2、

　在柴油机中，压缩后气体的高温是保证燃烧着火的必要条件。

　汽油机 Pc=0.8?2.OMPa, Tc=600?750K；

　柴油机 pc=3.0?5?0MPa, Tc=750?1000K

　3、

　压缩比叫：

　汽油机中,为提髙热效率，希望提高压缩比,但受到不正常燃烧的限制；柴油机中，为保证喷入 气缸的燃料能及时自燃以及冷启动时可靠着火,需选取较高的压缩比。

　4、多变指数Z

　压缩过程为一个多变指数n不断变化的过程。

　*思考’压缩过程中转速和漏气 对n

　*思考’压缩过程中转速和漏气 对n如何影响？

　w

　w

　w

　w

　7.3燃烧过程（c—z）：

　进、排气门关闭，活塞在上止点前后，可燃混合气着火燃烧，化学能转变成热能，工质温度和 压力急剧升髙。

　特点：

　燃烧放出的热量越多，放热时活塞越靠近上止点，热效率越高。

　7.4膨胀过程（Lb）：

　进、排气门关闭，高温、高压工质推动活塞下行，膨胀作功，工质温度和压力迅速下降。

　通常：汽油机 pb=0.3?0.6MPa,Tb=1200?1500K； 柴油机 pb=0.25?0.5MPa, Tb=800?1200K

　7.6排气过程（b-r）：

　进气门关闭，排气门打开，废气先靠自身压力排出，而后在活塞由下止点向上止点运动时强制排出。

　特点：

　1、

　由于排气系统阻力，排气终了压力p「髙于大气压力p。，阻力越大，p「也越大，汽缸中残余废 气也就越多。（约1?05?1.25 p。），一般汽油机要略高于柴油机。

　2、

　排气终了温度「越低，转化为有用功的热量就越多，发动机状态就越好。（约700?1100K）, 一般汽油机要高于柴油机。

　8发动机实际循环与理论循环的比较：

　1）

　实际工质的影响（WQ：工质成分的改变和泄露

　2）

　换气损失（W）泵气损失和提前排气损失

　3）

　燃烧损失（WJ:时间损失、后燃、不完全燃烧和工质的高温分解

　4）

　传热损失（Wb）;工质与气缸壁间的热交换、涡流与节流损失

　5）

　缸内流动损失：缸内流动损失指压缩及燃烧、膨胀过程中，由于缸内气流（涡流与湍流）所 形成的损失。

　各种热损失使热效率下降的热量分配

　各种热损失使热效率下降的热量分配

　乞称

　汽油机

　柴油机

　念称

　汽油机

　柴油机

　工用比為客兗化

　0.1—0. 12

　0. OLO. 1

　0. 03—0.

　0. 04—Q. 01

　不克全炊鬆娱分解

　0. 08?0. 1

　0. 06—0. 0?

　0. 01

　0.01

　9发动机的指示性能指标

　定义：以工质对活塞所作之功为计算基准的指标称为指示性能指标，简称指示指标；反映了 发动机工作过程进行的好坏。

　9.1指示功和平均指示压力：

　指示珈指气缸内完成一个循环所得到的有用功 Wj ,其大小可由p-v图上的有效循环

　面积 1求得。

　平均指示压力：指单位气缸容积完成一个循环所作的指示功。

　w

　产护（单位：J）

　7dD2

　7dD2S

　4

　W,为循环指示功（/），?为气缸工作容积％3）

　D为气缸直径 ％）,S为活塞行程（m）

　可见， 越大，相同容积的气缸发出的 也越大，故

　表征了发动机气缸工作容积利用

　率的高低，是衡量发动机实际循环动力性的一个很重要的指标。

　通常，汽油机PF0.7?1.3MPa,非增压柴油机》=0?6?l.OMPa；增压柴油机p.=0?9?2?5MPa。

　9.2指示功率：

　W

　W

　W

　W

　Pi指发动机单位时间内所作的指示功，用表示。

　Pi

　指发动机单位时间内所作的指示功，用

　假设一台发动机气缸数为i，冲程数为匕，每缸工作容积为!/（￡）,

　转速为,平均指示压力为p^XIPa）^则指示功率巧为多少？

　一个气缸一个循环内作的指示功（单位：kJ）

　i个气缸一个循环内作的指示功：〃叭=炉?.匕（单位：kJ）

　/

　?分钟内发动机工作循环次数：N=￥

　上分钟内发动机发出的总指示功：叫（单位kJ）

　则该发动机的指示功率为:P—P"i60

　30r（单位

　则该发动机的指示功率为:

　P—P"i

　60

　30r

　（单位2 kW）

　指示热效率：指发动机所得指示功与所消耗的燃油热值的比值。

　比3600x片

　￡为指示功率（kW\B为每小时耗油量久g//z）, 比为所用燃料的低热值（kJ/kg\

　指示燃油消耗率：指单位指示功的耗油量，通常用每千瓦时的耗油量来表示（g/（kw.h））。

　3.6xl0$

　%=古

　9.4发动机的有效性能指标：以发动机曲轴输出功为计算基准的指标称为有效性能指标，简称有效 指标：反映了发动机实际工作性能的好坏。

　9.4.1发动机动力性指标：

　1、有效功和有效功率：（标定工况下）

　,/

　化=炉厂％

　i

　./

　pn

　/式中：￡为机械损失功率

　机械损失功（klV）o

　\ 通常，有效功兀、有效功率巧、机械损失功叫和机械损失功率及 騎以在试验台架上直接测得。

　3、平均有效压力玖:单位气缸容积一个循环输岀的有效功。

　p _讥兀

　中皿为发动机转速（r/min） > r为冲程数，i为气缸数。

　可见，平均有效压力耳‘反映了发动机有效输岀转矩兀的大小, 评价发动机动力性和强化程度的重要指标。

　通常，汽油机pfO. 65~L 25MPa,非增压柴油机珂电6~ MPa：增压柴油机砖=0. 85~2. 5MPa。

　4、转速并和活塞平均速度C ：

　m

　小

　nS

　Cm =—

　30

　式中，"为发动机转速（r/niin），

　S为活塞行程（眄。

　2、有效转矩Te，

　2〃

　Eg 2 式中：农为发动机转速（" 可见，对pe的测量可通过

　发动机功率增大

　_

　/ / （体积小、重量轻）

　转速ri大

　、活塞平均速度C增大

　活塞、曲柄连杆机构惯性大，磨损大

　S/D会使燃烧室高度降低，不仅燃烧室布置困难，并使燃烧条件变差。

　所以，为了提高转速而又 不使过大,通常适当减小 S,加大D,即采用较小的行 程缸径比（S/D）；但过小的9.5发动机经济性指标：

　有效热效率:实际得到的有效功与所消耗的燃油低热值之比。

　Ws 3600P

　"貯 E = bhu

　式中：E为有效功率（kw） , B为每小时耗油量（kg/h）, 日“为燃料的低热值（kj/kg） O

　有效燃油消耗率：每小时单位功率消耗的燃料（g/（kw.h））。

　be = —xlO3

　Pe

　故:

　3.6xl06

　be =

　入％

　可见，有效热效率越高，燃油消耗率也就越低。

　9.6发动机强化指标：

　/9.6.1升功率：发动机每升气缸工作容积所发出的有效功率。

　/

　P —巧

　P』

　1 V5i SOW」30r

　升功率是从有效功的角度来衡量发动机排量的利用程度，pl越大, 单位功率的发动机尺寸就越小，发动tIL也就越轻巧、紧凑。

　提高平均有效压力几 和转速是提高升功率.强化发动机的 途径。

　比质呈:：发动机质量与所发出的有效功率（标定功率）之比

　m

　———

　Pe

　与升功率类似，比质量表征了发动机质量的利用程度，其值越小,

　发出单位功率的发动机就越轻巧、越紧凑。

　强化系数：其值越大，发动机的机械负荷和热负荷越高

　> c _ 4^

　忙燃於i

　4r

　可见，在发动机基本参数(D、i和J不变的情况下，强化系数 ,发动机发出的有效功也就越多。

　10机械损失与机械效率

　卩机械效率：

　1、平均机械损失压力p :单位气缸工作容积所损失的功。

　30况

　P 仆=P Hi ~P^

　=

　?

　”

　式中，耳为机械损失功率(kW)，叫为气缸工作容积(L),

　仇为发动机转速(r/min), 丁为冲程数」为气缸数。

　/

　机械效率7JJ有效功率与指示功率之比。

　?

　P」粗

　因此，在讲行发动机改进以提高其性能指标的同时，必须考虑机 率的彩响。

　W

　W

　W

　W

　3、机油粘度，

　升高 ——,内部摩擦增大 ——机械损失增大

　机械效率乙降低

　粘度过小——，机油承载能力降低，油膜容易破坏

　机械损失的测定:示波器—,绘制P-V图_ 实验台架―测出

　机械损失的测定:

　示波器—,绘制P-V图_ 实验台架―测出7；和〃

　求出￡

　优處

　适用于任何机型。

　1、

　活塞上止点位置不易找正；

　2、

　各缸工作存在-定的差异性。

　2、倒拖法:

　发动机稳定运行

　（转速、机油和冷却水温度稳定不变）

　拖动功率即为机械损失功.

　―断油或停止点火

　I

　拖动发动机运行至相同转速， 并保持油温、水温不变。

　特点:

　K缺少燃烧，气缸内平均压力降低，摩擦损失减少：

　2、粛泵气损失计算在摩擦损失内:

　I由于传热损失，额外增加拖动功消耗，使摩擦损失偏大。

　综合后，摩擦损失大于实际值，且压缩比越高，误差越大（低压 比时约5%,高压缩比时为5%-15%。因而，广泛用于汽油机和低压缩 柴油机机械效率的测定。

　4、油耗线法：（仅适用于低压缩比柴油机）

　下指示热效率为:乙==360（）；（7+匕）

　空转时指示执效率为：

　3600XB

　保证发动机转速不变，若改变负荷时指示效率不变，则有:

　灭缸法广泛应用于多缸、低压缩比柴油机的机械效率的测定。

　3、灭缸法：（仅适用于多缸发动机）

　1）发动机稳定工况下运行，测出有效功率耳;

　2〉保证供油或进气不变，停止一缸工作，并保证转速不变，测出 此时有效功率￡】；

　此缸指示效率为二Ptl =Pe -Pel

　3）重复第2步，分别求得其它各缸指示效率Pin a为气缸数）：

　4〉三務即为该工况下发动机的第示功率; [?5）孤损失功率Pm =》巴_巧,

　油耗线法：(仅适用于低压缩比柴油机)

　某工紀下指示热效率为：= 3600x^_ 3600x(^4-^)

　BAHu

　空转时指示热效率为，”

　3600x3

　如图示，在低负荷区可得'io热平衡Bq转速不变时，B随负荷的变化关系Ba Bo

　如图示，在低负荷区可得'

　io热平衡

　Bq

　转速不变时，B随负荷的变化关系

　Ba Bo

　Pme

　空转 n=1500r/min

　生

　=1

　P血十P*

　ba

　该方法最大特点是2不需要测

　和示波器就可以进行机械效率

　动机所耗燃油的热最Qt (kj/h)

　Q 二 BH,

　二、

　转化为有效功的热量Qe (kj/h)

　2=3.6x10 乜

　三、

　传递给冷却介质的热最Qs (kj/h)

　Os=GsCs(『2-G

　、/废气带走的热量Or (kj/h)

　Q =e+4)心-c詁)

　料不完全燃烧损失Qb（kj/h）

　QrS （1-久）

　；六、其他热量损失Ql （ kJ/h ）

　Ql = Qt ~{Qe + 0s + Qr + Qb）