【正文】 第二章 內(nèi)燃機(jī)的工作指標(biāo) 2021年 12月 23日 主要學(xué)習(xí)內(nèi)容 167。 167。 167。 167。 167。 ?動(dòng)力性能指標(biāo) (功率 、 轉(zhuǎn)矩 、 轉(zhuǎn)速 )、 ?經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo) (燃料與潤滑油消耗率 )、 ?運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo) (冷起動(dòng)性能 、 噪聲和排氣品質(zhì) ) ?耐久可靠性指標(biāo) (大修或更換零件之間的最長運(yùn)行時(shí)間與無故障長期工作能力 )。 本章主要研究表征動(dòng)力性能指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)的各種參數(shù)及其相互關(guān)系。運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo) (如冷起動(dòng)性能等 )和耐久可靠性指標(biāo)對內(nèi)燃機(jī)來說有其不可忽視的重要性，它們將在本書的其他各章中分析討論。 內(nèi)燃機(jī)的工作指標(biāo)很多，主要有 : 動(dòng)力性指標(biāo)： Ttq Pen 1)十五分鐘功率 2）一小時(shí)功率 3）十二小時(shí)功率 4）持續(xù)功率 nn 經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)： be g/kw?h bo g/kw?h bo=～ ， ～ 3 g/kw?h （比價(jià)格） 價(jià) /kw 排放性指標(biāo)： ： 1）汽油機(jī)（ CO、 HC、 NOX） 2）柴油機(jī)（ CO、 HC、 NOX、 PM） 第一節(jié) 示功圖與指示性能指標(biāo) ?一、示功圖 ?二、指示性能指標(biāo) 一、示功圖 定義： 氣缸內(nèi)壓力隨工作容積或曲軸轉(zhuǎn)角變化的坐標(biāo)圖，稱為示功圖。 利用不同形式的示功器或內(nèi)燃機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來觀察或記錄相對于不同活塞位置或曲軸轉(zhuǎn)角時(shí)氣缸內(nèi)工質(zhì)壓力的變化，所得的結(jié)果即為 pV示功圖或 pφ 示功圖。 內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)壓力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 示功圖是研究內(nèi)燃機(jī)工作過程的重要試驗(yàn)數(shù)據(jù)。 上止點(diǎn) 氣缸壓力 進(jìn)氣行程 壓縮行程 燃燒膨脹行程 排氣行程 下止點(diǎn) 上止點(diǎn) 下止點(diǎn) pφ示功圖 曲軸轉(zhuǎn)角 /(186。)CA 0 180 360 540 720 pV示功圖 pV圖或 pφ圖兩者可以互相轉(zhuǎn)換 。 示功圖的作用： 、終點(diǎn) 二、指示性能指標(biāo) 內(nèi)燃機(jī)的 指示性能指標(biāo) 是指 以工質(zhì)對活塞做功為基礎(chǔ) 的指標(biāo)。 指示性能指標(biāo)只考慮了氣缸內(nèi)因燃燒不完全和傳熱等方面所引起的熱量損失 ，而沒有考慮各運(yùn)動(dòng)副間所存在的摩擦損失、泵氣損失和輔助機(jī)械損失等。 指示性能指標(biāo)主要包括： Wi pmi Pi η i bi 1. 指示功 指示功 是指氣缸內(nèi)完成一個(gè)工作循環(huán)所得到的有用功 Wi。 指示功的大小可以由 pV圖中閉合曲線所占有的面積求得，圖23中示出了四沖程非增壓和增壓發(fā)動(dòng)機(jī)以及二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的示功圖 。 圖 23a中 四沖程非增壓發(fā)動(dòng)機(jī) 的指示功面積 Fi是由相當(dāng)于壓縮、燃燒、膨脹行程中所得到的有用功面積 Fl和相當(dāng)于進(jìn)氣、排氣行程中消耗的功的面積 F2(即泵氣損失 )相減而成，即 Fi＝ Fl－ F2。 在 四沖程增壓發(fā)動(dòng)機(jī) 中 (圖 23b)，由于進(jìn)氣壓力高于排氣壓力，在換氣過程中，工質(zhì)是對外做功的，因此，換氣功的面積 F2應(yīng)與面積 Fl疊加起來，即 Fi＝ F1＋ F2 。 在 二沖程發(fā)動(dòng)機(jī) 中 (圖 23c)，只有一塊示功圖面積 Fi，它表示了指示功的大小。 指示功的求得： Fi可以用求積儀或計(jì)算方法求得 ， 然后用下式計(jì)算 Wi (Nm或 J)值 pd V6/ 1 0W i F ia b?Fi為示功圖面積， cm2； a為示功圖縱坐標(biāo)比例尺， Pa／ cm； b為示功圖橫坐標(biāo)比例尺， cm3／ cm。 指示功 Wi反映了發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸在一個(gè)工作循環(huán)中所獲得的有用功的數(shù)量 ， 指示功表示熱功轉(zhuǎn)換的有效程度 。 它除了和循環(huán)中熱功轉(zhuǎn)換的有效程度有關(guān)外 ， 還和氣缸容積的大小有關(guān) 。 為了能更清楚地對不同工作容積發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)的熱功轉(zhuǎn)換有效程度作比較 ， 引出了平均指示壓力 (用 pmi表示 )的概念 。 平均指示壓力不僅表示熱功轉(zhuǎn)換程度，還表示氣缸容積的利用程度。 平均指示壓力 ， 是指單位氣缸容積一個(gè)循環(huán)所做的指示功 (Pa) 概念一 pmi=Wi/Vs 式中， Wi為發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)工作循環(huán)的指示功（ J） Vs為發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸工作容積（ m3） pmi=Wi/Vs 若 Vs用 L為單位， Wi用 kJ為單位，則 pmi為 (MPa) Wi＝ pmiV s＝ pmi(πD2/4) S，其中， D和 S分別為氣缸直徑和活塞行程，由此可以引出 平均指示壓力的 第二個(gè)概念 ，即 平均指示壓力 是一個(gè)假想的平均不變的壓力，作用在活塞頂上，使活塞移動(dòng)一個(gè)沖程 S所做的功，即為循環(huán)的指示功 Wi。 平均指示壓力是從實(shí)際循環(huán)的角度評價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸工作容積利用率高低的一個(gè)參數(shù)。 pmi越高，同樣大小的氣缸容積可以發(fā)出更大的指示功，氣缸工作容積的利用程度越佳。 平均指示壓力是衡量發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)動(dòng)力性能的 一個(gè)很重要的指標(biāo)。 指示功與平均指示壓力的關(guān)系 一般內(nèi)燃機(jī)在標(biāo)定工況下的 pmi值在下列范圍內(nèi)： ? 柴油機(jī) ： 四沖程非增壓柴油機(jī) ～ 四沖程增壓柴油機(jī) ～ 二沖程柴油機(jī) ～ ? 汽油機(jī) ： 四沖程摩托車用汽油機(jī) ～ MPa 四沖程小客車用汽油機(jī) ～ 四沖程載貨車用汽油機(jī) ～ MPa 二沖程小型風(fēng)冷汽油機(jī) ～ Mpa 3. 指示功率 i mi sW p V? 內(nèi)燃機(jī)單位時(shí)間內(nèi)所作的指示功稱為 指示功率 Pi。 若一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)的氣缸數(shù)為 i，每缸的工作容積為 Vs (m3),平均指示壓力為 pmi （ N/m2），轉(zhuǎn)速為 n（ r/s），根據(jù) pmi的定義，每循環(huán)氣體所作的指示功（ J）為 : i63iWP242( ) ( ) , n(r / m i n), P i ( kW) 2 1010 603012060nm i sm i ssmim i sm i sm i sp V ip MP a V LiV nPi pp V niPip V niPip V niPi?? ? ???????????3具 有 個(gè) 氣 缸 的 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 每 秒 所 作 的 指 示 功 率 （ ） 為式 中 ： 為 沖 程 數(shù) ， 對 于 四 沖 程 內(nèi) 燃 機(jī) ： ； 對 于 二 沖 程 內(nèi) 燃 機(jī) ： 。在 實(shí) 際 應(yīng) 用 時(shí) ， 一 般 采 用 ， 代 入 可 得10對 于 四 沖 程 發(fā) 動(dòng) 機(jī)對 于 二 沖 程 發(fā) 動(dòng) 機(jī)(24) (23) 4. 指示熱效率和指示燃油消耗率 ?指示熱效率 ηit定義： 發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)指示功與所消耗燃料熱量的比值，即： ηit=Wi/Q1 Q1為得到指示功 Wi所消耗的熱量（ J）。 對于一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)測得其指示功率 Pi (kW)和每小時(shí)燃油消耗量 B(kg／ h)時(shí)。根據(jù) ηit的定義，可得： 式中， l03為 1kWh的熱當(dāng)量， kJ／ (kWh)； B為每小時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的耗油量， kg／ h； Hu為所用燃料的低熱值， kJ／ kg。 B H uP iit ??? ?指示燃油消耗率 是指單位指示功的耗油量，它通常以單位指示千瓦小時(shí)的耗油量 [g/(kWh)]來表示： bi=(B/Pi) 103 因此，表示實(shí)際循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo) ηit和 bi之間存在著以下關(guān)系： ηit =（ 106） /（ Hubi） 一般內(nèi)燃機(jī)的 ηit和 bi的統(tǒng)計(jì)范圍如下： ηit bi [g/(kWh)] 四沖