【正文】 是：L 農(nóng)用柴油機(jī) =9～15（kPa）LP 汽車用柴油機(jī) =11～（kPa） 強(qiáng)化高速柴油機(jī) =15～40（kPa）L 載貨汽車用汽油機(jī) =22～26（kPa）P 小客車用汽油機(jī) =40～70（kPa）L 二沖程小型風(fēng)冷汽油機(jī) =～（kPa） 有效熱效率和有效燃油消耗率(1) 有效燃油消耗率 eb有效熱效率 是指單位有效功的耗油量。LPmep升功率是內(nèi)燃機(jī)的強(qiáng)化指標(biāo)之一。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)及其曲柄連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力分析18(kW/L) （316）3310103????????npiVnpiPmehsmeseL式中 ——發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)定功率（kW） ；eP——?dú)飧讛?shù)；iVs——每個(gè)氣缸的工作容積（L） ；——在標(biāo)定工況下的平均有效壓力（MPa） ；mepn——標(biāo)定轉(zhuǎn)速（r/min） 。 值是內(nèi)燃機(jī)重要的動(dòng)力性指標(biāo)。sV對(duì)于四沖程內(nèi)燃機(jī) （kW ） (313)3102???inVpPse對(duì)于二沖程內(nèi)燃機(jī) (kW) (314)3106?inpsme由式（312 ）得(kPa) 310??inVPpseme?將式（310 ）代入上式得(kPa) (315)iVTiTpstqstqme ??對(duì)于排量（ivs）一定的內(nèi)燃機(jī)來(lái)說(shuō)， 正比于 ，所以 業(yè)反映了內(nèi)燃機(jī)單位氣etqmep缸工作容積輸出轉(zhuǎn)矩的大小。m?ePi機(jī)械效率 值的一般范圍是：汽油機(jī) =~?四沖程非增壓柴油機(jī) =~四沖程增壓柴油機(jī) =~ 平均有效壓力和升功率(1) 平均有效壓力 mep內(nèi)燃機(jī)單位氣缸工作容積所作的有效功，稱為平均有效壓力 。m） ；tqT —— 轉(zhuǎn)速（r/min） 。運(yùn)用下列公式即可eP求出內(nèi)燃機(jī)的有效功率 。內(nèi)燃機(jī)的指示功率減去機(jī)械損失mP功率所得到的是功率輸出軸上所能輸出的凈功率，稱之為有效功率。在內(nèi)燃機(jī)內(nèi)部的傳遞過(guò)程中，不可避免地i有許多損失，這些損失主要有：內(nèi)燃機(jī)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)件的摩擦損失，驅(qū)動(dòng)附屬機(jī)構(gòu)的損失等。h)]it i二沖程柴油機(jī) =～ =175～210 [g/(kWh） (37)310??iiBb根據(jù) 的定義ib （38）??uiitHb?、 是評(píng)定內(nèi)燃機(jī)實(shí)際工作循環(huán)經(jīng)濟(jì)性能的重要指標(biāo)。通常以每指示千ib瓦小時(shí)功的耗油量表示。h 的熱當(dāng)量[KJ/(kWn 對(duì)于四沖程內(nèi)燃機(jī)（kW） （33）3102???inVpPsmi對(duì)于二沖程柴油機(jī) (kW) （34）3106?inpsmi 指示熱效率與指示燃油油耗指示熱效率 是內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)的指示功與所消耗的燃料熱量之比值。設(shè)一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)的缸數(shù)為iP，缸徑為 ，行程為 ，每個(gè)氣缸的工作容積為 ，轉(zhuǎn)速為 ，平均指示壓力為 。所以，組織好一個(gè)較為良好的燃燒過(guò)程并非容易，往往要在理論上和實(shí)驗(yàn)上下很大的工夫，即使這樣，有時(shí)還難于取得預(yù)想的結(jié)果，這就是組織好一個(gè)燃燒過(guò)程的困難所在 [13]。mip(5)燃燒完全程度柴油機(jī)燃燒完善程度主要可以從完全、及時(shí)、柔和、無(wú)煙、低排污等幾個(gè)方面來(lái)加以衡量，燃燒愈完善，膨脹始點(diǎn)的 熱利用系數(shù)就愈高， 值也就愈大，這也就是研究mip燃燒過(guò)程所努力追求的目標(biāo)。mip(3)換氣質(zhì)量柴油機(jī)的換氣質(zhì)量愈好，殘余廢氣就愈少，氣缸中新鮮空氣填充愈充分，燃油燃燒速度愈高，在膨脹點(diǎn) z 的利用系數(shù) ξz 愈高， 值也就愈大。當(dāng) ≥α＞2 時(shí)，隨著mipα 的提高，混合氣逐漸變的比較稀薄， 的增加就變得很緩慢。α 增大意味著空氣的燃油比逐漸變大。額定工況下的 值一般為：mip柴油發(fā)動(dòng)機(jī)及其曲柄連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力分析13四沖程增壓柴油機(jī) =850~2600kPa；mip四沖程非增壓柴油機(jī) =686~981kPa；i二沖程柴油機(jī) =350~1300kPa；mi影響柴油機(jī)平均指示壓力 的主要因素一般有如下五個(gè)方面：ip(1)增壓度當(dāng)柴油機(jī)的過(guò)量空氣系數(shù) α 不變時(shí)，提高增壓度即提高進(jìn)缸空氣質(zhì)量，并相應(yīng)地提高每循環(huán)的噴油量，平均指示壓力 將隨著 pk 的提高成正比的提高。因此，平均指示mip壓力是衡量柴油機(jī)實(shí)際循環(huán)做功能力大小的一個(gè)很重要的性能參數(shù)。這樣，平均指示壓力 就與氣缸的mip工作容積大小無(wú)關(guān)了，使之成為從柴油機(jī)實(shí)際工作循環(huán)的角度來(lái)衡量氣缸工作容積 Vs 利用率高低的一個(gè)參數(shù)。ipit?ib 平均指示壓力平均指示壓力 為內(nèi)燃機(jī)單位氣缸工作容積的指示功。它只考慮燃料在氣缸內(nèi)有關(guān)參數(shù)的各種損失，而不考慮燃料膨脹對(duì)活塞做功傳到曲軸輸出端所引起的各種摩擦損失。 小結(jié)本章對(duì) WD175 的熱力學(xué)過(guò)程進(jìn)行了理論分析，對(duì)其實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)作了全面的闡述，為以后動(dòng)力學(xué)過(guò)程分析中缸內(nèi)壓力隨曲軸轉(zhuǎn)角(或時(shí)間)變化的計(jì)算提供依據(jù)。/mip在四沖程增壓柴油機(jī)中，理論示功圖 cyz 部分圓整和四沖程非增壓柴油機(jī)一樣。實(shí)際示功圖面積 與理論示功圖面積 之比叫做示功圖豐滿系數(shù) ，即pFTF?Tp??在四沖程非增壓柴油機(jī)中， =~，這一豐滿系數(shù)不包括進(jìn)氣排氣行程的泵氣損失，一般，將泵氣損失計(jì)算在機(jī)械損失之內(nèi)，所以非增壓四沖程柴油機(jī)的 pi值為 （28）39。(b) ba 部分圓整損失的面積。mi(2) 示功圖的豐滿系數(shù) 及 值?mip柴油發(fā)動(dòng)機(jī)及其曲柄連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力分析11由圖 22 可以看出，理論示功圖（帶方棱的實(shí)線部分）大于實(shí)際示功圖（圖中虛線部分） ，主要是由于： (a) cyz 部分圓整所損失的面積。mip是便于作為各種氣缸尺寸的柴油機(jī)相互間進(jìn)行比較的依據(jù) [9]。mip對(duì)增壓柴油機(jī)和非增壓柴油機(jī)都是適用的。 2 ???? nnesimipV ?????式（27 ）為四沖程等容 等壓混合循環(huán)的理論平均指示壓力 的計(jì)算式。 2 ????? ????上式等號(hào)兩層各以 相除并以 代 ，得s??sckg/m2 （27）)]1()1()1([ 1239。zbV?? )1(])(1[121 ????naccac VpnVpW?式中 為壓縮比。由熱力學(xué)知 )1()1(???????cczczzy VppVpW式中， 為前膨脹比czzcVp???。mip柴油發(fā)動(dòng)機(jī)及其曲柄連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力分析10在圖 22 的理論示功圖上，一個(gè)循環(huán)的理論指示功 為39。mip以示功圖的豐滿系數(shù) ，得出近似實(shí)際值 [8]。平均指示壓力 的計(jì)算分為兩步：第一mip步先求出理論示功圖的平均指示壓力的值 ；第二步再將理論平均指示壓力的值 乘39。因?yàn)椋M(jìn)行設(shè)計(jì)柴油機(jī)的熱力計(jì)算時(shí)，柴油機(jī)還沒(méi)有制造出來(lái)，當(dāng)然無(wú)法量取示功圖。因此，對(duì)四沖程的柴油機(jī)來(lái)說(shuō)，理論循環(huán)的熱效率一般可達(dá) 60%左右，但是，由于各項(xiàng)損失的存在，使實(shí)際循環(huán)的的熱效率一般僅為 40%左右，即實(shí)際循環(huán)的熱效率約為理論循環(huán)的 70%左右?；钊h(huán)在往復(fù)運(yùn)動(dòng)中不可避免地會(huì)造成少量工質(zhì)的泄露，而產(chǎn)生泄露損失。當(dāng)采用分開(kāi)式燃燒室時(shí)，工質(zhì)在主、副燃燒室之間的流入和噴出將引起強(qiáng)烈的節(jié)流損失。此外，由于空氣不足，或者混合氣形成不良多引起的不完全燃燒，使燃料的熱值未得到充分利用，這也促使燃燒膨脹線下移，產(chǎn)生不完全燃燒損失。但是在實(shí)際循環(huán)中，當(dāng)接近 Z 點(diǎn)時(shí)，由于氧氣濃度的降低而引起燃燒速度下降，因而直到膨脹線以前還在繼續(xù)燃燒著，這就是所謂的后燃現(xiàn)象。為了使整個(gè)燃燒過(guò)程能在上止點(diǎn)后不久即結(jié)束，以保證燃料輸入的熱量能充分的膨脹而有效利用，實(shí)際上總是將燃料提前噴入汽缸，以使著火能在上止點(diǎn)以前開(kāi)始，其結(jié)果增加了柴油發(fā)動(dòng)機(jī)及其曲柄連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力分析9壓縮消耗功；此外，由于燃燒期間存在著傳熱損失，活塞的高速運(yùn)動(dòng)以及不完全燃燒現(xiàn)象，使循環(huán)最高壓力和初期膨脹比有所降低，減少了膨脹有用功。在等壓加熱時(shí)，加熱的速度又能與活塞的速度密切配合，以實(shí)現(xiàn)等壓加熱。此外，由于工質(zhì)比熱容的變化以及工質(zhì)與汽缸壁之間的熱量交換，是實(shí)際的壓縮過(guò)程和膨脹過(guò)程不是絕熱的，而是按照平均多變指數(shù)進(jìn)行。(3) 傳熱損失在理論循環(huán)中，假定構(gòu)成循環(huán)的各過(guò)程是可逆的，即假定燃料與氣缸蓋、活塞頂、氣缸壁、進(jìn)排氣閥等受熱件完全沒(méi)有熱交換。但事實(shí)上，燃燒廢氣的排出和新鮮空氣的吸入是維持實(shí)際循環(huán)得以周而復(fù)始地進(jìn)行所必不可少的。在理論循環(huán)中，假定工質(zhì)的比熱容為定值，而在實(shí)際上空氣和燃?xì)饩哂衅浔葻崛蓦S溫度的上升而增大的性質(zhì)，其結(jié)果是使循環(huán)熱效率和平均壓力有所降低。為了改善內(nèi)燃機(jī)的實(shí)際循環(huán)，必須分析比較實(shí)際循環(huán)和理論循環(huán)之間的差距，以及引起各種差距的原因 [6]。在等壓循環(huán)中，由于熱1Q量 加入時(shí)壓力不變，即 ，因此其壓力升高比為：1Qczp?1?czp?將 代入式（22） ，可得等壓循環(huán)的熱效率為1?? （24）)1(1????kt對(duì)上述三種理論循環(huán)的熱效率進(jìn)行比較得知，在當(dāng)壓縮比相同時(shí)，等容循環(huán)的熱效柴油發(fā)動(dòng)機(jī)及其曲柄連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力分析8率大于等壓循環(huán)的，而混合循環(huán)的熱效率界于兩者之間，即 等 壓混 合等 容 ttt ??如果三種理論循環(huán)在最大壓力相同、加入熱量相同而不同進(jìn)行比較，則等壓循環(huán)的熱效率將大于等容循環(huán)的，而混合循環(huán)的熱效率居兩者之間，即 等 容混 合等 壓 ttt?這是由于在溫度不變的情況下等壓循環(huán)的最大而等容循環(huán)的最小的緣故 [5]。將 代入式（22）中，可得等容循環(huán)的熱效率為?1?? （23）1?kt??等壓循環(huán)的示功圖如圖 21(c)所示，圖中所示的熱力過(guò)程說(shuō)明如下：ac 線——?dú)怏w等溫壓縮， ；CpVk?cz 線— —?dú)怏w在等壓下由熱源吸入熱量 ；1Qzb 線——?dú)怏w等溫膨脹， ；kba 線——?dú)怏w在等容下排出熱量 至冷源。2等容循環(huán)與混合循環(huán)的差別僅在于吸入熱量 的規(guī)律不同。等容循環(huán)的示功圖如圖 21（b） 所示。在工程熱力學(xué)課程中已知混合循環(huán)的熱效率用下式表示： (22))1(1?????????kkt式中，K 為絕熱指數(shù), ； 為氣體在等壓下的比熱； 為氣體在等容下的比熱。tW tW循環(huán)所做功的熱當(dāng)量等于吸入熱量與排出熱量之差，即 21At??式中，A——單位功的熱當(dāng)量，A=1/427 千卡/。2Q比值 、 、 及 是與循環(huán)性能有關(guān)的主要參數(shù)。這一膨脹過(guò)程可用方程式表示，膨脹的容積比叫做后膨脹比，以 表示，即 。1Q??即 ；而沿 yz 線的容積變化以初膨脹比 表示，即 。沿 cy 等容線的壓力升高以壓力升高比表示，139。1的。sV在壓縮行程后，燃料先以等容積方式沿 cy 線自熱源吸入熱量 ，之燃料氣體壓力達(dá)39。圖 21 理論循環(huán)示功圖圖 21(a)表示混合循環(huán)的燃料在氣缸中的變化情況，這是將燃料壓力容積的變化畫在PV 坐標(biāo)紙上，稱為 PV 示功圖。在內(nèi)燃機(jī)的理論循環(huán)中，工質(zhì)的放熱過(guò)程一般在等容積方式下進(jìn)行，而吸熱過(guò)程則有三種不同的方式：一是先在等容后在等壓方式下進(jìn)行；二是在等容積方式下進(jìn)行；三