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1、动力性能指标(功率、转矩、转速功率、转矩、转速)、经济性能指标(燃料与润滑油消耗率燃料与润滑油消耗率)、运转性能指标(冷起动性能、噪声和排气品质冷起动性能、噪声和排气品质)耐久可靠性指标(大大修修或或更更换换零零件件之之间间的的最最长长运运行行时时间间与无故障长期工作能力与无故障长期工作能力)。本章主要研究表征动力性能指标和经济性能指标的各种本章主要研究表征动力性能指标和经济性能指标的各种参数及其相互关系。运转性能指标参数及其相互关系。运转性能指标(如冷起动性能等如冷起动性能等)和耐久和耐久可靠性指标对内燃机来说有其不可忽视的重要性，它们将在可靠性指标对内燃机来说有其不可忽视的重要性，它们将在
2、本书的其他各章中分析讨论。本书的其他各章中分析讨论。内燃机的工作指标很多，主要有:第1页/共92页动力性指标：1.转矩Ttq2.标定功率Pen 1)十五分钟功率十五分钟功率 2）一小时功率）一小时功率 3）十二小时功率）十二小时功率 4）持续功率）持续功率3.标定转速nn第2页/共92页经济性能指标：1.燃油消耗率 be g/kwh2.机油消耗率bo g/kwh bo=0.10.3，0.43 g/kwh3.单位功率价格（比价格）价/kw第3页/共92页排放性指标：1.1.污染物种类：1 1）汽油机（）汽油机（COCO、HCHC、NONOX X）2 2）柴油机（）柴油机（COCO、HCHC、NO
3、NOX X、PMPM）2.2.排放标准限制第4页/共92页第一节第一节示功图与指示性能指标示功图与指示性能指标一、示功图二、指示性能指标第5页/共92页一、示功图定义：气缸内压力随工作容积或曲轴转角变化的坐标图，气缸内压力随工作容积或曲轴转角变化的坐标图，称为示功图。称为示功图。利用不同形式的示功器或内燃机数据采集系统来观察或利用不同形式的示功器或内燃机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，所得的结果即为变化，所得的结果即为p-Vp-V示功图或示功图或p-p-示功图。示功图。内燃机缸内压力数据采集系统内燃机
4、缸内压力数据采集系统 示功图是研究内燃机工作过程的重要试验数据。示功图是研究内燃机工作过程的重要试验数据。第6页/共92页上止点上止点气气缸缸压压力力 进气行程进气行程压缩行程压缩行程燃烧膨胀行程燃烧膨胀行程排气行程排气行程下止点下止点上止点上止点下止点下止点p-示功图 曲轴转角/()CA0 018018036036054540 0720720p-V示功图p-V图或p-图两者可以互相转换。示功图的作用：示功图的作用：1.1.最高燃烧压力最高燃烧压力2.2.压力升高率压力升高率3.3.指示功指示功4.4.燃烧的始点、终点燃烧的始点、终点5.5.反求放热规律反求放热规律第7页/共92页二、指示性能
5、指标 内燃机的指示性能指标是指以工质对活塞做功为基础以工质对活塞做功为基础的指标。指示性能指标只考虑了气缸内因燃烧不完全和传热等方面指示性能指标只考虑了气缸内因燃烧不完全和传热等方面所引起的热量损失所引起的热量损失，而没有考虑各运动副间所存在的摩擦损失、，而没有考虑各运动副间所存在的摩擦损失、泵气损失和辅助机械损失等。泵气损失和辅助机械损失等。指示性能指标主要包括：1.1.1.1.指示功指示功指示功指示功W W W Wi i i i 2.2.2.2.平均指示压力平均指示压力平均指示压力平均指示压力p p p pmimimimi 3.3.3.3.指示功率指示功率指示功率指示功率P P P Pi
6、i i i 4.4.4.4.指示热效率指示热效率指示热效率指示热效率i i i i 5.5.5.5.指示燃油消耗率指示燃油消耗率指示燃油消耗率指示燃油消耗率b b b bi i i i第8页/共92页 1.1.指示功 指示功指示功是指气缸内完成一个工作循环所得到的有用功是指气缸内完成一个工作循环所得到的有用功WWi i。指示功的大小可以由指示功的大小可以由p p-V V图中闭合曲线所占有的面积求得，图中闭合曲线所占有的面积求得，图图2 2-3 3中示出了四冲程非增压和增压发动机以及二冲程发动机中示出了四冲程非增压和增压发动机以及二冲程发动机的示功图的示功图。第9页/共92页 图图2-3a2-3
7、a中中四冲程非增压发动机四冲程非增压发动机的指示功面积的指示功面积F Fi i是由是由相当于压缩、燃烧、膨胀行程中所得到的有用功面积相当于压缩、燃烧、膨胀行程中所得到的有用功面积F Fl l和相当于进气、排气行程中消耗的功的面积和相当于进气、排气行程中消耗的功的面积F F2 2(即泵气即泵气损失损失)相减而成，即相减而成，即F Fi iF Fl lF F2 2。在在四冲程增压发动机四冲程增压发动机中中(图图2-3b)2-3b)，由于进气压力高于，由于进气压力高于排气压力，在换气过程中，工质是对外做功的，因此，排气压力，在换气过程中，工质是对外做功的，因此，换气功的面积换气功的面积F F2 2应
8、与面积应与面积F Fl l叠加起来，即叠加起来，即F Fi iF F1 1F F2 2。在在二冲程发动机二冲程发动机中中(图图2-3c)2-3c)，只有一块示功图面积，只有一块示功图面积F Fi i，它表示了指示功的大小。，它表示了指示功的大小。第10页/共92页指示功的求得：F Fi i可可以以用用求求积积仪仪或或计计算算方方法法求求得得，然然后后用用下下式式计计算算WWi i(Nm(Nm或或J)J)值值 F Fi i为示功图面积，为示功图面积，cmcm2 2；a a为示功图纵坐标比例尺，为示功图纵坐标比例尺，PaPacmcm；b b为示功图横坐标比例尺，为示功图横坐标比例尺，cmcm3 3
9、cmcm。第11页/共92页 指指示示功功WWi i反反映映了了发发动动机机气气缸缸在在一一个个工工作作循循环环中中所所获获得得的的有有用用功功的的数数量量，指指示示功功表表示示热热功功转转换换的的有有效效程程度。度。它它除除了了和和循循环环中中热热功功转转换换的的有有效效程程度度有有关关外外，还还和气缸容积的大小有关。和气缸容积的大小有关。为为了了能能更更清清楚楚地地对对不不同同工工作作容容积积发发动动机机工工作作循循环环的的热热功功转转换换有有效效程程度度作作比比较较，引引出出了了平平均均指指示示压压力力(用用p pmimi表示表示)的概念。的概念。第12页/共92页2.2.平均指示压力
10、平均指示压力不仅表示热功转换程度，还表示气缸容积的利用程度。平均指示压力平均指示压力，是指单位气缸容积一个循环所做的指示功是指单位气缸容积一个循环所做的指示功(Pa)(Pa)概念一概念一pmi=Wi/Vs 式中，Wi为发动机一个工作循环的指示功（J）Vs为发动机气缸工作容积（m3）pmi=Wi/Vs 若Vs用L为单位，Wi用kJ为单位，则pmi为(MPa)WipmiVspmi(D2/4)S，其中，D和S分别为气缸直径和活塞行程，由此可以引出平均指示压力的平均指示压力的第二个概念第二个概念，即平均指示压力平均指示压力是一个假想的平均不变的压力，作用在活塞顶上，是一个假想的平均不变的压力，作用在活
11、塞顶上，使活塞移动一个冲程使活塞移动一个冲程S S所做的功，即为循环的指示功所做的功，即为循环的指示功WWi i。第13页/共92页平均指示压力是平均指示压力是从实际循环的角度从实际循环的角度评价发动机气缸工评价发动机气缸工作容积利用率高低作容积利用率高低的一个参数。的一个参数。pmi越高，同样越高，同样大小的气缸容积可大小的气缸容积可以发出更大的指示以发出更大的指示功，气缸工作容积功，气缸工作容积的利用程度越佳。的利用程度越佳。平均指示压力是衡量发动机实际循环动力性能的 一个很重要的指标。指示功与平均指示压力的关系第14页/共92页一般内燃机在标定工况下的一般内燃机在标定工况下的p pmim
12、i值在下列范围内：值在下列范围内：柴油机柴油机：四冲程非增压柴油机四冲程非增压柴油机0.60.60.95MPa0.95MPa四冲程增压柴油机四冲程增压柴油机0.850.852.6MPa2.6MPa二冲程柴油机二冲程柴油机0.350.351.3MPa1.3MPa 汽油机汽油机：四冲程摩托车用汽油机四冲程摩托车用汽油机0.90.91.43MPa1.43MPa四冲程小客车用汽油机四冲程小客车用汽油机0.650.651.25MPa1.25MPa四冲程载货车用汽油机四冲程载货车用汽油机0.60.60.85MPa0.85MPa二冲程小型风冷汽油机二冲程小型风冷汽油机0.40.40.85Mpa0.85Mpa
13、第15页/共92页3.3.指示功率 内燃机单位时间内所作的指示功称为指示功率指示功率P Pi i。若一台内燃机的气缸数为i，每缸的工作容积为Vs(m3),平均指示压力为pmi（N/m2），转速为n（r/s），根据pmi的定义，每循环气体所作的指示功（J）为:第16页/共92页(2-4)(2-4)(2-3)(2-3)第17页/共92页4.指示热效率和指示燃油消耗率指示热效率指示热效率 it it定义：定义：发动机实际循环指示功与所消耗燃料热量的比值，即：it=Wi/Q1Q1为得到指示功Wi所消耗的热量（J）。对于一台发动机，当测得其指示功率Pi(kW)和每小时燃油消耗量B(kgh)时。根据it的
14、定义，可得：式中，3.6l03为1kWh的热当量，kJ(kWh)；B为每小时发动机的耗油量，kgh；Hu为所用燃料的低热值，kJkg。第18页/共92页 指示燃油消耗率指示燃油消耗率是指单位指示功的耗油量，它通常以单位指示千瓦小时的耗油量g/(kWh)来表示：b bi i=(B/P=(B/Pi i)10)103 3因此，表示实际循环的经济性指标it和bi之间存在着以下关系：itit=（3.6103.6106 6）/（HHu ub bi i）第19页/共92页一般内燃机的itit和bi i的统计范围如下：ititb bi ig/(kWh)g/(kWh)四冲程柴油机0.410.410.502100
15、.50210170170二冲程柴油机0.400.400.502150.50215170170四冲程汽油机0.250.250.403400.40340215215二冲程汽油机0.200.200.2784300.278430300300结论：柴油机的指示热效率结论：柴油机的指示热效率高于高于汽油机，汽油机，四冲程发动机的指示热效率四冲程发动机的指示热效率高于高于二冲程二冲程发动机。发动机。第20页/共92页指示性能指标之间的关系指示性能指标之间的关系第21页/共92页第二节第二节第二节第二节 有效性能指标有效性能指标有效性能指标有效性能指标一、机械效率和有效功率一、机械效率和有效功率二、平均有效压
16、力、有效功率和升功率二、平均有效压力、有效功率和升功率三、由吸入空气量计算平均有效压力三、由吸入空气量计算平均有效压力四、有效热效率和有效燃油消耗率四、有效热效率和有效燃油消耗率第22页/共92页一、机械效率和有效功率上面所讨论的上面所讨论的指示性能指标指示性能指标只能评定只能评定工作循环工作循环进进行的好坏，发动机发出的行的好坏，发动机发出的指示功率指示功率需扣除运动件的摩需扣除运动件的摩擦功率以及驱动气门机构、风扇、机油泵、发电机等擦功率以及驱动气门机构、风扇、机油泵、发电机等附件所消耗的功率后才能变为曲轴的有效输出，所有附件所消耗的功率后才能变为曲轴的有效输出，所有这些消耗功率的总和称为
17、这些消耗功率的总和称为机械损失功率机械损失功率P Pmm，从而，从而有效有效功率功率是指既考虑热损失，也考虑机械损失的指标Pe=Pi-Pm有效功率与指示功率之比称为机械效率：有效功率与指示功率之比称为机械效率：m=Pe/Pi第23页/共92页内燃机机械效率大致范围内燃机机械效率大致范围 内燃机的有效功率内燃机的有效功率P Pe e e e(kW)(kW)(kW)(kW)可以利用各种型式的可以利用各种型式的测功器和转速计分别测出发动机在某一工况下曲轴测功器和转速计分别测出发动机在某一工况下曲轴的输出转矩的输出转矩T Ttqtqtqtq及在同一工况下的发动机转速，按以及在同一工况下的发动机转速，按
18、以下公式求得下公式求得:非增压柴油机非增压柴油机0.780.780.850.85 增压柴油机增压柴油机0.800.800.920.92 汽油机汽油机0.800.800.900.90第24页/共92页二、平均有效压力、有效功率和升功率与平均指示压力相似，与平均指示压力相似，与平均指示压力相似，与平均指示压力相似，平均有效压力平均有效压力平均有效压力平均有效压力可看作是一个假可看作是一个假可看作是一个假可看作是一个假想的、平均不变的压力作用在活塞顶上，使活塞移动想的、平均不变的压力作用在活塞顶上，使活塞移动想的、平均不变的压力作用在活塞顶上，使活塞移动想的、平均不变的压力作用在活塞顶上，使活塞移动
19、一个冲程所做的功等于每循环所做的有效功。一个冲程所做的功等于每循环所做的有效功。一个冲程所做的功等于每循环所做的有效功。一个冲程所做的功等于每循环所做的有效功。平均有效压力平均有效压力平均有效压力平均有效压力是衡量发动机动力性能的一个很重要的是衡量发动机动力性能的一个很重要的是衡量发动机动力性能的一个很重要的是衡量发动机动力性能的一个很重要的参数。参数。参数。参数。按照上述定义可以所表示的按照上述定义可以所表示的按照上述定义可以所表示的按照上述定义可以所表示的p pmimi和和和和P Pi i之间的关系那样，之间的关系那样，之间的关系那样，之间的关系那样，列出列出列出列出P Pe e(kW)(
20、kW)和和和和p pmeme(MPa)(MPa)的关系式的关系式的关系式的关系式第25页/共92页 因此，对于一定气缸总工作容积因此，对于一定气缸总工作容积(即即i iV Vs s)的发动机，平的发动机，平均有效压力均有效压力p pmeme值反映了发动机输出转矩值反映了发动机输出转矩T Ttqtq的大小的大小:T Ttqtqp pme me p pme me 反映了发动机单位气缸工作容积输出转矩的大小反映了发动机单位气缸工作容积输出转矩的大小(2-12)(2-12)(2-13)(2-13)(2-14)(2-14)(2-15)(2-15)第26页/共92页升功率 升功率升功率P PL L(kW(
21、kWL)L)的定义的定义是在标定工况下，发动机每升气缸工作容积所发出的有效功率：PL=Pe/(iVs)式中，Pe为发动机的标定功率（kW）；i为气缸数；Vs为每气缸工容积（L）。式中，式中，p pme为标定工况下的平均有效压力（为标定工况下的平均有效压力（MPaMPa）；）；n n为标定转速（为标定转速（r rminmin）第27页/共92页 升功率升功率P PL L是从发动机从发动机有效功率有效功率的角度对其气缸工的角度对其气缸工作容积的利用率作容积的利用率作总的评价。它与pme和n的乘积成正比。PL值越大，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。因此，不断提高pme和n的水
22、平以获得更强化，更轻巧和紧凑的发动机，一直是内燃机工作者致力以求的奋斗目标，因而PL是评定一台发动机整机整机动力性动力性能能和和强化程度强化程度的重要指标之一。第28页/共92页发动机的发动机的 PL L&pmeme范围范围机机 型型pmeme/MPa/MPaPL L/kWL/kWL-1-1农用柴油机农用柴油机汽车用柴油机汽车用柴油机强化高速柴油机强化高速柴油机固定船用中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摩托车用汽油机 四冲程小客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四冲程载货汽车用汽油机 二冲程小型风冷汽油机二冲程小型风冷汽油机 0.5 0.50.70.7 0
23、.7 0.71 1 1 12.92.9 0.6 0.62.5 2.5 0.78 0.781.2 1.2 0.65 0.651.25 1.25 0.6 0.60.7 0.7 0.4 0.40.650.65 8.8 8.814.714.7 20 204545 20 204545 3.7 3.77.357.35 51.8 51.870 70 40 406565 25 255050 18.4 18.473.573.5第29页/共92页第30页/共92页1 1、表、表2-12-1我国我国20022002年生产的部分内燃机产品性能年生产的部分内燃机产品性能（p p p p：2222222223)23)23
24、)23)2 2、表、表2-22-2国外生产的国外生产的20032003年年3 3月公布的被评为月公布的被评为1010个最佳车用发动机产品性能参数表个最佳车用发动机产品性能参数表 (p(p(p(p：2323232324)24)24)24)第31页/共92页三、由吸入空气量计算平均有效压力根据每循环吸入的空气量来计算平均有效压力，可以导出平均有效压力与一些根据每循环吸入的空气量来计算平均有效压力，可以导出平均有效压力与一些热力学参数之间的关系，从而明确提高平均有效压力的技术措施。在推导前，先热力学参数之间的关系，从而明确提高平均有效压力的技术措施。在推导前，先给出两个重要定义。给出两个重要定义。充
25、量系数充量系数c过量空气系数过量空气系数a第32页/共92页1、充量系数c 若把每循环吸入气缸的空气量换算成进气管状态（若把每循环吸入气缸的空气量换算成进气管状态（p ps s，T Ts s）的体积）的体积V V1 1，其值一般要比活塞排量，其值一般要比活塞排量V Vs s小，两者的比值定义为小，两者的比值定义为充量系数充量系数 c c，即：式中，m1，M1，V1分别为实际进入气缸的新鲜空气的质量、物质的量、在进气管状态（ps，Ts）下所占有的体积；msh，Msh，Vs分别为在进气管状态下能充满气缸工作容积的空气质量、物质的量及气缸工作容积。充量系数充量系数 c c是表征实际换气过程进行完善程
26、度的一个极为重是表征实际换气过程进行完善程度的一个极为重要的参数要的参数。第33页/共92页2、过量空气系数a 燃烧燃烧lkglkg燃料的实际空气量与理论空气量之比称燃料的实际空气量与理论空气量之比称为过量空气系数为过量空气系数 a a，即 式中，gb为每循环燃料供给量，kg；lo为1kg燃料完全燃烧所需的理论空气量，称为化学计量空燃比。柴油l014.3kgkg，汽油l014.7 kgkg。第34页/共92页 对对柴油机柴油机柴油机柴油机来说：来说：a a a a总是大于总是大于总是大于总是大于1 1 1 1，以保证喷入气缸的柴油能完全燃烧。，以保证喷入气缸的柴油能完全燃烧。柴油机在吸入气缸的
27、空气量一定的情况下，柴油机在吸入气缸的空气量一定的情况下，a a a a小意味小意味小意味小意味着可以向气缸多喷油，吸入气缸的空气利用率高，发着可以向气缸多喷油，吸入气缸的空气利用率高，发着可以向气缸多喷油，吸入气缸的空气利用率高，发着可以向气缸多喷油，吸入气缸的空气利用率高，发出的功率大出的功率大出的功率大出的功率大。因此，因此，a a是反映混合气形成和燃烧完善程度及整是反映混合气形成和燃烧完善程度及整机性能的一个指标，机性能的一个指标，应力求减小应力求减小应力求减小应力求减小a a a a，减小，减小，减小，减小a a a a在小型高在小型高在小型高在小型高速柴油机中主要受燃烧完善程度的限
28、制，在大型及增速柴油机中主要受燃烧完善程度的限制，在大型及增速柴油机中主要受燃烧完善程度的限制，在大型及增速柴油机中主要受燃烧完善程度的限制，在大型及增压柴油机中主要受热负荷的限制压柴油机中主要受热负荷的限制压柴油机中主要受热负荷的限制压柴油机中主要受热负荷的限制。柴油机在全负荷时柴油机在全负荷时a a的一般数值范围为：的一般数值范围为：高速柴油机a1.21.5增压柴油机a1.72.2第35页/共92页 对汽油机来说：对汽油机来说：在整个运行工况中，可以遇到在整个运行工况中，可以遇到a a1 1和和a1a1的各种情况。的各种情况。汽油机在全负荷时汽油机在全负荷时a a的一般数值范围为的一般数值
29、范围为:a a0.850.851.11.1 除了运用除了运用除了运用除了运用a a a a这一参数来表示燃烧时空气量和燃这一参数来表示燃烧时空气量和燃这一参数来表示燃烧时空气量和燃这一参数来表示燃烧时空气量和燃料量之比外，还可以应用空气燃料比或燃料空气比料量之比外，还可以应用空气燃料比或燃料空气比料量之比外，还可以应用空气燃料比或燃料空气比料量之比外，还可以应用空气燃料比或燃料空气比1 1 1 1来表示，它们之间的关系为：来表示，它们之间的关系为：来表示，它们之间的关系为：来表示，它们之间的关系为：第36页/共92页实际发动机的a可由废气分析法求得。对于非增压的四冲程内燃机，也可由耗油量及耗气
30、量按下求得式中，Aa为每小时进入气缸的空气流量，kg/h；B为每小时耗油量，kg/h；l0为化学计量空燃比，kg/kg 第37页/共92页pme的推导与建立第38页/共92页第39页/共92页第40页/共92页 上式建立了动力性能指标和经济性能指标上式建立了动力性能指标和经济性能指标 et et等等一系列参数之间的关系，在以后的各章中可以看到，一系列参数之间的关系，在以后的各章中可以看到，它是分析发动机性能的一个重要依据。它是分析发动机性能的一个重要依据。第41页/共92页四、有效热效率和有效燃油消耗率衡量发动机经济性能的重要指标是有效热效率有效热效率 etet和有有效燃油消耗率效燃油消耗率b
31、 be e。有效热效率是实际循环的有效功与为得到此有效功所有效热效率是实际循环的有效功与为得到此有效功所消耗的热量的比值消耗的热量的比值，即第42页/共92页有效燃油消耗率有效燃油消耗率g/(kWh)是指单位有效功的耗油量，通常用每有效kWh所消耗的燃料g数be来表示，即：又可表示为 可见，有效燃油消耗率与有效热效率成反比，知道其中一值后，可求出另一值。第43页/共92页一般内燃机在标定工况下的be和et值大致在以下范围：beg(kWh)-1et低速柴油机1902250.380.46中速柴油机2002400.360.43高速柴油机2152850.300.40(其中较低的be值属排气涡轮增压的四
32、冲程、二冲程柴油机)四冲程汽油机2803400.250.30二冲程汽油机4005500.150.20第44页/共92页第45页/共92页三、发动机强化指标升功率：在标定工况下(指标定转速、标定功率)，发动机每升气缸工作容积所发出的有效功率。式中，pme为标定工况下的平均有效压力，MPa；n为标定转速，rmin。(kWL)第46页/共92页比质量：是发动机质量与所给出的标定功率之比:(kgkW)汽车发动机要求质量小、功率大，所以其升功率大、比质量小。汽油机的强化程度要比柴油机的高.第47页/共92页强化系数平均有效压力与活塞平均速度的乘积称为强化系数。与活塞单位面积的功率成正比。其值愈大，发动机
33、的热负荷和机械负荷愈高。发动机的类型发动机的类型强化系数强化系数汽油机汽油机 （817）MPams小型高速柴油机小型高速柴油机（6ll）MPams重型汽车柴油机重型汽车柴油机（915）MPams表116 强化系数范围 第48页/共92页第三节 机械损失与机械效率一、机械损失的组成部分一、机械损失的组成部分二、机械损失的测定二、机械损失的测定第49页/共92页在评定发动机机械损失时，除了机械损失功率在评定发动机机械损失时，除了机械损失功率P Pmm和机械效率和机械效率 mm外，同外，同平均指示压力、平均有效压力的定义相似，也可应用单位气缸工作容积的平均指示压力、平均有效压力的定义相似，也可应用单
34、位气缸工作容积的比参数比参数平均机械损失压力平均机械损失压力p pmmmm。它的定义是：发动机单位气缸工作容积。它的定义是：发动机单位气缸工作容积一个循环所损失的功。一个循环所损失的功。它可以用来衡量机械损失的大小，参照式它可以用来衡量机械损失的大小，参照式(213)(213)可可以写出以写出p pmmmm (MPa)(MPa)为为（227227）（228228）式中，式中，P Pmm为机械损失功率为机械损失功率(kW)(kW)；V Vs s为工作容积为工作容积(L)(L)；n n为转速为转速(r(rmin)min)。在致力于提高内燃机性能指标时，应尽可能减少机械损失，提高机械在致力于提高内燃
35、机性能指标时，应尽可能减少机械损失，提高机械效率。若不注意这点，有时在改善气缸内部指示指标的同时，却不自觉地效率。若不注意这点，有时在改善气缸内部指示指标的同时，却不自觉地增加了机械损失，以致不能获得预期的改进效果。增加了机械损失，以致不能获得预期的改进效果。第50页/共92页一、机械损失的组成部分一、机械损失的组成部分1.1.1.1.活塞与活塞环的摩擦损失活塞与活塞环的摩擦损失活塞与活塞环的摩擦损失活塞与活塞环的摩擦损失 2.2.2.2.轴承与气门机构的摩擦损失轴承与气门机构的摩擦损失轴承与气门机构的摩擦损失轴承与气门机构的摩擦损失3.3.3.3.驱动附属机构的功率消耗驱动附属机构的功率消耗
36、驱动附属机构的功率消耗驱动附属机构的功率消耗4.4.4.4.风阻损失风阻损失风阻损失风阻损失5.5.5.5.驱动扫气泵及增压器的损失驱动扫气泵及增压器的损失驱动扫气泵及增压器的损失驱动扫气泵及增压器的损失 第51页/共92页1.1.缸套与活塞及环组的摩擦损失缸套与活塞及环组的摩擦损失活塞裙部及环岸与气缸套之间的摩擦损失活塞裙部及环岸与气缸套之间的摩擦损失活塞环组与气缸套之间的摩擦损失活塞环组与气缸套之间的摩擦损失影响因素：影响因素：活塞运动速度：活塞运动速度：C Cmm润滑状态：液体润滑、边界润滑、干摩擦润滑状态：液体润滑、边界润滑、干摩擦缸内压力：活塞侧推力、环间压力缸内压力：活塞侧推力、环
37、间压力活塞形状及表面特性活塞形状及表面特性润滑油润滑油这部分损失占整个摩擦损失的这部分损失占整个摩擦损失的主要部分主要部分。第52页/共92页2.2.轴承的摩擦损失轴承的摩擦损失主轴承主轴承连杆轴承连杆轴承活塞销活塞销凸轮轴轴承凸轮轴轴承其他各种轴承其他各种轴承影响因素：影响因素：l 流体润滑状态流体润滑状态l 轴径圆周速度轴径圆周速度l 轴心轨迹轴心轨迹第53页/共92页3.3.驱动附件机构的功率消耗驱动附件机构的功率消耗配气机构配气机构冷却水泵、机油泵、燃油泵冷却水泵、机油泵、燃油泵喷油泵、调速器喷油泵、调速器正时齿轮正时齿轮发电机、空压机、空调压缩机发电机、空压机、空调压缩机冷却风扇冷却
38、风扇 这些附属机构消耗的功率随发动机的转速和润这些附属机构消耗的功率随发动机的转速和润这些附属机构消耗的功率随发动机的转速和润这些附属机构消耗的功率随发动机的转速和润滑油粘度的增加而增大，但与气缸压力无关它仅滑油粘度的增加而增大，但与气缸压力无关它仅滑油粘度的增加而增大，但与气缸压力无关它仅滑油粘度的增加而增大，但与气缸压力无关它仅占机械损失中一小部分。占机械损失中一小部分。占机械损失中一小部分。占机械损失中一小部分。第54页/共92页4.4.风阻（流体摩擦）损失风阻（流体摩擦）损失活塞、连杆等往复运动件与空气、油雾等之间的摩擦损活塞、连杆等往复运动件与空气、油雾等之间的摩擦损失。失。曲轴等旋
39、转运动件与空气、油雾等之间的摩擦损失。曲轴等旋转运动件与空气、油雾等之间的摩擦损失。曲轴箱通风曲轴箱通风特点特点:数值较小。数值较小。第55页/共92页5.驱动扫气泵及增压器的损失 在二冲程或机械增压发动机中，还要加上对进气进行压缩而带来的损失。在二冲程或机械增压发动机中，还要加上对进气进行压缩而带来的损失。第56页/共92页5.5.驱动扫气泵及增压器的损失驱动扫气泵及增压器的损失扫气泵功耗：扫气泵功耗：二冲程发动机二冲程发动机 机械增压发动机机械增压发动机第57页/共92页内燃机机械损失分析内燃机机械损失分析1 1、活塞与活塞环的摩擦损失、活塞与活塞环的摩擦损失 2 2、轴承的摩擦损失、轴承
40、的摩擦损失 3 3、驱动机构的功率消耗、驱动机构的功率消耗 4 4、流体摩擦损失、流体摩擦损失 5 5、驱动扫气泵及增压器的损失、驱动扫气泵及增压器的损失 摩擦损失摩擦损失Pf扫气功耗扫气功耗PB上上述述诸诸损损失失中中，14项项损损失失之之和和视视作作发发动动机机的的内内部部摩摩擦擦损损失，以失，以 Pf表示其损耗的功率表示其损耗的功率扫扫气气泵泵或或增增压压器器所所消消耗耗的的功功率率为为 PB，因因此此，发发动动机机的的机机械摩擦损失功率为械摩擦损失功率为 通常还需要考虑泵气消功耗通常还需要考虑泵气消功耗Pp的影响的影响第58页/共92页右图以平均压力表示了一非增压发动机机械损失各组成部
41、分的分配情况，可见其中活塞和活塞环的摩擦损失所占的比例最大。图2-4 自然吸气发动机中机械损失各组成部分随活塞平均速度 的变化a)a)泵气损失泵气损失b)b)活塞与活塞环的摩擦活塞与活塞环的摩擦操损失操损失c)c)气门机构驱动损失气门机构驱动损失 d)d)附属机构驱动损失附属机构驱动损失 e)e)连杆轴承摩擦损失连杆轴承摩擦损失 f)f)凸轮轴承摩擦损失凸轮轴承摩擦损失第59页/共92页据统计，一般发动机中机械损失功率据统计，一般发动机中机械损失功率的分配大致为：的分配大致为：活塞和活塞环的摩擦损失活塞和活塞环的摩擦损失(45(4565)65)PPmm 整个活塞连杆曲轴机构中的摩擦损失整个活塞
42、连杆曲轴机构中的摩擦损失(60(6075)75)PPmm 气门机构的驱动损失气门机构的驱动损失(2(23)3)PPmm 附属机构的驱动损失附属机构的驱动损失(10(1020)20)PPmm 泵气损失泵气损失(10(1020)20)PPmm右图表示了一般发动机右图表示了一般发动机p pmmmm的范围。的范围。活塞和活塞环的摩擦损失活塞和活塞环的摩擦损失45%65%整个活塞连杆曲轴机构中的摩擦损失整个活塞连杆曲轴机构中的摩擦损失60%70%气门机构的驱动损失气门机构的驱动损失 2%3%附属机械的驱动损失附属机械的驱动损失10%20%泵气损失泵气损失10%20%图2-5所示为一般发动机的 范围。第6
43、0页/共92页二、机械损失的测定1 1、示功图法、示功图法2 2、倒拖法、倒拖法3 3、灭缸法、灭缸法4 4、油耗线法、油耗线法第61页/共92页1、示功图法:运用各种示功器录取气缸的示功图，从中算出Pi值，从测功器和转速计读数中测出发动机的有效功率Pe，从而可以算出Pm，m及pmm值。示功图法一般用于当上止点位置能得到精确校正时才能取得较满意的结果。试验结果的正确程度试验结果的正确程度决定于示功图测录的正确程度：a.最大的误差来源于p图或pV图上活塞上止活塞上止 点位置不易正确地确定点位置不易正确地确定；b.各个气缸的不均匀性。各个气缸的不均匀性。误差：误差：活塞上止点、多缸不均匀性活塞上止
44、点、多缸不均匀性 设备：设备：发动机试验设备、示功图测发动机试验设备、示功图测量设备等量设备等适应性：适应性：任何发动机任何发动机第62页/共92页2.倒拖法用用电力测功器电力测功器测定。方法：测定。方法：发动机以给定工况稳定运行，待发动机以给定工况稳定运行，待发动机以给定工况稳定运行，待发动机以给定工况稳定运行，待T T T T水水水水和和和和T T T T油油油油正常数值后，测定正常数值后，测定正常数值后，测定正常数值后，测定P P P Pe e e e。停机切断对发动机的供油，并立即将电力测功器转换为电动机，以给定停机切断对发动机的供油，并立即将电力测功器转换为电动机，以给定停机切断对发
45、动机的供油，并立即将电力测功器转换为电动机，以给定停机切断对发动机的供油，并立即将电力测功器转换为电动机，以给定工况下转速倒拖发功机，并且维持工况下转速倒拖发功机，并且维持工况下转速倒拖发功机，并且维持工况下转速倒拖发功机，并且维持T T T T水水水水和和和和T T T T油油油油相同，这样测得的倒拖功率相同，这样测得的倒拖功率相同，这样测得的倒拖功率相同，这样测得的倒拖功率即为发动机在该工况下的即为发动机在该工况下的即为发动机在该工况下的即为发动机在该工况下的P P P Pm m m m 。由由由由P P P Pe e e e+P P P Pm m m m=P P P Pi i i i，得
46、，得，得，得m m m m=P P P Pe e e e/(/(/(/(P P P Pe e e e+P P P Pm m m m)，p p p pe e e e+p p p pm m m m=p p p pi i i i，或，或，或，或m m m m=p p p pe e e e/(/(/(/(p p p pe e e e+p p p pm m m m)此方法简单、方便，但内燃机在着火和不着火倒拖得情况下，其摩擦此方法简单、方便，但内燃机在着火和不着火倒拖得情况下，其摩擦损失功率和泵气损失功率二者存在较大的差异，倒拖测得的损失功率和泵气损失功率二者存在较大的差异，倒拖测得的P Pe e比实际
47、高比实际高（15201520）%，在，在多缸高速小型内燃机多缸高速小型内燃机上是最常用的方法，特别是比较上是最常用的方法，特别是比较小的汽油机，用此法较准。小的汽油机，用此法较准。误差：误差：缸内压力下降缸内压力下降,摩擦损失减少摩擦损失减少;包含了泵气损失包含了泵气损失;传热损失传热损失.实际结果偏高实际结果偏高.设备：设备：电力测功器电力测功器适应性：适应性：低压缩比汽油机低压缩比汽油机第63页/共92页倒拖工况与实际运行情况相比有差别:首先，气缸内不进行燃烧过程，作用在活塞上的气体压力在膨胀行程中大首先，气缸内不进行燃烧过程，作用在活塞上的气体压力在膨胀行程中大幅度下降，作用在活塞、连杆
48、、曲轴的幅度下降，作用在活塞、连杆、曲轴的摩擦损失有所减少摩擦损失有所减少。其次，按这种方法求出的摩擦功率中含有不应该有的其次，按这种方法求出的摩擦功率中含有不应该有的P Pp p这一项，且由于排这一项，且由于排气过程中温度低、密度大，使气过程中温度低、密度大，使P Pp p比实际的还大。比实际的还大。再次，倒拖在膨胀、压缩行程中，由于充量向气缸壁的传热损失，以至于再次，倒拖在膨胀、压缩行程中，由于充量向气缸壁的传热损失，以至于P-VP-V图上膨胀线和压缩线不重合而处于它的下方，出现了如图所示的负功图上膨胀线和压缩线不重合而处于它的下方，出现了如图所示的负功面积，而实际上，在测量该工况下的有效
49、功率时，这部分传热损失已被考面积，而实际上，在测量该工况下的有效功率时，这部分传热损失已被考虑在内。虑在内。n 这三咱因素的综合结果是：倒拖时所消耗的功率要超过发动机在给定工况工作时的实际机械损失，在低压缩比发动机中，误差大约为5%，在高压缩比发动机中，误差有时可高达15%20%，因而此方法在测定汽油机机械损失时得到较广泛的应用。第64页/共92页3.灭缸法 此法仅适用于此法仅适用于多缸发动机多缸发动机。方法：。方法：当内燃机调整到给定工况稳定工作后，先测出其有效功率当内燃机调整到给定工况稳定工作后，先测出其有效功率当内燃机调整到给定工况稳定工作后，先测出其有效功率当内燃机调整到给定工况稳定工
50、作后，先测出其有效功率P P P Pe e e e。在喷油泵齿条位置或节气门不变的情况下，停止向某一气缸供油或点火。并在喷油泵齿条位置或节气门不变的情况下，停止向某一气缸供油或点火。并在喷油泵齿条位置或节气门不变的情况下，停止向某一气缸供油或点火。并在喷油泵齿条位置或节气门不变的情况下，停止向某一气缸供油或点火。并用减少制动力矩的办法迅速将转速恢复到原来的数值，并重新测定其有效功用减少制动力矩的办法迅速将转速恢复到原来的数值，并重新测定其有效功用减少制动力矩的办法迅速将转速恢复到原来的数值，并重新测定其有效功用减少制动力矩的办法迅速将转速恢复到原来的数值，并重新测定其有效功率率率率P P P