内燃机的性能指标(精选)

k 1
2 分析 = 1 t = const. t ；当 = 10 左右时， t 不大 且汽油机容易爆燃，因此，汽油机 = 6～10
（三） 定压加热循环 （狄赛尔DIESEL 循环） －船舶用大型低速柴油机的理想循环
1 热效率 因为: 压力升高比
式中:
二、理想循环及其分析比较
（一）

混合加热循环
－车用柴油机的理想循环 1 循环特征参数 v1 （1） 压缩比
v2

（2） 压力升高比
p3 p2
v4 v3

（3） 预胀比

2
热效率
tm
w0 q2v q2 1 1 q1 q1 q1v q1 p
1 忽略进、排气过程 2 压缩、膨胀过程 （复杂的多 变过程） 简化为绝热过程 3 燃烧过程简化为定容加热过 程 （2～3） 和定压加热过程 （3～4） 4 排气放热简化为定容放热过 程 5 假定工质为定比热的理想气 体
（三）评定循环过程中质和量的指标

1．循环的热效率
w0 q1 q2 q2 t 1 q1 q1 q1
式中： w0——mkg工质的循环净功（J） q1——mkg工质在循环中吸收的热量（J） q2——mkg工质在循环中放出的热量（J） 热效率可环平均压力pt
w0 pt （J/m3）或（N· 2） m Vh
Vh——气缸工作容积（m3） 循环平均压力表示单位气缸工作容积所作 的循环功，用来评定循环的动力性。

第三节 热平衡
定义：按照热能在有效功和各项损失方面的数量
分配来研究燃料中总热量的利用情况，称为内燃 机的热平衡。（通常有实验确定） 总热量: QT = GT hu（kJ/h） 式中： GT——每小时的油耗量(kg/h) hu——燃料低热值（kJ/kg)

3、影响ηi的主要因素
从燃料燃烧可以释放出的热量和能够转换成指示功 的有效程度两方面分析：
（1）燃料热能释放的好坏 （2）热量损失的大小 （3）热能转换的有效程度
3.3内燃机的机械损失及机械效率
一、机械损失功率 二、机械损失功率的测定 三、影响机械损失功率及机械效率的因素
一、机械损失功率Nm
在内燃机工作过程中，不可避免地损失一部分功 或功率，这些功或功率的总和称为机械损失功或机械 损失功率。
返回
可见，指示功率与下列四个因素有关： （1）与一个循环内进入气缸的空气量iVsηvρs成正
比； （2）与燃烧时燃料热能利用的完善程度ηi成正比； （3）与单位时间内工作循环的重复频率成正比； （4）与过量空气系数成反比。
3、提高Ni的有效途径
提高指示功率Ni的有效途径: 提高增压度，增加进缸充量； 提高换气质量，减少废气残存量； 完善油气混合； 保证良好的燃烧过程。
说明：
（1）在有电力测功器的条件下，倒拖法是求Nm最迅 速、最简便的方法。
（2）适用于多缸高速小型内燃机的机械损失功率。
（3）不适用于大功率内燃机和涡轮增压内燃机。
（4）不能精确地测定pm或pi，数值比实际高出很多。
原因：内燃机在着火运转和不着火倒拖情况下，其 Nmf和Np二者存在较大差别。
（二）灭缸法（各缸轮流断油法）
摩擦损失功率－内燃机为克服运动部件之间的摩 擦而消耗的功率，约为指示功率Ni的10～15％。 注意：在机械损失中，摩擦损失所占的比例很大。
（1）活塞、活塞环与气缸套之间的摩擦损失功率， 约占全部摩擦损失功率的55～65％；
（2）主轴承、连杆轴承、凸轮轴轴承等的摩擦损失 功率，约占全部摩擦损失功率的35～45％。

V s in
与Pi、pmi相类似，定义 相类似，
Ttq =
318 .3 p meV s i
τ
Ttq∝Pme，即Pme反映了单位气缸容积输出转炬 的大小。 的大小。
升功率
升功率( kW/L)， 在标定功况下， 升功率 ( kW/L)， 在标定功况下 ， 内燃机每 升气缸工作容积所发出的有效功率。 升气缸工作容积所发出的有效功率。
四冲程摩托车用汽油机 四冲程小客车用汽油机 四冲程载货车用汽油机 二冲程小型风冷汽油机
2．指示功率
内燃机单位时间内所作的指示功称为指示 功率P 功率Pi。 i个缸的发动机每缸所作的指示功率为
Pi = 2 pmiVh
式中： 式中：τ为冲成数
n
τ
i
四冲程机τ 四冲程机τ =4，二冲程机τ =2 二冲程机τ
空气质量流量 空燃比 = α 燃料质量流量 燃料质量流量 燃空比1 = α 空气质量流量
由吸入空气量计算平均有效压力
根据 φ a
m1 = g bl0
可得每循环供油量 而
φ c msh φ cVs ρ s m1 gb = = = φ a l0 φ a l0 φ a l0
活塞对工质 作功为负功
一、示功图
气缸中工质的燃烧压力作用在活塞顶上，通过 气缸中工质的燃烧压力作用在活塞顶上， 曲柄连杆机构， 曲柄连杆机构，在克服了内燃机内部各种损耗后 对外做功。 ，对外做功。 研究内燃机的动力性能和经济性能， 研究内燃机的动力性能和经济性能，需对内燃 机一个工作循环中热功转换的质和量两方面加以 分析。 分析。 为获得正确反映气缸内部实际情况的试验数据 ，通常利用示功器或数据采集系统来记录相对于 不同活塞位置或曲轴转角时气缸内工质压力的变 所得的结果即为示功Wi / Vh /4) Wi = pmi ⋅ Vh= pmi(π⋅D2/4) ⋅ S 平均指示压力是一个假 想的平均不变的压力P 想的平均不变的压力Pmi ，以这个压力作用在活 塞顶上， 塞顶上，使活塞移动一 所做的功， 个冲程 S 所做的功，即 为循环的指示功 Wi。

4）升功率
PL
Pe p n We me Vs i 30 Vs i t
PL pme n
汽油机习惯上用升功率 PL 表示其强化程度 现代汽油机 PL≥50kW/L 如：Santana2000 PL=74kW/1.8L Passat1.8 PL=91kW/1.8L Passat1.8T PL=110kW/1.8L 柴油机习惯上用平均有效压力 pme 表示其强化 程度，pme=0.6~3.0 MPa 柴油机 pme 较高， 但转速相对较低， PL 不如 故 汽油机高 平均有效压力、升功率，各发动机能类比，是 衡量发动机动力性和强化程度的一个很重要 的参数。
①增加快速加载烟度测试（ELR）。 ②适用于额定功率不大于85kW的柴油机。 ③适用于单缸工作容积小于0.7L、额定转速大于3000r/min 的柴油机。 ④ 对于燃气发动机或安装了先进的排气后处理装置的柴油机
内燃机排放—欧洲指标 排放标准 欧Ⅰ 欧Ⅱ 欧Ⅲ 欧Ⅳ 欧Ⅴ 执行年份 1992 1996 2000 2005 2008 NOx(g/kW· h) 9 7 5 3.5 2 PM(g/kW· h) 0.4/0.61 0.15 0.1 0.02 0.02

We=（2n/60）× Ttq
Pe=（n/30）× Ttq ×10 Ttq 为有效扭矩。
N· m/s
kW
有效功率可以利用测功器测定，水力测功器可先测出有 效扭矩Ttq ，再用上式计算出有效功率。
各种用途内燃机的运转特点
3.1.2 标定功率 内燃机出厂时铭牌上写明厂方标定的有效功率。 ① 15分钟功率：内燃机允许连续运转15分钟的最大有效功 率。汽车爬坡功率和军用车辆及快艇的追击功率。 ② 1小时功率：内燃机允许连续运转一小时的最大有效功率 。船用主机，工程机械和机动车的最大使用功率。 ③ 12小时功率：内燃机允许连续运转12小时的最大有效功 率。可作为工程机械，机车和拖拉机正常使用功率。 ④ 持续功率：内燃机允许长期运转的最大有效功率。 可作为长期连续运转的远洋船舶，发电站，和农林排灌内 燃机的持续使用功率。

机械损失
机械损失测定
1. 示功图法 由示功图算出Pi，由测功器测得Pe 则 ：Pm=Pi - Pe 难点：⑴ Pi 计算示功图的上止点确定 ⑵各缸均匀性 2. 倒拖法 电力测功器倒拖测功；发动机运行状态尽可能一致。 拖动测得Pm大于实际的机械损失功率Pm ，因为： 1、 包含了Pp ；(Pp在Pi中已经扣除) 2、 气缸压力低 Pf比实际上小； 3、 传热损失。 倒施时所消耗的功率要超过柴油机在给定工况工作时 的实际机械损失；拖动法主要用于测定压缩比不高 的发动机，因此，广泛用于汽油机机械损失测定。
0.6—0.8 0.65 — 1 l — 2.9 0.6—2.5 0.78—1.2 0.65—1.2 0.6—0.7 0.4—0.65
由吸入空气量计算平均有效压力
• 充气系数φc 充气系数是实际进入气缸新鲜空气质量 m1除以进气口状 态 (ps，Ts) 的气体充满气缸工作容积 Vs 的空气质量 msh。 φc = m1 / msh = M1/Msh 若m1在进气管状态下占有体积V1则 φc = V1 / Vs • 过量空气系数φa 过量空气系数是燃烧1kg的燃油的实际空气量与理论 空气量之比 。 φ a= m1 / gb* l0 式中， gb为每循环燃料供给量(kg)， l0为lkg燃料完全燃 烧所需的理论空气量，称为化学计量空燃比。
目前内燃机的pme ， PL 值范围
pme
农用柴油机 汽车用柴油机 强化高速柴油机 固定船用中速柴油机 四冲程摩托车用汽油机 四冲程小客车用汽油机 四冲程载货汽车用汽油机 二冲程小型风冷汽油机
( MPa)
PL (kW/L)
8.8—14.7 11—25.8 15—40 3.7—7.35 51.8—88 40—70 22—25.8 18.4—73.5

71
第四节 内燃机的有效性能指标
二、有效功率Pe和平均有效压力pme
2. 平均有效压力pme
对比标定工况（标定转速与标定功率）下的内燃机的平 均有效压力，可以揭示各种类型内燃机工作强度的差异。 内燃机的工作负荷不同时，它的平均有效压力也不同， 这是因为，对于一定气缸总工作容积的内燃机而言，其 平均有效压力反映了内燃机输出扭矩的大小，两者成正 比例关系，也就是说，平均有效压力反映出内燃机单位 气缸工作容积输出扭矩大小。
一、概述
2. 有效性能指标的概念
以内燃机实际输出的净功率为基础的性能指
标。 指示指标与有效指标之间的差值即为机械损 失。 机械损失包括内燃机运动部件的摩擦损失，
驱动附属装置的功率消耗，以及内燃机在进、
排气过程中引起的泵气损失等 。
69
第四节 内燃机的有效性能指标
二、有效功率Pe和平均有效压力pme
二、有效功率Pe和平均有效压力pme
2. 平均有效压力pme
平均有效压力是指折合到每单位气缸工作容 积的每工作循环中的有效功，可看作是一个 作用在活塞顶上假想的平均不变的压力。 30000Pe pme iVsn
式中：pme－平均有效压力，MPa； Pe－有效功率，kW； Vs－ 气缸工作容积，cm3； n－内 燃机转速，r/min。 τ－内燃 机冲程数； i－内燃机气缸 数
平均有效压力是标志内燃机热力循环进行的有效性、结 构合理性和制造完善性的综合指标。
72
第四节 内燃机的有效性能指标
三、有效热效率ηet和燃油消耗率b
1. 有效热效率η et 有效热效率是指燃料中所含的热能转变为有 效功的份额。综合反映了燃料的热量转变为 指示功的指示热效率，与指示功由活塞输送 到曲轴转变为有效的输出功的机械效率对内 燃机工作经济性的影响。

二、合理组织燃烧过程，提高循环指示效率ηit
提高指示效率η不仅改善了内燃机的动力性能，同时也 改善其经济性能，因此，需要从研究内燃机工作循环入 手，深入分析在整个热功转换过程中，各种热力损失的 大小及其分布，掌握各种因素对热力损失的影响程度， 从而寻找减少这些损失的技术措施，而其中最重要的一 个方面就是对内燃机燃烧过程的改进。
4.风阻损失
活塞、连杆、曲轴等零件在曲轴箱内高速运动时， 为克服油雾、空气阻力及曲轴箱通风等将消耗一 部分功，但其数值是很微小的。
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。 上述诸损失中，可将前四项损失之和视作发动 机的内部摩擦损失，并以Pf表示其损耗的功率， 扫气泵或增压器所消耗的功率为PB
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—泵气损失 b—活塞与活塞环的摩擦损失 c—气门机构驱动损失 d—附属机构驱动损失 e—连杆轴承摩擦损失 f—凸轮轴承摩擦损失
二、机械损失的测定
1.示功图法 2.倒拖法 3.灭缸法 4.油耗线法
图2-5 一般发动机的机械损失平 均压力p的范围
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包括所有主轴承、连 杆轴承和凸轮轴轴承等的摩擦损失。在这些轴承 里，由于润滑充分，纯液力摩擦因数很低，不过 随着轴承直径的增大和转速的提高，轴颈圆周速 度的增大，运动件惯性力增大，这部分损失也将 增加，但它对气缸中压力的变化不太敏感。至于 消耗在气门驱动机构上的损耗，在额定功率工况 下所占比例是很微小的，在低速小负荷时，它的 比例将增大。
三、改善换气过程，提高气缸的充量系数ϕc
同样大小的气缸容积，在相同的进气状态下若能吸入更 多的新鲜空气，则可容许喷入更多的燃料，在同样的燃 烧条件下可以获得更多的有用功。改善换气过程，不仅 可以提高ϕc，而且可以减少换气损失。为此，必须对 换气过程进行深入研究，分析产生损失的原因，然后从 改善配气机构、凸轮廓线、管道流体动力性能以及采用 多气门、可变气门正时(VVT)与升程及可变进气管长度 (VIM)等方面着手进行研究。关于这方面的详细讨论见 本书第四章。

内燃机的性能指标
1 内燃机的理论循环 2 内燃机的实际循环 3 内燃机的指示性能指标 4 内燃机的有效性能指标
内燃机的理论循环
一、实际循环的简化：
1 忽略进、排气过程；
P
z
2 压缩、膨胀过程简化为可逆绝热
过程；
c
3 燃烧过程简化为定容加热过程
和定压加热过程；排气放热简
化为定容放热过程；
p0 r
4 假定工质为定比热的理想气体；
2H2O=2H2+O2
工质分子变化系数的影响：分子数增多 工质泄漏：数量减少
传热损失
缸内工质通过活塞顶面、气缸盖低面、气缸套壁面不
断向外传热。
压缩过程的传热：开始工质吸热、后期工质向往传热 燃烧与膨胀过程：大部分热量在此阶段传出
燃烧损失
非瞬时燃烧损失：实际燃烧过程要持续一段时间，

Pe 3600 P b h 103

3.6 bh
106
1
u
eeu
eu
Hu ：燃料的低热值（kJ/kg)
7 升功率
定义：发动机单位汽缸排量所发出的有效功率。
Pl

Pe iV
S

pn
me
30
（kw/L
）
意义：标明发动机容积利用的程度， 是发动机强化程度的重要指标。
8 比质量
定义：单位有效功率所占发动机的质量。
坏。
1 循环指示功
定义：一个实际循环工质对活塞所做的有用功。 符号/单位：Wi（kJ）
计算式： W pdV即示功图上个冲程压力线所形
成的封闭曲线所包围的环积分面积。
2 平均指示压力
定义：单位气缸工作容积所做的循环指示功。

pmi Wi Vs
Wi p mi Vs p mi

D 2
4
S 103
pmi是衡量实际循环动力性能的一个重要指 标 pmi（MPa） 汽油机 柴油机 0.8-1.5 0.7-1.1
以一个假想的、大 小不变的压力作用 在活塞上，使活塞 移动一个行程，其 所做的功等于循环 功，则此假想的压 力即为平均指示压 力 pmi
e
、 bi 、be的大致范围
bi be [g/(kW· h )] [g/(kW· h)] 205-320 170-205 270-325 190-285
η
t
η
i
η
e
汽油机 0.54-0.58 0.3-0.4 0.25-0.3 柴油机 0.64-0.67 0.4-0.5 0.3-0.45
升功率PL、比质量me和强化系数pmeCm的大致范围 PL me pmeCm m／s ） （kW／L） （kg／kW） （MPa· 汽油机 汽车柴油机 30-70 18-30 1.1-4.0 2.5-9.0 8-17 6-11
第三节 内燃机实际循环及其评价指标
一、实际循环 实际循环通常用气缸内的工质压力p随气 缸工作容积V（或曲轴转角φ ）而变化的 图形表示，即示功图p－V图，p－φ 图称 为展开示功图。p－V图上曲线所包围的 面积（积分）表示工质完成一个实际循 环所做的有用功。 发动机实际循环是由进气、压缩、燃烧、 膨胀和排气五个过程（四个行程）所组 成。

指示功率Pi

发动机单位时间所做的指示功。
p m iVs in n 2 Pi Wi i 60 30

指示热效率η i和指示燃料消耗率bi

指示热效率η i是实际循环指示功与所消耗的 燃料热量之比值 。

定义：单位指示功所消耗旳燃料量。
定义式：
bi
B(kg / h) P (kW )
103
i
单位： g/kw·h
i
Wi Q1
Pi
3600 Bhu
Pi 3600 Pibi hu103
3.6 bi hu
106
Hu ：燃料旳低热值（kJ/kg)
第四节 内燃机旳有效指标
定义：以曲轴对外输出功率为基础，用来评估内燃机实 际工作性能旳质量。
b Q2
a
Vs
V
三、理论循环及其分析
1 特征参数：
（1） 压缩比：
P
Va Vs Vc
Vc
Vc
（2） 压力升高比：
p z
p
c
Q``1 z` z Q`1
c
（3） 预胀比：
Vz
Vz'
p0
Vc
Vs
b Q2
a
2 循环热效率
定义：
W 1 Q2
Q t 1
Q1
混合加热计算式： ：
tm
1
1
k1 (
b B(kg / h) 103 e Pe (kW )
单位： g/kw·h
e
We Q1
Pe
3600 Bhu
Pe 3600 Pe be hu 10 3
3.6 be hu
106
Hu ：燃料旳低热值（kJ/kg)
7 升功率
定义：发动机单位汽缸排量所发出旳有效功率。
P
Pl
e
iVS
p3m0en（kw/L ）
动力性指标：平都有效压力、 有效功率、扭矩； 升功率、比质量、强化系数（强化指标）
经济性指标： 指示热效率、指示燃油消耗率