文档介绍：第三章内燃机的工作指标与性能分析
3-1 内燃机的工作指标
内燃机的工作指标是指内燃机处于正常运行状态下,描述和表征内燃机性能和工作状态的一组参数。
一、标定性能的主要指标
标定工况,是指内燃机在标准大气条件下,其动力性能和经济性能达到设计指标时所处的运行状态。
标定性能指标是指在标定工况下表征内燃机工作性能的主要指标,比如:
标定功率――标定工况下内燃机发出的功率。
标定转速――标定工况下内燃机相应的曲轴转速。
标定油耗率――标定工况下内燃机发出单位功率所消耗的油量。
比质量――单位标定功率下内燃机所具有的质量。
比容积――单位标定功率下内燃机所具有的容积。
比质量和比容积是用以评价、比较内燃机轻重、紧凑、设计合理性的重要指标。
大修期――指从新机开始使用至第一次进行大修或二次大修之间内燃机累计运行的时间。是表征内燃机可靠性与寿命的重要指标。
二、驱动扭矩和驱动功率
用测功器可测出某一工况下内燃机输出的扭矩或驱动扭矩Me(见图3-1)。
Me = Pb
图 3-1 测功器示意图
用转速仪可测出同一工况下内燃机的转速,则内燃机输出的有效功率或驱动功率为
Ne =2πnMe/103 / 60 (3-1)
三、循环指示功率
图3-2所示的是内燃机的p-V曲线图。每缸每循环的指示功Wi可沿封闭曲线进行积分获得,即
(3-2)
也就是图中封闭曲线围成的面积。
对于二冲程机(图3-2(a)),单缸循环指示功Wi就是阴影面积, 对于四冲程机,单缸循环指示功Wi就是:
图3-2(b) 阴影面积A+C,即为压缩膨胀冲程传递给活塞的功。
图3-2(c) 阴影面积(A+C)-(B+C),即为四个冲程传递给活塞的功。
B+C为泵气损失。对非增压机,B+C为负功,对增压机,B+C为正功。
图 3-2 p-V曲线图示例
(a)二冲程发动机; (b)四冲程发动机; c)部分负荷下四冲程汽油机进气和排气行程(泵气回路)
单缸指示功率为:
(3-3)
式中,Z——动作系数(也称为活塞行程数),对于四冲程机,Z=4;对于二冲程机,Z=2; 对于二冲程双动机,Z=1。
这个功率称为指示功率,即缸内工质作用于活塞的功率,与驱动功率的不同之处在于,它包含了克服内燃机摩擦和带动辅助机械所消耗的功率以及泵气功率。
四、道路功率
指车用内燃机为克服汽车轮胎滚动摩擦阻力和车辆气动阻力所消耗的功率。道路功率的近似计算式为:
(3-4)
式中,fR——滚动阻力系数,凭经验确定(< fR <)3;mA——车辆质量;g——重力加速度; 环境空气密度;fD——气动阻力系数,凭经验确定(对于汽车,< fD ≤)3; fA—车辆最大横截面积;vA——车辆速度。
五、平均指示压力
MPa ,即为单位气缸工作容积所作的指示功,代入式(3-3),可得
MPa (3-6)
六、油耗率gi与效率
gi--表示内燃机每小时每单位指示功率所消耗的燃料量。
g/kW•h (3-7)
-每循环内燃机所作的功与每循环供给的燃料燃烧所释放能量之比
(3-8)
七、空燃比和燃空比
空燃比 A/F= (3-9)
燃空比 F/A= (3-10)
mL -每循环进入气缸的空气质量,
mf -每循环喷入气缸的燃料量。
对于汽油机, A/F=12~18, F/A= ~,
对于柴油机, A/F=18~70, F/A= ~。
八、容积效率(充气效率) η V
η V定义为每循环空气进入进气系统的容积流量mL除以被
活塞置换容积的速率。
或者表示为(3-11)
九、比排放量
比排放量定义为单位时间、单位输出功率内燃机排出污染物的质量流量,单位为mg/(kW·h)。
十、增压压力PK与增压比πk
PK :在环境状态下,空气经压气机压缩后压气机的出口压力或进入气缸前的压力。
πk:在环境状态下,空气经压气机压缩后的出口压力比上环境压力。
十一、机械效率
:内燃机输出的有效功率比上指示功率
(3-13)
3-2 内燃机的指示参数
内燃机的指示参数是用以表征燃料燃烧释放出来的热能转变为机械能完善程度的一组参数,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,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。
内燃机的指示参数主要包括内燃机的平均指示压力pi、指示功率Ni、指示效率ηi以及指示油耗率gi,下面主要讨论这几个参数。
一、平均指示压力pi和指示功率Ni
1. 平均指示压力pi
以一个假想的数值不变的气体压力作用在活塞上,在一个膨胀行程内所获