02第二章内燃机的工作指标.doc

第二章 内燃机的工作指标 内燃机的工作指标很多，主要有动力性能指标(功率、转矩、转速)、经济性能指标(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)和耐久可靠性指标(大修或更换零件之间的最长运行时间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参数及其相互关系。运转性能指标(如冷起动性能等)和耐久可靠性指标对内燃机来说有其不可忽视的重要性，它们将在本书的其他各章中分析讨论。 示功图与指示性能指标 一、示功图 燃料燃烧产生的热量是通过气缸内所进行的工作循环转化为机械能的，即气缸中工质的燃烧压力作用在活塞顶上，通过曲柄连杆机构，在克服了内燃机内部各种损耗后，对外做功。因此，要研究内燃机的动力性能和经济性能，应首先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。 内燃机气缸内部实际进行的工作循环是非常复杂的，为获得正确反映气缸内部实际情况的试验数据，通常利用不同型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变化，所得的结果即为p—V示功图或p—φ示功图。p—V图或p—φ图两者可以互相转换。图2—1为四冲程内燃机的p—φ图，图2—2为四冲程内燃机实际循环p—V图。在进排气过程组成的发动机换气过程示功图中，由于气缸压力低，需用放大的压力标尺记录出p—φ或p—V图(见第四章)，也称为低压示功图。 从示功图可以观察到内燃机工作循环的不同阶段(压缩、燃烧、膨胀)以及进气、排气行程中的压力变化，通过数据处理，运用热力学知识，将它们与所积累的试验数据进行分析比较，可以对整个工作过程或工作过程的不同阶段进展的完善程度作出正确的判断。因此，示功图是研究内燃机工作过程的重要试验数据。 二、指示性能指标 内燃机的指示性能指标是指以工质对活塞做功为基础的指标。 1. 指示功和平均指示压力指示功是指气缸内完成一个工作循环所得到的有用功Wi。指示功的大小可以由p—V图中闭合曲线所占有的面积求得，图2—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的示功图。 图2—3a中四冲程非增压发动机的指示功面积Fi是由相当于压缩、燃烧、膨胀行程中所得到的有用功面积Fl和相当于进气、排气行程中消耗的功的面积F2(即泵损失)相减而成，即Fl＝Fl－F2。在四冲程增压发动机中(图2—3b)，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，换气功的面积F2应与面积Fl叠加起来，即Fl＝F1＋F2 。在二冲程发动机中(图2—3c)，只有一块示功图面积Fi，它表示了指示功的大小。 Fi可以用求积仪或计算方法求得，然后用下式计算Wi (N·m或J)值 （2—1） 式中，Fi为示功图面积，cm2；a为示功图纵坐标比例尺，Pa／cm；b为示功图横坐标比例尺，cm3／cm。 指示功Wi反映了发动机气缸在一个工作循环中所获得的有用功的数量，它除了和循环中热功转换的有效程度有关外，还和气缸容积的大小有关。为了能更清楚地对不同工作容积发动机工作循环的热功转换有效程度作比较，引出了平均指示压力(用pmi表示)的概念。所谓平均指示压力，是指单位气缸容积一个循环所做的指示功(Pa) （2—2） 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。 若Vs用L为单位，Wi用kJ为单位，则pmi (MPa)为 式(2—2)也可写成Wi＝pmi·Vs＝，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第二个概念，即平均指示压力是一个假想的平均不变的压力，以这个压力作用在活塞顶上，使活塞移动一个冲程S所做的功，即为循环的指示功Wi。 平均指示压力是从实际循环的角度评价发动机气缸工作容积利用率高低的一个参数。pmi越高，同样大小的气缸容积可以发出更大的指示功，气缸工作容积的利用程度越佳。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。 一般内燃机在标定工况下的pmi值在下列范围内： 柴油机：四冲程非增压柴油机 0.6～0.95MPa 四冲程增压柴油机 0.85～2.6MPa 二冲程柴油机 0.35～1.3MPa 汽油机：四冲程摩托车用汽油机 0.9～1.43 MPa 四冲程小客车用汽油机 0.65～1.25MPa 四冲程载货车用汽油机 0.6～0.85 MPa 二冲程小型风冷汽油机 0.4～0.85 Mpa 2. 指示功率 内燃机单位时间内所作的指示