发布时间 : 星期二 文章内燃机原理（精品讲义）更新完毕开始阅读
第一章 动力、经济性能指标与影响因素
§1.1 工质对活塞所作之功及示功图
一． 工质对活塞作功 1． 正功，负功
在发动机工作循环的每一个冲程中，由于活塞总在运动，活塞顶面缸内工质和活塞背面缸外介质都要对活塞作功。工质压力与活塞运动方向相同时，作正功，反之作负功。 2． 冲程功，循环功
每一冲程所作之功叫冲程功；每一循环所作之功叫循环功，图1各冲程压力形成的封闭曲线所包围的环积分面积表示。 二． 四冲程发动机的示功图
1． 自然吸气四冲程发动机的示功图
1) 活塞背面压力p0在四个冲程中对活塞作功为零，因而循环功可由单缸内工质
对活塞作功来计算；
2) 循环动力过程功：压缩与燃烧膨胀冲程所作之正功称为循环动力过程功，即：
W1+W3
进、排气冲程泵气功：进、排气过程中，工质对活塞所作之功，是排气负功
与进气正功之和，即：
W2+W3
循环过程净功（指示功）：Wi=(W1+W3)-(W2+W3)= W1-W2
2． 增压四冲程发动机示功图
由于增压时缸内平均进气压力大于大气压力p0，一般也大于缸内平均排气压
力，所以示功图上的泵气功为正功，净指示功为
Wi=W1+W2
三． 泵气过程功
1． 实际泵气功：图1、2中的 W2面积
2． 理论泵气功：图2中（pb-pk）Vs，自然吸气机型为零。
3． 泵气损失功：图2中带剖面线的部分，自然吸气机型为W2。 四. 气缸压力图
即展开示功图，常用于发动机结构设计分析、燃烧及动态过程分析。 §1.2 动力、经济性能指标
一. 指示性能指标与有效性能指标 1． 指示性能指标
以工质对活塞作功为计算基准的指标称为指示性能指标，简称指示指标。直接反映工作循环进行的好坏。包括指示功、平均指示压力、指示热效率和指示燃油消耗率。 2． 有效性能指标
以曲轴输出功为计算基准的指标称为有效性能指标，简称有效指标。用于评定发动机实际工作能力的优劣。
二. 指示指标与有效指标的确定及换算 1． 循环指示功、有效功和机械损失功
1) 循环指示功：在气缸内完成一个工作循环工质对活塞所作的有用功。用Wi表
示。
1
2) 有效功：每循环由曲轴输出的单缸功量叫循环有效功。用We表示。
Wi=We+Wm
3) 机械损失功：循环指示功与有效功之差，用Wm表示。
在测量Wm时，常常无法消除所含的泵气损失功，因此，习惯上都将泵气损失功归入机械损失中，则：
Wm=Wmf+Wme+Wp（自然吸气机型）
式中 Wp——泵气损失功
Wmf——循环摩檫损失功 Wme——附件消耗功
2． 平均指示压力与平均有效压力
1) 平均指示压力：单位气缸工作容积所作的循环指示功。
Pmi=Wi/Vs
Wi=pmi Vs=pmiπD2S/4
2) 平均有效压力：单位气缸工作容积所作的循环有效功。
Pme=We/Vs
3． 指示热效率和指示燃油消耗率
1) 指示热效率：实际循环指示功与所消耗的热量之比。
?WiWi3.6?103Piit?Q?g? 1bHuMbHu式中 3.6ⅹ103——1kW.h的热当量 ，kJ/kW.h
gb——单缸每循环耗油量，kg
Mb——每小时发动机的耗油量，kg/h Hu——燃料的低热值， kJ/kg
注：严格的说，ηit只是循环热效率ηt，ηit=ηcηt，ηic为燃烧效率。 2) 指示燃油消耗率：单位指示功率的耗油量
bi?BP?103 [g/kW.h] i4． 有效热效率和有效燃油消耗率
1) 有效热效率：实际循环有效功与所消耗的热量之比。
??WeWe3.6?103PeetQ?g? 1bHuMbHu?Wi?met?Q??it??m（当燃烧效率为1时） 12) 有效燃油消耗率：单位有效功率的耗油量
bBe?P?103 [g/kW.h] e5． 升功率：每升气缸工作容积所发出的有效功率
PL?Pe/?i?Vs?
2
6． 指标的测定与换算
在工程上，上述指标是在发动机试验台架上测得一些基本数值（转速n，转矩Ttq和整机燃油消耗率B）后，再通过相互物理关系换算出来的。
1) 首先求取： Pe=2πnTtq 2)
由功与功率基本关系求We： Pe?iWe?t Pe??2in/???We We??2inPe
?t?3)
?2n
以Pe、We为基础求各有效指标，再利用上述两关系式求得：
Pe??2ni/???We?（1-1）
2niVs??pme?2?nTtq
pme?（1-2）
?2niVsPe???iVsTtq?WeVs
Ttq?（1-3）
Pe2inVsiV1i?pme?spme?We2?n?2?n????
be?BPe
（1-4）
三. 动力性能速度指标
活塞平均运动速度vm是评定发动机动力性能的速度指标。
vm=2s n
注意：转速n只能作为同一机型的速度指标。 §1.3 影响动力、经济性能指标的环节与因素
一. 决定动力输出的“量”与“质”的两大环节
发动机动力输出的过程，其本质是进入整机的燃料化学能转化为曲轴有效输出功的过程。输出功率大小首先取决于进入单位时间内进入整机的化学能的多少，即“量”的环节。其次是取决于化学能转换为输出功的效率，即“质”的环节。
发动机输出功率为 Pe??etBHu （柴油机）[kW] （1-5）
Pe??etGmHum（汽油机） [kW] （1-6）
3
式中，ηet——有效热效率
B——单位时间内加入整机的燃料总量 kg/h Gm——单位时间内加入整机的混合气总量 kg/h Hum——混合气的低热值，kJ/kg Hu——燃料的低热值，kJ/kg 二. 燃料及可燃混合气的热值 1． 燃料的低热值
燃料的热值：单位质量的燃料在指定状态（250C，101.3kPa）下，定压或定容完全燃烧所能放出热烈——反应热，叫燃料的热值。
燃烧时，燃烧产物的H2O以气态排出，其汽化潜热未能释放之热值叫低热值。 2． 可燃混合气热值
可燃混合气热值是单位质量或单位体积可燃混合气的低热值。取决于燃料热值和燃料与空气的混合比。
1) 过量空气系数Φa 单位质量的燃料完全燃烧时所需的实际空气量与理论空气量之比。即
?a?l l0式中，l——实际供给的空气量
l0——单位质量的燃料完全燃烧所需的理论空气量
Φa＞１—稀混合气；Φa＜１—浓混合气；Φa＝１—具有化学计量比的混合气。
2) 空燃比α：指混合气中空气质量与燃料质量之比。 3) 燃空比Φ：指混合气中燃料质量与空气质量之比。
以上三种表示法可以相互转换。若燃烧燃料量为m ,供给ml?ml0?a空气，则：
??m?al0/m??al0
??1?al0
混合气质量热值
Hum?Hu/?1?l??Hu/1??al0
??（1-7）
l个质量单位的空气
1个质量单位的燃料
三. 整机燃料消耗率与可燃混合气量 1． 整机燃料消耗率B
若单缸循环供油量为gb，则：
B?2nigb?
（1-8）
式中，gb—单缸循环供油量。
2． 可燃混合气流量Gm：单位时间进入整机的新鲜空气量Aa与燃料量之和，即： Gm=Aa+B
4