第三章-内燃机的工作指标与性能课件.ppt

1、2023-2-121第三章 内燃机的工作指标与性能分析31内燃机的工作指标32内燃机的指示参数33内燃机的机械损失及机械效率34内燃机的有效参数35内燃机的强化指标与强化分析36内燃机的热平衡37内燃机的热计算2023-2-12231内燃机的工作指标 内燃机的工作指标是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或指标，可以定性或定量地比较、分析内燃机的工作性能，是评价内燃机性能高低的有效尺度。2023-2-123内燃机的主要工作指标：（1）动力性指标功率、转矩、转速；（2）经济性指标燃料与润滑油消耗率；（3）强化指标升功率、活塞功率和强化系数；（4）运转性能指标冷起动性

2、能、噪声和排气品质；（5）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。2023-2-124一、内燃机标定性能的主要指标 标定性能指标在标定工况下表征内燃机工作性能的主要指标，是介绍内燃机及其性能的主要参数。标定工况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。2023-2-125 标定功率在标定工况下，内燃机连续运行时允许发出的最大功率。标定转速在标定工况下，发出标定功率时内燃机相应的曲轴转速。标定油耗率在标定工况下，发出标定功率时内燃机所具有的有效油耗率。2023-2-126 比质量和比容积在单位标定功率下内燃机所具有的质量和容积，是用来评

3、价、比较内燃机轻重、紧凑、设计合理性的重要指标。大修期从新机到进行第一次大修或者两次大修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。2023-2-127二、示功图 通常利用示功器或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，所得结果即为p 示功图或pv示功图。2023-2-1282023-2-129三、指示功 指示功内燃机完成一个工作循环所得到的有用功Wi。说明：指示功反映了内燃机在一个工作循环中所获得的有用功的数量，与热功转换的有效程度和气缸容积大小有关。2023-2-1210计算方法：每缸每循环的指示功Wi可沿pv图中封闭曲线进行积分获得，即

4、pdvWi2023-2-1211（1）对于四冲程非增压内燃机，指示功面积FiF1F2；（2）对于四冲程增压内燃机，指示功面积FiF1F2；（3）对于二冲程内燃机，面积Fi就表示指示功；2023-2-1212 在求得Fi后，可根据下式计算指示功：)(106JabFWii式中，Fi示功图面积，cm2；a示功图纵坐标比例尺，Pa/cm；b示功图横坐标比例尺，cm3/cm；2023-2-1213四、空燃比和过量空气系数量量燃油质空气质/FA质量燃料所需要的理论空气完全燃烧质量燃料所实际供给的空气燃烧kgkg112023-2-121432 内燃机的指示参数 指示参数是以工质在气缸内对活塞做功为基础的性能

5、指标，用来评定工作循环进行的好坏。包括：平均指示压力pi、指示功率Ni 指示热效率i、指示油耗率gi注意：只考虑了热量损失，并未考虑摩擦损失。2023-2-1215一、平均指示压力pi1、定义2、分析3、标定工况下的Pi值4、影响Pi的主要因素2023-2-12161、定义 平均指示压力就是内燃机在一个工作循环中单位气缸工作容积，活塞所获得的指示功，即143)(103MPaVWpsii式中，Wi指示功，KJ；Vs气缸工作容积，m3。2023-2-12172、分析（1）一个假想的数值不变的气体压力；（2）与气缸容积大小无关，是衡量气缸工作容积利用率高低的一个参数；如：pi Wi 利用率（3）在标

6、定功率及转速下，基本上表征了内燃机的强化程度和工作循环各阶段进行的完善程度。2023-2-12183、标定工况下的pi值类 型Pi（MPa）非增压汽油机0.41.2增压汽油机0.91.5非增压四冲程柴油机0.751.2增压四冲程柴油机1.23.0非增压二冲程柴油机0.50.9增压二冲程柴油机1.02.2煤气机0.61.42023-2-12194、影响pi的主要因素（1）增压度（2）过量空气系数（3）换气质量（4）油气混合的完善程度（5）燃烧完善的程度2023-2-1220二、指示功率Ni1、定义2、影响Ni的主要因素3、提高Ni的有效途径2023-2-12211、定义 指示功率内燃机单位时间作

7、用于活塞上的指示功，即153)(1032/601023kWZniVpZniVpNsisii式中，Z动作系数（冲程数）；对于四冲程内燃机，Z4；对于二冲程内燃机，Z2。2023-2-12222、影响Ni的主要因素 建立指示功率与工作循环各参数间的数学关系式：)213)(3010kWnLHZiVNsivusi式中，Hu燃料的低热值，KJ；L0燃烧1kg燃料所需要的理论空气量，kg；v充气效率；i指示效率；s外界状态下空气密度，kg/m3。2023-2-1223 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iVsvs成正比；（2）与燃烧时燃料热能利用的完善程度i成正比；（3）

8、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。2023-2-12243、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。2023-2-1225三、指示热效率i与指示油耗率gi1、指示热效率i2、指示油耗率gi3、影响i的主要因素2023-2-12261、指示热效率i 指示热效率i内燃机一个工作循环的指示功与所消耗的燃料热量之比，即)243(287.001svuisufcyciiipHpTLHmWQW式中，Q1得到指示功Wi所消耗的热量；mfcyc每一工作循环向气缸内喷入的燃油量；L0燃烧

9、1kg燃料所需要的理论空气量，kmol；Ts进气温度；ps进气压力。返回2023-2-1227说明：（1）评价工作循环的经济性参数；（2）衡量热能转换成指示功有效程度的一个尺度。2023-2-12282、指示油耗率gi 指示油耗率gi内燃机每小时发出1kW指示功率时所消耗的燃料量，即)253)(/(103600)253)(/(1033bhkWgHgahkWgNmguiiifi返回2023-2-1229 将式（3-24）代入（3-25b），可得指示油耗率计算式：)263)(/(10254.1103600073hkWgpTLpHgissvuii返回2023-2-1230说明：（1）i高则gi小，反

10、之，i低则gi大；（2）可由实测示功图求出Ni，并测出每小时的耗油量mf，由式（3-25a）求出gi，再由式（3-25b）求出i。2023-2-12313、影响i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2023-2-12323-3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2023-2-1233一、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。克服机械摩擦、流体阻力

11、驱动辅助设备2023-2-1234 机械效率内燃机提供的有效功率与指示功率之比，即)273(1imimiiemNNNNNNN说明：1）衡量内燃机机械损失的重要指标；2）研究机械损失，寻求提高机械效率的途径；3）现代内燃机的机械效率P45。2023-2-1235（一）摩擦损失功率Nmf 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1015。注意：在机械损失中，摩擦损失所占的比例很大。2023-2-1236 采取措施减少摩擦损失是提高内燃机有效功率的重要途径：降低最高爆发压力；提高加工精度；减轻重量；降低活塞平均速度；保证良好润滑性能等。2023-2-1237（1）活

12、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5565；（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3545。2023-2-1238（二）泵气损失功率Np 泵气功四冲程内燃机在进气行程和排气行程中，气体对活塞做功的代数和。泵气损失功率非增压四冲程内燃机在换气过程中消耗的功率。2023-2-1239说明：在增压四冲程内燃机中，泵气功率是正值，应从机械损失功率中除去；在二冲程内燃机中，没有单独的进排气行程，所以泵气功率为零。习惯将泵气损失功率作为机械损失功率的一部分加以考虑。2023-2-1240（三）辅助机械损失功率Nau 辅助机械损失功率内燃机曲轴驱

13、动冷却水泵、风扇、机油泵、燃油泵等而消耗的功率。说明：1）机油泵和冷却水泵消耗的功率较大；2）二冲程柴油机的扫气泵和机械增压内燃机的压气机也消耗相当数量的驱动功率；3）辅助机械损失功率随转速的增加而增加。2023-2-1241（四）流体的摩擦损失功率Nk 流体的摩擦损失功率连杆、曲轴在曲轴箱内高速运转时，克服油雾阻力和曲轴箱通风等而消耗的功率。2023-2-1242（五）平均机械损失压力pm 平均机械损失压力表示内燃机单位气缸工作容积在一个循环中损失的功，即)(10303kPainVZNpsmm2023-2-1243二、机械损失功率的测定 目前常用的测量方法主要有倒拖法、灭缸法、油耗线和示功图

14、法。这些方法只能近似地求出其数值，并各有其局限性与不足之处。2023-2-1244(一)倒拖法（1）内燃机与电力测功器连接，（2）在给定工况下稳定运行，（3）先测定Ne，求出pe。（4）切断供油，以原转速倒拖内燃机空转，（5）倒拖功率，即为机械损失功率Nm（6）求出pm，（7）根据pe+pm=pi，求出pi值。2023-2-1245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Nm和Np二者存

15、在较大差别。2023-2-1246（二）灭缸法（各缸轮流断油法）首先，测定在给定况下内燃机的有效功率Ne。)283(xeexiNNN 如此，各缸依次顺序断油，求出各缸的指示功率，其总和就是整机的指示功率Ni，即)293(1xixeeiNNN 然后，停止向某一气缸供油或点火，测量这缸停止工作后的有效功率Ne，即2023-2-1247说明：1）造成倒拖法测量误差的原因，在灭缸法中同样存在；2）灭缸法不适用于排气涡轮增压内燃机；3）灭缸法不适用于单缸机。2023-2-1248（三）油耗线法（负荷特性法）根据内燃机负荷特性试验所取得的数据，绘出每单位时间的整机油耗量与有效功率或平均有效压力的关系曲线。

16、从坐标零点到交点的长度，即近似地代表Nm或pm。2023-2-1249说明：1）油耗线不完全是直线是油耗线法的弱点；2）油耗线法对单缸、多缸、增压、非增压内燃机都适用。2023-2-1250（四）示功图法 用示功器录取内燃机的示功图，从中计算出Ni值，用测功器和转速计测取内燃机的Ne，从而可以计算出Nm、m及pm值。2023-2-1251说明：1)示功图法是在真实的试验工况下进行的，理论上完全符合机械损失的定义；2）试验结果的正确程度取决于示功图测录的正确程度，其中最大的误差来源于上止点位置不易正确地确定。2023-2-1252（五）总结1）倒拖法只能用于配有电力测功器的情况，不适用于测定大功

17、率柴油机的Nm，而适用于测定汽油机的Nm；2）倒拖法和灭缸法破坏了增压系统的正常工作，只能用油耗线法、示功图法来测定排气涡轮增压柴油机（pb0.15MPa）的Nm；3）对于排气涡轮中增压、高增压柴油机，只能采用示功图法测定Nm。34内燃机的有效参数2023-2-1253三、影响机械损失功率及机械效率的因素1、增压2、转速及平均活塞速度3、负荷4、润滑油温度及冷却水温度5、气缸尺寸及数目6、工艺水平2023-2-12541、增压 若内燃机转速不变，则机械损失功率与非增压时大致相当；但是，指示功率随增压度增加成正比增加；所以涡轮增压及低压比的机械增压内燃机m提高。2023-2-12552、转速及平

18、均活塞速度 转速及平均活塞速度的提高使机械损失功率Nm或机械损失压力pm大大增加。可见，pm随转速增加而迅速增加；m随转速增加而下降，低负荷比全负荷时下降的厉害。2023-2-12563、负荷 负荷大小对pm的影响不太大；而负荷增大必然增加供油量，使pi成正比地增加；这样，机械效率也随之提高。平均指示压力的增加导致机械效率的提高是m随负荷增加而提高的主要因素。2023-2-12574、润滑油温度及冷却水温度 润滑油温度升高，其粘度下降，粘性阻力减小，Nm或pm也减小。而润滑油温度取决于冷却水温度，所以提高冷却水温度使Nm或pm下降。冷车起动时，水温、油温皆低，故Nm较大；在热稳定状态时，Nm较

19、小。故内燃机都规定了正常运转的水温和油温，以保证Nm不致过大。2023-2-12585、气缸尺寸及数目 在pz、cm保持不变的前提下，若缸径加大或者行程加长，则气缸面积与容积比相对减小，Ni增加的幅度大于Nmf，m相对提高。当气缸尺寸和转速都相同时，多缸机比单缸机的m大，这是因为单缸机带动辅助机械所需的功率相对偏大，Nm相对增加。2023-2-125934内燃机的有效参数 有效参数是以内燃机功率输出轴上得到的净功率为基础的性能指标，用来评定整个内燃机性能的好坏。包括：平均有效压力pe及有效功率Ne 有效热效率e及有效油耗率ge注意：考虑了内燃机的热力损失和机械损失。2023-2-1260一、平

20、均有效压力pe及有效功率Ne1、平均有效压力pe2、有效功率Ne2023-2-12611、平均有效压力pe 平均有效压力是内燃机在一个循环中每个单位气缸工作容积在内燃机曲轴上所输出的有效功，即)343)(MPappppmimie2023-2-1262分析：（1）一个假想的数值不变的气体压力；（2）反应了内燃机单位气缸工作容积输出转矩的大小。2023-2-1263 一般内燃机平均有效压力的大致范围：机型MPa非增压四冲程柴油机0.61.0增压四冲程柴油机1.02.5二级增压可达2.5MPa非增压二冲程柴油机0.40.65增压二冲程柴油机0.71.5二级增压可达1.5MPa四冲程汽油机0.61.0

21、煤气机0.50.62023-2-12642、有效功率Ne 有效功率是内燃机实际输出的功率，即)353)(kWNNNNmimie2023-2-1265由式（3-15），得363)(03.003.0kWZniVpZniVpNNsemsimie由式（3-21），得)373)(3010kWnLHZiVNNsimvusmie2023-2-1266试验计算公式：有效功率可以利用测功器和转速计进行测量计算，即kWnMnMNeee955010006022023-2-1267二、有效热效率e及有效油耗率ge1、有效热效率e2、有效油耗率ge2023-2-12681、有效热效率e 有效热效率内燃机曲轴上输出的有效

22、功与消耗相应的燃料热能的比，即)383(mgtmiieieeWWQWQW吸入吸入式中，We内燃机曲轴上输出的有效功；t理想循环的热效率；g循环相对效率。2023-2-1269说明：1）e是内燃机输出功的总效率，包括一切热力损失和机械损失；2）将i的一切表达公式乘以m就可得出e的表达公式；3）因为e i m，所以影响i及m的因素也是影响e的因素。2023-2-12702、有效油耗率ge 有效油耗率在内燃机曲轴上输出1kWh有效功所消耗的燃料量，即423/hkWgggmie2023-2-1271说明：1）有效油耗率是包括了内燃机一切损失在内的油耗率；2）将gi的一切表达公式除以m就可得出ge的表达

23、公式；例1：由（325a），得)433)(/(101033hkWgNmNmggefhmifhmie2023-2-1272例2：由（325b），得)443)(/(10360010360033hkWgHHgguemuimie例3：由（326），得)453)(/(10254.110254.10707hkWgpTLppTLpggessvmissvmie2023-2-12733）ge与e成反比，ge小则e高，ge大则e低；4）影响ge的因素与影响e的因素相同，但效果相反。2023-2-1274 一般内燃机e 及ge的大致范围：机型ge（g/(kWh)）e四冲程非增压柴油机2282680.300.40二冲

24、程非增压柴油机2412950.300.38四冲程增压柴油机1942280.350.45二冲程增压柴油机1942140.350.50汽油机2703800.220.302023-2-127535内燃机的强化指标与强化分析 内燃机的强化指标评价内燃机的承载能力、热负荷和机械负荷的应力水平以及工作容积的利用率的一组参数。说明：1）可以对各种内燃机进行对比；2）把气缸基本尺寸作为标定内燃机承载或强化的基准；3）用升功率、活塞功率来评价内燃机的承载或强化程度。2023-2-1276一、升功率NeL1、定义 升功率单位气缸工作容积内燃机所具有的标定功率。注意：升功率是从内燃机有效功率的角度对气缸工作容积的利

25、用率作总的评价。2023-2-12772、计算公式1）定义式463)/(30LkWZnpiVNNeseeL2）用工作过程参数表示的计算式473)/(3010LkWZTLnpHRNmvissuAeL2023-2-1278二、活塞功率Nek1、定义 活塞功率单位活塞面积上内燃机所具有的标定功率。2023-2-12792、计算公式1）定义式)483)(/(304/22mkWZSnpDiNNeeek把活塞平均速度代入上式，得30)493)(/(2nScmkWZcpNmmeek其中，注意：参数K=pecm称为强化系数。2023-2-12802）用工作过程参数表示的计算式：503)/(30120mkWSZ

26、TLnpHRNmvissuAeL2023-2-1281三、升功率和活塞功率另一种表达形式 将ps/TssR、L0l0R/RAl0/28.85代入式（347）和（350），得523)/(1301513)/(1301200mkWnSZlHNLkWnZlHNsmviueksmviueL2023-2-1282 考虑到vsk，而s，把式（3-51）和式（3-52）右边分别乘以并除以s之后，得543)/(1301533)/(1301200mkWnSZlHNLkWnZlHNsmikueksmikueL式中，k相应于增压条件下的扫气过量空气系数；总过量空气系数。2023-2-1283四、按升功率强化内燃机的分

27、析 性能良好的内燃机应满足，较小的尺度和重量获得较大的功率，因此，有必要对内燃机进行强化分析。2023-2-1284分析决定升功率的因素：523)/(1301513)/(1301200mkWnSZlHNLkWnZlHNsmviueksmviueL可用来提高升功率的有：动作系数Z、比值i/、转速n以及乘积vs。2023-2-1285为了提高升功率可以采用下列七种基本方法：1）采用二冲程循环2）增大压缩比3）减小过量空气系数4）提高内燃机的转速5）化油器式内燃机改用燃油直接喷射6）利用进排气系统中的气动效应提高vs和m7）采用强制进气的增压措施增大vs乘积值2023-2-1286五、采用增压强化内

28、燃机的分析 增压是提高升功率的有效措施。但是，增压会使内燃机的机械应力和热应力增大。2023-2-1287（一）增压压力与机械负荷 随着增压度的提高，最大燃烧压力随之增加，内燃机零件的机械负荷增大，为了保证零件可靠工作，必须增加结构质量，这种方法对于任何类型的内燃机都是不可取的。为了减小内燃机机械应力，通常采用降低压缩比、减小喷油提前角、选用适当的喷油特性及混合气形成方式等。2023-2-1288（二）热负荷与降低热负荷的措施 1）单位气缸工作容积所放出的热量增加；2）壁面传出的热量也增加；温度提高及温度梯度增大导致热应力增大，并使润滑条件恶化，对内燃机的工作不利。2023-2-1289结论：

29、内燃机的机械应力和热应力增大是限制提高进气压力的主要原因。措施：为了提高升功率，而提高进气压力的同时，必须限止气缸中的最高气体压力及其增长速度、最高温度及零件间壁中的温度梯度。2023-2-1290方法：可用结构和工艺的完善、以及合理组织增压内燃机的工作过程来实现。1）合理组织扫气及扫气持续时间，冷却受热零部件，增大充气系数注意：适用于增压柴油机，不适用于增压汽油机2）对压气机之后的空气进行冷却，降低增压内燃机零件温度2023-2-1291（三）供油与燃烧过程的组织 随着循环粗暴度因子增大，最高燃烧压力pz及燃烧过程的粗暴度p/都增加，使柴油机主要零件的机械应力和磨损增加。为了降低pz和p/的

30、最大值，应该采用分级喷射的供油规律。2023-2-1292（四）增压压力pk的最佳化2023-2-129336内燃机的热平衡 内燃机的热平衡研究燃料的总发热量转换为有效功和其他各项热损失的分配比例。作用：了解热损失情况，判断内燃机零件的热负荷和设计冷却系统，为改善内燃机的性能指明方向。2023-2-1294一、热平衡方程式内燃机的热平衡可用方程式表达如下：)/(hkJQQQQQQsbrweT式中，QT燃料在气缸中完全燃烧发出的总热量；Qe 转变为有效功的热量；Qw 被冷却介质带走的热量；Qr 被排气带走的热量；Qb 燃料不完全燃烧损失的热量；Qs 其他损失的热量；2023-2-1295 热平衡

31、可以用各组成部分占总发热量的百分比来表示，即%100%100%,100%100%,100TssTbbTrrTwwTeeQQqQQqQQqQQqQQq式中，qee内燃机的有效热效率2023-2-1296二、热平衡方程式中各项热量的确定1）燃料的发热量QT583)/(hkJHmQufT式中，Hu燃料的低热值，kJ/kg；mf单位时间的燃料消耗量，kg/h；2）转变为有效功的热量Qe603)/(3600hkJNQee2023-2-12973）冷却介质带走的热量Qw冷却介质包括冷却水、冷却空气和润滑油等。613)/)(12hkJttcmQwww式中，mw流经内燃机的冷却介质流量，kg/h；cw冷却介质

32、的比热容，kJ/(kgK)；t1、t2进出口温度，K；2023-2-12984）排气带走的热量Qr623/12hkJtctcmmQpaprLhfhr式中，mfh燃料消耗量，kg/h；mLh进气流量，kg/h；t1、t2进、排气温度，K；cpr排气比定压热容，kJ/(kgK)；cpa空气比定压热容，kJ/(kgK)；2023-2-12995）燃料不完全燃烧损失的热量Qb633/1hkJQQrTb式中，r燃烧效率6）其他热量损失Qs643/hkJQQQQQQbrweTs2023-2-12100三、内燃机的热平衡图2023-2-12101 燃料在气缸中燃烧所发出的热量主要有三个流向：转化为指示功的热

33、量排气带走的热量冷却损失的热量注意：排气涡轮增压内燃机排气中的部分能量回收后重新得到利用，可以提高内燃机的功率，改善燃料经济性。2023-2-1210237内燃机的热计算 内燃机的热计算根据热力循环的计算公式，计算内燃机各热力参数、指示参数和有效参数。2023-2-12103一、热计算的作用1）预先绘制理论示功图，进行内燃机的动力和强度计算；2）确定应选取的气缸尺寸和气缸数目；3）验证在内燃机调试中所测出的各项参数与热计算得出的参数相符合的程度，再对不合理的参数进行调整，提供可比较的依据。2023-2-12104二、热计算的局限性1）内燃机学还是一门半经验性的科学。2）热计算的结果与实际情况常

34、有很大的差别。2023-2-12105三、用分析法求平均指示压力pi 在进行新设计内燃机的热力计算时，无法量取其示功图，常用分析法来求pi。第一步，先求出理论示功图的平均指示压力pi的值；第二步，将理论平均指示压力pi的值乘以示功图的丰满系数，得出近似实际的pi 值。2023-2-12106（一）pi值的计算方法 在上图外框实线所示的理论示功图中，一个循环的理论指示功：)653(aczbyziWWWW2023-2-12107根据热力学知识，得)663(11111111111212nnccinnVpW)673(111111111111212nncsiinnpVWp上式等号两边同除以Vs，得202

35、3-2-12108说明：1）式（3-67）是四冲程混合理想循环的理论平均指示压力的计算式，对增压柴油机和非增压柴油机都适用。2）式（3-67）与循环各点的压力及温度相联系的另两种形式：)723(1111112nppnppppacbzzi)733(111111112cazbciTTnTTnpp2023-2-12109 3）将1、代入式（3-67），得等容理想循环pi的计算式：)703(11111111111212nncinnpp4）将1代入式（3-67），得等压理想循环pi 的计算式：)713(111111111111212nncinnpp2023-2-121105）二冲程内燃机的pi计算式：)

36、683(111111111111212nncinnpp 在二冲程内燃机中，以全行程为准的理论平均指示压力6931siipp式中，s二冲程内燃机的冲程失效系数2023-2-12111 对式3-67、3-68、3-70、3-71分析：可见，提高pi值的有效措施是提高pa值，也就是对内燃机增压。可见，大则pi大；大则pi大；n1大则压缩功变大，使pi值变小，n2大则膨胀功变小，也使pi变小。理论平均指示压力是便于各种气缸尺寸的内燃机相互间进行比较的依据。2023-2-12112（二）示功图的丰满系数及pi值 由图3-16可以看出，理论示功图大于实际示功图，其原因主要是：（1）cyz部分圆整所损失的面

37、积 （2）ba部分圆整所损失的面积 示功图丰满系数实际示功图面积Fp与理论示功图面积FT之比，即TpFF2023-2-121131、四冲程非增压内燃机的pi值)743(iipp式中，0.920.96 pi 理论平均指示压力2023-2-121142、四冲程增压内燃机的pi值 1）其理论示功图cyz部分圆整和四冲程非增压内燃机一样；2）示功图尾部要单独加以考虑。2023-2-12115 对应全行程，四冲程增压内燃机的理论平均指示压力：)773(1)763(11abssiiabiipppppppp或者 以全行程为准的四冲程增压内燃机的平均指示压力：)783(iipp式中，0.960.982023-

38、2-121163、二冲程内燃机的pi值 其理论示功图cyz部分的圆整与四冲程内燃机相同，但其尾部则有所不同。2023-2-121171）气口气口弯流扫气式二冲程柴油机的平均指示压力：)793(11sisiippp式中，示功图丰满系数 1。2023-2-121182）气口气门直流扫气式二冲程柴油机的平均指示压力 8031siipp式中，示功图丰满系数0.940.98。2023-2-121194、具有分隔式燃烧室的非增压柴油机的pi值 引入一个系数，校正分隔式燃烧室多出的损失，即813iipp式中，0.850.95，较小值应用于涡流室。2023-2-12120四、热计算举例 机械增压柴油机12V1

39、80，额定功率为746kW，转速为1700r/min，试进行工作过程的热计算，并决定气缸的基本尺寸和气缸数目。给定条件：环境压力 p0=0.1013Mpa 环境温度 T0=293K几何压缩比 13.5有效压缩比 11.82023-2-12121过量空气系数 1.65残余废气系数 r0.02残余废气温度 Tr=720K增压空气压力 pk0.1618MPa最大燃烧压力 pz=8.6302Mpa z点热利用系数 z=0.70b点热利用系数 b=0.85燃烧室扫气系数 s1.15燃料质量分数 C=0.87 H=0.126 O=0.004燃料低热值 Hu=42286.68kJ/kg 2023-2-121

40、22（一）热力过程计算充气过程参数：（1）增压器后空气温度KKppTTkknnkk3611013.01618.02938.118.1100式中，取增压器内平均多变压缩指数nk1.82023-2-12123（2）压缩始点温度KKTTTTrrrckka37402.0172002.011.153611式中，新气预热度Tk=5K；比热修正系数c=1.11。（3）压缩始点压力MPaMPappka1618.01618.00.10.12023-2-12124（4）充气系数892.002.0111618.01618.03743615.128.11111rkaakvppTT2023-2-12125压缩过程参数：

41、（5）平均多变压缩指数 18.1113740025.026.19135.8)1(315.8111111nnabTan式中，a、b常数，对于空气（忽略残余废气），a19.26，b0.0025。第一次试算，式（1）等号右端代入n11.37，得n110.369；第二次试算，式（1）等号右端代入n11.369，得n110.369；最后得n11.369。2023-2-12126（6）压缩终点温度KKTTnac9288.113741369.111（7）压缩终点压力MPaMPappnac756.48.111618.0369.112023-2-12127燃烧过程参数：（8）燃料燃烧所需理论空气量燃料空气燃料空

42、气kgkmolkgkmolOHCL/495.0/32004.04126.01287.021.013241221.010（9）燃烧所需得实际空气量燃料空气燃料空气kgkmolkgkmolLL/817.0/495.065.102023-2-12128（10）理论分子变化系数0387.165.10639.010639.010（11）实际分子变化系数035.102.0102.00387.110rr（12）z点烧去的燃料质量824.085.070.0bzzx2023-2-12129（13）z点处分子变化系数0313.1824.002.0110387.111110zrzx（14）z点燃烧产物的平均摩尔比定

43、容热容。，；，式中，0036.047.200025.026.1900307.089.19064.011064.1dcdTccbabTacTccczvzvzzrvrzrvrzvpmz2023-2-12130（15）b点燃烧产物的平均摩尔比定容热容。，；，式中，0036.047.200025.026.1900322.018.20064.0111064.1dcdTccbabTacTcccbvbvbrvrvrvpmb2023-2-12131（16）z点燃烧产物的平均摩尔比定压热容zzvpmzppmzTTcc00307.0202.28315.800307.089.19315.8（17）燃料发热量kgkJ

44、ccLHHvvpmbruu/34.427432931（18）压力升高比815.1756.46302.8czpp2023-2-12132（19）cyz段的燃烧公式及求最大燃烧温度 20000772.098.6170201315.8315.80zzzppmzrzcvpmbrcvuzTTTcTcTcLH化简后，得 第一次试算，取式（2）等号右端的Tz2000K，得 Tz17020/8.52=1998K 第二次试算，取式（2）等号右端的Tz1998K，得 Tz17020/8.52=1998K 最后取Tz1998K2023-2-12133膨胀过程参数：（20）初始膨胀比22.1928815.119980

45、35.1czTT（21）后膨胀比67.922.18.112023-2-12134（22）求多变膨胀指数n2及膨胀终点温度Tb、zb膨胀线上的后燃公式KTTTcTcLHTTnnnzzbbvpmbzvpmzbzrzbubzbz1122267.910313.1035.1199811315.81化简后，得 第一次试算，取Tb1220K，得 n211533/71000.216，Tb1227K 第二次试算，取Tb1227K，得 n211515/70700.216，Tb1227K 最后取Tb1227K，n21.2162023-2-12135（23）膨胀终点压力MPaMPappnzb545.067.96302

46、.8216.122023-2-12136（二）柴油机的指示参数（24）理论平均指示压力（有效行程为准）MPaMPannppnnci216.18.11111369.1167.9111216.122.1815.1122.1815.118.11756.41111111111369.11216.11112122023-2-12137（25）实际平均指示压力（全行程为准）98.01023.198.015.138.115.131618.0545.018.11216.111示功图丰满系数，式中，MPappppabii2023-2-12138（26）指示油耗率)/(76.1911023.1361817.095

47、.281618.0892.010254.110254.177hkWgpLTpgikkvi（27）指示热效率444.01036003uiiHgg2023-2-12139（28）增压器中绝热压缩功kgkJppTWkkkTKS/2078.4211013.01618.02932.100512.10054.1/14.1/100（29）增压器中绝热效率62.011/10/10kknnkkkkKKSTKSppppTT2023-2-12140（30）增压器实际压缩功kgkJWWmkTksTksTkp/914.7096.062.083.42207（31）增压器的相对作功率1016.015.165.1444.03

48、35.141034.427437.7091395.2830aiuTkpkLHAW2023-2-12141（三）柴油机的有效参数（32）柴油机总机械效率817.07694.01016.0817.0柴油机机械效率，式中，mEmEkmEm（33）柴油机平均有效压力MPappmie848.07694.01023.12023-2-12142（34）柴油机有效油耗率hkggggmie/23.2497694.076.191（35）有效效率342.07694.0444.0mie2023-2-12143（四）柴油机气缸基本尺寸 取两种气缸缸数i12，i16，列表统计如下：cm/(m/s)S=0.0177 cmS

49、0.5i=12i=16D=0.082/S0.5S/DD=0.082/S0.5S/D1010.51111.51212.50.1770.1860.1950.2030.2120.2210.4210.4310.4410.4510.4610.4700.1950.1910.1860.1820.1780.1740.9080.9741.0481.1341.2111.270.1690.1650.1610.1570.1540.1511.051.131.211.291.381.462023-2-12144 比较各组数据后，取i12，cm11.5m/s，S0.203m，D0.182m及S/D 1.134一组数据。将气

50、缸直径圆整，取D0.180m，得smSncDSmnipDNSmee/32.1130170020.03011.1180/200/20.06.1528622023-2-12145（五）计算示功图得绘制 计算出压缩曲线和膨胀曲线各点坐标并列表，根据坐标数据绘出示功图：2023-2-12146作 业思考题：42023-2-12147计算题：一台6135Q-1柴油机，S=140mm，在2200r/min时，发动机发出的有效功率为154kW，ge=217g/kWh。1 1）求发动机的pe，Me和e。2 2）当m=0.75时，试求gi、i、Ni和Nm的值。3）当i、v、均未变，m由0.75提高到0.8，此时