第02章、内燃机的工作循环与性能指标.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,电力工程学院,主讲 邹正龙,Tel：[phone],Email：zouzl58,内燃机的构造与原理,1,第二章、内燃机的工作循环与性能指标,2-1、内燃机的工作过程,2-2、内燃机的理想循环与实际循环,2-3、内燃机的性能指标,2-4、内燃机的机械损失,2,2-1、内燃机的工作过程,内燃机的实际工作过程（实际循环）非常复杂，这是因为在内燃机汽缸中，气体所进行的实际工作过程受到很多因素的影响，如：气体流动因素、热交换因素等。,这些因素对内燃机实际工作过程的影响是不可忽略的，特别是对内燃机的汽缸充气与燃烧过程有着举足轻重的影响，它直接影响到内燃机的动力性指标与经济性指标。,3,一、进气过程,进气过程就是向汽缸中充填混合气（对柴油机就是充填纯空气）的过程。,进气过程是为后面的燃烧过程作准备的，这个过程进行得完善与否直接影响燃烧过程质量，从而影响到内燃机的动力性能与经济性能。,为了充分利用汽缸工作容积，提高内燃机的升功率，在进气过程中进入汽缸的可燃混合气（或纯空气）的数量应该尽可能多些。,4,一、进气过程,1、进气终了时汽缸中的压力和温度,进气过程中进入汽缸的气体量与进气过程终了时汽缸中气体的压力和温度有关，气体压力越大，充气量越多；气体温度越高，则充气量越少。,2、充量系数,充量系数表征进气过程终了时汽缸中气体充填的程度：,充量系数越高，表明进入汽缸内的新鲜充量的质量越多，汽缸工作容积利用得越充分，可燃混合气燃烧可能放出的热量越大，发动机发出的功率也就越大。,5,一、进气过程,3、配气相位,进、排气门开启和关闭的时刻，及其开启的延续时间以曲轴转角来表示，称为配气相位。,为了增大进气的通道面积，减小进气阻力，进气门提前开启；同时利用高速气流的惯性，进气门延迟关闭，补充向汽缸内充填一部分气体，以此来达到增大进气量的目的。,排气门提前开启有利于利用汽缸内、外压力差，排出一部分废气；同时排气门延迟关闭，利用废气高速流动的惯性，增大排出的废气量，而且可以减少排气所消耗的功。,因此，在进气上止点前后的某一区间，前一循环的排气门和后一循环的进气门存在同时开启现象，此进、排气门同时开启所对应的曲轴转角称为气门重叠角。,6,1、燃料的性能,1）汽油的特性,汽油的性能主要是指蒸发性、抗爆性、胶质含量等项。,2）柴油,柴油按馏分的不同可以分成轻柴油与重柴油，车用高速柴油机采用轻柴油作燃料。,柴油的性能指标主要指凝点、十六烷值、满度和闪点等。,9,2、汽油机的燃烧过程,一般汽油机是在汽缸外部形成均匀混合气进入汽缸，在压缩上止点前某一时刻火花塞跳火，经过短暂的着火延迟后，形成火焰核心向外传播，直到全部可燃混合气燃烧完毕。这是一个持续的过程，需要一定的时间。,研究燃烧过程最简单并且最常用的方法是测量燃烧过程的展开示功图，它反映了燃烧过程的综合效应。,10,3、柴油机的燃烧过程,柴油机的混合气形成是在汽缸内进行的，在压缩过程接近终了、活塞接近上止点时，喷油器以很高的压力将柴油以很高的速度喷入汽缸内的高温高压气体中，使柴油形成极细小的微粒，在高温的空气中，这些柴油微粒边蒸发、边扩散、边与周围的空气相混合。,在某些区域内，由于混合气的浓度适当，温度也超过柴油的自燃温度，混合气才能着火燃烧，形成火焰中心。,柴油机的火焰中心不像汽油机那样以火花塞为中心，而是自然形成的，其火焰中心在一般情况下可能是多个。,由于喷油不是瞬间完成而是一个持续过程，因此，柴油机的燃烧过程是边喷油、边混合、边燃烧，整个燃烧过程的持续时间较长。,11,四、膨胀过程与排气过程,1、膨胀过程,膨胀过程是内燃机中唯一作功的过程,。燃料在燃烧过程中所释放的热能通过曲柄连杆机构转变成机械功就是在这一过程中完成的。,进入汽缸的燃料所释放的热能，并不能在膨胀过程中全部变成机械功，这是因为：,1）工作过程中的热交换。,2）膨胀过程终了时，汽缸中气体的压力和温度仍比大气压力和大气温度高出很多，这部分气体能量在排气过程中被释放到大气中去而没有得到有效的利用。,3）高温机体的热辐射。,12,2、排气过程,排气过程就是活塞在膨胀过程之后由下止点向上运动时将膨胀以后的废气通过气门排出汽缸外。,由于存在着燃烧室容积，排气过程终了时，汽缸内的废气并不能彻底排除干净。为了尽可能多地排除废气，如前面所述，延长排气时间，将排气门提前开启和延后关闭,。,13,五、内燃机的示功图,示功图表示内燃机实际循环中汽缸内的气体压力随汽缸容积的变化规律。,由示功图可以得到许多重要数据，如气缸内气体的瞬时压力和温度，最高爆发压力，着火时刻，燃烧终点，燃烧规律等，它们是分析内燃机工作过程好坏的原始数据。,14,五、内燃机的示功图,1）示功器,如图，它由压力传感器，电路系统，气路系统及记录装置等四部分组成。,1-压力传感器；2-离合器；3-弹簧机构；4-弹簧；5-导杆；6-记录指针；7-记录装置圆简；8-阀门；9-压缩空气储气瓶；10-闸流管继电器；11-上止点传感器,15,五、内燃机的示功图,2）工作原理,16,五、内燃机的示功图,示功图还可将内燃机的配气相位、点火提前角及燃烧过程的几个阶段在曲线图上表示出来。,17,五、内燃机的示功图,示功图上的曲线与横坐标之间所包围的面积就是这个过程所作的功。在膨胀曲线上，是汽缸中气体膨胀推动活塞所作的功，这是正功；而压缩曲线上，是活塞压缩气体所消耗的功，这是负功。,进、排气过程也是消耗功的过程，但这部分的消耗计入机械损失，不计算在实际循环的消耗中。,因此，在内燃机的实际循环中所获得的功就是膨胀所取得的正功与压缩所消耗的负功的差值，也就是示功图上膨胀过程曲线与压缩过程曲线所包围的那部分面积。这部分面积越大，实际循环中所获得的有用功也就越多。,18,2-2、内燃机的理想循环与实际循环,从热力学基本定律可知，热机通过工质实现周而复始的循环，不断地将热能转变为机械能。,根据工程热力学的基本定理，在相同的温度范围内，卡诺循环的热效率最高，然而内燃机却不能按卡诺循环进行工作。这是因为工质的定温加热和定温放热不易实现，且要提高热效率就必须增大高、低温热源的温度差，致使压力差和压缩比很大，使得最高极限压力增高和气缸长度增长，结果是机器庞大笨重，单位气缸容积的功率很小。,19,一、内然机工作循环的简化与评价,内燃机的实际工作循环是由进气、压缩、燃烧、膨胀及排气等五个过程所组成的，是由一系列非常复杂的物理化学变化过程所组成的；在气缸内进行非常复杂的物理化学变化，其影响因素也很复杂。,为了掌握内燃机热功转换的主要规律，需要对实际循环作某些简化和假定，忽略次要因素的影响，概括为由几个基本热力过程所组成的理想循环，这样才有利于分析和研究这些理想循环，以指明提高内燃机经济性和动力性的方向。,20,1、内燃机工作循环的简化,1）以空气作为循环的工质，并假定其为理想气体，其比热视为定值，不随温度变化,忽略变比热的影响。,2）假设工质是在闭口系统中进行热力循环，不考虑进、排气过程，并忽略气体流动阻力的影响。,3）以热源的传热代替燃料燃烧的放热，以向冷源传热代替排气过程向大气放热，工质的质量和成分自始至终都保持不变。,21,1、内燃机工作循环的简化,4）假设压缩与膨胀过程是绝热过程，忽略气缸壁传热、摩擦及漏气等热损失。,5）假设以等容过程、等压过程或先等容后等压过程向工质加热以代替燃烧过程；工质的放热过程则视为等容过程。,6）忽略实际过程中的各种损失，把构成循环的各个过程均假定为可逆过程。,22,2、评定循环过程中质和量的指标,1）循环的热效率：工质的循环净功与工质在循环中吸收的热量的比，来评定循环的经济性。,2）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。,23,二、内燃机的理想循环,通过对内燃机理想循环的研究，可以确定出最大可能的热量利用率（循环热效率）和气缸容积利用程度（循环平均压力），由此可以分析出影响内燃机工作循环的经济性和动力性的主要因素，从而找到提高内燃机性能指标的基本途径。,在内燃机中，加热可按定容、定压和定容定压三种方式进行，故有定容加热循环，定压加热循环和混合加热循环之分。,24,1、混合加热循环（萨巴德循环）,中高速柴油机可简化为按混合加热循环工作。,12为绝热压缩过程；,23为定容加热过程，吸热量为Q,1V,；,34为定压加热过程，吸热量为Q,1P,；,45为绝热膨胀过程；,51为定容放热过程，放热量为Q,2,。,25,1、混合加热循环（萨巴德循环）,1）混合加热循环的热效率：,26,1、混合加热循环（萨巴德循环）,常用术语：,压缩比：,压力升高比：则：,预胀比：，则：,表示绝热膨胀过程前气体膨胀程度；,后胀比：,绝热指数：,27,1、混合加热循环（萨巴德循环）,28,1、混合加热循环（萨巴德循环）,循环的热效率：,29,1、混合加热循环（萨巴德循环）,2）混合加热循环的平均压力,30,2、定容加热循环（奥托循环）,汽油机燃烧迅速，可简化为定容加热循环。,当混合加热的预胀比等于一时，就得到定容加热循环。,1）定容加热循环热效率：,2）定容加热循环平均压力：,31,3、定压加热循环（狄赛尔循环）,高增压和低速大型柴油机中，其工作循环可以理想化为定压加热循环。,当混合循环中压力升高比等于一时，就成为定压加热循环。,1）定压加热循环热效率：,2）定压加热循环平均压力：,32,例2-1、,例2-1、,某汽油机燃烧最高温度为T,max,=2173K，最低温度及压力为T,1,=303K及p,1,=0.1MPa，压缩比=6，试求该汽油机的定容循环热效率，平均压力和工质所作的循环净功。,解：设工质为空气，比热容为定值，其循环如图。,查表得：,K=1.4,33,例2-1、,循环净功为：,或：,34,例2-2、,例2-2、,已知混合循环的初始状态p,1,=0.1MPa，T,1,=303K，压缩比=6。,试分别按（l），,（2），求出循环最高压力、平均压力及热效率。设工质为空气，k=1.4。,解：（1）,35,例2-2、,解：（2）,36,例2-2、,分析：若由绝热膨胀计算公式分,别求出本例（1）、（2）两种情,况下的循环加热量：、,、；、；排热开始温 、，,以及排热量 ,。,则从图中可见，当，k及Q,1,相同时，压力升高比小、预胀比大的循环在定压过程中多加入的热量，因离上止点较远，其作功量较少，排热温度及排热量相应增加，故循环热效率及平均压力均降低。,37,三、理想循环的分析和比较,1、理想循环影响因素的分析,根据三种循环的循环热效率和平均压力的计算公式，可以分析循环参数压缩比、压力升高比、预胀比和绝热指数对循环热效率和平均压力有影响。,38,1、理想循环影响因素的分析,1）压缩比：,由三种循环的热效率计算公式可见，随着压缩比的增大，循环热效率都提高。,定容加热循环热效率随压缩比而变的情况,提高压缩比，可提高循环平均吸热温度，降低循环平均放热温度，扩大循环温差，增大膨胀比，如图。,39,1、理想循环影响因素的分析,2）绝热指数值的影响：,绝热指数对热效率的影响如图所示，随着绝热指数值增大，循环热效率将提高。,绝热指数值取决于工质性质，不同的工质有不同的值。当燃料与空气的混合气加浓时，即混合气中燃料蒸气较多，绝热指数值将降低，因而循环热效率也将降低。反之，当燃料与空气的混合气变稀时，k值增大，循环热效率将提高。,40,1、理想循环影响因素的分析,3）压力升高比值的影响：,对定容加热循环来说，压力升高比值与加热量有顺变关系。当加热量增加时，压力升高比增大，由热效率计算公式和平均压力计算公式可见，当保持不变，则循环热效率不变，而平均压力将增大。,41,1、理想循环影响因素的分析,3）压力升高比值的影响：,对混合加热循环来说，当压力升高比增大时，如果保持总加热量和不变，则循环热效率和平均压力都将随之增大，如图所示。,当压力升高比值增大时，意味着循环123451中的定容线23延长。如果总热量不变，即循环包围的净热面积不变，则点4、点5相对点4、点5左移，相应地将减小，所以热效率增大。,由于循环热效率的提高，则循环平均压力也将增大。,但是，压力升高比、压缩比的增长将造成最高温度、最高压力的急剧上升，这将受到材料耐热性和强度的限制以及燃烧方面的限制。,42,1、理想循环影响因素的分析,4）预胀比值的影响：,在等压加热循环中，当压缩比、绝热指数保持不变，预胀比与加热量值有顺变关系。由热效率和平均压力的公式可知：热效率将降低，循环平均压力将增大。,在混合加热循环中，当压缩比、绝热指数、加热量保持不变时，预胀比值增大意味着定压加热量值增大，则定容加热量值将相应减少。从热效率公式可知，热效率将降低。这是因为预胀比的增大意味着定压加热值增大，而定压加热值是在工质膨胀比不断下降的过程中加入的，其做功的机会相应减少，因而热效率降低。,随着循环热效率的降低，在不变的情况下则循环功减少，因而循环的平均压力也将降低。,43,2、三种理想循环热效率的比较,由以上分析可知，压缩比、压力升高比愈高，预胀比愈低，则三种理想循环的热效率就愈高。,1）当初态相同，加热量及压缩比分别相等时：,44,2、三种理想循环热效率的比较,2）当吸热量及循环最高温度和循环最高压力分别相同时：,45,四、内燃机的实际循环,为了改善内燃机的实际循环，必须分析比较实际循环和理想循环之间的差距，以及引起各种损失的原因。,研究实际循环的目的，就是分析实际循环与理想循环的差异和引起各种损失的原因，以求不断改善实际循环，缩小其与理想循环的差距，促进内燃机的改进与发展。,46,四、内燃机的实际循环,1、工质变化的影响,在理想循环中，假定工质为空气；而在实际循环中，燃烧前的工质是新鲜空气与上一循环残留废气的混合物，燃烧后的工质变为燃烧产物燃气。,其结果是使循环热效率和平均压力有所降低，反映在图上是其燃烧膨胀线（图中虚线表示）要低于相应的理想循环线黄色部分。,47,四、内燃机的实际循环,2、传热损失,在实际循环中，始终存在着热量的交换，特别是在燃烧和膨胀期间具有强烈的传热损失，减少了有用功的面积；,另一方面，在压缩过程初期，由于气缸壁温度较高而使空气加热，而在压缩过程后期，随着空气温度超过气缸壁温度便发生了从空气向气缸壁相反的热量传递。,燃烧和膨胀期间由于传热而减少的有用面积要大于理想压缩线底下所增加的有用功面积，其差值为实际循环的传热损失（图中兰色部分）。,48,四、内燃机的实际循环,3、换气损失,燃烧废气的排出和新鲜空气的吸入是维持实际循环得以周而复始地进行所必不可少的。,在换气过程中，排气门必须提前开启，让废气在下止点前便利用本身的压力排出（沿b、d线），这将使有用功面积有所减少；接下去进行排气和进气行程时，由于进排气系统的流动阻力，又需要消耗一部分功，这两者之和就是实际循环的换气损失（图中用麻点区绿色表示）。,49,四、内燃机的实际循环,4、时间损失,理想循环假定活塞以无限缓慢的速度运动，以保持气缸内的工质始终处于平衡状态，并且假定由热源向工质进行等容加热的速度极快，是瞬时完成的。,但是，实际柴油机的活塞都具有相当高的运动速度，而且燃料着火至完全燃烧需要一定的时间。一般将燃料提前喷入气缸，以使着火能在活塞到达上止点以前的点开始，其结果增加了压缩消耗功（图上）。,50,四、内燃机的实际循环,5、燃烧损失,燃烧损失包括后燃损失和不完全燃烧损失。,后燃期间热功转换的效率，由于膨胀比小和传热损失大而大大下降，造成了燃烧中的后燃损失，使燃烧膨胀线位置下移（图中红色部分）。,此外，由于空气不足，或混合气形成不良所引起的不完全燃烧，使燃料的热值未得到充分利用，这也促使燃烧膨胀线下移，产生不完全燃烧损失,。,51,四、内燃机的实际循环,6、气流运动损失,活塞的高速运动使工质在气缸内产生涡流而造成压力损失。,当采用分开式燃烧室时，工质在主、副燃烧室之间的流入和喷出将会引起强烈的节流损失。,这些损失由于气流运动对混合气形成和燃烧的改善可以部分地弥补过来。,52,四、内燃机的实际循环,7、泄漏损失,活塞环在往复运动中不可避免地会造成少量工质的泄漏，而产生泄漏损失。,53,四、内燃机的实际循环,以上各项损失中，除工质的影响这一项是人们很难加以改变外，使实际循环遭受较大损失的是传热损失和燃烧损失。,因此，对四冲程柴油机来说，理想循环的热效率一般可达60左右，但是，由于各项损失的存在，使实际循环的热效率一般仅为40左右，即实际循环的热效率约为理想循环的70。,54,2-3、内燃机的性能指标,内燃机的工作性能，常用性能指标来衡量。,性能指标的内容很广泛，主要有,动力性指标,（主要指功率、扭矩和转速）、,经济性指标,（主要指燃料和润滑油的消耗）以及,运转性能指标,（主要指冷起动性能、噪声和排气品质）。,55,2-3、内燃机的性能指标,内燃机性能指标有两种：,一种是以工质在气缸内对活塞做功为基础的性能指标，称为指示指标。它只能评定工作循环进行的好坏；,另一种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，称为有效指标。它能够评定整个内燃机性能的好坏。,56,一、内燃机的指示指标,指示指标表征工质在气缸内部经历的循环的完善程度。,指示指标是从示功图测量计算得出的。,指示指标主要包括平均指示功、平均指示压力、指示功率、指示燃油消耗率及指示热效率。,57,1、内燃机的循环指示功,内燃机的循环指示功是指内燃机一个气缸内的工质每一循环作用于活塞上的功，用W,i,表示，可由P-V图上闭合曲线所包围的面积求出。,58,2、平均指示压力,指示功虽然反映了气缸中工作循环的作功量，但是它受气缸容积大小的影响。因此，对不同尺寸的内燃机，为了比较它们单位气缸工作容积作功能力的大小，常用另一指示参数平均指示压力。,平均指示压力是指每一工作循环中，内燃机单位气缸工作容积所做的指示功,，即：,59,3、指示功率,内燃机在单位时间内所做的指示功，称为指示功率。,60,4、指示燃油消耗率,单位指示功所消耗的燃油量，称为指示燃油消耗率，也称指示比油耗。,指示燃油消耗率是评定内燃机实际循环的经济指标，指示燃油消耗率越小，每千瓦小时的功消耗的燃油越少，经济性越好。,61,5、指示热效率,内燃机实际循环的指示功与所消耗燃料的热量之比，称指示热效率。,指示燃油消耗率和指示热效率是评定内燃机实际工作循环经济性能的重要指标。,62,二、内燃机的有效指标,以内燃机曲轴输出功率为基础的性能指标，称为内燃机的有效指标。,有效指标包括动力性指标和经济性指标。动力性指标包括有效功率、有效扭矩、平均有效压力；经济性指标包括燃油消耗率和有效热效率。,63,1、有效功率、机械损失功率和机械效率,1）有效功率：内燃机曲轴上输出的功率叫有效功率。,指示功率与机械损失功率之差即为有效功率，即：,2）机械效率：内燃机的有效功率与指示功率之比，称为机械效率。,64,1、有效功率、机械损失功率和机械效率,3）标定功率,内燃机出厂时铭牌上写明厂方标定的有效功率。,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。,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。,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。,持续功率：内燃机允许长期运转的最大有效功率。,65,2、有效扭矩,内燃机曲轴输出的扭矩称为有效扭矩，可由测功器测得。,66,3、平均有效压力,和平均指示压力相仿，平均有效压力是内燃机在一个循环中，每单位气缸工作容积所输出的有效功。,对于某特定的内燃机，其冲程数一定，气缸工作容积一定，平均有效压力与有效扭矩成正比，即平均有效压力越大，对外输出的功越多，扭矩越大。,67,4、有效燃油消耗率,有效燃油消耗率是指单位有效功所消耗的燃油量。,有效油耗率越小内燃机的经济性越好。,68,5、有效热效率,有效热效率是指内燃机实际循环的有效功与消耗的燃油相应的热量之比。,69,6、润滑油消耗率,内燃机在标定工况时，每千瓦时所消耗润滑油量的克数，称为润滑油消耗率，单位为g/kWh。,方式有：,润滑油经活塞环窜入燃烧室或由气阀导管流入缸内烧掉，未烧掉的则随废气排出。,有一部分燃油在曲轴箱内雾化或蒸发，而由曲轴箱通风口排出。,70,三、紧凑性指标,车用内燃机的紧凑性指标，一般是指内燃机的比质量、升功率和单位体积功率。,71,1、升功率,在标定工况下（标定转速、标定功率），内燃机每升气缸工作容积所发出的有效功率称为升功率，即：,升功率是表示内燃机汽缸工作容积有效利用程度的指标，它综合反映了平均有效压力、转速及冲程数的影响，表征了内燃机的强化程度，是个重要的性能指标。,提高升功率的主要措施就是提高平均有效压力和转速。,72,2、比质量,比质量是内燃机净重与标定功率之比：,它是表征内燃机总体布置的紧凑性、制造技术和材料利用程度等综合参数的指标。,转速越高，比质量越小。,升功率及比质量是从内燃机有效功率的角度来衡量气缸工作容积和内燃机质量利用的有效程度以及结构的紧凑性，都是重要的动力性指标。,汽车内燃机要求质量小、功率大，所以其升功率大、比质量小。,73,3、单位体积功率,单位体积功率是指内燃机的标定功率对其外廓体积之比。外廓体积是指内燃机外廓尺寸长、宽、高的乘积。,要提高内燃机的单位体积功率，不仅必须提高升功率，而且还要提高总体布置的紧凑性。,74,四、排放污染指标,废气污染主要有：,一氧化碳（CO）：一氧化碳是无色无味的气体，空气中含量超过0.1%就会中毒。,碳氢化合物（HC）：成分复杂，对人体有麻痹、致癌作用，是造成烟雾的因素之一。,氮氧化和物（Nox）:有强烈的刺激味，对心脏和肺造成损坏，是大气形成臭氧的主要因素。,二氧化硫（SO）:有强烈的刺激味，与灰尘一起危害更大。,微粒（PT）:微粒的主要成分是碳，大多小于0.3微米，微粒碳核子吸附其他有毒物质被吸入肺叶对人体造成损害。,75,四、排放污染指标,废气污染主要有：,CO:过量空气系数：,1 汽油机达容积的6%,1 一氧化碳 0.20.3%,HC：与燃烧的缓慢甚至停止有关，惰转和减速时生成。,NOx：取决于火焰温度、火焰前锋中是否富氧以及高温持续时间。,76,四、排放污染指标,内燃机排放欧洲指标,排放标准,执行年份,NOx(g/kWh),PT(g/kWh),欧,1992,9,04/0.61,欧,1996,7,015,欧,2000,5,01,欧,2005,35,002,欧,2008,2,002,77,四、排放污染指标,内燃机排放欧洲指标,NO的质量分数（10）,HO的质量分数（10）,CO的体积分数（10）,微量物质（碳烟）g/m,汽油机,2000-4000,1000,10,0.01,柴油机,1000-4000,3000,0.01,0.5,78,五、可靠性与耐久性指标,内燃机的可靠性指标通常是以在保险期内不停车故障次数、停车故障次数及更换主要零件和非主要零件数来表示。,对于汽车、拖拉机内燃机，在保险期内应保证不更换主要零件。现代汽车、拖拉机内燃机的无故障保险期一般为l500h2000h。,内燃机的耐久性指标是以它的大修期来表示的。,内燃机大修期是指内燃机从出厂到再进厂大修之前累计的摩托小时数或车辆行驶的公里数。大修期也称内燃机的使用寿命。,79,2-4、内燃机的机械损失,发动机曲轴上输出的有效功率总是小于指示功率，所损失的功率即为机械损失功率。,80,一、机械损失,1、摩擦损失功率：,摩擦损失功率即内燃机各零部件之间有机械相对运动所造成的功率损失。此项损失的功率最大，约为指示功率的10%14%，占整个机械损失功率的60%75%，主要包括：,1）活塞、活塞环与缸套间的摩擦损失，约占摩擦损失功率的55%65%；,2）各轴颈与轴承之间的摩擦损失，约占摩擦损失功率的35%45%；,3）气阀机构及传动装置的摩擦损失，此项损失较小，只占整个摩擦损失功率的2%3%。,81,一、机械损失,2、泵气损失功率：,主要是指四冲程内燃机机中换气过程所消耗的功率，它约为机械损失功率的10%20%。,在二冲程内燃机中，由于没有单独的进、排气行程，此项损失几乎为零。,82,一、机械损失,3、驱动附属机构的损失功率：,包括驱动配气机构、冷却水泵、风扇、发电机、气泵、机油泵、喷油泵或点火装置等损失的功率，约占整个机械损失的10%30%。,此外，还有飞轮、连杆、曲轴等旋转部件在空气或油雾中旋转时与四周气体之间的摩擦损失。但这种损失一般很小，通常不计。,83,二、机械效率,内燃机的有效功率与指示功率之比，称为机械效率。,84,三、机械损失的测定,产生机械损失的原因极为复杂，以致无法用分析的方法来求出确实的数值，只有通过对内燃机的试验测定。,目前常用的方法有倒拖法和熄火法，柴油机也可用油耗线法。,85,1、倒拖法,将内燃机与电力测功机相连，当内燃机在给定工况下稳定运行，水温、油温达到正常值时，先测定有效功率P,e,求出平均有效功率p,me,；,然后将内燃机熄火（汽油机停止点火、柴油机切断供油）,并将电力测功机转换为电动机，以原给定转速倒拖内燃机空转，并尽量使冷却水温和机油温度保持在给定工况的温度不变。电力测功机上测出的倒拖功率即为给定工况下内燃机的机械损失功率。,由此可求出指示功率P,i,，从而求出平均指示压力p,mi,。,86,2、熄火法,熄火法也叫断缸法，即各缸依次停火或断油，此法只适合于多缸机。当内燃机在给定工况下稳定运转后，测出其有效功率P,e,。,在油门位置或喷油泵齿条位置不变的情况下，停止向某缸供油或点火，使该缸停止运行。此时转速下降，要迅速调整测功器的负荷，使内燃机转速迅速恢复到原转速，再测出此时内燃机的有效功率P,e1,。,则二者之差正是被断缸所发出的指示功率，即：,87,2、熄火法,依次断缸得：,88,2、熄火法,比较这两种方法，可以得到如下结论：,倒拖法对于非增压多缸机而又有电力测功机的地方，测量迅速，使用较多。汽油内燃机优先采用此法。但对于柴油机，测出的机械损失偏高，在高速柴油机中可偏高达15%20%。对于废气涡轮增压柴油机，由于倒拖法改变了各缸的进排气状况，不能使用。,熄火法较倒拖法精确，误差不超过5%。用此法测量多缸柴油机的机械损失较为方便，由于该法影响排气系统气流情况，不宜于测量废气涡轮增压内燃机，也不适用于汽油机。,89,四、影响机械效率的主要因素,1、气缸内的最高燃烧压力,内燃机的最高燃烧压力的大小决定了整个燃烧膨胀过程的压力水平。气缸压力高，活塞环背压按比例增加，活塞裙部对缸套壁的侧压力和轴承负荷增大，活塞环和活塞的摩擦损失也相应增大；,另一方面，压力高，为保证各受负荷零件的强度、刚度和工作耐久性，也有必要加大活塞、连杆、曲轴尺寸和质量，加宽轴承的承载面积，这就随之而增加了运动零件的惯性力，从而导致摩擦损失的增大。,因此可以说，凡是导致最高燃烧压力上升的因素都将加大摩擦损失。由此也可以看出，内燃机的压缩比不宜过高，汽油机的点火提前角、柴油机的供油提前角和初始供油率也不宜过大。,90,2、内燃机转速或活塞平均速度,当内燃机转速或活塞平均速度增加时，各摩擦表面间的相对速度增大，摩擦损失增大。同时，因转速上升引起运动件惯性力加大，活塞侧压力和轴承负荷增加，活塞摩擦损失及轴承摩擦损失迅速增加，非增压内燃机的泵气损失、辅助机械损失，二冲程内燃机的扫气泵驱动功率也要增加。,91,3、内燃机负荷,内燃机负荷通常是指内燃机扭矩的大小。由于平均有效压力正比于扭矩，也常用它来表示负荷。,在转速不变的情况下，当负荷减小，缸内的指示功率下降，机械损失功率亦略有下降，但几乎不变。这是由于，负荷减少时，缸内压力下降从而使活塞和气缸摩擦减少，同时气缸和活塞的温度下降，活塞间隙和润滑也有所改善，但是这种变化很小。,92,4、润滑油品质及冷却水温度,润滑油品质和冷却水温度对内燃机的机械损失影响较大。润滑油粘度大则流动性差，内摩擦力大，摩擦损失增加，但其承载能力强，易于保持液体润滑状态；反之，机械损失减少，但承载能力差，油膜易于破裂而失去润滑作用。,冷却水温的高低直接影响润滑油温的高低。水温过高或过低，都会使机械效率下降，如图b）所示。,93,5、内燃机的技术状况,长期使用的内燃机，技术状况变差，对机械效率的影响很大。,这是由于活塞环与缸套磨损后，间隙增大，漏气增多，指示功率下降；尤其是对于汽油机，漏气还会稀释润滑油，使润滑条件变坏，气缸的磨损加快。,轴与轴承间的磨损，使机油的泄漏增加，油压下降，运动件工作表面的润滑不良。,水道中的水垢增多，使气缸表面温度升高，影响油膜厚度。这些都会使机械效率下降。,因此，内燃机在使用中，要定期检查维护，出现故障应及时修复，并确保机油、燃油、空气的滤清效果，以减少摩擦，提高机械效率。,94,