第三章 发动机的性能指标
内燃机的热平衡 内燃机的性能指标
§3-1内燃机的热平衡
• 内燃机的热平衡平衡方程式为
QT QE QS QR QB QL
内燃机所耗油在缸内完全燃烧所放出的热量QTkJ/h 转化为有效功的热量 QE kJ/h 传递给冷却介质的热量 QS kJ/h 废气带走的热量QR kJ/h 燃料不完全燃烧的热损失QB kJ/h 其它热量损失QL kJ/h
30
2 n
N e Me 60
所以
pe

3.14
Me
Vh i
pe Me
可见，对于一定的内燃机（排量一定，冲程数一定）
平均有效压力正比于有效转矩。即平均有效压力越大，
有效转矩就越大，对外输出的功就越多。所以平均有
效压力是内燃机重要的动力性指标
（四）有效比油耗和有效热效率 （评定经济性的指标）
一）有效功率和机械损失功率
1、机械损失功率 Nm
发动机内部损耗的功率
Nm

pm Vh i n 103
30
2、有效功率 N（e 评定动力性的 指标）
• 单位时间所做的有效功。
Ne

pe Vh i n
30
103
• 等于指示功率减去机械损失功率：
Ne Ni Nm
（二）有效扭矩M（e 评定动力性
• 1、 有效比油耗 ge
（二）指示功率 N（i 评定动力性的 指标）
• 定义：单位时间所做的指示功。 • 若: 缸数i，每缸工作容积Vh [ m ]，冲程数 ，
平均指示压力 pi，转速 n [ r/min ]。则
Ni
Wi
i n 2
60

pi Vh i n
30
pi Vh i n 103
30
（三） 指示比油耗和指示热效率 （评定经济性的指标）
五、燃料不完全燃烧的热损失QB
QB QT (1 r )
其中r－燃料燃烧效率
六、其它热量损失QL
• 除以上损失外，还有一些损失：如驱动 辅助机构的损失，辐射热损失等等
Q Q (Q Q Q Q )
L
T
E
S
R
B
§3-2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，内燃 机的性能指标主要有动力性能指标（功率、转 矩、转速等），经济性能指标（燃油消耗率， 热效率等），运转性能指标（排气品质、噪声、 起动性能等），这一章主要介绍动力、经济性 能指标。
希望越大越好。一般 • 柴油机: 30～40% ； • 汽油机: 20～30%。
三、传递给冷却介质的热量 QS
QS GS cS (t2 t1)
• 其中Gs－发动机冷却介质的每小时流量 [ kg/h ]
cs－冷却介质比热 [ kJ/kg·℃ ]
t1 ，t2 －冷却介质的进、出口温度 [℃]
• 一般柴油机: 20～25% ； 汽油机: 25～ 30%。
一、内燃机所耗油在缸内完全燃 烧所放出的热量QT
• QT = GT hu 其中，QT——每小时耗油量[ kg/h ]； hu——燃料的低热值[kJ /kg ]
二、转化为有效功的热量 QE
Qe 3.6 103 Ne [ kJ/h ]
（ 1 kw/h = 3.6 103 kJ ） 只有这部分热量做了功，是有用的，所以
的指标）
• 功率输出轴输出的扭矩。可由测功器直 接测得，他与有效功率的关系为
2 n
N e Me 60
2 n
Me 60 103
Me n 9550
（三）平均有效压力 pe（评定动
力性的指标）
• 和平均指示压力相似，平均有效压力为单位汽缸工作
容积所做的有效功。
由于
Ne

pe Vh i n 103
1、 指示比油耗 gi
单位指示功率的耗油量，通常以每千瓦 小时的耗油量表示。
当试验测得内燃机的指示功率为Kw,每小 时燃油消耗量（Kg/h）,则指示比油耗有 下面公式可得：
gi

GT Ni
103
[ g/kw·h ]
2、 指示热效率 i
• 定义：内燃机实际循环指示功与所消耗 燃料热量的比值。
i
四、废气带走的热量QR
Q (G G )(c t c t )
R
r
k
pr 2
p1
Gr－每小时消耗燃料量 [ kg/h ] Gk－每小时消耗空气量 [ kg/h ] cpr－废气比热 [ kJ/kg·℃ ] cp－空气比热 [ kJ/kg·℃ ]
t1 ，t2 －进、排气温度 [℃]
一般柴油机: 35～40% ； 汽油机:40 ～45%。
• 所以:Fi F1 用求积仪或计算法求其面积 （mm2）。
• 其中 a ,b － 横、纵座标比例尺 （kpa/mm、m3/mm）
• 多缸内燃机的指示功为上述 Wi乘以缸数i
2、平均指示压力 pi
• 定义：单位汽缸工作容积所做的指示功。
pi

Wi Vh
（假想参数）
• pi,柴 686～981 [ kpa ] • pi,汽 784～和平均指示压力 （评定动力性的指标）
1、 指示功
• 定义：工质在气缸内完成一个工作循环 对活塞所做的有用功。
• 其大小可以由实际工作循环示功图（用 电子示波器或弹簧示功器测得）p-V图包 围的面积求得
• 应该非增压：Fi F1 F2 增压：Fi F1 F2 因
为: F2 不容易测量, 实际归到机械损失中 考虑。

Wi Qi
• 我们知道：1kwh的能量为3600kJ，而完 成1kwh的功所消耗热量为 gi hu （kJ）
则指示热效率为：
1000

3.6 106
i
gh
iu
二、有效指标
• 我们知道，作用在活塞上的指示功要经 过活塞销、连杆、曲轴传递到曲轴输出 端的飞轮上，才能传输出去作为有用功。
• 有效指标: 以曲轴上得到的净功率为基础 的指标，它评价整机性能好坏。也包括 动力性和经济性指标。
• 发动机性能指标包括指示指标、有效指标
一、指示指标:
• 以工质在汽缸内对活塞做功为基础，用 来评价工作循环的质量。即只考虑汽缸 内的热损失（燃烧不完全，热传导等）， 不考虑传到曲轴上引起的摩擦损失，驱 动附属机构损失等。
• 示功图: 前面一介绍是指发动机缸内压力p随 汽缸容积V （p-V图） 或曲轴转角 （p-图） 变化的图示（如下图）。