第五节提高内燃机动力性能与经济性能的途径

由吸入空气量计算平均有效压力（P21） 提高内燃机动力经济性指标的途径第五节提高内燃机动力性能与经济性能的途径 Boosting Engine Performance 主要学习内容

一、由吸入空气量计算平均有效压力 目的：导出平均有效压力与一些热力学参数之间的关系，从而明确提高平均有效压力的技术措施示功图→Wi → pmi （Pi) 已有产品试验→Ttq，n →pme (Pe) 新产品 pme=? =f（?，？，？，….，？）， ↑pme措施 paper engine 充量系数φc 过量空气系数φa

新鲜空气量而非混合气量 1. 充量系数/Volumetric Efficiency: φc • 定义： • 每循环吸入气缸的空气量换算成进气管状态（ps，Ts）的体积V1与活塞排量Vs的比值 • φc=每循环实际进气质量/理论进气质量 • 理论： • 实际：残余废气膨胀、进气管有阻力、缸壁对缸内加热 • 物理意义：表征实际换气过程进行完善程度 • φc的确定方法： • 实测m1（热线、孔板、层流、涡列流量计）(质量流量法） • 进气管状态（ps，Ts）

2. 过量空气系数/Excessive air coefficient，φa 定义：燃烧1kg燃料的实际空气量与理论空气量之比物理意义：反映混合气形成和燃烧完善程度及整机性能柴油机： φa>1，希望↓φa，非增压，受混合气形成和燃烧完善程度限制增压，受热负荷限制汽油机：EFI+TWC，φa=1附近 φa>1→经济性 φa<1→动力性（0.8-0.9，燃烧速率快、功率大）

其他表示燃烧时空气量和燃料量之比的参数 Air Fuel Ratio φa的确定：可由废气分析法或用仪器直接测得也可由测得的耗油量及耗气量求得 Aa为每小时进入气缸空气质量流量；B为每小时耗油量 2. 过量空气系数（续）

吸入空气量： 循环供油量：循环放热量：指示功：平均指示压力：平均有效压力： 3. 平均有效压力计算公式的推导建立了动力性能和经济性能指标等一系列参数之间的关系，是分析发动机性能的一个重要依据

4、由平均有效压力计算有效功率，Pe 5、由平均有效压力计算升功率，PL 6、发动机的经济性(燃油消耗率)

二、提高内燃机动力经济性指标的途径 • 增加排量：i, Vs • 采用增压技术：ρs • 合理组织燃烧过程： ηit、фa • 改善换气过程： фc • 提高发动机的转速：n • 提高内燃机的机械效率：ηm • 采用二冲程提高升功率： τ

原理：↑ρs，当φa不变→pme, PL按比例增长→↑ηm →↓be 柴油机上广泛采用排气涡轮增压器，可采用高增压，柴油机的pme已超过3 MPa，me可降低到2kg／kW以下汽油机受爆燃限制，增压压力不宜过高，功率的提高也仅在30％～40％之间。内燃机的增压技术还可以用来恢复在高原使用的内燃机的功率 1. 采用增压技术 2. 合理组织燃烧过程，提高循环指示效率ηit， φa • 原理：↑ηit→↓be, ↑pme，↑PL；↓φa→ ↑pme, PL • 方法：内燃机工作循环热功转换过程入手→掌握各种热力损失的大小、分布及其降低措施，改进内燃机燃烧过程。 • 柴油机：高增压、高转速；需对燃油喷射、混合气形成以及燃烧系统方面进行改进，提高燃烧效率。 • 汽油机：高压缩比、高转速；应用电控汽油喷射、应用稀燃、速燃、层燃等技术及发展缸内直接喷射等，改善燃烧。

原理：1）↑φc，当φa不变→ ↑Pe 2）↓泵气损失→↑Pi、ηit→ ↑Pe， ↓be 方法：改善配气机构、凸轮廓线及管道流体动力性能等。 3. 改善换气过程，提高气缸的充量系数φc 4. 提高发动机的转速 • 原理：↑n→↑单位时间做功次数→↑Pe，↓me。

原理：↑ηm→↑PL，↓be 方法：从工艺、材料、设计上， ↓摩擦损失 ↓附属机构消耗功率 5. 提高内燃机的机械效率ηm 6. 采用二冲程提高升功率 • 原理：↑单位时间做功次数→ ↑Pe（1.5~1.6倍) • 在大型低速船用柴油机和小型风冷汽油机（2kw以下）中二冲程占绝对优势.

1、示功图概念，p-v图、p-φ图；增压与非增压发动机示功图对比分析1、示功图概念，p-v图、p-φ图；增压与非增压发动机示功图对比分析 2、指示指标和有效指标；动力性指标、经济性指标 3、充量系数和过量空气系数； 4、（平均••压力）的概念，公式换算（注意：单位）； 5、机械损失、机械效率及其测试方法。 6、PL和be综合表达式的推导及提高发动机动力经济性能途径第二章要点

第五节 提高内燃机动力性能与经济性能的途径