第三章第三章 内燃机的主要技术目的内燃机的主要技术目的 内燃机主要性能目的有：动力性目的经济性目的排污性目的3.1 动力性目的动力性目的动力性目的：内燃机对外作功才干的目的。动力性目的：内燃机对外作功才干的目的。主要有：功率，平均有效压力，转速和活塞平均速度主要有：功率，平均有效压力，转速和活塞平均速度3.1.1 有效功率有效功率1.功率：内燃机单位时间内所作的功称功率。功率：内燃机单位时间内所作的功称功率。2.指示功率：内燃机在气缸中单位时间内所作的功。指示功率：内燃机在气缸中单位时间内所作的功。3.有效功率：指示功率减去耗费于内部零件的摩擦损失、泵有效功率：指示功率减去耗费于内部零件的摩擦损失、泵气损失和驱动附件等机械损失后，从发动机曲轴输出的气损失和驱动附件等机械损失后，从发动机曲轴输出的功率称为有效功率功率称为有效功率Pe.设转速设转速n，曲轴输出的有效功为，曲轴输出的有效功为Ttq lWe=2n/60TtqNm/slPe=n/30Ttq10kWlTtq为有效扭矩。l有效功率可以利用测功器测定，水力测功器可先测出有效扭矩Ttq，再用上式计算出有效功率。各种用途内燃机的运转特点3.1.2 标标定功率定功率内燃机出厂内燃机出厂时铭时铭牌上写明厂方牌上写明厂方标标定的有效功率。定的有效功率。 15分分钟钟功率：内燃机允功率：内燃机允许许延延续续运运转转15分分钟钟的最大有效功的最大有效功率。汽率。汽车车爬坡功率和爬坡功率和军军用用车辆车辆及快艇的追及快艇的追击击功率。功率。 1小小时时功率：内燃机允功率：内燃机允许许延延续续运运转转一小一小时时的最大有效功率。的最大有效功率。船用主机，工程机械和机船用主机，工程机械和机动车动车的最大运用功率。的最大运用功率。 12小小时时功率：内燃机允功率：内燃机允许许延延续续运运转转12小小时时的最大有效功的最大有效功率。可作率。可作为为工程机械，机工程机械，机车车和迁延机正常运用功率。和迁延机正常运用功率。 继续继续功率：内燃机允功率：内燃机允许长许长期运期运转转的最大有效功率。的最大有效功率。 可作可作为长为长期延期延续续运运转转的的远远洋船舶，洋船舶，发电发电站，和站，和农农林排灌内林排灌内燃机的燃机的继续继续运用功率。运用功率。 3.1.3其它有效功率其它有效功率1.升功率升功率L：每升气缸任务容积发出的有效功率。：每升气缸任务容积发出的有效功率。2.单位活塞面积功率单位活塞面积功率PA：衡量熄灭室组件热负荷的尺度，表：衡量熄灭室组件热负荷的尺度，表征发动机的热负荷。征发动机的热负荷。3经济功率：在燃油耗费率较少的功率区运转时的有效功经济功率：在燃油耗费率较少的功率区运转时的有效功率。率。4极限功率：冒黑烟时的功率。极限功率：冒黑烟时的功率。3.1.4 平均有效平均有效压压力力作用于活塞作用于活塞顶顶上的假想的大小不上的假想的大小不变变的的压压力。它使活塞挪力。它使活塞挪动动一一个行程所作的功，等于每循个行程所作的功，等于每循环环所作的有效功。所作的有效功。Pe=iVspmen/(30) kW 式中：式中：冲程数，四冲程冲程数，四冲程=4，二冲程，二冲程=2； i气缸数；气缸数； Vs气缸任气缸任务务容容积积(L)。pme平均有效压力(MPa)；n发动机转速(r/min)；发动机冲程数； pme代表单位气缸任务容积一个任务循环所发出的有效功。pme：汽油机：0.60.9MPa； 非增压柴油机：0.50.8MPa； 增压柴油机：0.83.2MPa。3.1.5 转转速和活塞平均速度速和活塞平均速度转转速：内燃机曲速：内燃机曲轴轴每分每分钟钟的的转转速，用速，用n(r/min)表示。表示。转转速速对对内燃机性能和构造影响很大，而且其范内燃机性能和构造影响很大，而且其范围围非常广泛非常广泛 606000r/min 。 最高最高转转速速n max受受调调速控制速控制时时，柴油机所能到达的最高，柴油机所能到达的最高转转速。速。 最低最低稳稳定定转转速速n min柴油机能柴油机能稳稳定任定任务务的最低的最低转转速。速。 在最低在最低稳稳定定转转速和最高速和最高转转速之速之间间是柴油机的是柴油机的转转速任速任务务范范围围 nminnnmax 。2活塞平均速度vm活塞在气缸中运动速度是不断变化的，在行程中间较大，在止点附近速度较小，止点处为零。假设知内燃机转速n时，那么活塞平均速度可由下公式计算：vm=2Sn/60=Sn/30m/s式中：S行程m活塞平均速度是表征内燃机高速性的一项主要目的。根据活塞平均速度，可将柴油机分为高速、中速和低速三种类型，其详细数值大致如下：低速机：vm小于等于6.5m/s;中速机：6.6vm10m/s;高速机：vm大于等于10m/s。3.2 经济经济性目的性目的经济经济性目的普通指内燃机的燃油耗性目的普通指内燃机的燃油耗费费率和机油耗率和机油耗费费率。率。3.2.1燃油耗燃油耗费费率率燃油耗燃油耗费费率率简简称比油耗称比油耗费费，它是内燃机任，它是内燃机任务时务时每千瓦小每千瓦小时时所所耗耗费费燃油量的克数，燃油量的克数，单单位位 g/(kWh)。指示燃油耗指示燃油耗费费率：以指示功率率：以指示功率计计；有效燃油耗有效燃油耗费费率：以有效功率率：以有效功率计计。注：内燃机产品阐明书中所指的燃油耗费率为有效燃油耗费率。假设测出扭矩Teq和转速n，计算出每小时燃油耗费量B和有效功率Pe,那么：be=B10-3/Peg/(kWh)现代内燃机的be值g/(kWh)范围汽油机：be=265340高速柴油机：be=212251中速柴油机：be=197281低速柴油机：be=1601903.2.2 滑油耗滑油耗费费率率内燃机在内燃机在标标定工况定工况时时，每千瓦，每千瓦时时所耗所耗费费滑油量的克数，称滑油量的克数，称为为滑油耗滑油耗费费率。率。单单位位为为g/(kWh)方式有：方式有：滑油滑油经经活塞活塞环窜环窜入熄入熄灭灭室或由气室或由气阀导阀导管流入缸内管流入缸内烧烧掉，未掉，未烧烧掉的那么随掉的那么随废废气排出。气排出。有一部分燃油在曲有一部分燃油在曲轴轴箱内箱内雾雾化或蒸化或蒸发发，而由曲，而由曲轴轴箱通箱通风风口口排出。普通排出。普通为为0.54g/(kWh)3.3 分量和外形尺寸目的分量和外形尺寸目的分量目的和外形尺寸目的用于评价内燃机构造的紧凑性和金分量目的和外形尺寸目的用于评价内燃机构造的紧凑性和金属资料的利用率。属资料的利用率。3.3.1 分量目的分量目的比分量，单位功率分量，内燃机净重与标定功率的比值。比分量，单位功率分量，内燃机净重与标定功率的比值。 mw=m/Pekg/kW净分量不包括滑油，燃油，冷却水及其它未直接装在内燃机净分量不包括滑油，燃油，冷却水及其它未直接装在内燃机本体上的附属设备与辅助系统的分量。本体上的附属设备与辅助系统的分量。汽油机：汽油机：13船用高速机：船用高速机：1.43.7船用中速机：船用中速机：1019船用低速机：船用低速机：20353.4.2 外形尺寸目的外形尺寸目的3.4.3 排气污染目的排气污染目的废气污染主要有：废气污染主要有：一氧化碳一氧化碳(CO)：一氧化碳是无色无味的气体，空气中含量超：一氧化碳是无色无味的气体，空气中含量超越越0.1%就会中毒。就会中毒。碳氢化合物碳氢化合物(HC)：成分复杂，对人体有麻木、致癌作用，是：成分复杂，对人体有麻木、致癌作用，是呵斥烟雾的要素之一。呵斥烟雾的要素之一。氮氧化和物氮氧化和物(NOx：有剧烈的刺激味，对心脏和肺呵斥损坏，：有剧烈的刺激味，对心脏和肺呵斥损坏，是大气构成臭氧的主要要素。是大气构成臭氧的主要要素。二氧化硫二氧化硫(SO2)：有剧烈的刺激味，与灰尘一同危害更大。：有剧烈的刺激味，与灰尘一同危害更大。微粒微粒(PM)：微粒的主要成分是碳，大多小于：微粒的主要成分是碳，大多小于0.3微米，微粒微米，微粒碳核子吸附其他有毒物质被吸入肺叶对人体呵斥损害。碳核子吸附其他有毒物质被吸入肺叶对人体呵斥损害。lCO：过量空气系数：a1汽油机达容积的6%，a1一氧化碳0.20.3%lHC：与熄灭的缓慢甚至停顿有关，惰转和减速时生成。ppm：百万分之一lNOx：取决于火焰温度。火焰前锋中能否富氧以及高温继续时间。ppm：百万分之一欧洲轻型车排放限值(g/km)法规生效日期中国生效日期汽油车柴油车COHCNOxCOHCNOxPM欧洲11992年2000年2.720.972.720.970.14欧洲21995年2004年2.20.502.21.00.500.900.080.10欧洲32000年2021年2.30.20.150.640.560.500.05欧洲42005年1.00.10.080.500.300.250.025表列值为新车型型式认证限值，对新产品一致性质量检验限值为表列值的1.2倍。非直喷式柴油机。直喷式柴油机。 欧洲重型车用柴油机排放限值 g/kWh排放规范欧洲1欧洲2欧洲3欧洲3欧洲4欧洲5测试循环ECER49ECER49ESCETC实施年份1992年1996年2000年2000年2005年2021年中国生效年份2000年2004年2021年2021年CO4.54.02.15.451.51.5HC1.11.10.660.460.46NMHC0.78CH41.6NOx8.07.05.05.03.52.0PM0.36/0.610.15/0.250.10/0.130.16/0.210.020.02动态烟度0.8m-10.5m-10.5m-1添加快速加载烟度测试ELR。适用于额定功率不大于85kW的柴油机。适用于单缸任务容积小于0.7L、额定转速大于3000r/min 的柴油机。 对于燃气发动机或安装了先进的排气后处置安装的柴油机内燃机排放欧洲目的排放规范执行年份NOx(g/kWh)PM(g/kWh)欧199290.4/0.61欧199670.15欧200050.1欧20053.50.02欧202120.02NO的质量分数10-6)HC的质量分数10-6)CO的体积分数10-6)微量物质碳烟g/m汽油机2000-40001000100.01柴油机1000-400030000.010.5式中：Pm为机械损失功率。含各运动件摩擦损失功率、驱动附件功率、换气泵气损失功率等。0.680.92(标定工况)3提高动力性的主要途径1过量空气系数:熄灭1kg燃料实践供入缸内的空气量与实际上所需的空气量之比为过量空气系数a式中：L熄灭1kg燃油实践供入缸内的空气量；L0熄灭1kg燃油实际所需的空气量；柴油:L0=14.3kg/kg；0.495kmol/kg；汽油:L0=14.7kg/kg；0.512kmol/kg。16V280B型柴油机型柴油机(6000PS,1100rpm)