当前课程知识点：汽车发动机原理 > 第一章: 性能指标与影响因素 > 1.5 动力、经济性能指标与测定换算 > Video
同学们好
这节课我们介绍发动机
动力经济性能指标的定义
以及测算和换算
首先介绍动力性能指标
上一节我们对循环指示功
进行了详细解析
循环指示功是一个绝对性能指标
不同的发动机由于排量不同
循环功的差异会很大
对于不同的发动机循环功
直接进行比较没有意义
为此人们提出了
具有可比性的动力性能指标
也就是 指示平均压力
和有效平均压力的概念
指示平均压力的英文是
indicated mean
effective pressure
简称IMEP
定义为单位气缸工作容积
所做的循环指示功
换句话说循环指示功
可以认为是一个
假想不变的压力作用在活塞上
使活塞移动一个冲程所做功
指示平均压力反映发动机
做功能力的大小和强化度
使不同发动机的动力性
具有可比性
注意这里的平均压力
实际上就是物理学所说的压强
单位是牛每平米
用循环有效功代替指示平均压力
定义式中的循环指示功
我们就可以得到
有效平均压力的定义式
有效平均压力的英文是
brake mean effective pressure
简称BMEP
有效平均压力等于
指示平均压力
减去机械损失平均压力
这张表展示了不同发动机的
有效平均压力范围
一般来说自然吸气
四冲程发动机的
有效平均压力较小
而涡轮增压发动机的
有效平均压力较大
从活塞往复运动做功的
物理本质来看
确定功率大小的因素
除了力之外
还有活塞运动的平均速度
它是评定发动机
动力性能的速度指标
由于发动机
通过曲轴旋转输出动力
所以曲轴转速
也可以当做一种速度指标
曲轴转速与活塞平均速度之间
可以相互转换
中间主要是差一个冲程
在发动机标定工况条件下
不同机型允许的
最高活塞平均速度
受到发动机运动件表面磨损
热负荷 惯性质量
机械效率等因素制约
大多处于6到25米每秒
当允许的活塞平均速度限定时
发动机冲程越短
允许的发动机转速就越高
这里请同学们思考一下
转速能否作为比较不同机型
动力性能的速度指标
下面引入两类
具有可比性的经济性能指标
即能量转化效率和燃料消耗率
能量转化效率涉及到
指示效率 有效效率
和机械效率三个概念
燃料消耗率有指示燃料消耗率
与有效燃料消耗率两种
燃料在缸内燃烧
燃料的化学能转化为热能
热能又经过热功转换
变为作用在活塞上的
机械能及指示功
这一由化学能转化为指示功的
能量转化效率称为指示效率
燃料的化学能等于
发动机每循环燃料消耗质量
乘以燃料热值
燃料热值是一公斤燃料
在标准热状态下与空气完全燃烧
所放出来的热量
将指示功指标转化为有效功指标
就可以得到另一个经济性指标
有效效率
指示功在支付机械损失后
由曲轴有效输出的
能量转化效率称为机械效率
即机械效率
等于有效功除以指示功
于是我们可以得到
指示效率 有效效率
及机械效率三者之间的关系
有效效率等于
指示效率乘以机械效率
下面我们介绍
另一个非常重要的
发动机经济性能指标
即燃料消耗率
燃料消耗率定义为单位功率
在单位时间内所消耗的燃料量
也称为比燃料消耗
它是不同发动机
经济性的可比指标
由于功率
有指示功率与有效功率之分
因此燃料消耗率
也有指示燃料消耗率
与有效燃料消耗率之分
指示燃料消耗率英文是
Indicated specific fuel consumption
简称ISFC
其定义是为BI=B÷PI
式中BI为指示燃油消耗率
单位为克千瓦时
B为整机单位时间内
消耗的燃料量
单位为公斤每小时
PI为指示功率 单位为千瓦
将式中指示功率PI
变为有效功率PE
即可以得到有效燃料消耗率
有效燃料消耗率的英文为
Brake Specific Fuel Consumption
简称BSFC
根据燃料消耗率的定义
还可以推导出指示燃料消耗率
等于指示效率
与燃料热值的乘积的倒数
式中把指示效率
换为有效效率
就可以得到
有效燃料消耗率的表达式
这说明一旦发动机燃料确定了
发动机燃料消耗率
与能量转化效率
本质上是一回事
两者呈倒数关系
即能量转化效率越高
燃料消耗率越低
举个例子已知汽油发动机的
有效效率是35%
汽油燃料低热值为
四万两千八百K焦每公斤
计算其有效燃料消耗率
我们可以依据
有效燃料消耗率的计算公式
很容易计算得到
此时汽油发动机的
有效燃料消耗率是
240克千瓦每小时
最后我们来探讨
发动机性能指标的测定和换算
前述动力经济性能指标
多是从定义式出发
进行讲解
但是在发动机台架试验上
直接测量得到的
发动机参数一般有三个
发动机转速 转矩
和整机燃料消耗率
要获得其它性能指标
需要从这三个量出发
进行一系列换算
由于发动机台架试验
得到的转矩为有效转矩
因此换算得到的各指标
均为有效指标
首先由转速 转矩
和功率的关系式
可以得到有效功率的表达式
这就是有效功率表达式
而由功率与循环功的关系式
我们可以得到
有效循环功的表达式
这就是有效循环功的表达式
有了有效功率和有效功
我们就可以直接计算
有效平均压力
和有效燃料消耗率
这里列出的四个公式
分别是有效功率
有效平均压力 有效转矩
和有效燃料消耗率的计算公式
在上面的指标换算中
并不涉及指示指标
和有效指标的区别
因此这些换算关系式
也适用于相应的指示指标
表一列举了常用的
动力经济性能指标和有效指标
以及相应的机械损失指标
除功 功率和转矩外
其它都是可比指标
其中有效平均压力 升功率
和有效燃料消耗率
是工程上最常见的
也是极为重要的
三个可比性能指标
表二给出了乘用汽油车
和乘用柴油车
重型柴油车以及船用柴油机
和发电机组等用途
发动机的性能 参数 范围
这些性能参数
包括有效功率 转矩
有效平均压力
升功率以及有效效率
从动力性能指标看
轿车汽油机的有效平均压力
可以达到28bar
升功率可以达到150千瓦每升
动力性最优
而船用低速
二冲程柴油机的有效效率
可以达到54% 经济性最好
关于发动机动力性经济性能指标的
定义与测算换算
就讲解到这里
同学们 再见
-0.1 总论
--Video
-0.2 车用发动机的种类
--Video
-1.1 示功图及其测取
--Video
-1.2 四冲程发动机示功图分析
--Video
-1.3 二冲程发动机示功图分析
--Video
-1.4 性能指标分类与循环指示功
--Video
-1.5 动力、经济性能指标与测定换算
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-1.6 影响动力、经济性能指标的环节和因素
--Video
-第一章习题(计入课程成绩)--作业
-2.0 导论
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-2.1 燃料的分类
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-2.2 汽油、柴油的炼制
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-2.3 汽油的理化特性
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-2.4 柴油的理化特性
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-2.5 燃料构成与理化特性
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-2.6 汽油、柴油质量标准
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-2.7 燃料与发动机工作模式
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-2.8 工质主要热力参数
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-2.9 燃烧热化学
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-第二章习题(计入课程成绩)--作业
-3.0 导论
--Video
-3.1 热力过程与热机循环的简化
--Video
-3.2 理论循环分类及循环热效率
--Video
-3.3 理论循环热力参数对热效率的影响
--Video
-3.4 工质对循环热效率的影响
--Video
-3.5 真实循环对热效率的影响
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-3.6 机械损失的构成
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-3.7 机械损失的测量方法
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-3.8 机械效率的影响因素
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-3.9 发动机的能量分配与转化效率
--Video
-3.10 发动机的节能途径与技术
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-第三章：工作循环与能量利用--第三章习题(计入课程成绩)
-4.0 导论
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-4.1 四冲程发动机换气系统及换气过程
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-4.2 配气相位对发动机性能的影响
--Video
-4.3 充量系数的解析式
--Video
-4.4 进气阻力对充量系数的影响
--Video
-4.5 其他因素对充量系数的影响
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-4.6 充量系数的速度特性
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-4.7 压力波及其传播特性
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-4.8 单缸机的进排气动态效应
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-4.9 多缸机的进排气动态效应与进气不均匀性
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-4.10 四冲程发动机增压系统及性能
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-4.11 二冲程发动机的换气过程与换气质量
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-第四章习题(计入课程成绩)--作业
-5.0 导论
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-5.1 发动机运行工况
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-5.2 发动机特性曲线分类
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-5.3 发动机速度特性
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-5.4 发动机负荷特性
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-5.5 发动机全特性
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-5.6 发动机外特性与整车动力性
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-5.7 发动机全特性与整车经济性
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-5.8 混合动力专用发动机及其运行特性
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-第五章习题(计入课程成绩)--作业
-期中考试（只有一次答题机会！）--期中测试题（占30%总分）
-6.0 导论
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-6.1 燃烧现象及其分类
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-6.2 可燃混合气的着火与着火理论
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-6.3 湍流及其在燃烧中的作用
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-6.4 均质混合气中的火焰传播
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-6.5 液体燃料的雾化
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-6.6 油滴的蒸发与燃烧
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-6.7 示功图与燃烧放热率
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-第六章习题(计入课程成绩)--作业
-7.1 柴油机燃烧过程分析
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-7.2 柴油机燃烧放热规律
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-7.3 柴油机燃油喷射系统
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-7.4 柴油机喷油过程
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-7.5 柴油机缸内气流运动
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-7.6 柴油机燃烧室的分类及其特性
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-7.7 柴油机混合气形成方式
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-7.8 柴油机粗暴燃烧与燃烧噪声
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-第七章习题(计入课程成绩)--作业
-8.1 汽油机燃烧过程分析
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-8.2 汽油机的不正常燃烧：爆燃和表面点火
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-8.3 汽油机的不规则燃烧：循环波动和各缸不均匀性
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-8.4 汽油机燃油喷射系统及其演变
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-8.5 非直喷汽油机燃烧室及其特性
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-8.6 汽油机进气道喷射与混合气形成
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-8.7 汽油机缸内直喷与混合气形成
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-第八章习题(计入课程成绩)--作业
-9.1 有害排放物种类及其危害
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-9.2.1 NO的生成机理
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-9.2.2 CO和HC的生成机理
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-9.2.3 PM和Soot的生成机理
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-9.3 有害排放物生成的影响因素
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-9.4 汽油机机内净化技术
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-9.5 柴油机机内净化技术
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-9.6 汽油机后处理技术
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-9.7 柴油机后处理技术
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-第九章习题(计入课程成绩)--作业
-10.1 燃烧模式及其分类
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-10.2 汽油机均质混合气压燃（HCCI）模式
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-10.3 柴油机均质混合气压燃（HCCI）模式
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-10.4 内燃机部分预混压燃（PCCI）模式
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-10.5 均质混合气引燃（HCII）模式
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-10.6 天然气发动机
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-10.7 氢燃料发动机
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-10.8 二甲醚发动机
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-10.9 甲醇发动机
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-10.10 乙醇发动机
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-10.11 生物柴油发动机
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-第十章习题(计入课程成绩)--作业
-期末考试--期末测试题（占30%总分）
