当前课程知识点：汽车发动机原理 > 第三章：工作循环与能量利用 > 3.7 机械损失的测量方法 > Video
同学们好
这节课我们学习
机械损失的测量方法
测量发动机机械损失
有四种常用的方法
示功图法 倒拖法 灭缸法
和油耗线法
示功图法就是利用测得的示功图
算出总指示功
总指示功在这里
我们定义为动力过程功
加理论泵气功
用总指示功再减去从测功机
测出的有效功
从而算出机械损失功和机械效率
注意
如果我们用净指示功
也就是指动力过程功
加实际泵气过程功
来计算机械效率
那么计算出来的机械效率
要高于用总指示功
计算得到的机械效率
这时的机械损失
只包含摩擦损失和附件损失
没有考虑泵气损失
而我们这门课定义的
基于总指示功的机械效率
还需要用这种基于净指示功
得到的机械效率
乘以换气效率得到
换气效率我们在这里定义为
净指示功与总指示功之比
基于以上分析
对自然吸气发动机
可以直接在示功图上
测算出动力过程功即总指示功
而对于涡轮增压发动机
还要测量压气机后的增压压力Pb
和涡轮前端压力Pk
得到理论泵气正功
我们最终才能得到总指示功
再减去测功机上测得的有效功
就可以求出包括泵气损失在内的
机械损失功
从而求得机械效率
进一步还可以把机械摩擦损失
附件消耗损失与泵气损失
分别测算出来
从理论上讲
示功图法是既直接又可靠的
测量机械损失和机械效率的方法
在发动机产品研发中
得到越来越广泛的应用
示功图测量存在的问题
有以下几点
一 由于上止点附近压力高
上止点角度偏差对应的功的值
恰好正负变号
因此上止点位置的少许误差
会引起示功图算这个指示功的
很大的一个误差
比如上止点位置偏差一度
就有可能使指示平均压力
产生大约5%的误差
只有利用角标传感器
反复多次校正
才能得到满意的测量结果
二 发动机各缸工作
存在不均匀性
使得同一循环各缸压力
有一定差别
只有各缸压力同时测量
才能消除各缸的不均匀性
但即使在科研工作中
也未必能满足这种苛刻的要求
第二种常用的机械损失测量方法
是倒拖法
也就是在电力测功机实验台上
先使被测发动机
按测试工况运行到正常稳定状态
水温 油温等指标
都达到正常要求后
迅速断油（对柴油机）
或者是切断点火（对汽油机）
那么立即将测功电机
转为电机运行
倒拖发动机到同一转数
这样测得的倒拖功率
就是近似得到的
机械损失功率
显然由于倒拖发动机
存在进气和排气流动
我们必然会把泵气损失功
包含在被测之中
倒拖法尽管简单实用
但存在以下需要关注的问题
一、测试时发动机处于
不燃烧的状态
一方面缸内压力低于
正常燃烧压力
活塞和缸套间的间隙
因温度降低而加大
致使机械摩擦损失减少
另一方面气缸温度低
润滑油黏度加大
又使摩擦损失增加
二、由于工质温度低密度加大
排气压力也增大
使得泵气损失增加
三、对于压缩膨胀反复进行的
倒拖循环
由于存在不可逆损耗
和工质向周边的传热
会出现如图所示的压缩
膨胀线不重合的封闭负功面积
在正常的循环动力过程功中
已经计入了这种消耗
那么这个地方显然是重复计算
当然数字上会有些差别
那么增大了被测机械摩擦损失
以上诸多因素或相互抵消
或相互叠加
误差难以估计
汽油机因为压缩比较低
机械损失测量误差一般较小
而柴油机的测量误差较大
第三种常用的机械损失测量方法
是灭缸法
灭缸法仅用于多缸发动机
设N缸发动机正常运转时
测出的有效功率为Pe
然后发动机灭一缸
这缸我们叫i缸
停止点火或者断油
并在相同转速下测定工作的
N-1缸的有效功率
我们这里记为Pe-i
此时可以近似认为
总的机械损失功率Pm并未改变
于是灭缸后所减少的输出功率
就是被灭的第i缸的指示功率
Pi1
只需测出整机的有效功率Pe
并测出轮流灭一缸的N次功率
Pe-i
就可以求出整机
机械损失功率Pm
这种方法简便可行
不需要额外测试设备
和电机的倒拖
所以得到广泛应用
灭缸法本质上仍然是倒拖法
只不过是用N-1缸的动力
来倒拖被灭的那一缸而已
所以理论上倒拖法所具有的偏差
在灭缸法中都会出现
但由于灭缸法测定时的整机状态
更接近于真实运行状态
某些误差会相对小一些
但还有下列情况
会导致新的误差
一、多缸发动机灭一缸后
进排气系统的压力波动态效应
主要指汽油机
我们在第四章还会详细探讨
压力波的动态效应
这种动态效应
会影响各缸进排气的分配均匀性
从而引起额外的测量误差
二、从误差理论来看
Pi1是数字相近的整机的
有效功率Pe
与灭一缸之后
剩下几缸的有效功率Pe-i
两个大数相减
这会导致所求的缸的指示功率
Pi1的值误差加大
第四种机械损失测量方法
是油耗线法
也就是发动机在转速不变的时候
我们测出整机燃油消耗率
随负荷的变化曲线
如图所示
这里负荷我们用有效平均压力
Pme表示
然后将此线外延到
与横坐标Pme的相交点a点
那么横坐标a0所表示的值
就是所求机械损失平均压力
图上的横坐标有效平均压力Pme
为正时 那么所对应的测点
均为输出功率点
Pme为0时所对应的b点
为怠速点
Pme为负值时
则为外界输入功率
但发动机不熄火时的反拖点
而延伸a点则是发动机
停机不耗油的全反拖点
所以a0所表示的值
就是反拖机械损失平均压力值
显然此值也必定包含
泵气损失在内
油耗线法的准确性
取决于能否找到曲线的真实规律
而进行拟合
柴油机中低负荷段的
燃料消耗率曲线
接近一条直线
而汽油机的整机燃料消耗率
与负荷 也就是平均有效压力
不成线性比例关系
所以此法只适合于柴油机
不适合于汽油机
总结上述四种机械损失
测量方法
可以得出以下结论
一、示功图法是一种精度较高
适用所有发动机
机械损失的测量方法
而其他三种方法有一定的误差
和适用场所
二、倒拖法只适合于
在具有电力测功机的
测试台架上使用
由于大转矩的电力测功机
价格昂贵
应用比较少
所以一般中大型柴油机
都无法采用倒拖法
汽油机由于转矩小
容易满足反拖实验条件
加上压缩比也小
所以多用倒拖法
汽油机较少用灭缸法
不仅因为灭缸法
存在进排气的干扰
还因为一缸灭火之后
如果不停油还存在着安全隐患
三、小型柴油机
可用灭缸法也可用倒拖法
使用中应注意测试的精度
油耗线法则多用在
自然吸气发动机的生产调试中
作为产品质量监控的手段
四、涡轮增压发动机
无法使用倒拖法和灭缸法
因为它们都破坏了增压系统的
正常工作
油耗线法也仅在低增压度
也就是增压压力小于1.58
发动机中应用
至于高增压发动机
除示功图法外
尚无更好的测量方法
关于机械损失的测量方法
及应用场所就介绍到这里
同学们 再见
-0.1 总论
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-0.2 车用发动机的种类
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-1.1 示功图及其测取
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-1.2 四冲程发动机示功图分析
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-1.3 二冲程发动机示功图分析
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-1.4 性能指标分类与循环指示功
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-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
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-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
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-3.1 热力过程与热机循环的简化
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-3.2 理论循环分类及循环热效率
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-3.3 理论循环热力参数对热效率的影响
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-3.4 工质对循环热效率的影响
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-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
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-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
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-4.3 充量系数的解析式
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-4.4 进气阻力对充量系数的影响
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-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）
