第五節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)

發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)用來表征發(fā)動(dòng)機(jī)的性能特點(diǎn)，并作為評(píng)價(jià)各類發(fā)動(dòng)機(jī)性能優(yōu)劣的依據(jù)。同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)的建立還促進(jìn)了發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)和創(chuàng)新。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造的變革和多樣性是與發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)的不斷完善和提高密切相關(guān)的。

一、動(dòng)力性指標(biāo)

動(dòng)力性指標(biāo)是表征發(fā)動(dòng)機(jī)作功能力大小的指標(biāo)，一般用發(fā)動(dòng)機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩、有效功率、轉(zhuǎn)速和平均有效壓力等作為評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性好壞的指標(biāo)。

1.有效轉(zhuǎn)矩

發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)外輸出的轉(zhuǎn)矩稱為有效轉(zhuǎn)矩，記作 T_e，單位為 N?m 。有效轉(zhuǎn)矩與曲軸角位移的乘積即為發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)外輸出的有效功。

2.有效功率

發(fā)動(dòng)機(jī)在單位時(shí)間對(duì)外輸出的有效功稱為有效功率，記作 p_e 單位為 KW。它等于有效轉(zhuǎn)矩與曲軸角速度的乘積。發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率可以用臺(tái)架試驗(yàn)方法測(cè)定，也可用測(cè)功器測(cè)定有效轉(zhuǎn)矩和曲軸角速度，然后用公式計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率 p_e：

3.發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速

發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸每分鐘的回轉(zhuǎn)數(shù)稱為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，用 n 表示，單位為 r/min 。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的高低，關(guān)系到單位時(shí)間內(nèi)作功次數(shù)的多少或發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率的大小，即發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率隨轉(zhuǎn)速的不同而改變。因此，在說明發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率的大小時(shí)，必須同時(shí)指明其相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。在發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品標(biāo)牌上規(guī)定的有效功率及其相應(yīng)的轉(zhuǎn)速分別稱作標(biāo)定功率和標(biāo)定轉(zhuǎn)速。發(fā)動(dòng)機(jī)在標(biāo)定功率和標(biāo)定轉(zhuǎn)速下的工作狀況稱作標(biāo)定工況。標(biāo)定功率不是發(fā)動(dòng)機(jī)所能發(fā)出的最大功率，它是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)用途而制定的有效功率最大使用限度。同一種型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)其用途不同時(shí)，其標(biāo)定功率值并不相同。有效轉(zhuǎn)矩也隨發(fā)動(dòng)機(jī)工況而變化。因此，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)以其所能輸出的最大轉(zhuǎn)矩及其相應(yīng)的轉(zhuǎn)速作為評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性的一個(gè)指標(biāo)。

4.平均有效壓力

單位氣缸工作容積發(fā)出的有效功稱為平均有效壓力，記作 p_me，單位為 MPa 。顯然，平均有效壓力越大，發(fā)動(dòng)機(jī)的作功能力越強(qiáng)。

二、 經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)

發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)包括有效熱效率和有效燃油消耗率等。

1.有效熱效率

燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)化為有效功的百分?jǐn)?shù)稱為有效熱效率，記作 ηe。顯然，為獲得一定數(shù)量的有效功所消耗的熱量越少，有效熱效率越高，發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性越好。

2.有效燃油消耗率

發(fā)動(dòng)機(jī)每輸出 1kW 的有效功所消耗的燃油量稱為有效燃油消耗率，記作 be，單位為 g/（kW?h）。

顯然，有效燃油消耗率越低，經(jīng)濟(jì)性越好。

三、強(qiáng)化指標(biāo)

強(qiáng)化指標(biāo)是指發(fā)動(dòng)機(jī)承受熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷能力的評(píng)價(jià)指標(biāo)，一般包括升功率和強(qiáng)化系數(shù)等。

1.升功率

發(fā)動(dòng)機(jī)在標(biāo)定工況下，單位發(fā)動(dòng)機(jī)排量輸出的有效功率稱為升功率。升功率大，表明每升氣缸工作容積發(fā)出的有效功率大，發(fā)動(dòng)機(jī)的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷都高。

2.強(qiáng)化系數(shù)

平均有效壓力與活塞平均速度的乘積稱為強(qiáng)化系數(shù)。活塞平均速度是指發(fā)動(dòng)機(jī)在標(biāo)定轉(zhuǎn)速下工作時(shí)，活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度的平均值。

八、工藝性指標(biāo)

工藝性指標(biāo)是指評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)制造工藝性和維修工藝性好壞的指標(biāo)。發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)工藝性好，則便于制造，便于維修，就可以降低生產(chǎn)成本和維修費(fèi)用。

九、內(nèi)燃機(jī)速度特性

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的工況在很廣泛的范圍內(nèi)變化。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的工況(即功率和轉(zhuǎn)速)發(fā)生變化時(shí)，其性能(包括動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性和噪聲等)也隨之改變。因此，在評(píng)價(jià)和選用發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)就必須考察它在各種工況下的性能，才能全面判斷其好壞及能否滿足汽車的要求。

發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)隨調(diào)整狀況及運(yùn)行工況而變化的關(guān)系稱為發(fā)動(dòng)機(jī)特性，利用特性曲線可以簡(jiǎn)單而又方便地評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)性能。

發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率 P_e、有效轉(zhuǎn)矩 T_e 和有效燃油消耗率 b_e 隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 n 的變化關(guān)系稱為發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性。

發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷率的定義，如果利用發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性來說明負(fù)荷率或負(fù)荷的概念就更為清楚。曲線I為外特性，曲線II、III為部分速度特性。在 n＝3500r/min時(shí)，若節(jié)氣門全開，可得到該轉(zhuǎn)速下可能發(fā)出的最大功率45KW。但如果不全開而開到II和III的位置，則同樣轉(zhuǎn)速下只能發(fā)出32KW和20KW的功率。根據(jù)上述定義，可求出 a、b、c 和 d 四個(gè)工況下的負(fù)荷值：

工況 a 負(fù)荷為零(稱為發(fā)動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)工況)；

工況 b 負(fù)荷＝20/45×100％＝44.4％；

工況 c 負(fù)荷＝32/45 ×100％＝71.1％；

工況 d 負(fù)荷＝45/45×100％＝100％(即發(fā)動(dòng)機(jī)全負(fù)荷)。