柴油发动机及其曲柄连杆机构
动力分析
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在四冲程非增压柴油机中，?=0.92~0.96，这一丰满系数不包括进气排气行程的泵气损失，一般，将泵气损失计算在机械损失之内，所以非增压四冲程柴油机的pi值为
'pmi??pmi
/式中，pmi为从理论示功图求得平均指示压力。
（2-8）
在四冲程增压柴油机中，理论示功图cyz部分圆整和四冲程非增压柴油机一样。但是由于增压柴油机有较大的气阀重叠角，计算示功图时不是以全行程为准，而是以有效行程容积为准，即以有效压缩比代替几何压缩比，所以示功图的尾部还要单独加以考虑[10]。
2.4 小结
本章对WD175的热力学过程进行了理论分析，对其实际循环与理论循环作了全面的阐述，为以后动力学过程分析中缸内压力随曲轴转角(或时间)变化的计算提供依据。
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第3章 柴油机的动力性和经济性分析
3.1 柴油机的指示参数
柴油机的指示参数是表示燃料在气缸内经历的循环各过程完善程度的一组参数。它只考虑燃料在气缸内有关参数的各种损失，而不考虑燃料膨胀对活塞做功传到曲轴输出端所引起的各种摩擦损失。柴油机的指示参数主要包括柴油机的平均指示压力pmi、指示功率
pi、指示效率?it及指示油耗bi[12]。
3.1.1 平均指示压力
平均指示压力pmi为内燃机单位气缸工作容积的指示功。
pmi=
Wi Vs (kPa) （3-1）
式中 Wi —— 指示功（J）
Vs—— 气缸工作容积（L）
由上式（3-1）可以看出，平均指示压力就是柴油机在一个工作循环中每单位气缸工作
容积（即活塞排量）活塞所获得的指示功Wi/Vs。这样，平均指示压力pmi就与气缸的工作容积大小无关了，使之成为从柴油机实际工作循环的角度来衡量气缸工作容积Vs利用率高低的一个参数。pmi愈高，表示单位气缸工作容积的利用率也高。因此，平均指示压力是衡量柴油机实际循环做功能力大小的一个很重要的性能参数。在柴油机额定功率及额定转速下，平均指示压力的大小，基本上表征了柴油机的强载程度和工作循环各阶段进行的完善程度[6]。额定工况下的pmi值一般为：
四冲程增压柴油机 四冲程非增压柴油机
pmi=850~2600kPa； pmi =686~981kPa；
二冲程柴油机 pmi =350~1300kPa；
影响柴油机平均指示压力pmi的主要因素一般有如下五个方面：
(1)增压度
当柴油机的过量空气系数α不变时，提高增压度即提高进缸空气质量，并相应地提高
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每循环的喷油量，平均指示压力pmi将随着pk的提高成正比的提高。
(2)过量空气系数
当每循环喷油量不变而增压度提高时，随着pk的提高，α也随着pk的提高而增大。α增大意味着空气的燃油比逐渐变大。在α≤2以前，随着α的增大，混合气中的氧气成分增加，可促进燃烧的改善，并且pmi值也随着α的提高而有所提高。当2.6≥α＞2时，随着α的提高，混合气逐渐变的比较稀薄，pmi的增加就变得很缓慢。到α＞2.6后，如供油量仍保持不变的话，空气燃油混合气变得过于稀薄，使燃烧前期的燃烧速度dx/dφ（x表示缸内燃油已燃烧的百分数）大大下降，后燃增加，ηi下降，pmi也随之下降。
(3)换气质量
柴油机的换气质量愈好，残余废气就愈少，气缸中新鲜空气填充愈充分，燃油燃烧速度愈高，在膨胀点z的利用系数ξz愈高，pmi值也就愈大。
(4)油气混合的完善程度
柴油机燃油空气混合完善程度愈高，完全燃烧所需的α值愈小，而pmi值也就愈大；反之，油气混合不好，所需的α值就大，则pmi值小。
(5)燃烧完全程度
柴油机燃烧完善程度主要可以从完全、及时、柔和、无烟、低排污等几个方面来加以衡量，燃烧愈完善，膨胀始点的 热利用系数就愈高，pmi值也就愈大，这也就是研究燃烧过程所努力追求的目标。但是，由于种种因素的影响，柴油机的燃烧过程往往难于达到理想完善的程度，其中主要与换气质量、压缩终点的温度、最大喷油压力、燃油雾化质量等因素的影响有关。所以，组织好一个较为良好的燃烧过程并非容易，往往要在理论上和实验上下很大的工夫，即使这样，有时还难于取得预想的结果，这就是组织好一个燃烧过程的困难所在[13]。
3.1.2 指示功率
柴油机单位时间内所作的指示功称为指示功率的指示功率Pi。设一台内燃机的缸数为
i，缸径为D，行程为S，每个气缸的工作容积为Vs，转速为n，平均指示压力为pmi。则每缸、每循环工质所作的指示功为：
?D2Wi =pmiVs=pmiS (J)
4内燃机指示功率（每秒所作的指示功）为：
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Pi?WiipVin2n?mis?10?3 （kW） (3-2) 60?30?式中 ?—— 冲程数；四冲程?=4；二冲程?=2； pmi—— 平均指示压力（kPa）； Vs—— 气缸工作容积（L）； n—— 曲轴转速（r/min）。 对于四冲程内燃机
对于二冲程柴油机
Pi?pmiVsin?10?3 (kW) （3-4） 60Pi?pmiVsin?10?3 120（kW） （3-3）
3.1.3 指示热效率与指示燃油油耗
指示热效率?it是内燃机实际循环的指示功与所消耗的燃料热量之比值。 ?it?Wi （3-5） Q式中 Q—— 为得到指示功Wi所消耗的热量（kJ）； Wi—— 指示功(kJ)
若一台内燃机，当测得其指示功率为Pi(kW)时，每小时燃油消耗量为B（kg/h） 时，根据?it的定义，可得：
3.6?103Pi ?it? （3-6）
BHu式中 3.6?103—— 1kW·h的热当量[KJ/(kW·h)]； Hu—— 所用燃料的低热值（kJ/kg）
指示燃油消耗率bi（简称指示油耗率）是指单位指示功的耗油量。通常以每指示千瓦小时功的耗油量表示。当测得内燃机的指示功率Pi（kW）,每小时燃油消耗量为B（kg/h）
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时，则指示燃油消耗率为：
bi?根据bi的定义
Bh） (3-7) ?103 （g/kW·
Pi?it?3.6?106 （3-8） biHubi、?it是评定内燃机实际工作循环经济性能的重要指标。它们的大致范围是[14]：
四冲程柴油机 ?it=0.43～0.50 bi=175～210 [g/(kW·h)] 二冲程柴油机 ?it=0.43～0.50 bi=175～210 [g/(kW·h)]
3.2 柴油机的有效指标
3.2.1 有效功率和机械效率
(1) 有效功率Pe
内燃机的指示功率Pi并不能完全对外输出。在内燃机内部的传递过程中，不可避免地
有许多损失，这些损失主要有：内燃机内部运动件的摩擦损失，驱动附属机构的损失等。
这些损失所消耗的功率总合即为机械损失功率Pm。内燃机的指示功率减去机械损失功
率所得到的是功率输出轴上所能输出的净功率，称之为有效功率。
Pe?Pi?Pm (kW) （3-9）
内燃机有效功率Pe是利用测功器和转速计进行测量计算而得到的。运用下列公式即可
求出内燃机的有效功率Pe。
Pe?2?nTtq?10?3?0.1047Ttqn?10?3 （kW） （3-10） 60式中 Ttq—— 有效转矩（N·m）； n—— 转速（r/min）。
(2) 机械效率?m
有效功率与指示功率之比称为机械效率?m
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