柴油发动机及其曲柄连杆机构
动力分析
?m?PeP?1?m PiPi （3-11）
?m值越高，表示Pe接近于Pi，说明机械损失功率小。 机械效率?m值的一般范围是：
汽油机
?m=0.70~0.90 ?m=0.78~0.85 ?m=0.80~0.92
四冲程非增压柴油机 四冲程增压柴油机
3.2.2 平均有效压力和升功率
(1) 平均有效压力pme
内燃机单位气缸工作容积所作的有效功，称为平均有效压力pme。与平均指示压力一样，pme与有效功率Pe之间的关系式为：
Pe?式中 Pe—— 有效功率（kW）；
pme—— 平均有效压力(kPa)；
pmeVsin?10?3（kW） (3-12) 30? Vs—— 气缸工作容积（L）。 对于四冲程内燃机
Pe?peVsin?10?3 （kW ） 120 (3-13)
对于二冲程内燃机
Pe?由式（3-12）得
pme?30?Pe?103 Vsin16
pmeVsin?10?3 (kW) 60 (3-14)
(kPa)
柴油发动机及其曲柄连杆机构
动力分析
将式（3-10）代入上式得
pme?0.1047Ttq?Vsi?30?3.14?TtqVsi(kPa) (3-15)
对于排量（ivs）一定的内燃机来说，pme正比于Ttq，所以pme业反映了内燃机单位气缸工作容积输出转矩的大小。排量一定的内燃机，pme值越大，则对外输出功越多，转矩越大。pme值是内燃机重要的动力性指标。
平均有效压力pme值一般范围是：
农用柴油机 pme=600～800（kPa）
车用柴油机 pme=650～1000（kPa） 强化高速柴油机 pme=1000～2900（kPa） 四冲程载货汽车用汽油机 pme=600～700（kPa） 四冲程小客车用汽油机 pme=650～1200（kPa） 二冲程小型风冷汽油机 pme=400～750（kPa）
(2) 升功率PL
升功率PL是指在标定工况下，发动机每升气缸工作容积所发出的有效功率。
式中
PL?PepVin1pn?mes??10?3?me?10?3(kW/L) iVs30?iVh30? （3-16）
Pe——发动机的标定功率（kW）；
i——气缸数；
Vs——每个气缸的工作容积（L）；
pme——在标定工况下的平均有效压力（MPa）；
n——标定转速（r/min）。
升功率PL的大小与平均有效压力pme和转速n的乘积成正比。
升功率是内燃机的强化指标之一。升功率大，每升气缸工作容积发出的有效功率大，
同时内燃机的热负荷和机械负荷大，表示内燃机的强化程度高[15]。
升功率PL的一般范围是：
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动力分析
农用柴油机 PL=9～15（kPa） 汽车用柴油机 PL=11～25.8（kPa） 强化高速柴油机 PL=15～40（kPa） 载货汽车用汽油机 PL=22～26（kPa） 小客车用汽油机 PL=40～70（kPa） 二冲程小型风冷汽油机 PL=18.4～73.5（kPa）
3.2.3 有效热效率和有效燃油消耗率
(1) 有效燃油消耗率be
有效热效率be是指单位有效功的耗油量。通常以每千瓦小时的耗油量表示。 bBe?P?1000 [g/(kW·h)] e式中 be—— 有效燃油消耗率[g/(kW·h)]； B—— 每小时耗油量（kg/h）；
(2) 有效热效率?et
有效热效率是内燃机有效功We与所消耗的热量Q之比值。
?WeWi?met?Q?Q 将公式（3-5）代入得
?et??it?m
与前述?it一样，可得
?3.6et?bH?106 eube可写为
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3-17） (3-18)
（ 柴油发动机及其曲柄连杆机构
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be?3.6h)] （3-20） ?106 [g/(kW·
?etHube、?et是标志整个内燃机经济性能的指标。be、?et可根据实测Pe、B计算出来，其
大致范围：
低速柴油机 ?et=0.38～0.45 be=190～225 [g/(kW·h)] 中速柴油机 ?et=0.36～0.43 be=195～240 [g/(kW·h)] 高速柴油机 ?et=0.30～0.40 be=215～285 [g/(kW·h)] 四冲程汽油机 ?et=0.2～0.3 be=274～410 [g/(kW·h)] 二冲程汽油机 ?et=0.15～0.2 be=410～545 [g/(kW·h)]
图 3-1 燃油消耗率外特性曲线
WD175柴油机的燃油消耗率随发动机转速变化的关系曲线示于图3-1，当发动机的转速为2600 r/min时，发动机的燃油消耗率基本最低，而WD175柴油机在额定工况下的转速也为2600rpm，可见WD175在额定工况点经济性非常好。
3.2.4 根据吸入空气量计算平均有效压力
为了导出吸入空气量计算平均有效压力的公式，先给出两个重要定义[16]。 (1) 充量系数?c：
充量系数是实际进入气缸的充量与进气状态下能充满气缸工作容积的充量之比值。
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?c?m1V1? mshVs （3-21）
式中 m1、 V1——分别为实际进入气缸的新鲜充量的质量、在进气状况下所占有的体积。 msh、Vs——分别为进气状态下所能充满气缸工作容积的充量质量、气缸工作容积。 进气状态是指进气管内的气体状态。在非增压内燃机上一般采用当时的大气状态；在增压柴油机上采用进气管状态。 充量系数是用来表征内燃机实际换气过程进行的完善程度的一个重要参数。
(2) 过量空气系数?a和空燃比?
内燃机工作过程中，为使燃料完全燃烧，供给的空气数量应该等于理论空气量，但实际上供给的空气量往往大于或者小于理论空气量。因此，为了评定内燃机工作过程中混合气的浓稀程度，常引用过量空气系数?a这一概念。若以l表示内燃机工作过程中每千克燃料燃烧实际供给的空气量，而每千克燃料完全燃烧需要的理论空气量为l0，则
?a?l l0 （3-22）
混和气浓稀程度还可以用空燃比表示。混合气中空气质量与燃油质量之比称为空燃比
?，即
??空气质量
燃油质量 按照化学反应方程式的当量关系，可求出1kg汽油完全燃烧所需空气质量约为14.8kg，按此比例的混合气的空燃比?=14.8，称为理论混合气。
根据内燃机工作条件的要求，过量空气系数?a值可以大于1（稀混合气，实际供给的空气量大于理论空气量），小于1（浓混合气，实际供给的空气量小于理论空气量），等于1（实际供给的空气量等于理论空气量）。
在柴油机中，因燃料难以与空气均匀混合，所以需要多供给些空气，往往?a〉1。 柴油机全负荷时，?a值一般的范围如下：
高速非增压柴油机为 ?a=1.2～1.5 增压柴油机为 ?a=1.7～2.2
根据充量系数?a的定义，每循环的实际充气量可写成：
mi??cmsh??cVs?s（kg）
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