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车辆发动机原理 第２章 内燃机的示功图和性能指标 ２１　概述 内燃机工作时，气缸内的工质进行着极其复杂的热力学、化学、气体动力学及传热学等 方面的过程，通过周而复始的工作循环将燃料蕴含的化学能转变为机械功。实际循环中，气 缸内的工质每循环更换一次，均是由进气、压缩、燃烧、膨胀及排气五个过程组成。在各个 过程中，气缸内工质的压力温度随时间变化。 气缸内压力随工作容积或曲轴转角变化的坐标图称为示功图 （ＩｎｄｉｃａｔｏｒＤｉａｇｒａｍ）。示 功图有两种基本形式：以气缸工作容积为独立变量的称为ｐ－Ｖ示功图 （ｐ－ＶＩｎｄｉｃａｔｏｒＤｉ ａｇｒａｍ），以曲轴转角 为独立变量的称为ｐ－ 示功图 （ｐ－ ＩｎｄｉｃａｔｏｒＤｉａｇｒａｍ）。示功图 φ φ φ 是借助专门的仪器从气缸内部测得的，是了解气缸内部工作过程、探索各种因素对工作 过程影响的重要资料。学习内燃机原理经常从分析示功图入手，以性能指标为对象，结 合工作循环各个阶段分析各种因素的影响，以便从中找出规律，为改善性能指明方向和 提出措施。 一台内燃机的工作状况和工作性能的优劣，需要用一定的指标来表示和评价，因此学习 本课程时首先应掌握各性能指标的概念及其相互关联性。“内燃机原理”课程主要研究内燃 机做功能力的动力性指标、经济性指标以及对大气污染的排放指标。 ２２　示功图 高速内燃机测试获得的示功图一般用ｐ－ 示功图 （图２－１）。从图２－１可以看出，上 φ 止点前进行的是工质的压缩过程，是消耗功的；上止点后，随着燃料的燃烧，压力迅速升 高，开始膨胀做功。因此，在测量示功图时上止点的位置是非常重要的，上止点位置偏差过 大，产生的效应是此消彼长的双重作用。示功图一般由电测而得，在气缸盖上打一个小孔， 装压电传感器，把缸内压力信号以压电形式输出到示波器或其他数据采集系统。另外，还需 要一个高精度的角度编码器来获得曲轴转角信号，经过处理可得到ｐ－ 示功图，进而可以 φ 转换成ｐ－Ｖ示功图。从示功图上可以捕捉到最高燃烧压力及其所对应的曲轴转角，也可以 获得工作过程的压力升高率，这些参数对分析发动机的机械负荷、振动噪声具有重要作用。 也可以根据示功图进一步计算分析发动机的放热规律，进而分析和评价缸内燃烧过程。因 此，有人把示功图形象地比作发动机的 “心电图”。 ０　　　１４ 第２章　内燃机的示功图和性能指标 理论上讲，进气过程由上止点开始至下止点为止，实际上在上止点前进气门就开启了 （图２－１点１），在下止点后才关闭 （点２）。实际的压缩过程是在下止点后，进气门关闭时 开始的。当压缩过程接近终点时，在上止点前 角处向气缸内喷射燃油 （点３），经过一段 θ 时间，当着火前的物理、化学准备过程完成之后，在点４开始燃烧，气缸内压力急速上升。 燃烧过程是在膨胀线上结束的，具体时间视发动机的负荷和转速而定。上止点以后开始的是 膨胀过程，也称做功冲程。排气过程在下止点前开始 （点５），直至上止点 （点６）后才 结束。 利用曲柄连杆机构的活塞位移和曲轴转角的关系，可以很容易地将ｐ－ 示功图转换成 φ ｐ－Ｖ示功图。反之，ｐ－Ｖ示功图也可以转换成ｐ－ 示功图。图２－２所示为以气缸工作容 φ 积和缸内压力为坐标的四冲程汽油机的ｐ－Ｖ示功图。 　　　　 图２－１　四冲程柴油机的ｐ－ 示功图 图２－２　四冲程汽油机的ｐ－Ｖ示功图 φ 四冲程废气涡轮增压发动机的ｐ－Ｖ示功图 （图２－３