基本介紹
升功率體現發動機品質高低主要是看動力性和經濟性,也就是說發動機要具有較好的
功率、良好的加速性和較低的
燃料消耗量。影響發動機功率和燃料消耗量的因素有很多,其中影響最大的因素有
排量、
壓縮比、
配氣機構。但這只是泛指而言。具體到發動機的比較,由於用途、設計、材料及製造工藝的差別,往往造成顯著差別。
有一些排量大的發動機功率不一定比排量小的發動機功率大,例如以排量比較,甲車是2.0升發動機最大功率是97千瓦,乙車是2.2升發動機最大功率可能只有79千瓦。同樣,有些車排量相同,同是2.0升發動機但輸出功率卻不一樣。因此,就產生了一個衡量指標,稱為升功率。
發動機以曲軸輸出功率為基礎的指標稱有效指標,這種指標表示整個發動機性能的高低。有效指標包括
有效功率、有效扭矩、升功率等等。一般以為,功率和扭矩這兩項指標就能夠反映發動機的優劣,其實不然。不是功率和
扭矩越大的發動機就越好,真正能夠反映發動機動力的指標是每升氣缸工作容積所發出的功率,即升功率。
定義
升功率(kW/L)的定義是在額定工況下,
發動機每升氣缸工作容積所發出的功率。升功率的表達式為:
式中,Pe為發動機的額定功率(kW);i為氣缸數;Vs為氣缸工作容積(L)。此外,PL=Pme·n/30t。式中,Pme為額定工況下的平均有效壓力(MPa);n為額定轉速(r/min)。
範圍
內燃機的Pme和PL值一般在下列範圍內,如表1所示:
表1 內燃機的Pme和PL值範圍
內燃機 | Pme/MPa | PL/kW·L |
農用柴油機 | 0.5-0.7 | 8-15 |
汽車用柴油機 | 0.7-2 | 20-60 |
強化高速柴油機 | 1-2.9 | 20-70 |
四衝程機車用汽油機 | 0.78-1.2 | 50-70 |
四衝程小客車用汽油機 | 0.65-1.25 | 40-90 |
二衝程小型汽油機 | 0.4-0.65 | 20-75 |
提高措施
升功率表示了單位
氣缸工作容積的利用率,升功率越大表示單位氣缸工作容積所發出的功率越大。那么,當發動機功率一定時,升功率越大發動機的重量利用率就越高,相對而言發動機就越小,材料也就越省。 升功率的高低反映出發動機設計與製造的質量。因為升功率大小主要決定於氣缸
平均有效壓力和轉速的乘積。提高升功率就要從提高氣缸壓力和轉速入手,因此提高升功率的具體措施也就有:
提高充氣量
這是
四衝程發動機增加熱量的首要條件,因為燃料燃燒需要空氣,燃料與空氣比較,後者更難以充入氣缸,所以就要改善換氣條件,減少進氣阻力增大氣門通道截面積,有些發動機就採用4氣門形式。當多氣門結構布置困難時,首先要滿足進氣門的需要,不管氣門布置形式怎么樣,都是進氣門數量等於或者大於排氣門數量。
提高轉速
提高轉速以增加單位時間內的充氣量,轎車的發動機一般都是高轉速發動機,每分鐘轉速在5千轉以上。
改善混合氣質量和燃燒過程
採用電控
燃油噴射系統,在所有工況下混合氣的質量儘可能達到最佳,空氣與燃油的混合地點從節氣門處移至噴油嘴處,燃油直接與吸入的空氣混合,從本質上改善了混合氣的均勻性。
提高發動機機械效率
提高發動機
機械效率增加有效功的輸出,減少
機械損失主要是減少零件之間的摩擦,涉及到零件加工的精度、表面加工質量、潤滑質量、溫度控制及減少附屬檔案等。
這裡指出的是,多氣門與2氣門設計的結構上最大差異,就是多
氣門的配氣結構複雜,增加氣門、導管、凸輪軸搖臂等,有些還要專門增加一支凸輪軸,即
雙頂置凸輪軸(DOHC),這些增加的裝置必然會增加機械損失。因此,一些講究實際的廠家仍然在中小型汽車發動機上採用2氣門設計。以上四點是相互關聯的,例如發動機轉速越高引起的每次循環充氣量減少問題也越突出,這就要採用增大氣門通道截面積的措施,加大進氣門頭直徑或者採用多進氣門形式。但採用多氣門形式又會涉及到發動機機械效率的問題。世界上的事物總是矛盾並存的,廠家工程師怎樣調整平衡點,儘量完善地處理各種矛盾,就體現於各種發動機的性能表現上了。
意義
升功率從發動機
有效功率的角度對
氣缸工作容積的利用率作出了總評價,從
轉速和
平均有效壓力(BMEP)兩方面反映了發動機的強化程度,是評價一台發動機整機動力性能和強化程度的重要指標之一。