发动机机械效率的测定

2.4　发动机机械效率的测定

产生机械损失的原因是复杂多变的，必须设计好测试方法才能如实反映实际情况，目前主要是通过发动机的台架试验来测定研究。发动机的机械损失可通过发动机试验来测定。常用的测试方法有示功图法、倒拖法、灭缸法和油耗线法。下面简要介绍这几种方法。

1.示功图法

在发动机试验台架上，运用燃烧分析仪测录气缸的示功图，从中计算出指示功率P _i值，与此同时，从测功器和转速计读数中得到该工况发动机的转矩和转速，并由此计算出有效功率P，进而可以得到P _m及η_m值。这种直接测定方法是在发动机真实的工作情况下进行的，从理论上讲也完全符合机械损失的定义，但结果的正确程度往往取决于示功图测录的正确程度，其中最大的误差来源于p－φ图或p－V图上活塞的止点位置不易正确地确定。此外，在多缸发动机中，各个气缸多少存在着一定的不均匀性，而在试验中往往只测录一个气缸的示功图来代表其他各缸，这也会引起一定的误差。因此，示功图法一般在当此止点位置能得到精确标定时才能取得较满意的结果。

2.倒拖法

这种方法在具有电力测功器的试验条件下方可进行。试验时，发动机与电力测功器相连，让发动机在给定的工况下稳定运转。当冷却水和机油温度到达正常数值时，切断对发动机的供油(柴油机)或停止点火(汽油机)，同时将电力测功器转换为电动机，以原给定转速倒拖发动机，并尽可能维持冷却水和机油温度不变，这样测得的倒拖功率即为发动机在该工况下的机械损失功率。

这种方法的缺点是必须使用平衡式电力测功器，而且倒拖时由于缸内熄火，气缸内的压力、温度均与实际工况不符，测量功率的数值往往偏大。在低压缩比发动机中误差大约为5%，在高压缩比发动机中误差有时高达15%～20%，因而此方法只在测定汽油机机械损失时得到较广泛的应用。

3.灭缸法

此法适用于多缸柴油机。在发动机台架上，首先将发动机调整到给定工况稳定运转，测出其有效功率P _e，然后在喷油泵齿条位置不变的情况下，停止向某一气缸供油，并用减少测功器制动力矩的方法迅速将转速恢复到原来的数值，并重新测定发动机的有效功率P _e(1)。由于有一个气缸不工作，故第二次测得的有效功率比第一次测得的小。如果灭缸后其他各缸的工作情况和发动机机械损失没有变化，则两者之差即为停油(或熄火)气缸的指示功率P _i(1)。同法，依次使各缸熄火，并测得相应地有效功率P _e(2)、P _e(3)等，于是可得各缸的指示功率:

将上式相加得到整台发动机的指示功率:

式中，i为气缸数，因此整机的机械损失功率为:

4.油耗线法

在发动机试验台架上保持发动机转速不变，逐渐改变柴油机供油齿条的位置，测出每小时燃油消耗量B随平均有效压力P _me变化的关系，绘制成如图2－8所示的曲线，此曲线称为负荷特性曲线。在曲线上找出接近直线的线段，并顺此线段作延长线，直至与横坐标相交，则交点到坐标原点的距离即为该机在此转速下的平均机械损失压力P _mm的数值。此方法的基础是，假设转速不变时，P _mm和指示热效率都不随负荷增减而变化。

根据式(2－9)得BH _uη_it=3.6×P _i=3.6×10³(P _e+ P _m)

当发动机空转(无负荷)时有　　B₀ H _uη_it=3.6×P _i=3.6×10³ P _m

当测得P _mm值后，其机械效率可近似地用下式估算:

式中，B为η_m工况的小时燃油消耗量。

这个方法虽然只是近似的方法，但只要在低负荷附近，燃油消耗量曲线为直线就相当可靠，即使没有电力测功机也能进行测定。由于柴油机的工作接近这个假设，故此法适用于柴油机，但不适用于用节气门调节功率的汽油机。

图2－8　用油耗线法求柴油机P _mm的值

以上所介绍的几种测定机械效率的方法中，倒拖法只能用于配有电力测功器的情况，因而不适用于大功率发动机，而较适用于测定压缩比不高的汽油机的机械损失。对于排气涡轮增压柴油机(P_b＜0.15MPa)，由于倒拖法和灭缸法破坏了增压系统的正常工作，因而只能用示功图法、油耗线法来测定机械损失。对于排气涡轮中增压、高增压柴油机(P_b≥0.15MPa)，除示功图法外，尚无其他适用的方法。