[理学]汽车发动机原理与汽车理论 第八章.ppt

05AA8,第八章,05AA8,第八章,05AA8,第八章,第一节 发动机工况、性能指标与工作过程参数的关系 第二节 发动机的负荷特性 第三节 发动机的速度特性 第四节 柴油机的调速特性 第五节 发动机的万有特性 第六节 发动机有效功率和燃油消耗率的大气修正 第七节 发动机与动力装置的匹配,05AA8,第一节 发动机工况、性能指标与工作过程参数的关系,一、工况 二、发动机特性 三、发动机性能指标与工作过程参数的关系 四、发动机功率标定,05AA8,一、工况,(1)恒速工况 n=常数，如发电机组中的发动机，其转速基本保持不变，功率P随负荷而变化，称为线工况。 (2)螺旋桨工况 作为船舶主机的柴油机按推进特性工作，柴油机功率与转速的立方成正比，为比例常数，见图8-1中的曲线2。 (3)面工况 汽车在运输作业时，发动机的功率和转速都在很大的范围内变化。 (4)点工况 内燃机的转速及功率均近似不变，如内燃机作为排灌动力。,05AA8,一、工况,图8-1 发动机各种工况,05AA8,(1)恒速工况,n=常数，如发电机组中的发动机，其转速基本保持不变，功率P随负荷而变化，称为线工况。,05AA8,(2)螺旋桨工况,作为船舶主机的柴油机按推进特性工作，柴油机功率与转速的立方成正比，为比例常数，见图8-1中的曲线2。,05AA8,(3)面工况,汽车在运输作业时，发动机的功率和转速都在很大的范围内变化。,05AA8,(4)点工况,内燃机的转速及功率均近似不变，如内燃机作为排灌动力。,05AA8,二、发动机特性,发动机性能指标随着调整情况及运转工况变化而变化的关系称为发动机特性，特性用曲线表示称为特性曲线。其中随着调整情况而变化的关系又称为调整特性。调整特性包括柴油机供油提前角调整特性、汽油机点火提前角调整特性和汽油机化油器调整特性等。性能指标随着发动机工况而变化的关系称为性能特性。,05AA8,三、发动机性能指标与工作过程参数的关系,发动机的有效指标、与工作过程参数的关系如下列 平均有效压力 有效功率 有效转矩 燃油消耗率 小时耗油量,05AA8,四、发动机功率标定,(1)15功率 适用于汽车、军用车辆、摩托车的发动机功率的标定。 (2)1h功率 适用于拖拉机、工程机械、船舶用发动机功率标定。 (3)12h功率 适用于拖拉机、农业排灌、电站等发动机功率标定。 (4)持续功率 适用于农业灌溉、电站、船舶、铁路牵引等发动机功率标定。,05AA8,(1)15功率,适用于汽车、军用车辆、摩托车的发动机功率的标定。,05AA8,(2)1h功率,适用于拖拉机、工程机械、船舶用发动机功率标定。,05AA8,(3)12h功率,适用于拖拉机、农业排灌、电站等发动机功率标定。,05AA8,(4)持续功率,适用于农业灌溉、电站、船舶、铁路牵引等发动机功率标定。,05AA8,第二节 发动机的负荷特性,一、汽油机的负荷特性 二、柴油机负荷特性 三、负荷特性的实用性,05AA8,第二节 发动机的负荷特性,图8-2 25Y-6100Q型车用汽油机的负荷特性,05AA8,一、汽油机的负荷特性,1.定义 2.测取方法 3.曲线形状分析,05AA8,1.定义,当汽油机的转速保持不变，而逐渐改变节气门开度，同时调节测功器负荷，如改变水力测功器水量，以保持转速不变，小时耗油量B和耗油率随功率 (或转矩、平均有效压力)变化而变化的关系称为汽油机负荷特性。,05AA8,2.测取方法,测取前，应将汽油机的点火提前角、过量空气系数按理想值调整。冷却水温度、润滑油温度保持在最佳值。调节测功器负荷，并改变节气门开度，使汽油机的转速稳定在某一常数。测量各稳定工况下的燃油消耗率、耗油量B以及烟度、噪声、排气温度等参数值。图8-2为汽油机负荷特性。,05AA8,3.曲线形状分析,(1)燃油消耗率曲线形状 (2)耗油量B曲线形状 根据耗油量的计算公式B知，B值决定于节气门开度和混合气成分。,05AA8,(1)燃油消耗率曲线形状,图8-3 汽油机、随负荷的变化,05AA8,(2)耗油量B曲线形状,根据耗油量的计算公式B知，B值决定于节气门开度和混合气成分。,05AA8,二、柴油机负荷特性,1.定义 2.测取方法 3.曲线形状分析,05AA8,1.定义,图8- 6135Q型柴油机负荷特性(),05AA8,2.测取方法,与汽油机的测取方法基本相同，只是柴油机用改变循环供油量的方法来调节负荷。,05AA8,3.曲线形状分析,(1)燃油消耗率曲线形状 由可知曲线变化取决于、的变化，如图8-5所示。 (2)小时耗油量B曲线形状 随着负荷的增加，循环供油量加大，耗油量增加，当接近碳烟极限时，燃烧更加恶化，小时耗油量B迅速增加。,05AA8,(1)燃油消耗率曲线形状,图8- 柴油机中、随 负荷的变化趋势,05AA8,(2)小时耗油量B曲线形状,随着负荷的增加，循环供油量加大，耗油量增加，当接近碳烟极限时，燃烧更加恶化，小时耗油量B迅速增加。,05AA8,三、负荷特性的实用性,1)确定发动机的标定工况。 2)由于负荷特性易于测定，因此常用于发动机调试，改变设计时用来检验改进效果。 3)作为内燃机发电机组工作特性。 4)根据不同转速的负荷特性可制取万有特性。,05AA8,第三节 发动机的速度特性,一、汽油机的速度特性 二、柴油机的速度特性 三、转矩特性 四、速度特性的实用性,05AA8,一、汽油机的速度特性,1.定义 2.测取方法 3.速度特性的分类 4.外特性曲线 5.部分速度特性,05AA8,1.定义,当汽油机的节气门开度一定，其有效功率、有效转矩T、耗油率等性能指标随转速变化而变化的关系称为速度特性。,05AA8,2.测取方法,节气门开度保持不变，改变测功器的负荷，在不同转速下测出各稳定工况的有效功率、有效转矩T、耗油率、小时耗油量B的数值，并绘出、等指标随转速的变化曲线。试验前应将汽油机的点火提前角、过量空气系数按理想值调整，保持冷却水温度和机油温度在最佳状态。,05AA8,3.速度特性的分类,图8-6 内燃机的速度特性 a)柴油机 b)汽油机,05AA8,4.外特性曲线,(1)有效转矩T曲线 由公式T知，有效转矩T随转速的变化取决于随转速的变化。 (2)有效功率P曲线 由功率公式可知，当转速提高时，开始转矩也增加，所以迅速上升，直到转矩T到最大值以后，上升变得较平缓，当T达最大值时，P达到最大值，此后转速再增加，已抵不过T的下降，故开始下降。 (3)耗油率曲线 综合、的变化，在中间某一转速时最低。,05AA8,(1)有效转矩T曲线,图8-7 BJ-492Q汽油机外特性,05AA8,(1)有效转矩T曲线,图8-8 汽油机、和 随转速的变化趋势,05AA8,(2)有效功率P曲线,由功率公式可知，当转速提高时，开始转矩也增加，所以迅速上升，直到转矩T到最大值以后，上升变得较平缓，当T达最大值时，P达到最大值，此后转速再增加，已抵不过T的下降，故开始下降。,05AA8,(3)耗油率曲线,综合、的变化，在中间某一转速时最低。,05AA8,5.部分速度特性,汽车大部分时间是在部分负荷下工作，因为节气门开度减小，节流损失增大，进气终了压力下降，引起降低，且随着转速的提高，迅速下降，故节气门开度越小，T随着转速降低得越快，而且最大转矩和最大功率及其所对应的转速，向低速方向移动，如图8-6所示。,05AA8,二、柴油机的速度特性,1.定义 2.测试方法 3.柴油机速度特性分类 4.标定功率速度特性曲线 5.部分速度特性,05AA8,1.定义,喷油泵的油量调节机构(油门拉杆)位置固定，柴油机的性能指标、等随转速变化而变化的关系，称为速度特性。如图8-6所示。,05AA8,2.测试方法,类似于汽油机的试验方法，试验前供油提前角、冷却水温度、润滑油温度等均调整为最佳状态。,05AA8,3.柴油机速度特性分类,(1)标定功率速度特性(又称外特性) 油量调节机构(油门拉杆)固定于标定功率循环供油量位置时，测得的速度特性。 (2)部分速度特性 油量调节机构固定在小于标定工况循环供油量位置时，测得的速度特性，称为部分速度特性，如图8-6所示。,05AA8,3.柴油机速度特性分类,图8-9 WD615.T1-3A柴油机全 负荷速度特性曲线,05AA8,(1)标定功率速度特性(又称外特性),油量调节机构(油门拉杆)固定于标定功率循环供油量位置时，测得的速度特性。,05AA8,(2)部分速度特性,图8-6 内燃机的速度特性 a)柴油机 b)汽油机,05AA8,4.标定功率速度特性曲线,(1)转矩T曲线 在柴油机中，每循环的充气量大小，只不过提供产生多大转矩的可能性，在各转速下能发出多大转矩主要决定于循环供油量的多少，因此随转速变化的情况，决定了转矩的变化趋势。 (2)燃油消耗率曲线 按公式所示，因为随转速升高曲线中间高两端低，而曲线逐渐降低，综合、随着转速的变化，曲线是在中间某一转速是最低，但整条曲线变化不很大。 (3)功率曲线 按公式所示，因为变化平坦，故曲线形状取决于转速的变化，即几乎与转速成正比增加。,05AA8,(1)转矩T曲线,图8-10 柴油机、随转速 的变化趋势,05AA8,(2)燃油消耗率曲线,按公式所示，因为随转速升高曲线中间高两端低，而曲线逐渐降低，综合、随着转速的变化，曲线是在中间某一转速是最低，但整条曲线变化不很大。,05AA8,(3)功率曲线,按公式所示，因为变化平坦，故曲线形状取决于转速的变化，即几乎与转速成正比增加。,05AA8,5.部分速度特性,随油门位置减小，循环供油量减少，但是随着转速的变化趋势与标定功率油门位置时是相似的，也是随着转速的提高而上升，故在部分速度特性时的曲线与外特性的曲线相平行，也就是随变化不大。,05AA8,三、转矩特性,1.转矩储备系数 .转速储备系数 .柴油机转矩校正,05AA8,1.转矩储备系数,要充分表明发动机的动力性能，除给出、外，还需要同时考虑转矩特性，因而引出转矩储备系数和适应性系数的概念。,05AA8,.转速储备系数,其大小影响发动机克服阻力的潜力。越大，越低，在不换档情况下发动机克服阻力的潜力愈强。,05AA8,.柴油机转矩校正,图- 油泵校正装置对供油量的影响 冒烟极限 未校正的标定功率供油量曲线 用弹簧校正器的供油量曲线 带阀式校正器的供油量曲线,05AA8,四、速度特性的实用性,)标定功率速度特性曲线是确定发动机允许工作的最高负荷限制线。 )用于分析发动机动力装置的匹配情况。,05AA8,第四节 柴油机的调速特性,一、调速特性 二、调速器的工作指标,05AA8,一、调速特性,图- K柴油机调速特性,05AA8,一、调速特性,图- 柴油机调速特性 1、2、3、4调速特性,05AA8,一、调速特性,图- 两极调速器的调速特性 1、2、3、4调速器开始起作用点,05AA8,二、调速器的工作指标,(一)调速率 (二)不灵敏度,05AA8,(一)调速率,.瞬时调速率 2.稳定调速率,05AA8,(一)调速率,图- 突卸负荷调速过程的转速变化,05AA8,.瞬时调速率,瞬时调速率是评定调速器过渡过程的指标。表示过渡过程中转速波动的瞬时增长百分比,05AA8,2.稳定调速率,表明柴油机实际运转时的转速波动相对于全负荷转速的变化范围。大，表明柴油机工作不稳定，转速波动大。,05AA8,(二)不灵敏度,调速器工作时，调速系统中由于有摩擦存在，所以不论柴油机负荷增加或减少，调速器均不会立即反应，以改变循环供油量，这就需要一定的力克服摩擦，才能移动调整油量的机构，因为调速系统中的摩擦力阻止着推力盘的运动。例如，柴油机转速为2880时，调速器可能对转速在至2770范围内的变动都不起作用，我们把这样两个起作用的极限转速之差对柴油机平均转速的比值称为调速器的不灵敏度。,05AA8,第五节 发动机的万有特性,一、万有特性 二、汽油机、柴油机的万有特性的特点 三、万有特性的实用意义,05AA8,一、万有特性,负荷特性、速度特性只能表示某一转速或某一齿条位置(或节气门开度)时，发动机参数间的变化规律，而对于工况变化大的发动机要分析各种工况下的性能，就需要在一张图上全面表示出发动机性能的特性曲线。发动机的多参数特性称为万有特性。广泛应用的万有特性是用转速为横坐标，用平均有效压力为纵坐标，在图上画出许多等油耗率曲线和等功率曲线。等耗油率曲线是根据不同转速下的负荷特性曲线作出来的。,05AA8,二、汽油机、柴油机的万有特性的特点,.汽油机的万有特性的特点(图-) .柴油机的万有特性的特点(图-),05AA8,.汽油机的万有特性的特点(图-),图- 汽油机万有特性,05AA8,.柴油机的万有特性的特点(图-),图- 柴油机万有特性曲线,05AA8,三、万有特性的实用意义,)选配发动机无论作何种用途，只要提供发动机的万有特性，又已知发动机所准备拖动的工作机械的转速和负荷的运转规律，就可以进行选配工作，将表示被拖动的工作机械的转速和负荷的运转规律的特性曲线绘在此柴油机的万有特性曲线图中，就可以判断发动机与其被拖动的工作机械匹配是否合适。 )根据等转矩、等排气温度、等最高爆发压力曲线，即可以准确地确定发动机最高、最低允许使用的负荷限制线。 )利用万有特性可以检查发动机的工作状态是否超负荷，工作是否正常。,05AA8,第六节 发动机有效功率和燃油消耗率的大气修正,一、等油量法 二、等过量空气系数法 三、饱和蒸汽压力的计算,05AA8,一、等油量法,.有效功率的修正 2.燃油消耗率的修正,05AA8,.有效功率的修正,对汽油机 对柴油机1,05AA8,2.燃油消耗率的修正,对汽油机而言，其燃油消耗率不必修正。 对柴油机而言，仅对标定工况下燃油消耗率进行修正,05AA8,二、等过量空气系数法,.有效功率的修正 .燃油消耗率的修正,05AA8,.有效功率的修正,表- 计算指示功率比k的有关参数的选取,05AA8,.燃油消耗率的修正,燃油消耗率的修正式为 b=k ,05AA8,三、饱和蒸汽压力的计算,上述修正项计算式(-)、(-)、(-)和(-)中所出现的P (饱和蒸汽压力)是温度的单值函数，可通过有关热力学图表查出,05AA8,第七节 发动机与动力装置的匹配,一、发动机与机车的匹配 二、发动机与发电机的匹配 三、发动机与船舶主机匹配 四、拖拉机对与之匹配的发动机的要求 五、工程机械对与之匹配的发动机的要求,05AA8,一、发动机与机车的匹配,)机车在铁路上行驶，坡度仅为以下，故而发动机工况平稳，负荷率较高，同时，为了提高发动机的可靠性，标定功率一般为持续功率，装车功率为标定功率的，机车一般匹配大功率、高速或中速柴油机，其功率范围为k。 )机车采用强化程度高的增压中冷柴油机，其平均有效压力为.a，活塞平均速度为m/s，一般大修期为h，燃油消耗率尽可能低。 )机车多采用全程调速器，通常将其转速分成个档位，由司机遥控，广泛采用自动报警和自动保护装置。,05AA8,二、发动机与发电机的匹配,)发动机的转速n与发电机工作频率f之间的关系是 )发动机类型的选择要按发电设备的功率要求而定，如表-所示。 )一般在稳定工况下运转，负荷率较高。 )发动机的功率应留有一定储备，以适应短期超载和克服发电机的传动损失