第15讲_发动机工况、负荷特性

第六章发动机的特性发动机特性是指发动机性能参数随运转工况或参数调整而变化的规律 前者又称为性能特性 包括万有特性 负荷特性和速度特性等 后者可称为调整特性 用于发动机试制 改进或维修的场合 如汽油机点火提前角调整特性 第一节发动机工况一 发动机的稳定工况与过渡工况发动机的运转工况通常指发动机的转速与负荷 发动机的负荷可以用油门开度 节气门开度 有效功率比转速Pe n 有效转矩Ttq或平均有效压力Pme等参数表示 其中Pe n Ttq Pme发动机基本的动力学方程式为 JE JR Ttq TR式中 JE和JR分别表示发动机与负载的转动惯量 Ttq和TR分别表示发动机有效转矩与负载阻力矩 表示发动机的角加速度 只有当发动机有效转矩与负载转矩相等时 发动机才能在一定转速下稳定工作 A点 当负载转矩增加 若发动机油量控制机构不变 则其转速就要降低 直至B点达到新的平衡 发动机再次稳定工作 若增加循环供油量 发动机的有效转矩曲线变为Ttq2 则发动机会在C点达到新的平衡并稳定工作 广义的发动机工况还包括冷却液 润滑液温度及环境参数等影响发动机特性的因素 第一节发动机工况二 发动机的三类典型工况一般情况下发动机工况会按一定规律或带有随机性地变化 根据用途 大致可以分为恒速工况 螺旋桨工况和车用工况 恒速工况 曲线1 如带动发电机工作 拖拉机耕作 螺旋桨工况 曲线2 发动机功率与转速成一定函数关系 如带动螺旋桨工作的船用主机 Pe KnN对低速排水型船舶 N 3车用工况 曲线3 发动机功率和转速都独立地在很大范围内变化 它们之间没有特定的关系 如驱动汽车等陆上运输车辆 图中阴影部分表示车用发动机运行工况的范围 在速比不变的情况下 发动机转速与车速成正比关系 而在车速不变的情况下 通过调节变速系统的速比 可以使发动机运转在不同的工况下 发动机输出功率大小主要与驾驶员主观意图及实际行驶阻力 包括滚动阻力 空气阻力 坡度阻力及加速阻力 有关 根据使用特征又可分为市内交通工况和高速公路工况 nmin受到最小喷油量及转速波动的限制 nmax受到最小 v m和 i在高速下急剧下降的限制 发动机最高负荷受循环供油量 或进气量 的限制 而最低负荷应该为零 但实际上存在发动机下长坡倒拖的工况 负功为机械损失功率 第一节发动机工况三 用于分析发动机特性的关系式上述公式建立了发动机重要性能指标与工作过程主要参数之间的联系 要了解pme Ttq Pe be B等发动机主要性能参数随发动机工况变化的情况 就必须分析 v m i 随工况的变化 第一节发动机工况四 功率标定和大气校正1 功率标定在发动机铭牌上标定的功率 均为使用中允许的最大有效功率 由制造厂商人为规定 国家标准 GB1105 1 87 规定 按用途和使用特点 功率可分为以下四种 15min功率 可用于汽车 摩托车 摩托艇等发动机的功率标定 1h功率 可用于拖拉机 工程机械 船舶等发动机的功率标定 12h功率 可用于拖拉机 农业排灌 电站等发动机的功率标定 持续功率 可用于农业排灌 电站 远洋船舶 铁路牵引等发动机的功率标定 发动机功率标定一方面考虑发动机自身潜力 如可靠性和寿命 另一方面考虑实际用途和使用特点 最大有效功率的使用时间越短和使用频率越低 则最大有效功率可标定得越高 2 大气校正大气状况是指发动机运行地点的环境大气压力 大气温度和相对湿度 同一台发动机由于在不同大气状况下使用 其性能差别很大 需要规定一种标准大气状况 并且还应有一种办法 把在不同大气状况下试验所得的结果 换算成标准大气状况下的数值 国家标准 GB1105 1 87 规定了一般用途的往复活塞式柴油机和汽油机的标准环境状况是 大气压p0 100kPa 相对湿度 0 30 环境温度T0 298K 25 第二节发动机的负荷特性与速度特性一 负荷特性负荷特性是指发动机转速不变 其经济性指标随负荷而变化的关系 以曲线表示 则称为负荷特性曲线 当汽车以一定的速度沿阻力变化的道路行驶时 就是这种情况 此时必须改变发动机油门来调整有效转矩 以适应外界阻力矩的变化 保持发动机转速不变 当发动机转速不变时 有效功率Pe与有效转矩Ttq 平均有效压力pme互为正比 因此负荷特性横坐标 负荷可用Pe Ttq或pme表示 纵坐标主要是每小时燃料消耗量B 燃料消耗率be和排气温度tr等参数 发动机负荷特性a 柴油机b 汽油机 第二节发动机的负荷特性与速度特性一 负荷特性负荷特性是指发动机转速不变 其经济性指标随负荷而变化的关系 以曲线表示 则称为负荷特性曲线 当汽车以一定的速度沿阻力变化的道路行驶时 就是这种情况 此时必须改变发动机油门来调整有效转矩 以适应外界阻力矩的变化 保持发动机转速不变 当发动机转速不变时 有效功率Pe与有效转矩Ttq 平均有效压力pme互为正比 因此负荷特性横坐标 负荷可用Pe Ttq或pme表示 纵坐标主要是每小时燃料消耗量B 燃料消耗率be和排气温度tr等参数 测取负荷特性时 应将发动机的点火提前角 或供油提前角 冷却水温度和润滑油温度等参数调整到最佳状态 发动机负荷特性a 柴油机b 汽油机 汽油机负荷特性曲线 be的变化取决于 m和 i的变化 随着负荷增加 m和 i的变化如右图 逐渐增大节气门开度 负荷增加 be迅速下降 当节气门开度增至全开度的80 左右 为了保证最大功率 供给 0 8 0 9的浓混合气 燃烧不完全 使be又重新上升 汽油机负荷特性实例如右图 柴油机负荷特性曲线 be的变化取决于 m和 i的变化 随着负荷增加 m和 i的变化如右图 逐渐增加供油量 由于 m迅速上升 be下降 再继续增加供油量时 由于过量空