第八章发动机的特性.ppt.ppt

1 发动机原理 第8章发动机的特性 8 1发动机的特性概述8 2发动机的负荷特性8 3发动机的速度特性8 4发动机的转矩适应性8 5车用柴油机的调速特性8 6发动机的万有特性 2 8 1发动机的特性概述 汽车的效率大小很大程度上决定于发动机的性能 在许多汽车产品介绍上 都标有 最高输出功率 和最高输出扭矩 在两项重要的发动机指标 并用曲线图来反映发动机的上述指标 那么 这些发动机指标是怎样测出来呢 当发动机运转的时候 其功率 扭矩和耗油量这三个基本性能指标都会随着负荷的变化而变化 这些变化遵循一定的规律 将这些有规律的变化描绘成曲线 就有了反映发动机特性的曲线图 根据发动机的各种特性曲线 可以全面地判断发动机的动力性和经济性 反映发动机运行状况常用速度特性曲线 3 8 1发动机的特性概述 1发动机特性的定义 在一定条件下 发动机性能指标或者特性参数随各种可变因素的变化规律称为发动机的特性 2发动机的运行特性 发动机的性能指标随工况参数的变化规律 3发动机的调整特性 发动机的性能指标随调整参数的变化而变化的关系 4发动机的基本特性的内容 1 发动机的负荷特性 2 发动机的速度特性 3 发动机的万有特性 4 8 1发动机的特性概述 一 发动机的工况定义 发动机的工况是指发动机实际运行的工作状态 表达式 1发动机工况的分类 1 固定式发动机工况 发电机用发动机 曲线2及点1 2 发动机的螺旋桨工况 功率与转速接近幂函数关系 曲线3 3 发动机面工况 汽车用发动机 功率和扭矩大范围变化 5 8 1发动机的特性概述2发动机的工况范围 1 上边界a 最大功率曲线 a 最大功率标定点 2 左侧边界c最低稳定转速线 3 右侧边界线b最高转速限制线 由机件的强度和沿程阻力限制 对于汽油机a b是全负荷时的速度外特性 对于柴油机a是校正外特性 b是调速特性 4 d是空转速度线 5 e是倒拖工况线 3发动机性能的评价方式 用特性曲线来评价发动机的动力性指标 经济性指标 排放指标 工作过程的完善程度指标等 6 二 功率标定 由gb t1105 1 1987中规定的内燃机台架性能试验方法规定的我国发动机功率划分四个等级 1 15分钟功率 2 1小时功率 3 12小时功率 4 持续功率 实验划分是根据发动机的使用范围和环境要求确定的 三 发动机的主要特性参数 1有效功率 2有效输出扭矩 3有效燃油消耗率 4发动机每小时油耗量 8 1发动机的特性概述 7 8 1发动机的特性概述 由gb t1105 1 1987中规定的内燃机台架性能试验方法规定的我国发动机功率划分四个等级 1 15分钟功率 发动机允许连续运转15分钟的最大有效功率 使用于需要较大功率储备或瞬时发出最大功率的轿车 中小型载货汽车 军用车辆 快艇等 2 1小时功率 发动机允许连续运转1小时的最大有效功率 适用于需要一定功率储备以克服突增负荷的工程机械 船舶主机 大型载货汽车和机车等 3 12小时功率 使用于需要在较长时间内连续运转而又要充分发挥功率的拖拉机 移动发电机组等 4 持续功率 固定动力 排灌 电站 船舶等用途的发动机 8 8 2发动机的负荷特性 负荷特性的定义 各种性能指标与发动机负荷的关系 负荷特性曲线 负荷与其他指标 如经济性指标 有效燃油消耗率和燃油消耗量 燃烧过程平均指标 排气温度 排放指标 烟度 效能指标 机械效率 的曲线关系图 注意 为了便于测量需要使得转速恒定 柴油机与汽油机的负荷特性曲线图 9 8 2发动机的负荷特性 负荷特性的测得 由于发动机转速是经常变化的 需要测定发动机不同转速下的负荷特性 才能全面评价不同转速和不同负荷下发动机的燃油经济性 发动机负荷特性的读取在试验台架上进行 以汽油机为例 起动发动机后逐渐开启节气门 直至最大 同时调节载荷使发动机保持某一转速稳定运行 测定此工况下发动机输出功率及燃油消耗量 然后再关小节气门 调整载荷使发动机保持转速不变再测定 如此依次进行下去 直到发动机能保持稳定工作的最小节气门开度 得到不同负荷和转速下的燃油消耗量 不同转速下的发动机负荷特性曲线变化的趋势是差不多 只是具体数值的不同 10 8 2发动机的负荷特性一 柴油机的负荷特性 1燃油消耗率be曲线 1 指示热效率的变化情况分析 受供油量影响 2 机械效率的变化情况分析 摩擦损失基本不变 2燃油消耗量b曲线分析 受燃烧恶化影响 3 燃油消耗率的变化情况分析 11 8 2发动机的负荷特性二 汽油机的负荷特性 汽油机的负荷特性 当保持转速不变的情况下 燃油消耗量b 有效燃油消耗率be随负荷pe 或ttq pme 变化而变化的关系 1有效燃油消耗率be曲线变化规律 2燃油消耗量b曲线变化规律 12 8 2发动机的负荷特性三 柴油机和汽油机负荷特性的对比 1 汽油机的be高 变化缓慢 2 汽油机的排气温度高 3 汽油机的be曲线弯度大 柴油机中小负荷be曲线线性下降 13 8 2发动机的负荷特性三 柴油机和汽油机负荷特性的对比 2柴油机和汽油机负荷特性的差异的主要原因是指示热效率不同 1 压缩比不同 过量空气系数不同 2 指示热效率曲线形状的差异 过量空气系数变化的影响 汽油机满负荷要加浓 低负荷节流及残余废气的影响造成热效率下降 中小负荷柴油机的指示热效率高 3 排气温度曲线差异 压缩比与膨胀比的影响 混和气的浓度的不同 造成汽油机的排气温度高 14 8 3发动机的速度特性 发动机的速度特性曲线表示有效功率 扭矩 燃料消耗量 克 千瓦小时 随发动机转速而连续变化的表现 发动机的速度特性是在试验台架上测出的 保持发动机在一定节气门开度 或供应量位置 情况下 稳定转速 测取在这一工况下的功率 比耗油等 然后调整被测机载荷 扭矩变化 使发动机转速改变 再测得另一转速下的功率 比耗油 按照一定转速间隔依次进行上述步骤 就能测出在不同转速下的数值 将这些数值点连成连续曲线 就产生了功率曲线 扭矩曲线和比燃料消耗量曲线 它们与相应的转速区域对应 15 8 3发动机的速度特性 全负荷速度特性 外特性 油量控制机构在最大位置 部分负荷速度特性 油量控制机构低于最大位置 注意 是在保持油量调节机构 或节气门位置 不变条件下得到的 有效功率与有效扭矩的决定因素 循环供油量 指示热效率 机械效率 16 8 3发动机的速度特性一 柴油机的速度特性 1 有效扭矩曲线影响因素分析 循环供油量与转速的关系 柴油机的随着转速的曲线变化关系 受混合气形成及喷油持续时间影响 机械效率与转速的关系 转速增加损失增加 n 17 8 3发动机的速度特性 2有效燃油消耗率be曲线的变化规律 3有效功率pe曲线的变化规律 柴油机的速度特性 n 18 8 3发动机的速度特性二 汽油机的速度特性 汽油机速度特性的定义 节气门开度一定条件下的性能指标与转速的变化关系 1汽油机速度特性曲线分析 19 2有效转矩ttq曲线分析 3有效功率pe曲线分析 4有效油耗率be曲线分析 n 8 3发动机的速度特性二 汽油机的速度特性 20 8 3发动机的速度特性三 柴油机和汽油机的速度特性对比分析 1柴油机在各种负荷的速度特性下的转矩曲线都比较平坦 汽油机的速度特性的转矩曲线的曲率半径较小 节气门开度越小 转矩峰值向低速移动 随转速变化的斜率越大 2汽油机的有效功率外特性的最大值点 一般在标定功率点 柴油机可以达到的最大值点的转速很高 而标定点要比其低的多 3柴油机的燃油消耗率曲线在各种负荷的速度特性下都比较平坦 仅在两端略有翘起 最经济区的转速范围很宽 汽油机则有所不同 其油耗曲线的翘曲度随节气门开度减小而剧烈增大 相应最经济曲的转速范围越来越窄 21 8 3发动机的速度特性 当汽油机节气门完全开启 或者柴油机喷油泵在最大供油量时 的速度特性 称为发动机的外特性 它表示发动机所能得到的最大动力性能 从外特性曲线上可以看到发动机所能输出的最大功率 最大扭矩以及它们相应的转速和燃料消耗量 汽车产品介绍书上大都采用发动机外特性曲线图 但一般只标出功率和扭矩曲线 22 8 3发动机的速度特性 发动机外特性曲线是在发动机最好的工作状态下能使发动机发出最大功率的情况下测出来的 它表现的曲线特征是 功率曲线和扭矩曲线都呈现凸形曲线 但两者表现是不一样的 在汽油发动机外特性曲线中 功率曲线在较低转速下数值很小 但随转速增加而迅速增长 但转速增加到一定区间后 功率增长速度变缓 直至最大值后就会下降 尽管此时转速仍会继续增长 扭矩曲线则与功率曲线相反 它往往在较低转速下就能获得最大值 然后随转速上升而下降 23 8 3发动机的速度特性 虽然各种型号汽油或柴油发动机外特性曲线不会完全一样 但基本还是呈现上述的形态 通过发动机外特性曲线图可以了解发动机的性能和特点 了解功率 扭矩 耗油量和转速之间关系 并找出发动机最佳的工作区域 回答诸如为什么要根据负荷变化换档 为什么中等转速最经济 为什么柴油机能承受较大的负荷 柴油机与汽油机在性能上有什么不同等问题 24 8 3发动机的速度特性 柴油机外特性曲线表现与汽油机有所不同 它的功率 扭矩和比耗油量ge随转速n而变化 功率曲线是随转速上升而上升 差不多到了最大转速 标定转速 仍未出现曲线的最高点 扭矩m曲线变化平缓 在不同转速位置变化量不大 有效燃油消耗率曲线不但起点数值低 而且比较平坦 与汽油机比较 25 8 4发动机的转矩适应性 26 8 4发动机的转矩适应性四 汽油发动机和柴油发动机的速度特性对比 原因分析 柴油机转速下降时 充量系数提高 而循环供油量下降 造成转矩上升缓慢 27 8 5车用柴油机的调速特性 柴油机不同用途时 对喷油泵调速器的要求是不一样的 车用 工程机械用柴油机和发电机组用柴油机在调速方面的差别是 车用 工程机械用柴油机 车用柴油机常用的调速方式有 全程式调速方式和两极式调速方式 全程式调速方式 在发动机全部转速范围 最低稳定转速和最大工作转速 内 发动机喷油泵调速器可以在预先给定的某个转速下稳定工作 转速波动率不会超过 一般用于工程车辆和工程机械 28 8 5车用柴油机的调速特性 两极式调速方式 在发动机全部转速范围 最低稳定转速和最大工作转速 内 发动机喷油泵调速器只在最低稳定转速和最大工作转速时起作用 自动调节转速 转速波动率不大于 在其它转速下需要由车辆驾驶员通过油门调节装置控制发动机转速 否则 如果外界阻力变化 发动机转速将发生激烈变化 阻力变小 发动机转数将不断升高 直到最大工作转速为止 阻力增大 发动机转速将降低 直到最低稳定转速 或者熄火 为止 一般用于运输车辆和客车 29 8 5车用柴油机的调速特性 调速率含义为 柴油机油门固定在某个 给定转速 位置时 柴油机负荷增加或减少时 发动机最大 或最小 转速 1 发动机给定转速 0 发动机给定转速 0 例 柴油机的给定转速为 0 2000转 分 在此转速下 转速波动为 1 2080转 分 则 2080 2000 2000 即该柴油机在2000转 分时调速率为4 30 8 5车用柴油机的调速特性 一 调速特性的定义 调速手柄固定 调速器起作用时性能指标与转速的关系 调速特性曲线 由调速段和外特性段组成 31 8 5车用柴油机的调速特性二 调速器的工作指标 调速率 1 瞬时调速率 2 稳定调速率 2不灵敏度 32 8 6发动机的万有特性 所谓的万有曲线 字面意思上讲应该是等功率等油耗曲线 万有的意思就是你给他一个输入 不同转速 不同扭矩等 然后曲线自动告诉你输出的结果 该试验状态下的燃油经济性 排放特性等 特别是告诉你在什么时候燃油最经济 油耗率最小 什么范围内的速度 可以获得足够的需求扭矩 发动机设计过程中为满足排放标准需要做的改进措施等问题 然后制定出对发动机设计修改 安全寿命 使用 保养等有利的一些参考数据 33 8 6发动机的万有特性 万有曲线不是完全真实的 所测取得点数越多越密 越趋近于真实曲线 按照国标规定 万有曲线的实验方法是 在发动机工作范围内适当的选定8个以上的转速进行试验 在选定转速下 试验按符合特性试验的方法进行测试 发动机转速不变 从小负荷开始 逐渐开打油门进行测量 直至油门全开 适当的选取8个以上的测量点 测量一般包括转速 扭矩 油耗 点火提前角 空燃比 进气漏气排气状态 排气压力 排气成分分析等 万有曲线的测量准确度很大程度上与发动机的磨合情况及测量设备的精度有关系 特别是测功机机械部分的精度 电控响应速度等有密切关系 34 8 6发动机的万有特性 35 8 6发动机的万有特性 36 8 6发动机的万有特性 37 8 6发动机的万有特性 汽油机与柴油机万有特性相比有如下特征 最低油耗偏高 经济区偏小 等燃油消耗率线在低速区向大负荷收敛 说明汽油机低速低负荷工作时燃油消耗率较高 等功率曲线随转速升高而斜穿等燃油消耗线 转速愈高愈费油 说明变工况工作时平均油耗偏高 柴油机与汽油机相比 最低燃油消耗率较低 经济区较宽 等耗油率线在高低速均不收敛 变化