汽车发动机原理第十一章发动机运行特性与匹配技术

,发动机原理,第四篇运行特性与性能调控,发动机性能指标随工况参数转速和负荷的变化规律特性曲线发动机与汽车之间，动力和传动系统要合理匹配发动机特性曲线在不能满足要求时进行调节和校正发动机众多特性参数并非对所有工况都是最优的，希望能实时对多参数进行调控，以达到全工况范围内性能综合优化的目的电子控制技术使多参数调控得以实现,本篇总纲,第11章：（1）发动机特性，主要是运行特性速度特性、负荷特性、全（万有）特性的变化规律及测试方法；（2）运行特性对汽车的适应性及合理匹配并涉及混合动力驱动技术第12章：发动机从传统的机械、液力调控向电子控制技术的发展，分别就汽、柴油机的控制功能和控制策略进行了阐述。,各章内容体系,第11章：发动机运行特性与匹配技术,11.1发动机的特性11.1.1工况、工况平面与功率标定发动机工况是指发动机实际运行的工作状况，表征发动机的运行工况由下式给出,工况平面,上边界线a左侧边界线c右侧边界线b横坐标上的d曲线e曲线功率标定国标,11.1.2发动机运行特性及其分析方法,1.发动机运行特性的评价方法特性曲线、稳态过程、瞬态工况,2发动机运行特性参数间的关系汽油机：,柴油机：,11.2发动机性能测试,11.2.1台架试验设备,1、台架2、辅助系统3、各种测量仪器、仪表及操纵台,11.2.2功率和油耗的测量,1测功器测功器是用来吸收试验发动机发出的功，改变其负荷及转速，模拟实际使用的各种工况同时测定发动机输出扭矩。输出转速由转速表测得，则由公式求出功率,1）水力测功器2）平衡式电力测功器,3）电涡流测功器,11.2.3试验方法及数据处理,1.试验标准（GBT182972001）汽车发动机性能试验方法发动机进行功率测定时应考虑下列因素：发动机的标定功率。测定时的大气状况。发动机所带附件。进气管和空气滤清器阻力、排气背压,2.大气修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。修正系数汽油机校正扭矩、功率；比油耗不校正,11.3发动机运行特性与汽车匹配,11.3.1发动机的速度特性与汽车动力性匹配速度特性的定义发动机在油量调节机构（油量调节齿条、拉杆或节气门开度）保持不变的情况下，主要性能指标（转矩、油耗、功率、排温、烟度等）随发动机转速的变化规律。外特性的定义当油量控制机构在最大位置时，测得的特性为全负荷速度特性（简称外特性）,1.柴油机的速度特性,速度特性曲线特点分析有效转矩曲线柴油机转矩的大小取决于每循环供油、指示热效率以及机械效率有效燃油消耗率曲线指示热效率和机械效率的倒数有效功率曲线而转矩变化平坦，所以曲线形状还取决于转速的变化。当转速提高时，转矩增加，有效功率迅速上升，直到转矩达到最大值以后，上升变得较平缓，当达最大值时，也达到最大值；此后转速再增加，后燃严重，功率开始下降。,2.汽油机的速度特性,图11.10汽油机在全、中、小三种负荷时各参数随转速变化的关系,图11.11汽油机在全、中、小三种负荷时速度特性曲线,汽油机的速度特性曲线分析,有效转矩曲线转速由低逐渐升高，指示热效率、充量系数均上升，虽然机械效率略有下降，但有效转矩总趋势是上升的，到某一点取得最大值。随着转速继续上升，由于指示热效率、充量系数均下降，致使有效转矩迅速下降，变化较陡。,有效功率曲线当转速提高时，开始转矩增加，所以功率迅速上升；转矩达到最大值以后，随转速的上升变得较平缓，当达最大值时，功率开始下降。有效燃油消耗率曲线综合、的变化,3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（2）汽油机的有效功率外特性线的最大值点，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，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，最经济区的转速范围很宽。,4.发动机外特性与汽车动力性匹配,汽车驱动轮上产生的驱动力,汽车行驶速度(kmh)与发动机转速的关系,汽车的行驶阻力,汽车的行驶方程,图11.12汽车的驱动力行驶阻力平衡图,汽车动力性能,最高速度最高挡驱动力曲线与水平路面行驶阻力曲线的交点最大爬坡度与最低挡驱动力曲线上最大驱动力点相切的行驶阻力曲线所对应的道路坡度汽车的加速度（加速时间）在给定行驶速度和变速器挡位下，最大驱动力与行驶阻力之差，就是后备驱动力，可用于加速，按式(11-19)计算汽车的加速度。,5.发动机外特性适应性与特性校正,图11.13汽、柴油机外特性线与阻力线的稳态平衡关系,汽油机的外特性线要比柴油机外特性线的动力适应性好，所以汽油机一般不进行外特性线的改造；柴油机则往往要在低于标定转速段处进行“校正”，使扭矩加大；而在高于标定转速段处进行“调速”，以避免超速“飞车”。,衡量发动机工作稳定性能的指标,1）转矩适应性系数2）转速适应性系数3）转矩储备系数,4）非电控柴油机的转矩校正,液力校正通过改变喷油系统的液力参数，如喷孔通过面积、出油阀偶件间隙等来直接改变曲线的趋势,液力校正的曲线,1冒烟极限2未校正的标定功率供油量曲线3使用弹簧校正器的供油量曲线4出油阀校正器的供油量曲线,机械校正加速踏板位置不变时，油量调节杆位置随转速下降而自动增大，达到校正的目的。调速装置,11.3.2车用柴油机的调速特性,1.发动机稳定工作原理,图11.15汽油机与柴油机的自调节性能,比较,汽油机任何节气门位置时，向下倾斜的速度特性线与向上倾斜的阻力矩线(图示点画线)的交点都是能稳定运行、转速变动不大的工况点。即使外特性线的最高空车转速，也不会高到不能接受的程度。因此汽油机不存在超速过多的“飞车”危险。,柴油机速度特性线在油量调节杆位置不变时获得，出现下述问题：游车或飞车熄火,两种基本调速模式,(2)全程调速模式调速器在任何转速均能起调速作用的模式为全程调速模式,两种基本调速模式,(1)两极调速模式调速器只在标定转速以及某一低速起调速作用，而广大中间转速不起作用,调速器的结构原理与性能指标,1）转速给定元件加速踏板2）转速感受元件飞锤3）执行机构传动部分,全程调速器的结构原理,两极调速器的结构原理,调速器的性能指标,调速率可通过柴油机突变负荷试验测定。试验时，先让柴油机在标定工况下运转，然后突卸全部负荷，测定突变负荷前后的转速。稳定调速率,瞬时调速率,不灵敏度,全程调速器、两极调速器性能比较,1）转速控制性能：全程各工况均可控制转速在较小范围内变动两极除高速及怠速可控制转速在较小范围内变动外，面工况的转速控制取决于驾驶员的操作，转速变化较大2）过渡过程：全程加速性好，但加、减速时常有不平稳及前后颠簸的感觉全程加速踏板踩到底时，加速性与全程调速器相同。其余情况下过渡平稳，无强烈颠簸感。,全程调速器、两极调速器性能比较,3）操纵性能：全程：驾驶员直接控制调速弹簧，比较费力，易疲劳，但由于负荷变化时转速变动小，故不必经常踩换油门踏板位置两极：操作轻便，但因转速随负荷变化较大，故经常要变换加速踏板位置4）排放全程：加速时易冒黑烟两极：除全负荷加速外，其余工况加速时，可控制烟度在较小范围内变化,全程调速器、两极调速器性能比较,作业效率：全程满负荷减速行驶时，只须减小加速踏板位置即可，不必频繁换排挡两极由于减小加速踏板位置也使油量和扭矩下降，因此只能换低挡运行，作业效率下降,第四节负荷特性、全特性（万有特性）与汽车经济性匹配,负荷特性：当发动机保持转速不变时，性能指标随负荷而变化的规律叫做发动机的负荷特性全特性（万有特性）：负荷和转速都变化时性能参数的变化规律。,汽油机指示效率、机械效率、充气效率、过量空气系数、油耗率、总油耗随负荷的变化,柴油机指示效率、机械效率、循环供油量、油耗率、总油耗随负荷的变化,汽、柴油机负荷特性曲线的对比,汽、柴油机负荷特性曲线的对比,1)汽油机有效燃油消耗率都比同负荷的柴油机高2)中、低负荷处的差值明显比最低油耗点和标定功率处大。统计资料表明，汽、柴油机最低燃油消耗率的差值约15一30，而综合使用油耗的差值可达2545,发动机的全特性(万有特性),发动机的全特性(万有特性)图,发动机的全特性(万有特性)图,改善发动机与汽车经济性匹配,发动机自身节油是改善整车燃油经济性的基础,发动机与传动装置的匹配在经济区工作,11.3.4混合动力驱动技术,概述在汽车上装有内燃机和电动机两种动力源，将产生动力的部件与电能储存元件以不同的方式结合起来，可以形成不同类型的HEV优点：1)可以发挥内燃机汽车和纯电动汽车的双重优点2)续驶里程和动力性能够3）减少了变工况时的排