吴娜-第六章课件

1、山东交通学院山东交通学院发动机原理发动机原理山东交通学院山东交通学院山东交通学院山东交通学院一、工况一、工况 发动机扭矩与阻力矩相发动机扭矩与阻力矩相等时则能稳定工作。等时则能稳定工作。 发动机的发动机的运行情况运行情况简称简称工况。工况以功率工况。工况以功率 和转和转速速n来表示。来表示。eP山东交通学院山东交通学院 发动机发动机性能指标性能指标随随调整情况及运转工况调整情况及运转工况而变化的关系称为而变化的关系称为发动机特性发动机特性。性能指标性能指标调整情况调整情况运转工况运转工况调整特性调整特性性能特性性能特性二、发动机特性二、发动机特性山东交通学院山东交通学院平均有效压力平均有效压力

2、 pme有效扭矩有效扭矩 Ttq有效功率有效功率 Pe有效燃油消耗率有效燃油消耗率 be每小时耗油量每小时耗油量B三、发动机性能指标与工作过程的关系三、发动机性能指标与工作过程的关系有效指标有效指标山东交通学院山东交通学院平均有效压力pmevmimeKp有效功率PenKPmive1有效扭矩tqT燃油消耗率mieKb13小时耗油量nKBv4比例常数。、式中4321KKKKKmivtqKT2（汽油机）bKTmitq2（柴油机）三、发动机性能指标与工作过程的关系三、发动机性能指标与工作过程的关系山东交通学院山东交通学院第二节第二节 发动机台架试验发动机台架试验山东交通学院山东交通学院一一 试验台装置

3、试验台装置l 基本组成基本组成l 装配关系装配关系l 固定、支承固定、支承山东交通学院山东交通学院发动机发动机测功器测功器油耗仪油耗仪数据采集模块数据采集模块底板底板支架支架节气门位置节气门位置传感器传感器大气状态传感器大气状态传感器山东交通学院山东交通学院混合水箱进水温度传感器出水温度传感器机油温度传感器排气压力传感器进气温度传感器回水管进水管机油压力传感器山东交通学院山东交通学院转速传感器冷却水温度传感器拉压力传感器测功器山东交通学院山东交通学院上述各传感器所上述各传感器所采集的信号输入采集的信号输入到多通道数据采到多通道数据采集模块，然后到集模块，然后到达控制柜。达控制柜。山东交通学院山

4、东交通学院控制柜打印机电源山东交通学院山东交通学院山东交通学院山东交通学院o测功器作用测功器作用:n吸收发动机功率吸收发动机功率n测力测力o测功器的种类：测功器的种类：n水力测功器水力测功器n平衡式电力测功器平衡式电力测功器n电涡流测功器电涡流测功器二二 制动测功装置制动测功装置测功器测功器山东交通学院山东交通学院 二二 制动测功装置制动测功装置测功器测功器水水力力测测功功器器山东交通学院山东交通学院平平衡衡式式电电力力测测功功器器二二 制动测功装置制动测功装置测功器测功器山东交通学院山东交通学院电电涡涡流流测测功功器器二二 制动测功装置制动测功装置测功器测功器山东交通学院山东交通学院充充 油

5、油三三 耗油率的测量耗油率的测量-容积法容积法山东交通学院山东交通学院测测 量量三三 耗油率的测量耗油率的测量-容积法容积法山东交通学院山东交通学院测量消耗容积测量消耗容积v的燃油所用时间的燃油所用时间t三三 耗油率的测量耗油率的测量-容积法容积法山东交通学院山东交通学院 燃油消耗量按下式计算燃油消耗量按下式计算式中式中 V球泡容积（mL）； Pe 发动机有效功率（kW）; f 燃油密度（g/mL）； t消耗容积V的燃油所用时间（s）。tvBf6.31000eePBb小时耗油量耗油率三三 耗油率的测量耗油率的测量-容积法容积法山东交通学院山东交通学院三三 耗油率的测量耗油率的测量-质量法质量法

6、油箱供油油箱供油山东交通学院山东交通学院充充 油油三三 耗油率的测量耗油率的测量-质量法质量法山东交通学院山东交通学院三三 耗油率的测量耗油率的测量-质量法质量法测测 量量山东交通学院山东交通学院燃油消耗量按下式计算：燃油消耗量按下式计算：tmB6 . 31000eePBb式中 t消耗m（g）燃油所需时间（s）； Pe消耗m(g)燃油时测量的有效功率(kw); B小时耗油量（kg/h）； be有效燃油消耗率g/（kWh）。三三 耗油率的测量耗油率的测量-质量法质量法山东交通学院山东交通学院四四 台架试验综述台架试验综述（一）概述（一）概述试验内容试验内容：新产品或强化、改进、变型、转厂生产的：

7、新产品或强化、改进、变型、转厂生产的发动机性能及耐久可靠性试验；产品出厂前的性能调发动机性能及耐久可靠性试验；产品出厂前的性能调整及定期抽查试验；商业贸易中的验收试验以及各种整及定期抽查试验；商业贸易中的验收试验以及各种研究性的试验等。研究性的试验等。 试验标准试验标准：国际标准化组织标准；各国的国家标准。：国际标准化组织标准；各国的国家标准。我国：我国：1984年颁布汽车发动机试验方法年颁布汽车发动机试验方法(JB3743-84), 1987年内燃机台架试验方法（年内燃机台架试验方法（GB1105.11105.3 87 ）。）。 山东交通学院山东交通学院（二）功率标定（二）功率标定1 1）1

8、5min15min功率功率为发动机允许连续运转为发动机允许连续运转15min15min时的最大有效功率。时的最大有效功率。用于汽车、摩托车等。用于汽车、摩托车等。 2 2）1h1h功率功率为发动机允许连续运转为发动机允许连续运转1h1h的最大有效功率。的最大有效功率。用于若垃圾、工程机械、船舶等用于若垃圾、工程机械、船舶等发动机铭牌上标定的功率，为使用中允许的最大功率。发动机铭牌上标定的功率，为使用中允许的最大功率。山东交通学院山东交通学院3 3）12h12h功率功率为发动机允许连续运转为发动机允许连续运转12h12h的最大有效功率。的最大有效功率。用于拖拉机、农业排灌、电站等用于拖拉机、农业

9、排灌、电站等4 4）持续功率）持续功率为发动机允许长期连续运转的最大有效功率。为发动机允许长期连续运转的最大有效功率。 农业灌溉、电站、船舶、铁路牵引等农业灌溉、电站、船舶、铁路牵引等每台发动机按照用途不同在铭牌上标明上述两种功率及每台发动机按照用途不同在铭牌上标明上述两种功率及相应转速。相应转速。山东交通学院山东交通学院（三）大气修正（三）大气修正大气状态：指发动机运行地点的环境大气压力、温大气状态：指发动机运行地点的环境大气压力、温度和相对湿度。度和相对湿度。标准环境状况：大气压标准环境状况：大气压 kPa，相对湿度相对湿度 ，环境温度，环境温度 K或或25。100op%30o298oT大

10、气修正：把在不同大气状况下试验所得的结果，大气修正：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。换算成标准大气状况下的数值。山东交通学院山东交通学院第三节第三节 发动机的负荷特性发动机的负荷特性山东交通学院山东交通学院转速不变，其经济性指标随负荷（可用功转速不变，其经济性指标随负荷（可用功率率P Pe e、扭矩、扭矩T Ttqtq或平均有效压力或平均有效压力P Pmeme表示）的表示）的变化关系。变化关系。负荷特性负荷特性山东交通学院山东交通学院转速不变，每小转速不变，每小时耗油量时耗油量B、燃料、燃料消耗率消耗率b随负荷而随负荷而变化的关系。变化的关系。测取：发动机台测取：

11、发动机台架试验。架试验。一一 汽油机负荷特性汽油机负荷特性山东交通学院山东交通学院负荷特性分析负荷特性分析- be曲线曲线 （一）（一） 曲线曲线ebmieKb13山东交通学院山东交通学院燃烧速度燃烧速度 ,散热损失相对散热损失相对 , 汽化条件汽化条件 ,i转速一定，转速一定，负荷负荷 , 节气门开度节气门开度 ,残余废残余废气相对气相对 ,大负荷，大负荷， , i负荷特性分析负荷特性分析-be曲线曲线:i山东交通学院山东交通学院转速一定而负荷增加时转速一定而负荷增加时，机械损失功率，机械损失功率Pm变化变化不大，指示功率不大，指示功率Pi成正成正比增加，使比增加，使m=1-（Pm /Pi）

12、增加。）增加。负荷特性分析负荷特性分析-be曲线曲线:m山东交通学院山东交通学院mieKb13负荷特性分析负荷特性分析-be曲线曲线:m山东交通学院山东交通学院B开度开度 ，量，量混合气成分：混合气成分：节气门开度：节气门开度：中等负荷中等负荷: 经济混合气；经济混合气；大负荷大负荷: 功率混合气（浓）功率混合气（浓）负荷特性分析负荷特性分析-每小时耗油量每小时耗油量B曲线曲线山东交通学院山东交通学院二二 柴油机负荷特性柴油机负荷特性转速一定，每小时转速一定，每小时耗油量耗油量B、有效燃、有效燃料消耗率料消耗率b随负荷随负荷而变化的关系。而变化的关系。 测取：台架试验测取：台架试验山东交通学院

13、山东交通学院特性曲线分析特性曲线分析-耗油率曲线耗油率曲线mieKb13山东交通学院山东交通学院i， 高负荷时高负荷时 。i特性曲线分析特性曲线分析-耗油率曲线耗油率曲线: 随负荷增加而上升。随负荷增加而上升。m , ,:负荷负荷 ， 循环供油量循环供油量b ，燃烧不完全程度燃烧不完全程度 ,iimmPP1山东交通学院山东交通学院2点时，排气冒黑烟，达到国标规定限值。点时，排气冒黑烟，达到国标规定限值。柴油机的最大循环供油量应在标定转速下调整，使烟柴油机的最大循环供油量应在标定转速下调整，使烟度不超过允许值。度不超过允许值。特性曲线分析特性曲线分析-耗油率曲线耗油率曲线山东交通学院山东交通学院

14、随负荷增加，每循随负荷增加，每循环供油量环供油量b增加，增加，B随之增加。当负随之增加。当负荷接近冒烟界限后，荷接近冒烟界限后，由于燃烧恶化，由于燃烧恶化，B上升得更快一些。上升得更快一些。 特性曲线分析特性曲线分析-小时耗油量小时耗油量B曲线曲线山东交通学院山东交通学院(2)耗油率耗油率be随负荷的增加随负荷的增加而降低，在接近全负荷而降低，在接近全负荷（常在（常在80%负荷率左右）负荷率左右）时时be达到最小。达到最小。负荷特性评价燃油经济性。负荷特性评价燃油经济性。(1) bemin越小，曲线变化越越小，曲线变化越平坦，经济性越好。平坦，经济性越好。柴油机燃油经济性比汽油柴油机燃油经济性

15、比汽油机好。机好。山东交通学院山东交通学院从复合特性曲线可知，从复合特性曲线可知，小负荷时，小负荷时，be, 在动力性满足的前提在动力性满足的前提下，下， 不宜装功率过不宜装功率过大的发动机，以使大的发动机，以使b be e。山东交通学院山东交通学院（3）全面评价经济性，应作出不同）全面评价经济性，应作出不同n下的多条负下的多条负荷特性曲线荷特性曲线-万有特性曲线万有特性曲线山东交通学院山东交通学院山东交通学院山东交通学院（1 1）汽油机速度特性：汽油机节气门开度固定）汽油机速度特性：汽油机节气门开度固定不动，其不动，其有效功率有效功率Pe、扭矩扭矩Ttq、燃油消耗率燃油消耗率be、每小时消耗

16、油量每小时消耗油量B等随等随转速转速n变化的关系。变化的关系。（2 2）测取：发动机台架试验。）测取：发动机台架试验。一一 汽油机的速度特性汽油机的速度特性发动机发动机性能指标性能指标随随转速变化转速变化的关系称为的关系称为发动机发动机的速度特性。的速度特性。山东交通学院山东交通学院部分负荷速度特性部分负荷速度特性节气门部分打开时的速度特性。节气门部分打开时的速度特性。外特性外特性节气门全开时速度特性。节气门全开时速度特性。一一 汽油机的速度特性汽油机的速度特性山东交通学院山东交通学院随着转速随着转速n的增加，扭的增加，扭距距Ttq逐渐增大，出现最逐渐增大，出现最大扭距大扭距Ttqmax后逐渐

17、下后逐渐下降，且下降程度越来越降，且下降程度越来越大。曲线呈上凸形状。大。曲线呈上凸形状。 （一）外特性曲线（一）外特性曲线tqT1 曲线变化趋势曲线变化趋势山东交通学院山东交通学院mivtqKT2（1）在节气门开度一在节气门开度一定时，过量空气系数定时，过量空气系数可视为常数。可视为常数。（一）外特性曲线（一）外特性曲线山东交通学院山东交通学院 v v在某一中间转速时在某一中间转速时最大。因为一定的配气最大。因为一定的配气相位仅对一种转速最适相位仅对一种转速最适合，此转速下能最好地合，此转速下能最好地利用气流惯性。其余转利用气流惯性。其余转速时速时v v均降低，曲线为均降低，曲线为上凸形。上

18、凸形。 （2）充气效率）充气效率v（一）外特性曲线（一）外特性曲线山东交通学院山东交通学院（3）指示热效率）指示热效率i转速转速 ,进气流速进气流速 ，紊流紊流 ，使雾化、混合状态使雾化、混合状态 ，火火焰传播速度焰传播速度 ，散热及散热及漏气漏气损失损失 ,i。转速转速燃烧所占曲轴转燃烧所占曲轴转角角燃烧效率燃烧效率 ,i。（一）外特性曲线（一）外特性曲线山东交通学院山东交通学院（4）机械效率）机械效率immPP1转速转速，消耗于机械，消耗于机械损失功损失功 。因此。因此，随转速升高，随转速升高, ,机械效机械效率率 明显下降明显下降 mPm（一）外特性曲线（一）外特性曲线山东交通学院山东交

19、通学院（一）外特性曲线（一）外特性曲线山东交通学院山东交通学院2功率变化趋势功率变化趋势9550nTPtqe（一）外特性曲线（一）外特性曲线山东交通学院山东交通学院3燃油消耗率变化趋势燃油消耗率变化趋势mieKb13（一）外特性曲线（一）外特性曲线山东交通学院山东交通学院 （二）部分负荷速度特性（二）部分负荷速度特性eP、tqT均均 ,节气门开度节气门开度 ，节气节气门开度愈小，随门开度愈小，随转速转速 eP、tqT 及最大功率点向低速方向及最大功率点向低速方向移动。移动。, , 并使最大扭矩并使最大扭矩山东交通学院山东交通学院节气门开度的节气门开度的75%75%左右时左右时, ,耗耗油率最小

20、。超过油率最小。超过75%75%开度，开度，混合气较浓，燃烧不完全混合气较浓，燃烧不完全, ,耗油率较高，低于耗油率较高，低于75%75%开度开度时，残余废气相对增多时，残余废气相对增多, ,燃燃烧速率下降烧速率下降, ,使使i i 降低，降低，耗油率高，且开度越小，耗耗油率高，且开度越小，耗油率曲线位置越高。油率曲线位置越高。（二）部分负荷速度特性（二）部分负荷速度特性山东交通学院山东交通学院速度特性速度特性喷油泵油量调节机构位置固定不动，柴油机性能指喷油泵油量调节机构位置固定不动，柴油机性能指标（主要是功率标（主要是功率Pe、扭距、扭距Ttq、燃油消耗率、燃油消耗率b、每小时、每小时耗油量

21、耗油量B）随转速）随转速n变化的关系。变化的关系。 二、柴油机速度特性二、柴油机速度特性山东交通学院山东交通学院外特性：外特性：油量调节机构固定在标定循环供油量调节机构固定在标定循环供油量位置时的速度特性称为柴油机标定功油量位置时的速度特性称为柴油机标定功率速度特性。率速度特性。部分负荷速度特性部分负荷速度特性：当油量调节机构固定：当油量调节机构固定在小于标定循环供油量各个位置时，所测在小于标定循环供油量各个位置时，所测得的速度特性。得的速度特性。二、柴油机速度特性二、柴油机速度特性山东交通学院山东交通学院（一）外特性曲线变化趋势（一）外特性曲线变化趋势柴油机的扭矩曲线比柴油机的扭矩曲线比汽油

22、机平坦。汽油机平坦。柴油机扭矩曲线的变柴油机扭矩曲线的变化趋势，很大程度上决化趋势，很大程度上决定于每循环供油量随转定于每循环供油量随转速变化的情况。速变化的情况。 1扭矩曲线变化趋势扭矩曲线变化趋势山东交通学院山东交通学院（1）b随转速n的提高，每循环供油量b增加。bKTmitq2（一）外特性曲线变化趋势（一）外特性曲线变化趋势山东交通学院山东交通学院（2） 充气效率充气效率v也是在某一中间转速n出现最高值。（一）外特性曲线变化趋势（一）外特性曲线变化趋势山东交通学院山东交通学院（3）i指示热效率指示热效率空气涡流减弱，燃烧不良及散热漏气损失增加使不完全燃烧严重;且燃烧过程占时间 ，转速 ,

23、v,b , ,混合气形成不良,燃烧不完全, 。ini（一）外特性曲线变化趋势（一）外特性曲线变化趋势山东交通学院山东交通学院bKTmitq2（一）外特性曲线变化趋势（一）外特性曲线变化趋势山东交通学院山东交通学院由于扭矩Ttq曲线变化平坦，在一定n范围内，功率Pe几乎与转速n成正比增加.2功率曲线功率曲线（一）外特性曲线变化趋势（一）外特性曲线变化趋势山东交通学院山东交通学院3燃油消耗率曲线燃油消耗率曲线mieKb13（一）外特性曲线变化趋势（一）外特性曲线变化趋势山东交通学院山东交通学院（二）部分负荷速度特性（二）部分负荷速度特性山东交通学院山东交通学院 式中 Ttqmax外特性曲线上的最大

24、扭矩（Nm）； Ttq标定工况下的扭矩(Nm)。tqtqTTKmax%100maxtqtqtqTTT1.扭距储备系数扭距储备系数和适应性系数和适应性系数K三三、发动机扭矩特性发动机扭矩特性要求发动机的扭矩随转速的降低而增加。山东交通学院山东交通学院或或K值大，表明在不换档的情况下，爬坡值大，表明在不换档的情况下，爬坡能力、克服短期超负荷的能力越强。能力、克服短期超负荷的能力越强。汽油机 =10%=10%30%0%；K=1.21.4 柴油机(未校正) =5%=5%10%10%；K=1.05。三三、发动机扭矩特性发动机扭矩特性山东交通学院山东交通学院tqBnnn2. 转速储备系数转速储备系数nnB

25、标定工况转速；ntq最大扭矩转速。三三、发动机扭矩特性发动机扭矩特性山东交通学院山东交通学院最大扭矩转速最大扭矩转速ntq越低，越低，n越大，车辆在不换挡的越大，车辆在不换挡的情况下，发动机克服阻力增加的潜力越强。情况下，发动机克服阻力增加的潜力越强。 一般，汽油机一般，汽油机n=1.152.0 ，柴油机，柴油机n=1.52.0 。山东交通学院山东交通学院3. 柴油机扭矩特性的改善柴油机扭矩特性的改善校正方法：校正方法：（1）出油阀式校正）出油阀式校正机构。机构。（2）附加在调速器）附加在调速器上的弹簧校正机构。上的弹簧校正机构。三三、发动机扭矩特性发动机扭矩特性A山东交通学院山东交通学院四、

26、使用外特性四、使用外特性外特性外特性：台架试验测得，未带全部附件。使用外特性使用外特性：带全部附件。山东交通学院山东交通学院五、非稳定工况对外特性的影响五、非稳定工况对外特性的影响非稳定工况时非稳定工况时的功率比稳定的功率比稳定工况时的低。工况时的低。山东交通学院山东交通学院山东交通学院山东交通学院调整特性：调整特性：发动机发动机性能指标性能指标随随调整情况调整情况而变化的关系而变化的关系称调整特性。称调整特性。山东交通学院山东交通学院一、柴油机装调速器的必要性一、柴油机装调速器的必要性保证工作稳定保证工作稳定山东交通学院山东交通学院汽油机：汽油机：nvtqT超速不会过高；超速不会过高；超速时

27、混合气成分变化不大，对工作过程影响较小；超速时混合气成分变化不大，对工作过程影响较小；运动零件轻巧，危害不大运动零件轻巧，危害不大柴油机：柴油机：负荷负荷 ntqT（ 曲线平坦）曲线平坦）b工作过程恶化，排气冒黑工作过程恶化，排气冒黑烟烟,零件零件过热；运动件较重，惯性力大，机件易损坏。过热；运动件较重，惯性力大，机件易损坏。p 防止高速飞车防止高速飞车一、柴油机装调速器的必要性一、柴油机装调速器的必要性山东交通学院山东交通学院p 防止怠速熄火防止怠速熄火nmPiP汽油机汽油机:nviP柴油机柴油机:nbiP(节气门开度小节气门开度小,阻力大阻力大)一、柴油机装调速器的必要性一、柴油机装调速器

28、的必要性山东交通学院山东交通学院调速器分类调速器分类o两极式调速器两极式调速器o全程式调速器全程式调速器山东交通学院山东交通学院二、全程式调速器及调速特性二、全程式调速器及调速特性调速范围调速范围:在整个发动机工作范围内，调整扭矩特性在整个发动机工作范围内，调整扭矩特性山东交通学院山东交通学院全程式调速器的工作原理图全程式调速器的工作原理图1 调速手柄 2 调速弹簧 3 固定螺母 4 油量调节拉杆 5 推力盘 6 托板 7 油量调节螺钉 8 怠速螺钉 9 限制螺钉 (一) 调速器工作原理调速器工作原理山东交通学院山东交通学院（二）调速特性（二）调速特性调速器起作用时，性能指标随转速或负荷变化的

29、关系调速器起作用时，性能指标随转速或负荷变化的关系称为调速特性。称为调速特性。 Ttq山东交通学院山东交通学院三、两级式调速器及调速特性三、两级式调速器及调速特性（一）调速器工作原理（一）调速器工作原理 山东交通学院山东交通学院（二）调速特性（二）调速特性T Ttqtq 曲线始段和曲线始段和末段调速器起作末段调速器起作用曲线的作用点用曲线的作用点取决于弹簧取决于弹簧S S1 1和和S S2 2的预紧力，调的预紧力，调速器本身不用换速器本身不用换档。因此，中段档。因此，中段曲线为柴油机的曲线为柴油机的外特性曲线。外特性曲线。1-外特性；外特性；2、3、4-部分特性部分特性两极调速器的调速特性两极

30、调速器的调速特性山东交通学院山东交通学院调速器的工作指标调速器的工作指标1 1、稳定调速率、稳定调速率2 2式中：式中：n n1 1为突变前发动机的稳定转速；为突变前发动机的稳定转速；n n3 3位突变后发动机的稳定位突变后发动机的稳定转速；转速；n n为发动机的标定转速。为发动机的标定转速。 2 2反映扭矩曲线的陡缓程度：反映扭矩曲线的陡缓程度： 2 2小小 扭矩曲线陡扭矩曲线陡 转速回复到稳定点的能力强。转速回复到稳定点的能力强。nnn132山东交通学院山东交通学院2、瞬时调速率、瞬时调速率11式中：式中：n1为外界阻力突变前发动机的稳定转速；为外界阻力突变前发动机的稳定转速；n2为为外界阻力突变后发动机的最大或最小瞬时转速；外界阻力突变后发动机的最大或最小瞬时转速；n为发动机的标定转速。为发动机的标定转速。 1反映转速波动的大小：反映转速波动的大小： 1大大 转速波动转速波动大，易游车。大，易游车。nnn121山东交通学院山东交通学院作业作业1、什么是调整特性？、什么是调