第六章 发动机的特性

1、第六章第六章 发动机的特性发动机的特性6-16-1 发动机工况和性能指标分析式发动机工况和性能指标分析式一、 发动机工况 发动机的运行情况，简称工况。工况以功率 和转速 n 来表示。工况 Ne，转速 n。 发动机的工况分为点工况、线工况和面工况。发动机稳定工作的条件：扭矩与阻力矩相等。二、发动机特性二、发动机特性发动机性能指标随调整运转工况而变化的关系称为发动机特性。三、三、 发动机性能指标分析式1 .pkevim1 2. 汽油机mivtqkT2 柴油机bkTmitq23. nkPmive34. miekb145. nkBv56-26-2 发动机台架试验发动机台架试验一、试验台装置一、试验台装

2、置 组成、装配关系、固定、支承。实验台固定于坚固、防震的混凝土基础上。为保证发动机能迅速拆装和对中，安装发动机的铸铁支架和底板常做成可调节高度和位置的形式。发动机曲轴与测功器转子轴用联轴节连接。通过测功器和转速表所测数据，可以计算出被测发动机的功率。为保持发动机工作时水温不变，设有专门可调水量的冷却系统。燃料由专用油箱通过油量测量装置供给发动机的燃料供给系。实验室有特殊的通风装置和消声装置，以排出发动机的有害排放气体，降低室内噪声。二、制动测功装置二、制动测功装置测功器测功器 1.水力测功器组成：三部分 定子外壳，转子轴，测量机构。定子外壳通过轴承支撑在支架上，外壳可以摆动。定子外壳内装有水。

3、水量可调。发动机曲轴通过连接装置与转子轴固定一起，同轴旋转。通过测量使外壳摆动的力可知水施加在曲轴上的阻力矩。在发动机转速一定时，该阻力矩即为发动机的输出扭矩。调节水量即可改变发动机的阻力矩，即改变输出扭矩。平衡式电力测功器与电涡流测功器测量原理与水利测功器基本相同，所不同的是施加阻力的形式不一样。二者均为电磁力矩。三、耗油率的测量三、耗油率的测量方法：容积发，质量法。1.1. 容积法：容积法：通过测量消耗一定容积的燃油所花费的时间，然后通过公式计算得到。燃油消耗量按下式计算tmB6 . 31000PeBbe式中 t消耗 V（mL）燃油所需时间（s） ；Pe消耗 V（mL）燃油时测量的有效功率

4、（kW） ；B小时耗油量（kg/h） ；be有效燃油消耗率g/（kWh）。2. 质量法通过测量消耗一定质量的燃油所花费的时间，然后通过公式计算得到。tmB6 . 31000PeBbe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）。四、台架试验综述四、台架试验综述（一）概述（一）概述试验内容：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。 试验标准：国际标准化组织标准；各国的国家标准。我国的试

5、验标准我国的试验标准1984 年颁布机械工业部标准汽车发动机试验方法（JB374384），1987 年制定颁布的内燃机台架性能试验方法 试验方法（GB1105.21987），内燃机台架性能试验方法 测量方法（GB1105.31987），国家汽车行业标准汽车发动机性能试验方法（QC/T5241999），汽车发动机可靠性试验方法（QC/T5251999），汽车发动机定型试验规程（QC/T5261999），汽车发动机性能试验方法（GB/T182972001），其中对性能试验、可靠性试验和现生产的发动机抽查试验等有关事项，如功率标定、性能试验项目、可靠耐久性试验规范、出厂试验内容、测试设备和精度及试验

6、方法等都作了详细的规定。 （二）功率标定（二）功率标定发动机铭牌上标定的功率，为使用中允许的最大功率。是制造厂根据具体用途在规定的额定转速下所规定的功率。1 1）15MIN15MIN 功率功率 为发动机允许连续运转 15MIN 时的最大有效功率。 2 2）1H1H 功率为发动机允许连续运转 1H 的最大有效功率。3 3）12H12H 功率功率为发动机允许连续运转 12H 的最大有效功率。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。 （三）大气修正（三）大气修正大气状态：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。标准环境状况：标准环境状况：大气压 PC=10

7、0KPA，相对湿度为 30%，环境温度 T=298K 或 25。大气修正：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。6-3 发动机负荷特性一、 汽油机的负荷特性 转速 n 不变，发动机的经济性指标随负荷变化的关系。 如: 在不换档情况下，汽车上坡时加大油门，下坡时关小油门，而维持发动机转速 n 不变，这时发动机沿负荷特性工作。（一） 定义 转速 n 不变，汽油机的经济性指标随负荷 节气门开度变化的关系。（二） 特性曲线1 曲线eb miekb14 负荷 节气门开度 , 曲线陡。mieb 负荷 为发出最大功率 1, 燃烧不完全 。eb2 曲线B 负荷 B 负荷，开度

8、 7080%时 化油器中省油器（或多腔分动化油器的副腔）开始起作用, 使混合气变浓, = 0.80.9 。B二 柴油机的负荷特性（一） 定义 转速 n 不变，柴油机的经济性指标随负荷 油门开度变化的关系。（二） 特性曲线1 ，曲线im 负荷 b 燃烧完全程度 。i 负荷 b , 基本不变 。iPmPimmPP12 曲线eb miekb14 负荷 b ， 。mige 负荷 b 燃烧恶化 ， 。mieb 若负荷 冒黑烟、积炭, 发动机过热, 故障, 寿命。3 曲线上的特征点ge1 点 。mineb2 点 排黑烟, 冒烟界限点。 标定功率的选择： 车用柴油机 定在冒烟界限处，即 2 点。 拖拉机柴油

9、机 定在冒烟界限 2 点以内。3 点 点。maxeP 过 3 点 ， 。BebeP 选择气道、燃烧室结构, 调整燃料供给系统, 常以负荷特性作为标准。三 汽油机与柴油机负荷特性曲线分析1 同一 n 下：（1） 经济性好。min, eb（2） 曲线平缓 负荷变化较广时, 能保持较好的经济性。 柴油机比汽油机低, 且曲线平缓。min, eb 所以，柴油机的经济性比汽油机的好。2 从负荷特性曲线可知, 小负荷时, 。eb 所以，在功力性满足的前提下, 不宜装功率过大的发动机, 以求 避eb 免大马拉小车。3 全面评价经济性, 应作出不同 n 下的许多负荷特性曲线 万有特性曲线。6-4 发动机速度特性

10、 发动机节气门开度 （ 或油门开度 ） 不变，发动机性能指标随转速 n 变化的关系。 如：汽车爬坡或阻力变化时, 节气门 （ 或油门 ） 开度不变, n 随外界负荷的变化而变化。外界负荷大, n, 外界负荷小, n, 这时发动机沿速度特性工作。一 汽油机的速度特性（一） 定义 汽油机节气门开度固定不变，汽油机性能指标随转速 n 变化的关系。 外特性 （全负荷的速度特性） 节气门全开 （ 100% ）, 测得的速度特性。 部分负荷速度特性 节气门固定在部分开启位置, 测得的速度特性。（二） 外特性曲线1. Ttq曲线 mivtqkT2 n b （ 不多 ） mivtqkT 2（1） n 气流惯性

11、 ；n 节流损失 。vvv（2） n 气流运动 混合气形成改善 ；ii n 燃烧时间，燃烧恶化 。i（3） n 。mm（4） Ttq 低速时: v n 使 Ttq变化不大, 略有；i m 高速时: n 使 Ttq。i m2. Pe 曲线 低速时: n Ttq （ 不大 ）, 但 Pe Ttq n Pe； 高速时: n Ttq Pe （ 不大 ）。3. be 曲线 miekb14 低速时: n ，大于 be （ 不大 ）；imim 高速时: n ， be 。im 有一个对应的 n, 整个曲线变化不大。min, eb4. B 曲线 nkBv5 低速时: n ，n B （ 不大 ）；v 高速时: n

12、 ，n B。v B 曲线先缓后陡。（三） 外特性的意义1. 后备功率 后备功率大, 爬坡、加速性好。 但后备功率过大, 则常用工况在低负荷区, 经济性差。 图中 A 点，后备功率为零。2 最大 Ttq 时的 n 最大 Me 时的 n 越低, 克服外界阻力能力越强。 A、B 发动机的相同，但 A 机所对应的 n 比 B 机低。当外界阻力矩max,tqTmax,tqT为 R1 时，A、B 两机均在 n1 下稳定运转。当外界阻力矩增大至 R2 时，B 机发出最大扭矩在 n2B 下稳定运转，此时 A 机则在 n2A 下稳定运转。当外界阻力矩再增大至 R3 时，A 机发出最大扭矩在 n3A 下稳定运转，

13、而 B 机无法克服外界阻力矩，只能熄火。（四）部分负荷速度特性负荷 ，tqeTP,负荷越 ，越快。ntqeTP,向低速方向移动。emaxmaxP、tqT节气门开度的 75%左右时,耗油率最小。超过75%开度，混合气较浓，燃烧不完全,耗油率较高，低于 75%开度时，残余废气相对增多,燃烧速率下降,使 I 降低，耗油率高，且开度越小，耗油率曲线位置越高。 二 柴油机的速度特性（一） 定义 油量调节机械 （ 油门拉杆或齿条 ） 位置固定不动, 柴油机性能指标随转速n 变化的关系。 外特性 （ 全负荷的速度特性 ） 油量调节机构固定在标定功率循环油量位置时, 测得的速度特性。 部分负荷速度特性 油调节

14、机构固定在小于标定功率循环供油位置时, 测得的速度特性。（二） 标定功率 对于非增压发动机来说, 最大功率要受到平均有效压力和转速两方面的限制。一台发动机的功率究竟标定多大才适合, 这要根据发动机特性和具体用途、使用特点及寿命和可靠性要求而人为确定, 根据我国情况, 国家标准规定了发动机标定功率分为下列四级1 15 分钟功率 允许发动机连续运转 15 分钟的最大有效功率。2 1 小时功率 允许发动机连续运转 1 小时的最大有效功率。3 12 小时功率 允许发动机连续运转 12 小时的最大有效功率。4 持续功率 允许发动机长期连续运转的最大有效功率。 每台发动机都应按用途在铭牌上标明上述四种功率

15、的两种及相应的转速。 车用 常用 15 分钟, 1 小时或 12 小时功率中的两种作为铭牌功率。作为特性实验时, 应把两种标定功率的外特性全做出来。 国家规定： 车用柴油机, 除作外特性外, 还应作标定功率的 90%, 75%, 50%, 25%的部分速度特性实验。 一般柴油机只作外特性就可以了。 时间越短, 功率值应越大。如：15 分钟功率比 12 小时功率大。（三） 外特性曲线1.Ttq 曲线 mitqbkT2（1） n ；n 。vvv（2） b n b （ 油泵速度特性 ）。（3） n b， 。v（4） n ；n 燃烧时间， 。iii（5） n 。mm（6） Ttq , 不如 快, im

16、vv 使曲线平缓。2kTtq2. Pe 曲线 nTPtqe Ttq 曲线平缓 Me 基本是常数，则 n Pe 几乎是成直线关系。3.曲线eb miekb13 低速时: n ， be （ 不大 ）；im 高速时: n ， be 。im 有一个对应的 n, 整个曲线变化不大。min, eb4. B 曲线 nkBv5 低速时: n ， B；v 高速时: n ， B。v整个 B 曲线较陡。（四）部分负荷速度特性（四）部分负荷速度特性随油量调节机构位置向减小供油量方向移动时，循环供油量减小，使部分负荷速度特性的Pe、 Ttq值低于外特性。但随着负荷减小，循环供油量随转速的变化趋势基本不变，使部分负荷速度

17、特性的变化趋势同外特性相似，所以柴油机的部分负荷速度性的Pe、Ttq曲线是随负荷的减小，大致平行下降。耗油率曲线的变化趋势基本同外特性。当负荷为 75%左右时，曲线位置最低。（五）扭矩特性1.扭矩储备系数 和适应性系数 K %100maxtqtqtqTTT tqtqTTKmax, K n时, Ttq快 不换档情况下, 克服短期超载能力强。2.2.转速储备系数转速储备系数21nnnn1标定工况转速；n2最大扭矩转速。最大扭矩转速 ntq 越低，n 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。 一般，汽油机 n=1.152.0 ，柴油机 n=1.52.0 。6-5 发动机万有特性一

18、特性曲线 以转速 n 为横坐标，以扭矩 Ttq 或平均有效压力 Pme 为纵坐标，在图上画出许多等耗油率曲线和等功率曲线，组成发动机万有特性。 外特性曲线 ABCD。A：调速手柄最大位置，外界阻力矩 R = 0， 最高空转转速点。B：发动机标定功率点，。maxbC：最大或 Ttq 点, 由此可得扭矩储备系pe数 和适应性系数 K。D：外特性上最低稳定转速点。 最低空转点 怠速点, 图中未标出。二 曲线的制取 （一） 等曲线 作图法eb1 在n 图上画出 ABCD 外特性曲线 等曲线不能超出此范围。peeb2 n 图上的纵坐标与 图上的纵坐标比例尺必须相同。pepeebpepe3 在 图上做出数

19、条负荷特性曲线，做直线 等曲线与这些负ebpe1 , ebeb 荷特性曲线相切、相交于一点或两点。从相切、相交点引平行线至n 图。pe 从n 图上的相应 n 点引垂直线与平行线相交。用光滑曲线连接n 图pepe 上的这些交点，即为万有特性曲线的等曲线。1 , eb（二） 等曲线 解析法eP npkniVpPehee310302 nkPpee 取一个 Pe 值, 可以做出一条曲线 等 Pe 曲线，再取一个 Pe 值, )(nfpe又可以做出一条等 Pe 曲线 等 Pe 曲线为一组双曲线。三、 分析1.最内层的等曲线相当于最经济的区域。曲线越向外, 越大。ebeb2.若曲线沿横向较长, 则说明在负

20、荷变化不大, 而 n 变化较大的范围内, 变化eb 较小。 适于车用, 其最经济区大约在万有特性曲线的中间偏上位置。 若曲线沿纵向较长, 则说明在 n 变化不大, 而负荷变化较大的范围内, 变eb 化较小。 适于拖拉机用, 其最经济区大约在万有特性曲线的上部。3. 若万有特性不能满足使用要求, 则需调机或重新选机。6- 6 发动机调速特性一、 装调速器的必要性 为防止高速飞车和低速熄火。二 全程式调速器 在整个发动机工作范围内，调整扭矩特性。 （一） 工作原理 调速飞球在推力盘上的导向槽中滚动, 两球始终相触, 右边推力盘没有左右向移动, 只有转动。共有 12 个飞球, 一边 6 个, 一共 3 付。1. 当发动机在某一转速 n 下运行时, 飞球受离心力作用, 对推力盘有一正压力, 水平方向分力与弹簧力相平衡, 油门拉杆固定在推力盘 5 上, 转速就稳定在这 种状态下。 n 小球受离心力作用加大, 对推力盘的正压力加大当外界负荷 使推力盘 5带动油门拉杆向左移动 供油量b，