第4-3 内燃机速度特性

1、4-3 内燃机的速度特性内燃机的速度特性反映的是内燃机的性能指标随转速的变化关系。在汽车行驶过程中，若司机将油门踏板位置保持一定，由于道路阻力不同，汽车的行驶速度就会改变，上坡时汽车速度逐渐降低，下坡时速度增加，这时内燃机即沿速度特性工作。 4-2-1 汽油机各参数随转速变化的汽油机各参数随转速变化的特性分析特性分析 （1）充气系数充气系数v：曲线呈上凸形，v在某一中间转速时最大，此时能最好地利用“惯性进气”，n，进气“回流”，n，流动阻力（“节流”）。 （2）排气压力排气压力pr；n，排气节流阻力，排气终了pr （3）过量空气系数过量空气系数：一般其随转速变化很小。 （4）指示效率指示效率i

2、：低速和高速时i均有所降低，低速时，进气流速低，油气混合和雾化不匀，缸内扰流也低，燃烧缓慢，散热增加，i下降，随转速n有所改善，转速很高时，充气效率下降，残余废气量增加，燃烧时间延长，后燃烧增多，i下降。 （5）平均指示压力平均指示压力pi：pi ，低速时，v，i均低，pi较小，随着转速，pi，n很高时，v和i都明显降低，pi也降低。 （6）平均有效压力平均有效压力pe： pe ，低速时，v、i均低，但m高，pe较大，随着n，v和i，m下降很少，pe有所增大，在高n下，v、i、m均，pe很快。vimvi小结：从发动机角度， 提高低速段和高速段的热效率和充气效率。怎样提高？2. 从经济性匹配使用

3、角度，使发动机尽量工作在中等转速范围。4-2-2 汽油机的速度特性汽油机的速度特性 汽油机节气门（油门）开度固定不动，其动力性能与经济性能随转速变化的关系称为。它包括全负荷时的速度特性（它包括全负荷时的速度特性（）和部）和部分负荷时的速度特性（分负荷时的速度特性（）两大类）两大类，节气保持全开时所测得的速度特性即为外特性，节气门部分开启时所测得的速度特性则为部分（速度）特性。部分特性曲线有无数条，而外特性只能有一个。 一、外特性一、外特性 汽油机外特性曲线上的每一点表示发动机在此转速下所能发出的最大功率和最大扭矩，所以代表着发动机的最高动力性能。外特性根据试验条件的不同可分为两种： （1）试验

4、时发动机不装风扇，空气压缩机，空气滤清器及消声器等附件，仅带维持运转时所必须的附件时所输出的功率称为总功率总功率，此时测得的全负荷速度特性称为。国产发动机的特性数据大多是采用这种方法测得的。 （2）试验时，发动机带全套附件时所输出的功率称为有效功率或净功率净功率。此时测得的全负荷速度特性则称为。 下面对汽油机外特性的几条特性曲线（Ttq、Ne、ben）的形状及其影响因素进行简要分析。图图3-1 汽油机不同节气门开度（负荷）时的速度特性曲线汽油机不同节气门开度（负荷）时的速度特性曲线 1、扭矩曲线、扭矩曲线Ttq=fm(n) 如图3-1所示，扭矩曲线是一条上凸的曲线，在n=nm时，扭矩达到最大值

5、，根据公式 ，可知Ttq随转速n的变化决定于 随n的变化。 vmitqKT2vmi 指示热效率指示热效率i 的变化是在某一的变化是在某一中间转速略为凸起，高速与低速时中间转速略为凸起，高速与低速时i 均有所降低均有所降低。低速时，进气流速低，油气混合和雾化不均匀，缸内气流扰动减弱，火焰传播速度降低，散热及漏气损失增加，造成i下降，此现象随转速的增加而改善，因此，转速增高i增大，但当转速很高时，燃烧所占的曲轴转角大，后燃增多，燃烧效率低，所以i反而降低。 随着转速的增加，由于化油器主量孔等处的节流作用等因素的影响而使也有所增加，因而i/随转速而变化的幅度很小。 充气效率充气效率v曲线也是上凸形曲

6、线也是上凸形，在某一中间转速时最大，此时能最好地利用惯性充气，当转速高于或低于此转速时，v都将降低。低速：进气回流。高速：流动损失“节流”。 机械效率机械效率m随转速的上升而下降随转速的上升而下降。因为随着转速增加，机械损失功近似正比于n而增大，因而m下降。 综合起来，机械效率综合起来，机械效率m和充气效率和充气效率v的共同作用决定了的共同作用决定了发动机扭矩随转速而变化的特性。发动机扭矩随转速而变化的特性。当转速较低时，扭矩曲线与充气效率曲线相似，而转速较高时，机械效率m下降过多而使扭矩曲线相对于充气效率向下偏离较远。 2、功率曲线、功率曲线Ne=f(n) 发动机功率与其扭矩有直接关系 。当

7、转速从很低值增加时，由于Ttq和n同时增加，Ne迅速增加，直至扭矩达到最高点再继续提高转速，由于Ttq有所下降，Ne上升逐渐变慢，至某一转速后，Ttqn达最大值，Ne不能再增加，若再增加转速，由于Ttq的降低已超过n的上升，功率Ne反而下降。（汽油机的功率特性曲线会出现低头的现象）9550nTNetq 3、比油耗曲线、比油耗曲线be=f(n) 比油耗曲线是一条形如鱼钩的曲线。 在低速区i较低，m影响较小，be较大，在某一中间转速时，达到最小值，当转速提高时，m迅速减小，从而使得be线很快上升。 外特性be曲线的最低点的油耗值代表发动机经济性能水平，是发动机设计的一个重要指标。miueeKHb1

8、106 . 336 二、部分速度特性二、部分速度特性 汽车大部分时间是在部分负荷下工作的，因此，发动机的部分负荷速度特性对汽车的经济性有非常重要的影响。 随着节气门关小，进气节流损失增大，进气终了时压力pa下降，从而引起v下降，而且随着转速的提高，节流作用也会加强，使得充气效率v更快地下降。图图3-2 v、m随节气门开度和转速的变化关系随节气门开度和转速的变化关系 机械效率m也是随着节气门的关小而急剧下降的，因为m=1 ，同一转速下pm的变化随节气门关小的变化不大，而pi则随节气门关小急剧下降，因而m也急剧下降，如图3-2所示。 节气门关小以后，充气系数下降，残余废气系数增大，燃烧期延长，相对

9、热损失增加，因而指示热效率i下降。其变化情况还与化油器的调整特性有关。汽油机部分速度特性如图3-1所示，节气门开度减小，扭矩节气门开度减小，扭矩Ttq随转速随转速n增加而迅速增加而迅速下降，下降，比油耗be（ ）则视实际情况而变动。同时，由于节气门关小时i和m随n变化的速率增加，使（i，m）max点向低速区移动，因而使得部分特性图上的有效比油耗最低点部分特性图上的有效比油耗最低点向左移动，同样，最大功率点和最大扭矩点也均向低速方向向左移动，同样，最大功率点和最大扭矩点也均向低速方向移动移动。 imppmi1 4-4-2-3 柴油机各参数随转速变化的特性分析柴油机各参数随转速变化的特性分析机械式

10、供油机械式供油 （1）残余废气函数残余废气函数 ：高低速时废气新气的比例基本保持不变，不变。 （2）充气系数充气系数v：也存在“惯性充气”，“回流”和“节流”现象。无节流阀，v比汽油机高，而且随转速变化不明显，总的趋热与汽油机基本相同。 4-4-2-3 柴油机各参数随转速变化的特性分析柴油机各参数随转速变化的特性分析机械式供油机械式供油 （3）每循环供油量每循环供油量gb（g）：随转速增加而增大，由油泵供油特性所决定。n，燃油节流，（回油时）gb。 （4）过量空气系数过量空气系数：新气量随转速变化不大。 n， gb， （装有油量校正装置时，按校正特性变化）。 （5）指示效率指示效率i：n低，油

11、压低，雾化度、贯穿度小，散热时间长，i降低，i随n而。 但n过高时燃烧时间相对变慢，后燃加重，导致i 。 （6）平均指示压力平均指示压力pi：piig，低速时，i与g，n，i、g，pi。高速时i，pi缓慢下降 （7）平均有效压力平均有效压力pe：pe=mpi，n，m，pi, pe变化不明显。低中速时， n ，pi快，m少，pe随n而；高n、m快，pe。 小结：从发动机角度， 提高低速段和高速段的热效率。2. 从经济性匹配使用角度，使发动机尽量工作在中等转速范围。4-4-2-4 柴油机的速度特性柴油机的速度特性 柴油机的喷油泵油量调节机构（油门拉杆或齿条）位置固定不动时其各项性能参数随转速的变化

12、关系称为，它也包括标定功率速度特性（亦称外特性）和部分速度特性两大类。 标定功率标定功率是使用中允许的最大功率，它一般应根据用途、使用负荷的情况而定，其油量调节机构的位置按燃料调节特其油量调节机构的位置按燃料调节特性确定性确定。对一具体使用柴油机的标定功率速度特性亦只有一条，它代表该机在使用中允许达到的最高性能。 由于柴油机负载调节的方式为质调节，与汽油机（量调节）有根本的区别，这就使得柴油机的速度特性与汽油机速度特性表现出较大的差别，下面对柴油机的速度特性曲线进行分析，并与汽油机速度特性曲线作一比较。 一、标定功率速度特性曲线（外特性曲线）一、标定功率速度特性曲线（外特性曲线） 柴油机的外特

13、性与部分负荷时速度特性（如图3-3所示） 1、扭矩曲线、扭矩曲线Ttq=fm(n) 与汽油相比，柴油机的扭矩曲线较为平坦。 Ttq=K2 柴油机的扭矩特性很大程度上决定于循环供油量gb（g），并不直接依赖于充气效率v。因为每循环充气量的大小即v的大小只不过提供产生多大扭矩的可能性，但各种转速下，究竟能发出多大的扭矩，主要看循环供油量g的多少。当油量调节机构位置一定时，柱塞泵的循环供油量g随转速的变化由油泵速度特性决定，随着转速的增加，g也增加。mivmigK2图图3-3 柴油机速度特性图柴油机速度特性图 指示热效率i的变化是某一中间转速时稍有凸起，转速低时喷射压力低，燃料雾化度、贯穿不够，空气

14、涡流弱，燃烧不良，传热漏气损失较大，i较低，随着转速的升高，i有所增大，但转速过高时，燃烧相对变慢，使大量燃料在后燃期燃烧，导致i下降，一般的柴油机，当转速增加时，由于g和i（高速时下降）的上升，常可与m的下降相抗衡而使Ttq曲线很平坦。 2、功率曲线、功率曲线Ne=f(n) 柴油机的功率曲线与汽油机相似 Ne=K1Men=K1gim n 在某一高转速时尽管im随转速的增加而下降很多，但仍然可能由于未能抵消g*n的增加而使Ne继续增加，实际上，柴油机的功率曲线在标定转速以下工作时是一条不柴油机的功率曲线在标定转速以下工作时是一条不“低头低头”的曲线。的曲线。 3、油耗曲线、油耗曲线be=f(n

15、) 柴油机的比油耗曲线也是一条下凹的曲线柴油机的比油耗曲线也是一条下凹的曲线。当转速从最高转速下降时，i和m均有所增加，所以be随转速的下降而略有降低，转速过低时，i下降较多（i的下降弥补不了m的上升），因此be稍有升高，但整个曲线变化并不很大。 二、部分速度特性二、部分速度特性 柴油机的部分速度特性与汽油机相差较大。柴油机的负荷降低只是减小供油量，对空气量的影响不大（v基本不变），同时循环供油量g、指示效率i及机械损失功率随转速的变化关系都很少受负荷的影响，因而不同负荷（油量调节机构位置）时的扭矩曲线、功率曲线和比油耗曲线都几乎是平行的。 三、柴油机各参数随转速变化的特性分析三、柴油机各参数

16、随转速变化的特性分析高压电控供高压电控供油油15002000250030003500050100150200250300101020304050607080转 速 /rpm转矩/N.m速 度 特 性外 特 性 6、柴油机各参数随转速变化的特性分析、柴油机各参数随转速变化的特性分析高压电控供油高压电控供油1000150020002500300035004000200250300350400450500550600101020304050607080转 速 /rpm耗油率/(g/kW.h)速 度 特 性小结：1. 从经济性匹配使用角度，对小负荷工况，在中低转速工况工作。4-4-2-5 内燃机的扭矩

17、特性内燃机的扭矩特性 汽车发动机的动力储备是指发动机转速下降时（例如外汽车发动机的动力储备是指发动机转速下降时（例如外界阻力的增加），其扭矩自动增加的性能界阻力的增加），其扭矩自动增加的性能。正是由于这种动力储备的存在，才能使汽车不换挡的情况下适应道路状况的变化，得以正常的行驶，因此，车用内燃机必须具备这种扭矩特性，这也是车用内燃机动力性能的一个重要方面。 一、扭矩储备系数一、扭矩储备系数 用外特性扭矩曲线上的若干特征点，可以表达发动机扭矩的适应性 ： 扭矩储备系数： maxmnTKTmaxnnTTT Km或是评价内燃机扭矩特性的重要指标。 Km或越大，表明两扭矩之差（MmaxMn）值越大，随

18、着转速的降低，扭矩Ttq（Me）增加越快，因而在不换挡的情况下，克服短期超负荷（阻力矩变化增加）的能力就越强。 汽油机的外特性扭矩曲线随转速增加而下降较快，其值为1030%，Km值达1.21.4，因而可以满足汽车的使用要求。 柴油机扭矩曲线较为平坦，值较小，Km值一般不超过1.05，所以若不予以校正，较难以满足汽车拖拉机工作需要，如果采用相应的校正措施，则可大大地提高值，例如用出油阀校正器，可使值达到5%，用斜面校正器，值可达12%，采用弹簧校正器时，值可达1524%，当然这样大的扭矩储备系数是以牺牲标定功率为前提的。实际应用中应根据需要来进行扭矩特性的校正。 上述对电子控制柴油机适用吗？上述

19、对电子控制柴油机适用吗？ 二、转速适应性系数二、转速适应性系数 Kn的大小也影响到发动机克服阻力的潜力，与最大扭矩Ttqmax（Memax）相应的转速nm越低，即Kn越大，在不换档的情况下，克服阻力矩增加的潜力也就越大，它实际上是反映发动机利用内部运动机件来克服阻力的能力。 一般地汽油机Kn为1.153.80，柴油机为1.22.0。 综合考虑扭矩适应性与转速适应性，得出 K=KmKn 显然，K值越大表明发动机不换挡时所能克服的阻力矩能力愈大，不同用途的内燃机对扭矩的要求不同，应根据其使用特点选择合适的扭矩特性。 mnnnnK TtqR阻力矩，阻力矩，Ttq驱动力矩驱动力矩曲线曲线1、2、3三种

20、发动机转三种发动机转矩速度特性，矩速度特性，哪一种的负载哪一种的负载适应性最好？适应性最好？ 拖拉机：负载变化大而急剧，要求较大扭矩储备的扭矩曲线。 市内公汽：加速性能对车速影响不大，应选有一定扭矩储备的扭矩特性。 中高级轿车：要求高速性能，高速大扭矩，选用最大扭矩出现在高转速下的扭矩特性。4-4-2-6 汽车发动机速度特性的调整汽车发动机速度特性的调整 汽车要在道路情况变化的条件下行驶时保持相对的稳定性，要求汽车在不换挡的情况下具有克服短期阻力变化的能力，而且还要求汽车能在宽广的动力与转速范围内具有低的燃油耗量，以使汽车具有良好的动力性与燃料经济性。 要满足这种要求，汽车发动机的速度特性应该

21、如图3-4所示，这样的速度特性即为，图中，发动机功率为一条水平直线，扭矩曲线则为一条单边双曲线发动机功率为一条水平直线，扭矩曲线则为一条单边双曲线（Ne=Ttqn），这样的动力曲线能够保证车用发动机在任意阻力条件下行驶自如，变速箱也可以取消。同样，比油耗曲线比油耗曲线为水平直线为水平直线，能保证在宽广的转速范围内汽车具有良好的经济性。图图3-4 汽车发动机理想的速度特性汽车发动机理想的速度特性 理想的汽车动力理想的汽车动力特性应该是什么特性应该是什么样的？试画出来。样的？试画出来。 显然，不管是汽油机，还是柴油机，要实现汽车发动机的这种理想速度特性是非常困难的，对于汽油机，由于其量调节的特点，使其空燃比随转速而变化很小，因而其上凸的充气效率曲线基本上确定了它的扭矩曲线的形状，对于柴油机，虽然可以通过控制供油特性来保证理想的扭矩曲线，但在低速时喷射过多的燃油必将引起发动机冒黑烟，经济性显著下降，因此，无论哪种发动机，要保证水平的油耗线都是困难的，要满足汽车经济性的要求，只能通过合理地匹配汽车底盘与发动机之间的参数，使汽车的常用工况