第5章发动机特性

1、第五章第五章 发动机的特性发动机的特性n5-1 概述概述n5-2 发动机的负荷特性发动机的负荷特性n5-3 发动机的速度特性发动机的速度特性n5-4 发动机的转矩特性发动机的转矩特性n5-5 柴油机的调速特性柴油机的调速特性n5-6 发动机的调整特性发动机的调整特性n5-7 发动机的万有特性发动机的万有特性n重点与难点重点与难点n负荷特性负荷特性n速度特性速度特性n万有特性万有特性nTPtqe5-1 概述概述一、发动机的工况发动机的工况 发动机实际运行的工作状况，简称工工况况。可由下式表征发动机运行工况1、发动机的工况分类、发动机的工况分类n第一类工况，其特点第一类工况，其特点是发动机的功率变

2、化是发动机的功率变化时，转速几乎保持不时，转速几乎保持不变。变。n第二类工况，其特点第二类工况，其特点是发动机的功率与转是发动机的功率与转速接近于幂函数关系。速接近于幂函数关系。n第三类工况，其特点第三类工况，其特点是功率与转速都在很是功率与转速都在很大范围内变化。大范围内变化。2、有关定义、有关定义n发动机的特性发动机的特性，就是指发动机性能指标随参数调整情况或运转工况的变化规律。n性能指标随参数调整情况变化的特性称为调调整特性整特性，如点火提前角调整特性、供油提前角调整特性等。n性能指标随运行工况而变化的特性称为，如负荷特性、速度特性等。n用来表示特性的曲线称为特性曲线特性曲线，它是评价发

3、动机的一种简单、直观、方便的形式。l发动机的功率标定，是指制造企业根据发动机的用途、寿命、可靠性、维修与使用条件等要求，人为地规定该产品在标准大气条件下所输出的有效功率以及所对应的转速，即标定功率与标定转速。二、发动机的功率标定二、发动机的功率标定我国发动机的功率可以分为四级n(1)15分钟功率分钟功率n发动机允许连续运转15分钟的最大有效功率。n(2)1小时功率小时功率n发动机允许连续运转1小时的最大有效功率。n(3)12小时功率小时功率n发动机允许连续运转12小时的最大有效功率。n(4)持续功率持续功率n发动机允许长期运转的最大有效功率。nKPmitace1有效功率mitactqKT2有效

4、输出转矩miteKb13有效燃油消耗率nKBac4每小时耗油量三、发动机性能指标分析式三、发动机性能指标分析式5-2 n负荷特性负荷特性：转速不变，发动机的经济性指标随负荷而变化的特性。n用曲线的形式表示负荷特性负荷特性曲线负荷特性曲线n测取测取：发动机台架试验 调整测功器负荷的大小，并改变循环供油量，以保持发动机的转速不变，待工况稳定后，依次记录不同负荷下的有关数据，整理得到性能曲线。n如测出不同转速下的多个负荷特性曲线，便可根据这些特性曲线得到发动机的另外一个重要的特性万有特性。 一、柴油机负荷特性一、柴油机负荷特性 1、定义定义:柴油机转速一定，改变每循环供油量，每小时耗油量B、有效燃料

5、消耗率be随负荷（Pe、Ttq或pme）而变化的关系。 2、柴油机负荷调节方法称为“质调节质调节”。 3、柴油机负荷特性曲线分析、柴油机负荷特性曲线分析（1）燃油消耗率曲线）燃油消耗率曲线 根据公式 柴油机耗油率be随负荷的变化取决于it和m。 miteKb13（2）每小时耗油量）每小时耗油量B曲线曲线n转速一定时，柴油机的每小时耗油量B主要决定于每循环供油量b。随负荷增加，b增加，B随之增加。当负荷接近冒烟界限后，由于燃烧恶化，B上升得更快一些。二、汽油机的负荷特性二、汽油机的负荷特性与柴油机不同的是，在测取汽油机的负荷特性时，油量是通过改变节气门的开度来调整的，这样相应地改变了进入气缸的混

6、合气数量，而混合气的浓度变化不大，故称为“量调节”。 有效燃油消耗率有效燃油消耗率be随负荷的变化取决于it和m的变化 指示热效率:随负荷的增加而先缓慢增加，然后略有下降。 机械效率：随负荷的增加而增加。 当发动机空转时，机械效率m为零，这样燃油消耗率be为无穷大。随节气门开度的增加，指示热效率和机械效率均上升，故燃油消耗率急剧下降，在大负荷需要浓混合气，不完全燃烧加剧，指示热效率下降，燃油消耗率上升。1.有效燃油消耗率有效燃油消耗率be曲线曲线2.燃油消耗量燃油消耗量B曲线曲线 转速一定时，汽油机燃油消耗量燃油消耗量B曲线的变化主要决定于节气门开度（决定充量系数）和混合气成分（过量空气系数）

7、。 随负荷增加，节气门开度的增加，汽油机充量系数增大，进入气缸的混合气量增多；过量空气系数先缓慢上升（混合气变稀），然后缓慢下降（混合气变浓），但总体变化不是很大。 所以，B一直上升；全负荷时，混合气浓度变大，由于燃烧恶化，B上升得更快。特性差别的解释l因为两种类型发动机的机械效率变化情况基本类似，造成汽油机与柴油机燃油消耗率差异的主要原因就在于指示热效率的差异。l由于柴油机的压缩比比汽油机高出较多，其过量空气系数也要比汽油机大，燃烧大部分是在空气过量的情况下进行的，所以柴油机的指示热效率要比汽油机要高。这样，从数值上看，汽油机的燃油消耗从数值上看，汽油机的燃油消耗率数值高于柴油机。率数值高于

8、柴油机。5-3 n发动机的速度特性，是指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)随发动机转速转速的变化规律。 l当油量控制机构在最大位置时，测得的特性为(简称)。l油量低于最大位置时的速度特性，称为l由于外特性上反映了发动机所能达到的最高性能，确定了最大功率、最大转矩以及对应的转速，因而是十分重要的，所有发动机出厂时都必须提供该特性。 l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。特性实验时特性实验时, 应把两种应把两种标定功率的外特性全做出来。标定功率的外特性全做出来。l 国家规定：一般柴油机只作

9、外特性就可以了。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部分速度特性实验。一、柴油机速度特性一、柴油机速度特性定义定义：喷油泵油量调节机构位置保持不变，柴油机性能指标随转速n变化的关系。 外特性外特性（全负荷的速度特性全负荷的速度特性） 油量调节机构固定在标定功率供油量位置标定功率供油量位置时，测得的速度特性称为标定功率速度特性，或外特性。 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在小于小于标定功率供油量各个位置时，所测得的速度特性称为部分负荷速度特性。图7-6 7-7mitactqKT21.有效转矩有效转矩 在柴油机中，转

10、矩的大小取决于每循环供油量b、指示热效率it以及机械效率m。1)油量控制机构位置不变时，柴油机b曲线随转速的提高而增加；2)柴油机it曲线上凸；3)机械效率m将随转速的提高而降低。图7-6图7-7有效转矩的变化规律：1）转速由低向高变化时，开始略有上升；2）当超过最高点时，随转速的提高，有效转矩下降，但曲线变化平坦。2有效燃油消耗率有效燃油消耗率有效燃油消耗率随转速变化比较平坦，两端略有上翘，当i、m乘积达到最大值时，出现bemin值。3.有效功率有效功率因转矩变化较平坦，所以有效功率曲线形状主要取决于转速的变化。 4外特性外特性二二、汽油机的速度特性汽油机的速度特性定义定义： 汽油机节气门开

11、度保持不变，汽油机性能指标随转速n变化的关系。种类种类: 外特性外特性（全负荷的速度特性）（全负荷的速度特性） 节气门全开时的速度特性。 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。Ttq:曲线呈上凸形状曲线呈上凸形状 Pe: n Pe maxePbe:在某一中间转速时出现最低值图7-91有效转矩mitactqKT2图7-8 （1）充量系数充量系数 在某一中间转速时最大。因为一定的配气相位仅对一种转速最适合，此转速下能最好地利用气流惯性。其余转速时均降低，曲线为上凸形。 n 气流惯性 ；n 节流损失 。 ccc（2）指示热效率指示热效率it 转速较低时，进气流速低，紊流减弱，

12、使雾化、混合状态较差，火焰传播速度降低，散热及漏气损失增加，it较低。 转速高时，燃烧过程所占曲轴转角较大，燃烧在较大容积下进行，it也较低。但变化比较平坦，对Ttq影响较小。 （3）机械效率机械效率m 转速增加，消 耗于机械损失的功增加。因此，随转速升高，机械效率m明显下降。mitccitmTtq 低速时:n使Ttq变化不大, 略有；高速时:n 使Ttq。Ttq:曲线呈上凸形状曲线呈上凸形状2有效功率9550nTPtpenTPtqe低速时:n Ttq nTtq eP n tqnTtqeP上升缓慢maxePn eP3有效燃油消耗率有效燃油消耗率mitekb3miteb1be在某一中间转速当it

13、m乘积达到最大值时出现最低值。当转速较此转速低时，由于it上升弥补不了m的下降，使be增加。转速较此转速高时it、m均较低，be也增加。一、转矩特性定义及评价指标n汽车行驶过程中，经常会遇到阻力突然增大的情况，为减少换挡次数，要求发动机的转矩随发动机的转矩随转速的降低而增加。转速的降低而增加。n评定发动机适应外界阻力矩变化能力的指标：转矩适应性系数转矩适应性系数KT、转速适应性系数转速适应性系数Kn、转矩转矩储备系数储备系数 。v转矩适应性系数转矩适应性系数：外特性上最大转矩Ttqmax与标定转矩Ttqn之比。tqntqTTTKmax转速适应性系数转速适应性系数：标定转速n n与外特性上最大转

14、矩对应的转速nm之比。mnnnnKv转矩储备系数转矩储备系数：外特性上最大转矩和标定转矩之差与标定转矩的比值。1maxTtqntqntqKTTT汽油机的转矩特性自动适应道路阻力变化的能力较强，行驶速度比较稳定。发动机转矩与外界阻力矩在a点是平衡的，发动机将在a点对应的转速na下稳定工作。如遇上坡等阻力增加的情况，工况从a过渡到1、沿速度特性1工作的发动机驱动转矩增大了Ttq1，转速相应降低了n1。这说明驾驶员不用操作，发动机自动进行了调整，转速降低而转矩增大，以克服外界阻力的变化。二、汽油机、柴油机转矩特性对比对于另一发动机(柴油机)，其速度特性如图中曲线，由于其转矩曲线较平坦，则从工况a过渡

15、到工况2时，转速降低较多(n2n1)而转矩增大的幅度并不大(Ttq2Ttq1)。5-5 柴油机的调速特性柴油机的调速特性n柴油机负荷经常变化，当负荷突然减小时，若不及时减少喷油泵的供油量，则柴油机转速迅速增高并超出所允许最高转速，使柴油机性能恶化；n当负荷突然增大时，若不及时增加喷油泵的供油量，则柴油机转速将急速下降直至熄火；n柴油机怠速时，喷油泵供油量很少，若气缸内部阻力发生变化时，易使柴油机熄火。通过调速器可以对柴油机转速变化作出快速反应，及时调节喷油泵的供油量，保持柴油机稳定运行。一、柴油机需要调速的原因一、柴油机需要调速的原因n定义定义：喷油泵调速手柄固定，在调速器起作用时，柴油机的性

16、能指标随转速的变化关系。n表达形式表达形式：负荷特性形式 速度特性形式二、调速特性二、调速特性三、调速器的工作指标三、调速器的工作指标l调速率：瞬时调速率 稳定调速率l不灵敏度：图7-14ERnnn125-6 发动机的调整特性发动机的调整特性一、汽油机燃料调整特性n汽油机转速及节气门开度一定、点火提前角最佳时，有效功率 Pe 和有效燃油消耗率 be 随燃油消耗量 B 变化的关系，称为该转速和节气门开度的燃料调整特性。 二、汽油机点火提前角调整特性n当汽油机保持节气门开度、转速及混合气浓度一定时，汽油机有效功率 Pe 和有效燃油消耗率 be随点火提前角变化的关系，称为点火提前角调整特性。 n对应

17、于每一工况都存在一个最佳点火提前角，这时汽油机功率最大，耗油率最低。n随着负荷的减小，最佳点火提前角要增大；随着转速的增加，最佳点火提前角也要增大。三、柴油机供油提前角调整特性n在柴油机转速和喷油泵调节机构位置保持不变的条件下，柴油机有效功率和有效燃油消耗率随供油提前角的变化，称为供油提前角调整特性。n油量调节机构位置不变时，随转速的增加应加大供油提前角；转速不变时，随负荷的增加应加大供油提前角。5-7 发动机的万有特性发动机的万有特性一、万有特性的定义n发动机的多参数特性称为万有特性。n万有特性一般以转速n为横坐标，以负荷（平均有效压力pme）为纵坐标，在图上绘出若干条等燃油消耗率曲线和等功

18、率曲线。将外特性中的pme曲线或Ttq曲线画在万有特性图上构成上边界。二、万有特性的绘制二、万有特性的绘制1） 将各种转速下的负荷特性以平均有效压力pme为横坐标，be为纵坐 标 绘 制 在 一 张 图上，。2） 将负荷特性曲线图旋转90放在万有特性纵坐标轴的左侧，使同样是平均有效压力的两个坐标对齐。3）在负荷特性曲线上引若干条等燃油消耗率线与be线相交，每条线各有一至二个交点；再从每一个交点引水平线至万有特性上与负荷特性线相同转速的位置上，获得若干新交点。在每一交点上标注出燃油消耗率的数值。4）然后，更换另一转速下的发动机负荷特性，按照与3）同样的方法，得到另一转速位置下的若干交点。在交点上同样标上相应的燃油消耗率数值。 5）所有转速下的负荷特性都经过这样的转换后，依次将be值相等的点连成光滑曲线，即可得到万有特性上的等燃油消耗率线。图7-17三、万有特性的特点三、万有特性的特点l在万有特性图上，最内层的等燃油消耗率曲线相当于内燃机运转的最经济区域，等值曲线越向外，经济性越差。l等燃油消耗率曲线的形状与位置对发动机的实际使用经济性能有重要的影响。l如果该曲线的形状在横向上较长，则表示发动机在负荷变化不大而转速变化较大的情况下工作时，燃油消耗率变化较小。l如果曲线形状在