发动机原理课件-第七章 发动机特性1

1、第七章第七章 发动机特性发动机特性本章要求：本章要求：了解：了解：柴油机调速器的原理，万有特性意义。柴油机调速器的原理，万有特性意义。理解：理解：发动机特性曲线变化的原因。发动机特性曲线变化的原因。掌握：掌握：汽、柴油机特性曲线的意义，实验方法。汽、柴油机特性曲线的意义，实验方法。重点：重点：负荷特性、速度特性。负荷特性、速度特性。基本概念：基本概念：（1 1）发动机工况）发动机工况： 发动机的运行情况。发动机的运行情况。以功率以功率P Pe e和转速和转速n n来表示。来表示。常见的发动机工况：常见的发动机工况：恒速工况恒速工况( (线工况线工况) )、螺旋桨工况、螺旋桨工况( (流体阻力工

2、流体阻力工况况) )、面工况、点工况等。、面工况、点工况等。稳定工况：稳定工况：发动机性能参数不随时间而变化。发动机性能参数不随时间而变化。（2 2）发动机特性：）发动机特性： 发动机性能指标随调整情况及运转工况而变化发动机性能指标随调整情况及运转工况而变化的关系。的关系。其中随调整情况而变化的关系称为其中随调整情况而变化的关系称为调整特性调整特性如：如：柴油机供油提前角调整特性柴油机供油提前角调整特性 汽油机点火提前角调整特性汽油机点火提前角调整特性随运转情况而变化的关系称随运转情况而变化的关系称性能特性性能特性( (或使用特性或使用特性) )发动机主要特性包括：发动机主要特性包括：负荷特性

3、、速度特性负荷特性、速度特性、调、调速特性、万有特性、烟度特性、排放特性等。速特性、万有特性、烟度特性、排放特性等。第一节第一节 负荷特性负荷特性定义：定义：转速不变时，其经济性指标随负荷而转速不变时，其经济性指标随负荷而变化的关系。变化的关系。 用曲线表示用曲线表示负荷特性曲线负荷特性曲线横坐标横坐标P Pe e、T Ttqtq、P Pmeme（负荷）（负荷）纵坐标纵坐标b be e、B B（经济性指标）（经济性指标）负荷率：发动机发出的扭矩与在该转速下最大扭矩之比，负荷率：发动机发出的扭矩与在该转速下最大扭矩之比，用百分数表示。用百分数表示。一、汽油机的负荷特性一、汽油机的负荷特性（一）定

4、义与性能指标（一）定义与性能指标汽油机保持某一转速不变（点火提前角调整完好时），逐汽油机保持某一转速不变（点火提前角调整完好时），逐步改变节气门开度，步改变节气门开度， be、B随负荷变化的关系。随负荷变化的关系。汽汽油油机机性性能能指指标标（二）曲线特性（二）曲线特性（1）主主要要工工作作参参数数的的变变化化（2 2）b be e=f=f（PePe) )曲线的变化曲线的变化怠速时怠速时: : m m=0 =0 b be e= = ( ( m=1-Pm/Pi)负荷负荷r ,燃速燃速 it，m be至至b beminemin。负荷负荷a,it b be eB主要取决于节气门开度主要取决于节气门开

5、度（混合气量）和（混合气量）和a （变（变化不大化不大0.81.2）。）。二、柴油机的负荷特性二、柴油机的负荷特性（一）定义与性能指标（一）定义与性能指标 当柴油机转速不变，改变每循环供油量当柴油机转速不变，改变每循环供油量 b b（改变喷油泵（改变喷油泵齿条或拉杆位置）时，齿条或拉杆位置）时，bebe和和B B随负荷而变化的关系。随负荷而变化的关系。性性能能指指标标（二）曲线特性（二）曲线特性（1）主主要要工工作作参参数数的的变变化化（2 2）b be e=f=f（PePe) )曲线的变化曲线的变化1 1点：点：最小油最小油耗点；耗点；2 2点：点：冒烟界冒烟界线点；线点；3 3点：点：最大

6、功最大功率点。率点。三、负荷特性的意义三、负荷特性的意义1 1、评价不同类型的发动机的经济性、评价不同类型的发动机的经济性 经济性好的要求：经济性好的要求： （1 1）bebeminmin较小；较小； （2 2）负荷特性曲线在）负荷特性曲线在beminbemin附近要平坦。附近要平坦。柴油机经济性比汽油机好，柴油机经济性比汽油机好，beminbemin大约低大约低20-30%20-30%。2 2、找出提高汽车经济性的途径、找出提高汽车经济性的途径 在动力性足够时，尽量提高发动机工作时的负荷率，选在动力性足够时，尽量提高发动机工作时的负荷率，选用功率较小的发动机。用功率较小的发动机。3 3、柴油

7、机功率标定、柴油机功率标定 对车用柴油机，其功率标定应在冒烟界限点对车用柴油机，其功率标定应在冒烟界限点2 2； 对工程机械用柴油机，其功率标定在最低油耗对工程机械用柴油机，其功率标定在最低油耗点点1 1。标定工况：发动机铭牌上标出的功率与对应转速。标定工况：发动机铭牌上标出的功率与对应转速。 分别称为标定功率和标定转速分别称为标定功率和标定转速一般：标定转速一般：标定转速最大功率转速最大功率转速例如：例如：CA1091发动机说明书中表明，在发动机说明书中表明，在3000r/min时的功时的功率为率为99kW，即为标定工况。，即为标定工况。第二节第二节 速度特性速度特性本节的主要内容：本节的主

8、要内容：1.1. 汽油机的速度特性汽油机的速度特性外特性曲线外特性曲线2.2. 柴油机的速度特性柴油机的速度特性外特性曲线外特性曲线3.3. 外特性的意义后备功率、扭矩储备系数、外特性的意义后备功率、扭矩储备系数、和转速储备系数和转速储备系数一、概述一、概述1 1、速度特性定义、速度特性定义 发动机的燃油供给调节机构位置一定时，发发动机的燃油供给调节机构位置一定时，发动机的性能指标（动机的性能指标（TtqTtq、PePe、bebe）随转速而变化）随转速而变化的关系。的关系。2 2、全负荷速度特性（或称外特性）、全负荷速度特性（或称外特性）节气门开度最大或喷油泵齿条位置处于标节气门开度最大或喷油

9、泵齿条位置处于标定功率循环供油量位置时发动机的速度特性。定功率循环供油量位置时发动机的速度特性。* * *其它称为其它称为部分负荷速度特性部分负荷速度特性二、汽油机的速度特性二、汽油机的速度特性（一）外特性（一）外特性 1 1、主要工作参、主要工作参数的变化数的变化注：节气门开度注：节气门开度一定时，一定时， a基本基本不随不随n而变化。而变化。(1)(1)对对Ttq影响最大影响最大的是的是c(2) (2) Ttq曲线变化较曲线变化较 陡陡(3)(3)标定工况标定工况是最是最 大功率和所对大功率和所对 应的转速应的转速2 2、汽油机外特性曲线、汽油机外特性曲线（二）部分负荷速度特性（二）部分负

10、荷速度特性1-1-节气门全开节气门全开 节气门开度节气门开度1 12 23 34 45 5 汽油机的速度特性曲线汽油机的速度特性曲线小结：小结： 外特性曲线上每一点表示在此转速下的最大功率及最外特性曲线上每一点表示在此转速下的最大功率及最大扭矩，它代表内燃机在此转速下的最高动力性能。大扭矩，它代表内燃机在此转速下的最高动力性能。 所有汽油机均需做外特性曲线。所有汽油机均需做外特性曲线。 节气门开度为节气门开度为75左右时，耗油率曲线位置最低。左右时，耗油率曲线位置最低。 随着节气门的关小，节流损失增加，充量系数减小。随着节气门的关小，节流损失增加，充量系数减小。 部分负荷速度特性的功率和扭矩低

11、于外特性值。部分负荷速度特性的功率和扭矩低于外特性值。 节气门开度越小，节气门开度越小，Ttq曲线越陡，最大功率点向低速方曲线越陡，最大功率点向低速方向移动。向移动。三、柴油机的速度特性三、柴油机的速度特性（一）外特性（一）外特性 1 1、主要工作参数、主要工作参数的变化的变化喷油泵速度特性：喷油泵齿条位置一喷油泵齿条位置一定时定时, ,循环供油量随循环供油量随转速而变化的关系转速而变化的关系。a随随n的增加而减小的增加而减小(1) T(1) Ttqtq主要取主要取决于决于 b b的大小。的大小。(2)T(2)Ttqtq曲线比汽曲线比汽油机的油机的T Ttqtq曲线曲线平坦。平坦。(3)(3)

12、功率功率PePe几乎几乎与转速成正比增与转速成正比增加。加。2 2、柴油机外特性曲线、柴油机外特性曲线注：负荷减小，循注：负荷减小，循环供油量也减小。环供油量也减小。190%负荷负荷 275%负荷负荷 355%负荷负荷（二（二) )部分负荷速度特性部分负荷速度特性小结：小结： 一定负荷下，随转速一定负荷下，随转速n n的提高，每循环供油量的提高，每循环供油量呈线性增加。呈线性增加。 柴油机的扭矩柴油机的扭矩T Ttqtq曲线比汽油机的平坦。曲线比汽油机的平坦。 功率功率PePe几乎与转速成正比增加。几乎与转速成正比增加。 由于柴油机压缩比高，由于柴油机压缩比高，itit较高，柴油机的燃较高，柴

13、油机的燃油消耗率曲线比汽油机的平坦，最低耗泊率值油消耗率曲线比汽油机的平坦，最低耗泊率值比汽油机相应值低。负荷比汽油机相应值低。负荷7575左右时，耗油率左右时，耗油率曲线位置最低。曲线位置最低。 部分负荷速度特性的功率和扭矩低于外特性值。部分负荷速度特性的功率和扭矩低于外特性值。曲线是随着负荷的减小，大致平行下移。曲线是随着负荷的减小，大致平行下移。三、外特性的意义三、外特性的意义( (一一) )评价发动评价发动机的动力性机的动力性最大功率最大功率后备功率后备功率 外特性曲线外特性曲线汽车行驶汽车行驶阻力曲线阻力曲线后备功率后备功率部分负荷部分负荷速度特性速度特性 1 1、扭矩储备系、扭矩储

14、备系 数数 (1)(1)评价汽车不换档，评价汽车不换档，发动机克服短期超负发动机克服短期超负荷的能力。荷的能力。(2)(2) 大，工作越稳定。大，工作越稳定。 ( (汽油机汽油机T Ttqtq陡，稳定性优于柴油机。汽陡，稳定性优于柴油机。汽1030%1030%；柴；柴510%)510%)Ttqmax最大扭矩最大扭矩Ttq标定工况下的扭矩标定工况下的扭矩%100TTTtqtqmaxtq( (二二) )评价发动机的工作稳定性评价发动机的工作稳定性 K Kn n=n=na a/n/nm mn na a标定工况转速标定工况转速n nm m- -最大扭矩转速最大扭矩转速汽油机：汽油机：1.61.62.5

15、2.5柴油机：柴油机：1.41.42.02.02 2、转速储备系数、转速储备系数 K Kn n 思考题：思考题：1 1、什么是速度特性、外特性？什么是速度特性、外特性？2 2、对比汽油机和柴油机的速度特性曲线，分析各自的特、对比汽油机和柴油机的速度特性曲线，分析各自的特点和区别？点和区别？3 3、什么是扭矩储备系数？转速储备系数？、什么是扭矩储备系数？转速储备系数？4 4、外特性有何意义？、外特性有何意义？下次课内容：下次课内容：1 1、柴油机的速度特性、柴油机的速度特性2 2、万有特性、万有特性第三节第三节 柴油机的调速特性柴油机的调速特性一、柴油机上安装调速性的必要性一、柴油机上安装调速性

16、的必要性 1 1、怠速转速不稳；、怠速转速不稳； 2 2、怠速易熄火；、怠速易熄火； 3 3、高速易飞车高速易飞车 造成上述问题的根本原因是造成上述问题的根本原因是gg随转速的增加随转速的增加而增加，所以调速器工作时，而增加，所以调速器工作时，gg应随转速的增应随转速的增加而减少加而减少。二、全程式调速器二、全程式调速器1、定义：定义： 从最低从最低转速到转速到最高转最高转速都起速都起作用的作用的调速器。调速器。调速手柄调速手柄加速加速减油加油加油调速弹簧调速弹簧供油齿条供油齿条推力盘推力盘全程调速器工作原理全程调速器工作原理2、调速特性、调速特性定义定义: :在调速在调速器起作用时器起作用时

17、, ,保持调速手保持调速手柄位置一定，柄位置一定，柴油机的性柴油机的性能指标能指标(P(Pe e、T Ttqtq、b be e) )随随转速或负荷转速或负荷而变化的关而变化的关系。系。图图7-20 61207-20 6120柴油机的调速特性柴油机的调速特性1 1、定义：、定义：只在最低转速和只在最低转速和最高转速时才起作用的调最高转速时才起作用的调速器。速器。2 2、调速特性、调速特性三、两极式调速器三、两极式调速器第四节第四节 万有特性万有特性1 1、为了能在一张图上全面表示内燃机性能，经常为了能在一张图上全面表示内燃机性能，经常应用多参数特性，即应用多参数特性，即万有特性万有特性。2 2、

18、应用最广的万有特性里以速度做横坐标，平均应用最广的万有特性里以速度做横坐标，平均有效压力（或扭矩）做纵坐标。在坐标内做出若有效压力（或扭矩）做纵坐标。在坐标内做出若干条等耗油率曲线和等功率曲线，组成曲线族。干条等耗油率曲线和等功率曲线，组成曲线族。3 3、做法：、做法：柴油机通常通过负荷特性法做出万有特柴油机通常通过负荷特性法做出万有特性图，而汽油机通常用速度特性法做出万有特性性图，而汽油机通常用速度特性法做出万有特性图。图。4 4、意义：、意义：（1 1）根据）根据万有特性图万有特性图，可以看出发动机在各，可以看出发动机在各种工况下的经济性。种工况下的经济性。最内层的等油耗曲线相最内层的等油

19、耗曲线相当于最经济的区域，曲线越向外，经济性越当于最经济的区域，曲线越向外，经济性越差差。（2 2）等耗油率曲线的形状及分布情况对发动）等耗油率曲线的形状及分布情况对发动机的使用经济性有重要影响。机的使用经济性有重要影响。对汽车用发动对汽车用发动机，其最经济区域应大致在万有特性图的中机，其最经济区域应大致在万有特性图的中间位置间位置，使常用转速和负荷落在最经济区域，使常用转速和负荷落在最经济区域内，内，并希望等油耗率曲线在横向较长并希望等油耗率曲线在横向较长。EQ6100EQ6100性汽油机万有特性性汽油机万有特性 1、同时确定发动机最经济的转速和负荷。、同时确定发动机最经济的转速和负荷。 2

20、、等、等be曲线的形状与分布的影响曲线的形状与分布的影响 （1）最内层为最经济区）最内层为最经济区，曲线越向外，经济性越差。 （2）等）等be曲线横向长，转速范围宽曲线横向长，转速范围宽 等等be曲线纵向长，负荷范围宽曲线纵向长，负荷范围宽 车用发动机，其最经济区域应大致在万有特性图的中间偏上位置，并希望等油耗率曲线在横向较长。 可以结合传动系绘制整车的万有特性作为节油参考。CA6102汽油汽油机万有特性机万有特性EQD6102-1柴柴油油机机万万有有特特性性汽、柴油机万有特性比较汽、柴油机万有特性比较（1 1）汽油机：汽油机：最低油耗偏高，经济区偏小；等最低油耗偏高，经济区偏小；等b be e线在低速区向大负荷收敛，说明汽油机在低速线在低速区向大负荷收敛，说明汽油机在低速低负荷低负荷