发动机特性精品课件

1、发动机特性第1页，共33页，2022年，5月20日，4点17分，星期二第1节 发动机特性概述 定义： 一、发动机的工况 发动机的实际运转情况。 实际上，发动机工况就是研究不同运转情况下，其功率、转矩和转速三者间的变化关系。 1、发动机工况的分类 （1）点工况（负荷、转速基本不变） （2）线工况（负荷变化但转速基本不变） （3）面工况（负荷、转速在宽广的范围内变化）第2页，共33页，2022年，5月20日，4点17分，星期二 2、车用发动机的工况范围 （1）上边界线a: 最大油门位置时，不同转速下发动机所能发出的最大功率，是发动机功率的极限。 （2）右边界线b: 发动机所能承受的最高转速极限。

2、（3）左边界线c: 发动机能稳定运转的最低转速。第3页，共33页，2022年，5月20日，4点17分，星期二 （4）水平边界d 不同油门位置的怠速特性，即发动机指示功率与机械损失功率相等（Pe=0）。 （5）下边界e 发动机停机后倒拖特性（下坡时的制动能力）。 二、发动机功率的标定 标定功率： 制造厂根据发动机的使用要求（用途、寿命、可靠性、使用条件等），人为规定的该发动机在标况下允许输出的最大功率。 第4页，共33页，2022年，5月20日，4点17分，星期二 我国四个等级的发动机功率标定： 1、15分钟功率 *思考：人为规定就会存在可高可低的情况，那么汽车用发动机与工程机械用发动机标定时应

3、如何考虑？ 2、1小时功率 3、12小时功率 4、持续功率 汽车、快艇等 工程机械、船舶等 机车、移动发电机组等 农用机械、固定发电机组等 需要注意的是：实际使用过程中，发动机功率超出标定功率或标定功率下超出规定的时间，并不意味着发动机就会损坏。第5页，共33页，2022年，5月20日，4点17分，星期二第2节 发动机的负荷特性 定义： 当转速不变时，发动机性能指标随负荷而变化的关系（通常用负荷特性曲线表示）。 负荷特性（曲线）的测定： 1、发动机稳定运转一段时间，使水温、油温为正常值； 2、改变测功器负荷和循环供油量，保持转速不变； 3、测量be、Pe、Tr、等； 4、重复上述操作，并绘制特

4、性曲线。第6页，共33页，2022年，5月20日，4点17分，星期二 一、柴油机的负荷特性 保持柴油机转速不变，改变循环供油量b时，B、be、等随负荷（Pe或Te）变化的关系。 定义： 特点： 因此，柴油机负荷特性的调整过程称为“质调节”。 转速n不变充量系数c基本不变循环供油量b改变过量空气系数a或空燃比改变第7页，共33页，2022年，5月20日，4点17分，星期二 1、指示热效率i： 柴油机负荷特性曲线 先增大（混合气由稀变浓，燃烧充分）； 后降低（混合气偏浓，燃烧不完全）； 2、机械效率e： 转速不变，摩擦损失不变，故其随着指示功Pi（负荷）的增大而增大。 当超过最大功率点后，随着燃烧

5、急剧恶化，Pi下降，Pm也下降。第8页，共33页，2022年，5月20日，4点17分，星期二 先急剧减小（怠速时为，后随i、m的增大而减小）； 后逐渐升高（到达最低油耗点后，由于燃烧恶化，油耗随i降低而增大）。 3、燃油消耗率be： 最低油耗点1 冒烟界限2（限制超过） 最大功率点3 柴油机负荷特性曲线第9页，共33页，2022年，5月20日，4点17分，星期二 二、汽油机的负荷特性 保持汽油机转速不变，改变节气门时，B、be、等随负荷（Pe或Te）变化的关系。 定义： 特点：节气门开度增大充量系数c增大循环供油量b增大浓度基本不变而数量增大 因此，汽油机负荷特性的调整过程称为“量调节”。第1

6、0页，共33页，2022年，5月20日，4点17分，星期二 汽油机负荷特性曲线 1、指示热效率i： 先增大（节气门开度增大，残余废气减少，燃烧改善）； 后降低（大负荷混合气浓，燃烧不完全）； 2、机械效率e： 转速不变，摩擦损失不变，故其随着指示功Pi（负荷）的增大而增大。第11页，共33页，2022年，5月20日，4点17分，星期二 汽油机负荷特性曲线 先急剧减小（怠速时为，后随i、m的增大而减小）； 后逐渐升高（随着混合气变浓，由于燃烧恶化，油耗随i降低而增大）。 3、燃油消耗率be：第12页，共33页，2022年，5月20日，4点17分，星期二 三、柴油机、汽油机的负荷特性对比 1、柴油

7、机燃油消耗率普遍较低，且小负荷到中负荷的油耗率下降迅速； 1）柴油机不仅压缩比大，过量空气系数也大； 原因： 2）汽油机低负荷时采用浓混合气且残余废气多，加之泵气损失大，故油耗率高； 柴、汽油机负荷特性对比 2、柴油机低油耗区较汽油机宽；第13页，共33页，2022年，5月20日，4点17分，星期二 3、柴油机排气温度较汽油机普遍较低，且随负荷变化较大； 1）柴油机压缩比大，故膨胀比较汽油机大，热效率高； 原因： 2）柴油机充量基本不变，循环供油量增大时，放热多，故温度升高较快； 柴、汽油机负荷特性对比 汽油机节气门开度增大时，虽然供油量增大，但相应进气也多，故温度升高较平坦；第14页，共33

8、页，2022年，5月20日，4点17分，星期二第3节 发动机的速度特性 定义： 当油量调节机构（油门位置）不变时，发动机性能指标随转速而变化的关系（用速度特性曲线表示）。 速度特性（曲线）的测定： 1、发动机稳定运转一段时间，使水温、油温为正常值； 2、固定油量调节机构，改变测功器负荷； 3、测量不同转速下的be、Pe、Te等； 外特性：全负荷（处在最大油量位置）时的速度特性。 发动机速度特性曲线第15页，共33页，2022年，5月20日，4点17分，星期二 一、柴油机的速度特性 保持柴油机油泵调节机构位置不变，测量 Pe 、be、 Te、 等随转速n的变化关系。 定义： 1、指示热效率i：

9、先增大（转速提高，雾化混合好、燃烧改善且散热少）； 柴油机不同负荷时i的速度特性 后减小（转速过高，充量降低、燃烧不全与后燃加重）； *思考：如左图所示，柴油机小负荷时指示热效率低，中等负荷时高，而全负荷时介于两者之间，为什么？第16页，共33页，2022年，5月20日，4点17分，星期二 2、机械效率m ： 柴油机不同负荷时m的速度特性 随n增大而逐渐减少（转速越高，摩擦损失越大）。 3、有效燃油消耗率be ： 柴油机不同负荷时be的速度特性 *思考：柴油机的m为什么随负荷（油门开度）的增大而增大？ 先减小后增大（基本随i变化，但高速转速区由于m下降，其升高幅度较大）；第17页，共33页，2

10、022年，5月20日，4点17分，星期二 4、循环供油量b ： 柴油机不同负荷时b的速度特性 随n增大而逐渐增大（转速越高，压油速率增大，供油压力提高）。 5、有效转矩Te与有效功率Pe： 柴油机不同负荷时be的速度特性 Te： 先减小后增大（先随b增大而增大，后因i和m降低而减小）。 Pe： 先增大后减小（ Te*n，最大值出现在max （Te*n）处）。第18页，共33页，2022年，5月20日，4点17分，星期二 二、汽油机的速度特性 保持节气门开度不变，测量 Pe 、be、 Te、 等随转速n的变化关系。 定义： 汽油机速度特性第19页，共33页，2022年，5月20日，4点17分，星

11、期二 三、柴油机、汽油机的速度特性对比 汽油机转矩的速度特性 柴油机转矩的速度特性 柴油机转矩曲线变化较为平坦，而汽油机变化较大，且节气门开度越小，其峰值向低速移动，变化率也越大。 *思考：试根据柴油机和汽油机转矩的速度特性，分析它们适应路况（行驶阻力）变化的能力如何？ 1、转矩特性 ：第20页，共33页，2022年，5月20日，4点17分，星期二 汽油机最大功率点通常在标定功率处，而柴油机最大功率点对应的转速很高，因而其标定功率点通常较最大功率点低很多。 汽油机功率的速度特性 柴油机功率的速度特性 2、功率特性 ：第21页，共33页，2022年，5月20日，4点17分，星期二 柴油机不同负荷

12、下油耗率曲线变化平坦，且低油耗区宽广； 汽油机油耗率曲线随节气门开度减小而变化剧烈，且低油耗区窄。 汽油机油耗率的速度特性 柴油机油耗率的速度特性 3、油耗特性 ：第22页，共33页，2022年，5月20日，4点17分，星期二第4节 发动机的转矩适应性 定义： 当行驶阻力变化时，在不换档和加油门的情况下，发动机自动降速增矩的特性（常用转矩适应性系数KT和转速适应性系数Kn来表示）。 一、KT与Kn： 发动机转矩的速度特性 式中：Temax、nm为外特性上最大转矩和对应的转速； Tn 、nn为标定转矩和转速；第23页，共33页，2022年，5月20日，4点17分，星期二 二、转矩储备系数： KT

13、、值越大，表明转速降低后转矩增加快，发动机适应道路阻力变化的能力就越强。汽油机、柴油机转矩特性对比 汽油机：=10%-30% 柴油机：=5%-10% 柴油机转矩特性较汽油机差，常需要配专门的调速器来改善转矩特性。第24页，共33页，2022年，5月20日，4点17分，星期二第5节 车用柴油机的调速特性 一、调速器的必要性 柴油机工作时的最大特点： 随着转速的升高，其循环供油量增加；转速降低时，供油量减少。 柴油机使用中需要解决的两个问题：1、控制怠速稳定、防止易熄火2、防止高速“飞车” 调速器的功用 调速器的工作原理： 让循环供油量的变化符合充量的变化，即转速降低时增加供油量，反之则减少供油量

14、。 调速器种类 （按功能） 两极调速 全程调速第25页，共33页，2022年，5月20日，4点17分，星期二 定义： 调速器手柄位置固定（油门位置不变），在调速器起作用时，柴油机性能指标随转速的变化关系。 二、调速特性： 两极调速特性第26页，共33页，2022年，5月20日，4点17分，星期二 1、调速率： 三、调速器的工作指标： 突然卸负荷的调速过程 调速器调速过程中应具备以下基本性能： 1）转速波动应收敛，避免长时间不稳定工作而“游车”； 2）转速波动不能太大，以免影响动力系统正常工作； 3）过渡时间不能太长。 调速率越小，转速波动越小，柴油机工作就越稳定（通常要求调速率在10%以下）。

15、第27页，共33页，2022年，5月20日，4点17分，星期二 2、过渡时间tn： 过渡时间越小，调速器反应越迅速（通常要求过渡时间5s）。 3、不灵敏度： 由于调速机构存在摩擦等阻力，当负荷（转速）在一定范围内发生变化时，调速器不一定起反应。 式中： n2 、n1为调速器起作用的上、下限转速转速； R为调速机构的摩擦阻力，E调速器产生的推力。 越大，柴油机工作越不稳定（通常低速时要大），当1时，调速器将失去作用，易“飞车”。第28页，共33页，2022年，5月20日，4点17分，星期二第6节 发动机的万有特性 定义： 与转速n为横坐标，平均有效压力pme为纵坐标，在图上画出许多等油耗线和等功

16、率线。 一、万有特性曲线：第29页，共33页，2022年，5月20日，4点17分，星期二 二、汽油机与柴油机万有特性对比： 1、汽油机最低油耗率偏高，且经济区域较小。 2、汽油机等油耗线低速时向大负荷收敛，说明低负荷、低速时油耗增加较快；而柴油机变化较为平坦。 3、汽油机等功率曲线变化大，转速越高越耗油；而柴油机对转速变化的适应性较好。 值得注意的是：不管是汽油机还是柴油机，都要尽量在最接近经济区工作（负荷80%-90%，并用高档行驶）。第30页，共33页，2022年，5月20日，4点17分，星期二 三、万有特性曲线的绘制： 负荷特性法和速度特性法 、负荷特性法： 240等油耗线240g/(kW.h) 等功率线根据： 求得。等功率线（50kW）第31页，共33页，2022年，5月20日，4点17分，星期二 2、速度特性法： 240等油耗线240