负荷特性试验课件

发动机的负荷特性试验机电工程系发动机的负荷特性试验机电工程系1一、概述试验背景

汽车行驶时，由于车速与行驶阻力不断变化，则发动机的转速和负荷亦相应变化，以适应汽车的需要。随着转速和负荷的改变，发动机工作过程也会发生变化。因此，发动机在不同使用条件下具有不同的动力性与经济性。一、概述2

1、发动机特性发动机性是指在一定条件下其性能指标或特性参数随各种可变因素的变化规律。性能指标调整情况运转工况调整特性运行特性特性用曲线表示称为特性曲线，它是评价发动机性能的一种简单、方便、必不可少的形式。1、发动机特性性能指标调整情况运转工况调整特性运3

2、发动机性能指标与工作过程的关系发动机输出的有效指标通常用平均有效压力pme、有效扭矩Ttq、有效功率Pe、有效燃油消耗率be、每小时耗油量B表示。这些指标与发动机工作过程参数的关系可以推导如下：2、发动机性能指标与工作过程的关系4拓展学习希腊字母中英对照一览表大写小写中文名注音意义Aα阿尔法角度；系数Bβ贝塔磁通系数；角度：系数Γγ伽玛电导系数（小写）Δδ德尔塔密度；屈光度拓展学习希腊字母中英对照一览表大写小写中文名注音意义Aα5大写小写中文名注音意义Εε伊普西隆对数之基数Ζζ泽塔系数；方位角；阻抗；相对粘度；原子序数Ηη伊塔磁滞系数；效率（小写）Θθ西塔温度；相位角大写小写中文名注音意义Εε伊普西隆对数之基数Ζζ泽塔系数；方6大写小写中文名注音意义∧λ兰姆达波长（小写）；体积Μμ米欧磁导系数；微（千分之一）；放大因数（小写）Ξξ克西系数Ρρ柔电阻系数（小写）大写小写中文名注音意义∧λ兰姆达波长（小写）；体积Μμ米7大写小写中文名注音意义∑σ西格玛总和（大写），表面密度；跨导（小写）Υυ玉普西隆位移Φφ弗爱磁通量；角度Ψψ普赛角速；介质电通量（静电力线）大写小写中文名注音意义∑σ西格玛总和（大写），表面密度；跨导8

式中ηv——充量系数；ρ0——大气状态下空气密度（kg/m3）；Vs——气缸工作容积（m3）；α——过量空气系数；h

μ——燃料低热值（kJ/kg）；Lo——理论空气量（kg）。每循环放热量Q（kJ）为

每循环放热量Q（kJ）为9根据平均有效压力pme（kPa）的定义式中We——每循环有效功（kJ）；ηe——有效热效率。式中ηit——指示热效率；ηm——机械效率。根据平均有效压力pme（kPa）的定义式中ηit——指示热10有效功率有效输出转矩(汽油机）有效燃油消耗率每小时耗油量（N·m）（g/(kw·h)）（kg/h）有效功率有效输出转矩(汽油机）有效燃油消耗率每小时耗油量（N11

燃油消耗量按下式计算式中V—容积（mL）；Pe—发动机有效功率（kW）;ρf—燃油密度（g/mL）；t—消耗容积V的燃油所用时间（s）。每小时耗油量耗油率（kg/h）（g/(kw·h)）燃油消耗量按下式计算每小时耗油量耗油率（kg/h）（g/(12燃油消耗量按下式计算式中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/（kW·h）]。燃油消耗量按下式计算13

负荷特性：转速不变，其经济性指标随负荷（有效功率Pe、有效输出转矩Ttq或平均有效压力Pme表示）的变化关系。当汽车以一定的速度沿阻力变化的道路行驶时，就是这种情况。此时必须改变发动机油门来调整有效扭矩，以适应外界阻力矩的变化，以保持发动机转速不变。二、发动机的负荷特性负荷特性：转速不变，其经济性指标随负荷（有效14（一）汽油机负荷特性分析

（1）燃油消耗率曲线由公式可知，燃油消耗率be的变化取决于ηit、ηm的变化。ηit、ηm随负荷的变化如图所示。

ηc（燃烧效率）汽油机0.95~0.98

（一）汽油机负荷特性分析（1）燃油消耗率曲线15汽油机负荷特性1.负荷特性：当汽油机转速不变，而逐渐改变节气门开度，每小时耗油量B、燃料消耗率be随负荷（Pe、Ttq或Pme）而变化的关系。

2.测取：发动机台架试验。测取前应将化油器、点火提前角调整完好；测取时应按规定保持冷却水温度、润滑油温度在最佳状态。3.汽油机靠改变节气门开度，改变进入气缸的混合气数量来适应负荷变化。其负荷的调节方法称为“量调节”。汽油机负荷特性16（1）ηit转速一定，负荷增加，节气门开度加大，残余废气相对减少，热损失减少，从而改善了燃油雾化、混合条件，使燃烧速度加快，散热损失相对减少，ηit增加。负荷增至大负荷，需要浓混合气，使得不完全燃烧，指示热效率ηit下降。

（1）ηit17（2）ηm

ηm随负荷的增加而迅速增加。原因是转速一定而负荷增加时，机械损失功率Pm变化不大，指示功率Pi成正比增加，使ηm=1—（Pm/Pi）增加。（2）ηm18

当发动机空转（Pe=0）时，指标功率完全用于克服机械损失，即Pi=Pm，则ηm=0，耗油率b为无穷大。随负荷（节气门开度）增大，由于ηit、ηm同时上升，使耗油率曲线迅速下降。当ηitηm达到最大值出现最低耗油率bmin后，随节气门逐渐增至全开，化油器加浓装置参加工作，供给最大功率混合气，燃烧不完全现象增加，ηit下降，使耗油率又有所增加。当发动机空转（Pe=0）时，指标功率完全用于克服19（二）每小时耗油量B曲线B节气门开度：开度，量混合气成分：除怠速、全负荷时较浓外，大部分情况变化不大B几乎随节气门开度呈线性变化。当节气门开度增大至化油器加浓装置参加工作后，B上升得更快一些。（二）每小时耗油量B曲线B节气门开度：开度，量混合气成分20①负荷特性：柴油机转速一定，每小时耗油量B、有效燃料消耗率be随负荷（Pe、Ttq或Pme）而变化的关系。②测取：台架试验测取时，应将柴油机的供油提前角、冷却水温度、润滑油温度等调整到最佳状态。③柴油机负荷调节方法称为“质调节”。汽油机：节气门的开度柴油机：油门的开度（二）柴油机的负荷特性①负荷特性：柴油机转速一定，每小时耗油量B、有效燃料消耗率b21＊柴油机负荷曲线分析(1)耗油率曲线根据公式

柴油机耗油率be随负荷的变化取决于ηit和ηm。

＊柴油机负荷曲线分析(1)耗油率曲线22ηit：随负荷增加，每循环供油量△b增加，过量空气系数α减小，燃烧不完全程度增大，使ηit减小。大负荷时，混合气过浓，燃烧恶化，不完全燃烧及补燃增多，使ηit下降更快。ηm：随负荷增加而上升。ηit：随负荷增加，每循环供油量△b增加，过量空气系数α减23①当Pe=0，ηm=0时，b趋于无穷大。随负荷增加，ηm迅速增加，且远大于ηit的减少，使b下降很快。②当△b增加到1点位置时，b最小。此后再增加负荷，由于ηit下降较ηm上升的多，使b又有所增加。③当△b增加到2点时，排气冒黑烟，达到国标规定限值。④当△b超过2点时，油耗量增大，排放污染严重。所以，柴油机的最大循环供油量应在标定转速下调整，使烟度不超过允许值。最低油耗点冒烟界限点最大功率点①当Pe=0，ηm=0时，b趋于无穷大。随负荷增加，ηm迅速24①转速一定时，柴油机的每小时耗油量B主要决定于△b。②随负荷增加，每循环供油量△b增加，B随之增加。③当负荷接近冒烟界限后，燃烧恶化，B上升得更快一些。

（2）每小时耗油量B曲线①转速一定时，柴油机的每小时耗油量B主要决定于△b。（2）每25①同一转速下最低耗油率bmin越小，曲线变化越平坦，经济性越好。柴油机bmin比汽油机低bmin；而且燃油消耗率曲线比较平坦。②耗油率b随负荷的增加而降低，在接近全负荷（80%负荷率左右）时b达到最小。＊负荷特性曲线分析①同一转速下最低耗油率bmin越小，曲线变化越平坦，经济性越26（三）柴油机与汽油机负荷特性的对比分析1）汽油机的be普遍较高，且在从空负荷向中、小负荷段过渡时，be下降缓慢，仍维持在较高水平，燃油经济性明显较差。2）汽油机排温普遍较高，且与负荷关系较小。3）B曲线：汽油机的弯曲度较大，而柴油机的在中、小负荷段的线性较好。（三）柴油机与汽油机负荷特性的对比分析1）汽油机的be普遍较27＊负荷特性差别的解释

①b差异的主要原因：ηit的差异。由于柴油机的压缩比高，其过量空气系数也大，所以柴油机的ηit比汽油机高。这样，汽油机的b高于柴油机。

②ηit曲线的变化（明显的差异）。

柴油机的过量空气系数就随负荷的增大而减小，ηit也就随负荷的增大而降低。

汽油机在接近满负荷时加浓混合气，导致ηit明显下降。在低负荷时，残余废气系数较大，燃烧速率降低，需采用浓混合气，导致ηit下降。这样,汽油机的b在中、小负荷区远高于柴油机。③排气温度曲线的差异汽油机的压缩比低，膨胀比也低，排温就要比柴油机高出许多。＊负荷特性差别的解释①b差异的主要原因：ηit的差28一、实验目的和实验任务学会使用汽车综合测试仪，熟悉掌握发动机负荷特性原理，绘制出负荷特性曲线。二、实验仪器及设备根据汽油发动机负荷特性原理及现有设备，采用整车进行试验。中华骏捷1.8T汽车一辆，汽车综合测试仪一台。一、实验目的和实验任务学会使用汽车综合测试仪，熟悉掌握发动机29主机及非接触式速度传感器

主机及非接触式速度传感器30三、实验内容练习使用汽车综合测试仪测量油耗；保持发动机转数一定，分别采用不同的档位行驶，记录车速与油耗的曲线图，对发动机负荷特性进行评价。三、实验内容练习使用汽车综合测试仪测量油耗；保持发动机转数一31四、实验过程注意事项1、启动汽车，检查有无漏油，预热3分钟，待转速稳定后再进行实验。2、汽车综合测试仪使用温度0-40度，使用湿度30%-80%。雨天和高温天气请不要使用。3、在使用过程中，应避免强光长时间照射液晶屏，以免液晶屏老化。四、实验过程注意事项1、启动汽车，检查有无漏油，预热3分钟，324、在接插传感器时，应小心仔细，以免接错烧坏仪器或传感器。注意针脚的缺口方向，不要硬插，以免损坏针脚。光电传感器属贵重传感器，请同学特别注意。5、综合测试仪所配备的内部电池，仅为短时间内实验或演示之用，如进行长时间实验，应采用外接电源。在采用外接电源进行测试时无需打开测试仪电源开关。4、在接插传感器时，应小心仔细，以免接错烧坏仪器或传感器。注336、在测试过程中，如遇按键无反应、屏幕显示无变化时，请按“复位”键，使仪器重新启动；或关闭电源开关，过一会之后，再重新打开电源开关进行测试。7、综合测试仪是精密仪器，在使用过程中请注意轻拿轻放，并避免剧烈震动。6、在测试过程中，如遇按键无反应、屏幕显示无变化时，请按“复34五、实验步骤1、按要求连接好仪器。2、启动汽车，检查有无漏油，预热3分钟。3、保持发动机稳定在一恒定转速，分别采用不同档位行驶，分别测出车速及油耗。4、绘制负荷特性曲线，进行数据分析。五、实验步骤1、按要求连接好仪器。35六、实验报告发动机转速(1500/2000/2500)r/min档位车速（km/h）耗油量（ml/h）测量上表数据，并画出负荷特性曲线图，总结出发动机的负荷特性六、实验报告发动机转速(1500/2000/2500)36发动机的负荷特性试验机电工程系发动机的负荷特性试验机电工程系37一、概述试验背景

汽车行驶时，由于车速与行驶阻力不断变化，则发动机的转速和负荷亦相应变化，以适应汽车的需要。随着转速和负荷的改变，发动机工作过程也会发生变化。因此，发动机在不同使用条件下具有不同的动力性与经济性。一、概述38

1、发动机特性发动机性是指在一定条件下其性能指标或特性参数随各种可变因素的变化规律。性能指标调整情况运转工况调整特性运行特性特性用曲线表示称为特性曲线，它是评价发动机性能的一种简单、方便、必不可少的形式。1、发动机特性性能指标调整情况运转工况调整特性运39

2、发动机性能指标与工作过程的关系发动机输出的有效指标通常用平均有效压力pme、有效扭矩Ttq、有效功率Pe、有效燃油消耗率be、每小时耗油量B表示。这些指标与发动机工作过程参数的关系可以推导如下：2、发动机性能指标与工作过程的关系40拓展学习希腊字母中英对照一览表大写小写中文名注音意义Aα阿尔法角度；系数Bβ贝塔磁通系数；角度：系数Γγ伽玛电导系数（小写）Δδ德尔塔密度；屈光度拓展学习希腊字母中英对照一览表大写小写中文名注音意义Aα41大写小写中文名注音意义Εε伊普西隆对数之基数Ζζ泽塔系数；方位角；阻抗；相对粘度；原子序数Ηη伊塔磁滞系数；效率（小写）Θθ西塔温度；相位角大写小写中文名注音意义Εε伊普西隆对数之基数Ζζ泽塔系数；方42大写小写中文名注音意义∧λ兰姆达波长（小写）；体积Μμ米欧磁导系数；微（千分之一）；放大因数（小写）Ξξ克西系数Ρρ柔电阻系数（小写）大写小写中文名注音意义∧λ兰姆达波长（小写）；体积Μμ米43大写小写中文名注音意义∑σ西格玛总和（大写），表面密度；跨导（小写）Υυ玉普西隆位移Φφ弗爱磁通量；角度Ψψ普赛角速；介质电通量（静电力线）大写小写中文名注音意义∑σ西格玛总和（大写），表面密度；跨导44

式中ηv——充量系数；ρ0——大气状态下空气密度（kg/m3）；Vs——气缸工作容积（m3）；α——过量空气系数；h

μ——燃料低热值（kJ/kg）；Lo——理论空气量（kg）。每循环放热量Q（kJ）为

每循环放热量Q（kJ）为45根据平均有效压力pme（kPa）的定义式中We——每循环有效功（kJ）；ηe——有效热效率。式中ηit——指示热效率；ηm——机械效率。根据平均有效压力pme（kPa）的定义式中ηit——指示热46有效功率有效输出转矩(汽油机）有效燃油消耗率每小时耗油量（N·m）（g/(kw·h)）（kg/h）有效功率有效输出转矩(汽油机）有效燃油消耗率每小时耗油量（N47

燃油消耗量按下式计算式中V—容积（mL）；Pe—发动机有效功率（kW）;ρf—燃油密度（g/mL）；t—消耗容积V的燃油所用时间（s）。每小时耗油量耗油率（kg/h）（g/(kw·h)）燃油消耗量按下式计算每小时耗油量耗油率（kg/h）（g/(48燃油消耗量按下式计算式中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/（kW·h）]。燃油消耗量按下式计算49

负荷特性：转速不变，其经济性指标随负荷（有效功率Pe、有效输出转矩Ttq或平均有效压力Pme表示）的变化关系。当汽车以一定的速度沿阻力变化的道路行驶时，就是这种情况。此时必须改变发动机油门来调整有效扭矩，以适应外界阻力矩的变化，以保持发动机转速不变。二、发动机的负荷特性负荷特性：转速不变，其经济性指标随负荷（有效50（一）汽油机负荷特性分析

（1）燃油消耗率曲线由公式可知，燃油消耗率be的变化取决于ηit、ηm的变化。ηit、ηm随负荷的变化如图所示。

ηc（燃烧效率）汽油机0.95~0.98

（一）汽油机负荷特性分析（1）燃油消耗率曲线51汽油机负荷特性1.负荷特性：当汽油机转速不变，而逐渐改变节气门开度，每小时耗油量B、燃料消耗率be随负荷（Pe、Ttq或Pme）而变化的关系。

2.测取：发动机台架试验。测取前应将化油器、点火提前角调整完好；测取时应按规定保持冷却水温度、润滑油温度在最佳状态。3.汽油机靠改变节气门开度，改变进入气缸的混合气数量来适应负荷变化。其负荷的调节方法称为“量调节”。汽油机负荷特性52（1）ηit转速一定，负荷增加，节气门开度加大，残余废气相对减少，热损失减少，从而改善了燃油雾化、混合条件，使燃烧速度加快，散热损失相对减少，ηit增加。负荷增至大负荷，需要浓混合气，使得不完全燃烧，指示热效率ηit下降。

（1）ηit53（2）ηm

ηm随负荷的增加而迅速增加。原因是转速一定而负荷增加时，机械损失功率Pm变化不大，指示功率Pi成正比增加，使ηm=1—（Pm/Pi）增加。（2）ηm54

当发动机空转（Pe=0）时，指标功率完全用于克服机械损失，即Pi=Pm，则ηm=0，耗油率b为无穷大。随负荷（节气门开度）增大，由于ηit、ηm同时上升，使耗油率曲线迅速下降。当ηitηm达到最大值出现最低耗油率bmin后，随节气门逐渐增至全开，化油器加浓装置参加工作，供给最大功率混合气，燃烧不完全现象增加，ηit下降，使耗油率又有所增加。当发动机空转（Pe=0）时，指标功率完全用于克服55（二）每小时耗油量B曲线B节气门开度：开度，量混合气成分：除怠速、全负荷时较浓外，大部分情况变化不大B几乎随节气门开度呈线性变化。当节气门开度增大至化油器加浓装置参加工作后，B上升得更快一些。（二）每小时耗油量B曲线B节气门开度：开度，量混合气成分56①负荷特性：柴油机转速一定，每小时耗油量B、有效燃料消耗率be随负荷（Pe、Ttq或Pme）而变化的关系。②测取：台架试验测取时，应将柴油机的供油提前角、冷却水温度、润滑油温度等调整到最佳状态。③柴油机负荷调节方法称为“质调节”。汽油机：节气门的开度柴油机：油门的开度（二）柴油机的负荷特性①负荷特性：柴油机转速一定，每小时耗油量B、有效燃料消耗率b57＊柴油机负荷曲线分析(1)耗油率曲线根据公式

柴油机耗油率be随负荷的变化取决于ηit和ηm。

＊柴油机负荷曲线分析(1)耗油率曲线58ηit：随负荷增加，每循环供油量△b增加，过量空气系数α减小，燃烧不完全程度增大，使ηit减小。大负荷时，混合气过浓，燃烧恶化，不完全燃烧及补燃增多，使ηit下降更快。ηm：随负荷增加而上升。ηit：随负荷增加，每循环供油量△b增加，过量空气系数α减59①当Pe=0，ηm=0时，b趋于无穷大。随负荷增加，ηm迅速增加，且远大于ηit的减少，使b下降很快。②当△b增加到1点位置时，b最小。此后再增加负荷，由于ηit下降较ηm上升的多，使b又有所增加。③当△b增加到2点时，排气冒黑烟，达到国标规定限值。④当△b超过2点时，油耗量增大，排放污染严重。所以，柴油机的最大循环供油量应在标定转速下调整，使烟度不超过允许值。最低油耗点冒烟界限点最大功率点①当Pe=0，ηm=0时，b趋于无穷大。随负荷增加，ηm迅速60①转速一定时，柴油机的每小时耗油量B主要决定于△b。②随负荷增加，每循环供油量△b增加，B随之增加。③当负荷接近冒烟界限后，燃烧恶化，B上升得更快一些。

（2）每小时耗油量B曲线①转速一定时，柴油机的每小时耗油量B主要决定于△b。（2）每61①同一转速下最低耗油率bmin越小，曲线变化越平坦，经济性越好。柴油机bmin比汽油机低bmin；而且燃油消耗率曲线比较平坦。②耗油率b随负荷的增加而降低，在接近全负荷（80%负荷率左右）时b达到最小。＊负荷特性曲线分析①同一转速下最低耗油率bmin越小，曲线变化越平坦，经济性越62（三）柴油机与汽油机负荷特性的对比分析1）汽油机的be普遍较高，且在从空负荷向中、小负荷段过渡时，be下降缓慢，仍维持在较高水平，燃油经济性明显较差。2）汽油机排温普遍较高，且与负荷关系较小。3）B曲线：汽油机的弯曲度较大，而柴油机的在中、小负荷段的线性较好。（三）柴油机与汽油机负荷特性的对比分析1）汽油机的be普遍较63＊负荷特性差别的解释

①b差异的主要原因：ηit的差异。由于柴油机的压缩比高，其过量空气系数也大，所以柴油机的ηit比汽油机高。这样，汽油机的b高于柴油机。

②ηit曲线的变化（明显的差异）。

柴油机的过量空气系数就随负荷的增大而减小，ηit也就随负荷的增大而降低。

汽油机在接近满负荷时加浓混合气，导致ηit明显下降。在低负荷时，残余废气系数较大，燃烧速率降低，需采用浓混合气，导致ηit下降。这样,汽油机的b在中、小负荷区远高于柴油