第八章内燃机的特性与匹配

第八章内燃机的使用特性与匹配1第八章内燃机的使用特性与匹配内燃机的特性是内燃机性能的综合反映。特性的形式有很多，除了前几章已经介绍的内燃机调速特性与调整特性(如点火提前角调整特性、供油提前角调整特性)外，本章将重点介绍内燃机的基本特性，如负荷特性、速度特性、万有特性等。由于内燃机是为其他动力装置或工作机械提供动力的，相互之间的配合特性不仅涉及到工作机械的性能，也与内燃机本身的特性密切相关，为此，本章将介绍内燃机与工作机械的匹配方法。对内燃机的特性及其匹配进行研究，不仅是为了评价内燃机的性能，为正确、合理地选用内燃机提供依据，同时，还可以通过对影响内燃机特性各种因素的分析。提出改进特性以适应匹配要求的各种技术措施，以优化整个动力装置的性能。2主要内容第一节内燃机的工况第二节内燃机的负荷特性

第三节内燃机的速度特性第四节内燃机的万有特性第五节内燃机的功率标定及大气修正第六节内燃机与工作机械的匹配3第一节内燃机的工况内燃机工况就是指内燃机实际运行的工作状况。工况的定义表示工作频率的转速n表示工作负荷的转矩Ttq、功率Pe，与pme成正比一、发动机工况：三个参数中，只有两个独立变量，即用发出的功率Pe和转速n来表示或转矩Ttq与转速n

或pme

与转速n来表征内燃机稳定运行工况。4第一节内燃机的工况二、内燃机的工作区域：左侧边界线为内燃机最低稳定工作转速nmin限制线，1.转速范围限制由于曲轴飞轮等运动部件储存能量较小，导致转速波动大，内燃机无法稳定工作右侧边界线为最高转速nmax限制线转速过高，导致惯性力增大、机械摩擦损失加剧、充量系数下降、工作过程恶化等各种不利因素。5第一节内燃机的工况二、内燃机的工作区域：2.负荷限制上边界线3为内燃机油量控制机构处于最大位置时，不同转速下内燃机所能发出的最大功率

。（外特性功率线）6第一节内燃机的工况三、内燃机的工况分类：1、点工况：运行过程中，转速和负荷保持不变。如排灌所用的水泵的动力7第一节内燃机的工况三、内燃机的工况分类：2、线工况：固定式工况（线1）螺旋桨工况（线2）8第一节内燃机的工况三、内燃机的工况分类：2、线工况：固定式工况（线1）特点：内燃机的功率变化时，转速几乎保持不变。发电用内燃机，其负荷呈阶跃式突变，并没有一定的规律、然而内燃机的转速必须保持稳定，以保证输送电压和频率的恒定。9第一节内燃机的工况三、内燃机的工况分类：2、线工况：螺旋桨工况（线2）特点：内燃机的功率与转速接近于幂函数关系。当内燃机作为船用主机驱动螺旋桨时，内燃机所发出的功率必须与螺旋桨吸收的功率相等，而吸收功率又取决于螺旋桨转速的高低，且与转速成幂函数关系，这样，内燃机功率就呈现一种十分有规律的变化。该类工况常被称为螺旋桨工况或推进工况，也属于线工况。

10第一节内燃机的工况三、内燃机的工况分类：3、面工况：功率与转速都在很大范围内变化，它们之间没有特定的关系。汽车及其他陆地运输用内燃机，都属于这种工况。此时，内燃机的转速决定于行驶速度、可以从最低稳定转速一直变到最高转速；负荷取决于行驶阻力，在同一转速下，可以从零变到全负荷。内燃机可能的工作区域就是该种类型内燃机的实际工作区域，相应的上况区域称为面工况。11第一节内燃机的工况四、内燃机的特性：内燃机性能参数随工况变化的规律，用曲线表示为内燃机特性，简称特性。1、定义：为了评价内燃机在不同工况下运行的动力性指标(如功率、转矩、平均有效压力等)、经济性指标(燃油消耗率)、排放指标以及反映工作过程进行的完善程度指标(如指示热效率、充量系数以及机械效率)等，就必须研究内燃机的特性。

2、作用：（1）用来评价内燃机各方面的性能指标。（2）为选用和改进内燃机提供理论依据。12第一节内燃机的工况四、内燃机的特性：3、分类：（1）调整特性。（2）性能特性(或使用特性)

。性能指标随调整情况而变化的关系称为调整特性。性能指标随运行工况变化的特性。如：柴油机供油提前角调整特性汽油机点火提前角调整特性（负荷特性、速度特性、调速特性、万有特性、烟度特性、排放特性等。）13第二节内燃机的负荷特性定义测试方法作用柴油机的负荷特性汽油机的负荷特性14第二节内燃机的负荷特性一、定义当转速不变时，内燃机的性能指标随负荷而变化的关系。驱动发电机、压缩机、风机、水泵等动力装置的内燃机，就是按负荷特性运行的。15第二节内燃机的负荷特性二、测试方法负荷特性曲线是在发动机试验台架上测取的。试验时，调整测功器负荷的大小，并相应调整油量调节机构位置（油门、节气门)与测功器负荷相适应，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，并整理得到性能曲线。16发动机台架试验基本组成、装配关系、固定、支承1.试验台装置:172.制动测功装置—测功器1.水力测功器2.平衡式电力测功器3.电涡流测功器发动机台架试验18容积法充油发动机台架试验3、耗油率的测量19容积法发动机台架试验3、耗油率的测量测量20容积法发动机台架试验3、耗油率的测量测量消耗容积v的燃油所用时间t21

燃油消耗量按下式计算式中V—球泡容积（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）。小时耗油量耗油率22质量法发动机台架试验3、耗油率的测量油箱供油23质量法发动机台架试验3、耗油率的测量

充油24质量法发动机台架试验3、耗油率的测量测量25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）]。26第二节内燃机的负荷特性三、作用由了负荷特性可以直观地显示发动机在不同负荷下运转的经济性以及排温等参数，且比较容易测定，因而在内燃机的调试过程中，经常用来作为性能比较的依据。由于每一条负荷特性仅对应内燃机的一种转速，为了满足实际应用的要求，需要侧出不同转速下的多个负荷特性曲线。同时，根据这些特性曲线，可以得到发动机的另外一个重要的特性——万有特性。27第二节内燃机的负荷特性三、作用确定内燃机最佳负荷范围（Pe大，be小）利用负荷特性评价内燃机的燃油经济性★在负荷特性曲线图上，最低燃油消耗率越小，内燃机的经济性越好；★燃油消耗率曲线变化越平坦，表示在宽广的负荷范围内，能保持较好的燃油经济性，这对于负荷变化大的内燃机来说十分重要。★此外，无论是汽油机还是柴油机，都是在中等偏大的负荷范围下，燃油消耗率最低。全负荷时，虽然内燃机功率输出最大，但燃料经济性并不是最好。在低负荷区，燃油消耗率显著升高。★为使内燃机在实际使用时节约燃料，希望负荷接近中等负荷。28第二节内燃机的负荷特性四、柴油机的负荷特性过量空气系数随负荷的增加而减小，这一负荷调节过程被称为“质调节”。对于非增压柴油机而言，当柴油机按负荷特性运行时：由于转速n不变，其充量系数基本保持不变，空气量m1一定。负荷变化时，通过燃料调节机构调整循环供油量以适应负荷的变化，负荷增大时油量增加，反之则减少。29第二节内燃机的负荷特性四、柴油机的负荷特性（1）柴油机负荷曲线分析：燃油消耗率曲线的变化趋势：a)怠速时：负荷为零(空载)（油耗很高）30四、柴油机的负荷特性（1）柴油机负荷曲线分析：b)小负荷时：因此机械效率随负荷的增大而上升得较快。因此，燃油消耗率be，曲线在负荷增加时下降得很快。c)中负荷时：到达某一负荷时，be达到最低值。31四、柴油机的负荷特性（1）柴油机负荷曲线分析：d)大负荷时：燃烧开始恶化如果继续增加负荷，则空气相对不足，燃料无法完全燃烧，从而使燃油消耗率上升很快，且柴油机大量冒黑烟，导致活塞、燃烧室积碳。发动机过热，可靠性以及寿命受到影响。如超过该极限再进一步增大负荷，柴油机大量冒黑烟，功率反而下降。32四、柴油机的负荷特性（2）标定功率参数点确定：C目的：（1）给用户在使用中的限制；（2）确定最佳负荷范围；Pebe方法：一般是过原点做射线与be曲线相切，切点C就是参考点。因为C点的功率与油耗的比值最大，即考虑油耗又照顾了功率，可作为标定功率参考点，具体在C点前还是C点后，由具体用途最后确定，作为车用：BD；拖拉机：BC。发电用：CABDA注：进口发动机都标在BD段，这是由于他们是以功率确定价值。33四、柴油机的负荷特性（3）曲线利用热电偶测量某一负荷时排气温度，作为监视比较用。34五、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合气数量，而混合气的浓度变化不大，故称为“量调节”。图是汽油机的负荷特性。初看起来，汽油机的负荷特性与柴油机负荷特性似乎没什么区别。

35柴油机与汽油机负荷特性的区别36柴油机与汽油机负荷特性的区别1)汽油机的燃油消耗率普遍较高，且在从空负荷向中、小负荷段过渡时，燃油消耗率下降缓慢，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)汽油机的燃油消耗量曲线弯曲度较大，而柴油机的燃油消耗量曲线在中、小负荷段的线性较好。37柴油机与汽油机负荷特性的区别解释：1）指示热效率的差异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，汽油机的燃油消耗率数值高于柴油机。在转速不变的前提下，柴油机进人气缸的空气量基本上不随负荷大小而变化，而每循环供油量则随负荷的增大而增大，这样过量空气系数就随负荷的增大而减小，因此，指示热效率也就随负荷的增大而降低；汽油机采用定质变量的负荷调节方法，在接近满负荷时采取加浓混合气导致指示热效率明显下降，而在低负荷时，由于节气门开度小，残余废气系数较大，燃烧速率降低，需采用浓混合气，加之当负荷减小时泵气损失增大，导致指示热效率下降。这样,汽油机的燃油消耗率在中、小负荷区远高于柴油机。38柴油机与汽油机负荷特性的区别解释：2）排气温度曲线的差异也可以用上述原因来解释。汽油机的压缩比比柴油机低，相应的膨胀比也低，排温就要比柴油机高出许多。在负荷变化时，尽管由于混合气总量的增加引起加入气缸总热量的增加，使排温随负荷的提高而上升，但由于在大部分区域内过量空气系数保持不变，故排温上升幅度不大。在柴油机中，随着负荷的提高，过量空气系数随之降低，排温显著上升。39第三节内燃机的速度特性一、定义：指内燃机在油量调节机构(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)随内燃机转速的变化规律。当汽车沿阻力变化的道路行驶时，若油门位置不变，转速会因路况的改变而发生变化，如上坡时汽车速度逐渐降低，下坡时速度增加，这时发动机即沿速度特性工作。40第三节内燃机的速度特性一、定义：全负荷速度特性，或外特性：节气门开度最大或喷油泵齿条位置处于最大供油位置时，发动机的速度特性。部分负荷速度特性：其它位置称为部分负荷速度特性。由于外特性上反映了内燃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。41特性曲线42第三节内燃机的速度特性二、目的确定内燃机最有利的工作转速范围。三、制取方法速度特性也是在内燃机试验台架上测出的。测量时，将油量调节机构位置固定不动，调整测功器的负荷，内燃机的转速相应发生改变，然后记录有关数据(Pe,Ttq,be)并整理绘制出曲线，一般是以发动机转速作为横坐标。43第三节内燃机的速度特性四、汽油机速度特性1．扭矩曲线变化趋势由Ttq随n的变化取决于指示热效率ηi、机械效率ηm、充气效率φc与过量空气系数φa随n的变化。44四、汽油机速度特性1．扭矩曲线变化趋势(1)指示热效率ηit节气门全开(外特性曲线)转速低进气流速低，紊流减弱，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，ηit较低转速高燃烧过程所占曲轴转角较大，燃烧在较大容积下进行，ηit也较低。但变化比较平坦，对Ttq影响较小。曲线整体呈现马鞍形的上凸状。节气门开度减小（部分负荷）随转速的提高，节气门的节流作用大大加强，泵气损失所占比重增大，导致指示热效率ηit大大下降，而且随节气门开度的降低，下降幅度更大。45四、汽油机速度特性1．扭矩曲线变化趋势(2)充量系数Φc

节气门全开(外特性曲线)节气门开度减小（部分负荷）数字越大，则开度越小由于进气节流严重，进气阻力增加，Φc减小，而且随转速升高，Φc下降的斜率也增大；转速降低时，进气阻力减小，节气门的节流作用减弱，Φc增加。转速低进气惯性↓，而残余废气系数↑Φc

↓转速高进气阻力↑Φc

↓Φc曲线在某一中间转速处呈上凸状，低于或高于此转速则有一定幅度的下降。46四、汽油机速度特性1．扭矩曲线变化趋势(3)机械效率节气门全开(外特性曲线)节气门开度减小（部分负荷）数字越大，则开度越小转速↑机械损失压力pmm↑机械效率ηm↑ηm随转速的增加而下降的斜率比节气门全开时大。？？因为pmm与节气门全开时一样随转速增加而增加，而充量系数Φc和指示热效率ηit则随转速增加而下降很快，相应导致平均指示压力pmi随转速增加而急剧降低。当转速高于某一值后，就会出现pmi＝pmm的情况，而使机械效率为零，意味着内燃机在相应转速下空车运行(无功率输出，图中曲线4)。节气门开度越小，出现ηm＝0的转速就越低。47四、汽油机速度特性1．扭矩曲线变化趋势节气门全开(外特性曲线)节气门开度减小（部分负荷）转矩曲线将是一条上凸的曲线，且上凸的位置在低速区；转矩随转速升高而下降，开度越小，曲线越陡。48第三节内燃机的速度特性四、汽油机速度特性2．功率变化趋势当转速由低逐渐升高时，由于Ttq、n同时增加Pe增加很快。在达到最大扭距转速ntq后，再提高转速，由于Ttq有所下降，使Pe上升缓慢。某一转速时Ttq·n达最大值。此后，再增加转速，由于扭距下降超过转速上升的影响，Pe反而下降。49第三节内燃机的速度特性四、汽油机速度特性3．燃油消耗率变化趋势be在某一中间转速当ηitηm达到最大值时出现最低值。当转速较此转速低时，由于ηit

上升弥补不了ηm的下降，使be增加。转速较此转速高时ηit、ηm均较低，be也增加。50第三节内燃机的速度特性四、汽油机速度特性部分负荷速度特性随着节气门的关小，节流损失增大，充气效率减小，使部分负荷速度特性的Pe、Ttq低于外特性值。且转速越高，充气效率减小的越多，因此，节气门开度越小，随转速增加，扭距、功率曲线下降得越快，并使最大扭矩及最大功率点向低速方向移动。51第三节内燃机的速度特性四、汽油机速度特性部分负荷速度特性当节气门开度的75%左右时，耗油率曲线位置最低。超过75%开度，混合气较浓，存在燃烧不完全现象，耗油率曲线位置较高，低于75%开度时，残余废气相对增多，燃烧速率下降，使ηit降低，耗油率曲线位置也高，且开度越小，耗油率曲线位置越高。52第三节内燃机的速度特性五、柴油机速度特性速度特性：喷油泵油量调节机构位置固定不动，柴油机性能指标（主要是功率Pe、扭距Ttq、燃油消耗率be、每小时耗油量B）随转速n变化的关系。外特性：油量调节机构固定在标定循环供油量位置时速度特性称为柴油机标定功率速度特性。部分负荷速度特性：当油量调节机构固定在小于标定循环供油量各个位置时，所测得的速度特性称为柴油机。53第三节内燃机的速度特性五、柴油机速度特性（一）外特性曲线变化趋势1．扭矩曲线变化趋势柴油机的扭矩曲线比汽油机平坦。柴油机扭矩曲线的变化趋势，很大程度上决定于每循环供油量随转速变化的情况。54五、柴油机速度特性（一）外特性曲线变化趋势1．扭矩曲线变化趋势扭矩表达式可定性地写成：由式可见，柴油机扭距随转速的变化趋势决定于ηit、ηm、△b随转速n变化的趋势。55五、柴油机速度特性（一）外特性曲线变化趋势1．扭矩曲线变化趋势（1）△b—随转速n的提高，每循环供油量△b增加。（2）ηv也是在某一中间转速n出现最高值。56（3）ηi—指示热效率ηi某一中间n稍高ηi转速低空气涡流减弱，燃烧不良及散热漏气损失增加ηi↓转速高ηv↓

、△b↑，使α↓，不完全燃烧严重。燃烧占曲轴转角↑，燃烧容积↑五、柴油机速度特性57五、柴油机速度特性（一）外特性曲线变化趋势2．功率曲线变化趋势由于扭矩Ttq曲线变化平坦，在一定n范围内，功率Pe几乎与转速n成正比增加。58五、柴油机速度特性（一）外特性曲线变化趋势3．燃油消耗率曲线变化趋势由于柴油机压缩比高，ηi较高，曲线比汽油机的平坦，最低耗油率值比汽油机相应值低。当ηi、ηm达到最大值时，出现bmin值。59五、柴油机速度特性（二）部分负荷速度特性随油量调节机构位置向减小供油量方向移动时，循环供油量减小，使部分负荷速度特性的Pe、Ttq值低于外特性。但随着负荷减小，循环供油量随转速的变化趋势基本不变，使部分负荷速度特性的变化趋势同外特性相似，所以柴油机的部分负荷速度性的Pe、Ttq曲线是随负荷的减小，大致平行下降。耗油率曲线的变化趋势基本同外特性。当负荷为75%左右时，曲线位置最低。60柴油机和汽油机的速度特性对比分析1、柴油机在各种负荷的速度特性下的转矩曲线都比较平坦；汽油机的速度特性的转矩曲线的曲率半径较小，节气门开度越小，转矩峰值向低速移动，且随转速变化的斜率越大。2、汽油机的有效功率外特性线的最大值点，一般在标定功率点；柴油机可以达到的最大值点的转速很高，而标定点要比其低得多。3、柴油机的燃油消耗率曲线在各种负荷的速度特性下都比较平坦，仅在两端略有翘起，最经济区的转速范围很宽；汽油机其油耗线的翘曲度随节气门开度减小而剧烈增大，相应最经济区的转速范围越来越窄。61第三节内燃机的速度特性六、适应性系数发动机扭矩特性:(发动机转矩适应性)要求发动机的扭矩随转速的降低而增加。如当汽车上坡时，若油量调节拉杆已达最大位置，但所发出的扭矩仍感不足，车速就要降低，此时需要发动机随车速降低而发出更大扭矩，以克服爬坡阻力。内燃机的外特性不但表征内燃机的动力性能，而且可根据外特性曲线判断内燃机的工作转速范围和工作稳定性。62第三节内燃机的速度特性六、适应性系数内燃机转矩与外界阻力矩在a点是平衡的，内燃机将在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，内燃机从工况a过渡到工况1、沿速度特性1工作的内燃机驱动转矩增大了ΔTtq1，转速相应降低了Δn1。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。对于另一发动机，其速度特性如图中曲线Ⅱ，由于其转矩曲线较平坦，则从工况a过渡到工况2时，转速降低较多(Δn2＞Δn1)而转矩增大的幅度并不大(ΔTtq2＜ΔTtq1)。这一结果说明，内燃机转矩曲线越陡，运转的稳定性和操纵性能就越好。因此，汽油机一般不需要配备调速装置，即使当阻力矩突变到零时，汽油机的转速也不会超速或飞车。柴油机的调节过程与装置则与汽油机有明显的不同，需要采用专门设计的调速器。

63六、适应性系数评定指标：衡量内燃机工作稳定性能的指标是转矩适应性系数φTq和转速适应性系数φn。1.转矩储备系数：指外特性上最大转矩Ttqmax与标定转矩Ttqn之比。2.转速适应性系数:指标定转速nn与外特性上最大转矩对应的转速ntq之比衡量内燃机动力性能对外阻力变化的适应能力的指标。3.适应性系数:64汽油机Φtq=1.25~1.35Φn=1.6~2.5柴油机Φtq=1.05~1.25Φn=1.4~2.0说明：1、汽油机适应性优于柴油机；2、近年来储备功率提高，外特性应用概率减小，适应系数重要性下降。范围六、适应性系数65六、适应性系数评定指标：转矩适应性系数φTq、转速适应性系数φn和适应性系数反映发动机的超载能力(汽车不换档，发动机克服短期超负荷的能力)。发动机最大扭矩对应的转速对克服阻力的影响例如：Ⅰ和Ⅱ两台发动机，他们的转矩适应性系数φTq、标定转速相同。但最大扭矩对应的转速不同。外界阻力矩分别为Tc、Tc’、Tc”。（1）外界阻力矩分别为Tc时，Ⅰ和Ⅱ都能适应。（2）外界阻力矩分别为Tc’时，Ⅰ达到最大值，Ⅱ仍有潜力。（3）外界阻力矩分别为Tc”时，Ⅰ不适应，Ⅱ仍达到最大值。最大扭矩转速nm越低，φn越大，车辆在不换挡的情况下，发动机克服阻力增加的潜力越强。66六、适应性系数结论：1、最大扭矩对应的转速越低，φn越大，克服外界阻力的潜力越大。2、扭矩曲线越陡运转越平稳（转速下降少）。3、根据使用要求选择和调整扭矩特性。（1）配载重汽车用：要求n低，Pe大，超载能力强，道路差，则转矩适应性系数φTq大，最大扭矩转速低。（2）配小轿车用：要求n高，Pe大，超载能力强，加速性好，则转矩适应性系数φTq大，最大扭矩转速高。67第四节内燃机的万有特性

负荷特性和速度特性只能用来表示某一转速或某一油量控制机构位置时，内燃机各种参数的变化规律，而内燃机特别是车用内燃机的工况变化范围很广，要分析各种工况下的性能，就需要多张负荷特性或速度特性图，这样既不方便，也不直观。为了能在一张图上较全面地表示内燃机各种性能参数的变化，经常应用多参数的特性曲线，这种特性就是万有特性。68第四节内燃机的万有特性一、定义：全面地表示内燃机各种性能参数的关系。二、目的：了解内燃机各种转速、各种负荷下的动力性和经济性。69万有特性曲线一般是以转速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油耗曲线和等功率曲线。两种类型内燃机典型的万有特性如图8—7所示。根据需要，还可在万有特性曲线上绘出等节气门开度线、等排放线、等过量空气系数线等。70第四节内燃机的万有特性三、制取方法：（1）负荷特性法（2）速度特性法柴油机：一般是依据不同转速下的负荷特性，用作图法求出；汽油机：根据不同节气门位置的速度特性，用作图法求得。近年来，由于计算机测试技术以及计算技术的应用，也可采用数值计算方法对大量的试验数据进行回归及等值线的插值运算，从而直接得到万有特性。71第四节内燃机的万有特性三、制取方法：（1）负荷特性法1)测定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，以同一比例尺绘出特性曲线。2)定好作图坐标，横坐标pme，纵坐标为n。

3)做等油耗线。在负荷特性图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。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。

72第四节内燃机的万有特性三、制取方法：（1）负荷特性法4)等功率曲线K对于一个给定的内燃机为常数，这样，在pme—n坐标中，等功率曲线是一族双曲线。将内燃机全负荷的速度特性线pme＝f(n)的关系画在万有特性图上，就构成了万有特性的上边界线。73第四节内燃机的万有特性三、制取方法：（2）速度特性法1)在第一象限中绘出不同节气门开度下的速度特性上的转矩曲线(以平均有效压力pme，表示)，在曲线尾端标出相应的节气门开度。2）在第四象限绘出相应节气门开度下的燃油消耗率be曲线，同样注明节气门开度的百分数。3)等燃油消耗线。将等be值的各点连成光滑的等值线，并标上相应的数值，从而得到万有特性上的等燃油消耗率曲线。这样，不同节气门开度下的速度特性全部反映在一张图中，这对于车用发动机而言，应用十分方便。74第四节内燃机的万有特性四、曲线讨论：（1）等燃油消耗率曲线最内层为最经济区，曲线越向外，经济性越差。（2）等燃油消耗率曲线横向较长，表示发动机在负荷变化不大而转速变化较大的情况下燃油消耗率变化较小。常用于中等负荷，中等转速工况的车用发动机，希望其最经济区处于万有特性中部，等燃油消耗率曲线曲线横向较长。（3）等燃油消耗率曲线纵向较长，则发动机在负荷变化较大而转速变化较小的情况下的燃油消耗率变化较小。工程机械用发动机，希望最经济区在标定转速附近，等燃油消耗率曲线纵向较长些。75

76柴油机的万有特性的特点：1）最低油耗率一般较低，并且经济区较宽。2）等油耗率曲线在高、低速均不收敛，变化比较平坦。3）相对汽车变速工况的适应性好。汽油机的万有特性的特点：1）最低油耗率一般较高，经济区较小。2）等油耗率曲线在低速区向大负荷收敛，这说明汽油机在低速低负荷的耗油率随负荷的减小而急剧增大，在实际使用中，应尽量避免使用这种情况。3）汽油机的转速愈高愈费油，故在实际使用中，当汽车等功率运行时，驾驶员应尽量使用高速档，以便节油。77

如果内燃机的万有特性不能满足使用要求，则应重新选择内燃机，或者对内燃机进行适当的调整，以改变万有特性。例如，适当改变配气相位来改变充量系数特性，或选择对转速不太敏感的燃烧系统，可以影响万有特性最经济区域在横坐标方向的宽度；

降低内燃机的机械损失，提高低速、低负荷时冷却水温和机油温度，都可以降低部分负荷时的燃油消耗率，在纵坐标方向扩展最经济区。第四节内燃机的万有特性曲线调整：78第五节内燃机的功率标定及大气修正一、功率标定二、大气修正

79第五节内燃机的功率标定及大气修正一、功率标定内燃机的功率标定，是指制造企业根据内燃机的用途、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。我国内燃机的功率可以分为四级：(1)15min功率；(2)1h功率；(3)12h功率；(4)持续功率

80第五节内燃机的功率标定及大气修正一、功率标定(1)15min功率；(2)1h功率；内燃机允许连续运转15min的最大有效功率。适用于需要较大功率储备或瞬时需要发出最大功率的轿车、中小型载货汽车、军用车辆、快艇等用途的内燃机。

内燃机允许连续运转1h的最大有效功率。适用于需要一定功率储备以克服突增负荷的工程机械、船舶主机、大型载货汽车和机车等用途的内燃机。81第五节内燃机的功率标定及大气修正一、功率标定(3)12h功率；内燃机允许连续运转12h的最大有效功率。适用于需要在12h内连续运转而又需要充分发挥功率的拖拉机、移动式发电机组、铁道牵引等用途的内燃机。(4)持续功率

内燃机允许长期连续运转的最大有效功率。适用于需要长期连续运转的固定动力、排灌、电站、船舶等用途的内燃机。82第五节内燃机的功率标定及大气修正一、功率标定根据内燃机产品的使用特点，在内燃机的铭牌上一般应标明上述四种功率的一或两种功率及其对应的转速。同时，内燃机的最大供油量限定在标定功率的位置上。对于同一种发动机，用于不同场合时，可以有不同的标定功率值，其中，15min功率最高，持续功率最低。除持续功率外，其他几种功率均具有间歇性工作的特点，故常被称为间歇功率。对间歇功率而言，内燃机在实际按标定功率运转时，超出上述限定的时间并不意味着内燃机将被损坏，但无疑将使内燃机的寿命与可靠性受到影响。83第五节内燃机的功率标定及大气修正二、大气修正1.修正的必要性内燃机所发出的功率取决于吸入气缸的空气量，而吸入气缸的空气量直接与大气密度有关。例如，一台装备非增压柴油机的汽车，从沿海行驶到海拔2200m的西宁市，大气密度下降了21．5％，在保持过量空气系数不变的前提下，柴油机的指示功率也将下降21％左右。由于负荷减少引起的机械效率下降，导致有效功率下降的幅度更大，约为25％一27％。同样，大气相对湿度的变化也会影响到实际进入气缸内的干空气量，对工作过程产生影响。这意味着大气状态变化将全面影响内燃机性能。因此，在功率标定时，必须规定标准大气状态条件。84第五节内燃机的功率标定及大气修正二、大气修正2.大气修正的方法(1)将实测的功率、油耗、转矩等值按对应的修正方法换算成以标准大气条件作基准的标准值；(2)将标定功率值按对应的修正方法换算成实际功率值，等油量法:(适用于车用内燃机)即循环供油量不变，指示热效率只取决于过量空气系数汽油机柴油机标准状态下的校正功率实测功率大气校正系数85第六节内燃机与工作机械的匹配本节重点介绍内燃机与动力机械匹配过程中应遵循的基本原则和主要方法。由于工作机械的形式各异、方式不同，匹配的方法也不尽相同。其中，汽车的运行工况比较复杂，其匹配问题在内燃机与工作机械的匹配中具有一定的代表性，所以本节介绍的重点是汽车与发动机的合理匹配。86第六节内燃机与工作机械的匹配一、车用内燃机的匹配（一）动力性匹配（二）经济性匹配87第六节内燃机与工作机械的匹配一、车用内燃机的匹配（一）动力性匹配★内燃机转矩Ttq在汽车驱动轮上产生的驱动力Ft为：ik、i0分别为汽车变速器、主减速器传动比；ηt为传动系效率，r为驱动轮工作半径。★内燃机转速n与汽车车速的关系：于是，可以得到发动机外特性转矩曲线Ttq(n)得出变速器不同档位汽车驱动特性曲线。88第六节内燃机与工作机械的匹配一、车用内燃机的匹配（一）动力性匹配89第六节内燃机与工作机械的匹配一、车用内燃机的匹配（一）动力性匹配90不同档位驱动力最大爬坡度最高车速最高使用转速后备驱动力用于加速不同档位发动机转速与车速关系线随道路坡度变化的行驶阻力线91第六节内燃机与工作机械的匹配一、车用内燃机的匹配（二）燃油经济性匹配汽车的使用油耗q100(L/100km)可以根据发动机的负荷（功率Pe或阻力Fr）和燃油消耗率be计算。使用油耗阻力比油耗传动系效率燃油密度92第六节内燃机与工作机械的匹配一、车用内燃机的匹配（二）燃油经济性匹配使用油耗发动机油耗汽车车速发动机排量平均有效压力比油耗主传动器传动比驱动轮工作半径冲程数使用油耗变速器传动比93由上式可见，在其他条件不变的条件下，汽车的使用油耗q100与成正比，只有当其乘积为最小时，q100才能达到最小。发动机在bemin下工作时，汽车的q100不一定最低，只有在车速和功率都不变，汽车的q100才与发动机的be变化趋势相同。单纯改变传动比，使发动机在pme较高而be较低的工况运行，并不能降低汽车的q100。应该设法使发动机的万有特性的最低油耗区移至中等转速、较低符合区域，即设法是发动机的经济区位于常用档位、常用车速区。这就要求选择发动机时，对其特性提出具体要求，或设法改变特性，适应与汽车匹配的要求。94汽车用不同的变速器档位行驶时，q100差异较大。在同一道路条件与车速下，虽然发动机发出的功率不变，但档位越低（传动比越大），后备驱动力越大，发动机的负荷率越低，be越高，q100也越大。使用高档位的情况则与此相反。因此增加变速器的挡位，加大通过选用合适挡位使发动机处于经济工况的概率，有利于汽车的节油。近年来，汽车变速器档位有逐渐增加的趋势，轿车变速器已有5挡，重型货车甚至达10挡以上。自动控制的无级变速在这方面可达到最优化。汽车在中低速行驶时，q100最低。高速行驶时虽然发动机负荷率较高，但汽车行驶阻力由于空气阻力与扎成正比而急剧增大，导致q100上升。但低速行车造成生产