《内燃机学 第5版》 课件 第7-9章 内燃机的燃料供给与调节、内燃机的节能减排、内燃机的使用特性与匹配

第七章第一节内燃机燃料供给系统内燃机燃料供给系统分类柴油机燃料供给系统概述INTRODUCTIONTOFUELDELIVERYSYSTEM主要学习内容汽油机燃料供给系统概述内燃机燃料供给系统分类内燃机按使用的燃料分为汽油机和柴油机。汽油机汽油较易蒸发，自燃温度较高。外部混合气形成方式，电火花点火。变量调节内燃机的工况调节是通过改变进入气缸的混合气量实现的。柴油机高压喷射内部混合气形成方式，压燃着火。柴油的挥发性差，自燃温度低。变质调节内燃机的工况调节是通过改变喷入气缸燃油量方式实现的。内燃机燃料供给系统分类替代燃料液体类燃料：醇类、醚类、酯类气体类燃料：CNG/LNG、LPG、H2依据燃料的性质，选择汽油机或柴油机的燃料供给与调节系统。内燃机燃料供给系统分类一、汽油机的燃料供给系统

SIenginefueldeliverysystem化油器CarburetorSystem电控汽油喷射系统

ElectronicFuelInjectionSystem(EFI):SPI,MPI汽油缸内直喷系统GasolineDirectInjection,GDI二、柴油机的燃料供给系统

DieselInjectionSystem泵管嘴喷射系统Pump-line-nozzlesystem

(单体泵)泵喷嘴喷射系统UnitInjectorSystem(可电控)高压共轨电控喷射系统Commonrailsystem及时、适量的向内燃机气缸内提供燃料;高质量形成可燃混合气，保证燃烧高效进行。三、内燃机燃料供给系统的基本功能Primaryfunctionoffueldeliverysystem第二节柴油机的燃油供给系统喷油系统的基本要求机械式燃油供给系统电控燃油供给系统DIESELINJECTIONSYSTEM主要学习内容机械式柴油机燃料供给系统DIESELFUELDELIVERYSYSTEM1.直列泵Pump-in-Line一、高压油泵PUMP轴向柱塞分配泵(VE泵)2.分配泵Distributor径向柱塞分配泵(VR泵)2.分配泵Distributor3.单体泵系统

单泵体主要由一个柱塞和柱塞套构成，本身不带凸轮轴，有的甚至不带滚轮传动部件，由于这种单体泵便于布置在靠近汽缸盖的部位，使高压油管大大缩短。目前应用在缸径为200mm以上的大功率中、低速柴油机上。a）喷油嘴b）喷油器二、喷油器INJECTOR1、普通孔式喷油器2、低惯量/双簧喷油器1-回油管螺钉2-调压螺钉护帽3-调压螺钉4-垫圈5-滤芯6-进油管接头7-紧固螺套8-针阀9-垫圈10-针阀体11-喷油器体12-顶杆13-垫圈14-调压弹簧15-垫圈16-垫圈3.轴针式喷油器三、调速器GOVERNOR发动机转速的调节ENGINESPEEDGOVERNING柴油机汽油机限制发动机的最高转速，保证它在高速工况下不致因超速而产生“飞车”;保证在低速与怠速时的稳定运行;限制其在其他工况下的转速波动;转矩校正以及增压与海拔高度补偿。1、调速器的基本功能2、调速器的分类机械式调速器液压式调速器电子调速器应用于船舶、机车与电站等用途的大型柴油机广泛应用于中小功率柴油机所有柴油机均有应用MechanicalMechanical-HydraulicPneumaticElectronic单极调速器：只控制高速工况，主要用于恒定转速的柴油机，如发电机组。

两极调速器：可控制怠速和高速，但在宽阔的中间转速范围内调速器不起作用，主要用于转速变化频繁的柴油机，如车用柴油机上。全程调速器：柴油机由怠速到最高转速的任何转速都能自动调节供油量的大小，调速器用途很广，如拖拉机、工程机械、重型汽车、船舶和机车等。全程两极组合式调速器：兼有全程与两极调速器的功能，适用于工程车辆，如带起重机和搅拌机的汽车、扫雪车和油罐车等有作业和行驶双重任务的车辆。

RQ系列调速器RS系列调速器3.柴油机的调速特性全程调速器两极调速器3.1稳定调速率δ1表示柴油机在标定工况下，由全负荷降至零负荷时转速相对变化;表示调速器在最高转速调节范围时调节特性线的斜率；农业排灌等固定动力及拖拉机用的柴油机，要求δ1≤8%；对于汽车用柴油机，δ1≤10%；对于交流发电机组及联合收割机用柴油机要求高一些，希望δ1≤5%；对于工程机械用柴油机，δ1≤8%~12%。Speeddroop3.2瞬时调速率δ2

评定调速器过渡过程的指标,表示过渡过程中转速的波动情况；一般情况下，瞬时调速率应为δ2≤12%，过渡时间t＝5～10s；对发电用的柴油机，要求δ2≤5%～

10%，t＝3～

5s。Transientspeeddroop3.3转速波动率Ψ内燃机在稳定运转时转速变化的程度;一般系测定标定功率时的转速波动率，其值应≤1%Speedfluctuationratio3.4不灵敏度ε

----负荷减小调速器开始起作用的转速----负荷增大调速器开始起作用的转速不灵敏度过大，会引起柴油机转速不稳，极端情况下甚至会导致调速器失去作用，使柴油机有产生飞车的危险。低速时调速器飞锤的推动力小，喷油泵齿杆（或拉杆）移动时的摩擦力增大，结果使调速器不灵敏度显著地增加。一般规定ε在标定转速时不超过1%，最低转速时不超过5%。Governorhysteresisn----柴油机的平均转速喷油泵与嘴合为一体，省去了高压油管。系统刚度大，是目前柴油机燃料供给喷油压力水平最高的系统（200MPa）顶置驱动，发动机的高度增加。四、泵喷嘴UnitINJECTOR柴油机电控燃料供给系统DIESELFUELDELIVERYSYSTEM高压共轨系统CommonRailSystem高压共轨系统CommonRailSystem电控高压泵高压共轨系统CommonRailSystem电控喷油器柴油机共轨式燃料供给系统，能产生较高的喷油压力（130~180MPa)。压力基本上可保持恒定而不受柴油机转速与负荷的影响，属于恒压式燃料供给系统。改善了柴油机在低速与低负荷时的喷雾品质;由于燃料喷射是依靠电磁阀开启时间的控制方式，比较容易对喷油时刻与喷油持续期进行调节，能够实现较为理想的喷油规律;.在柴油机上的布置比较容易。高压共轨系统CommonRailSystem柴油机的燃料喷射过程

DIESELINJECTIONPROCESSES1.机械系统喷油过程2.电控系统喷油过程StrategyEffectsPilotReductionofPM→PromotepremixedcombustionPreReductionofNOxandnoise→Shortenedignitiondelay&decreasedpeakpressureAfterReductionofPM→IncreaseoxidationofHCPostImprovementofcatalyticconverterefficiency

→Increasetemperatureofemissiongas3、电控多次喷射SPLITINJECTION第三节柴油机喷雾特性参数油束射程喷雾锥角雾化质量主要学习内容燃油喷射宏观参数βHFR(HydraulicFlowRate):Injectedfuelamount(mm3)at100barduring30s油束射程与喷雾锥角广安(Hiroyasu)公式流量系数的影响HFR

300ASOI:100μs200μs400μs600μs800μsHFR

280Injectionpressure:400bar，AmbientPressure:30bar(N2)流量系数的影响燃油喷射微观参数第四节柴油机燃油电控系统及控制策略

柴油机电控系统

共轨系统控制策略主要学习内容柴油机电控系统柴油机电控系统放热构成传感器控制器执行器共轨系统控制策略电控系统控制逻辑工况控制策略起动工况油量控制怠速工况油量控制部分负荷工况油量控制全负荷工况油量控制限速工况油量控制燃油喷射控制第五节电控汽油喷射系统汽油机电控系统组成电控汽油喷射方式电控系统控制方式气道喷射控制模式缸内直喷控制模式主要学习内容一、电控汽油喷射系统EFISystem空气流量的测量与空燃比的计算燃油定量与点火正时三效催化后处理与空燃比的反馈汽油机燃料供给系统概述GASOLINEDELIVERYSYSTEM二、汽油喷射方式EFIArrangement1-燃油2-空气3-节气门4-进气道5-喷油器6-汽油机进气总管单点喷射SinglePointInjection,SPI进气道多点顺序喷射MultipointInjection,MPI汽油缸内直接喷射GasolineDirectInjection,GDI三、电控汽油喷射系统的发展1、燃油定量电子控制系统德国博世（Bosch）公司开发生产的D－Jetronic、L－Jetronic和LH－Jetronic系统等，燃油定量电子控制系统。2、燃油定量与点火正时电子控制系统Bosch公司的Motronic电控汽油喷射系统等主要是对发动机空燃比和点火正时的控制。3、发动机电子控制与故障诊断系统发动机的全面控制。四、电控汽油喷射的优点① 满足发动机各种工况对空燃比和点火提前角的不同要求；② 燃油喷射系统可以使发动机的各个气缸获得均匀的混合气，以此提高发动机的燃烧质量和稳定性，减少废气中的CO和HC的含量，有效提高发动机排气净化程度；③ 没有化油器中的狭窄喉管，减少了节流损失，不需要排气加热进气，因而进气密度提高，充气效率改善；④ 具有良好的瞬态响应特性，改善了汽车的加速性；⑤ 采用闭环反馈控制方式，可满足三效催化剂对空燃比的严格要求；⑥ 由于采用压力喷射，汽油雾化质量比化油器大为改善，有利于快速和完全燃烧；⑦ 采用燃油喷射系统后，能够实现发动机的断油技术，可以消除发动机急减速时所产生的污染，有利于提高发动机的燃油经济性。五、缸内直接喷射GDI电控系统组成传感器Sensor电控器ECU执行器Actuator转速传感器空气流量传感器氧传感器、节气门开度传感器…火花塞喷油器节气门开度控制一、电控系统组成结构汽油机电控系统组成二、电控喷射系统组成示意图Bosch公司MotronicM3.8.2系统（SANTANA2000GSi）进气道多点喷射系统实例Bosch公司MotronicM3.8.2系统的特点燃油采用顺序喷射方式（SFI）。点火系统采用无分电盘的独立点火方式。兼具点火控制的基本功能和发动机控制所需的辅助功能。采用电控节气门，综合控制喷油、点火与进气。主要传感器触发轮装在曲轴上与曲轴同步旋转触发轮上加工出若干等节距的齿当各齿转过固定在发动机机体上的磁头时，磁体间隙发生周期性变化在绕组两端产生交变的感应电动势这一交流信号作为转速信号，经整形与放大以后形成方波送到电控器同时，触发轮上的两个齿缺口对应着一定的曲轴位置，从而产生了相应的上止点信号。一、曲轴转速与位置传感器热线式空气流量计原理金属制成线状电阻，在其上面通过一定的电流，使其达到某一温度。当空气流流过其表面时会带走一部分热量而使其温度下降，气流流速越快，其温度下降越大。加大热线或热膜上的通过电流，使其重新恢复到某一温度。增加的电流大小，可以计算出空气的流速，进而算出空气流量。二、进气流量传感器热线式空气流量计热线式空气流量传感器铂丝热线热膜式空气流量传感器热膜式空气流量计热膜式空气流量计的工作原理与热线式空气流量计基本相同，只是把热线换成了热膜。三、氧传感器氧传感器安装在排气管里，用来测量排气中的氧含量。它是按照大气中与排气中氧浓度差而产生电动势的一种电池。氧离子堆积造成两侧电势差氧离子从氧分压高的大气侧通过活性感应陶瓷元件流向排气侧喷油器等主要执行器一、喷油器电磁喷油器按喷嘴计量孔分按进油方式分轴针式孔式顶端进油侧面进油整个供油系统在发动机上安装与布置的自由度较大

喷油器是最关键的一种执行器，它接受电控器送来的喷油脉冲信号，精确的计量喷油量，使燃油在一定压力下及时喷射在进气道内形成可燃混合气。目前已经开发出以下不同的结构形式的电磁喷油器：回流燃油可以冷却喷油器并带走气泡，有利于在高温条件下工作。另外，这种结构可以缩短喷油器长度，从而降低发动机高度。轴针式电磁喷油器a.上部（顶端）进油b.下部（侧面）进油晶体管点火系Breaker-Triggered-TransistorizedIgnition(TI-B)半导体点火系SemiconductorIgnition(SI)无分电式的半导体点火系DistributorlessIgnitionSystem(DIS)二、点火装置独立点火方式气缸偶点火方式现代电子控制燃油喷射系统均是集喷油控制与点火控制为一体的综合系统。独立点火方式的点火线圈三、进气量调节装置旁通式空气补偿装置1-旁通阀2-电控器3-节气门4-旁通管道电控节气门结构简图人工调节进气门加速踏板通过软索或拉杆与节气门操纵杆连接，驾驶人员踏动踏板，便能转动节气门，实现人工操作。缺点：过渡工况很难用人工调节进气门来实现，需要专门的进气补偿装置。电控节气门电控器与控制策略一、电控器的构成输入信息处理部分微处理器系统(ECU)输出信息处理部分二、电控器的内存软件计算机驱动程序发动机专用程序故障诊断程序把各种传感器随时采集、输送过来的各种信息、数据经过分辨、计算、比较、逻辑分析，再把结果变换成发给各执行器的驱动器的控制指令，指挥执行器及时动作，完成控制过程。装置输出三、电控器的控制策略开环控制闭环控制外界干扰传感器信号处理控制器控制脉谱执行器装置装置输出传感器信号处理与理想值比较控制器传感器信号处理装置执行器外界干扰空燃比的控制策略计算每缸每循环充气量计算每缸每循环喷油量喷油器驱动器顺序控制计算空气质量流量：1.空气质量流量法2.速度－密度法计算喷油脉宽计算喷油时时刻转速曲轴角信号凸轮轴信号各种传感器信号喷油器特性确定目标空燃比确定空燃比的基本量确定空燃比的校正量计算喷油脉宽的示意图目前，汽油机在中等负荷广大转速范围内，均采用闭环控制，对喷油量进行精确控制需要开环控制的工况起动过程起动时，由于转速低，转速的波动也很大，由于空气流量计所测得的进气量信号有很大的误差。因此这时电控器不以空气流量计的信号作为喷油量的计算依据，而是按预先给定的起动程序来进行喷油控制。暖机过程在冷车起动结束后的暖机过程中，发动机的温度一般不高，喷入燃油与空气的混合较差，结果造成气缸内的混合气变稀。加速过程发动机加速时，节气门突然加大开度，进气管内压力骤然增加，燃油气化程度降低，会使一部分燃油来不及气化而沉积在进气道壁面上，导致实际有效空燃比增加（混合气变稀），为此需要增加喷油量，实现稳定加速。大负荷与全负荷工况当发动机处于大负荷工况（节气门开度大于80%~85%）时，为了使发动机发出最大的转矩和功率，应当将空燃比的控制目标转向功率混合气。这时，混合气的加浓程度主要受节气门传感器位置的控制。断油控制1.超速断油控制2.减速断油控制。喷油量的修正总喷油量基本喷油量修正喷油量附加喷油量化学计量比喷油量根据进气温度、大气压力等实际运转条件对基本喷油量的修正起动、暖机、加速等特殊工况的额外喷油量汽油机缸内直喷的电控燃油系统特点：在部分负荷下，燃油在压缩行程后期喷入气缸内，实现分层稀燃与质调节；大负荷与全负荷下，燃油在进气行程中喷入气缸，实现均质燃烧和量调节。优点：兼有柴油机热效率高和汽油机升功率大的优点。提高了压缩比及减少部分负荷的节流损失，燃油耗可比一般汽油机低20%左右。缺点：稀燃时产生的NOx难以用传统的三效催化转换器消除，现有的稀燃催化转换器又存在着转化效率低、工作温度范围窄等问题。第六节气体供给燃料系统内燃机使用气体燃料的方法缸外混合供气系统的基本要求与结构方案电控喷射式气体燃料供给系统柴油引燃双燃料发动机的燃料供给系统主要学习内容内燃机使用气体燃料的方法二、具体使用方法缸外混合、火花点火压缩天然气(CNG)液化石油气(LPG)一、常用气体燃料缸外混合、柴油引燃缸内喷射、火花点火缸内喷射、柴油引燃缸外缸内喷射、压缩自燃缸外混合供气系统的基本要求与结构方案一、对供气系统的基本要求对点燃式气体燃料发动机，当负荷变化时，只允许过量空气系数φa在较小范围内变化。对柴油引燃的气体燃料-柴油双燃料发动机，φa一般为1.4～1.9。在进行供气系统设计时，要考虑到不同的供气系统、不同的气体燃料，对配气相位、点火提前角、点火能量、火花塞结构及位置等均有不同的要求等因素的影响。供气系统应使气体燃料与空气的混合尽可能均匀，燃料量调节可靠，具有防爆安全性。供气系统应满足结构简单、价格便宜、操作维护方便等要求。二、进气管混合供气系统的结构分类

文杜里管（Venturi）式气体燃料供给系统发动机的起动、怠速、加速及功率控制等功能均在减压器上实现，这种装置的混合器为文杜里管，结构简单，但减压器结构复杂。

比例调节器式气体燃料供给系统采用膜片式混合器来调节空燃比，这种装置的混合器体积较大，但减压器结构简单。

电控喷射式气体燃料供给系统由计算机及各种传感器对发动机各工况的数据进行采集、处理、实现对气体燃料控制阀的自动调节，该系统控制精度高，各种工况适应性好。a)气体燃料在进气总管与空气混合b)气体燃料在进气歧管与空气混合缸外混合的两种供气位置形成的混合气均匀，控制系统简单，但安全性较差。电控喷射式气体燃料供给系统气体燃料供给系统也分为机械控制与电子控制式两类柴油引燃双燃料发动机的燃料供给系统简介特点气体燃料作通过混合器同空气混合进入气缸，形成比较均匀的混合气，在压缩行程活塞接近上止点时，被喷入缸内并被压燃的柴油点燃。这里，引燃柴油被压燃着火，与在柴油机中的情形类似；空气和气体燃料系在缸外预先混合，其混合气的着火与燃烧，与火花点燃式发动机相似。优点既可用柴油引燃气体燃料工作，也可用100%的柴油燃料工作，扩大了发动机在燃料种类选择上的空间。缺点燃柴油的雾化不好，大负荷时受到爆燃限制，等。系统组成括天然气（或液化石油气）预混合供给系统柴油供给系统工作状态切换及控制系统调控方式机械控制式机电结合控制方式全电控方式第八章内燃机的节能减排ENGINEEMISSIONSANDFUELCONSUMPTIONCONTROL机械效率换气过程阻力缸内循环效率：压缩、燃烧和膨胀能量回收复杂的系统工程技术与成本的折中受燃料的价格等因素影响第八章内燃机的节能减排§8.1内燃机的能量平衡§8.2汽油机的节能减排§8.3柴油机的节能减排§8.4提高内燃机循环的效率§8.5内燃机的新型燃烧方式ENGINEEMISSIONSANDFUELCONSUMPTIONCONTROL主要学习内容86第一节内燃机的能量平衡

ENGINEHEATBALANCE内燃机能量平衡的意义内燃机的热量流内燃机的热平衡主要学习内容内燃机的余热利用Importance

ofEngineHeatBalanceCO2RegulationFuelconsumption↓KnowwhereHEATgoesEngineHeatFlow(1)BrakePower(2)HeatRejectiontoCoolant(3)ExhaustEnergy(4)MiscellaneousEngineHeatBalance90EngineWasteHeatRecovery91第二节汽油机的节能减排提高压缩比技术排气再循环技术缸内直喷增压小型化技术主要学习内容92提高压缩比技术马自达的SKYACTIV-G发动机技术压缩比（提高）发动机的热效率↓↓爆震爆震:

endgasautoignition降低混合气温度4-2-1排气管减少残余废气量残余废气比例对混合气温度的影响93压缩上止点温度/K提高压缩比技术94提高压缩比技术马自达的SKYACTIV-G发动机技术转矩/N·mNEDC燃油经济性提高提高发动机动力和经济性的其它技术95排气再循环技术美国西南研究院提出(SwRI)EGR改变工质成分↓工质比热比增加↓发动机循环热效率提高96排气再循环技术美国西南研究院提出(SwRI)EGR对燃烧过程的影响97排气再循环技术美国西南研究院提出(SwRI)EGR发动机热效率的影响98排气再循环技术美国西南研究院提出(SwRI)EGR对LSPI的影响99排气再循环技术美国西南研究院提出(SwRI)EGR对常规排放的影响100排气再循环技术美国西南研究院提出(SwRI)EGR发动机热效率的影响101缸内直喷增压小型化技术一、技术优点及原理提高动力性。提高热效率和燃油经济性。减少有害气体排放提高压缩比灵活的控制策略提高充气效率降低热负荷102缸内直喷增压小型化技术二、技术组成及匹配缸数：3缸机排量：1.0,1.2升增压：2级增压动力性：>100kW/L103第三节柴油机的节能减排柴油机节能减排途径及效果104机械效率、循环效率、排气等废热回收和附件综合效率柴油机工作循环设计增压系统压比与效率的优化进气增压压比的选择涡轮增压器效率换气损失排气系统阻力EGR系统阻力曲轴箱通风阻力105小型化和低速化设计机械效率的提高106低摩擦设计低摩擦活塞组（占发动机整机摩擦损失的40%~50%）轻量化设计。冲程缸径比的选择。活塞外形优化。活塞环的优化设计。107轴承设计气缸套润滑设计发动机热管理冷却系统的电子控制增压进气中冷EGR冷却高效后处理系统SCRNOx后处理DPF再生108109第四节提高内燃机循环的效率主要学习内容110Atkinson/Miller循环膨胀比高于压缩比的不对称循环111Atkinson循环机构：曲柄摆杆四连杆机构与发动机的活塞连杆的组合特点：曲轴旋转的1周，活塞往复运动2次4个冲程

低压缩比、高膨胀比112Miller循环配气正时来实现膨胀比高于压缩比的不对称循环113有机朗肯循环有机工质朗肯循环OrganicRankineCycle,ORC排气等的余热利用WasteHeatRecovery,WHR114第五节内燃机的新型燃烧方式

传统燃烧方式的局限性

内燃机新型燃烧方式主要学习内容115

传统汽油机燃烧方式

一、均匀混合气的火焰传播燃烧方式较高的HC、CO和NOx排放

较低的热效率

二、混合气浓度分层燃烧方式浓区产生PM排放稀区HC和CONOx排放后处理困难

传统柴油机燃烧方式

柴油机喷雾燃烧过程，PM和NOx生成路径。（结合油束着火与燃烧）117内燃机新型燃烧方式低温燃烧模式：NOx均质混合气：PM

统称为低温燃烧

低温燃烧

LowTemperatureCombustionHCCI：HomogeneousChargeCompressionIgnitionPCCI：PremixedChargeCompressionIgnitionRCCI：ReactivityControlledCompressionIgnition118HomogeneousChargeCompressionIgnition稀均匀混合气燃烧温度低，NOx和PM排放低，但HC和CO排放较高。HCCI运行工况范围窄：高低负荷工况拓展困难。着火时刻控制。高CN燃料和高ON燃料混合气制备与燃烧特性。119均质充量压燃PremixedControlledCompressionIgnition

预混控制压燃燃烧

混合气不均匀，但好于喷雾燃烧，属低温燃烧方式的一种，能够降低NOx和PM排放,HC和CO排放也较高。混合气制备运行工况120PCCI燃烧EarlyPCCI:BMEP0.5~1.0MPaLatePCCI:BMEP>1.0MPa二者结合用于发动机负荷的拓展。121PCCI燃烧122ReactivityControlledCompressionIgnition

燃料着性能控制压燃低温预混合燃烧是一种新的燃烧方式，它能够同时降低NOx和soot的排放，但存在燃烧相位控制问题、负荷适应性问题、HC与CO排放偏高等问题。LoweredNOxandPMemissionsReducedheattransferlossesIncreasedfuelefficiencyEliminatesneedforcostlyafter-treatmentsystemsComplieswithEPA2010emissionsguidelineswithoutexhaustaftertreatment123不同燃烧方式比较124内燃机新型燃烧方式展望新型燃烧工况范围仍有限，高低负荷拓展热效率的提高燃料燃烧特性和燃烧边界条件的控制125第九章内燃机的使用特性与匹配9.1内燃机的负荷特性9.2内燃机的速度特性9.3内燃机的万有特性9.4内燃机的功率标定及大气校正9.5内燃机与工作机的匹配EnginePerformanceandApplication主要学习内容第一节内燃机的负荷特性内燃机的工况内燃机的负荷特性柴油机的负荷特性汽油机的负荷特性主要学习内容EngineLoadCharacteristics内燃机的工况OPERATINGCONDITIONS内燃机的工况是指在某一转速和负荷状态下的工作状态。工况参数：转速n、功率Pe/转矩Ttq/平均有效压力pme上述参数中只有2个独立变量，即(n,Pe)、（n,Ttq）或（n,pme）决定发动机的一个工况点。可能的工况范围最大功率最高转速最低稳定转速分类点工况线工况面工况内燃机的负荷特性LOADCHARACTERISTICS内燃机的负荷特性是指当内燃机的转速不变时，性能指标随负荷的变化规律。性能指标燃料消耗率be燃料消耗量B排气温度tr排放等一、负荷特性DEFINATION燃油消耗率的负荷特性问题当内燃机负荷为零（怠速）时，对外不输出功率，

pme＝ηm

＝0，所以be为无穷大。

柴油机的负荷特性

DieselEngineLoadCharacteristics1、非增压柴油机高负荷时，φa

和ηit的下降比自然吸气柴油机小，而ηm继续增加，故be曲线较平。负荷增加，排气能量增加，进气密度提高，A/F降低，排气烟度下降。负荷增加，发动机的温度水平和进气温度提高，滞燃期缩短。增压柴油机限制pme的因素是最高燃烧压力和增压器可靠性而非φa

。2、增压柴油机

汽油机的负荷特性

GasolineEngineLoadCharacteristics特点汽油机的be高于柴油机。be的下降幅度缓慢高负荷时较平。Tr普遍较高。汽油机压缩比小，热效率低，be普遍比柴油机的高。汽油机在负荷减小时，由于节气门的节流作用，造成较大的泵气损失，使be的上升比柴油机更快。当负荷很小时，汽油机燃烧室中残余废气增多，为保证燃烧稳定，需加浓混合气，使be上升。当汽油机接近全负荷时，为了增加最大功率，采取加浓混合气的措施，导致燃料燃烧不完全，生成大量CO，燃烧效率下降，be上升。第二节内燃机的速度特性内燃机的速度特性柴油机的速度特性汽油机的速度特性发动机适应性系数ENGINESPEEDCHARACTERISTICS主要学习内容内燃机的速度特性DEFINATION性能指标

转矩Ttq

/功率Pe

/燃料消耗率be/排气温度tr

……一、速度特性在油量调节机构位置不变的情况下，内燃机的性能指标随转速变化的规律。二、外特性柴油机的油门固定在标定位置，或汽油机的节气门全开时的速度特性。一、速度特性在油量调节机构位置不变的情况下，内燃机的性能指标随转速变化的规律。自然吸气柴油机的速度特性

DieselEngineSpeedCharacteristicsbe的速度特性整个转速范围较平坦中间转速最低，两端略有上翘。tr的速度特性随转速升高而升高。随油门减小而下降。Ttq的速度特性曲线变化平坦，在中间某一转速有一不很显著的峰值。部分负荷低速端Ttq下降更多。曲线形状主要取决于供油系统的速度特性。循环供油量gb

对于常用的柱塞式喷油泵，当油门位置固定且无特殊的油量校正装置时，gb随转速的下降而下降。加装校正装置后，可使gb随转速的增加基本保持不变或略为下降。机械效率ηm当柴油机n降低时，pmm将逐渐减小，pme变化幅度小于pmm的变化。ηm随转速下降而升高，随转速升高而降低。指示热效率ηitΦa较大，ηit基本保持不变。只有循环油量超过一定指后，燃烧恶化，ηit下降，使接近全负荷的be增加。有效热效率ηit

的变化（换气和燃烧过程）

充量系数在中等转速下有不太显著的峰值。在高转速下由于流动阻力增加而下降。在转速很低时由于配气相位不匹配导致进气发生倒流也使充量系数下降。燃烧过程在中等转速下进展最好，高速时热效率下降。在低转速下由于充量运动减弱，混合气形成不理想而影响燃烧过程，同时传热损失增加两方面综合起来，使柴油机的ηit～n曲线呈现中间高两头低的趋势，但总的来说，变化不剧烈。电控增压中冷柴油机的外特性曲线汽油机的速度特性

GasolineEngineSpeedCharacteristics一、汽油机的速度特性及其与柴油机的比较二、转矩的速度特性外特性曲线Ttq随n降低而升高，只在最低速范围才有一小段随n下降而下降的情况。部分负荷速度特性Ttq随n的增加而下降，而且节气门开度越小Ttq下降越快。三、油耗的速度特性汽油机的be曲线大致在Ttq最大时最低，速度增加或降低均会导致be的增加。在接近全负荷时be最低，WOT或节气门开度减小汽油机的油耗增加；如果节气门开度小，be将随转速的增加而快速升高。电控燃油喷射和可变气门正时的汽油机外特性曲线适应性系数Adaptability内燃机转矩、功率对外界阻力变化的适应能力。适应性系数转矩储备系数转速储备系数汽油机柴油机汽油机的适应性优于柴油机。第三节内燃机的万有特性万有特性定义及优点燃油经济特性排放特性ENGINEPERFORMANCEMAP主要学习内容一、万有特性万有特性是在以n为横坐标、pme（Pe或Ttq）为纵坐标的坐标平面内绘出一些常用参数的等值曲线族。参数：be

，tr，φa，排放，控制策略等等。二、万有特性的优点在一张图上表示内燃机各种性能参数之间的变化特性。万有特性ENGINEPERFORMANCEMAP燃油经济特性FuelEconomya.柴油机b.汽油机排放特性EmissionMap一、汽油机的排放特性a.CO排放特性b.HC排放特性c.NOx排放特性在常用的部分负荷区，过量空气系数控制在1.0左右，CO排放较低负荷超过全负荷的95%左右时，混合气显著加浓，CO的比排放量开始急剧上升在负荷很小时，混合气适当加浓，导致CO排放略有上升HC的变化趋势与CO有些类似，也是中等负荷比排放量较小，大负荷和小负荷时相对增加全负荷时HC排放增加不如CO严重小负荷时HC比排放随负荷的减小增加得比CO更快在中等转速以上当转速一定时，NOx比排放随负荷增大而下降，而且当接近全负荷时下降更快当负荷一定时，NOx的比排放随转速升高而增大，当然绝对排放量增加更快汽油机NOX的排放特性与CO、HC截然不同CO排放特性NOx排放特性HC排放特性烟度Sf排放特性柴油机排放特性二、柴油机的排放特性柴油机在整个工况范围内排放的CO均很少，在绝大多数工况下远小于汽油机的CO排放柴油机的HC排放也比汽油机低得多，平均来说，后者约为前者的2~4倍柴油机的NOx排放略低于汽油机柴油机排气烟度SF的变化比较有规律CO排放特性在整个工况范围内排放的CO均很少，在绝大多数工况下BSCO<5g/(kW·h)。汽油机一般BSCO=20～100g/(kW·h)，比柴油机大10～20倍。中速中负荷工况CO比排放最少。接近全负荷时，部分燃油因与空气混合不足而缺氧，造成CO排放急剧增大。当柴油机转速很低，由于燃烧室内气流运动过弱，