汽车发动机原理课件：调整特性

一、柴油机喷油提前角调整特性在柴油机转速和喷油泵油量调节机构位置不变的条件下，柴油机有效功率和有效燃油消耗率随喷油提前角的变化关系，称为喷油提前角调整特性，如图6-27所示。由图可见:由于测定柴油机喷油提前角调整特性时，柴油机的转速和喷油泵油量调节机构的位置不变，所以每小时耗油量B为常数，喷油提前角的改变对B没有影响。与汽油机的点火提前角调整特性一样，对应每一种工况，均有一最佳的喷油提前角θ0，此时，有效功率最大，有效燃油消耗率最低。增加喷油提前角过大时，由于燃料将喷入压力和温度都不高的空气中，着火延迟期增长，导致速燃期的压力升高率过大，造成柴油机工作粗暴，使Pe下降和be增加。喷油提前角过小时，燃烧推迟到膨胀过程中进行，因而使压力升高率降低，最高压力大大降低，同时排气温度升高，热损失增加，热效率显著下降，也使Pe下降和be增加。柴油机在一定负荷下以不同转速工作时，其最佳喷油提前角也是不同的，一般应随转速的提高，适当增大喷油提前角。为满足上述要求，在传统的柴油机燃料供给系统中，通常装有离心式喷油角提前器。二、柴油机的调速特性１.柴油机装置调速器的必要性发动机稳定工作的条件是其发出的转矩与外界阻力矩相等，如图6-28中的A点。如果发动机转矩曲线能随转速增加而迅速下降，则当外界阻力矩有暂时变化时，这种曲线便具有自动保持稳定工作的能力，如图6-28a)所示。如果转矩曲线变化平缓，甚至微微上倾，则在阻力变化急剧时，理论上虽可恢复稳定工作，实际上转速变化很大，恢复稳定也慢，难以满足正常工作的需要。这样曲线实际上不具备自动保持稳定工作的能力，如图6-28b)所示。由速度特性曲线可知，汽油机工作稳定性好，而柴油机较差。汽车发动机还经常遇到负荷突变的情况，可能引起发动机转速很快上升，甚至超过允许的限度，即所谓飞车。对于汽油机，转速升高时，因ϕc急剧下降，转矩迅速降低，超速不会过高，而且超速时混合气成分变化不大，对工作过程影响较小，运动零件也轻巧，所以短时间超速的危害不大，常允许超速10％。对柴油机来说，超速就很危险，因转矩曲线平坦，使转速大幅度上升，循环供油量又随转速增高而加大，混合气变浓，工作过程恶化，排气冒黑烟，零件过热，同时由于运动零件较重，超速时产生很大的惯性力，可能引起零件损坏。因此，柴油机上必须有防止超速的装置。汽车低速空转频繁，如短暂停车、起动、暖车等。如果发动机经常熄火，将会给驾驶员带来极大的困难。低速空转时，喷油泵只供给很少的燃油，这些燃油发出的能量只能克服发动机本身运转的机械损失，这时发动机运转的稳定性主要取决于发动机机械损失与汽缸内发出指示功之间的相互配合关系，如图6-29所示。汽油机怠速(能稳运运转的最低空车转速)工作时，由于节气门开度很小，造成强烈节流，使平均指示压力pmi随转速升高而迅速下降。这时，如果平均机械损失压力稍有变化(如因温度改变而使全损耗系统用油黏度变化)，引起转速变化(从n1改变到n2或n3)是不大的，可以认为是稳定运转(图6-29a)。但柴油机情况不同，如图中6-29b)所示，由于每循环供油量是随转速增加而略有增加，因而pmi也随之稍有增加。不难看出，如果pm稍有变化，会引起转速很大的波动，柴油机极易熄火或过速，因此必须有保证怠速稳定运转的装置。总之，为了怠速稳定和高速不飞车，在柴油机上必须装置调速器。调速器可以根据外界负荷的变化，通过转速感应元件，自动调节喷油泵供油量，使柴油机转速保持在极小的变化范围内稳定工作。汽车柴油机上所用调速器，可分为两极式和全程式两类。按其构造又分机械式、气动式、液压式和电气式，最常用的是机械式调速器。近年来，采用微机控制的电控调速器也在增多。２.全程式调速器的调速特性柴油机装置全程式调速器后，在所有的转速范围内，调速器都能根据外界负荷的变化，通过转速感应元件，自动调节喷油泵供油量，保证在驾驶员选定的任何转速下，使柴油机在极小的转速变化范围内稳定运转。在矿区、林区、大型建筑工地使用的车辆，所遇到的行驶阻力变化很大，这类车辆宜采用全程式调速器。在调速器起作用时，保持喷油器调速手柄位置一定，柴油机性能指标(主要指Ttq、Pe、be、B等)随转速或负荷变化的关系称为调速特性。调速特性一般有两种表达形式，一种以负荷作为横坐标，相当于负荷特性的形式。按负荷特性所述，其横坐标可以用Pe、Ttq或pme表示，如图6-30所示。这种方式对分析装有调速器柴油机的经济性是很方便的。另一种方式是以转速为横坐标的调速特性，相当于速度特性的形式，如图6-31所示。装有全程式调速器的柴油机调速特性，如图6-31所示。当柴油机在某一工况下稳定运转时，若外界阻力矩减少，由于转速上升，调速器将带动供油量调节装置使供油量减少，柴油机输出有效转矩迅速减小，反之，若外界阻力矩增加时，由于转速下降，调速器使循环供油量增加，柴油机输出的有效转矩迅速增加。可见，由于调速器的作用，使柴油机在较小的转速变化范围内，有效转矩可从零变化到最大值或从最大值变化到零，从根本上改善了柴油机的转矩特性，它不仅能使柴油机保持怠速稳定和限制最高转速，而且可使柴油机在任意转速下保持稳定运转。３.两极调速器的调速特性两极调速器只在柴油机最低转速和最高转速时起作用，以防止怠速熄火和高速飞车。调速器在中间转速不起作用，由驾驶员根据需要直接操纵油量调节机构来控制。装有两极调速器的柴油机调速特性，如图6-32所示。由图可见，只有在最低转速和最高转速附近两个很小的转速范围内，在调速器的作用下，使柴油机的转矩曲线产生急剧变化，在中间转速范围内，调速器不起作用，转矩曲线按速度特性变化。对于一般汽车来说，行驶阻力变化幅度较小而且缓慢，但车速却需不断变化，加上车身的振动，加速踏板不可能稳定在一个确定位置，汽车惯量又大，所以由驾驶员不断调节加速踏板压下的程度直接操纵油量调节机构，可以保持汽车相当稳定地行驶。另外，当车速变化时，两极式和全程式调速器响应方式不同，其效果也有区别，工作情况如图6-33所示。对于全程式调速器，踩了加速踏板相当于加大弹簧预紧力，调速器起作用，很快加大供油量，转矩迅速上升，然后再下降达到新的平衡点。这样，加速踏板稍有变动，汽车便以很大加速度移向新的平衡点，这往往使客车等交通工具上的乘客感到不舒适，加速时也易冒黑烟，操作时要十分小心。此外，感应不直接，弹簧力直接由加速踏板操纵，加速踏板较重，会产生操纵不快感。对于两极式调速器，驾驶员直接操纵油泵齿条，达到新平衡点的加速度小，反应快，加速性能好，操纵方便，所以除重型汽车外，一般汽车上常用两极式调速器。４.调速器的工作指标１)调速率调速器的工作好坏，通常用调速率来评定。调速率可通过柴油机突变负荷试验测定。试验时，先让柴油机在标定工况下运转，然后突卸全部负荷，测定突变负荷前后的转速而得。根据测定条件不同，调速率可分稳定调速率和瞬时调速率两种。(１)稳定调速率δ2，其计算公式为:式中:n1——突变负荷前柴油机的转速，r/min;

n3——突变负荷后柴油机的稳定转速，r/min;

nb——柴油机的标定转速，r/min。稳定调速率表明柴油机实际运转时的转速波动相对于全负荷转速的变化范围。如果稳定调速率太大，不仅对工作机械的稳定工作不利，而且对于空转时柴油机零件的磨损也是有害的。一般规定，对于农业排灌及工程机械用的柴油机，要求δ2<8％，对于汽车、拖拉机柴油机，δ2≤10％，对于交流发电机组用柴油机则要求高一些，希望δ2<5％。(２)瞬时调速率δ1。它是评定调速器过渡过程的指标。柴油机在负荷突然变化时，转速经过数次波动后，如果要求它能在新的转速下稳定工作，就必须使调速器推力盘移到一个新的平衡位置，这个过程称为过渡过程。图6-34为突卸负荷时，转速变化的情况。瞬时调速率δ1是表示过渡过程中转速波动的瞬时增长百分比，其计算公式:式中:n2—突变负荷时柴油机的最大(或最小)瞬时转速，r/min;n1——突变负荷前柴油机的转速，r/min;nb——柴油机的标定转速，r/min。一般δ1≤12％，对发电用的柴油机，要求δ1≤8％。过渡过程不好时，调节的转速不能稳定在某一转速下，有较大的波动，严重时还会发出转速忽高忽低的响声，这种现象常称“游车”。调速器一旦发生“游车”，工作就会失灵，必须设法消除。２)不灵敏度调速器工作时，调速系统中有摩擦存在，需要有一定的力来克服摩擦，才能移动调整油量机构。不论柴油机转速增大或减小，调速器都不会立即得到反应以改变供油量，因为机构中的摩擦力阻止着推力盘的运动。例如，发动机转速为2300r/min时，调速器可能对转速n′1

=2270r/min到n′2=2330r/min范围内的变动都不起反应，这样两个起作用的极限转速之差对发动机平均转速之比就称为调速器的不灵敏度ε，即:式中:n′2——当柴油机负荷减小时，调速器开始起作用时的曲轴转速，r/min;n′1——当柴油机负荷增大时，调速器开始起作用时的曲轴转速，r/min;n——柴油机的平均转速，r/min。不灵敏度ε主要是由于调速系统中存在摩擦力所致，