第三节发动机主要性能指标和特性

1、,主要内容：,一、发动机主要性能指标,1、评价发动机性能的指标有：指示指标和有效指标。,指示指标：是以工质在气缸内对活塞做功为基础的指标。用来评价发动机实 际工作循环进行得好坏，以及燃料的热能转变为功的完善程度。,有效指标：是以发动机曲轴对外输出的功率为基础的指标。,区别：在于有效指标扣除了发动机在热功转换过程中维持实际循环工作过程所消耗的功。,2、有效指标的具体内容：,（1）动力性指标：显示发动机对外输出实际能被利用的功的大小。 主要包括有效功率（Pe）和有效转矩(Me),有效转矩：发动机通过飞轮对外输出的转矩称为发动机的 有效转矩,用Me表示。,有效功率：发动机通过飞轮对外输出的功率成为发

2、动机的有效 功率，用Pe表示,两者的关系：,平均有效压力：是指发动机单位气缸工作容积对外输出的有效功，用 表示。,平均有效压力与有效功率的关系：,（2）经济性指标：显示燃料的热能有多少转为被利用的有效功，主要包 括有效燃油消耗率和有效热效率。,有效燃油消耗率（ ）：指发动机每输出1KW的有效功率在1小 时内所消耗的燃油克数。,计算方法：,有效热效率：是指燃料燃烧所产生的热量转化为有效功的百分数，用 表示， 越高 发动机经济性越好。,（3）强化指标：是指发动机承受热负荷和机械负荷能力的评价指标，包括升功率和强化 系数两项。,升功率：发动机在标定工况下，单位发动机排量输出的有效功率，用 表示。 升

3、功率越大，表明每升气缸工作容积发出的有效功率大，机械负荷和 热负荷都高。,强化系数：是指平均有效压力与活塞平均速度的乘积，用 表示.,活塞平均速度（ ）：是指发动机在标定转速下工作时，活塞 往复运动的平均值，,与发动机转速的关系为：,（4）紧凑型指标：是用来表征发动机总体结构紧凑程度的指标，用比容积和比质量衡量。,比容积：是指发动机外廓体积与其标定功率的比值。,比质量：是指发动机的干质量与其标定功率的比值。,干质量：是指发动机未加注燃油、机油和冷却液的质量。,比容积和比质量越小， 发动机越紧凑。,（5）标定功率：是指发动机铭牌上所标定的功率，在不同的使用条件及寿命要求下有所 不同，主要包括15

4、min功率、1h功率、12h功率和持续功率。,15min功率：指发动机可连续运行15min仍保持正常状态的最大有效功率。 如汽车、摩托车等。,1h功率：指发动机可连续运行1h仍保持正常状态的最大有效功率。,12h功率：指发动机可连续运行12h仍保持正常状态的最大有效功率。,持续功率：运行发动机长期正常连续运转的有效功率。,如果发动机只在最大功率情况下短期工作，则标定功率可定高些； 如果发动机要在最大功率情况下长期运转，则标定功率应更低些。,（6）其他指标：环境指标、可靠性指标、耐久性指标等。,二、发动机的特性,1、发动机特性：发动机性能指标随调整情况和使用工况而变化的关系，用曲线表示又 称为发

5、动特性曲线；又分调整特性和使用特性。,调整特性：是指发动机性能指标随调整情况而变化的关系。如点火提前角调整特性。,使用特性：是指发动机性能指标随使用工况而变化的关系。如速度特性和负荷特性。,2、发动机的速度特性：,是指汽油机节气门开度保持不变或柴油机油量调节拉杆位置保持不变，同时发动机 各工况又处在最佳调整状态，此时发动机性能指标随转速变化的关系。,外特性曲线：当节气门保持最大开度或油量调节拉杆位置限定在标 定功率的油量位置时测得的全负荷速度特性曲线。 外特性曲线表示了发动机各转速对应的最大功率和最大转矩， 汽车的最大动力性能就是由外特性曲线所决定的。,汽油机速度特性曲线分析,测定汽油机速度特

6、性曲线时，除了保持节气门开度 不变之外，化油器、点火提前角均需调整到最佳状 态，水温、油温、油压等也均应保持正常稳定的状 态。从速度特性曲线上可看到发动机有效功率Pe 、 有效转矩Me 、有效燃油消耗率 等随转速变化 的规律，如下图所示，为某汽油机节气门开度在 全开、中等开度和小开度3中状况时的特性曲线。,如图，节气门全开时得到的曲线即为外特性曲线，由曲线可知，当n=np时，发动机发出功率最大；当nnp时，发动机功率都减小。当n=ng时，发动机有效耗油率最小；当nng时，有效耗油率都将增大。,测定柴油机速度特性时，除保持油量调节拉杆位置不变外，供油提前角调整到最佳状态，水温、油温、油压等也应保

7、持正常稳定状态，如图所示为油量调节拉杆在全、中、小3个位置时的特性曲线，全位置曲线即为外特性曲线。,柴油机速度特性曲线,由曲线可知发动机转矩Me随发动机转速n增加而缓慢增加，在中等转速范围内，Me随n增加而降低，这样柴油机的转矩曲线比较平缓，这对柴油机运转的稳定性和克服超载能力是不利的。为此，柴油机必须通过调速器中的油量校正装置来改造柴油机外特性转矩曲线。,有效功率Pe，由于不同转速时Me变化不大，在一定转速范围内，Pe几乎随n上升成正比增加，但n大到一定数值时，Pe虽然有上升，然而由于循环供油量增加，燃烧恶化，排放黑烟严重，因此，柴油机的标定功率会受冒烟界限限制，于是其最高转速需由调速器来限

8、制。,有效耗油率ge曲线变化趋势与汽油机相同，但较平坦，说明柴油机在较大的转速范围内，都有比较好的经济性。,2、发动机的负荷特性,当发动机转速保持不变，同时发动机各工况又处在最佳调整状态，此时发动机性能指标随负荷变化而变化的关系称为发动机的负荷特性，负荷特性一般用来分析发动机的燃油经济性。,2.1 汽油机的负荷特性曲线分析,测定汽油机负荷特性曲线时除保持发动机转速不变外，化油器、点火提前角、均需调整到最佳状态，水温、油压、油温等均应保持正常稳定的状态。,2.1 汽油机的负荷特性曲线分析,由图分析可知，随节气门开度增大，有效功率Pe由小增大，发动机每小时耗油量GT随之上升，当节气门开度达到全开的

9、80%时，化油器加浓装置开始工作，GT上升速度加快，曲线变陡。,2.1 汽油机的负荷特性曲线分析,当发动机在怠速状态运转时，输出有效功率Pe=0，故有效耗油率ge曲线趋向无穷大，随节气门开度增大，Pe由小变大，ge迅速下降，直至降到最低值，随Pe继续加大，节气门开度增大到全开80%时，化油器加浓装置开始工作，ge又有所上升。,测定柴油机负荷特性时，除保持发动机转速不变外，供油提前角需要调整到最佳状态，水温、油温、油压等也应保持正常稳定状态。如图所示，由图分析可知，GT随Pe增大而近似直线上升，直至Pe增大到等于全负荷85%时，当负荷继续增大到全负荷90%以后，GT迅速加大，曲线变陡。,2.2

10、柴油机的负荷特性曲线分析,有效耗油率ge在怠速时趋向无穷大，随Pe增大到等于全负荷90%时，ge达到最小值，再增加负荷，ge上升至曲线点2时，柴油机排放黑烟，至曲线点3时，柴油机发出最大功率。为了避免由排放黑烟而引起的环境污染、易使燃烧室积炭和发动机过热现象等，采用由调速器来控制标定的循环供油量，可使标定功率限制在曲线点2以内。,2.2 柴油机的负荷特性曲线分析,从负荷特性曲线上可以看出，在接近全负荷时，ge最低，因此，为了提高汽车的燃料经济性，希望发动机经常处于ge低，负荷又较大的经济负荷区运行。,汽、柴油机负荷特性曲线的比较,汽油机有效燃油消耗率ge都比同负荷的柴油机高，这是两种机型的混合

11、气形成、着火燃烧以及负荷调节方式的不同造成的。中、低负荷处ge的差值明显比最低油耗点和标定功率处大，这是因为汽油机ge线过于陡尖，而柴油机有较宽的平坦段的缘故。统计资料表明，汽、柴油机gemin的差值为15%-30%，而综合使用油耗的差值可达25%-45%，就是由于汽车大多在中、低负荷条件下运行所致。,汽、柴油机负荷特性曲线的比较,由以上两点可以得知，若单纯从燃油经济性出发进行汽车动力的选择，自然是柴油机优于汽油机，这是柴油机最明显的优势。实际选用时不可能只考虑这一因素。另外一点则是，无论汽柴油机都希望尽可能提高负荷利用率，使其经常接近最经济的80%-90%负荷率处工作。这一点对汽油机尤为重要

12、，它已成为改善发动机燃油经济性，降低实际使用油耗的一个极为重要的原则。,3、发动机万有特性,发动机负荷特性和速度特性曲线只反映转速及负荷之一不变时的性能变化规律，若用来分析多转速、多负荷的综合性能显然不太方便和直观。为此，使用了转速与负荷同时变化的万有特性图。 万有特性图实质上是所有负荷特性和速度特性的合成，它可由多条负荷特性线或速度特性线转化得出，反过来也可由它求得各条负荷特性或速度特性曲线。,3、发动机万有特性,根据万有特性，可以看出发动机在任何转速与负荷运行时的经济性。最内层的等耗油率曲线相当于最经济的区域，曲线越向外，经济性越差。等耗油率曲线的形状及分布情况对发动机的使用经济性有重要影响。若等耗油率曲线在横坐标方向较大，则表明发动机在转速变化较大而负荷变化较小的情况下工作时，经济性好；若在纵坐标方向较长，则表示发动机在负荷变化较大而转速变化范围不大的情况下工作时，燃油消耗率较小。,3、发动机万有特性,对于车用发动机，希