汽车发动机原理7发动机特性(新)

第七章发动机特性发动机工况、性能指标与工作过程参数的关系工况 定义：发动机的运行情况（简称工况）。 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示：用功率Pe和转速n表示。 分类： 恒速工况，n=const 螺旋桨工况,Pe=Kn8 陆上运输工况，Pe与n在很大范围内变化发动机工况、性能指标与工作过程参数的关系 发动机特性 定义：发动机性能指标随调整工况及运转工况而变化的关系称为发动机特性。 分类： 性能指标随调整情况变化的关系称调整特性；柴油机供油提前角调整特性、汽油机点火提前角调整特性、柴油机的调速特性等 性能指标随运转工况变化的关系称性能特性。负荷特性、速度特性、万有特性 表示：特性用曲线表示称为特性曲线。目录 第一节发动机负荷特性 第二节发动机速度特性 第三节柴油机的调速特性 第四节发动机的万有特性第一节　发动机负荷特性 定义：发动机在转速不变时，经济性指标及其他参数随负荷变化的关系。 等速行驶即为此种工况 特性曲线 横坐标——负荷 纵坐标——经济性指标１．定义： 当汽油机转速保持不变， 而逐渐改变节气门开度，同时调节测功器负荷，以保持转速不变， 每小时燃油消耗量B、燃油消耗率be随负荷(Pe、Ttq或pme)变化而变化的关系，称为汽油机负荷特性。一、汽油机负荷特性２．测取方法： 将供油系、点火提前角调整好；水温、润滑油温最佳（85℃）。 当汽油机保持某一稳定转速后，逐渐改变节气门开度（由小到大），测量功率、小时耗油量B，排气温度等参数。 加大节气门开度，同时调节测功机负荷保持转速不变，稳定后测量第二点的功率小时耗油量B，排气温度等参数。 如此依次一直作到节气门全开，一般不少于8点。 把测量数据画在以负荷为横坐标的坐标系内、并连成曲线即得汽油机负荷特性曲线。一、汽油机负荷特性 汽油机的负荷调节方法称为“量调节”。 化油器式发动机通过改变节气门开度，改变进入气缸的混合气数量来适应负荷变化； 汽油喷射式发动机所形成的混合气的混合比，按不同工况的空气量来计量喷油量，而进气管中的空气流量由节气门来控制，仍属于量调节。汽油机的“量调节”一、汽油机负荷特性3.曲线历程分析（1）燃油消耗率b 当ηiηm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，ηi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机械损失，即Pi=Pm，则ηm=0，所以耗油率b为无穷大。随负荷增大，由于ηiηm同时上升，使耗油率曲线迅速下降。3.曲线形状分析（2）每小时燃油消耗量曲线 汽油机转速一定时，每小时燃油消耗量B主要取决于:节气门开度和混合气成分。 由于汽油机的量调节方式，负荷变化时，节气门开度改变，又影响到混合气量的变化; 汽油机除怠速工况外，从小负荷到中等负荷，随节气门开度变大，B曲线呈线性变化，燃油消耗量逐渐增加； 当节气门开至加浓装置参加工作后，B曲线变陡，燃油消耗量上升较快。 1.定义：柴油机转速一定，移动喷油泵齿条或拉杆，改变每循环的供油量，每小时耗油量B、有效燃料消耗率b随负荷(Pe、Ttq或Pmax)而变化的关系称柴油机负荷特性。二、柴油机负荷特性柴油机的“质调节” 转速一定时，进入气缸的空气量基本不变，改变负荷相应改变的是每循环供油量△q，使混合气成分变化。 因此，柴油机是通过改变混合气的过量空气系数来适应负荷的变化。 其负荷调节方法称为“质调节”。1．有效燃油消耗率曲线 与汽油机不同，随负荷增加，每循环供油量△q增加，过量空气系数减小，燃烧不完全程度增大，使ηi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ηi下降更快。ηm随负荷增加而上升。3.曲线形状分析1．有效燃油消耗率曲线 当Pe=0，ηm=0时，耗油率be趋于无穷大。随负荷增加，由于ηm迅速增加，且远大ηi的减少，使下降很快。直至be最小。 此后再增加负荷，由于ηi下降较ηm上升得多，使be又有所增加。当△q继续增加时，不完全燃烧现象显著增加，烟度急剧增大，达到国标规定的限值。 转速一定时，柴油机的每小时耗油量B，主要决定于每循环供油量△q。 随负荷增加，△q增加，B随之增加。 当负荷接近冒烟界限点后，由于燃烧恶化，B上升得更快一些。2.每小时燃油消耗量曲线三、负荷特性曲线特点 负荷特性是发动机的基本特性。 常用它评价发动机工作的经济性。 根据需要可测定发动机不同转速下的负荷特性。 转速变化时，各条负荷特性曲线的变化趋势相同，只是各条曲线的路径不同。 每条曲线的最右端点表示全负荷转速下的功率及燃油消耗率。三、负荷特性曲线特点 由负荷特性可以看出，低负荷时，有效燃油消耗率很高，经济性差。因此，应注意提高发动机的功率利用率。 同一转速下，最低油耗率bmin愈小，曲线变化愈平坦，经济性愈好。 柴油机bmin比汽油机低10％～30％；而且燃油消耗率曲线比较平坦。三、负荷特性曲线特点 柴油机部分负荷时低油耗率区比汽油机宽，因而柴油机比汽油机省油。第二节发动机速度特性 定义：发动机性能指标随转速变化的关系，称为发动机的速度特性。 部分速度特性 外特性一、汽油机速度特性 1.定义：汽油机节气门(油门)开度固定不动，点火提前角最佳及化油器调整完好的情况下，有效功率Pe、转矩Ttq、燃油消耗率b、每小时耗油量B、排气温度tr、空气消耗量、进气管真空度、充气效率、点火提前角等随转速变化的关系，称为汽油机的速度特性。2.制取方法 汽油机节气门固定在全开位置，调整测功机负荷使其稳定在标定转速，测量有效扭矩、B，排气温度等参数。 节气门开度不变，加大测功机负荷，使发动机转速降低，稳定后测量第二点的有效扭矩、B、排气温度等参数。 如此依次一直作到发动机的最低稳定转速，一般不少于8点。 把测量数据画在以n为横坐标的坐标系内、并连成曲线即得汽油机的外特性曲线。一、汽油机速度特性3.分类： 节气门全开时速度特性，称为外特性。 节气门部分打开时的速度特性，称为部分速度特性。 由于节气门的开启可以无限变化，所以部分速度特性曲线有无数条。全负荷特性曲线4.外特性曲线（1）转矩曲线 随着转速的增加，转矩Ttq逐渐增大，出现最大转矩Ttqmax后逐渐下降，且下降程度愈来愈大。曲线呈上凸形状。（1）转矩曲线 充量系数 指示热效率 机械效率（1）转矩曲线 当转速由低开始上升时，充量系数、指示热效率同时增加的影响，大于机械效率下降的影响，使Ttq增加。 在达到最大值后，随转速增加，由于充量系数、指示热效率、机械效率均下降，故扭矩曲线逐渐下降，且下降程度逐渐加大。（2）功率曲线 当转速由低逐渐升高时，由于Ttq和n同时增加，Pe增加很快。 在达到最大转矩转速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，由于转矩下降超过转速上升的影响，Pe反而下降。（3）燃油消耗率曲线*耗油率b随转速n变化趋势，取决于ηi和ηm随n变化的趋势。b在某一中间转速，当ηiηm达到最大值时出现最低值。当转速较此低时，由于ηi低，使b增加。转速较此高时，ηi和ηm均较低，b也增加。5.部分速度特性 部分负荷速度特性的Pe、Ttq低于外特性值。且转速越高，充量系数减小得越多。 节气门开度越小，随转速增加，扭矩、功率曲线下降越快，并使最大扭矩及最大功率点向低转速方向移动。二、柴油机速度特性 1.定义：喷油泵油量调节机构(供油拉杆或齿条)位置不动，柴油机性能指标(Pe、Ttq、b、B、排气烟度、涡轮前排气温度、爆发压力等)随转速变化的关系，称为柴油机速度特性。 2.测试方法与汽油机相类似3.分类 柴油机外特性：当油量调节机构固定在标定循环供油量位置时的速度特性，称为柴油机外特性。（标定功率速度特性） 部分速度特性：当油量调节机构固定在小于标定循环供油量位置时的速度特性，称为柴油机部分速度特性。二、柴油机速度特性4.标定功率速度特性 （1）转矩曲线 各种转速下柴油机转矩的大小，主要取决于每循环供油量△q的多少。（1）转矩曲线变化规律 在较低转速范围内，随n的增加，由于△b及ηi的增加超过ηm下降的影响，使Ttq增加; 在较高转速范围内，随n增加，ηi及ηm下降超过△b增加的影响，使Ttq有所下降; 比汽油机Ttq曲线平坦。（2）燃油消耗率曲线*与汽油机燃油消耗率曲线类似，柴油机的燃油耗率曲线也是一凹形线，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和ηm达到最大值时，出现bmin值。（3）功率曲线变化规律：由于扭矩Ttq曲线变化平坦，在一定转速范围内，功率Pe几乎与转速n成正比增加。5.部分速度特性 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。 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。 柴油机的部分负荷速度性的Pe、Ttq曲线是随负荷的减小，大致平行下移。第三节柴油机的调速特性 装调速器的必要性 提高工作稳定性 防止发动机超速 保证怠速稳定（防止低速熄火）第三节柴油机的调速特性 定义：在调速器起作用时，柴油机性能指标(Pe、Ttq、b、B)随转速或负荷变化的关系，称为柴油机调速特性。 分类： 两级调速器 全程调速器一、调速器与调速特性1．两级调速器及调速特性 车用柴油机一般采用两级调速器 工作范围 调速器在怠速和标定转速附近起作用，以稳定怠速和防止高速飞车。 中间转速调速器不起作用，由驾驶员通过加速踏板控制供油量。两级调速器工作原理 发动机怠速运转时，调速器的飞球5的离心力，与软的怠速弹簧10的推力相平衡。当偶然原因使n高于或低于怠速转速时，调速器起作用。 由于飞球的离心力增大或减小，使调节推杆6带动调节杠杆8，以A为支点右移或左移，减少或增加循环供油量，使转速不至于增加或降低得过多，从而保持了怠速运转的稳定。两级调速器工作原理两级调速器的柴油机调速特性 由于调速器的作用，使速度特性的两端得到调整,转速变化时，转矩曲线急剧变化。 中间部分按速度特性变化。2．全程调速器及调速特性 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 机械、矿山机械等用柴油机一般装用全程式调速器。 柴油机由最低转速到最高转速的宽广范围内，调速器都起作用。2．全程调速器及调速特性二、调速器工作指标1．调速率——评价调速器工作的好坏。 瞬时调速率 稳定调速率(1)稳定调速率 定义：它是当柴油机在标定工况下，突然卸去全部负荷，突变负荷前后转速度稳定情况。 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) n—柴油机标定转速(r／min) 危害：稳定调速率大，柴油机工作不稳定，转速波动大。 一般车用柴油机δ1≤10％，稳定调速率值过大，工作稳定性差。(2)瞬时调速率 它是评定调速器过渡过程的指标。 定义：柴油机在负荷突变时，转速经过数次波动直到稳定，在此期间转速波动的瞬时变化百分比。 式中n2—突变负荷时柴油机的最大(或最小)瞬时转 速(r／min) n1—突变负荷前的柴油机转速 n—柴油机的标定转速(r／min)。 一般δ2≤12％。δ2太大，则瞬时波动过大，生转速忽高忽低并伴有响声，称为“游车”。2．不灵敏度 成因：调速器工作时，由于需要一定的力来克服调速系统的摩擦阻力，因此，在一定转速变化范围内，调速器不会立即起作用来改变供油量。 定义：当柴油机负荷减小时，调速器开始起作用的转速与负荷增大时开始起作用的转速之差，与柴油机平均转速之比，称为调速器的不灵敏度。 两个起作用的极限转速之差与平均转速之比。第四节发动机的万有特性 定义：万有特性是以转速n为横坐标，以扭矩Ttq或平均有效压力Pme为纵坐标，在图上画出许多等耗油率曲线和等功率曲线，组成发动机万有特性。一、万有特性的制取根据各种转速下的负荷特性曲线，用作图法可以得到万有特性。（一）等燃油消耗率曲线1.将不同转速的负荷特性转换为以平均有效压力Pme或Ttq为横坐标、燃油消耗率b为纵坐标的负荷特性，并逆时针旋转90°。2. 在万有特性图的横坐标上，以一定比例标出转速数值。纵坐标Pme的比例应与负荷特性Pme的比例相同。从b=230g/（kW·h）处引一垂线，与各种转速的b曲线有两个（或一个）交点。再从交点处引水平线，与从万有特性横坐标相应转速处引出的垂线相交，将交点连成圆滑的曲线，即得到一定燃油消耗率时的等燃油消耗率曲线，其余b时的等燃油消耗率曲线作法相同。（二）等功率曲线根据公式Pe=kPmen，可画出等功率曲线，是一组双曲线。（三）边界线将外特性中的Pme\Ttq-n画在万有特性上，构成边界线。1.由万有特性可以方便地查到发动机在任何点（Ttq,n）工作时的Pe、b、Pme，发动机在任何点（Pe,n）工作时的Ttq、b、Pme以及发动机最经济负荷和转速。2.等燃油消耗率曲线的形状及分布情况对发动机使用经济性有很大影响。二、万有特性的应用分析（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）如果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油耗较小。常用中等负荷，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。二、万有特性的应用分析 3.某些改进与研究性试验时，为保证内燃机与传动系的匹配，将常用排档下常用阻力曲线(折算成Pme值)绘于万有特性上。 可以一目了然地看出汽车的常用工作区，是否与发动机的经济油耗区接近，以判断改进效果。二、万有特性的应用分析 4.可用万有特性评价内燃机排放污染情况。将内燃机有害排放物随负荷和转速变化的关系画在万有特性上，从而反映内燃机在某一工况下的燃烧与混合气形成情况。二、万有特性的应用分析 5.可以结合传动系参数绘制整车万有特性。由此可以确定各排档、各种坡度、不同车速下的经济性和动力性。三、汽油机万有特性的特点与柴油机相比，汽油机万有特性具有如下特点： 最低耗油率偏高，经济区域偏小； 等耗油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。 汽油机的等功率线随转速升高而斜穿等耗油线，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；汽油机变负荷时，平均耗油率偏高。四、柴油机万有特性的特点与汽油机相比，柴油机万有特性具有以下特点： 最低耗油率偏低，并且经济区域较宽； 耗油率曲线在高、低速均不收敛，变化比较平坦。柴油机相对汽车变速工况的适应性好； 等功率线向高速延伸时，耗油率的变化不大，所以采用低速档时，柴油机的转矩和功率储备较大。 在使用中，以柴油机为动力的汽车可以长时间使用低速档。因此，以柴油机为动力的汽车实际动力因数比以汽油机为动力的汽车为高。*耗油率b随转速n变化趋势，取决于ηi和ηm随n变化的趋势。b在某一中间转速，当ηiηm达到最大值时出现最低值。当转速较此低时，由于ηi低，使b增加。转速较此高时，ηi和ηm均较低，b也增加。*与汽油机燃油消耗率曲线类似，柴油机的燃油耗率曲线也是一凹形线，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和ηm达到最大值时，出现bmin值。