第七章 發(fā)動機的特性 汽車行駛時,由于車速與行駛阻力不斷變化,.

1、 第七章第七章 發(fā)動機的特性發(fā)動機的特性 汽車行駛時，由于車速與行駛阻力不斷變化，則發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和負荷亦相應變化，以適應汽車的需要。隨著轉(zhuǎn)速和負荷的改變，發(fā)動機工作過程也會發(fā)生變化。因此，發(fā)動機在不同使用條件下具有不同的動力性與經(jīng)濟性。 第一節(jié)第一節(jié) 發(fā)動機工況發(fā)動機工況 一、工況 發(fā)動機的運行情況，簡稱工況。工況以功率Pe和轉(zhuǎn)速n來表示，此功率、轉(zhuǎn)速應該與發(fā)動機所帶動的工作機械要求的功率、轉(zhuǎn)速相適應。 只有當發(fā)動機發(fā)出的扭矩與工作機械消耗的扭矩相等時，兩者才能在一定轉(zhuǎn)速下按一定功率穩(wěn)定工作。 二、發(fā)動機特性 發(fā)動機性能指標隨調(diào)整運轉(zhuǎn)工況而變化的關系稱為發(fā)動機特性。性能指標調(diào)整情況運轉(zhuǎn)工況調(diào)整

2、特性性能特性 特性用曲線表示稱為特性曲線，它是評價發(fā)動機性能的一種簡單、方便、必不可少的形式。 三、發(fā)動機性能指標與工作過程的關系 發(fā)動機輸出的有效指標通常用平均有效壓力pme、有效扭矩Ttq、有效功率Pe、有效燃油消耗率b、每小時耗油量B表示。這些指標與發(fā)動機工作過程參數(shù)的關系可以推導如下。 式中 v充量系數(shù)； o大氣狀態(tài)下空氣密度（kg/m3）； Vs氣缸工作容積（m3）； 過量空氣系數(shù)； hu燃料低熱值（kJ/kg）； Lo理論空氣量（kg/kg）。ovsvLhvQ每循環(huán)放熱量Q（kJ）為 根據(jù)平均有效壓力pme（kPa）的定義式中 We每循環(huán)有效功（kJ）； e有效熱效率。seseme

3、vQvWpvmivmioooovemeKLhLhp式中 it指示熱效率； m機械效率。nKPmive1功率mivtqKT2扭矩（汽油機）mieKb13燃油消耗率nKBv4小時耗油量扭矩（柴油機）bKTmitq2 第二節(jié)第二節(jié) 發(fā)動機臺架試驗發(fā)動機臺架試驗 一、試驗臺裝置 基本組成、裝配關系、固定、支承 二、制動測功裝置二、制動測功裝置測功器測功器 1.水力測功器水力測功器2.平衡式電力測功器平衡式電力測功器3.電渦流測功器電渦流測功器三、耗油率的測量三、耗油率的測量1.容積法容積法充油測量測量消耗容積v的燃油所用時間t 燃油消耗量按下式計算式中 V球泡容積（mL）； Pe 發(fā)動機有效功率（kW

4、）; f 燃油密度（g/mL）； t消耗容積V的燃油所用時間（s）。tvBf6 . 31000eePBb小時耗油量耗油率2.質(zhì)量法質(zhì)量法油箱供油 充油測量燃油消耗量按下式計算式中 t消耗m（g）燃油所需時間（s）；Pe消耗m（g）燃油時測量的有效功率（kW）；B小時耗油量（kg/h）；be有效燃油消耗率g/（kWh）。tmB6 . 31000eePBb 第第 二節(jié)二節(jié) 發(fā)動機的速度特性發(fā)動機的速度特性 發(fā)動機性能指標隨轉(zhuǎn)速變化的關系稱為發(fā)動機的速度特性。若駕駛員將油門踏板位置保持一定，由于道路阻力不同，汽車行駛速度也會改變，上坡時汽車速度逐漸降低，下坡時速度增加，這時發(fā)動機即沿速度特性工作。

5、一一、汽油機的速度特性汽油機的速度特性 （1）速度特性：汽油機節(jié)氣門開度固定不動，其有效功率Pe、扭矩Ttq、燃油消耗率b、每小時消耗油量B等隨轉(zhuǎn)速n變化的關系。 （2）測?。喊l(fā)動機臺架試驗。測取前，應將點火提前角及化油器調(diào)整完好；測取時，應按規(guī)定保持冷卻水溫度、潤滑油溫度在最佳狀態(tài)。 節(jié)氣門全開時速度特性稱為外特性。節(jié)氣門部分打開時的速度特性稱為部分負荷速度特性。由于節(jié)氣門的開啟可以無限變化，所以部分負荷速度特性曲線有無數(shù)條，而外特性曲線只能有一條。 （一）外特性曲線 1扭矩曲線變化趨勢 隨著轉(zhuǎn)速n的增加，扭距Ttq逐漸增大，出現(xiàn)最大扭距Ttqmax后逐漸下降，且下降程度越來越大。曲線呈上凸

6、形狀。 根據(jù)公式可見，Ttq隨n的變化取決于指示熱效率i、機械效率m、充氣效率v與過量空氣系數(shù)隨n的變化。mivtqKT2 （1）在節(jié)氣門開度一定時，過量空氣系數(shù)at可視為常數(shù)。 （2）充氣效率v在某一中間轉(zhuǎn)速時最大。因為一定的配氣相位僅對一種轉(zhuǎn)速最適合，此轉(zhuǎn)速下能最好地利用氣流慣性。其余轉(zhuǎn)速時v均降低，曲線為上凸形。 （3）指示熱效率it 轉(zhuǎn)速低，進氣流速低，紊流減弱，使霧化、混合狀態(tài)較差，火焰?zhèn)鞑ニ俣冉档?，散熱及漏氣損失增加，it較低，轉(zhuǎn)速高時，燃燒過程所占曲軸轉(zhuǎn)角較大，燃燒在較大容積下進行，it也較低。但變化比較平坦，對Ttq影響較小。 （4）機械效率 m 轉(zhuǎn)速增加，消 耗于機械損失功增

7、加。因此，隨轉(zhuǎn)速升高，機械效率m明顯下降。 綜合作用的結果是；當轉(zhuǎn)速由低開始上升時，v，it同時增加的影響大于m下降的影響，使Ttq增加，對應于某一轉(zhuǎn)速時，Ttq達到最大值。轉(zhuǎn)速繼續(xù)增加，由于v、it、m均下降，因此Ttq隨轉(zhuǎn)速升高而較快的下降，即Ttq曲線變化較陡。 2功率變化趨勢功率變化趨勢 Pe=Ttqn/9550 當轉(zhuǎn)速由低逐漸升高時，由于Ttq、n同時增加Pe增加很快。在達到最大扭距轉(zhuǎn)速ntq后，再提高轉(zhuǎn)速，由于Ttq有所下降，使Pe上升緩慢。某一轉(zhuǎn)速時Ttqn達最大值。此后，再增加轉(zhuǎn)速，由于扭距下降超過轉(zhuǎn)速上升的影響，Pe反而下降。 3燃油消耗率變化趨勢燃油消耗率變化趨勢 b=k3

8、/itm b在某一中間轉(zhuǎn)速當itm達到最大值時出現(xiàn)最低值。當轉(zhuǎn)速較此轉(zhuǎn)速低時，由于m上升彌補不了it的下降，使b增加。轉(zhuǎn)速較此轉(zhuǎn)速高時it、m均較低，b也增加。 （二）部分負荷速度特性（二）部分負荷速度特性 隨著節(jié)氣門的關小，節(jié)流損失增大，充氣效率減小，使部分負荷速度特性的 Pe、Ttq低于外特性值。且轉(zhuǎn)速越高，充氣效率減小的越多，因此，節(jié)氣門開度越小，隨轉(zhuǎn)速增加，扭距、功率曲線下降得越快，并使最大扭矩及最大功率點向低速方向移動。 當節(jié)氣門開度的75%左右時，耗油率曲線位置最低。超過75%開度，混合氣較濃，存在燃燒不完全現(xiàn)象，耗油率曲線位置較高，低于75%開度時，殘余廢氣相對增多，燃燒速率下降

9、，使it降低，耗油率曲線位置也高，且開度越小，耗油率曲線位置越高。 二、柴油機速度特性二、柴油機速度特性 速度特性：噴油泵油量調(diào)節(jié)機構位置固定不動，柴油機性能指標（主要是功率Pe、扭距Ttq、燃油消耗率b、每小時耗油量B）隨轉(zhuǎn)速n變化的關系。 外特性：油量調(diào)節(jié)機構固定在標定循環(huán)供油量位置時速度特性稱為柴油機標定功率速度特性。 部分負荷速度特性：當油量調(diào)節(jié)機構固定在小于標定循環(huán)供油量各個位置時，所測得的速度特性稱為柴油機。 1扭矩曲線變化趨扭矩曲線變化趨勢勢 柴油機的扭矩曲線比汽油機平坦。 柴油機扭矩曲線的變化趨勢，很大程度上決定于每循環(huán)供油量隨轉(zhuǎn)速變化的情況。 扭矩表達式可定性地寫成 由式可見

10、，柴油機扭距隨轉(zhuǎn)速的變化趨勢決定于it、m、b隨轉(zhuǎn)速n變化的趨勢。 bKTmitq2 （1）b隨轉(zhuǎn)速n的提高，每循環(huán)供油量b增加。 （2）v也是在某一中間轉(zhuǎn)速n出現(xiàn)最高值。 （3）i指示熱效率i某一中間n稍高i轉(zhuǎn)速低空氣渦流減弱，燃燒不良及散熱漏氣損失增加i轉(zhuǎn)速高v 、b ，使，不完全燃燒嚴重燃燒占曲軸轉(zhuǎn)角 ，燃燒容積 2功率曲線 由于扭矩Ttq曲線變化平坦，在一定n范圍內(nèi)，功率Pe幾乎與轉(zhuǎn)速n成正比增加。 3燃油消耗率曲線燃油消耗率曲線 由于柴油機壓縮比高，i較高，曲線比汽油機的平坦，最低耗油率值比汽油機相應值低。當i、m達到最大值時，出現(xiàn)bmin值。 （二）部分負荷速度特性 隨油量調(diào)節(jié)機構

11、位置向減小供油量方向移動時，循環(huán)供油量減小，使部分負荷速度特性的Pe、 Ttq值低于外特性。但隨著負荷減小，循環(huán)供油量隨轉(zhuǎn)速的變化趨勢基本不變，使部分負荷速度特性的變化趨勢同外特性相似，所以柴油機的部分負荷速度性的Pe、Ttq曲線是隨負荷的減小，大致平行下降。 耗油率曲線的變化趨勢基本同外特性。當負荷為75%左右時，曲線位置最低。 三三、發(fā)動機扭矩特性發(fā)動機扭矩特性 要求發(fā)動機的扭矩隨轉(zhuǎn)速的降低而增加。 如當汽車上坡時，若油量調(diào)節(jié)拉桿已達最大位置，但所發(fā)出的扭矩仍感不足，車速就要降低，此時需要發(fā)動機隨車速降低而發(fā)出更大扭矩，以克服爬坡阻力。因此，為表明發(fā)動機的性能，引入扭距儲備系數(shù)和轉(zhuǎn)速儲備系

12、數(shù)的概念。%100maxtqtqtqTTTK 1.扭距儲備系數(shù)扭距儲備系數(shù) 要充分表明發(fā)動機的動力性能，除給出標定功率及其相應的轉(zhuǎn)速外，還要同時考慮發(fā)動機的扭矩特性，從而引入扭距儲備系數(shù)和適應性系數(shù)K的概念。 式中 Ttqmax外特性曲線上的最大扭矩（Nm）； Ttq標定工況下的扭矩(Nm)。tqtqTTmax%100maxtqtqtqTTTK 或 K 值 大 ， 表 明 兩 扭 矩 之 差（Ttqmax - Ttq）值大，即隨轉(zhuǎn)速的降低，扭矩Ttq增大越快，從而在不換檔的情況下，爬坡能力、克服短期超負荷的能力越強。 汽油機：值在10%30%范圍，K值在1.21.4。 柴油機：若不予以校正，則

13、值只有5%10%范圍，K值只有1.05左右，難以滿足車輛使用要求。（二）轉(zhuǎn)速存儲設備系數(shù)n轉(zhuǎn)速存儲設備系數(shù)是標定工況時的轉(zhuǎn)速與最大扭距轉(zhuǎn)速的比值。 式中 nB標定工況轉(zhuǎn)速； ntq最大扭矩轉(zhuǎn)速最大扭矩轉(zhuǎn)速ntq越低，n越大，車輛在不換擋的情況下，發(fā)動機克服阻力增加的潛力越強。 一般，汽油機n=1.152.0 ，柴油機n=1.52.0 。tqBnnn （三）柴油機扭矩特性的改善 柴油機扭矩儲備系數(shù)小的根本原因是由噴油泵速度特性決定的。因此，柴油機中都采用油量校正裝置來改造外特性扭矩曲線。 油量校正裝置的作用是：當發(fā)動機在標定工況下工作時，如果轉(zhuǎn)速因外界阻力矩不斷增加而下降，則噴油泵能自動增加循環(huán)

14、供油量，以增大低速時的扭矩，提高扭矩儲備系數(shù)。 校正方法：（1）出油閥式校正機構。（2）附加在調(diào)速器上的彈簧校正機構。 負荷特性：轉(zhuǎn)速不變，其經(jīng)濟性指標隨負荷（可用功率Pe、扭矩Ttq或平均有效壓力Pme表示）的變化關系。 當汽車以一定的速度沿阻力變化的道路行駛時，就是這種情況。此時必須改變發(fā)動機油門來調(diào)整有效扭矩，以適應外界阻力矩的變化，以保持發(fā)動機轉(zhuǎn)速不變。 一、汽油機負荷特性一、汽油機負荷特性 1.負荷特性：當汽油機轉(zhuǎn)速不變，而逐漸改變節(jié)氣門開度，每小時耗油量B、燃料消耗率b隨負荷（Pe、Ttq或Pme）而變化的關系。 2.測?。喊l(fā)動機臺架試驗。測取前應將化油器、點火提前角調(diào)整完好；測取

15、時應按規(guī)定保持冷卻水溫度、潤滑油溫度在最佳狀態(tài)。 3.汽油機靠改變節(jié)氣門開度，改變進入氣缸的混合氣數(shù)量來適應負荷變化。其負荷的調(diào)節(jié)方法稱為“量調(diào)節(jié)”。 （一）燃油消耗率曲線（一）燃油消耗率曲線 由公式b=k3/itm可知，燃油消耗率b的變化取決于it、m的變化。it、m隨負荷的變化如圖所示。 （1）i轉(zhuǎn)速一定，負荷增加，節(jié)氣門開度加大，殘余廢氣相對減少，熱負荷增加，從而改善了燃油霧化、混合條件，使燃燒速度加快，散熱損失相對減少，i增加。負荷增至大負荷，加濃裝置工作，i下降。 （2）m m隨負荷的增加而迅速增加。原因是轉(zhuǎn)速一定而負荷增加時，機械損失功率Pm變化不大，指示功率Pi成正比增加，使m=

16、1（Pm /Pi）增加。 當發(fā)動機空轉(zhuǎn)（Pe=0）時，指標功率完全用于克服機械損失，即Pi=Pm，則m=0，耗油率b為無窮大。隨負荷（節(jié)氣門開度）增大，由于i、m同時上升，使耗油率曲線迅速下降。當im達到最大值出現(xiàn)最低耗油率bmin后，隨節(jié)氣門逐漸增至全開，化油器加濃裝置參加工作，供給最大功率混合氣，燃燒不完全現(xiàn)象增加，i下降，使耗油率又有所增加。（二）每小時耗油量（二）每小時耗油量B曲線曲線B節(jié)氣門開度：開度 ，量混合氣成分：除怠速、全負荷時較濃外，大部分情況變化不大 B幾乎隨節(jié)氣門開度呈線性變化。當節(jié)氣門開度增大至化油器加濃裝置參加工作后，B上升得更快一些。 二、柴油機負荷特性二、柴油機負

17、荷特性 1.負荷特性:柴油機轉(zhuǎn)速一定，每小時耗油量B、有效燃料消耗率b隨負荷（Pe、Ttq或Pme）而變化的關系。 2.測取:臺架試驗。測取時，應將柴油機的供油提前角、冷卻水溫度、潤滑油溫度等調(diào)整到最佳狀態(tài)。 3.柴油機負荷調(diào)節(jié)方法稱為“質(zhì)調(diào)節(jié)”。 柴油機負荷特性曲線分析柴油機負荷特性曲線分析 （一）耗油率曲線（一）耗油率曲線 根據(jù)公式 柴油機耗油率b隨負荷的變化取決于it和m。 mieKb13 m：隨負荷增加而上升。 i： 隨負荷增加，每循環(huán)供油量b增加，過量空氣系數(shù)減小，燃燒不完全程度增大，使i減小。大負荷時，混合氣過濃，燃燒惡化，不完全燃燒及補燃增多，使i下降更快。 綜上所述，當Pe=0

18、，m=0時，b趨于無窮大。隨負荷增加，m迅速增加，且遠大于i的減少，使b下降很快。當b增加到1點位置時，b最小。此后再增加負荷，由于i下降較m上升的多，使b又有所增加。當b增加到2點時，排氣冒黑煙，達到國標規(guī)定限值。當b超過2點時，燃料消耗量增大，排放污染嚴重，影響發(fā)動機壽命，所以，柴油機的最大循環(huán)供油量應在標定轉(zhuǎn)速下調(diào)整，使煙度不超過允許值。 （二）每小時耗油量（二）每小時耗油量B曲線曲線 轉(zhuǎn)速一定時，柴油機的每小時耗油量B主要決定于b。隨負荷增加，每循環(huán)供油量b增加，B隨之增加。當負荷接近冒煙界限后，由于燃燒惡化，B上升得更快一些。 由負荷特性可以看出， (1)同一轉(zhuǎn)速下最低耗油率bmin

19、越小，曲線變化越平坦，經(jīng)濟性越好。柴油機bmin比汽油機低bmin；而且燃油消耗率曲線比較平坦。相比之下，柴油機部分負荷時低耗油率區(qū)比汽油機寬，因而柴油機比汽油機節(jié)省。(2)耗油率b隨負荷的增加而降低，在接近全負荷（常在80%負荷率左右）時b達到最小。 萬有特性是以轉(zhuǎn)速n為橫坐標，以扭矩Ttq或平均有效壓力Pme為縱坐標，在圖上畫出許多等耗油率曲線和等功率曲線，組成發(fā)動機萬有特性。 一、萬有特性的制取 根據(jù)各種轉(zhuǎn)速下的負荷特性曲線，用作圖法可以得到萬有特性。 （一）等燃油消耗率曲線（一）等燃油消耗率曲線 1. 將不同轉(zhuǎn)速的負荷特性轉(zhuǎn)換為以平均有效壓力PME或Ttq為橫坐標、燃油消耗率b為縱坐標

20、的負荷特性，并逆時針旋轉(zhuǎn)90。 2. 在萬有特性圖的橫坐標上，以一定比例標出轉(zhuǎn)速數(shù)值?？v坐標Pme的比例應與負荷特性Pme的比例相同。從b=230g/（kWh）處引一垂線，與各種轉(zhuǎn)速的b曲線有兩個（或一個）交點。再從交點處引水平線，與從萬有特性橫坐標相應轉(zhuǎn)速處引出的垂線相交，將交點連成圓滑的曲線，即得到一定燃油消耗率時的等燃油消耗率曲線，其余b時的等燃油消耗率曲線作法相同。（二）等功率曲線（二）等功率曲線根據(jù)公式Pe= kPmen，可畫出等功率曲線，是一組雙曲線。 （三）邊界線（三）邊界線將外特性中的Ttqn畫在萬有特性上，構成邊界線。 二、萬有特性的應用分析二、萬有特性的應用分析 1.由萬有特性可以方便地查到發(fā)動機在任何點（Ttq、n）工作時的Pe、b、Pme，發(fā)動機在任何點（Pe、n）工作時的Ttq、b、Pme以及發(fā)動機最經(jīng)濟負荷和轉(zhuǎn)速。 2. 等燃油消耗率曲線的形狀及分布情況對發(fā)動機使用經(jīng)濟性有很大影響。 （1）等燃油消耗率曲線最內(nèi)層為最經(jīng)濟區(qū)，曲線越向外，經(jīng)濟性越差。 （2）如果等燃油消耗率曲線橫向較長，表示發(fā)動機在負荷變化不大而轉(zhuǎn)速變化較大的情況下油耗較小。常用中等負荷，中等轉(zhuǎn)速工況的車用發(fā)動機，希望其最經(jīng)濟區(qū)處于萬有特