發(fā)動機運行特性

發(fā)動機運行特性第一頁，共71頁。發(fā)動機運行特性

發(fā)動機特性在一定條件下，發(fā)動機性能指標與特性參數(shù)隨各種可變因素的變化規(guī)律。運行特性：即主要的性能指標（功率、扭矩、比油耗、排放等）隨工況參數(shù)——轉(zhuǎn)速和負荷的變化規(guī)律

第二頁，共71頁。研究發(fā)動機運行特性的意義1、與汽車進行全工況的合理匹配

由發(fā)動機運行特性轉(zhuǎn)化而得的汽車的運行特性，如驅(qū)動力特性、燃油經(jīng)濟性、運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性、安全性等

2、特性曲線不能滿足要求時進行調(diào)節(jié)和校正柴油機調(diào)速裝置、點火和噴油提前裝置，可變配氣相位系統(tǒng)

*電子控制技術使更多的參數(shù)有了實時調(diào)控的可能，出現(xiàn)了多種發(fā)動機的“可變”技術，

第三頁，共71頁。第一節(jié)發(fā)動機工況工況由轉(zhuǎn)速和曲軸輸出功率表示

第四頁，共71頁。工況平面與發(fā)動機的工作區(qū)域

以負荷和轉(zhuǎn)速為坐標的平面叫發(fā)動機的工況平面

點工況運行（泵站）線工況運行（發(fā)電機組、螺旋槳）面工況運行（汽車）第五頁，共71頁。發(fā)動機的工作區(qū)域及限制1)a曲線是各轉(zhuǎn)速時最大功率(轉(zhuǎn)矩)的限制線，到標定點A為止。2)b曲線是各負荷條件下的最高轉(zhuǎn)速限制線。3)c曲線是發(fā)動機最低穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速限制線4)d曲線是各個踏板位置下的空轉(zhuǎn)怠速線。5)輸出功率為負值的e曲線是發(fā)動機滅火，外力倒拖時的工況線。

第六頁，共71頁。1、ab曲線在最大加速踏板位置條件下獲得的。汽油機在節(jié)氣門全開時獲得，稱為速度外特性線；對于柴油機則a為校正外特性線，b曲線則是調(diào)速器起作用的調(diào)速特性線。

2、低于c曲線轉(zhuǎn)速時，由于燃燒波動和運動件慣性過小，發(fā)動機無法穩(wěn)定工作。3、“加速踏板”與“油門”踏板：對汽油機，控制節(jié)氣門開度，稱為油門是妥當?shù)?。柴油機有時并不直接控制噴油泵的油量調(diào)節(jié)桿，而是通過控制調(diào)速器起作用，與供油量不呈線性關系。所以稱為“油門”是不妥的

第七頁，共71頁。功率標定

發(fā)動機銘牌上規(guī)定的最大輸出功率及其對應轉(zhuǎn)速所確定的工況叫做標定工況。15分鐘功率

1小時功率12小時功率

持續(xù)功率

第八頁，共71頁。發(fā)動機特性的分析方法1．調(diào)整特性：發(fā)動機在轉(zhuǎn)速和油量調(diào)節(jié)位置(汽油機為節(jié)氣門開度，柴油機是油量調(diào)節(jié)桿位置)不變條件下，各種性能指標隨調(diào)整參數(shù)而變化的規(guī)律。

2、調(diào)整參數(shù)包括：汽油機點火提前角過量空氣系數(shù)柴油機的噴油提前角包含排氣再循環(huán)在內(nèi)的殘余廢氣系數(shù)。第九頁，共71頁?？烧{(diào)整參數(shù)范圍的擴大另外原來不可調(diào)整，但是對性能有明顯影響，也可歸入調(diào)整參數(shù)：配氣相位角氣門升程進氣管長度壓縮比渦輪機噴嘴環(huán)面積第十頁，共71頁。2．工況運行特性——性能主要的性能指標（功率、扭矩、比油耗、排放等）隨工況參數(shù)——轉(zhuǎn)速和負荷的變化規(guī)律影響因素第十一頁，共71頁。第二節(jié)發(fā)動機臺架試驗第十二頁，共71頁。1．水力測功器第十三頁，共71頁。2．平衡式電力測功器第十四頁，共71頁。3.電渦流測功器第十五頁，共71頁。耗油率的測量——容積法第十六頁，共71頁。容積法儀器第十七頁，共71頁。耗油率的測量——質(zhì)量法第十八頁，共71頁。質(zhì)量法儀器第十九頁，共71頁。臺架試驗綜述統(tǒng)一的試驗標準汽車發(fā)動機試驗方法的標準(JB3743—84)，內(nèi)燃機臺架試驗方法(GBll05．1～1105．3—87)最大功率的影響因素①發(fā)出相應功率的持續(xù)時間。②測定時的大氣狀況。③發(fā)動機所帶附件。④進氣管和空氣濾清器阻力、排氣背壓第二十頁，共71頁。大氣修正大氣狀況是指發(fā)動機運行地點的環(huán)境大氣壓力、大氣溫度和相對濕度。當：當大氣壓力降低、大氣溫度升高相對濕度增大吸入氣缸的干空氣量都要降低，所以功率會降低。第二十一頁，共71頁。有效功率的校正第二十二頁，共71頁。燃油消耗率的校正汽車發(fā)動機校正方法——P133第二十三頁，共71頁。速度特性、外特性與汽車動力性匹配汽油機保持節(jié)氣門開度不變或柴油機保持油量調(diào)節(jié)桿位置不變，發(fā)動機的性能指標隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律稱為發(fā)動機的速度特性標定工況位置所決定的為全負荷速度特性曲線，又叫外特性線；其余的為部分負荷速度特性線第二十四頁，共71頁。汽油機指示效率、機械效率、充氣效率、過量空氣系數(shù)

隨速度的變化第二十五頁，共71頁。第二十六頁，共71頁。汽油機速度特性第二十七頁，共71頁。曲線變化趨勢分析扭矩線主要受的影響，在某一較低轉(zhuǎn)速處有最大值，然后隨轉(zhuǎn)速上升而較快下降，轉(zhuǎn)速愈高，降得愈快。部分特性線則隨節(jié)氣門關小更急劇降低。指示效率對曲線的影響不大，僅使高、低轉(zhuǎn)速處的值略降低。

第二十八頁，共71頁。有效功率曲線——當轉(zhuǎn)速提高時，開始轉(zhuǎn)矩增加，所以功率迅速上升；轉(zhuǎn)矩達到最大值以后，隨轉(zhuǎn)速的上升變得較平緩，當達最大值時，功率開始下降。指示燃油消耗率曲線

與指示熱效率成反比，故中間平，兩頭抬高有效燃油消耗率曲線綜合、的變化，使隨轉(zhuǎn)速上升上翹幅度越大，油門開度越小，彎曲度越厲害。第二十九頁，共71頁。柴油機速度特性

保持油量調(diào)節(jié)桿位置不變、性能指標隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律必須說明的是：油量調(diào)節(jié)桿位置和加速踏板位置并不一定成正比。所以保持加速踏板位置不變得到的速度特性線和保持油量調(diào)節(jié)桿位置不變得到的速度特性線有區(qū)別。加速踏板位置不變時，各轉(zhuǎn)速對應的油量調(diào)節(jié)桿位置往往已經(jīng)過“校正”或“調(diào)速”而有變動。第三十頁，共71頁。柴油機指示效率、機械效率、每循環(huán)供油量第三十一頁，共71頁。柴油機速度特性第三十二頁，共71頁。柴油機曲線變化趨勢分析1)扭矩因gb及線有相反變化的趨勢而使總體上變化較平坦。2)功率線總的是隨n上升而增大。由于扭矩線較平坦，所以可達到的最大功率點遠離最高使用轉(zhuǎn)速（圖上看不出來）。3)指示燃油消耗率線為指示效率線的倒數(shù)，變化平坦。4)有效燃油消耗率線則是在基礎上作了的修正，隨轉(zhuǎn)速上升而上翹度加大。

第三十三頁，共71頁。第三十四頁，共71頁。汽、柴油機速度特性曲線的對比

1)汽油機線扭矩向下傾斜較大，低負荷時傾斜更大；而柴油機扭矩線總體變化平坦，低負荷時甚至上揚。所以：兩種機型配套汽車時動力和運行穩(wěn)定性存在巨大差異2)汽油機外特性扭矩線的最大值點，一般就是標定功率點；而柴油機可達到的最大值點的轉(zhuǎn)速很高，標定點并非該特性線的極值點。3)柴油機燃油消耗率曲線要比汽油機線平坦，低負荷時更是如此。

第三十五頁，共71頁。發(fā)動機速度外特性對汽車動力性能的影響

汽車動力性能的評價指標：

汽車的最高穩(wěn)定行駛速度

最大爬坡能力

加速時間

第三十六頁，共71頁。4.發(fā)動機外特性與汽車動力性匹配汽車驅(qū)動輪上產(chǎn)生的驅(qū)動力

汽車行駛速度(km／h)與發(fā)動機轉(zhuǎn)速的關系

汽車的行駛阻力

第三十七頁，共71頁。汽車的行駛方程

第三十八頁，共71頁。汽車的驅(qū)動力—行駛阻力平衡圖

第三十九頁，共71頁。汽車動力性能指標的確定最高車速：最低一條水平路面的阻力線與最高擋第3擋驅(qū)動力線的交點“a”是最高穩(wěn)定車速工況點最大爬坡能力:最低擋第1擋的驅(qū)動力線與某坡度阻力線的切點“b”就是能克服的最大坡度穩(wěn)速工況點。所能克服的最大坡度值是40％。加速時間在給定行駛速度和變速器擋位下，最大驅(qū)動力與行駛阻力之差，就是后備驅(qū)動力，可用于加速第四十頁，共71頁。汽車功率平衡圖

第四十一頁，共71頁。加速時間:1）據(jù)平衡原理，“a”為最高車速vmax工況點。假定各擋Pt-va線的交點也正是換擋工

況點，且認為換擋是瞬時完成，2）則汽車由低速全油門加速到最高車速時，途經(jīng)的每個速度點處的功率差值或轉(zhuǎn)矩差值就是該點的加速功率或加速轉(zhuǎn)矩。3）稱為后備功率。整個加速過程總的后備功率，可由圖上剖面線所示的積分面積來表示，由此面積可計算出加速時間。

第四十二頁，共71頁。外特性曲線的動力適應性與特性校正

第四十三頁，共71頁。汽、柴油機外特性曲線的動力適應性分析1）同一排擋的加速和克服阻力的能力，相同標定點前提下，汽油機的動力性能明顯優(yōu)于柴油機

2）汽油機不會“飛車”：

因為最高擋可達到的最高轉(zhuǎn)速是柴油機比汽油機更遠離標定轉(zhuǎn)速點，這是因為汽油機Ttq線下降急劇，而柴油機比較平緩。汽油機的外特性線比柴油機的動力適應性好，所以汽油機一不進行外特性線的改造；而柴油機要在低于標定轉(zhuǎn)速段進行“校正”，加大扭矩；在高于標定轉(zhuǎn)速段進行“調(diào)速”，防止超速飛車。第四十四頁，共71頁。轉(zhuǎn)矩適應系數(shù)

第四十五頁，共71頁。轉(zhuǎn)速適應系數(shù)第四十六頁，共71頁。三條轉(zhuǎn)矩外特性曲線中，哪一條線的動力適應性最好？扭矩適應系數(shù)轉(zhuǎn)速適應系數(shù)汽：1.25~1.351.6~2.5柴：小于1.051.4~2.0第四十七頁，共71頁。柴油機的轉(zhuǎn)矩校正與校正外特性曲線

1)校正的可能性——不超過煙度限制線

2)校正方法——調(diào)速器第四十八頁，共71頁。柴油機調(diào)速裝置與調(diào)速特性柴油機調(diào)速器的最基本的功能就是保證柴油機高速不超速飛車而低速能穩(wěn)定運行

第四十九頁，共71頁。兩種基本調(diào)速模式(2)全程調(diào)速模式

調(diào)速器在任何轉(zhuǎn)速均能起調(diào)速作用的模式為全程調(diào)速模式

第五十頁，共71頁。兩種基本調(diào)速模式(1)兩極調(diào)速模式

調(diào)速器只在標定轉(zhuǎn)速以及某一低速起調(diào)速作用，而廣大中間轉(zhuǎn)速不起作用

第五十一頁，共71頁。調(diào)速器的結(jié)構(gòu)原理與性能指標

1）轉(zhuǎn)速給定元件——加速踏板2）轉(zhuǎn)速感受元件——飛錘3）執(zhí)行機構(gòu)——傳動部分第五十二頁，共71頁。全程調(diào)速器的結(jié)構(gòu)原理第五十三頁，共71頁。兩極調(diào)速器的結(jié)構(gòu)原理第五十四頁，共71頁。調(diào)速器的性能指標調(diào)速率可通過柴油機突變負荷試驗測定。試驗時，先讓柴油機在標定工況下運轉(zhuǎn)，然后突卸全部負荷，測定突變負荷前后的轉(zhuǎn)速。穩(wěn)定調(diào)速率第五十五頁，共71頁。瞬時調(diào)速率第五十六頁，共71頁。不靈敏度第五十七頁，共71頁。全程調(diào)速器、兩極調(diào)速器性能比較1）轉(zhuǎn)速控制性能：全程各工況均可控制轉(zhuǎn)速在較小范圍內(nèi)變動兩極除高速及怠速可控制轉(zhuǎn)速在較小范圍內(nèi)變動外，面工況的轉(zhuǎn)速控制取決于駕駛員的操作，轉(zhuǎn)速變化較大2）過渡過程：全程加速性好，但加、減速時常有不平穩(wěn)及前后顛簸的感覺全程加速踏板踩到底時，加速性與全程調(diào)速器相同。其余情況下過渡平穩(wěn)，無強烈顛簸感。第五十八頁，共71頁。全程調(diào)速器、兩極調(diào)速器性能比較3）操縱性能：全程：駕駛員直接控制調(diào)速彈簧，比較費力，易疲勞，但由于負荷變化時轉(zhuǎn)速變動小，故不必經(jīng)常踩換油門踏板位置兩極：操作輕便，但因轉(zhuǎn)速隨負荷變化較大，故經(jīng)常要變換加速踏板位置4）排放全程：加速時易冒黑煙兩極：除全負荷加速外，其余工況加速時，可控制煙度在較小范圍內(nèi)變化第五十九頁，共71頁。全程調(diào)速器、兩極調(diào)速器性能比較作業(yè)效率：全程滿負荷減速行駛時，只須減小加速踏板位置即可，不必頻繁換排擋兩極由于減小加速踏板位置也使油量和扭矩下降，因此只能換低擋運行，作業(yè)效率下降第六十頁，共71頁。小結(jié)調(diào)速器的功能使“速度特性”產(chǎn)生變化，其實并非速度特性發(fā)生變化，而是油量調(diào)節(jié)桿位置不斷改變。調(diào)速特性是在加速踏板位置不變時出現(xiàn)的。容易給人形成油量調(diào)節(jié)桿不變的錯覺。弄清楚加速踏板與油量調(diào)節(jié)桿的相互關系和差別，不把二者混為一談，是正確理解調(diào)速器和調(diào)速特性的一大關鍵第六十一頁，共71頁。負荷特性、萬有特性與汽車經(jīng)濟性匹配負荷特性：當發(fā)動機保持轉(zhuǎn)速不變時，性能指標隨負荷而變化的規(guī)律叫做發(fā)動機的負荷特性全特性（萬有特性）：負荷和轉(zhuǎn)速都變化時性能參數(shù)的變化規(guī)律。第六十二頁，共71頁。汽油機

指示效率、

機械效率、

充氣效率、

過量空氣系數(shù)、油耗率、

總油耗

隨負荷的變化第六十三頁，共71頁。柴油機

指示效率、

機械效率、

循環(huán)供油量、油耗率、

總油耗

隨負荷的變化第六十四頁，共71頁。汽、柴油機負荷特性曲線的對比

第六十五頁，共71頁。汽、柴