發(fā)動機特性曲線

167第11章發(fā)動機特性內(nèi)容提要發(fā)動機特性與特性曲線的含義、分類與意義發(fā)動機調(diào)節(jié)特性的含義、分類與曲線發(fā)動機負荷特性發(fā)動機速度特性發(fā)動機萬有特性發(fā)動機調(diào)速特性發(fā)動機性能指標的校正11.1基本觀點全面認識發(fā)動機在所有工況下的性能指標的變化，對合理使用、檢查與維修發(fā)動機，都有很強的合用價值。發(fā)動機特性與特性曲線1?發(fā)動機特性發(fā)動機性能指標隨調(diào)整情況及運轉(zhuǎn)情況而變化的關(guān)系稱為發(fā)動機特性。發(fā)動機性能指標主要有功率、轉(zhuǎn)矩、燃料消耗率、排氣溫度、排氣煙度等；調(diào)整情況主要指柴油機的供油提早角、汽油機的點火提早角、發(fā)動機燃料等可調(diào)因素對發(fā)動機性能的影響；運轉(zhuǎn)情況一般指發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負荷等。2?特性曲線為了直觀顯示發(fā)動機的特性，常以曲線形式表示，稱為發(fā)動機特性曲線。圖11-1為Audi(奧迪)2.4L四缸5氣門汽油機的外特性曲線。發(fā)動機特性分類發(fā)動機特性分調(diào)節(jié)特性和性能特性兩大類。(1)調(diào)節(jié)特性指發(fā)動機的性能指標隨調(diào)節(jié)情況而變化的關(guān)系。如柴油機的供油提早角調(diào)節(jié)特性、汽油機的點火提早角調(diào)節(jié)特性、汽油機的燃料調(diào)節(jié)特性等。(2)性能特性指內(nèi)燃機的性能指標隨運行工況而變化的關(guān)系。如負荷特性、速度特性、調(diào)速特性、萬有特性、螺旋槳

圖11-1發(fā)動機特性曲線(Audi2.4L5氣門V汽油機外特性)161167特性等。發(fā)動機特性的制取發(fā)動機特性需在特意的試驗臺（俗稱發(fā)動機臺架）上進行，圖11-2顯示了帶水力測功器的試驗臺的基本組成。它能夠模擬發(fā)動機的實際工況，使其在要求的轉(zhuǎn)速和負荷下工作，并能夠同步測量發(fā)動機在各樣工況下的功率、燃料消耗、廢氣排放、氣缸壓力等性能參數(shù)。發(fā)動機特性試驗，國家已有標準，需按相關(guān)標準，在規(guī)定的條件下進行。11.2發(fā)動機調(diào)節(jié)特性發(fā)動機調(diào)節(jié)特性對發(fā)動機的正確調(diào)整、使用與維修關(guān)系親密，值得重視。

1H11圖11-2發(fā)動機試驗臺1-發(fā)動機2-數(shù)顯水溫表3-數(shù)顯油壓表4-數(shù)顯排溫表5-油門履行器6-轉(zhuǎn)速表7-負荷表8-水門履行器9-水溫傳感器10-油壓傳感器11-排溫傳感器12-氣缸壓力傳感器13-油壓傳感器14-針閥升程儀15-電荷放大器16-電荷放大器17-霍爾針閥傳感器18-示波器19-水力測功器20-轉(zhuǎn)角信號發(fā)生器21-電荷放大器22-A/D變換板23-微機24-打印機25-顯示器柴油機供油提早角調(diào)節(jié)特性它是指在發(fā)動機轉(zhuǎn)速一定和油量控制機構(gòu)（如噴油泵的供油拉桿）地點一定條件下，其功率、燃料消耗率等性能指標隨供油提早角變化而變化的關(guān)系。圖11-3為柴油機供油提早角調(diào)節(jié)特性曲線。由曲線可見，隨著供油提早角B的改變，發(fā)動機的功率與燃料消耗率也隨著變化。對應(yīng)于最大功率和最小燃料消耗率的供油提早角即為最正確供油提早角。發(fā)動機使用維修時，應(yīng)注意按照使用說明書要求，檢查調(diào)整發(fā)動機靜態(tài)最正確供油提早角。B-f上最正確供油提早角是隨著發(fā)動機的轉(zhuǎn)速變化里而變化的，它一般由供油提早角自動調(diào)節(jié)裝置來控制。關(guān)于電控柴油機，則由ECU根據(jù)發(fā)動Jf缶機工況精準控制。LZ孕羊圖11-3柴油機供油提早角調(diào)汽油機點火提早角調(diào)節(jié)特性162163燃料消耗率等性能它是指在發(fā)動機轉(zhuǎn)速和節(jié)氣門開度一定條件下，其功率、指標隨點火提早角變化而11-3），可將B視為點火提變化的關(guān)系。點火提早角調(diào)整特性曲線形式與柴油機近似（圖前角?？梢?，隨著點火提早角的改變，發(fā)動機的功率與燃料消耗率也隨著變化。對應(yīng)于最大功率和最小燃料消耗率的點火提前角即為最正確點火提早角。汽油機的燃料調(diào)節(jié)特性是指在發(fā)動機轉(zhuǎn)速一定，節(jié)氣門開-度一定條件三鼻養(yǎng)下，其功率、燃料消耗率等性能指標隨混淆氣J濃度而變化的關(guān)系。圖11-4為汽油機燃料調(diào)節(jié)特性曲線。由圖可見，隨著混淆氣濃度的改變，發(fā)動機的功率與燃料消耗率也隨著變化。對應(yīng)于過度空氣系數(shù)約處，燃料消耗率最低，稱此時的混淆氣為經(jīng)濟混淆氣；而對應(yīng)于約0.93處，發(fā)動機平均有效壓力最大，動力性能最高，稱此時的混淆氣為功率混淆氣。汽油機應(yīng)根據(jù)工況變化，自動調(diào)整其混淆氣濃度在最正確值工作?；推魇桨l(fā)動機靠化油器進行大略調(diào)節(jié)，現(xiàn)代汽車發(fā)動機則靠電控燃油噴射系統(tǒng)精準調(diào)節(jié)控制。

圖11-4汽油機燃料調(diào)整a-過度空1氣.15系數(shù)a-空燃比11.3發(fā)動機性能特性與汽車發(fā)動機相關(guān)的性能特性主要有發(fā)動機負荷特性、速度特性、萬有特性和調(diào)速特性四種。發(fā)動機的負荷特性是指在轉(zhuǎn)速一準時，發(fā)動機的性能參數(shù)（燃油消耗率、排氣溫度等）隨負荷（功率、平均有效壓力等）的改變而變化的關(guān)系。相應(yīng)的曲線稱為負荷特性曲線。它主要被用來評論發(fā)動機在轉(zhuǎn)速一定下，以不同的負荷運轉(zhuǎn)的經(jīng)濟性，如汽車以一定的速度沿阻力變化的道路行駛。發(fā)動機負荷特性曲線如圖11-5所示。由圖可見，隨著負荷的增加，燃料消耗率開始時急劇下降，到A點油耗最低。標定轉(zhuǎn)速下的該油耗值被稱為該發(fā)動機的最低燃油消耗率。但此時并非發(fā)動機的最大功率點。點后，隨著負荷的增加，發(fā)動機功率增大，燃料消耗率又上漲。負荷增加到一定值，發(fā)動機排氣冒煙超標，稱為冒煙界線，發(fā)動機工作不允許高出冒煙界線。其適宜的工作地區(qū)應(yīng)當在最低油耗點A鄰近。163167有的貨車超載運行，將致使燃油消耗急劇上漲，發(fā)動164163機過熱，壽命下降，排氣冒煙嚴重，污染大氣。還會致使動距離加長，容易出現(xiàn)交通事故，這是不可取的。為了兼顧發(fā)動機的動力與經(jīng)濟性能，標定功率點一般定在冒煙界線以內(nèi)與最低燃油消耗點之間，可從座標原點引負荷特性燃油消耗率曲線的切線，交點E即作為發(fā)動機的標定工況點。實際發(fā)動機工作中，往往由于負荷不足（如汽車載貨量少等），而處于部分負荷下工作，導(dǎo)致燃料消耗率上漲。有經(jīng)驗的駕駛員，就會采取加快滑行法、汽車掛高擋或帶拖車等方法使發(fā)動機負荷增加，進而達到節(jié)油的目的。發(fā)動機的速度特性速度特性是指當燃料供給調(diào)節(jié)機構(gòu)（汽油機的節(jié)氣門或柴油機噴油泵的油量控制拉桿）地點不變時，發(fā)動機性能指標（轉(zhuǎn)矩、功率、燃油消耗率等）隨轉(zhuǎn)速的改變而變化的關(guān)系。對應(yīng)的曲線稱為速度特性曲線。當燃料供給調(diào)節(jié)機構(gòu)固定在全負荷地點（汽油機節(jié)氣門全開地點或柴油機的油量控制拉桿在額定供油量地點）時，所測得的速度特性稱外特性或全負荷速度特性。當燃料供給調(diào)節(jié)機構(gòu)固定在全負荷以內(nèi)各地點時，所測得的速度特性就稱為部分負荷速度特性。汽車的節(jié)氣門不變，上坡或下坡時，由于外界負荷的變化，車速將產(chǎn)生相應(yīng)變化就是屬于速度特性工況。圖11-6為YC6108ZQ柴油機外特性曲線。從外特性曲線能夠看出該發(fā)動機所能達到的最大功率、最大轉(zhuǎn)矩、最低燃料消耗率及其對應(yīng)的轉(zhuǎn)速，還能夠看出在任一轉(zhuǎn)速下所對應(yīng)的功率和轉(zhuǎn)矩，若要發(fā)揮最大轉(zhuǎn)矩，則應(yīng)當適合降低發(fā)動機轉(zhuǎn)速。在圖上還能夠看出排氣溫度及煙度隨轉(zhuǎn)速、功率、轉(zhuǎn)矩變化而變化的關(guān)系。從外特性曲線還能夠計算出發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩儲備系數(shù)0tq、轉(zhuǎn)速儲備系數(shù)0n和適應(yīng)性系數(shù)6ntq圖11-6發(fā)動機速度特性曲線temaxTeb蟲n2ntqtq■n式中Temax--------外特性曲線上最大轉(zhuǎn)矩（N，Hi）；165166gb----標定工況轉(zhuǎn)矩（N?m）;ni-----標定轉(zhuǎn)速（r/min）；n2------最大轉(zhuǎn)矩時轉(zhuǎn)速（r/min）。0tq、0n和0ntq表征了發(fā)動機的短期超載能力。當汽車爬坡，如不換擋，發(fā)動機轉(zhuǎn)速就會下降，從外特性曲線上看，發(fā)動機轉(zhuǎn)矩會增加，以戰(zhàn)勝外界阻力。0tq、0n和0ntq越大，不換擋戰(zhàn)勝外界阻力的能力就越強。汽油機0tq、0n和0ntq值較大，分別可達1.21.4、1.5?3.8和1.8?5.3;而柴油機（非增壓）外特性的轉(zhuǎn)矩曲線較為平展，0tq、0n和0ntq值較小，只有1.05、1.5?2.0和1.6?2.1，不能適應(yīng)實際工作需要，所以柴油機都安裝有調(diào)速器來進行校正。發(fā)動機的部分負荷速度特性曲線隨著汽油機的節(jié)氣門開度或柴油機的油量控制拉桿地點的減小，功率和轉(zhuǎn)矩曲線幾乎從外特性平行下移。對汽油機，負荷越小，節(jié)氣門開度越小，進氣阻力越大，充氣效率下降，使其功率、轉(zhuǎn)矩下降圖11-7發(fā)動機速度特性越快，所以部分負荷速度特性曲線也變得越陡（圖11-7）。1-外特性2、3、4-部分負荷速度特性1JOOnW25DQnA■mb"發(fā)動機的萬有特性負荷特性只能剖析某一轉(zhuǎn)速下發(fā)動機各性能參數(shù)隨負荷的變化，而速度特性只能剖析在某一油量調(diào)節(jié)機構(gòu)地點下的內(nèi)燃機各性能參數(shù)隨轉(zhuǎn)速的變化。實際上內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速、負荷均在很大范圍內(nèi)變化，要剖析各工況下發(fā)動機的性能就需要很多張圖形，很不方便，亦不清晰。能在一張圖上表示發(fā)動機各性能參數(shù)與轉(zhuǎn)速、負荷之間的相互關(guān)系就稱為萬有特性，也稱為多參數(shù)特性，相應(yīng)的曲線稱為萬有特性曲線。萬有特性曲線能夠利用發(fā)動機各樣轉(zhuǎn)速下的負荷特性曲線來變換作圖。圖11-8為YC6108ZQ四氣門柴油機萬有特性曲線。圖中虛線為等功率曲線，位于上層的等功率曲線的功率大。實線為等油耗線，最內(nèi)層的等油耗曲線耗油率最低，為最經(jīng)濟區(qū)，越往外層，經(jīng)濟性越差；若等油耗線呈橫向拉長，說明發(fā)動機在轉(zhuǎn)速變化較

1.26鹿490?.ES圖11-8萬有特性曲線165167大情況下工作，燃料消耗率變化小，較經(jīng)濟；若等油耗線呈縱向拉長，說明發(fā)動機在負荷變化較大情況下工作，燃料消耗率變化小，較經(jīng)濟。不同用途的發(fā)動機對萬有特性曲線有不同的要求。從圖中能夠清楚看到發(fā)動機在各樣不同轉(zhuǎn)速和負荷下的動力性和經(jīng)濟性，發(fā)動機要想獲得最低燃料消耗，能夠經(jīng)過改變發(fā)動機的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)。調(diào)速特性調(diào)速特性是指柴油機噴油泵調(diào)速手柄地點一準時，柴油機性能參數(shù)（轉(zhuǎn)矩、功率、轉(zhuǎn)速、燃油消耗率等）隨負荷而變化的關(guān)系。對應(yīng)的曲線稱為調(diào)速特性曲線。它被用來評論柴油機帶調(diào)速器此后的實際工作性能指標，還能夠用來評論調(diào)速器的工作性能。圖11-9所示為橫坐標是功率的調(diào)速特性曲線。根據(jù)剖析需要，調(diào)速特性曲線也能夠采用轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩為橫坐標。曲線剖析能夠看到，從標定轉(zhuǎn)速（曲線拐彎點）到最高空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速這一段的曲線，發(fā)動機負荷變化很大，但轉(zhuǎn)速變化很小，這是因為柴油機噴油泵調(diào)速器起調(diào)速作用的結(jié)果，隨著負荷增大，自動增加供油量，以維持轉(zhuǎn)速基本穩(wěn)定，所以該段是調(diào)速器的調(diào)速區(qū)段。也有稱特殊的負荷特性段，因為它很近似于發(fā)動機的負荷特性，只是發(fā)動機轉(zhuǎn)速略有變化。能夠從這一段曲線進行經(jīng)濟性剖析及調(diào)速器工作性能（如穩(wěn)定調(diào)速率等）分析。從標定工況到最大轉(zhuǎn)矩點的曲線，隨著外界負荷增加，噴油泵調(diào)速器依賴校正功能而改動供油拉桿，少量增加供油量，以知足發(fā)動機短時間超負荷的需要。所以該段是調(diào)速器的校正區(qū)段。也有稱特殊的速度特性段，因為它很近似于發(fā)動機的速度特性，只是噴油泵供油拉桿略有移動。當發(fā)動機轉(zhuǎn)矩達到最大，如再增加外界負荷，發(fā)動機轉(zhuǎn)速便急劇下降，噴油泵供油拉桿已經(jīng)無法再移動增加供油量，所以發(fā)動機按速度特性曲線規(guī)律變化。隨負荷的增加發(fā)動機轉(zhuǎn)速急劇下降，功率、轉(zhuǎn)矩下降，耗油率增大。從調(diào)速特性曲線上能夠方便地找到標定工況和任一工況下的轉(zhuǎn)速、功率、轉(zhuǎn)矩、燃油消耗率等各樣動力、經(jīng)濟性能指標之間的相互關(guān)系。用以比較不同柴油機的性能優(yōu)劣，指導(dǎo)人們正確地使用和維修柴油機。還能夠計算柴油機的扭矩儲備，以判斷發(fā)動機的短時超負荷能力；計算出穩(wěn)定調(diào)速率，以判斷調(diào)速器的工作性能。11.4發(fā)動機性能指標的校正性能指標校正的必要性由于大氣狀態(tài)的不同，同一臺發(fā)動機，在不同地域測得的性能指標就會產(chǎn)生差別。如天津測得某發(fā)動機功率為68kW油耗為321g/kW.h。而到拉薩測得的功167167率變?yōu)?2kW下降了38%;油耗為429g/kW.h，上漲了34%。大氣狀態(tài)（大氣壓力、溫度、相對濕度）變化，致使發(fā)動機工質(zhì)產(chǎn)生變化。當大氣壓力下降、溫度升高或相對濕度增大，會致使空氣密度變小，使實際進入氣缸的氧氣量減少