內(nèi)燃機(jī)原理第十章

內(nèi)燃機(jī)原理第十章第1頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

Me：該機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下所能夠輸出的最大扭矩；B：該機(jī)的設(shè)計(jì)工況點(diǎn)或稱(chēng)為標(biāo)定工況點(diǎn)；Mr：該機(jī)外界阻力從點(diǎn)B開(kāi)始急劇減小，直至為零時(shí)的扭矩特性；nb：標(biāo)定工況下的轉(zhuǎn)速；nmin:為最低穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速；nmax:最高空載轉(zhuǎn)速陰影部分:該機(jī)實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)的范圍；Mc：該機(jī)作為原動(dòng)力的工程機(jī)械或交通運(yùn)輸工具的阻力矩曲線。第2頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、內(nèi)燃機(jī)工況的標(biāo)定所謂工況的標(biāo)定也稱(chēng)功率的標(biāo)定，是指制造廠商根據(jù)其內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品的性能和用途，規(guī)定該產(chǎn)品在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下所輸出的有效功率(標(biāo)定功率)Ne及其對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速（標(biāo)定轉(zhuǎn)速）nb。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB1105—87《內(nèi)燃機(jī)臺(tái)架性能試驗(yàn)方法》的規(guī)定，內(nèi)燃機(jī)的標(biāo)定功率依不同的用途分為以下四類(lèi)：①15分鐘功率

適于作為汽車(chē)、軍用車(chē)輛動(dòng)力和快艇主機(jī)的標(biāo)定功率。②1小時(shí)功率

適于作為艦用主機(jī)、坦克發(fā)動(dòng)機(jī)、工程機(jī)械動(dòng)力的標(biāo)定功率。③12小時(shí)功率

適于作為拖拉機(jī)等農(nóng)用機(jī)具動(dòng)力的標(biāo)定功率④持續(xù)功率

適于作為船舶、內(nèi)燃機(jī)車(chē)、電站、及排灌機(jī)械等機(jī)具動(dòng)力的標(biāo)定功率。一般：持續(xù)功率＝90％12小時(shí)功率

12小時(shí)功率＝90％1小時(shí)功率1小時(shí)功率＝90％15分鐘功率

第3頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖10－2內(nèi)燃機(jī)的功率標(biāo)定

圖10－2所示的為某內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品根據(jù)其不同的用途所規(guī)定的四種標(biāo)定功率間的相對(duì)關(guān)系。第4頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、內(nèi)燃機(jī)工況的穩(wěn)定性及調(diào)節(jié)

在穩(wěn)定工況下，內(nèi)燃機(jī)的輸出扭矩Me與從動(dòng)機(jī)具的阻力矩Mc相平衡。如圖10－3所示的a點(diǎn)（設(shè)計(jì)匹配工作點(diǎn)），若以兩種不同的內(nèi)燃機(jī)與之匹配，其扭矩特性曲線分別為Me1和Me2。當(dāng)阻力矩Mc因某種原因而減小為Mc′時(shí)，兩種內(nèi)燃機(jī)在原工圖10－3工況穩(wěn)定性的比較

況點(diǎn)a處的扭矩大于實(shí)際阻力矩，其轉(zhuǎn)速將升高，工況匹配點(diǎn)將按各自的特性曲線右移，分別到達(dá)新的平衡點(diǎn)b和c。由于曲線Me1的斜率比曲線Me2的陡，所以，到達(dá)點(diǎn)b的平衡過(guò)程比第5頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月到達(dá)點(diǎn)c的要快；同樣，當(dāng)阻力特性曲線變陡，即由Mc變?yōu)镸c″時(shí)，到達(dá)點(diǎn)d的平衡過(guò)程也比到達(dá)點(diǎn)e的要快?？梢?jiàn)，扭矩特性曲線越陡的內(nèi)燃機(jī)，其工況的穩(wěn)定能力越強(qiáng)，轉(zhuǎn)速的變化率也越小。在實(shí)際內(nèi)燃機(jī)中，汽油機(jī)的扭矩特性曲線如同曲線Me1一樣，比較陡峭；而柴油機(jī)的扭矩特性曲線則與曲線Me2相似，較為平坦，所以，汽油機(jī)一般都不需配備調(diào)速裝置，即使是阻力矩突變?yōu)榱?，也不?huì)出現(xiàn)超速現(xiàn)象，這是因?yàn)槠蜋C(jī)喉管處節(jié)流作用，隨n上升，ηv下降，Me急劇下降，使得n不會(huì)上升太多。而柴油機(jī)則必須借助調(diào)速裝置，根據(jù)阻力矩的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)其循環(huán)供油量，以控制其轉(zhuǎn)速變化率，防止發(fā)生超速事故。四、內(nèi)燃機(jī)常用的調(diào)速裝置

內(nèi)燃機(jī)工況的自動(dòng)調(diào)節(jié)是由調(diào)速器來(lái)完成的。不同用途的內(nèi)燃機(jī)所配備的調(diào)速器也不盡相同。第6頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

如前所述，汽油機(jī)因其扭矩特性陡峭，因此工況的自穩(wěn)定能力強(qiáng)，一般都不配備調(diào)速器；而柴油機(jī)因其扭矩特性平緩，因此工況的自穩(wěn)定能力差，則必須配備調(diào)速器。

1、調(diào)速器的型式柴油機(jī)常用的調(diào)速器按其功能可分為單制式、兩極式、分級(jí)式和全程式等四類(lèi)；按其結(jié)構(gòu)又可分為機(jī)械式、液壓式、氣動(dòng)式和電子式等。

(1)

氣動(dòng)式調(diào)速器因需要在柴油機(jī)的進(jìn)氣管內(nèi)裝上節(jié)流裝置，因此充氣系數(shù)ηv會(huì)下降，且其感應(yīng)膜片的壽命短，所以很少被應(yīng)用。

(2)電子式調(diào)速器尚在研究、開(kāi)發(fā)之中，還未達(dá)到普及的程度。

(3)機(jī)械式調(diào)速器是由感應(yīng)元件（一般都用離心式飛錘）經(jīng)杠桿機(jī)構(gòu)來(lái)直接調(diào)節(jié)供油量，也稱(chēng)直接作用式調(diào)速器。

第7頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月為了提高靈敏度，飛錘必須做得比較輕巧，因此，離心力不大，工作能力較弱，調(diào)速精度也不高，這種調(diào)速器主要用作小功率柴油機(jī)上。

(4)

液壓式調(diào)速器，將感應(yīng)元件的作用力放大后間接作用于油量調(diào)速機(jī)構(gòu)，工作能力強(qiáng)、調(diào)速精度高，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本較高，適合于油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)摩擦阻力較大的大功率柴油機(jī)。2、調(diào)速器的選用為保證內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行工況的穩(wěn)定性，不同用途的柴油機(jī)應(yīng)配備具有相應(yīng)功能的調(diào)速器。

（1）

對(duì)船用主機(jī)而言，從理論上講只需用極限調(diào)速器即可正常運(yùn)行，但為了使船舶在阻力變化的情況下能維持航速基本不變，常常還是給它配備上全程式調(diào)速器。第8頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

（2）

對(duì)交替驅(qū)動(dòng)螺旋槳和發(fā)電機(jī)的船用柴油機(jī)而言，應(yīng)采用具有精密調(diào)速和極限調(diào)速功能的專(zhuān)用調(diào)速器。

（3）

對(duì)于多臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行的情況，其柴油機(jī)應(yīng)配備具有復(fù)合反饋功能的特種調(diào)速器，以保證各機(jī)組間負(fù)荷的均衡性。

（4）

對(duì)于工程機(jī)械、拖拉機(jī)和坦克所用的柴油機(jī)，因其阻力矩變化頻繁，因而必須采用全程式調(diào)速器來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行工況。

車(chē)用柴油機(jī)多數(shù)是采用兩極式調(diào)速器，也有采用全程式調(diào)速器的。運(yùn)輸式車(chē)輛經(jīng)常需要改變車(chē)速，若采用全程式調(diào)速器，則須頻繁地改變油門(mén)位置來(lái)調(diào)整車(chē)速，這樣容易引起排氣冒煙，且使燃油經(jīng)濟(jì)性下降；若是采用兩極式調(diào)速器，則不必經(jīng)常改變油門(mén)位置，讓柴油機(jī)按其速度特性運(yùn)行即可滿足調(diào)整車(chē)速的第9頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月需要。當(dāng)?shù)缆非闆r發(fā)生變化時(shí)，駕駛員可直接調(diào)節(jié)油門(mén)位置來(lái)改變車(chē)速。近年來(lái)所研制的分級(jí)式調(diào)速器是一種集兩極式和全程式兩種調(diào)速器的優(yōu)點(diǎn)于一體的調(diào)速裝置，它更適用于車(chē)用柴油機(jī)。

10－2內(nèi)燃機(jī)的基本運(yùn)行特性一、內(nèi)燃機(jī)的速度特性及調(diào)速特性

1、速度特性定義內(nèi)燃機(jī)在循環(huán)供油量保持不變的情況下，其主要性能參數(shù)(Me、Ne、ge、Tr以及煙度、噪聲級(jí)等)隨轉(zhuǎn)速n而變化的規(guī)律被稱(chēng)為內(nèi)燃機(jī)的速度特性。第10頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

當(dāng)柴油機(jī)的循環(huán)供油量被限制在對(duì)應(yīng)于標(biāo)定工況點(diǎn)的位置或汽油機(jī)的節(jié)氣門(mén)全開(kāi)時(shí)，其主要性能參數(shù)隨轉(zhuǎn)速不同而變化的規(guī)律被稱(chēng)為全負(fù)荷速度特性，俗稱(chēng)為外特性，如10－6曲線4所示。

圖10－6

內(nèi)燃機(jī)的速度特性及柴油機(jī)的極限調(diào)速特性

（a）汽油機(jī)；

（b）柴油機(jī)第11頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月若將油量調(diào)節(jié)手柄固定在使內(nèi)燃機(jī)能達(dá)到其極限工作能力的位置上，則所對(duì)應(yīng)的速度特性被稱(chēng)為極限外特性，如曲線6所示。內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品在出廠前，其最大供油量已被限制在極限外特性所對(duì)應(yīng)的油量以下，因此，內(nèi)燃機(jī)事實(shí)上不可能按極限外特性運(yùn)行。柴油機(jī)的外特性是在其燃油泵的最大供油量受到油量限制器的作用下測(cè)取的。若沒(méi)有油量限制器的作用，所測(cè)得的外特性稱(chēng)為冒煙外特性，如圖10－6(b)曲5所示。當(dāng)裝有兩極式調(diào)速器的柴油機(jī)其循環(huán)供油量被限制在任一低于標(biāo)定工況點(diǎn)的位置，或汽油機(jī)的節(jié)氣門(mén)不全開(kāi)時(shí)，其主要性能參數(shù)隨轉(zhuǎn)速不同而變化的規(guī)律稱(chēng)為部分負(fù)荷速度特性，如曲線3、2、1所示。第12頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2、調(diào)速特性定義柴油機(jī)的調(diào)速特性是將油量調(diào)節(jié)手柄鎖定，其循環(huán)供油量受制于調(diào)速器的調(diào)節(jié)時(shí)，主要性能參數(shù)隨轉(zhuǎn)速不同而變化的規(guī)律。圖10－6(b)的曲線4′、3′、2′和1′所示的為裝有極限調(diào)速器的柴油機(jī)在不同油門(mén)位置下所測(cè)得的調(diào)速特性曲線。

3、速度特性分析內(nèi)燃機(jī)在穩(wěn)定工況下，其有效功率Ne和扭矩Me之間的關(guān)系可用下式表示：由上式知Me與ρs、ηv、ηi、α和ηm有關(guān)。第13頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

（1）進(jìn)氣總管內(nèi)的空氣密度ρs

對(duì)非增壓內(nèi)燃機(jī)而言，可以認(rèn)為，ρs不隨轉(zhuǎn)速不同而變化。對(duì)增壓內(nèi)燃機(jī)，ρs與增壓比πk成正比，同時(shí)還與中冷器的冷卻度ηc成正比。

a）當(dāng)增壓內(nèi)燃機(jī)按速度特性運(yùn)行時(shí)，其增壓比πk隨轉(zhuǎn)速的下降而減小。

b）在相同的增壓比πk下，中冷度ηc越高，則ρs越大。第14頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖10－7

中冷度ηc對(duì)ρs的影響

圖10－7所示的是中冷度ηc對(duì)ρs的影響，曲線0表示無(wú)中冷器的情況，曲線1、2、3和4依次表示中冷度越來(lái)越高。因增壓比πk隨內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速的升降而升降，所以，該圖實(shí)際上反映了ρs與內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系。

第15頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）充氣系數(shù)ηv

對(duì)確定的內(nèi)燃機(jī)而言，當(dāng)它按速度特性運(yùn)行時(shí)，

(1)當(dāng)n/nb＝0.4～1時(shí)，；

(2)當(dāng)n<0.4nb時(shí)，因配氣相位對(duì)ηv不利，。

圖10－8

各種發(fā)動(dòng)機(jī)ηv與n的關(guān)系

第16頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

當(dāng)汽油機(jī)按部分負(fù)荷速度特性運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷不同，節(jié)氣門(mén)的開(kāi)度也不同。在低負(fù)荷工況下，由于節(jié)氣門(mén)的開(kāi)度很小，其節(jié)流現(xiàn)象嚴(yán)重，所以，ηv隨轉(zhuǎn)速的提高而急劇下降，并漸漸接近于零。圖10－9所示的是汽油機(jī)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度分別為(5～100)%時(shí)ηv與n之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖10－9

汽油機(jī)在不同節(jié)氣門(mén)開(kāi)度下ηv與n的關(guān)系

第17頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

（3）過(guò)量空氣系數(shù)α

汽油機(jī)在按速度特性運(yùn)行時(shí)，其過(guò)量空氣系數(shù)α隨轉(zhuǎn)速的下降而緩慢減小。對(duì)非增壓柴油機(jī)而言，其過(guò)量空氣系數(shù)α隨轉(zhuǎn)速不同而變化的關(guān)系主要取決于循環(huán)供油量mfcyc隨轉(zhuǎn)速不同而變化的關(guān)系.當(dāng)柴油機(jī)采用柱塞式噴油泵時(shí)，因泵油系數(shù)隨轉(zhuǎn)速的下降而減小，致使mfcyc隨n的下降而緩慢減少，因而α隨n的下降而增大。

對(duì)增壓柴油機(jī)而言，因?yàn)樵鰤簤毫k對(duì)過(guò)量空氣系數(shù)α的影響比較大，所以，其α隨n的下降而減小。第18頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

（4）指示效率ηi

當(dāng)柴油機(jī)按速度特性運(yùn)行時(shí)，其指示效率ηi隨轉(zhuǎn)速不同而變化的關(guān)系主要是與過(guò)量空氣系數(shù)α和壓力升高比λ有關(guān)：

隨著轉(zhuǎn)速的下降，α值因循環(huán)供油量減少而增大；而λ值一般不會(huì)下降，甚至還可能增大，因此，ηi隨n的下降而降低。反映燃燒過(guò)程質(zhì)量的比值(ηi/α)也隨轉(zhuǎn)速的下降而降低，如圖10－10(a)所示。第19頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

對(duì)汽油機(jī)而言，在調(diào)整化油器時(shí)應(yīng)保證汽油機(jī)在節(jié)氣門(mén)接近全開(kāi)時(shí)具有最佳空燃比。當(dāng)其負(fù)荷加重，轉(zhuǎn)速下降時(shí)，α值會(huì)因進(jìn)氣速度的減慢而緩慢減?。沪莍也隨轉(zhuǎn)速的下降而緩慢降低，所以，比值(ηi/α)基本不隨轉(zhuǎn)速變化而變化，如圖10－10(b)所示。

圖10－10、ηi、ηi/與n間的關(guān)系(a)柴油機(jī)；(b)汽油機(jī)第20頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（5）機(jī)械效率ηm

作為車(chē)輛、拖拉機(jī)和工程機(jī)械所用的動(dòng)力，其外特性應(yīng)具有較大的適應(yīng)性系數(shù)Km或扭矩儲(chǔ)備率μm，其定義分別為

式中，Memax——內(nèi)燃機(jī)按外特性運(yùn)行時(shí)的最大扭矩值。

對(duì)汽油機(jī):所以，Km較大，一般在1.25～1.35之間。

第21頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)柴油機(jī)，Km＝1.05～1.10。

為了使柴油機(jī)的扭矩特性能適應(yīng)車(chē)輛、拖拉機(jī)及工程機(jī)械的需要，必須設(shè)法增大其適應(yīng)性系數(shù)。為此，應(yīng)對(duì)噴油泵的供油特性進(jìn)行校正。常用的校正方法是在調(diào)速器內(nèi)加裝校正彈簧，或者是將最大油量限位螺釘改為彈性限位裝置，其目的是使油泵在轉(zhuǎn)速下降時(shí)能額外增大供油行程而加大循環(huán)供油量。圖10－13所示的是噴油泵供油特性經(jīng)校正后得到的扭矩特性。其中，曲線4′表示噴油泵未經(jīng)校正時(shí)的特性，曲線4則表示校正后的特性，曲線5為冒煙外特性。圖10－13柴油機(jī)扭矩特性的校正

第22頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月/

非增壓柴油機(jī)的扭矩特性經(jīng)過(guò)校正以后，其適應(yīng)性系數(shù)Km可達(dá)1.15～1.25。增壓柴油機(jī)的適應(yīng)性系數(shù)一般要比非增壓柴油機(jī)的小，Km=1.05～1.17。若采取特殊措施也可使增壓柴油機(jī)的適應(yīng)性系數(shù)達(dá)到1.35以上。如圖10－14。圖10－14

OM422A型柴油機(jī)全負(fù)荷速度特性曲線第23頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、圖10－15裝備兩極式調(diào)速器的柴油機(jī)速度特性及調(diào)速特性

4、柴油機(jī)的調(diào)速特性分析

(1)柴油機(jī)在配備兩極式調(diào)速器時(shí)的調(diào)速特性如圖10－15(a)所示，圖中點(diǎn)b所對(duì)應(yīng)的供油量gb為柴油機(jī)標(biāo)定工況的循環(huán)供油量。當(dāng)柴油機(jī)的油門(mén)控制手柄被固定在此油量位置時(shí)，若負(fù)荷減輕，轉(zhuǎn)速超過(guò)nb，則調(diào)速器在高速?gòu)椈傻淖饔孟率构┯土垦豣hs線急劇減小。點(diǎn)h所對(duì)應(yīng)的供油量為柴油機(jī)在最高空載轉(zhuǎn)速nmax時(shí)所對(duì)應(yīng)的供油量。當(dāng)轉(zhuǎn)速再上升到點(diǎn)s時(shí)，噴油泵的供油量為零，迫使柴油機(jī)停機(jī)。曲線bhs被稱(chēng)為噴油泵的調(diào)速特性。第24頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

若柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速因負(fù)荷加重而從點(diǎn)b開(kāi)始下降，則噴油泵的供油量在校正裝置的作用下將有所增加，此時(shí)供油量大于gb，并且轉(zhuǎn)速沿曲線1′向低轉(zhuǎn)速方向變化，在中速段，其供油量達(dá)到最大校正油量以后就開(kāi)始減小。當(dāng)轉(zhuǎn)速進(jìn)一步下降到接近于最低穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速時(shí)，盡管調(diào)速器的怠速?gòu)椈稍隍?qū)使油泵齒條往加大油量方向移動(dòng)，但因油門(mén)控制手柄已被固定在最大油量位置，所以，此時(shí)的供油量無(wú)法再增大。圖中曲線b′為油門(mén)位于空載怠速位置時(shí)，供油量受怠速?gòu)椈傻目刂贫纬傻牡∷俟┯吞匦?，它能保證柴油機(jī)在其怠速區(qū)穩(wěn)定運(yùn)行。如將油門(mén)控制手柄固定在標(biāo)定工況的油門(mén)與空載怠速工況油門(mén)之間的任何位置上，則除怠速段外都可得到形狀如同曲線1′一樣的供油特性，如圖中曲線2′、3′、4′等，所不同的只是這些對(duì)應(yīng)于不同負(fù)荷狀態(tài)的供油特性在調(diào)速器的怠速?gòu)椈善鹱饔脮r(shí)，

第25頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月其供油量隨轉(zhuǎn)速的下降而迅速增大，并將達(dá)到曲線1′尾部所對(duì)應(yīng)的最大供油量,這是因油門(mén)沒(méi)有固定在最大油門(mén)位置上之故。與噴油泵的供油特性及調(diào)速特性相對(duì)應(yīng)，柴油機(jī)的速度特性及調(diào)速特性如圖10－15(b)中的曲線所示。曲線1為全負(fù)荷速度特性及兩極調(diào)速特性，曲線2、3、4為不同負(fù)荷狀態(tài)下的部分負(fù)荷速度特性及兩極調(diào)速特性。

（2）柴油機(jī)在配備全程式調(diào)速器時(shí)的調(diào)速特性如圖10－16(a)示，點(diǎn)b所對(duì)應(yīng)的循環(huán)供油量為標(biāo)定工況下的供油量。當(dāng)油門(mén)控制手柄固定在此油量位置時(shí)，調(diào)速?gòu)椈傻念A(yù)緊力被調(diào)定為最大張力。若柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速因負(fù)荷減輕而上升，則在飛錘離心力的作用下其油泵柱塞有效行程將減小，供油量則沿bhs線迅速減少。點(diǎn)h所對(duì)應(yīng)的供油量為柴油機(jī)處于空載最第26頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖10－16裝備全程式調(diào)速器的柴油機(jī)速度特性及調(diào)速特性

高轉(zhuǎn)速nmax時(shí)的供油量。點(diǎn)s所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速為噴油泵的斷油轉(zhuǎn)速，在此轉(zhuǎn)速下，油量被限制在空載怠速油量的1/4以下，從而迫使柴油機(jī)停機(jī)。若柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速因負(fù)荷加重而從nb開(kāi)始下降，則噴油泵的供油特性將沿bcde線向低轉(zhuǎn)速方向變化。在bc段，供油量基本不變。從點(diǎn)c開(kāi)始，調(diào)速器的校正裝置開(kāi)始起作用而使供油量有所增加，到達(dá)點(diǎn)d時(shí)，供油量達(dá)最大，此后，供油量開(kāi)始減小，直到對(duì)應(yīng)于點(diǎn)e的最低穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速時(shí)的供油量為止。第27頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

當(dāng)油門(mén)控制手柄固定在任一部分負(fù)荷工況位置時(shí)，調(diào)速?gòu)椈傻念A(yù)緊力也就相應(yīng)被確定。此時(shí)，彈簧的張力比在全負(fù)荷位置時(shí)的小，因而引起調(diào)速器開(kāi)始調(diào)速的轉(zhuǎn)速就相應(yīng)地低些。

圖10－16(a)所示的曲線2′、3′、4′等就是幾種不同負(fù)荷下的調(diào)速特性曲線。圖10－16(b)所示的是柴油機(jī)與其噴油泵的速度特性及調(diào)速特性曲線。穩(wěn)定調(diào)速率：

第28頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

δ2和δ2′分別表示標(biāo)定工況和超負(fù)荷工況的穩(wěn)定調(diào)速率。它指發(fā)動(dòng)機(jī)n從標(biāo)定轉(zhuǎn)速nb上升至標(biāo)定工況最高空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速或超負(fù)荷工況最高空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速時(shí)算得的調(diào)速率。具體的做法是：發(fā)動(dòng)機(jī)在標(biāo)定工況或超負(fù)荷工況（轉(zhuǎn)速仍為標(biāo)定轉(zhuǎn)速）下穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，突然卸去全部負(fù)荷而得到的最高空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速。顯然，調(diào)速率越小，就說(shuō)明調(diào)速器的調(diào)速性能越好，因此，要求柴油機(jī)的穩(wěn)定調(diào)速率不得超過(guò)一定的范圍。用以驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的柴油機(jī)，其δ2

≤5%；工程機(jī)械及農(nóng)用柴油機(jī)，其δ2

≤8%；拖拉機(jī)及車(chē)用柴油機(jī)，其δ2

≤10%。

第29頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、內(nèi)燃機(jī)的負(fù)荷特性和萬(wàn)有特性曲線

（一）內(nèi)燃機(jī)的負(fù)荷特性

圖10－17柴油機(jī)的負(fù)荷特性定義：內(nèi)燃機(jī)在保持轉(zhuǎn)速不變的情況下，改變負(fù)荷時(shí)，其主要參數(shù)隨負(fù)荷變化而變化的規(guī)律，稱(chēng)為負(fù)荷特性。4標(biāo)定點(diǎn)5冒煙點(diǎn)6冒煙極限點(diǎn)7更大冒煙點(diǎn)第30頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

對(duì)渦輪增壓柴油機(jī)：

對(duì)汽油機(jī)當(dāng)負(fù)荷很輕，節(jié)氣門(mén)開(kāi)度很小時(shí)，因進(jìn)氣節(jié)流較大，殘余排氣系數(shù)也大，ｇｅ高；隨著負(fù)荷的增大，節(jié)氣門(mén)開(kāi)度增大，α變大，其ge曲線比非增壓柴油機(jī)的略微平坦些。（二)

萬(wàn)有特性曲線不同轉(zhuǎn)速下的負(fù)荷特性描繪出來(lái)的曲線稱(chēng)萬(wàn)有特性。一般橫坐標(biāo)為n，縱坐標(biāo)為pe，圖中有等ge、等tr、等Ne曲線。萬(wàn)有特性反映發(fā)動(dòng)機(jī)在不同n和不同負(fù)荷下的特性。低油耗區(qū)范圍越大，說(shuō)明經(jīng)濟(jì)性越好，如圖10－19的低油耗區(qū)落在較高的n和較大pe范圍內(nèi)，而圖10－20低油耗區(qū)落在較低ｎ和較高的ｐｅ范圍內(nèi)。第31頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖10－19１２Ｖ１７５ＲＴＣ船用柴油機(jī)萬(wàn)有特性

圖10－20第32頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

10－3內(nèi)燃機(jī)的實(shí)用運(yùn)行特性一、船用柴油機(jī)的推進(jìn)特性將柴油機(jī)的工況人為地調(diào)節(jié)在螺旋槳特性所對(duì)應(yīng)的各個(gè)工況點(diǎn)上運(yùn)行時(shí)，柴油機(jī)的性能參數(shù)隨轉(zhuǎn)速不同而變化的關(guān)系。螺旋槳的特性可用如下公式來(lái)描述：

式中，Np——螺旋槳所吸收的功率；

KN——功率系數(shù)，主要與螺旋槳的結(jié)構(gòu)尺寸和水的密度有關(guān)；

no——螺旋槳的轉(zhuǎn)速；

m——指數(shù)，可在1.6～3.2間選取。（10－11）

第33頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

m值與船舶的類(lèi)型有關(guān)，例如，低速、排水型船舶的m=2.8～3.2；驅(qū)逐艦的m=2.2～2.8；快艇的m=1.9～2.2；水翼艇的m=1.6～1.9。當(dāng)m=3時(shí)，內(nèi)燃機(jī)的推進(jìn)特性可按圖10－21所示方法確定的工況點(diǎn)來(lái)制取。圖10－21推進(jìn)特性各工況點(diǎn)的劃分法第34頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

圖中的點(diǎn)b為標(biāo)定工況點(diǎn)，其他各工況點(diǎn)可按功率的百分比依式(10－11)來(lái)計(jì)算其對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速。圖10－22所示的為某船用主機(jī)的推進(jìn)特性曲線。圖10－22

某船用主機(jī)的推進(jìn)特性曲線

第35頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

二、車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的行駛特性

Ne=Ntr+Nwh+Nair

（10－12）

Ne――發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率

Ntr――傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦功率

Nwh――驅(qū)動(dòng)車(chē)輛運(yùn)轉(zhuǎn)的功率

Nair――克服空氣阻力所消耗的功率通常，Ntr=(0.08～0.15)Ne

Nwh與道路條件、輪胎質(zhì)量、載重量和車(chē)速有關(guān)，一般要通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定；,rwh：車(chē)輪半徑ig：變速箱傳動(dòng)比im：主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比第36頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

汽車(chē)使用直接擋，行駛在高質(zhì)量路面上的曲線Nc如圖10－23所示。

圖10－23汽車(chē)用變速器直接擋行駛時(shí)的功率平衡關(guān)系

點(diǎn)b為發(fā)動(dòng)機(jī)全負(fù)荷速度特性曲線Ne與阻力特性曲線Nc的額定匹配點(diǎn)。曲線Nc′和曲線Nc″為汽車(chē)在不同坡度路段行駛時(shí)所對(duì)應(yīng)的阻力特性，與之對(duì)應(yīng)的匹配點(diǎn)則分別為點(diǎn)a和c。第37頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

由曲線Ne和曲線Nc′所包圍的面積之大小可以評(píng)判，在點(diǎn)a處，發(fā)動(dòng)機(jī)仍具有足夠大的爬坡能力；在點(diǎn)c處，其爬坡能力已大大減小。若再增大坡度，且仍然使用直接擋行駛，則因爬坡能力甚微必將導(dǎo)致車(chē)速急劇下降，甚至使發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。因此，這時(shí)必須換用低速擋才能在坡度更大的路段上行駛。Nr是汽車(chē)下坡時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所拖動(dòng)而作負(fù)功。如圖10－23中的曲線Nr所示。1.低速扭矩特性圖10－24為不同檔時(shí)的驅(qū)動(dòng)力曲線。

圖10－24扭矩特性與變速器擋位數(shù)第38頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

T為汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)力，T1′、T2′、T3′和T4′分別為某個(gè)四擋位變速器在不同擋位下將發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩特性所轉(zhuǎn)換成的驅(qū)動(dòng)力特性曲線，若第四檔為直接檔，并忽略傳動(dòng)損失，則曲線T4′即為發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩特性曲線，而曲線T1′、T2′、T3′是因變速比不等于1，其形態(tài)相對(duì)T4′有不同伸縮率，而汽車(chē)驅(qū)動(dòng)力Ｔ與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速ｎ的相對(duì)關(guān)系并未改變。發(fā)動(dòng)機(jī)低速扭矩特性時(shí)，則只需要兩檔位的變速器，如圖T1、T2。2.加速性能若車(chē)型相同，而所用的發(fā)動(dòng)機(jī)不同，則其加速性能可能相差很大。影響加速性能的主要因素是發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。慣量越小，越有利于改善其加速性能。與四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)相比，二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)因其運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量相對(duì)較輕，加之各缸的發(fā)火間隔是四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的1/2，工作循環(huán)較為均勻，因而，改善其加速性能后對(duì)其他性能的影響比較小，所以，二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)可能具有更好的加速性能。第39頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、機(jī)車(chē)柴油機(jī)的牽引特性

機(jī)車(chē)的理想牽引特性為雙曲線形態(tài)，即在車(chē)速越低時(shí)，要求牽引力越大。而柴油機(jī)的速度特性是，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，其扭矩變化不大，因此，不能讓柴油機(jī)來(lái)直接牽引機(jī)車(chē)運(yùn)行，而必須通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)牽引，否則，將無(wú)法滿足機(jī)車(chē)牽引特性的需要。

目前，內(nèi)燃機(jī)車(chē)所采用的傳動(dòng)系統(tǒng)有兩種，即液力傳動(dòng)系統(tǒng)和電力傳動(dòng)系統(tǒng)。采用液力傳動(dòng)系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)車(chē)，其傳動(dòng)裝置是液力變扭器。由于液力變扭器的輸出扭矩MT與輸出軸轉(zhuǎn)速之間呈雙曲線關(guān)系，所以，其扭矩輸出特性符合機(jī)車(chē)牽引特性的需要.因?yàn)橐毫ψ兣て鲗儆谛D(zhuǎn)流體機(jī)械，所以，柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)變扭器的聯(lián)合運(yùn)行功率特性為三次拋物線形態(tài)，即第40頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

式中，

Ne′——柴油機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下的輸出功率；Kh——功率系數(shù),與變扭器的尺寸、結(jié)構(gòu)及工作介質(zhì)的性質(zhì)等因素有關(guān)。采用電力傳動(dòng)系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)車(chē)是由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)牽引發(fā)電機(jī),再通過(guò)電力傳輸及調(diào)節(jié)系統(tǒng)(包括交流電動(dòng)機(jī)所要求的變流、變頻等裝置)將發(fā)電機(jī)的電功率傳輸給牽引電動(dòng)機(jī)，由電動(dòng)機(jī)按機(jī)車(chē)的牽引特性來(lái)牽引機(jī)車(chē)運(yùn)行。柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)牽引發(fā)電機(jī)的聯(lián)合運(yùn)行功率特性近似為平方拋物線形態(tài)，即式中，

Ke——功率系數(shù)，與發(fā)電機(jī)的負(fù)載電阻、磁通量等因素有關(guān)。

第41頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖10－25機(jī)車(chē)柴油機(jī)的牽引特性變扭器或發(fā)電機(jī)所吸收的功率，點(diǎn)b為滿負(fù)荷工作點(diǎn).設(shè)柴油機(jī)的速度控制機(jī)構(gòu)有m個(gè)檔位，,n1,n2,…,nj,…,nm-1和nb為各檔位所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速。不同的檔位對(duì)應(yīng)著調(diào)速器不同的彈簧預(yù)緊力；柴油機(jī)則按對(duì)應(yīng)的調(diào)速特性來(lái)適應(yīng)阻力特性Nc的需要，并穩(wěn)定運(yùn)行在b1,b2,…,bj,…,bm-1和點(diǎn)b所對(duì)應(yīng)的工況下。若機(jī)車(chē)柴油機(jī)裝有全程式調(diào)速器，其牽引特性可用圖10－25所示的曲線來(lái)描述。圖中曲線Ne為柴油機(jī)的全負(fù)荷速度特性；曲線Nc為第42頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月10－4內(nèi)燃機(jī)功率及燃油消耗率的修正一、大氣條件對(duì)內(nèi)燃機(jī)性能的影響對(duì)內(nèi)燃機(jī)工作過(guò)程產(chǎn)生影響的大氣條件是指現(xiàn)場(chǎng)的大氣壓p、環(huán)境溫度T和相對(duì)濕度φ，以及這三個(gè)大氣要素的緩慢變化。同一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)在不同的大氣條件下其作功能力和主要性能會(huì)有明顯的差別。大氣條件的不同，使人們不便根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)定內(nèi)燃機(jī)的主要性能。為了使內(nèi)燃機(jī)的功率標(biāo)定有統(tǒng)一基準(zhǔn)，規(guī)定了內(nèi)燃機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)大氣條件，即標(biāo)準(zhǔn)氣壓p0、標(biāo)準(zhǔn)氣溫T0和標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)濕度φ0。內(nèi)燃機(jī)如果在非標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下運(yùn)行，其功率Ne和燃油消耗率ge須用相應(yīng)的換算公式分別將其修正成標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的對(duì)應(yīng)值Neo和ge0。為了提高修正值的準(zhǔn)確度，一般都以本國(guó)范圍內(nèi)大氣壓、環(huán)境溫度和相對(duì)濕度的年平均值作為標(biāo)準(zhǔn)大氣條件。然而，為了便于國(guó)際行業(yè)間的交流，各國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)大氣條件將趨于統(tǒng)一。第43頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

二、內(nèi)燃機(jī)功率及燃油消耗率的修正方法按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB1105.1—87的規(guī)定，我國(guó)采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)的如下兩種修正方法。(一)等油量法等油量法是適用于其供油量不因大氣條件的改變而增減的內(nèi)燃機(jī)，如車(chē)用柴油機(jī)等進(jìn)行功率和燃油消耗率修正的方法。當(dāng)考核內(nèi)燃機(jī)的實(shí)際作功能力時(shí)，對(duì)以15分鐘功率和1小時(shí)功率作為標(biāo)定功率的內(nèi)燃機(jī)而言，須評(píng)定其實(shí)測(cè)功率值是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的標(biāo)定功率值；而對(duì)以12小時(shí)功率和持續(xù)功率作為標(biāo)定功率的內(nèi)燃機(jī)而言，須評(píng)定其實(shí)測(cè)功率值是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的超負(fù)荷功率值。這時(shí)，應(yīng)將實(shí)測(cè)功率值按等油量法修正為標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的標(biāo)準(zhǔn)功率值，然后，再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)功率值來(lái)對(duì)內(nèi)燃機(jī)的作功能力作出評(píng)定。第44頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

1.有效功率的修正對(duì)汽油機(jī)而言，Ne0=αaNe對(duì)柴油機(jī)而言，Ne0=αdNe(10－19)式中αα和αd——

汽油機(jī)和柴油機(jī)的功率修正系數(shù)，其確定方法分別按如下公式進(jìn)行：

(10－20)

αd=fafm

(10－21)式中，ps0和ps——標(biāo)準(zhǔn)大氣條件和現(xiàn)場(chǎng)大氣條件下的干空氣壓；fa和fm——柴油機(jī)的大氣因數(shù)和特性指數(shù)，其確定方法如下：對(duì)非增壓和機(jī)械增壓柴油機(jī)而言，

(10－22)第45頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)渦輪增壓(不論有無(wú)中冷器)柴油機(jī)而言，(10－23)fm=0.036mqc/πk－1.14(10－24)式中，mqc——單位氣缸容積的循環(huán)供油量。四沖程和二沖程柴油機(jī)的mqc值分別按如下兩式計(jì)算。mqc=mf0/(30n·Vs)×106(mg