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1、第五章 运行特性与整车匹配,一、 内燃机运行工况,稳定工况（ ， ）,工况：代表ICE运行状态的参数（ ， ）,二、 工况平面,以 和 为坐标轴构成的平面。,1、点工况,ICE大多稳定工作在某一稳定工况点。如：抽水机。,2、线工况,发电机组：近等速,船舶 ：螺旋桨特性,3、面工况,ICE运行工况点构成的工况平面。如：运输车辆、坦克,三、 内燃机功率标定,标定工况：ICE铭牌上规定 和,15分钟功率,ICE可连续运行15min仍能保持正常状态的最大功率。,如：汽车、摩托车、摩托艇,如：船舶、机车、发电机组。,1小时功率,ICE可连续运行1h仍能保持正常状态的最大功率。,如：拖拉机、工程机械,12
2、小时功率,ICE可连续运行12h仍能保持正常状态的最大功率。,如：拖拉机、抽水机,持续功率,ICE可持续长时间仍能保持正常状态的最大功率。,一、特性、特性曲线及分类,1、ICE特性,在一定条件下，ICE特性指标、特性参数随各种可变因素的变化规律。,特性指标：动力性、经济性、排放；,特性参数：对性能有影响的参数， 、 、 等。,动态特性,调整特性,运行特性,B,SI-ICE,动态特性,动态特性问题：,转速和转矩升高延迟；,转速转矩稳定延迟；,加速性能低于对应的稳态性能。,原因：,机件惯性阻力，降低有效功率输出；,进气充量惯性及动态效应的变化，使充量系数下降；,加速过程中水温、油温、油压等未达到稳
3、定状态， 点火提前角等调整参数受机件惯性影响，不是最佳值。,油门瞬时变化，混合气组织不理想；,调整特性,转速和油量调节位置不变(节气门或油量调节杆)，发动机 性能指标随调整参数的变化规律 。(目的:使发动机性能最优),调整参数：影响ICE性能和排放的各种参数；,如： 、 、 、 、配气相位， 气门升程， 歧管长度， 涡轮喷嘴流通面积等。,作用：实现ICE性能与排放的优化控制。,原机功率,优化功率,机械式点火系统点火提前角MAP,电子点火系统点火提前角MAP,二、运行特性及分析方法,在一定条件下，ICE性能指标随运行工况参数（转速、转矩）的变化规律。,作用：寻找ICE的运行区域，与相应机械匹配。
4、,运行特性,运行特性分析方法,CI-ICE化简式,SI-ICE化简式,分析方法,理论分析各变量的变化规律，经叠加， 得到性能变化规律,一、SI-ICE速度特性分析,1、指示效率,低速时，指示效率小,总热量小漏气量大；,等容度小速度低，湍流弱；,散热损失大活塞速度低。,高速时，指示效率小,等容度下降燃烧持续曲轴转角大。,高、低负荷混合气加浓，指示效率小于中等负荷。,指示效率曲线形状：两头略低，中间平坦,2、机械效率,转速增大，机械效率下降转速升高，机械损失增大。,3、容积效率,低速时：随转速的下降，工质温升提高，充量系数下降；,高速时：转速升高，进气压降增大，充量系数下降。,4、混合气浓度,转速
5、升高，燃烧速度加快，可燃烧稀混合气。,大负荷和小负荷，混合气需要加浓,二、CI-ICE速度特性分析,低速时，指示效率小,总热量小漏气量大；,等容度小速度低， 涡流、挤流弱；,散热损失大 活塞速度低。,高速时，指示效率小,等容度下降燃烧持续 曲轴转角大,三、SI-ICE和CI-ICE速度特性对比,SI-ICE斜率大；CI-ICE平坦容积效率受节气门影响大,SI-ICE是标定功率，CI-ICE不是标定功率,CI-ICE较平坦受指示效率影响。,四、外特性对汽车动力性影响,1、汽车动力性评价指标,在平直良好路面上，汽车能达到的最高稳定车速。,最低档运行的最大爬坡度。,起步加速时间：起步、换挡到某一车速
6、,最高稳定行驶车速,最大爬坡度,加速时间,基础条件：满载、风速小于3m/s,超车加速时间：直接档从低速到高速时间,驱动力行驶阻力 平衡图,驱动力； 行驶阻力； 最高车速； 最大爬坡度。,汽车功率平衡图,功率储备；or 加速功率；or 后备功率。,加速时间计算：,加速驱动力：,加速功率：,时间计算：,最大加速时间：,车轮驱动力：,驱动功率：,2、外特性曲线的动力适应性与特性校正,转矩适应性系数：,ICE转矩外特性线上，最高转矩与标定功率点转矩的比值。,转矩储备系数：,ICE转矩外特性线上，最高转矩和标定功率点转矩的差， 与标定功率点转矩的比值。,转速适应性系数：,ICE标定转速与外特性线上 最大
7、转矩转速的比值。,1,2,3,A,1,2,3,最大转矩相同的1和2,转速适应性系数越大， 克服阻力能力强。,对于1和3,转矩适应性系数越大， 克服阻力能力强。,未校正的CI-ICE转矩线比较平坦,SI-ICE,CI-ICE,A,B,C,F,E,SI-IC相对于CI-ICE 具有较低的稳定转速,SI-IC相对于CI-ICE具有 更高的转矩适应性系数 （或储备系数）和转速适 应性系数,SI-ICE比未校正的CI-ICE 具有更好的动力适应性,2、外特性曲线的动力适应性,CI-ICE需要转矩校正和调速,五、外特性曲线的运行稳定性与柴油机调速特性,1、ICE稳定工作原理,SI-ICE具有良好的运行稳定
8、性。,SI-ICE,o2,o1,标定点运行时，快速 下降的转矩线，不会出 现“超速”现象；,小负荷时，快速下降 的转矩线，具有良好 的自调节特性；,CI-ICE,o1,o2,A,B,C,CI-ICE的运行稳定性较差。,标定点运行时，平坦的 转矩线，易出现 “超速”现象；,小负荷时，上翘的 转矩线，使稳定性 较差。,必须使用调速装置， 以调整CI-ICE的运行稳定性。,调速特性,2、CI-ICE的两种基本调速器两极和全程调速器,调速器的功能：高速不超速，低速稳定运行。,调速特性：调速器起作用时，CI-ICE的性能指标随转速 或负荷的变化规律。,调速特性,油门操纵杆,凸轮轴,支架,飞锤,油量调节拉
9、杆,弹簧座,从动杆,怠速弹簧,高速弹簧,滑套,支持力：,恢复力：,操纵杆与调速无关,两极调速器,全程调速器,两种调速器的比较,六、提高汽车动力性的措施,ICE合理选配,优点：体积小、重量轻、加速性好,缺点：油耗高、输出功率低,优点：输出功率高、油耗低,缺点：转速低、噪声大、重量大,当前技术条件下：SI-ICE用于轿车、家庭机械等； 中重型运输机械等用CI-ICE。,套合适的外特性线,针对用途，配套合适的外特性线，达到需要的转矩储备。,无级变速,结论：,档位越多，储备功率越大；,无级变速具有最大的储备功率；,无级变速可获得更高的最高车速；,无级变速可获得更大的低速车轮驱动力。,负荷特性：ICE的
10、转速不变时，性能指标和特性参数 随负荷的变化规律。,用途：分析ICE的经济性,一、SI-ICE负荷特性,特点：在80%90%负荷 最低，且变化速度快。,原因：指示效率和机械效率具有相似的变化规律。,二、CI-ICE负荷特性,特点：存在较宽的 低值区域。,原因：指示和机械效率相反的变化规律。,负荷,SI-ICE负荷特性分析,负荷,转速一定,负荷,负荷,转速一定,CI-ICE负荷特性分析,三、SI-ICE和CI-ICE负荷特性对比,SI-ICE,CI-ICE,转速不变,小负荷差距大,两种机型的指示效率随负荷变化，表现出相反的变化规律；,CI-ICE存在较宽的低油耗区；,同等负荷下，SI-ICE的有
11、效燃油消耗率高于CI-ICE；,中小负荷差距加大。,四、内燃机的全特性（万有特性）,全特性：ICE转速和负荷均变化时性能指标和特性参数的 变化规律。,用途：表达各种经济性和各种特性参数的变化工况区。,平面图形表达（等油耗线）,1.9L轿车柴油机,2.0L轿车汽油机,全特性制作方法,负荷特性,Origin Graph制图,曲面图形表达,Word制图,五、汽车的全特性,六、提高汽车经济性的措施,能源法规,ICE与汽车的合理匹配,降低车重,降低行驶阻力,内燃机,我国乘用车燃料消耗量限值（L/100km）,我国乘用车燃料消耗量限值（L/100km）,等功率曲线对应的最低有效燃油消耗率点的连线，构成为
12、无级变速运行曲线无级传动具有最好的经济性；,汽车运行工况：（ ， ）,机械传动高速档的行驶阻力线穿过经济圈； 档位多，整车经济性比较好。,档位多，换挡时间长，且变速器价格高， 整车经济性不一定好。,ICE与汽车的合理匹配,原则：汽车最常用运行工况，在经济圈附近,外特性线,等功率线,经济圈,无级变速运行线,汽车用内燃机,转速变化范围大， 经济圈横向拉长。,如何实现？,工程机械用内燃机,转速变化范围小， 经济圈纵向拉长。,本章小结,一、内燃机的运行工况工况平面、功率标定 二、速度特性及分析方法 三、速度特性与配套汽车的动力性 三、负荷特性及分析方法 四、负荷特性与配套汽车的经济性 五、全特性制备方法 六、柴油机调速器与调速特性,
