发动机原理第七章_发动机特性汇编

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1、第七章 发动机的特性,第一节 发动机的特性概述 第二节 发动机的负荷特性 第三节 发动机的速度特性 第四节 发动机的转矩适应性 第五节 车用柴油机的调速特性 第六节 发动机的万有特性,一、发动机工况 指发动机运行状态，常用转速n和负荷表示。 转速：表征发动机的工作频率挡位&车速； 负荷：表征发动机对外做功能力加速踏板：Ttqpme 发动机输出功率：Pe Ttq n 功率相同，工况不同燃烧过程不同性能不同,研究发动机特性的目的： 评价发动机性能，为正确选用动力源提供依据； 为进一步改进发动机性能提供有效途径。 研究方法：性能指标随发动机工况变化特性来研究,第一节 发动机特性概述,定义：,发动机的

2、实际运转情况。,实际上，发动机工况就是研究不同运转情况下，其功率、转矩和转速三者间的变化关系。,1、发动机工况的分类,（1）第一类工况（负荷、转速基本不变）,（2）第二类工况（负荷变化但转速基本不变）,（3）第三类工况（负荷、转速在宽广的范围内变化）,发动机运行工况(operating condition)：负荷Ttq,pme(Pe) vs 转速n (1) 点工况：抽水机 (2) 线工况：发电机组 ；船舶发动机 (3) 面工况：汽车；拖拉机,根据工作机械不同，发动机工况分类为三种：,1. 恒速工况：发动机转速始终保持不变； 功率随负荷变化。发电用发动机,2. 线工况：Pe=f(n)的工况，螺旋

3、桨工况。,1恒速,3. 面工况：Pe和n都相对独立变化，无约束关系。,如 汽车： n取决于车辆行驶速度； Pe取决于行驶阻力阻力和道路情况 。,1.发动机的工况分类,第类工况，其特点是发动机的功率变化时，转速几乎保持不变。该工况又被称为固定式内燃机工况。线工况。点工况,第二类工况，其特点是内燃机的功率与转速接近于幂函数关系，如图中的曲线2示的三次幂函数( )。当内燃机作为船用主机驱动螺旋桨时，内燃机所发出的功率必须与螺旋桨吸收的功率相等，而吸收功率又取决于螺旋桨转速的高低，且与转速成幂函数关系，这样，内燃机功率就呈现一种十分有规律的变化。该类工况常被称为螺旋桨工况或推进工况，也属于线工况。,第

4、三类工况，其特点是功率与转速都在很大范围内变化，它们之间没有特定的关系。汽车及其他陆地运输用内燃机，都居于这种工况。此时，内燃机的转速决定于行驶速度、可以从最低稳定转速一直变到最高转速；负荷取决于行驶阻力，在同一转速下，可以从零变到全负荷。内燃机可能的工作区域就是该种类型内燃机的实际工作区域，相应的上况区域称为面工况。,发动机的台架试验：测试发动机的主要性能指标,基础：振幅0.050.1mm,测功器：测转矩,油耗仪：测油耗,转速表,冷却系统,排放分析仪,(3) 面工况：汽车；拖拉机 a 最大功率限制线 b 最高转速限制线 c 最低稳定转速限制线 d 怠速线 e 倒拖线,2、车用发动机的工况范围

5、,（1）上边界线a:,最大油门位置时，不同转速下发动机所能发出的最大功率，是发动机功率的极限。,（2）右边界线b:,发动机所能承受的最高转速极限。,（3）左边界线c:,发动机能稳定运转的最低转速。,（4）水平边界d,不同油门位置的怠速特性，即发动机指示功率与机械损失功率相等（Pe=0）。,（5）下边界e,发动机停机后倒拖特性（下坡时的制动能力）。,二、发动机功率的标定,标定功率：,制造厂根据发动机的使用要求（用途、寿命、可靠性、使用条件等），人为规定的该发动机在标况下允许输出的最大功率。,内燃机的功率标定，是指制造企业根据内燃机的用途、寿命、可靠性、维修与使用条件等要求，人为地规定该产品在标准

6、大气条件下所输出的有效功率以及所对应的转速，即标定功率与标定转速。世界各国对标定方法的规定有所不同。按照国家标准GBll0587内燃机台架性能试验方法规定，我国内燃机的功率可以分为四级：,发动机功率标定,我国四个等级的发动机功率标定：,1、15分钟功率,*思考：人为规定就会存在可高可低的情况，那么汽车用发动机与工程机械用发动机标定时应如何考虑？,2、1小时功率,3、12小时功率,4、持续功率,汽车、快艇等,工程机械、船舶等,机车、移动发电机组等,农用机械、固定发电机组等,需要注意的是：实际使用过程中，发动机功率超出标定功率或标定功率下超出规定的时间，并不意味着发动机就会损坏。,(1)15min

7、功率,这一功率为内燃机允许连续运转15min的最大有效功率，适用于需要较大功率储备或瞬时需要发出最大功率的轿车、中小型载货汽车、军用车辆、快艇等用途的内燃机。,(2)1h功率,这一功率为内燃机允许连续运转1h的最大有效功率，适用于需要一定功率储备以克服突增负荷的工程机械、船舶主机、大型载货汽车和机车等用途的内燃机。,(3)12h功率,这一功率为内燃机允许连续运转12h的最大有效功率，适用于需要在12h内连续运转而又需要充分发挥功率的拖拉机、移动式发电机组、铁道牵引等用途的内燃机。,(4)持续功率,这一功率为内燃机允许长期连续运转的最大有效功率，适用于需要长期连续运转的固定动力、排灌、电站、船舶

8、等用途的内燃机。,根据内燃机产品的使用特点，在内燃机的铭牌上一般应标明上述四种功率的一或两种功率及其对应的转速。同时，内燃机的最大供油量限定在标定功率的位置上。对于同一种发动机，用于不同场合时，可以有不同的标定功率值，其中，15min功率最高，持续功率最低。 车用 常用15分钟, 1小时或12小时功率中的两种作为铭牌功率。,除持续功率外，其他几种功率均具有间歇性工作的特点，故常被称为间歇功率。对间歇功率而言，内燃机在实际按标定功率运转时，超出上述限定的时间并不意味着内燃机将被损坏，但无疑将使内燃机的寿命与可靠性受到影响。,（1）有效功率,三、发动机特性参数间的关系,（2）有效输出转矩,（3）有

9、效燃油消耗率,（4）发动机每小时耗油量,有效功率,有效输出转矩,燃油消耗率,小时耗油量,有效功率,有效输出转矩,燃油消耗率,小时耗油量,为了评价内燃机在不同工况下运行的动力性指标(如功率、转矩、平均有效压力等)、经济性指标(燃油消耗率)、排放指标以及反映工作过程进行的完善程度指标(如指示热效率、充量系数以及机械效率)等，就必须研究内燃机的特性。,发动机特性,有关定义,所谓发动机的特性，就是指上述性能参数随参数调整情况或运转工况变化的规律。 性能指标随调整情况变化的特性称为调整特性，如点火提前角调整特性、供油提前角调整特性等； 性能指标随运行工况变化的特性称为性能特性，如负荷特性、速度特性和调速

10、特性等。 用来表示特性的曲线称为特性曲线，它是评价内燃机的一种简单、直观、方便的形式。,第二节 发动机的负荷特性,定义：,当转速不变时，发动机性能指标随负荷而变化的关系（通常用负荷特性曲线表示）。,负荷特性（曲线）的测定：,1、发动机稳定运转一段时间，使水温、油温为正常值；,2、改变测功器负荷和循环供油量，保持转速不变；,3、测量be、Pe、Tr、等；,4、重复上述操作，并绘制特性曲线。,一、柴油机的负荷特性,保持柴油机转速不变，改变循环供油量b时，B、be、等随负荷（Pe或Te）变化的关系。,定义：,特点：,因此，柴油机负荷特性的调整过程称为“质调节”。,转速n不变,充量系数c基本不变,循环

11、供油量b改变,过量空气系数a 或空燃比改变,1、有效燃油消耗率曲线,柴油机负荷特性曲线,先增大（混合气由稀变浓，燃烧充分）；,后降低（混合气偏浓，燃烧不完全）；,2）机械效率e：,转速不变，摩擦损失不变，故其随着指示功Pi（负荷）的增大而增大。,当超过最大功率点后，随着燃烧急剧恶化，Pi下降，Pm也下降。,1）指示热效率i：,先急剧减小（怠速时为，后随i、m的增大而减小）；,后逐渐升高（到达最低油耗点后，由于燃烧恶化，油耗随i降低而增大）。,2.燃油消耗量曲线,最低油耗点1,冒烟界限2（限制超过）,最大功率点3,柴油机负荷特性曲线,二、汽油机的负荷特性,保持汽油机转速不变，改变节气门时，B、b

12、e、等随负荷（Pe或Te）变化的关系。,定义：,特点：,节气门开度 增大,充量系数c增大,循环供油量b增大,浓度基本不变 而数量增大,因此，汽油机负荷特性的调整过程称为“量调节”。,测取方法： 将供油系、点火提前角调整好；水温、润滑油温最佳（85）。 当汽油机保持某一稳定转速后，逐渐改变节气门开度（由小到大），测量功率、小时耗油量B，排气温度等参数。 加大节气门开度，同时调节测功机负荷保持转速不变，稳定后测量第二点的功率小时耗油量B，排气温度等参数。 如此依次一直作到节气门全开，一般不少于8点。 把测量数据画在以负荷为横坐标的坐标系内、并连成曲线即得汽油机负荷特性曲线。,汽油机负荷特性曲线,1

13、.有效燃油消耗率曲线,先增大（节气门开度增大，残余废气减少，燃烧改善）；,后降低（大负荷混合气浓，燃烧不完全）；,2）机械效率e：,转速不变，摩擦损失不变，故其随着指示功Pi（负荷）的增大而增大。,1）指示热效率i：,汽油机负荷特性曲线,先急剧减小（怠速时为，后随i、m的增大而减小）；,后逐渐升高（随着混合气变浓，由于燃烧恶化，油耗随i降低而增大）。,2.燃油消耗量曲线,三、柴油机、汽油机负荷特性的对比分析,1、柴油机燃油消耗率普遍较低，且小负荷到中负荷的油耗率下降迅速；,1）柴油机不仅压缩比大，过量空气系数也大；,原因：,2）汽油机低负荷时采用浓混合气且残余废气多，加之泵气损失大，故油耗率高

14、；,柴、汽油机负荷特性对比,2、柴油机低油耗区较汽油机宽；,3、柴油机排气温度较汽油机普遍较低，且随负荷变化较大；,1）柴油机压缩比大，故膨胀比较汽油机大，热效率高；,原因：,2）柴油机充量基本不变，循环供油量增大时，放热多，故温度升高较快；,柴、汽油机负荷特性对比,汽油机节气门开度增大时，虽然供油量增大，但相应进气也多，故温度升高较平坦；,负荷特性曲线特点,负荷特性是发动机的基本特性。 常用它评价发动机工作的经济性。 根据需要可测定发动机不同转速下的负荷特性。 转速变化时，各条负荷特性曲线的变化趋势相同，只是各条曲线的路径不同。 每条曲线的最右端点表示全负荷转速下的功率及燃油消耗率。,负荷特

15、性曲线特点,由负荷特性可以看出，低负荷时，有效燃油消耗率很高，经济性差。因此，应注意提高发动机的功率利用率。 同一转速下，最低油耗率bmin愈小，曲线变化愈平坦，经济性愈好。 柴油机bmin比汽油机低1030；而且燃油消耗率曲线比较平坦。,负荷特性曲线特点,柴油机部分负荷时低油耗率区比汽油机宽，因而柴油机比汽油机省油。,第三节 发动机的速度特性,定义：,当油量调节机构（油门位置）不变时，发动机性能指标随转速而变化的关系（用速度特性曲线表示）。,速度特性（曲线）的测定：,1、发动机稳定运转一段时间，使水温、油温为正常值；,2、固定油量调节机构，改变测功器负荷；,3、测量不同转速下的be、Pe、T

16、e等；,外特性：,全负荷（处在最大油量位置）时的速度特性。,发动机速度特性曲线,定义：发动机性能指标随转速变化的关系，称为发动机的速度特性。 部分速度特性（有无数条） 外特性(只有一条),外特性是发动机所能达到的最高性能,一、柴油机的速度特性,保持柴油机油泵调节机构位置不变，测量 Pe 、be、 Te、 等随转速n的变化关系。,定义：,1、指示热效率i：,先增大（转速提高，雾化混合好、燃烧改善且散热少）；,柴油机不同负荷时i的速度特性,后减小（转速过高，充量降低、燃烧不全与后燃加重）；,*思考：如左图所示，柴油机小负荷时指示热效率低，中等负荷时高，而全负荷时介于两者之间，为什么？,2、机械效率m ：,柴油机不同负荷时m的速度特性,随n增大而逐渐减少（转速越高，摩擦损失越大）。,3、有效燃油消耗率be ：,柴油机不同负荷时be的速度特性,*思考：柴油机的m为什么随负荷（油门开度）的增大而增大？,