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1、教学目标 . 了解发动机工况。 . 了解发动机调整特性。 . 理解发动机动态、调速、排放特性。 . 掌握发动机运行特性。,一、发动机典型工况在汽车运行过程中，具有代表性的工况，称为典型工况，发动机始终工作在一个恒定工况下的情况是极少的，在实际使用情况中发动机的运行工况变化是不稳定的，根据发动机的使用情况，大致可分为以下三类典型工况。,第一类工况:转速不变，而功率改变。例如，发电用发动机正常起动后，为使其工作稳定，要求发动机转速基本恒定， 功率随电机负荷大小，从零直接变到最大，没有固定的规律性，但要使发动机转速不变，才能确保输送的频率稳定，那么在工况图上会出现一条垂直线(图- 中的曲线)，称为线
2、工况。,第二类工况:功率与转速的关系类似于三次幂函数， =，为比例常数，船用机就是这类发动机，因为它是带动螺旋桨工作，故称螺旋桨工况或推进工况，也是线工况， 如图-中曲线所示。这样，发动机功率与转速之间就呈现一种十分有规律的变化。,第三类工况:转速变化幅度很大，功率变化也极不稳定。转矩取决于汽车行驶时的阻力，在相同转速的情况下，可由零负荷变到全负荷，转速的连续变化使得车速从最低车速到最高车速连续变化，当汽车需要制动时。例如汽车下斜坡，发动机因为传动系统倒拖做了负功。,上边界线是不同转速下的发动机所能发出的的功率最大值(曲线)，左边界线为发动机最低稳定工作的转速限制线，右边界线为发动机最高转速限
3、制线，下边界线是汽车熄火，外力倒拖发动机的工况线，称为倒拖功率。发动机在这样一个面区域内工作，这就是车用发动机在路面行驶过程中会遇到的工况。,二、发动机不稳定工况.发动机起动工况在起动机的辅助下，将发动机由静止状态转动到靠燃料燃烧做功的惯性力维持运转的过程称为发动机的起动工况，简称起动。,汽油机起动时，由于转速非常低，空气流动速度慢，从而导致燃料的雾化程度差，使得进入汽缸的混合气中的大部分燃料以液态形式存在， 以气态形式存在的燃料少，实际参与燃烧的混合气变稀， 特别在低温起动时。汽油蒸发速度下降，在混合气形成的时间内，实际蒸发量减少，当蒸发形成的实际混合气的浓度降至着火下极限1.44时，汽油机
4、将因为混合气太稀不能着火做功。,因此，为了能让发动机起动顺利，传统化油器式的燃料供给系统要求供给特浓的混合气，其值为0.3 0.，实际以气态参与反应的混合气浓度值在0.1.2，其他燃料来不及参与燃烧，直接随同废气排入大气，这是汽油机起动碳氢排放高的主要原因。 电控喷射汽油机虽然由于喷射，雾化好于化油器发动机，但仍然不能完全蒸发。因此，起动过程仍然需要加浓喷射，过量空气系数 值一般在0.50.。,发动机低温起动之后，因为可燃混合气在温度较低的情况下雾化的程度差，燃料附着在进气管上从而使燃料混合气浓度降低，致使发动机运行不良或者发动机灭火，因此起动之后一小段间隔里，要加大燃料供给量，从而提高实际参
5、与燃烧的燃料混合气浓度升高，使发动机运行稳定不会因此而灭火。,起动时发动机的温度决定了增加燃油量比例的高低，而且起动后随着时间的推移，增油量比例慢慢减小直至正常供油量。如图4-2所示，只有发动机电控喷射才能实现这一要求，传统化油器发动机将只能提供固定的浓混合气保证起动后正常运转。,.发动机暖机工况发动机在冷车的情况下起动后发动机保持转速在某一转，等发动机工作温度正常后转速回到标准转速， 这个过程就是暖机工况。发动机起动之后的暖机时间里，发动机的温度稍有升高，但仍不足，可燃混合气在温度不高的情况下雾化的程度仍然比较差，有少量的燃料沉积在燃烧室内壁面和进气管上，导致可燃混合气浓度降低，从而使燃料燃
6、烧不良， 所以在发动机暖机时间里。,要加大燃料供给量，发动机的温度决定了加大燃料量比例高低，ECU根据温度传感器测得的发动机温度低时，会加长喷油脉宽使得暖车的可燃混合气浓度升高，随着温度传感器测得的发动机温度逐渐上升，喷油脉宽将慢慢变小。,当发动机的温度高于0之后不在增加喷油脉宽，增油量比例慢慢减小到，如图-所示，化油器发动机不能实现这一功能。因此，暖车过程怠速转速逐渐升高，怠速不稳。,.发动机加速工况汽车在使用过程中，在某些时间内需要突然加快汽车的速度，这就要求汽油机能够迅速加大输出功率，为了满足加速过程动力性的要求，汽油机需要提供最大功率的混合气。但是在传统化油器式汽油机供给系统中，虽然设
7、计加速泵。额外增加供油量，但由于汽油的惯性较大，燃料流量的增长比空气流量的增长要慢得多，这将导致混合气暂时过稀。,另外，驾驶员猛踩加速踏板，使得节气门开的度徒然变大，进气管内的气体压力突然升高，大量的冷空气增加导致气体温度下降，使得进气管内的燃料蒸发变得更难，导致可燃混合气浓度变得更低，使得驾驶的感觉是踩下加速踏板时。车速没有迅速提升，而稍加停顿后，车速才提上来， 从以上的叙述可知，为了保证汽车在加速时中的动力性要求，应供给经过特别浓度的可燃混合气。所以加速时，要加大喷油量，满足发动机的需要。,在当前电控发动机的加速过程中。为了保证其动力性，提高发动机加速时的性能，燃油增量比例大小与加浓时间取
8、决于加速时发动机的温度和节气门的变化率等。温度传感器测得的发动机温度越低时，喷油脉宽越宽，节气门变化率越大，加速喷射脉宽越长，即喷油量越多。,.发动机减速工况车辆在行驶过程中，有时需要减慢车速或紧急停车。此时，不希望发动机提供动力，从节能和环保的角度出发，希望燃料供给系统不提供燃料。但是，在化油器式燃料供给系统中，由于节气门需要关小，喉口真空度降低，空气供给量减少，而燃料供给在惯性和高真空度作用下减少比例不如空气量多，不仅不能断油，反而使得混合气变浓，造成燃料浪费，这是化油器不能避免的问题，而采用电控喷射。,.发动机怠速工况发动机节气门接近全关，无动力输出，燃料燃烧尽仍可以驱动自身附件，维持自
9、身运转的工况称为怠速工况，简称怠速。发动机怠速时运转的转速也较低，四缸汽油机机为 7501000r/min，刚起动后机体温度较低时，由于雾化不良、蒸发较差，加上节气门基本关闭，燃烧室内的可燃混合气数量较少。,这样，燃烧室内的残余废气系数上升，残余废气对新鲜混合气的降低浓度的作用明显，燃料燃烧速度放缓甚至熄灭。因此，当汽油机怠速时,要求供给较浓的混合气，其 值为0.0.。 .变负荷不稳定工况)小负荷工况发动机节气门开度较小，一般小于，燃料燃烧除可以驱动自身附件维持自身运转外，对外有较低的输出转矩的工况称为小负荷工况，简称小负荷。,汽油机在此工况时，节气门开度有所增加，转速有所提高，空气流动速度加
10、快，使燃油的雾化、蒸发有所改善，但由于节气门开度不是很大，节流损失存在，使得进气阻力较大。汽缸内残余废气比例较多，导致燃烧迟缓，因而仍需供给较浓的混合气，另一方面，当汽油机负荷小于0节气门开度，较高转速时，更需要比较浓的可燃混合气，小负荷时，混合气浓度的值 为 0. 0. 。,)中等负荷工况节气门开度在2585称为中等负荷工况，该工况混合气形成条件较好混合气浓度稀。从0.都能燃烧，从能否燃烧角度，对混合气浓度要求不苛刻。但是，中等负荷工况是汽油发动机最常使用工况，从汽车的使用经济性考虑，用户希望供给最经济的混合气，保证汽车具有良好的经济性。,因此，传统汽油机在该工况供给的混合气=1.051.1
11、5。现代电控喷射汽油机，为了降低发动机的排放，保证三元催化剂高效工作，过量空气系数都控制在了附近，牺牲了经济性。,)大负荷及全负荷工况汽油机节气门接近全开的工况称为大负荷工况，节气门全开的工况称为全负荷工况，大负荷和全负荷时，内燃机输出最大功率去平衡行驶的阻力与风阻，这时动力性要求处于第一位。而经济性要求降低，为了保证汽车具有良好的动力性，应该供给功率混合气，其为0.0.， 化油器发动机采用加浓装置实现控制，电控喷射汽油机采用增加喷射脉宽的方法，从程序上较容易实现控制。,第一节结束,一、发动机运行特性发动机的速度特性:发动机在油量调整装置保持不变,其各性能指标参数随发动机转速的变化情况,称为发
12、动机的速度特性。保持节气门某一位置不变,由于外界阻力的变化,使得发动机的转速发生变化,其他性能参数也将随之变化,当节气门处于最大位置时,所测得的发动机速度特性为外特性,节气门低于最大位置时的速度特性,称为部分负荷速度特性。,.汽油机的速度特性对于一台交付使用的汽油机，化油器已经调整好，点火提前角调整装置也已经确定，驾驶员直接操纵节气门以改变车速，当节气门放在一定位置上时，汽油机转速将随外界负荷变化而改变。这时，它的性能参数也将随之而变化，若以转速为横坐标，其他参数(有效功率、有效转矩、有效油耗率等)为纵坐标，得到的特性曲线，称为汽油机速度特性曲线。图-所示为某吉普车用汽油机外特性，图- 示出了
13、一般汽油机在节气门不同开度下的速度特性曲线的趋向，我们简要分析如下。,汽油发动机的有效功率 为式中:有效热效率，即 的乘积，表示能量转换的总效率。指示热效率。机械效率。发动机工作容积。0气体密度。燃料热值。0理论空燃比。行程数。汽缸数。,，对一种发动机即为常数。发动机的有效转矩为一般汽油机通过化油器保证它在最佳混合比下工作，值基本不随转速而变化，燃烧过程稳定，热效率 变化很小。,但，低转速时涡流减弱，雾化质量较差，燃气与壁面之间散热增加，漏气相对增加等因素导致略有下降，高转速时，则由于燃烧所占的曲轴转角增大，燃烧及时性下降下降，对也产生不利影响，致使在某一中间转速时较大，由于变化很小。为了便于
14、分析，突出主要因素的影响，不妨把和/ 作为定值处理，经这样简化后，转矩仅决定和随转速变化的规律了。,图-)示出了充量系数随转速而变化的情况，图中的数字是表示节气门不同开度下的曲线和在节气门全开情况下曲线，在节气门全开情况下，曲线在某一中间转速处呈上凸形状，具体形状与配气相位直接有关，对于一个固定的配气相位角，将有一个最佳充量系数转速，这一点将是发动机最大转矩点， 节气门部分开度时，由于节气门的节流作用增强，进气阻力增加，将随着转速增加而减小，而且随着节气门开度的减小，它随转速升高而下降的速率也增大。,由机械效率定义式可得m=Pe/Pi=1-Pm/Pi=1-Pm/Pti (4-3)图-)示出了与
15、图-a)相应节气门开度下机械效率随转速变化情况。机械效率的影响因素主要受机械损失功率和指示功率的影响，机械损失功率包括:摩擦损失、驱动附件损失和泵气损失三大部分，发动机外特性上，机械损失的三个要素，均与转速成线性上升，而循环功率也与转速是线性关系，比值基本固定。,因此，外特性机械效率曲线趋势，即为指示效率趋势曲线，两边低中间偏低速有极值点，负荷降低。摩擦损失也降低，但驱动附件损失基本不变，泵气损失反而增加。并且，进气节流损失随转速变化明显，导致部分负荷机械效率随转速下降明显。并且，有用功占总工比例下降，机械效率总体随负荷降低而下降。,从式(-)可知，和的乘积决定了转矩曲线的形状，根据上面分析可
16、以看出，节气门全开时，转矩曲线将是一条上凸曲线，在部分开度时，转矩将随转速升高而下降，开度越小，曲线越陡，其趋势如图-所示。汽油机转矩曲线与柴油机的相比，弯曲度较大，其外特性转矩储备系数可达10%30%，适应性较好，在部分开度时，适应性系数还将增大，工作更加稳定。但是克服外界阻力总能力降低了。,功率曲线即为转矩曲线和转速的乘积，低速区转矩和转速同时上升，功率曲线陡峭，中速区转速上升，转矩略有下降，乘积上升速度缓慢，高速区转矩下降的影响大于转速升高的影响，功率反而下降。它的功率曲线与柴油机的相比，也有很大的不同。在外特性上有一处功率为最大，超过所相应转速后，功率开始下降，因而继续提高发动机转速，不仅不会带来功率的增加。,
