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1、第六章,发动机的特性,第一节 发动机工况,发动机的运行工况,工况：发动机的运行情况，以其发出的功率Pe和转速n来表示； 当发动机发出的转矩工作机械消耗的转矩时，两者才能在一定转速下按一定功率稳定工作（A点）；,当工作机械阻力矩增加(TR)，若发动机油量控制机构不变，则其转速就要降低，直至B点达到新的平衡，发动机再次稳定工作；,由于发动机稳定工作必须满足转矩与工作机械阻力矩相等的条件，因而发动机工况变化规律与所带动的工作机械的工作情况有关。,发动机的使用条件,根据内燃机的用途，其使用条件大致可分为： 恒速工作：n不变，Pe变； 流体阻力负荷：发动机功率与转速成一定函数关系； 陆上运输：发动机功率
2、和转速都独立地在很大范围内变化，它们之间没有特定的关系。,发动机的特性,发动机特性：发动机性能指标随调整情况及运转工况而变化的关系； 调整特性：随调整情况而变化的关系，如柴油机供油提前角调整特性、汽油机点火提前角调整特性、化油器调整特性等； 性能特性：性能指标随运行工况而变化的。 特性用曲线表示称为特性曲线，它是评价发动机性能的一种简单、方便、必不可少的形式。,研究发动机特性的作用,1、评定和比较发动机性能指标的好坏，最简单的形式； 2、发动机选用和配套的依据； 3、指导运行； 4、分析影响性能的因素改造性能特性。,性能指标与工作 过程参数的关系,动力性指标 经济性指标,第二节 发动机负荷特性
3、,发动机负荷特性,负荷特性：发动机转速不变，其经济性指标随负荷而变化的关系； 以曲线表示，则称为负荷特性曲线；负荷特性横坐标负荷可用Pe、Ttq或pme表示； 纵坐标每小时燃料消耗量B 或燃料消耗率be。,一、汽油机负荷特性,汽油机保持某一转速不变，而逐渐改变节气门开度（同时调节测功器负荷，以保持转速不变），每小时耗油量B 和耗油率be随功率Pe（或转矩Ttq、平均有效压力pme）变化的关系称为汽油机负荷特性； 测取前应将化油器、点火提前角调整完好； 测取时应按规定保持冷却水温、润滑油温度在最佳状态； 由于汽油机负荷调节是靠改变节气门开度来直接改变进入气缸的混合气量，过量空气系数变化不大，故这
4、种负荷调节方法称为“量调节” 。,汽油机负荷特性曲线,be的变化取决于m 和i的变化；,随着负荷增加，m 和i的变化如右图；,逐渐增大节气门开度（负荷增加），be迅速下降。当节气门开度增至全开度的80左右，为了保证最大功率，供给0.80.9的浓混合气，燃烧不完全，使be又重新上升； 汽油机负荷特性实例如右图。,二、柴油机负荷特性,柴油机保持某一转速不变，而移动喷油泵齿条或拉杆位置，改变每循环供油量b时，每小时耗油量B 和耗油率be随功率Pe（或转矩Ttq、平均有效压力pme）变化的关系称为柴油机负荷特性； 测取时，应将柴油机的供油提前角、冷却水温度、润滑油温度等调整到最佳状态； 由于柴油机只是
5、改变循环供油量（空气量变化不大）来调节负荷，因此，也改变了缸内混合气的浓度，即过量空气系数，这种负荷调节方法称为“质调节”。,柴油机负荷特性曲线,be的变化取决于m 和i的变化；,随着负荷增加，m 和i的变化如右图；,逐渐增加供油量，由于m迅速上升，be下降；再继续增加供油量时，由于过量空气系数的减少，燃烧恶化，不完全燃烧及补燃增加，致使be升高； 柴油机负荷特性实例如右图。,三、汽、柴油机负荷特性比较,负荷特性是发动机的基本特性，用以评价发动机工作的经济性； 由负荷特性可以看出： 1、汽油机经济性比柴油机差，柴油机be比汽油机低1030。 2、柴油机的B曲线直线性好，汽油机的弯曲度大。 3、
6、部分负荷低油耗区域柴油机较宽，汽油机较窄。,第三节 发动机速度特性,发动机速度特性,发动机性能指标随转速变化的关系称为速度特性 ； 以曲线表示，则称为速度特性曲线； 若驾驶员将油门踏板位置保持一定，由于道路阻力不同，汽车行驶速度也会改变，这时发动机即沿速度特性工作； 发动机转速作为速度特性横坐标； 纵坐标主要有效功率Pe、转矩Ttq、耗油率be、每小时耗油量B 等 。,一、汽油机速度特性,汽油机节气门（油门）开度固定不动，其有效功率Pe、转矩Ttq、耗油率be、每小时耗油量B 等随转速变化的关系称为汽油机速度特性； 此时是通过调整测功器，如逐渐改变水力测功器水量，来改变汽油机的转速； 测取前，
7、应将点火提前角、化油器调整完好； 测取时，应按规定保持冷却水温度、润滑油温度在最佳状态； 节气门保持全开，所测得的速度特性称为外特性；节气门部分开启时所测得的速度特性称部分速度特性。,汽油机外特性曲线,Ttq的变化取决于m、i和 /a随n的变化； be的变化取决于m 和i的变化； Pe的的变化受Ttq和n 的共同影响； 随着转速增加，m 、i和 的变化如右图；,汽油机速度外特性实例如右图；,汽油机速度外特性是在节气门全开时测得，曲线上每一点表示它在此转速下的最大功率及转矩，代表发动机最高动力性能。,汽油机部分速度特性曲线,汽车大部分时间是在部分负荷下工作； 随着节气门关小，节流损失增大，进气终
8、了的压力pa下降，从而引起v下降； 随着转速提高，v下降的速度更快； 节气门开度愈小，转矩Ttq随转速增加而下降得愈快，最大转矩点及最大功率点均向低转速方向移动。,二、柴油机速度特性,柴油机速度特性:喷油泵的油量调节机构（油门拉杆或齿条）位置固定不动，柴油机性能指标（主要是有效功率Pe、转矩Ttq、耗油率be、每小时耗油量B 等）随转速变化的关系； 测取时，应将供油提前角、冷却水温、润滑油温度等调整在最佳状态； 当油量调节机构固定在标定（或称额定）功率循环供油量位置时，测得的速度特性为标定功率速度特性，习惯上亦称外特性； 当油量调节机构固定在小于标定功率循环供油量各个位置时，所测得的速度特性称
9、为部分速度特性。,标定功率,一台发动机的功率标定要根据发动机特性和具体用途、使用特点及寿命和可靠性要求来确定。 我国国家标准规定了发动机标定功率分为下列四级： 15分钟功率 允许发动机连续运转15分钟的最大有效功率。 1小时功率 允许发动机连续运转1小时的最大有效功率。 12小时功率 允许发动机连续运转12小时的最大有效功率。 持续功率 允许发动机长期连续运转的最大有效功率。,柴油机标定功率速度特性曲线,Ttq的变化取决于m、i和b随n的变化； be的变化取决于m 和i的变化； Pe的变化受Ttq和n 的共同影响； 随着转速增加，m 、i和v的变化如右图；,柴油机速度外特性实例如右图；,标定功
10、率速度特性代表该机在使用中允许达到的最高性能 。,柴油机部分速度特性曲线,随着油量调节机构固定位置的减小，循环供油量减小，但b随n的变化趋势基本相似； 柴油机部分特性Ttq的变化基本与外特性上Ttq平行，即Ttq随转速变化不大； 对于经常在部分负荷下工作的汽车发动机，还应作负荷为90、75、50、25的部分负荷速度特性或作万有特性 。,三、柴油机和汽油机的对比分析,柴油机的速度特性曲线中转矩曲线都比较平坦； 柴油机的燃油消耗率曲线经济区比较宽。,第四节 万有特性,一、发动机万有特性,为了能在一张图上较全面地表示发动机的性能，经常应用多参数的特性曲线，称为万有特性； 万有特性是以转速为横坐标，以
11、平均有效压力（或转矩）为纵坐标，在图上画出许多等耗油率曲线和等功率曲线，根据需要还可以画出等过量空气系数曲线、等进气管真空度曲线、冒烟极限等。,典型万有特性,等be曲线族由封闭的回线和半封闭甚至不封闭的曲线组成,最内层的等be回线对应内燃机的最经济运行工况区，等值线越向外，燃油经济性越差,对于车用内燃机，最经济区域落在万有特性的中间位置，而且对轿车和轻型车偏低速小负荷，货车和重型车偏高速大负荷,万有特性等耗油率曲线的制取,将不同转速的负荷特性以pme为横坐标，be为纵坐标，用同一比例尺画在一张坐标图上； 在万有特性图的横坐标轴上，以一定比例标出转速数值。纵坐标pme的比例应与负荷特性pme的比
12、例相同； 将负荷特性图横放在万有特性图左方，并将与负荷特性曲线上耗油率be相等的各点移至万有特性图中，标上记号，再将be值相等的各点连成光滑曲线，即等耗油率线；,万有特性曲线的作用,1、可清晰了解发动机在各种工况下，最经济的n和负荷。 2、根据曲线的形状和分布，可以合理选用发动机。若曲线沿横向较长, 则说明在负荷变化不大, 而n变化较大的范围内,be变化较小。若曲线沿纵向较长, 则说明在 n 变化不大, 而负荷变化较大的范围内,be变化较小。 适于车用, 其最经济区大约在万有特性曲线的中间偏上位置，并希望等燃油消耗率曲线在横向较长。 适于拖拉机及工程机械用, 其最经济区大约在标定转速附近，并沿
13、纵向较长。,二、汽油机和柴油机油耗特性对比,a.柴油机 b.汽油机,汽油机的be普遍比柴油机高,汽油机的最经济区域处于偏向高负荷的区域，且随负荷的降低，油耗增加较快,柴油机的最经济区则比较靠近中等负荷，且负荷改变时，油耗增加较慢,三、汽油机的排放特性,a.CO排放特性 b.HC排放特性 c.NOx排放特性,在常用的部分负荷区，过量空气系数控制在1.0左右，CO排放较低,负荷超过全负荷的95%左右时，混合气显著加浓， CO的比排放量开始急剧上升,在负荷很小时，混合气适当加浓，导致CO排放略有上升,HC的变化趋势与CO有些类似，也是中等负荷比排放量较小，大负荷和小负荷时相对增加,全负荷时HC排放增
14、加不如CO严重,小负荷时HC比排放随负荷的减小增加得比CO更快,在中等转速以上当转速一定时，NOx比排放随负荷增大而下降，而且当接近全负荷时下降更快,当负荷一定时，NOx的比排放随转速升高而增大，当然绝对排放量增加更快,汽油机NOX的排放特性与CO、HC截然不同,四、柴油机的排放特性,柴油机在整个工况范围内排放的CO均很少，在绝大多数工况下远小于汽油机的CO排放,柴油机的HC排放也比汽油机低得多，平均来说，后者约为前者的24 倍,柴油机的NOx排放略低于汽油机,柴油机排气烟度SF的变化比较有规律,五、适应性系数,内燃机转矩、功率对外界阻力变化的适应能力。,适应性系数,适应性系数,转矩储备系数,
15、转速储备系数,汽油机,柴油机,汽油机的适应性优于柴油机。,第五节 改善发动机与车辆的匹配,发动机与车辆的匹配,发动机是车辆的一个总成，是汽车动力的来源； 整车的动力性和经济性既取决于发动机自身的性能，又依赖于发动机与汽车的合理匹配； 发动机的各种特性，是分析发动机与车辆匹配的有效工具； 本节主要从两个角度改善发动机与车辆的匹配： 从提高动力性的角度 从提高经济性的角度,从动力性的角度改善发动机与车辆的匹配（一）,汽车的动力性可由三方面的指标评价： 汽车的最高车速 汽车的加速时间 最大爬坡能力 变速器各档有不同的传动比，可将发动机外特性转换成不同档位的驱动力与车速的曲线；,由图看出，该车的最高车
16、速在18Okmh以上，在1档能爬上的最大坡度为55，相应地还能计算其加速时间； 发动机外特性功率曲线与汽车行驶阻力功率图，表示发动机所拥有的后备功率；,后备功率愈大，爬坡、加速性能愈好，行驶中负荷率低，经济性差。,从动力性的角度改善发动机与车辆的匹配（二）,不同种类、不同排量的车辆，不可能用驱动力行驶阻力平衡图直接比较其动力性的好坏，必须把驱动力与汽车质量结合起来，而且还必须考虑到它们在行驶中遇到的空气阻力的差异； 将单位汽车质量的受力状况整理成一个无因次量（称为动力因数D），可用以比较不同车辆的动力性； 通过选择合适的比功率与汽车总质量的乘积，可以估算出应配备的发动机功率； 从结构紧凑性及减轻比质量的角度看，汽油机明显优于柴油机； 提高发动机动力性（增加升功率、降低比质量）的有效措施是采用增压； 此外，采用多气门机构、汽油喷射等，也是改善发动机动力性的有效措施。,
