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1、,发动机原理,第六章 发动机特性,内燃机的特性是内燃机性能的综合反映。特性的形式有很多，除了前几章已经介绍的内燃机调速特性与调整特性(如点火提前角调整特性、供油提前角调整特性)外，本章将重点介绍内燃饥的基本特性，如负荷特性、速度特性、万有特性等。由于内燃机是为其他动力装置或工作机械提供动力的，相互之间的配合特性不仅涉及到工作机械的性能，也与内燃机本身的特性密切相关，为此，本章将介绍内燃机与工作机械的匹配方法。 对内燃机的特性及其匹配进行研究，不仅是为了评价内燃机的性能，为正确、合理地选用内燃机提供依据，同时，还可以通过对影响内燃机特性各种因素的分析。提出改进特性以适应匹配要求的各种技术措施，以
2、优化整个动力装置的性能。,第一节 内燃机的工况,内燃机工况就是指内燃机实际运行的工作状况。,工况的定义,表示工作频率的转速n,表示工作负荷的转矩Ttq、功率Pe， Ttq与pme成正比,内燃机的工作区域,上边界线3为内燃机油量控制机构处于最大位置时，不同转速下内燃机所能发出的最大功率,左侧边界线为内燃机最低稳定工作转速nmin限制线，低于此转速时，由于曲轴飞轮等运动部件储存能量较小，导致转速波动大，内燃机无法稳定工作,右侧边界线为最高转速nmax限制线，受到转速过高所导致的惯性力增大、机械摩擦损失加剧、充量系数下降、工作过程恶化等各种不利因素的限制,内燃机的工况分类,点工况：运行过程中，转速和
3、负荷保持不变，如排灌所用的水泵的动力,线工况1：其特点是内燃机的功率变化时，转速几乎保持不变。该工况又被称为固定式内燃机工况。例如，发电用内燃机，其负荷呈阶跃式突变，并没有一定的规律、然而内燃机的转速必须保持稳定，以保证输送电压和频率的恒定，反映在工况图上就是条垂直线(图中的曲线1)，称为线工况。,线工况2：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
4、推进工况，也属于线工况。,面工况：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。,研究内燃机特性的必要性,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。,有关定义,所谓内燃
5、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 发动机台架试验,一、发动机台架试验意义 1、考核发动机动力性、经济性和工作可靠性； 2、检查整机和零件的制造质量、可靠性和耐磨性； 3、研究、设计、制造新型发动机的重要环节； 4、发动机各项性能指标、参数及各类特性曲线的测定。,二、发动机台架试验标准 1、汽车发动机性能试验方法（G
6、BT182972001） 该标准适用于轿车、载货汽车及其他陆用车辆的内燃机，不适用于摩托车及拖拉机用内燃机。 2、汽车发动机可靠性试验方法（GBT190552003） 3、汽车发动机定型试验规程（JB374584）,三、发动机试验台架装置 1、试验台架 2、辅助系统 3、各种测量仪器、仪表及操纵台,四、有效功率的测量 1、水力测功器 2、直流电力测功器 3、电涡流测功器,五、燃油消耗率的测量 1、容积法 2、质量法,六、内燃机的功率标定及大气修正,一 功率标定 二 大气修正,一 功率标定,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
7、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；(1)15min功率 ；(2)1h功率 ；(3)12h功率 ；(4)持续功率,(1)15min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。,(
8、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。 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
9、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。,二、 大气修正,内燃机所发出的功率取决于吸入气缸的空气量，而吸入气缸的空气量直接与大气密度有关。例如，一台装备非增压柴油机的汽车，从沿海行驶到海拔2200m的西宁市，大气密度下降了215，在保持过量空气系数不变的前提下，柴油机的指示功率也将下降21左右。由于负荷减少引起的机械效率下降，导致有效功率下降的幅度更大，约为25一27。同样，大气相对湿度的变化也会影响到实际进入气缸内的干空气量，对工作过程产生影响。这意味着大气状态变化将全面影响内燃机性能。因此，
10、在功率标定时，必须规定标准大气状态条件。,由于内燃机运行现场的大气条件一般都是非标准大气条件，在对内燃机产品进行性能考核试验时，应根据不同的考核项目，将实测的功率、油耗、转矩等值按对应的修正方法换算成以标准大气条件作基准的标准值；或是根据现场大气条件将标定功率值按对应的修正方法换算成实际功率值，并以此值来调定内燃机试验的运行工况点。,有关修正参数见课本和有关参考资料,第三节 内燃机的负荷特性,定义 测试方法 作用 曲线及说明,定义,负荷特性是指当转速不变时，内燃机的性能指标随负荷而变化的关系，用曲线的形式表示出来，就称为负荷特性曲线。驱动发电机、压缩机、风机、水泵等动力装置的内燃机，就是按负荷
11、特性运行的。,测试方法,负荷特性曲线是在发动机试验台架上测取的。试验时，调整测功器负荷的大小，并相应调整油量调节机构位置，以保持发动机的转速不变，待工况稳定后，依次记录不同负荷下的有关数据，并整理得到性能曲线。,作 用,由了负荷特性可以直观地显示发动机在不同负荷下运转的经济性以及排温等参数，且比较容易测定，因而在内燃机的调试过程中，经常用来作为性能比较的依据。由于每一 条负荷特性仅对应内燃机的一种转速，为了满足实际应用的要求，需要侧出不同转速下的多个负荷特性曲线。同时，根据这些特性曲线，可以得到发动机的另外一个重要的特性万有特性。,利用负荷特性评价内燃机的燃油经济性,在负荷特性曲线图上，最低燃
12、油消耗率越小，内燃机的经济性越好； 燃油消耗率曲线变化越平坦，表示在宽广的负荷范围内，能保持较好的燃油经济性，这对于负荷变化大的内燃机来说十分重要。 此外，无论是汽油机还是柴油机，都是在中等偏大的负荷范围下，燃油消耗率最低。全负荷时，虽然内燃机功率输出最大，但燃料经济性并不是最好。在低负荷区，燃油消耗率显著升高。 为使内燃机在实际使用时节约燃料，希望负荷接近中等负荷。,对于一条特定的负荷特性曲线而言，转速是固定不变的，这样有效功率Pe、有效转矩Ttq与平均有效压力pme互成比例关系，均可用来表示负荷的大小。,负荷特性的横坐标通常是上述三个参数之一，较为常用的是有效功率Pe或平均有效压力pme。
13、纵坐标主要是燃油消耗量B、燃油消耗率be以及排温、烟度、机械效率m等。图82所示的就是典型的负荷特性曲线。,一、柴油机的负荷特性,燃油消耗率曲线的变化趋势，通过燃油消耗率曲线的定义式分析如下 (92) 对于非增压柴油机而吉，当柴油机按负荷特性运行时，由于转速不变，其充量系数基本保持不变。当负荷变化时，通过燃料调节机构调整循环供油量以适应负荷的变化，负荷增大时油量增加，反之则减少。这样，过量空气系数随负荷的增加而减小，这一负荷调节过程被称为“变质调节”。,柴油机的负荷特性走势分析,当负荷为零(空载)时，因无动力输出，平均有效压力pme为零，故机械效率m为零，意味着内燃机所发出的功率完全用于自身消
14、耗，这样从式(92)可知燃油消耗率be为无穷大。当负荷逐渐增大时，由于平均机械损失压力pmm在转速不变时变化不大，而平均有效压力pme则随负荷提高而增大，因此机械效率 随负荷的增大而上升得较快。因此，燃油消耗率be，曲线在负荷增加时下降得很快。并且，到达某一负荷时，be达到最低值。 随着负荷的进一步增加，过量空气系数a变得更小，混合气形成与燃烧开始恶化，指示热效率it开始明显下降，其下降速度逐渐超过机械效率上升的速度，燃油消耗率开始上升。如果继续增加负荷，则空气相对不足，燃料无法完全燃烧，从而使燃油消耗率上升很快，且柴油机大量冒黑烟，导致活塞、燃烧室积碳.，发动机过热，可靠性以及寿命受到影响。
15、如超过该极限再进一步增大负荷，柴油机大量冒黑烟，功率反而下降。,二、汽油机的负荷特性,与柴油机不同的是，在测取汽油机的负荷特性时，油量是通过改变节气门的开度来调整的，这样相应地改变了进入气缸的混合气数量，而混合气的浓度变化不大，故称为“变量调节”。 图82b是汽油机的负荷特性。初看起来，汽油机的负荷特性与柴油机负荷特性似乎没什么区别。,柴油机与汽油机负荷特性的区别,1)汽油机的燃油消耗率普遍较高，且在从空负荷向中、小负荷段过渡时，燃油消耗率下降缓慢，仍维持在较高水平，燃油经济性明显较差。,2)汽油机排温普遍较高，且与负荷关系较小。,3)汽油机的燃油消耗量曲线弯曲度较大，而柴油机的燃油消耗量曲线
16、在中、小负荷段的线性较好。,特性差别的解释（1）,因为两种类型发动机的机械效率变化情况基本类似，根据式(82)，造成汽油机与柴油机燃油消耗率差异的主要原因就在于指示热效率的差异。由于柴油机的压缩比比汽油机高出较多，其过量空气系数也要比汽油机大，燃烧大部分是在空气过量的情况下进行的，所以柴油机的指示热效率要比汽油机要高。这样，从数值上看，汽油机的燃油消耗率数值高于柴油机。另一方面，从指示热效率曲线的变化趋势上来看，两者也有比较明显的差异。在转速不变的前提下，柴油机进人气缸的空气量基本上不随负荷大小而变化，而每循环供油量则随负荷的增大而增大，这样过量空气系数就随负荷的增大而减小，因此，指示热效率也就随负荷的增大而降低；汽油机采用定质变量的负荷调节方法，在接近满负荷时采取加浓混合气导致指示热效率明显下降，而在低负荷时，由于节气门开度小，残余废气系数较大，燃烧速率降低，需采用浓混合气，加之当负荷减小时泵气损失增大，导致指示热效率下降。这样, 汽油机的燃油消耗率在中、小
