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1、发动机原理第六章发动机原理第六章第一节 发动机工况2二、制动测功装置测功器n测功器是用来吸收试验发动机发出的功，改变其负荷及转速，模拟实际使用的各种工况。同时测定发动机输出转矩；n同时发动机输出转速由各类转速表测得； n功率的计算公式为：n常用测功器有水力测功器、直流电力测功器和电涡流测功器三种。9三、耗油率的测量耗油率的测量可分容积法和质量法：n容积法：通过测定消耗一定容积的燃油所需的时间，通常用于汽油机的油耗测量；n计算公式：n质量法：通过测量消耗一定质量的燃油所花费的时间，通常用于柴油机的油耗测量；n计算公式：10 1、容积法 n试验时操作如下： 打开油箱开关，三通阀处于位置A； 测量前
2、将三通阀旋至位置B，油箱同时向发动机和量瓶供油，直到量瓶油面高于选定圆球容积的刻线，将三通阀仍置于位置A等待测量； 测量时，将三通阀旋至位置C，发动机直接由量瓶供油，量瓶油面下降，记录燃油流过所选圆球上下部刻线间容积VT所用时间t，同时测量功率Pe ； 将量瓶再次充满燃油（三通阀旋至位置B）后准备下一次测量。112、 质量法 n试验时操作如下： 打开油箱开关，三通阀处于位置A； 测量前将三通阀旋至位置B，油箱同时向发动机和量杯供油，直到天平接近平衡，将三通阀仍置于位置A等待测量； 将天平调平衡； 测量时，拿去质量为m m的砝码。将三通阀旋至位置C，发动机直接由量杯供油，并开始计时； 量杯油面下
3、降，直至天平再次平衡。记录所用时间t，同时测量功率Pe 。12四、台架试验综述四、台架试验综述 n台架试验内容十分广泛，我国规定有统一的试验标准： 1984年颁布了机械工业部汽车发动机试验方法的标准（JB374384） 1987年制定了内燃机台架试验方法（GB1105.11105.387）n发动机使用中的最大功率与下列外界因素有关： 发出相应功率的持续时间 测定时的大气状况 发动机所带附件 进气管和空气滤清器阻力、排气背压等n各标准对上述问题都作了严格规定，并且对测量仪器的精度、重要参数的测量精度等也有规定。 13五、功率标定 标定发动机功率是根据发动机的特性，用途以及寿命和可靠性等要求人为确
4、定的。为了既能充分发挥发动机的动力性，又能保证发动机的工作可靠性和合理寿命，短期工作在最大功率附近的发动机，标定功率应定得高一些；长期工作在最大功率附近的发动机，标定功率应定得低一些。 汽车用发动机，经常是在较小功率情况下工作，仅在汽车加速和上坡等情况下，才短期使用最大功率，一般标定功率都较高。 固定式发动机（如发电用发动机等），经常在接近最大功率情况下工作，标定功率就定得较低。14n在发动机铭牌上标定的功率，均为使用中允许的最大功率。国家标准（GB1105.187）规定，按用途和使用特点，功率可分为以下四种：n 15min功率：可用于汽车、摩托车、摩托艇等发动机的功率标定； n 1h功率：可
5、用于拖拉机、工程机械、船舶等发动机的功率标定；n 12h功率：可用于拖拉机、农业排灌、电站等发动机的功率标定； n 持续功率：可用于农业排灌、电站、船舶、铁路牵引等发动机的功率标定。 如NJ70型汽油发动机，用于汽车时，标定功率为51.5KW（70PS），而将它用于发电时，标定功率只有22.1KW（30PS）。可见，同一种内燃机，用途和工作条件不同，标定功率也不同。 15六、大气修正 n大气状况是指发动机运行地点的环境大气压力、大气温度和相对湿度；n同一台发动机由于在不同大气状况下使用，其性能差别很大。需要规定一种标准大气状况，并且还应有一种办法，把在不同大气状况下试验所得的结果，换算成标准大
6、气状况下的数值；n国家标准（GB1105.187）规定了一般用途的往复活塞式柴油机和汽油机的标准环境状况是：大气压p0=100kPa，相对湿度0=30，环境温度T T0 0=298K=298K或2525（Page132）。16第三节 发动机负荷特性17一、发动机负荷特性一、发动机负荷特性 n负荷特性是指发动机转速不变，其经济性指标随负荷而变化的关系；n以曲线表示，则称为负荷特性曲线；n当汽车以一定的速度沿阻力变化的道路行驶时，就是这种情况。此时必须改变发动机油门来调整有效转矩，以适应外界阻力矩的变化，保持发动机转速不变；n当转速不变时，有效功率P Pe e与有效转矩T Ttqtq、平均有效压力
7、p pmeme互为正比，因此负荷特性横坐标负荷可用P Pe e、T Ttqtq或p pmeme表示；n纵坐标主要是每小时燃料消耗量B B 或燃料消耗率b be e。 181、汽油机负荷特性 （1）定义n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 B 和耗油率b be e随功率P Pe e（或转矩T Ttqtq、平均有效压力p pmeme）变化的关系称为汽油机负荷特性。（2）测取方法n测取前应将化油器、点火提前角调整完好；n测取时应按规定保持冷却水温、润滑油温度在最佳状态； n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
8、，变化不大，故这种负荷调节方法称为“量调节” 。19（3）曲线形状分析nb be e的变化取决于m m 和i i的变化；n随着负荷增加，m m 和i i的变化如右图；n逐渐增大节气门开度（负荷增加），b be e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b be e又重新上升；n汽油机负荷特性实例如右图。1） be曲线形状分析202） B曲线形状分析根据耗油量的公式， 可知，B取决于节气门开度和混合气成分。随着节气门开度的加大，混合气量增多，小时耗油量上升，当全负荷时， 加浓器起作用，混合气浓度变大，使得B迅速增加。21二、柴油机
9、负荷特性 n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bb时，每小时耗油量B B 和耗油率b be e随功率P Pe e（或转矩T Ttqtq、平均有效压力p pmeme）变化的关系称为柴油机负荷特性。2、测取方法n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； n由于柴油机只是改变循环供油量（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”。1、柴油机负荷特性定义 223、曲线形状分析 nb be e的变化取决于m m 和i i的变化；n随着负荷增加，m m 和i i的变化如右图；n
10、逐渐增加供油量，由于m m迅速上升，b be e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b be e升高；n柴油机负荷特性实例如右图。1） be曲线形状分析232） B曲线形状分析 随着负荷的增加，循环供油量加大，耗油量增加，当接近碳烟极限时，燃烧更加恶化，小时耗油量迅速增加。 24三、汽、柴油机负荷特性比较 n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；n由负荷特性可以看出： 由于柴油机i i 较高，b be e 较汽油机低； 汽油机在低负荷区曲线变化得更快一些，汽油机曲线变化比柴油机陡。即柴油机曲线变化较平坦，经济区较宽；1） 涡轮
11、增压柴油机负荷特性的特点是：在低于40%50%标定负荷时，的变化规律与无增压大致相同，当负荷超过以后，随负荷增加时，燃油消耗率和烟度在大负荷时变化缓慢。25第四节 发动机速度特性26发动机速度特性 n发动机性能指标随转速变化的关系称为速度特性 ；n以曲线表示，则称为速度特性曲线；n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；n发动机转速作为速度特性横坐标；n纵坐标主要有效功率P Pe e、转矩T Ttqtq、耗油率b be e、每小时耗油量B B 等 。 27一、汽油机速度特性一、汽油机速度特性 n汽油机节气门（油门）开度固定不动，其有效
12、功率P Pe e、转矩T Ttqtq、耗油率b be e、每小时耗油量B B 等随转速变化的关系称为汽油机速度特性；n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；n测取前，应将点火提前角、化油器调整完好；n测取时，应按规定保持冷却水温度、润滑油温度在最佳状态； n节气门保持全开，所测得的速度特性称为外特性外特性；节气门部分开启时所测得的速度特性称部分速度特性部分速度特性。281、汽油机外特性曲线 nT Ttqtq的变化取决于m m、i i和v v /随n n的变化；nb be e的变化取决于m m 和i i的变化；nP Pe e的的变化受T Ttqtq和n n 的共同影
13、响；n随着转速增加，m m 、i i和v v的变化如右图；n汽油机速度外特性实例如右图；n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。292、汽油机部分速度特性曲线 n汽车大部分时间是在部分负荷下工作；n随着节气门关小，节流损失增大，进气终了的压力p pa a下降，从而引起v v下降；n随着转速提高，v v下降的速度更快；n节气门开度愈小，转矩T Ttqtq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。30二、柴油机速度特性 n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P
14、 Pe e、转矩T Ttqtq、耗油率b be e、每小时耗油量B B 等）随转速变化的关系称为柴油机速度特性；n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；n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；n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为部分速度特性。311、柴油机标定功率速度特性曲线 nT Ttqtq的变化取决于m m、i i和bb随n n的变化；nb be e的变化取决于m m 和i i的变化；nP Pe e的的变化受T Ttqtq和n n 的共同影响；n随着转速增
15、加，m m 、i i和v v的变化如右图；n柴油机速度外特性实例如右图；n标定功率速度特性代表该机在使用中允许达到的最高性能 。322、柴油机部分速度特性曲线 n随着油量调节机构固定位置的减小，循环供油量减小，但bb随n n的变化趋势基本相似；n柴油机部分特性T Ttqtq的变化基本与外特性上T Ttqtq平行，即T Ttqtq随转速变化不大；n对于经常在部分负荷下工作的汽车发动机，还应作负荷为9090、7575、5050、2525的部分负荷速度特性或作万有特性 。33三、转矩特性 n汽车拖拉机经常会遇到像爬坡这样阻力突然增大的情况，为减少换档次数，要求发动机的转矩随转速的降低而增加；n要求发
16、动机转矩有适应这种变化的能力，衡量指标包括： 转矩储备系数 转速储备系数 n由于油泵速度特性，柴油机转矩曲线平坦，难以满足汽车拖拉机的工作需要，应予以校正。34转矩储备系数 n充分表明发动机的动力性能，引入转矩储备系数和适应性系数K K的概念：nT Ttqmaxtqmax外特性曲线上的最大转矩（NmNm）；nT Ttqtq标定工况（或最大功率）时的转矩（NmNm）；）； n或K K值大，表明两转矩之差值大，即随着转速的降低，转矩T Ttqtq增加较快，从而在不换档的情况下，爬坡能力、克服短期超载能力强；n汽油机的值在1030范围，K K值达1.21.4，可以满足汽车的使用要求；n柴油机转矩曲线
17、平坦，若不予以校正，则值在510范围，K K值只有1.05左右，难以满足汽车拖拉机的工作需要。 35转速储备系数转速储备系数 n标定工况（或最大功率）时的转速n n1 1与最大转矩时的转速n n2 2之比称转速储备系数；n转速储备系数的大小也影响到克服阻力的潜力； n例如，有A、B两台发动机，它们的转矩储备系数和最大功率时的转速n1相同，但最大转矩时的转速n2不等，如右图所示； n发动机的转速由于外界阻力的增加而下降；n发动机B B可以克服外部阻力矩T TR2R2；n发动机A A可以克服外部阻力矩T TR3R3；n发动机A A比B B克服障碍的潜力大； n转速储备系数（n n1 1/n/n2
18、2）愈大，在不换档情况下，发动机克服阻力的潜力愈强；n汽油机转速储备系数为1.151.152.2.O O，柴油机在1.51.52.02.0范围。36第五节第五节 万有特性万有特性37发动机万有特性发动机万有特性 n负荷特性和速度特性只能表示某一转速或某一齿条位置（或节气门开度）时发动机参数间的变化规律；n汽车、拖拉机的工况变化范围很广，要分析各种工况下的性能就需要许多张负荷特性或速度特性图，这样做极不方便；n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；n万有特性是以转速为横坐标，以平均有效压力（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
19、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。38典型万有特性典型万有特性39万有特性等耗油率曲线的制取 n将不同转速的负荷特性以p pmeme为横坐标，b be e为纵坐标，用同一比例尺画在一张坐标图上；n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p pmeme的比例应与负荷特性p pmeme的比例相同；n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b be e相等的各点移至万有特性图中，标上记号，再将b be e值相等的各点连成光滑曲线，即等耗油率线；40汽、柴油机万有特性汽、柴油机万有特性( (经济性经济性) )比较比较 n柴油机的最低油
20、耗值较小，而且经济区范围较宽（负荷特性）；n汽油机经济区偏上(v v 特性)，处于较高负荷区；n经济区在万有特性图的移动。41第六节第六节 改善发动机与车辆的匹配改善发动机与车辆的匹配 42发动机与车辆的匹配发动机与车辆的匹配n发动机是车辆的一个总成，是汽车动力的来源；n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；n发动机的各种特性，是分析发动机与车辆匹配的有效工具；n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43一、从动力性的角度改善发动机与车辆的匹配一、从动力性的角度改善发动机与车辆的匹配n汽车的动力性可由三方面的指
21、标评价： 汽车的最高车速 汽车的加速时间 最大爬坡能力 n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；n由图看出，该车的最高车速在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； n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；n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。 44n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；n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
22、D），可用以比较不同车辆的动力性；n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；n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；n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；n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。 4546二、从经济性的角度改善发动机与车辆的匹配二、从经济性的角度改善发动机与车辆的匹配n汽车的燃油经济性常用按一定行驶规范行驶百公里的燃油消耗量，或消耗一定量燃油行驶的里程来衡量； n对车辆进行排放限制及燃油消耗的限制本来是两个概念，不过两者在技术上常常是相互制约与相互关联的；n各国法规逐年严格限制有害排放物的同时，还规定了对轿车行驶油耗的限值标准。 47n从整车技术的角度看，主要有效的措施： 降低车辆自身质量 改进车辆的外形与结构 改善传动系与发动机的匹配 使用子午线轮胎n从车辆对动力选型的角度看，柴油机轿车比汽油机轿车节油2535；n柴油机采用直喷式燃烧系统，并普及增压及增压加中冷技术，以进一步提高热效率及升功率；n在汽油机中提高压缩比，实现稀燃，采用电喷技术，兼顾到高、低负荷及不同转速工况的可变技术，减少摩擦损失及附件损耗；n改善车辆与发动机的匹配是节能的关键环节之一。 4849
