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1、第7章 發(fā)動機特性,學(xué)習(xí)目標(biāo),通過對本章節(jié)的學(xué)習(xí)，重點掌握發(fā)動機的負(fù)荷特性、速度特性，萬有特性及及柴油機的調(diào)速特性的定義。理解各個特性曲線的變化趨勢及原因；各個曲線的形狀和位置對發(fā)動機的性能有何影響；柴油機安裝調(diào)速器的原因。了解柴油機和汽油機特性曲線的異同點及形成原因；萬有特性的應(yīng)用；兩級式調(diào)速器和全程式調(diào)速器對柴油機性能的影響，及各自的特點；發(fā)動機主要性能的測試方法及主要參數(shù)的測試方法。,7.1 發(fā)動機的工況及基本特性,發(fā)動機所處的工作狀況（簡稱工況）是由負(fù)荷和轉(zhuǎn)速兩個因素決定的。由功率和轉(zhuǎn)速的關(guān)系 kW 可知，Pe、Te、n三個參數(shù)中，只有兩個獨立變量。因此，可用Pe 、n或Te 、n來表

2、示發(fā)動機的工況。 Pe或Te說明發(fā)動機負(fù)荷的大小，n表示發(fā)動機轉(zhuǎn)速的高低。,發(fā)動機特性定義,發(fā)動機特性，即發(fā)動機性能指標(biāo)隨調(diào)整情況和運轉(zhuǎn)工況而變化的關(guān)系。表示其變化規(guī)律的曲線稱為發(fā)動機特性曲線。發(fā)動機性能指標(biāo)隨調(diào)整情況而變化的關(guān)系稱為調(diào)整特性。如汽油機的燃油調(diào)整特性、點火提前角調(diào)整特性、柴油機的噴油角提前角調(diào)整特性等。發(fā)動機性能指標(biāo)隨運轉(zhuǎn)工況變化而變化的關(guān)系有速度特性與負(fù)荷特性。在柴油機的調(diào)速器起作用時，其性能指標(biāo)隨轉(zhuǎn)速或負(fù)荷而變化的關(guān)系，稱為調(diào)速特性。根據(jù)發(fā)動機特性曲線，可以很方便地評價不同發(fā)動機在不同工況下的動力性和經(jīng)濟性，分析其影響因素，尋求改進發(fā)動機特性的途徑。,發(fā)動機的負(fù)荷特性,負(fù)荷

3、特性是指發(fā)動機在某一轉(zhuǎn)速下，燃油經(jīng)濟性指標(biāo)及其他參數(shù)隨負(fù)荷變化的關(guān)系，若用曲線表示則稱為負(fù)荷特性曲線。當(dāng)汽車以一定的車速沿著阻力變化的道路行駛時，就是這種情況。,汽油機的負(fù)荷特性,點火提前角最佳、燃油噴射系統(tǒng)及進氣系統(tǒng)工作正常，或化油器調(diào)整完好的情況下，保持汽油機轉(zhuǎn)速一定，每小時燃油消耗量mh、燃油消耗率ge隨負(fù)荷Pe而變化的關(guān)系，稱為汽油機負(fù)荷特性。汽油機的負(fù)荷調(diào)節(jié)方法稱為“量調(diào)節(jié)”。即化油器式發(fā)動機通過改變節(jié)氣門開度，改變進入氣缸的混合氣數(shù)量來適應(yīng)負(fù)荷變化；汽油噴射式發(fā)動機所形成的混合氣的混合比，按不同工況的空氣量來計量噴油量，而進氣管中的空氣流量由節(jié)氣門來控制，仍屬于量調(diào)節(jié)。缸內(nèi)直噴汽油

4、機和柴油機噴射類似，屬于質(zhì)調(diào)節(jié)。,汽油機的負(fù)荷特性,汽油機i、m隨負(fù)荷的變化關(guān)系,每小時燃油消耗量曲線,汽油機轉(zhuǎn)速一定時，每小時燃油消耗量主要取決于節(jié)氣門開度和混合氣成份。由于汽油機的量調(diào)節(jié)方式，負(fù)荷變化時，節(jié)氣門開度改變，影響混合氣量的變化。汽油機除怠速工況外，從小負(fù)荷到中等負(fù)荷，隨節(jié)氣門開度變大，曲線呈線性變化，燃油消耗量逐漸增加；當(dāng)節(jié)氣門開至加濃裝置參加工作后，曲線變陡，燃油消耗量上升較快。,有效燃油消耗率曲線,燃油消耗率ge=k3/im（ i指示熱效率； m機械效率；k3比例常數(shù)）。由此可知ge取決于i和m 。i 、 m隨負(fù)荷變化如圖所示。轉(zhuǎn)速一定，隨負(fù)荷增加，節(jié)氣門開度加大，殘余廢氣

5、相對減少，熱負(fù)荷增加，從而改善了燃油霧化、混合條件，使燃燒速度加快，散熱損失相對減少，i增加。負(fù)荷增至大負(fù)荷，加濃裝置工作，i下降。m隨負(fù)荷的增加而迅速增加。原因是轉(zhuǎn)速一定而負(fù)荷增加時，機械損失功率Pm變化不大，指示功率Pi成正比增加，使m =（1Pm/ Pi）增加。,有效燃油消耗率曲線,當(dāng)發(fā)動機空轉(zhuǎn)（Pe=0）時，指示功率完全用于克服機械損失，即Pi= Pm，則m =0，所以耗油率為無窮大。隨負(fù)荷增大，由于im同時上升，使耗油率曲線迅速下降。當(dāng)im達到最大值時，出現(xiàn)最低油耗后，隨節(jié)氣門逐漸增至全開，化油器加濃裝置參加工作，供給最大功率混合氣，燃耗不完全現(xiàn)象增加i下降，使油耗率又有所增加。,柴

6、油機負(fù)荷特性,柴油機轉(zhuǎn)速一定，每小時耗油量mh、有效燃料消耗率ge隨負(fù)荷變化的關(guān)系稱為柴油機負(fù)荷特性。在轉(zhuǎn)速一定時，進入氣缸的空氣量不變，改變符合相應(yīng)改變的每循環(huán)供油量q，使混合氣成分發(fā)生變化。因此，柴油機是通過改變混合氣的過量空氣系數(shù)來適應(yīng)負(fù)荷的變化。此方法稱為“質(zhì)調(diào)節(jié)”。,1-油耗最低點 2-冒煙界限點 3-極限功率點,柴油機負(fù)荷特性,柴油機i、m隨負(fù)荷的變化關(guān)系,每小時燃油消耗曲線,轉(zhuǎn)速一定時，柴油機的每小時耗油量mh取決于q。負(fù)荷增加，q增加， mh隨之增加。當(dāng)負(fù)荷接近冒煙界限點2后，由于燃燒惡化， mh上升得更快一些。,有效燃油消耗率曲線,同汽油機一樣，柴油的有效燃油消耗變化也取決于

7、i和m。其變化關(guān)系如圖所示。與汽油機不同，隨負(fù)荷增加，每循環(huán)供油量q增加，過量空氣系數(shù)減小，燃燒不完全程度大，使i減小。大負(fù)荷時，混合氣過濃，燃燒惡化，不完全燃燒及補燃增多， 使i下降快。 m隨負(fù)荷增加而上升。,有效燃油消耗率曲線,當(dāng)Pe=0， m=0時，耗油率ge趨于無窮大。隨負(fù)荷增加，由于m迅速增加，且遠大于i的減小，使ge下降很快。當(dāng)q增加到1點位置時， ge最小。此后再增加負(fù)荷，由于i下降比m上升的多，使ge又有所增加。當(dāng)q增加到2點位置時，不完全燃燒現(xiàn)象顯著增加，煙度急劇增大，達到規(guī)定限值。2點稱為冒煙界限。當(dāng)循環(huán)供油量超過2點時，不僅燃油消耗量增大，排放污染嚴(yán)重，甚至影響發(fā)動機壽命

8、。所以，柴油發(fā)動機最大循環(huán)供油量應(yīng)在標(biāo)定轉(zhuǎn)速下調(diào)整，使煙度不超過允許值。,結(jié)論,負(fù)荷特性是內(nèi)燃機的基本性質(zhì)。常用它評價內(nèi)燃機工作的經(jīng)濟性。根據(jù)需要可以測定內(nèi)燃機不同轉(zhuǎn)速下的負(fù)荷特性。轉(zhuǎn)速變化時，各條負(fù)荷特性曲線的變化趨勢相同，各條曲線所代表的轉(zhuǎn)速不同。每條曲線的最右端點表示全負(fù)荷轉(zhuǎn)速下的功率及燃油消耗率。由負(fù)荷特性可以看出，低負(fù)荷時，有效燃油消耗率很高，經(jīng)濟性差。因此，應(yīng)注意提高內(nèi)燃機的功率利用率。同一轉(zhuǎn)速下，最低有效燃油消耗率越小，其曲線變化越均勻，經(jīng)濟性越好。相比之下，柴油機的最低燃油消耗率比汽油機的低10%30%；柴油機部分負(fù)荷的低油耗區(qū)比汽油大，因此柴油機比汽油機省油。,發(fā)動機的速度特

9、性,發(fā)動機性能指標(biāo)隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系稱為速度特性。若駕駛員將加速踏板位置保持一定，由于道路阻力不同，汽車行駛速度也會改變，上坡時汽車速度逐漸降低，下坡時速度增加，這時發(fā)動機即沿速度特性工作。,汽油機的速度特性,汽油機節(jié)氣門開度固定不動，其有效功率Pe、轉(zhuǎn)矩Te、耗油率ge、每小時耗油量mh等隨轉(zhuǎn)速n變化的關(guān)系稱為汽油機速度特性。實驗時調(diào)整測功器，如逐漸改變水利測功器水量來改變汽油機的轉(zhuǎn)速。測取前，應(yīng)將點火提前角、化油器調(diào)整完好；測取時，應(yīng)按規(guī)定保持冷卻水溫度、潤滑油溫度在最佳狀態(tài)。節(jié)氣門保持全開，所測得的速度特性稱為外特性。節(jié)氣門部分開啟時所測得的速度特性稱為部分速度特性。由于節(jié)氣門的開啟可以無

10、限變化，所以部分速度特性曲線有無數(shù)條，而外特性曲線只有一條。,汽油機i、m、v隨轉(zhuǎn)速n的變化趨勢,車用汽油機外特性,外特性曲線,轉(zhuǎn)矩Te曲線Te=k2 (v /) mi 在節(jié)氣門開度一定時，值基本不隨轉(zhuǎn)速而變化，汽油機Te大小主要決定于vmi 隨n的變化。 v是在某一中間轉(zhuǎn)速時最大，這時因為在此轉(zhuǎn)速下能最好地利用慣性進氣，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于或高于此轉(zhuǎn)速時。v都將降低。,i的變化是在某一中間轉(zhuǎn)速略為凸起。在較低轉(zhuǎn)速下，因缸內(nèi)氣流擾動減弱，火焰?zhèn)鞑ニ俣葴p低，散熱及漏氣損失增加，使i降低；轉(zhuǎn)速高時，燃燒所占的曲軸轉(zhuǎn)角大，燃燒效率低，也使i降低。不過它的變化比較平坦，對Te影響較小。轉(zhuǎn)速增加，消耗于機械損失的

11、功增加，因此m隨轉(zhuǎn)速上升而下降。綜合而言，當(dāng)轉(zhuǎn)速由低速開始上升時，由于v、 i上升，Te有所增加，對應(yīng)于某一轉(zhuǎn)速時， Te達最大值。轉(zhuǎn)速繼續(xù)提高，由于v 、 m同時下降，因此Te隨轉(zhuǎn)速升高而較快地下降，即Te曲線變化變陡。,功率Pe曲線,當(dāng)轉(zhuǎn)速從很低值增加時，由于Te和轉(zhuǎn)速同時增加，P = Ten/9550迅速上升；直至轉(zhuǎn)矩達到最高點后，再繼續(xù)提高轉(zhuǎn)速，則Pe上升逐漸緩慢；至某一轉(zhuǎn)速Ten達到最大值時，Pe亦不能再增加；若轉(zhuǎn)速再上升，由于Te的降低已超過了轉(zhuǎn)速上升的影響，所以功率Pe反而下降。,有效燃油消耗ge曲線,綜合i、m的變化，ge在某一中間轉(zhuǎn)速時最低；當(dāng)轉(zhuǎn)速高于此轉(zhuǎn)速時，則因i、m 同

12、時下降而ge上升。當(dāng)轉(zhuǎn)速低于此轉(zhuǎn)速，因i上升彌補了m 的下降， ge亦增加。由于進氣管動態(tài)效應(yīng)影響到v隨n的變化規(guī)律，因而Te、 ge等隨n變化的曲線也常呈某些波動現(xiàn)象。,汽油機的外特性是在節(jié)氣門全開時測得的，曲線上每一點表示它在此轉(zhuǎn)速下的最大功率及轉(zhuǎn)矩，所以代表發(fā)動機最高動力性能，所有發(fā)動機都需要做外特性曲線。外特性曲線實驗條件分為如下兩種：1）發(fā)動機僅帶維持運轉(zhuǎn)所需的附件運轉(zhuǎn)（不裝風(fēng)扇、氣泵或空氣濾清器以及消聲器等附件），這時輸出的校正有效功率稱為總功率。我國的發(fā)動機特性數(shù)據(jù)為這一種情況。2）發(fā)動機試驗時帶上全套附件，此時輸出的校正有效功率稱凈功率或使用外特性。顯然，第2種情況下的功率低，

13、而油耗高。制造廠商根據(jù)發(fā)動機的用途規(guī)定的額定轉(zhuǎn)速下對應(yīng)的功率稱為發(fā)動機的額定功率。,部分速度特性,汽車大部分時間是在部分負(fù)荷下工作的，隨著節(jié)氣門關(guān)小，節(jié)流損失增大，進氣終了的壓力pa下降，從而引起v下降；隨著轉(zhuǎn)速提高， v下降的速度更快。因此，節(jié)氣門開度愈小，轉(zhuǎn)矩Te隨轉(zhuǎn)速增加而下降得愈快，最大轉(zhuǎn)矩點及最大功率點均向低轉(zhuǎn)速方向移動。,柴油機的速度特性,噴油泵的油量調(diào)節(jié)機構(gòu)位置固定不動，柴油機性能指標(biāo)（Pe、Te、mh、ge）隨轉(zhuǎn)速n變化的關(guān)系稱為柴油機速度特性。測取時，應(yīng)將供油提前角、冷卻水溫、潤滑油溫度等調(diào)整在最佳狀態(tài)。當(dāng)油量調(diào)節(jié)機構(gòu)固定在標(biāo)定（或稱額定）功率循環(huán)供油量位置時，測得的速度特性

14、為標(biāo)定功率速度特性，習(xí)慣上亦稱外特性。,柴油機的速度特性,部分速度特性標(biāo)定功率定義為使用中允許的最大功率，它是根據(jù)用途、使用負(fù)荷情況而定的，對任何一款具體的柴油機標(biāo)定的功率速度特性曲線只有一條，它代表該機在使用中允許達到的最大性能，所有柴油機必須作標(biāo)定功率速度特性。,柴油機外特性,柴油機中m、i、q隨n的變化趨勢,外特性曲線,轉(zhuǎn)矩Te曲線柴油機中，各種轉(zhuǎn)速下究竟能發(fā)出多大轉(zhuǎn)矩，主要取決于每循環(huán)供油量q的多少。因此，柴油機轉(zhuǎn)矩曲線的變化趨勢，取決于q隨轉(zhuǎn)速變化的情況。柴油機的轉(zhuǎn)矩可定性為T =K2imq，而其中i 、m 、q的變化趨勢如圖所示。,分析,在常用的柱塞式噴油泵中，當(dāng)油量調(diào)節(jié)機構(gòu)位置一

15、定而改變轉(zhuǎn)速時，每循環(huán)供油量q由油泵速度特性決定，它將隨轉(zhuǎn)速的提高而增加。i的變化是在某一中間轉(zhuǎn)速時稍有凸起。因為在較高轉(zhuǎn)速下常由于i下降和q上升，使過量空氣系數(shù)下降，加上燃燒過程經(jīng)歷的時間縮短，混合氣形成條件惡化，不完全燃燒現(xiàn)象增加，致使i有些下降。轉(zhuǎn)速過低，也會由于空氣渦流減弱，燃燒不良及傳熱漏氣損失增加，使i降低。但i曲線的變化趨勢比較平坦。m隨轉(zhuǎn)速的上升而下降。q隨轉(zhuǎn)速增加的上升抵消了i和m下降的影響，因此隨著轉(zhuǎn)速的上升，柴油機的Te下降不明顯，曲線變化甚至是一直微微上傾的。,功率Pe曲線,由于Te變化平坦，在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)、功率Pe幾乎與轉(zhuǎn)速成正比增加。,有效燃油消耗率ge曲線,綜合

16、i、m的變化， ge是在某一中間轉(zhuǎn)速時最低，但整個曲線變化并不很大。,部分速度特性,隨著油量調(diào)節(jié)機構(gòu)固定位置的減小，循環(huán)供油量減小，但q隨n的變化趨勢基本相似，亦是隨n的增加而上升，所以柴油部分特性Te的變化基本與外特性上Te平行，即T e隨轉(zhuǎn)速變化不大。對于經(jīng)常在部分負(fù)荷下工作的發(fā)動機而言，還應(yīng)該作90%，75%，50%和25%的部分負(fù)荷速度特性或作萬有特性。,柴油機的調(diào)速特性,柴油機上裝調(diào)速器的必要性：1）由柴油機的速度特性已知，其有效轉(zhuǎn)矩曲線隨轉(zhuǎn)速變化平緩，因此，柴油機外界阻力矩的少量變化，就會引起柴油機轉(zhuǎn)速的較大變化。又由噴油泵速度特性，轉(zhuǎn)速升高，循環(huán)供油量增加。汽車的行駛阻力時經(jīng)常變化的，偶爾也會有較大幅度的變化。例如忽然卸去負(fù)荷，轉(zhuǎn)速將會有較大的升高，循環(huán)供油量將隨之增加，反過來又促使轉(zhuǎn)速進一步升高。因而柴油機將猛然加速，轉(zhuǎn)速大幅度上升，甚至超過允許限度而出現(xiàn)飛車事故。而且柴油機的運動零件較為笨重，超速時會產(chǎn)生很大的慣性力，嚴(yán)重時可能引起零件損壞。因此，柴油機上必須有防止超速的裝置。,柴油機上裝調(diào)速器的必要性,2）汽車發(fā)動機經(jīng)常會在怠速工況下運轉(zhuǎn)，例如短暫停車、起動暖車等。