第六章内燃机特性

1、发动机排放污染及防治一 发动机的污染源（一） 排气污染 占发动机总污染量的6585%一氧化碳 CO2 、 氮氧化合物 、碳氢化合物 HC 、燃料液滴和炭粒、各类铅、硫化合物（二） 曲轴箱通风污染 占发动机总污染量的20%左右 主要是碳氢化合物 HC。（三） 汽油箱通风污染 占发动机总污染量的5%左右 主要是碳氢化合物 HC。（四） 化油器浮子室及油泵接头处的泄漏污染 占发动机总污染量的 510% 主要是碳氢化合物 HC。（五） 含铅、磷汽油所形成的铅、磷污染二 发动机排放污染物的形成、危害和防治（一） 一氧化碳 CO1 形成 C + O ® CO + O ® CO 中间产物

2、 产生的原因是缺氧。 汽油机上 a < 1 的浓混合气； 柴油机上 a > 1，但局部过浓的混合气。2 危害3 防治（1） 稀薄燃烧与高能点火 使混合气的 ­a，而又能够正常燃烧。（2） 缩小燃烧室的激冷区 激冷区 燃烧室中由两个以上冷表面构成的狭窄空间，如挤气间隙。 激冷效应 靠近激冷区的可燃混合气，热损失过多而不能着火。 缩小燃烧室的激冷区 ® 燃烧易于完全 ® CO¯。（二） 氮氧化合物 NOx1 形成（1） 燃烧温度高（2） 高温持续时间长（3） 火焰前锋面中氧气的浓度高 产生的原因是高温。2 危害3 防治（1）降低压缩比 e

3、4; 缸内温度¯®NOx¯。（2）减小点火提前角 q® 缸内温度¯® NOx ¯。（3） 废气再循环，缸内喷水，采用乳化油，¯a 或 ­a® 缸内温度¯® NOx ¯。（4）分层燃烧 ® 降低混合气的均匀性 ® 缸内温度¯® NOx ¯。（5）加强燃烧室内气流运动®混合气混合、燃烧迅速®高温持续时间®¯ NOx ¯ 。（三） 碳氢化合物 HC1 形成（1） 局部混合气

4、过浓或过稀使氧化反应减慢，热损失相对增加，不能着火。（2） 某微小单元的混合气面容比大，热损失大，不能着火。（3） 激冷效应。2 危害3 防治（1） 降低压缩比 e® 膨胀冲程中燃烧室壁面温度和排气温度­® HC¯。（2） 改善燃烧室形状，降低面容比 ® 散热损失¯® HC¯。（3） 稀薄燃烧与高能点火 ® 燃烧完全程度­® HC¯。（4） 减小点火提前角 q® HC在膨胀和排气冲程中燃烧掉。（5） 缩小燃烧室的激冷区 ® 燃烧易于完全 ® HC

5、¯。（6） 加强燃烧室内气流运动 ® 混合气混合、燃烧完全 ® HC¯。（7） 曲轴箱强制通风 HC 空气滤清器 ® 进气管 ® 缸内再燃烧。内燃机工况所谓内燃机的特性，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。Ne.第类工况，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

6、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。灌溉用内燃机，除了起动和过渡工况外，在运行过程中负荷与转速均保持不变，称为点工况(图中的A点)。第二类工况，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推进工况，也属于线工况。第三类工况，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

7、。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。发动机的负荷特性负荷特性：转速不变，其经济性指标随负荷（可用功率Pe、扭矩Ttq或平均有效压力Pme表示）的变化关系。一 汽油机的负荷特性转速n不变，发动机的经济性指标随负荷变化的关系。（一） 定义 转速n不变，汽油机的经济性指标随负荷 节气门开度变化的关系。（二） 特性曲线二 柴油机的负荷特性（一） 定义 转速n不变，柴油机的经济性指标随负荷 喷

8、油泵齿条或拉杆位置变化的关系。（二） 特性曲线3 ge曲线上的特征点1点 gemin。2点 排黑烟, 冒烟界限点。 标定功率的选择： 车用柴油机 定在冒烟界限处，即2点。 拖拉机柴油机 定在冒烟界限2点以内。3点 Nemax点。 过3点 GT­­，ge­­® Ne¯。 选择气道、燃烧室结构, 调整燃料供给系统, 常以负荷特性作为标准。三、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

9、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在中、小负荷段的线性较好。发动机速度特性内燃机速度特性，是指内燃机在油量调节机构(油量调节齿条、拉杆或节气门开度)保持不变的情况下，主要性能指标(转矩、油耗、功率、排温、烟度等)随内燃机转速的变化规律。当油量控制机构在标定位置时，测得的特性为全负荷速度特性(简称外特性)；油量低于标定位置时的速度特性，称为部分负荷速度特性。由于外特性上反映了内燃机所能达到的最高性能，确定了最大功率、最大转矩以及对应的转速，因而是十分重要的，所有发动机出厂时都必须提供该特性一 汽油机的速度特性（一） 定义 汽油机节气门开度固定不变，汽油机性能指标随转速n变化

10、的关系。（二） 外特性 （全负荷的速度特性） 节气门全开 （ 100% ）, 测得的速度特性。（三） 部分速度特性 节气门固定在部分开启位置, 测得的速度特性。二 柴油机的速度特性（一） 定义 油量调节机械 （ 油门拉杆或齿条 ） 位置固定不动, 柴油机性能指标随转速n变化的关系。 外特性 （ 全负荷的速度特性 ） 油量调节机构固定在标定功率循环油量位置时, 测得的速度特性。 部分速度特性 油调节机构固定在小于标定功率循环供油位置时, 测得的速度特性。（三） 外特性曲线（四）部分速度特性 油量调节机构固定在低于标定功率循环供油量位置上时，循环供油量减少，但随n的变化趋势基本相似，随n的增加而上

11、升，所以柴油机部分速度特性Me的变化基本上与外特性Me平行。三、 外特性的意义1 后备功率后备功率大, 爬坡、加速性好。但后备功率过大, 则常用工况在低负荷区, 经济性差。2 最大Me时的n越低, 克服外界阻力能力越强。发动机的转矩特性衡量内燃机工作稳定性能的指标是转矩适应性系数KT和转速适应性系数Kn。一、衡量内燃机转矩特性的参数1转矩储备系数及转矩适应系数KM式中：Memax外特性曲线上最大转矩； MeH 标定工况（或最大功率）时的转矩。­m, KM­® n¯时, Me­快 ® 不换档情况下, 克服短期超载能力强。 2转速适应系数

12、Kn定义：标定工况（或最大功率）时的转速nH与最大转矩的转速nT之比称转速适应系数。A、B发动机的相同，但A机Memax所对应的n比B机低。当外界阻力矩为R1时，A、B两机均在n1下稳定运转。当外界阻力矩增大至R2时，B机发出最大扭矩在n2B（nTB）下稳定运转，此时A机则在n2A下稳定运转。当外界阻力矩再增大至R3时，A机发出最大扭矩在nTA下稳定运转，而B机无法克服外界阻力矩，必须换挡。最大转矩Memax时的转速nT愈低，即转速适应系数（nH/nT）愈大，在不换档的情况下，内燃机克服阻力增加的潜力愈强！3理想功率特性系数KN内燃机的理想外特性：内燃机的动力可以保证汽车在任何行驶阻力矩的条件

13、下，无需变速器而能行驶自如，在应用车速范围内有良好的经济性，且车速和燃油消耗率均相对稳定。理想功率特性系数KN实际内燃机的功率外特性曲线与理想外特性的功率曲线之间的逼近程度，用来综合考虑车用内燃机的动力（功率）储备性能。二、柴油机转矩校正内燃机万有特性及功率标定内燃机万有特性 负荷特性和速度特性只能用来表示某一转速或某一油量控制机构位置时，内燃机各种参数的变化规律，而内燃机特别是车用内燃机的工况变化范围很广，要分析各种工况下的性能，就需要多张负荷特性或速度特性图，这样既不方便，也不直观。为了能在一张图上较全面地表示内燃机各种性能参数的变化，经常应用多参数的特性曲线，这种特性就是万有特性。万有特

14、性曲线一般是以转速n为横坐标，以负荷(平均有效压力pe)为纵坐标。在图上绘出若干条等油耗曲线和等功率曲线。万有特性的应用在万有特性图上，最内层的等燃油消耗率曲线相当于内燃机运转的最经济区域，等值曲线越向外，经济性越差。等燃油消耗率曲线的形状与位置对内燃机的实际使用经济性能有重要的影响。如果该曲线的形状在横向上较长，则表示内燃机在负荷变化不大而转速变化较大的情况下工作时，燃油消耗率变化较小。如果曲线形状在纵向较长，则表示内燃机在负荷变化较大而转速变化不大的情况下工作时，油耗率变化较小。对于汽车用内燃机，最经济区域应大致在万有特性的中间位置，这样常用转速和负荷就可以落在最经济区域内，并希望等燃油梢耗率曲线在横向较长。对于拖拉机以及工程机械用内燃机，其转速变化范围较小而负荷变化范围较大，最经济区域应在标定转速附近，并沿纵向较长。 大气修正大气温度t­、大气压力p ¯®吸入气缸内干空气量¯&#