第6章发动机特性

1、第六章第六章 发动机特性发动机特性第一节第一节 发动机工况发动机工况 第二节第二节 发动机速度特性发动机速度特性第三节第三节 发动机负荷特性发动机负荷特性第四节第四节 柴油机调速特性柴油机调速特性第五节第五节 万有特性万有特性第六节第六节 发动机与车辆的匹配发动机与车辆的匹配 第一节第一节 发动机工况发动机工况一、工况一、工况 发动机的运行情况，以其发出的发动机的运行情况，以其发出的有效有效功率功率PePe和和转速转速n n表示表示。 发动机的工况根据内燃机的用途，分为三类：发动机的工况根据内燃机的用途，分为三类： I I、固定工况（恒速工况）固定工况（恒速工况） n nCC，PePe变化大，

2、变化大， 如抽水、发电用发动机；如抽水、发电用发动机； ePnIIII、螺旋桨工况、螺旋桨工况流体阻力负荷流体阻力负荷 ，如船用主机带动螺旋桨。，如船用主机带动螺旋桨。 III III、陆上运输工况、陆上运输工况 n n、PePe均在较大范围内变化，如车辆用发动机。均在较大范围内变化，如车辆用发动机。 汽车是在负荷、车速及道路情况频繁变化的条件下汽车是在负荷、车速及道路情况频繁变化的条件下使用的，因而，汽车用发动机必须适应汽车使用的特使用的，因而，汽车用发动机必须适应汽车使用的特点，在负荷和转速经常变化下工作。点，在负荷和转速经常变化下工作。3nKPenePneP二、发动机特性二、发动机特性n

3、发动机性能指标随发动机性能指标随调整情况调整情况及及运转工况运转工况而变而变化的关系称为发动机特性。化的关系称为发动机特性。n特性曲线是评价发动机性能的一种简单、方特性曲线是评价发动机性能的一种简单、方便、必不可少的形式。便、必不可少的形式。n发动机特性种类很多，主要有：发动机特性种类很多，主要有： 负荷特性；速度特性；调速特性；万有特负荷特性；速度特性；调速特性；万有特性；烟度特性；排放特性；噪声特性性；烟度特性；排放特性；噪声特性等。等。发动机性能发动机性能指标与工作过程参数之间的关系指标与工作过程参数之间的关系n平均有效压力：平均有效压力：n有效功率：有效功率：n有效转矩：有效转矩：n有

4、效燃油消耗率：有效燃油消耗率：n每小时耗油量：每小时耗油量：nKPimve2mivekp1imvtqKT3imeKb14nKBv5三三. .发动机功率标定发动机功率标定 发动机功率标定，是指制造厂根据发动机的用途规定发动机功率标定，是指制造厂根据发动机的用途规定该机在标准大气条件下输出的有效功率及对应的转速，即该机在标准大气条件下输出的有效功率及对应的转速，即标定功率和标定转速。国家标准规定的功率标定可分为以标定功率和标定转速。国家标准规定的功率标定可分为以下下4 4种：种： 1 1）15min15min功率功率可连续运转可连续运转15min15min仍保持正常状态的最大有仍保持正常状态的最大

5、有效功率。适用于汽车、军用车辆、摩托车的发动机功率的效功率。适用于汽车、军用车辆、摩托车的发动机功率的标定。标定。 2 2）1h1h功率功率可连续运转可连续运转1h1h的最大有效功率。适用于拖拉机、的最大有效功率。适用于拖拉机、工程机械、船舶用发动机功率标定。工程机械、船舶用发动机功率标定。 3 3）12h12h功率功率可连续运转可连续运转12h12h的最大有效功率。适用于拖拉的最大有效功率。适用于拖拉机、农业排灌、电站等发动机功率标定。机、农业排灌、电站等发动机功率标定。 4 4）持续功率）持续功率允许连续运转的最大有效功率。适用于农业允许连续运转的最大有效功率。适用于农业灌溉、电站、船舶、

6、铁路牵引等发动机功率标定。灌溉、电站、船舶、铁路牵引等发动机功率标定。大气修正大气修正 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；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，换算成标准大气状况下的数值；的结果，换算成标准大气状况下的数值；n国家标准（国家标准（GB1105.1GB1105.1878

7、7）规定了一般用途的往）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：复活塞式柴油机和汽油机的标准环境状况是：大气压大气压p p0 0=100kPa=100kPa，相对湿度，相对湿度0 0=30=30，环境温度环境温度T T0 0=298K=298K或或2525（Page132Page132）。）。第二节第二节 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发动机性能指标随转速变化的关系称为速度特性速度特性；即即发动机节气门开度（或油门开度）发动机节气门开度（或油门开度）不变，发动机性能指标随不变，发动机性能指标随转速转速n n变化的关系变化的关系。n如：汽车爬坡

8、或阻力变化时，如：汽车爬坡或阻力变化时，驾驶员将油门踏板驾驶员将油门踏板位置保持一定，发动机位置保持一定，发动机转速转速n n则随外界负荷的变则随外界负荷的变化而变化。外界负荷大，化而变化。外界负荷大，n n ；外界负荷小，；外界负荷小，n n ，这时发动机沿速度特性工作。这时发动机沿速度特性工作。n横坐标：发动机转速；横坐标：发动机转速； n纵坐标：有效功率纵坐标：有效功率PePe、转矩、转矩TtqTtq、耗油率、耗油率bebe、每、每小时耗油量小时耗油量B B等等 。发动机速度特性进一步分为：发动机速度特性进一步分为： 外特性和部分速度特性外特性和部分速度特性n外特性：外特性：将油量调节结

9、构固定在额定功率循环供将油量调节结构固定在额定功率循环供油量位置测得的速度特性。油量位置测得的速度特性。每台发动机只有一组，每台发动机只有一组，表示了该发动机所具有的最高动力性能。表示了该发动机所具有的最高动力性能。n部分速度特性：部分速度特性：将油量调节结构固定在小于额定将油量调节结构固定在小于额定功率循环供油量位置测得的速度特性。功率循环供油量位置测得的速度特性。每台发动每台发动机可以有许多组。机可以有许多组。一、汽油机速度特性（外特性）一、汽油机速度特性（外特性）n节气门全开时，发动机扭矩节气门全开时，发动机扭矩TtqTtq、功率、功率PePe、油油耗耗be be 随转速随转速n n变化

10、的关系。变化的关系。n测取时，应将点火提前角、冷却水温、润滑油测取时，应将点火提前角、冷却水温、润滑油温度等调整在最佳状态；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，测得的速度特性为循环供油量位置时，测得的速度特性为标定功标定功率速度特性，率速度特性，习惯上称外特性；习惯上称外特性； 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量各个位置时，所测得的速度特性称为部分速部分速度特性度特性。1. 汽油机外特性曲线图汽油机外特性曲线图tqTePeb

11、1n3n2nntqTePeb关于外特性曲线上几个重要特征点：关于外特性曲线上几个重要特征点： Ttqmax、Pemax、beminnTtqTtqmaxmax、PePemaxmax、bebeminmin在实际中各意味着什么？在实际中各意味着什么？nTtqTtqmaxmax：汽车以：汽车以I I档行驶能通过的最大爬坡，即最档行驶能通过的最大爬坡，即最 大爬坡能力；大爬坡能力；nPePemax max ：汽车在良好道路上行驶能达到的最高车速；：汽车在良好道路上行驶能达到的最高车速；nbebemin min ：理论上可达到的最低油耗，实际油耗要比：理论上可达到的最低油耗，实际油耗要比 此高。此高。2.

12、2.外特性曲线历程分析外特性曲线历程分析1 1）扭矩）扭矩TtqTtq曲线曲线n因因n n供油量供油量( (不多不多) )，则有：，则有： （在节气门开度一定时，（在节气门开度一定时，值基本不随转速而变化）值基本不随转速而变化）nTtqTtq的变化取决于的变化取决于 、 和和 随随n n的变化：的变化：n 随随n n的变化关系的变化关系n n1 nn随随n n气流惯性气流惯性 ；n n节流损失节流损失 。 n 在某一中间转速在某一中间转速n1n1最大，高于或低于此转速最大，高于或低于此转速 都下降。都下降。imvtqKT3vvvmivvmivtqkT3vv 随随n n的变化关系的变化关系nn

13、n气流运动气流运动混合气形成改善混合气形成改善 ；nn n燃烧时间燃烧时间 ，燃烧恶化，燃烧恶化 。n在供油量一定情况下，在供油量一定情况下， 在某一中间转速微微凸起（最在某一中间转速微微凸起（最好），说明此时热量转化为功的程度最高。高于或低于好），说明此时热量转化为功的程度最高。高于或低于此转速，此转速， 均下降。均下降。iiiinii 随随n n的变化关系的变化关系n 随随n n ，摩擦损失，摩擦损失 , , p pm m 。n综合：在低速区，因综合：在低速区，因 、 均均 , ,虽然虽然 略有下降，略有下降，但随但随n n ，使，使TtqTtq , ,TtqTtqmaxmax，随，随n

14、n继续继续 ，因因 、 、 均均 ，使使TtqTtq，即，即TtqTtq 随随n n变化比变化比较陡。较陡。mnxnmimivmv2 2）功率）功率Pe曲线曲线n显然：功率显然：功率Pe与与TtqTtq、n n成正比。成正比。n低速时：低速时：n nTtqTtq ( (不大不大) )，因，因Pe正比正比于于n n、TtqTtq，故故Pe；随；随n n继续继续 ，虽，虽TtqTtq ，但因，但因n n 的影响大的影响大于于TtqTtq 的影响，使的影响，使PePePemaxmax ；nn n继续继续 ，因，因TtqTtq 的影响大于的影响大于n n 的影响，使的影响，使Pe 。nTnKPtqim

15、ve22K3 3）油耗）油耗be曲线曲线n显然，显然，bebe的变化取决于的变化取决于 和和 随随n n的变化；当的变化；当 的乘积至最大值时，该转速下的乘积至最大值时，该转速下bebe最小，高最小，高于或低于此转速，于或低于此转速，bebe均均 。n通常通常75-80%75-80%节气门开度下的燃料经济性较好。节气门开度下的燃料经济性较好。imeKb14mmii汽油机部分速度特性曲线汽油机部分速度特性曲线 是节气门固定在部分开启位置测得的是节气门固定在部分开启位置测得的速度特性。速度特性。n节气门开度愈小，节流节气门开度愈小，节流损失愈大，损失愈大， 下降愈陡，下降愈陡，使使PePe、Ttq

16、Ttq、be be 随随n n变化变化变得愈陡。变得愈陡。v3 3、外特性的意义、外特性的意义1 1）反映了发动机使用中的最高性能及常用转速范围）反映了发动机使用中的最高性能及常用转速范围n从使用角度看，发动机的常用转速范围一般应在最大从使用角度看，发动机的常用转速范围一般应在最大扭矩扭矩n1n1至最大功率至最大功率n2n2之间。之间。n当工作转速当工作转速n n 时，发动机经济性、动力性、可时，发动机经济性、动力性、可靠性均下降；靠性均下降；n当工作转速当工作转速n n 时，发动机工作不稳。时，发动机工作不稳。n在全负荷时，应使发动机尽可能在最低燃料消耗率时在全负荷时，应使发动机尽可能在最低

17、燃料消耗率时的转速的转速n3n3附近工作，这样可获得比较好的经济性。附近工作，这样可获得比较好的经济性。n汽车后备功率大，爬坡、加速性好；但后备功率过大，汽车后备功率大，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。则常用工况在低负荷区，经济性差。maxpenmaxTtqn2 2）反映了发动机使用中克服短期超载能）反映了发动机使用中克服短期超载能力的强弱。力的强弱。n从使用角度看，从使用角度看，( - )( - )大，发动机大，发动机克克服短期超载的能力强。服短期超载的能力强。n汽车在行驶中，经常会遇到像爬坡等行驶阻汽车在行驶中，经常会遇到像爬坡等行驶阻力突然增大的情况，为了

18、克服短期超载，减力突然增大的情况，为了克服短期超载，减少司机的换挡次数，要求发动机的扭矩随转少司机的换挡次数，要求发动机的扭矩随转速的降低而增加。速的降低而增加。maxtqTtqT评定发动机适应阻力波动的性能指标评定发动机适应阻力波动的性能指标n扭矩储备系数：扭矩储备系数：n适应性系数：适应性系数：n 大或大或k值大，表明两扭矩之差值大，表明两扭矩之差( - )( - )值大，即随值大，即随着转速的降低，着转速的降低，扭矩扭矩 增加较快，从而在不换档的情况增加较快，从而在不换档的情况下，爬坡能力和克服短期超载的能力强。下，爬坡能力和克服短期超载的能力强。n 在在10%-30%、k值在值在1.2

19、-1.4可以满足汽车的使用要求。可以满足汽车的使用要求。n汽油机转速储备系数为汽油机转速储备系数为1.151.152.O2.O，柴油机在，柴油机在1.51.52.02.0范范围。围。tqtqTTKmax%100maxtqtqtqTTTmaxtqTtqTtqT3 3） 对应的对应的n n高低影响到克服阻力的潜力高低影响到克服阻力的潜力n 对应的对应的n n越低，克服外界阻力能力越强。越低，克服外界阻力能力越强。n有有A A、B B两台发动机，它们的转矩储备系数两台发动机，它们的转矩储备系数和和最大功率时的转速最大功率时的转速n1n1相同，但最大转矩时的转相同，但最大转矩时的转速速n2n2不等，如

20、右图所示。不等，如右图所示。maxtqTmaxtqT 当外界阻力矩为当外界阻力矩为T TR1R1时，时，A A、B B两机均能在两机均能在n1n1下稳定运转。下稳定运转。n当外界阻力矩增大至当外界阻力矩增大至T TR2R2 时，时，B B机发出最大扭矩机发出最大扭矩在在n n2B2B下稳定运转，此时下稳定运转，此时A A机则在机则在n nA A下稳定运转。下稳定运转。n当外界阻力矩再增大至当外界阻力矩再增大至T TR3R3 时，时，A A机发出最大扭机发出最大扭矩在矩在n n2A2A下稳定运转，而下稳定运转，而B B机无法克服外界阻力机无法克服外界阻力矩，只能熄火。矩，只能熄火。n故：发动机故

21、：发动机A A比比B B克服障碍的潜力大。克服障碍的潜力大。n对于载重汽车，要求有较大的转矩储备系数，且对于载重汽车，要求有较大的转矩储备系数，且 对应的对应的n n应比较低。应比较低。maxtqT二、柴油机速度特性（外特性）二、柴油机速度特性（外特性） 喷油泵调节杆（油门拉杆与齿条）位置喷油泵调节杆（油门拉杆与齿条）位置一定时，发动机扭矩一定时，发动机扭矩TtqTtq、功率、功率PePe、油耗油耗be be 随随转速转速n n变化的关系。变化的关系。n测取时，应将供油提前角、冷却水温、润滑油测取时，应将供油提前角、冷却水温、润滑油温度等调整在最佳状态。温度等调整在最佳状态。ePntqTtqT

22、ePebeb 与汽油机外特性相比，汽油机外与汽油机外特性相比，汽油机外特性特点如下特性特点如下1 1、扭矩、扭矩TtqTtq曲线曲线 变化历程比变化历程比TtqTtq汽汽平坦。平坦。n对于柴油机：每循环空气量的多少只不过提供了产生对于柴油机：每循环空气量的多少只不过提供了产生多大扭矩的可能性，而在各种工况下究竟能发出多大多大扭矩的可能性，而在各种工况下究竟能发出多大扭矩，主要看扭矩，主要看bb的多少，而且的多少，而且bb的变化也决定了的变化也决定了的变化。的变化。mimivtqbkkT 22bb随随n n的变化的变化nbb随随n n 而而 。n因因bb随随n n 一直一直 ，并且，并且bb 的

23、影响大于的影响大于 、 的的影响，使得影响，使得TtqTtq曲线随曲线随n n变变化比较平坦。化比较平坦。n图中图中h1h1、h2h2、h3h3表示喷油泵调节杆处于不同位置。表示喷油泵调节杆处于不同位置。ibn3b2b1bmTtqTtq曲线随曲线随n n变化平坦带来的问题变化平坦带来的问题n 小，使得克服外界阻力变化的能力降低。小，使得克服外界阻力变化的能力降低。n解决的办法：油量校正，以增大全负荷的供油量。解决的办法：油量校正，以增大全负荷的供油量。l常用的校正方法：常用的校正方法：出油阀式校正机构；出油阀式校正机构；附加在调速器上弹附加在调速器上弹 簧校正机构。簧校正机构。2 2、功率、功

24、率PePe曲线曲线n随随n n变化一直呈上升趋势，无极大值拐点出变化一直呈上升趋势，无极大值拐点出现。现。n原因：当原因：当n n超过一定值后，燃烧恶化，后燃超过一定值后，燃烧恶化，后燃，冒烟严重，一般不允许超过该转速，冒烟严重，一般不允许超过该转速，这由调速器限制供应量实现。这由调速器限制供应量实现。3 3、油耗、油耗bebe曲线曲线nbebe柴柴 比比bebe汽汽 曲线变化平坦，且曲线变化平坦，且bebeminmin柴柴 be ，这使得柴油机，这使得柴油机在转速变化的较大范围内都有较好的经济性，这在转速变化的较大范围内都有较好的经济性，这也是柴油机的突出优点。也是柴油机的突出优点。n标定功

25、率速度特性代表该机在使用中允许达到的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最高性能 。柴i汽i柴油机部分速度特性曲线柴油机部分速度特性曲线n因不同油量调节拉杆位置因不同油量调节拉杆位置时，时， b b随随n n 的变化趋的变化趋势基本相同（随势基本相同（随n n 而而 ），），所以其部分速度特性的所以其部分速度特性的TtqTtq、PePe、b be e 随转速随转速n n的的变化与外特性基本平行。变化与外特性基本平行。第三节第三节 发动机负荷特性发动机负荷特性 转速转速n n不变，发动机的经济性指标随负荷不变，发动机的经济性指标随负荷变化的关系。变化的关系。n以曲线表示，则称为负荷

26、特性曲线；以曲线表示，则称为负荷特性曲线； n当汽车以一定的速度（即等速）沿阻力变化的道当汽车以一定的速度（即等速）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扭矩，以适应外界阻力矩的变化，油门来调整有效扭矩，以适应外界阻力矩的变化，保持发动机转速不变；保持发动机转速不变； n横坐标：横坐标：负荷可用负荷可用PePe、TtqTtq或或p pmeme表示（当转速不变表示（当转速不变时，有效功率时，有效功率PePe与有效转矩与有效转矩TtqTtq、平均有效压力、平均有效压力p pmeme互为正比）；互为正比）； n纵坐标：纵坐标：

27、每小时燃料消耗量每小时燃料消耗量B B 或燃料消耗率或燃料消耗率bebe。一、柴油机的负荷特性一、柴油机的负荷特性 nn一定，改变一定，改变bb时，时，B B、bebe随随PePe的变的变化关系。化关系。n测取前应将供油提前角调整完好；保持冷却水温、测取前应将供油提前角调整完好；保持冷却水温、润滑油温度在最佳状态。润滑油温度在最佳状态。n在移动喷油泵供油齿条或拉杆的位置即逐渐改变在移动喷油泵供油齿条或拉杆的位置即逐渐改变bb时时，同时调节测功器负荷，以保持，同时调节测功器负荷，以保持n n一定。一定。n由于柴油机只是改变循环供油量（空气量变化不大）由于柴油机只是改变循环供油量（空气量变化不大）

28、来调节负荷，因此，也改变了缸内混合气的浓度，来调节负荷，因此，也改变了缸内混合气的浓度，即过量空气系数即过量空气系数，这种负荷调节方法称为，这种负荷调节方法称为“质调质调节节”。1.1.柴油机负荷特性曲线柴油机负荷特性曲线beebBBPePe2.2.负荷特性曲线历程分析负荷特性曲线历程分析1）油耗油耗bebe曲线曲线形状为形状为“鱼钩形鱼钩形”n由由 知，主要弄清知，主要弄清 、 随随PePe的变的变化关系。化关系。 随随PePe的变化关系的变化关系 随随PePe的变化关系的变化关系n在在n n一定，一定，PePe 意味着意味着bb ，随着随着bb ，逐渐逐渐 ，燃烧时，燃烧时期逐渐期逐渐 ，

29、冷却损失，冷却损失 ，燃烧，燃烧完全程度完全程度 ，使，使 随随PePe 而而 。miekb14immPemiiPei综合：综合：在怠速时，因在怠速时，因 =0，be=，随着，随着bb ，PePe ， 迅速迅速 ， 下降缓慢，下降缓慢，be ，至，至 达达到最大值，使到最大值，使be达到最小值达到最小值，随随bb继续继续 ，燃，燃烧恶化，不完全燃烧烧恶化，不完全燃烧 ，冒烟严重，冒烟严重，be 。2）油耗曲线油耗曲线由由 知，知，n在一定时，在一定时，B B主要决定于主要决定于bb，因而，因而随随PePe ， bb随随之之 ，B B也成比例也成比例 。immim%100PeBbe3.3.由负荷

30、特性曲线可知由负荷特性曲线可知1 1）在指定转速下的最大允许负荷及对应的耗油率；）在指定转速下的最大允许负荷及对应的耗油率；2 2）在指定转速下的最低燃油消耗率及其对应负荷；）在指定转速下的最低燃油消耗率及其对应负荷；3 3）在指定转速下经济性较好的负荷范围。）在指定转速下经济性较好的负荷范围。二、汽油机的负荷特性二、汽油机的负荷特性 nn一定，节气门开度改变时，一定，节气门开度改变时，B B、bebe随随PePe的变化关系。的变化关系。n测取前应将测取前应将化油器、点火提前角调整完好化油器、点火提前角调整完好；保持冷保持冷却水温、润滑油温度在最佳状态。却水温、润滑油温度在最佳状态。n在逐渐改

31、变在逐渐改变节气门开度时节气门开度时，同时调节测功器负荷，同时调节测功器负荷，以保持以保持n n一定。一定。n由于汽油机负荷调节是靠改变节气门开度来直接改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，变进入气缸的混合气量，变化不大，故这种负荷变化不大，故这种负荷调节方法称为调节方法称为“量调节量调节” ” 。1.1.汽油机负荷特性曲线汽油机负荷特性曲线benebBB2.2.负荷特性曲线历程分析负荷特性曲线历程分析1）油耗油耗bebe曲线曲线 bebe汽汽 较较bebe柴柴曲线变化陡，且曲线变化陡，且bebeminmin汽汽 bebeminmin柴柴。n原因：由原因：由 知，

32、因知，因 随随PePe的变化趋势与柴的变化趋势与柴油机不同（虽然油机不同（虽然 随随 PePe的变化趋势相同），的变化趋势相同）， 使得使得bebe汽汽曲线较曲线较bebe柴柴曲曲 线变化陡。线变化陡。miekb14iiPem2）油耗油耗B B曲线曲线 当当n n一定时，一定时，B B主要决定于节气门开度主要决定于节气门开度和混合气成分。和混合气成分。n在中小负荷区域，混合气成分变化不大，在中小负荷区域，混合气成分变化不大，B B随随PePe 较慢，当大负荷，因混合气成分变浓，较慢，当大负荷，因混合气成分变浓，B B随随PePe 较快。较快。3 3）同一转速下，汽油机和柴油机负荷特）同一转速下

33、，汽油机和柴油机负荷特性曲线的比较性曲线的比较bebeminmin柴柴bebeminmin汽汽（20-3020-30）% %；在常用负荷范围内，在常用负荷范围内，bebe柴柴曲线比曲线比bebe汽汽曲线平坦，曲线平坦，这对在面工况工作下的车用发动机是有利的；这对在面工况工作下的车用发动机是有利的；在负荷减小时，在负荷减小时，bebe柴柴曲线平坦，这对经常在部曲线平坦，这对经常在部分负荷下工作的发动机是有利的。分负荷下工作的发动机是有利的。第四节第四节 柴油机调速特性柴油机调速特性一、柴油机装置调速器的必要性柴油机装置调速器的必要性1.1.（由前面柴油机速度特性知）（由前面柴油机速度特性知）Tt

34、qTtq随转速随转速n n变化的曲变化的曲线平缓线平缓 较小的负荷变化引起较大的转速变化，较小的负荷变化引起较大的转速变化，如下图。如下图。tqTnnTtq分析：分析： 上图表明，如果调速杆不动，只要柴油机的上图表明，如果调速杆不动，只要柴油机的负荷发生很小的变化，就会引起转速在较大范围负荷发生很小的变化，就会引起转速在较大范围内变化。内变化。u对于汽车，导致行驶速度时快时慢，不能满足工对于汽车，导致行驶速度时快时慢，不能满足工作要求。因此，当柴油机装上调速器后，以便在作要求。因此，当柴油机装上调速器后，以便在负荷发生变化是能及时移动油门调节杆，使供油负荷发生变化是能及时移动油门调节杆，使供油

35、量得到相应的增减，从而保持转速基本稳定。量得到相应的增减，从而保持转速基本稳定。2.2.保持怠速稳定保持怠速稳定（怠速时转速不稳）（怠速时转速不稳） 由喷油泵速度特性知，由喷油泵速度特性知， bb随随n n 而而 ，而，而TtqTtq主要决主要决定于定于bb。 怠速运转时，气缸内发怠速运转时，气缸内发出的指示功全部用于克服机出的指示功全部用于克服机械损失。其稳定性决定于平械损失。其稳定性决定于平均指示压力均指示压力p pmmmm与平均机械与平均机械损失压力损失压力p pmimi的相互配合情的相互配合情况。况。汽油机、柴油机汽油机、柴油机p pimim p pmmmm随随n n的变化关系如下：的

36、变化关系如下：l汽油机：因内部因素使汽油机：因内部因素使p pmmmm 时，时，p pmimi增大，增大，n n ， 稳定转速稳定转速原因：怠速运转时，由于节气门开度很小，节流损失原因：怠速运转时，由于节气门开度很小，节流损失大，大，n n 使使p pmimi 。l柴油机：柴油机：p pmmmm ，p pmimi ，n n ，bb p pmimi更小，更小， 熄火熄火 p pmmmm ，p pmimi ，n n ，bb p pmimi更大，更大， n n进进 一步一步 。 即要么导致熄火，要么导致飞车。即要么导致熄火，要么导致飞车。3.3.防止超速防止超速（超速导致飞车）（超速导致飞车）n对于

37、柴油机：当负荷突变（突然卸除）时，对于柴油机：当负荷突变（突然卸除）时， n n， ，燃烧恶化，大量冒烟，零件过热；，燃烧恶化，大量冒烟，零件过热； 零件质量重，惯性力大，难以控制；零件质量重，惯性力大，难以控制； 导致飞车，危害大。导致飞车，危害大。n对于汽油机：当对于汽油机：当n n， ，TtqTtq，仅使工作过程，仅使工作过程恶化。恶化。根据上述根据上述3 3条理由，为保证柴油机可靠地工作，柴油条理由，为保证柴油机可靠地工作，柴油机必须装置调速器。机必须装置调速器。v二、调速器的分类调速器的分类1.1.分类分类1 1）全程式调速器：从最低空转转速至额定转速，调速器都起作）全程式调速器：从

38、最低空转转速至额定转速，调速器都起作用；用；2 2）两极式调速器：仅在怠速和最高转速（额定转速）调速器起）两极式调速器：仅在怠速和最高转速（额定转速）调速器起作用，以防止发动机怠速不稳和高速飞车，在其它中间转速作用，以防止发动机怠速不稳和高速飞车，在其它中间转速调速器不起作用，由驾驶员通过油门控制供油量；调速器不起作用，由驾驶员通过油门控制供油量；3 3）恒速式（单制式）：仅限制最高转速，如发电机组柴油机。）恒速式（单制式）：仅限制最高转速，如发电机组柴油机。 汽车、拖拉机柴油机上所用调速器，按其构造又分汽车、拖拉机柴油机上所用调速器，按其构造又分机械机械式、气动式、液压式和电气式式、气动式、

39、液压式和电气式，最常用的是机械式调速器。，最常用的是机械式调速器。近年来，采用微机控制的近年来，采用微机控制的电控调速器电控调速器也在增多。也在增多。2.2.作用作用 根据负荷变化制动调节油量，保持柴油机在制定的转速根据负荷变化制动调节油量，保持柴油机在制定的转速范围内稳定运转，并防止超速和怠速熄火。范围内稳定运转，并防止超速和怠速熄火。三、调速特性调速特性 在喷油泵调速手柄位置固定、调速器起在喷油泵调速手柄位置固定、调速器起作用时，柴油机的性能指标作用时，柴油机的性能指标(Ttq(Ttq、PePe、be)be)随转随转速的变化关系称为调速特性。速的变化关系称为调速特性。n调速器起作用是指调速

40、器自动控制喷油泵齿条或调速器起作用是指调速器自动控制喷油泵齿条或拉杆的移动，以改变循环供油量。拉杆的移动，以改变循环供油量。1.1.全程式调速器全程式调速器1.11.1全程式调速器工作原理（简图）全程式调速器工作原理（简图）图中各组成件的作用：图中各组成件的作用：1 1）转速给定元件）转速给定元件 调速手柄及调速弹簧调速手柄及调速弹簧 驾驶员根据所需转速，通过转动调速手柄驾驶员根据所需转速，通过转动调速手柄9 9可将调速弹可将调速弹簧簧5 5压缩到不同位置从而给定不同弹簧预紧力。压缩到不同位置从而给定不同弹簧预紧力。 2 2）转速变化的感受元件）转速变化的感受元件旋转飞块旋转飞块 根据转速的变

41、化，由喷油泵凸轮轴带动的旋转飞块就产根据转速的变化，由喷油泵凸轮轴带动的旋转飞块就产生不同的离心力，离心力轴向分力抵抗弹簧弹力而作用于执生不同的离心力，离心力轴向分力抵抗弹簧弹力而作用于执行机构上。行机构上。 3 3）执行机构）执行机构调节杆系调节杆系 用于执行感受元件所发生的变化，从而加油或减油。旋用于执行感受元件所发生的变化，从而加油或减油。旋转飞块转飞块4 4外张产生离心力，其轴向分力压缩调速弹簧外张产生离心力，其轴向分力压缩调速弹簧5 5。当轴。当轴向分力大于调速弹簧向分力大于调速弹簧5 5的预紧力时，推动调节推杆向左移动，的预紧力时，推动调节推杆向左移动，并带动供油拉杆并带动供油拉杆

42、8 8左移从而增大供油量。左移从而增大供油量。1.21.2全程式调速器调速特性全程式调速器调速特性 全程式调速器的调速特性曲线由调速器起作用全程式调速器的调速特性曲线由调速器起作用的调速段和调速器不起作用的外特性段组成。的调速段和调速器不起作用的外特性段组成。l图中：图中：11外特性；外特性；2-52-5调速特性。调速特性。 柴油机在调速段工作时，即使外界阻力矩变化柴油机在调速段工作时，即使外界阻力矩变化大，转速波动也很小。大，转速波动也很小。n调速手柄调速手柄9 9的不同位置，意味着施加给调速弹簧不的不同位置，意味着施加给调速弹簧不同的预紧力。弹簧预紧力小，调速器起作用的转同的预紧力。弹簧预

43、紧力小，调速器起作用的转速则低；反之相反。速则低；反之相反。n在发动机工作过程中，可以根据工作需要，只要在发动机工作过程中，可以根据工作需要，只要给定调速手柄的位置，就可以得到不同转速下的给定调速手柄的位置，就可以得到不同转速下的调速特性，如图中调速特性，如图中2-52-5曲线。曲线。n调速手柄的位置一定，则调速弹簧的预紧力一定，调速手柄的位置一定，则调速弹簧的预紧力一定，当飞块的离心力的轴向分力大于调速弹簧的预紧当飞块的离心力的轴向分力大于调速弹簧的预紧力，调速器起作用，否则不起作用。力，调速器起作用，否则不起作用。2.2.两级式调速器及调速特性两级式调速器及调速特性 车用柴油机一般采用两级

44、式调速器。车用柴油机一般采用两级式调速器。2.12.1两级式调速器工作原理两级式调速器工作原理2.22.2两级式调速器调速特性两级式调速器调速特性 l当当nnnnnn额定额定时，随时，随n n ，调速器怠速弹簧起作用调速器怠速弹簧起作用（受压），使（受压），使bb 防止飞防止飞车。车。3 3、调速器的工作指标、调速器的工作指标1 1） 调速率调速率 A A、稳定调速率、稳定调速率 式中：式中：n1n1外界阻力外界阻力突变前发动机的转速；突变前发动机的转速； n3n3外界阻力外界阻力突变后发动机的稳定转速；突变后发动机的稳定转速； nbnb发动机的标定转速。发动机的标定转速。l 2 2的大的大小

45、反映实际运转时的转速波动相对于全负荷转速小反映实际运转时的转速波动相对于全负荷转速的变化范围。的变化范围。 2 2小小转速回复到稳定点的能力强。转速回复到稳定点的能力强。l规定：农灌及工程机械规定：农灌及工程机械 2 2 8 % 8 % 汽车、拖拉机汽车、拖拉机 2 2 10 % 10 % 发电机发电机 2 2 5 % 5 %bnnn132B B、瞬时调速率、瞬时调速率式中：式中：n2n2外界阻力突变时发动机的最大或最小瞬时外界阻力突变时发动机的最大或最小瞬时转速；转速； n1n1、nbnb的意义同前。的意义同前。l 1 1的大的大小小表示表示转速转速n n波动的大小；波动的大小； 1 1大大

46、转速波动大转速波动大, , 易游车。易游车。l一般一般 1 112%12%；发电机；发电机 1 18%8%bnnn1212 2）不灵敏度）不灵敏度 式中：式中：n n2 2当柴油机负荷减小时当柴油机负荷减小时, , 调速器开始起作用的转速；调速器开始起作用的转速； n n1 1当柴油机负荷当柴油机负荷增大增大时时, , 调速器开始起作用的转速；调速器开始起作用的转速； n n 平均转速；平均转速；R R 推力盘运动时所受的摩擦力；推力盘运动时所受的摩擦力； E E 调速器起作用时作用在推力盘上的推力。调速器起作用时作用在推力盘上的推力。l 主要是由于调速系统存在摩擦力所致。主要是由于调速系统存

47、在摩擦力所致。 转速稳定性差；转速稳定性差； 调速器失灵调速器失灵, , 易飞车。易飞车。 低速时，调速器推动力小，摩擦力增大，低速时，调速器推动力小，摩擦力增大， 明显增加明显增加。 一般规定：标定工况一般规定：标定工况 1.21.22%2%；最低转速时；最低转速时, , 10 1013%13%。ER12nnn第五节第五节 万有特性万有特性 发动机的万有特性又称综合特性或多参发动机的万有特性又称综合特性或多参数（组合）特性。数（组合）特性。 车辆发动机工作转速和负荷变化范围很广。车辆发动机工作转速和负荷变化范围很广。要全面评价发动机性能，用速度特性和负荷特要全面评价发动机性能，用速度特性和负

48、荷特性很不方便。通常根据负荷特性曲线族经过转性很不方便。通常根据负荷特性曲线族经过转换画出多参数特性换画出多参数特性万有特性。通过万有特万有特性。通过万有特性可以方便查出发动机各种工况下的性能指标。性可以方便查出发动机各种工况下的性能指标。 一、万有特性图：一、万有特性图：l横坐标横坐标转速转速n n；l纵坐标纵坐标平均有效压力平均有效压力PmePme； 可得到许多等油耗率可得到许多等油耗率bebe曲线曲线和等功率和等功率PePe曲线。曲线。 Pe=kPe=kPmePmen,n,所以所以PePe曲线为一曲线为一组双曲线，将外特性中的组双曲线，将外特性中的Pme(Pme(或或Ttq)Ttq)曲线

49、画在万有特性图上，构曲线画在万有特性图上，构成上边界线。成上边界线。l万有特性最内层万有特性最内层bebe低，越向外低，越向外bebe值越高，希望值越高，希望常用转速和负荷落常用转速和负荷落在最经济区域区，并希望等在最经济区域区，并希望等bebe曲曲线沿横标方向方些线沿横标方向方些。汽油机、柴油机万有特性的特点汽油机、柴油机万有特性的特点1 1）柴油机万有关特性的特点）柴油机万有关特性的特点 最低耗油率偏低，并且经济区域较宽；等耗最低耗油率偏低，并且经济区域较宽；等耗油率曲线在高、低速均不收敛，变化比较平坦。油率曲线在高、低速均不收敛，变化比较平坦。柴油机相对汽车变速工况的适应性好；等功率线柴

50、油机相对汽车变速工况的适应性好；等功率线向高速延伸时，耗油率的变化不大，所以采用低向高速延伸时，耗油率的变化不大，所以采用低速档时，柴油机的转矩和功率储备较大。速档时，柴油机的转矩和功率储备较大。2 2）汽油机万有特性的特点）汽油机万有特性的特点 与柴油机相比，汽油机万有特性具有如下特与柴油机相比，汽油机万有特性具有如下特点：最低耗油率偏高，经济区域偏小；等耗油率点：最低耗油率偏高，经济区域偏小；等耗油率曲线在低速区向大负荷收敛，这说明汽油机在低曲线在低速区向大负荷收敛，这说明汽油机在低速低负荷的耗油率随负荷的减小而急剧增大。速低负荷的耗油率随负荷的减小而急剧增大。二、万有特性的制取二、万有特

51、性的制取 根据各种转速下的负荷特性曲线，用作图法根据各种转速下的负荷特性曲线，用作图法可以得到万有特性。作法如下图所示。可以得到万有特性。作法如下图所示。1 1、等燃油消耗率曲线、等燃油消耗率曲线1 1）将不同转速的负荷特性转速为以）将不同转速的负荷特性转速为以平均有效压力平均有效压力PmePme 或扭矩或扭矩TtqTtq 为横坐标、燃油为横坐标、燃油bebe消耗率为纵坐标的负荷特性。消耗率为纵坐标的负荷特性。PmePme与与PePe、TtqTtq与与PePe 之间的换算关系见相关公式。之间的换算关系见相关公式。 2 2）从负荷特性曲线的某一油耗处（如图）从负荷特性曲线的某一油耗处（如图7-1

52、67-16中的中的b be=239g/kWhe=239g/kWh处）引一垂线，与各种转速的处）引一垂线，与各种转速的bebe曲线有两个曲线有两个（或一个）交点。再从交点处引水平线，与从万有特性横坐标（或一个）交点。再从交点处引水平线，与从万有特性横坐标相应转速处引出的垂线相交，将交点连成圆滑的曲线，即得到相应转速处引出的垂线相交，将交点连成圆滑的曲线，即得到一定燃油消耗率时的等燃油消耗率曲线，其余一定燃油消耗率时的等燃油消耗率曲线，其余b b时的等燃油消时的等燃油消耗率曲线作法相同。耗率曲线作法相同。2 2、等功率曲线、等功率曲线 根据公式根据公式Pe=TtqPe=Ttq* *n/9550=k

53、n/9550=kPmePmen n，可画出等功率曲线，可画出等功率曲线，是一组双曲线。是一组双曲线。第六节第六节 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；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；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发动机的各种特性，是分析发动机与车辆匹配的有效工具；有效工具；本节主要从两个角度改善发动机与车辆的匹配：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

54、角度；从提高动力性的角度； 从提高经济性的角度。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（从动力性的角度改善发动机与车辆的匹配（1） n汽车的动力性可由三方面的指标评价：汽车的动力性可由三方面的指标评价： 汽车的最高车速；汽车的最高车速； 汽车的加速时间；汽车的加速时间； 最大爬坡能力。最大爬坡能力。 n 图中图中1 1表示行驶阻力功率，表示行驶阻力功率，2 2表示外特表示外特性功率曲线，性功率曲线，A A点表示在该道路条件点表示在该道路条件下所能达到的最高车速。下所能达到的最高车速。n 曲线曲线2 2与曲线与曲线1 1之差表示发动机所拥有之差表示发动机所拥有的后备功率。的后备

55、功率。 后备功率愈大，爬坡、加速性能后备功率愈大，爬坡、加速性能愈好，但行驶中负荷率低，经济性较愈好，但行驶中负荷率低，经济性较差。对于用途不同的车辆，其后备功差。对于用途不同的车辆，其后备功率大小的要求是不相同的。率大小的要求是不相同的。某轿车驱动力某轿车驱动力行驶阻力平衡图行驶阻力平衡图n变速器各档有不同的传动变速器各档有不同的传动比，可将发动机外特性转比，可将发动机外特性转换成不同档位的驱动力与换成不同档位的驱动力与车速的曲线；车速的曲线；n由图看出，该车的最高车由图看出，该车的最高车速在速在180km180kmh h以上，在以上，在1 1档档能爬上的最大坡度为能爬上的最大坡度为5555，相应地还能计算其加速时相应地还能计算其加速时间。间。 从动力性的角度改善发动机与车辆的匹配（从动力性的角度改善发动机与车辆的匹配（2 2） n不同种类、不同排量的车辆，不可能用驱动力不同种类、不同排