第七章发动机特性

1、第七章第七章 发动机的特性发动机的特性 发动机的特性：发动机的特性：发动机性能指标（经济、发动机性能指标（经济、动力、排放性能指标、反映工作过程进行的完善动力、排放性能指标、反映工作过程进行的完善程度指标）随调整、运转工况变化而变化的关系。程度指标）随调整、运转工况变化而变化的关系。 发动机的运行特性发动机的运行特性: :是发动机的性能指标随是发动机的性能指标随工况参数的变化规律；工况参数的变化规律； 发动机的调整特性发动机的调整特性: :是发动机性能指标随调是发动机性能指标随调整参数变化而变化的关系。整参数变化而变化的关系。第一节第一节 发动机的特性概述发动机的特性概述第二节第二节 发动机的

2、负荷特性发动机的负荷特性第三节第三节 发动机的速度特性发动机的速度特性第四节第四节 发动机转矩适应性（扭矩特性）发动机转矩适应性（扭矩特性）第五节第五节 车用柴油机的调速特性车用柴油机的调速特性第六节第六节 发动机的万有特性发动机的万有特性一、发动机的工况一、发动机的工况 发动机实际运行的工作状况，简称工况。发动机实际运行的工作状况，简称工况。工况工况以功率以功率PePe和转速和转速n n来表示：来表示：PeTtqn 只有当发动机发出的扭矩与工作机械消耗的扭只有当发动机发出的扭矩与工作机械消耗的扭矩相等时，两者才能在一定转速下按一定功率稳定矩相等时，两者才能在一定转速下按一定功率稳定工作。当工

3、作机械的阻力矩、转速变化时，发动机工作。当工作机械的阻力矩、转速变化时，发动机的工况就会发生变化。的工况就会发生变化。 1 1、发动机工况分类、发动机工况分类 发动机用途不同，发动机用途不同，工作区域也将有很大的工作区域也将有很大的差异。差异。1 1）第一类工况：发动机）第一类工况：发动机的功率变化时转速几乎的功率变化时转速几乎保持不变，被称为固定保持不变，被称为固定式发动机工况。式发动机工况。发电用发动机，转速必须发电用发动机，转速必须稳定（线工况稳定（线工况）；）；灌溉用发动机，除起动和灌溉用发动机，除起动和过渡工况外，运行过程过渡工况外，运行过程负荷、转速均不变（称负荷、转速均不变（称为

4、点工况为点工况）图图7-1 7-1 发动机的工况及工作区域发动机的工况及工作区域2 2）第二类工况：第二类工况： 发动机的功率与转发动机的功率与转速接近于幂函数关系，速接近于幂函数关系，被称为发动机的螺旋被称为发动机的螺旋桨工况。桨工况。 发动机作为船用主发动机作为船用主机驱动螺旋桨时，发机驱动螺旋桨时，发动机发出功率与螺旋动机发出功率与螺旋桨吸收功率相等，而桨吸收功率相等，而后者与转速成幂函数后者与转速成幂函数关系（关系（PenPen3 3，称为，称为推进工况、线工况推进工况、线工况）图图7-1 7-1 发动机的工况及工作区域发动机的工况及工作区域3 3）第三类工况：发动机）第三类工况：发动

5、机的功率与转速都在很的功率与转速都在很大范围内变化，被称大范围内变化，被称为发动机的面工况。为发动机的面工况。汽车用发动机、陆地汽车用发动机、陆地运输用车辆发动机运输用车辆发动机（图（图7-17-1的剖面线所覆的剖面线所覆盖的地方）盖的地方）2 2、车用发动机的、车用发动机的工况范围工况范围 由车用发动机可能运由车用发动机可能运行的工况可知，其工行的工况可知，其工作区域被限定在一定作区域被限定在一定范围内，如图范围内，如图7-17-1。 图图7 71 1 发动机的工况及工作区域发动机的工况及工作区域 3 3、发动机性能的评价方式、发动机性能的评价方式 用来表示发动机特性的曲线就是特性曲线，用来

6、表示发动机特性的曲线就是特性曲线，它是评价发动机的一种简单、直观、方便它是评价发动机的一种简单、直观、方便、必不可必不可少的形式，是分析和研究发动机的一种最基本的少的形式，是分析和研究发动机的一种最基本的手段手段。 只有在发动机处于稳态工况时，功率、转速只有在发动机处于稳态工况时，功率、转速和转矩这些基本量才有稳定的关系，所以研究发和转矩这些基本量才有稳定的关系，所以研究发动机的特性需要动机的特性需要从对稳定过程的分析入手从对稳定过程的分析入手。 二、发动机的功率标定二、发动机的功率标定 发动机铭牌上规定的最大输出功率发动机铭牌上规定的最大输出功率P Pemaxemax及其对及其对应转速应转速

7、n nn n所确定的工况叫做标定工况。所确定的工况叫做标定工况。 即在标准大气条件下输出的有效功率以及对应即在标准大气条件下输出的有效功率以及对应的转速，即标定功率与标定转速。的转速，即标定功率与标定转速。 标定工况标定工况并不是发动机所能达到的极限最大功并不是发动机所能达到的极限最大功率点，而是制造企业根据发动机用途、可靠性、维率点，而是制造企业根据发动机用途、可靠性、维修与使用条件，综合考虑其各种性能要求和使用寿修与使用条件，综合考虑其各种性能要求和使用寿命后，命后，人为规定的一个限制使用的最大功率点人为规定的一个限制使用的最大功率点。 我国发动机的功率可以分为四级：我国发动机的功率可以分

8、为四级： 1 1）1515分钟功率：分钟功率：发动机允许连续运转发动机允许连续运转1515分钟的最大有效分钟的最大有效功率。功率。适用于需要较大功率储备或瞬时发出最大功率的轿适用于需要较大功率储备或瞬时发出最大功率的轿车、中小型载货汽车、军用车辆、快艇等用途的发动机车、中小型载货汽车、军用车辆、快艇等用途的发动机。 2 2）1 1小时功率：小时功率：发动机允许连续运转发动机允许连续运转1 1小时的最大有效功小时的最大有效功率。率。适用于需要一定功率储备以克服突增负荷的工程机械、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发动机。船舶主机、大型载货汽车和机

9、车等用途的发动机。 3 3）1212小时功率：小时功率：发动机允许连续运转发动机允许连续运转1212小时的最大有效小时的最大有效功率。功率。适用于需要在较长时间内连续运转又要充分发挥功适用于需要在较长时间内连续运转又要充分发挥功率的拖拉机、移动式发动机组、铁道牵引等用途的发动机。率的拖拉机、移动式发动机组、铁道牵引等用途的发动机。 4 4）持续功率：）持续功率：发动机允许长期运转的最大功率。发动机允许长期运转的最大功率。适用于适用于长期连续运转的固定动力、排灌、电站、船舶等用途的发长期连续运转的固定动力、排灌、电站、船舶等用途的发动机。动机。 对同一种发动机，用于不同场合可以有对同一种发动机，

10、用于不同场合可以有不同的标定功率值。不同的标定功率值。 15 15分钟功率的标定最高，持续功率的标分钟功率的标定最高，持续功率的标定最低。定最低。1 1）、）、2 2）、）、3 3）称为间歇功率，对于）称为间歇功率，对于他们来讲，发动机按其运转时，超出其规定他们来讲，发动机按其运转时，超出其规定时间并不意味着发动机破坏，但发动机寿命时间并不意味着发动机破坏，但发动机寿命和可靠性受到影响。和可靠性受到影响。三、发动机特性参数间的关系三、发动机特性参数间的关系 发动机特性参数之间的内在关系，是分析发动机特性参数之间的内在关系，是分析发动机特性的主要基础，也是解释发动机特发动机特性的主要基础，也是解

11、释发动机特性曲线的依据。性曲线的依据。 式中式中 c c充量系数；充量系数； v v大气状态下空气密度（大气状态下空气密度（kg/mkg/m3 3）；）； V Vs s气缸工作容积（气缸工作容积（m m3 3）；）； a a过量空气系数；过量空气系数； h hu u燃料低热值（燃料低热值（kJ/kgkJ/kg）；）； L Lo o理论空气量（理论空气量（kg/kgkg/kg）。）。csvaovhQL每循环放热量每循环放热量Q Q（kJkJ）为）为 根据平均有效压力根据平均有效压力p pmeme（kPakPa）的定义）的定义式中式中 We We每循环有效功（每循环有效功（kJkJ）；）； e e

12、有效热效率。有效热效率。sesemevQvWpe cvccmevitmitmaooaahhpKLL 式中式中 itit指示热效率；指示热效率； m m机械效率。机械效率。1ceitmaPKn 功率功率2ctqitmaTK 扭矩（汽油机）扭矩（汽油机）31eitmbK 燃油消耗率燃油消耗率4ceeaBb PKn每小时耗油量每小时耗油量扭矩（柴油机扭矩（柴油机）2tqitmTKb 第二节第二节 发动机的负荷特性发动机的负荷特性 负荷特性：转速不变时负荷特性：转速不变时其性能指标（燃油消耗量其性能指标（燃油消耗量B B、有效燃油消耗率、有效燃油消耗率b be e、排气温度、烟度、机械效率、排气温度、

13、烟度、机械效率m m等）随负荷（可用功率等）随负荷（可用功率P Pe e、扭矩、扭矩T Ttqtq或平均有效压力或平均有效压力P Pmeme表示）的变化关系。表示）的变化关系。 当汽车以一定的速度沿阻力变化的道路行驶时，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，以保持发动机转速扭矩，以适应外界阻力矩的变化，以保持发动机转速不变。不变。 负荷特性可以直观地显示发动机在相同转负荷特性可以直观地显示发动机在相同转速、不同负荷下运转的经济性以及排气温度等速、不同负荷下运转的经济性以

14、及排气温度等参数，且比较容易测定，因而在发动机的调试参数，且比较容易测定，因而在发动机的调试过程中，经常用来作为性能比较的依据。当测过程中，经常用来作为性能比较的依据。当测出不同转速下的多个负荷特性曲线，根据这些出不同转速下的多个负荷特性曲线，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曲线，可以得到发动机的另外一个重要的特性特性-发动机的万有特性。发动机的万有特性。一、汽油机负荷特性一、汽油机负荷特性 1 1、负荷特性：当汽油机转速不变，而逐渐改、负荷特性：当汽油机转速不变，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节气门开度，同时调节测功器负荷以保持转速不变；此时每小时

15、耗油量变；此时每小时耗油量B B、燃料消耗率、燃料消耗率b be e等随负荷（等随负荷（P Pe e、T Ttqtq或或P Pmeme）变化而变化的关系。）变化而变化的关系。 2 2、汽油机靠改变节气门开度，改变进入气缸、汽油机靠改变节气门开度，改变进入气缸的混合气数量来适应负荷变化。其负荷的调节方法的混合气数量来适应负荷变化。其负荷的调节方法称为称为“量调节量调节”。 3 3、测取：发动机台架试验。测取前应将点火、测取：发动机台架试验。测取前应将点火提前角等调整完好；测取时应按规定保持冷却水温提前角等调整完好；测取时应按规定保持冷却水温度、润滑油温度在最佳状态。度、润滑油温度在最佳状态。（一

16、）燃油消耗率曲线（一）燃油消耗率曲线 由公式由公式b be e=k=k3 3/ititm m可知，燃可知，燃油消耗率油消耗率bebe的变化取决于的变化取决于itit、m m的变化。的变化。itit、m m随负荷的变化如随负荷的变化如图所示。图所示。（1 1）itit：先随负荷先随负荷P Pe e的增加而缓的增加而缓慢增加，然后略有下降。慢增加，然后略有下降。 转速一定时，随着负荷的增加，转速一定时，随着负荷的增加，节气门开度加大，残余废气相对减节气门开度加大，残余废气相对减少，热负荷增加，从而改善了燃油少，热负荷增加，从而改善了燃油雾化、混合条件，使燃烧速度加快，雾化、混合条件，使燃烧速度加快

17、，散热损失相对减少，散热损失相对减少，itit增加。负增加。负荷增至大负荷与全负荷时，需要浓荷增至大负荷与全负荷时，需要浓混合气，加浓装置工作，使得不完混合气，加浓装置工作，使得不完全燃烧加剧，全燃烧加剧，itit下降下降。 （2 2）m m：随负荷的增加而迅速增加。随负荷的增加而迅速增加。原因原因是转速一定而负荷增加时，机械损失功率是转速一定而负荷增加时，机械损失功率P Pm m变化不大，指示功率变化不大，指示功率P Pi i成正比增加，使成正比增加，使m m=1=1（P Pm m /P /Pi i）增加。）增加。 当发动机空转（当发动机空转（P Pe e=0=0）时，指示功率完全用于克）时

18、，指示功率完全用于克服机械损失，即服机械损失，即P Pi i=P=Pm m，则，则m m=0=0，耗油率，耗油率b b为无穷大。为无穷大。随负荷（节气门开度）增大，由于随负荷（节气门开度）增大，由于itit、m m同时上同时上升，使耗油率曲线迅速下降。当升，使耗油率曲线迅速下降。当ititm m达到最大值达到最大值出现最低耗油率出现最低耗油率b bminmin后，随节气门逐渐增至全开，混后，随节气门逐渐增至全开，混合气加浓，供给最大功率混合气，燃烧不完全现象合气加浓，供给最大功率混合气，燃烧不完全现象增加，增加，itit下降，使耗油率又有所增加。下降，使耗油率又有所增加。（二）每小时耗油量（二

19、）每小时耗油量B B曲线曲线B节气门开度：开度节气门开度：开度 ，量，量混合气成分：除怠速、全混合气成分：除怠速、全负荷时较浓外，大部分情负荷时较浓外，大部分情况变化不大况变化不大 B B几乎随节气门开度呈几乎随节气门开度呈线性变化。当节气门开度线性变化。当节气门开度增大至加浓装置参加工作增大至加浓装置参加工作后，后，B B上升得更快一些。上升得更快一些。（三）汽油机负荷排放特性（三）汽油机负荷排放特性某汽油机在某汽油机在2000r/min2000r/min下变负荷时（即改下变负荷时（即改变进气管压力）测定的的负荷排放特性曲变进气管压力）测定的的负荷排放特性曲线。由图可见，线。由图可见，COC

20、O随负荷增加而降低，当随负荷增加而降低，当进气管压力高于进气管压力高于75kPa75kPa时，时，COCO又开始上升。又开始上升。其原因供给混合气的空燃比随负荷增加而变其原因供给混合气的空燃比随负荷增加而变稀，到进气管压力高于某个值后，空燃比又稀，到进气管压力高于某个值后，空燃比又因混合气加浓装置起作用而变浓。因混合气加浓装置起作用而变浓。HCHC和和COCO有大体相同的变化趋势有大体相同的变化趋势，当燃烧室温度随负，当燃烧室温度随负荷增加而升高，使缸壁激冷层厚度变薄，荷增加而升高，使缸壁激冷层厚度变薄，HCHC排放减少，当加浓装置起作用时，排放排放减少，当加浓装置起作用时，排放增加；增加；N

21、ONO的变化趋势与的变化趋势与COCO、HCHC相反相反，当，当负荷增加时，最高燃烧温度随之升高，混负荷增加时，最高燃烧温度随之升高，混合气又变稀，又有充分的氧，为合气又变稀，又有充分的氧，为NONO生成提生成提供了条件，所以供了条件，所以NONO随负荷增加上升较快。随负荷增加上升较快。汽油机中，混合气的成分是比较均匀的，汽油机中，混合气的成分是比较均匀的，火焰传播较快，在正常条件下产生碳烟的火焰传播较快，在正常条件下产生碳烟的数量很少。数量很少。 二、柴油机负荷特性二、柴油机负荷特性 1 1、负荷特性、负荷特性: :柴油机转速一定，每小时耗油柴油机转速一定，每小时耗油量量B B、有效燃料消耗

22、率、有效燃料消耗率b be e等随负荷（等随负荷（P Pe e、T Ttqtq或或P Pmeme）而变化的关系。）而变化的关系。 2 2、测取、测取: :台架试验。测取时，应将柴油机的台架试验。测取时，应将柴油机的供油提前角、冷却水温度、润滑油温度等调整供油提前角、冷却水温度、润滑油温度等调整到最佳状态。到最佳状态。 3 3、柴油机负荷调节方法称为、柴油机负荷调节方法称为“质调节质调节”。 柴油机负荷特性曲线分析柴油机负荷特性曲线分析（一）燃油耗油率曲线（一）燃油耗油率曲线 根据公式根据公式 柴油机耗油率柴油机耗油率b be e随随负荷的变化取决于负荷的变化取决于itit和和m m。 31ei

23、tmbK （1 1）itit：随负荷增加，随负荷增加，每循环供油量每循环供油量b b增加，而转速不变，充增加，而转速不变，充量系数量系数c c变化不大，过量空气系数变化不大，过量空气系数a a减小，燃烧不完全程度增大，减小，燃烧不完全程度增大，使使itit减小。减小。大负荷时，混合气过浓，燃烧恶化，不完全燃烧及补大负荷时，混合气过浓，燃烧恶化，不完全燃烧及补燃增多，使燃增多，使itit下降更快。下降更快。 （2 2）m m：随负荷增加而上升。：随负荷增加而上升。 综上所述，当综上所述，当P Pe e=0=0，m m=0=0时，时，b be e趋于无穷大。随趋于无穷大。随负荷增加，负荷增加，m

24、m迅速增加，且远大于迅速增加，且远大于itit的减少，使的减少，使b be e下降很快。当下降很快。当b b增加到增加到1 1点位置时，点位置时，b be e最小。此后再最小。此后再增加负荷，由于增加负荷，由于itit下降较下降较m m上升的多，使上升的多，使b b又有所增又有所增加。当加。当b b增加到增加到2 2点时，排气冒黑烟，达到国标规定点时，排气冒黑烟，达到国标规定限值。当限值。当b b超过超过2 2点时，燃料消耗量增大，排放污染点时，燃料消耗量增大，排放污染严重，影响发动机寿命，所以，柴油机的最大循环供严重，影响发动机寿命，所以，柴油机的最大循环供油量应在标定转速下调整，使烟度不超

25、过允许值。油量应在标定转速下调整，使烟度不超过允许值。（二）每小时耗油量（二）每小时耗油量B B曲线曲线 转速一定时，转速一定时，柴油机的每小时耗柴油机的每小时耗油量油量B B主要决定于主要决定于b b。随负荷增加，。随负荷增加，每循环供油量每循环供油量b b增加，增加，B B随之增加。随之增加。当负荷接近冒烟界当负荷接近冒烟界限后，由于燃烧恶限后，由于燃烧恶化，化，B B上升得更快上升得更快一些。一些。 （三）柴油机负荷排放特性（三）柴油机负荷排放特性 柴油机的负荷调节是靠喷油量来控制的，而柴油机的充气柴油机的负荷调节是靠喷油量来控制的，而柴油机的充气效率变化不大，可认为每循环的进气量相差不

26、大。效率变化不大，可认为每循环的进气量相差不大。1 1）HCHC：在怠速和轻负荷时混合气很稀，有些过稀区域不能着火，因此在怠速和轻负荷时混合气很稀，有些过稀区域不能着火，因此HCHC排排放相对较高，随着负荷增加喷油量的增加，放相对较高，随着负荷增加喷油量的增加，HCHC排放逐渐减少；排放逐渐减少；2 2）COCO：在怠速和低负荷时也较高，在中等负荷最低，在接近全负荷时由于在怠速和低负荷时也较高，在中等负荷最低，在接近全负荷时由于混合气很浓，有燃烧不完全区域，混合气很浓，有燃烧不完全区域，COCO排放增加；排放增加；3 3）NOxNOx：柴油机在大负荷条件下工作时，缸内温度较高，供给的空气是充柴

27、油机在大负荷条件下工作时，缸内温度较高，供给的空气是充足的足的(1)(1)，但柴油机是缸内形成混合气，混合气形成时间短，易造成混，但柴油机是缸内形成混合气，混合气形成时间短，易造成混合不均，在某些区域有过量空气，局部温度很高，使合不均，在某些区域有过量空气，局部温度很高，使NOxNOx大量生成。大量生成。4 4）碳烟颗粒：）碳烟颗粒：柴油机在低负荷时空燃比大和温度较低，气缸内较大的稀薄柴油机在低负荷时空燃比大和温度较低，气缸内较大的稀薄混合气区域处于可燃极限之外而不能燃烧，从而有较多微粒，主要是未混合气区域处于可燃极限之外而不能燃烧，从而有较多微粒，主要是未燃燃油成分和部分氧化反应产物，在大负

28、荷时，在燃烧室的局部地方混燃燃油成分和部分氧化反应产物，在大负荷时，在燃烧室的局部地方混合气有过浓现象合气有过浓现象(0.5)(0.5)，从而由于氧气不足烃分子发生分裂而形成较多，从而由于氧气不足烃分子发生分裂而形成较多碳烟。碳烟。 三、柴油机和汽油机负荷特性的对比分析三、柴油机和汽油机负荷特性的对比分析 将标定功率和转速接近的汽油机和柴油机负荷特性曲线进行将标定功率和转速接近的汽油机和柴油机负荷特性曲线进行比较。比较。1 1、汽油机和柴油机负荷特性的差异、汽油机和柴油机负荷特性的差异1 1）汽油机的燃油消耗率普遍较高，且在从空负荷向中、小负荷过）汽油机的燃油消耗率普遍较高，且在从空负荷向中、

29、小负荷过渡时，燃油消耗率下降缓慢，仍维持较高水平，燃油经济性明显渡时，燃油消耗率下降缓慢，仍维持较高水平，燃油经济性明显较差；较差；2 2）汽油机排气温度普遍较高，且与负荷关系较小。）汽油机排气温度普遍较高，且与负荷关系较小。3 3）汽油机的燃油消耗量曲线弯曲度较大，而柴油）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在中、小负荷段的线性较机的燃油消耗量曲线在中、小负荷段的线性较好。好。 由负荷特性可以看出：由负荷特性可以看出： (1)(1)同一转速下最低耗油率同一转速下最低耗油率b bminmin越小，曲线变化越平坦，越小，曲线变化越平坦，经济性越好。柴油机经济性越好。柴油机b

30、 bminmin比比汽油机汽油机b bminmin低；而且燃油消低；而且燃油消耗率曲线比较平坦。相比耗率曲线比较平坦。相比之下，柴油机部分负荷时之下，柴油机部分负荷时低耗油率区比汽油机宽，低耗油率区比汽油机宽，因而柴油机比汽油机节省。因而柴油机比汽油机节省。(2)(2)耗油率耗油率b be e随负荷的增加随负荷的增加而降低，在接近全负荷而降低，在接近全负荷（常在（常在80%80%负荷率左右）时负荷率左右）时b be e达到最小。达到最小。2 2、汽油机和柴油机负荷特性差异的分析、汽油机和柴油机负荷特性差异的分析 汽油机和柴油机的机械效率变化情况基本汽油机和柴油机的机械效率变化情况基本相似，造成

31、燃油消耗率差异的主要原因在于指示相似，造成燃油消耗率差异的主要原因在于指示热效率的差异：热效率的差异：1 1）柴油机的压缩比比汽油机高出较多，其过量空）柴油机的压缩比比汽油机高出较多，其过量空气系数也比汽油机大，燃烧大部分是在空气过量气系数也比汽油机大，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比汽的情况下进行的，所以柴油机的指示热效率比汽油机高。因而从数值上看，汽油机的燃油消耗率油机高。因而从数值上看，汽油机的燃油消耗率数值高于柴油机。数值高于柴油机。2 2）从指示热效率曲线的变化趋势上来看，在转速不变的前提下，从指示热效率曲线的变化趋势上来看，在转速不变的前提下，柴油机指

32、示热效率随负荷的增大而降低；汽油机采用定质变柴油机指示热效率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，在接近满负荷时采用加浓混合气导致指量的负荷调节方法，在接近满负荷时采用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负荷远高于柴油机。油机的燃油消耗率在中小负荷远高于柴油机。柴油机柴

33、油机汽油机汽油机3 3）排气温度曲线的差异）排气温度曲线的差异 排气温度值差异原因：排气温度值差异原因：因为汽油机的压缩比比因为汽油机的压缩比比柴油机低，相应的膨胀比也低，而且混合气比较浓，柴油机低，相应的膨胀比也低，而且混合气比较浓，所以排气温度就要比柴油机高。所以排气温度就要比柴油机高。 排气温度变化规律差异原因：排气温度变化规律差异原因：汽油机在负荷变汽油机在负荷变化时，尽管由于混合气总量的增加引起加入气缸总化时，尽管由于混合气总量的增加引起加入气缸总热量的增加，使排气温度随负荷的提高而上升，但热量的增加，使排气温度随负荷的提高而上升，但由于在大部分区域内过量空气系数保持不变，故排由于在

34、大部分区域内过量空气系数保持不变，故排气温度上升幅度不大。在柴油机中，随着负荷的提气温度上升幅度不大。在柴油机中，随着负荷的提高，过量空气系数随之降低，排气温度显著上升。高，过量空气系数随之降低，排气温度显著上升。第三节第三节 发动机的速度特性发动机的速度特性 发动机在油量调节机构发动机在油量调节机构( (油量调节齿条、拉杆或节油量调节齿条、拉杆或节气门开度气门开度) )保持不变的情况下，主要性能指标保持不变的情况下，主要性能指标( (转矩、转矩、油耗、功率、排气温度、烟度等油耗、功率、排气温度、烟度等) ) 随转速变化的关系随转速变化的关系称为发动机的速度特性。称为发动机的速度特性。 若驾驶

35、员将油门踏板位置保持一定，由于道路阻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，上坡时汽车速度逐力不同，汽车行驶速度也会改变，上坡时汽车速度逐渐降低，下坡时速度增加，这时发动机即沿速度特性渐降低，下坡时速度增加，这时发动机即沿速度特性工作。工作。 当油量控制机构在最大位置时，测得的当油量控制机构在最大位置时，测得的特性为全负荷速度特性特性为全负荷速度特性( (简称外特性简称外特性) )；油量；油量低于最大位置时的速度特性，称为部分负荷低于最大位置时的速度特性，称为部分负荷速度特性。速度特性。 由于外特性反映了发动机所能达到的最由于外特性反映了发动机所能达到的最高性能

36、，确定了最大功率、最大转矩以及对高性能，确定了最大功率、最大转矩以及对应的转速，因而十分重要，所有的发动机出应的转速，因而十分重要，所有的发动机出厂时都必须提供该特性。厂时都必须提供该特性。一、汽油机的速度特性一、汽油机的速度特性 1 1、速度特性：汽油机节气门开度固定不动，其、速度特性：汽油机节气门开度固定不动，其有效功率有效功率PePe、扭矩、扭矩T Ttqtq、燃油消耗率、燃油消耗率b be e、每小时消、每小时消耗油量耗油量B B等随转速等随转速n n变化的关系。变化的关系。 2 2、测取：发动机台架试验。测取前，应将点火、测取：发动机台架试验。测取前，应将点火提前角等调整完好；测取时

37、，应按规定保持冷却水提前角等调整完好；测取时，应按规定保持冷却水温度、润滑油温度在最佳状态。温度、润滑油温度在最佳状态。 3 3、节气门全开时速度特性称为外特性。节气门、节气门全开时速度特性称为外特性。节气门部分打开时的速度特性称为部分负荷速度特性。部分打开时的速度特性称为部分负荷速度特性。（一）外特性曲线（一）外特性曲线1 1、扭矩曲线变化趋势、扭矩曲线变化趋势 随着转速随着转速n n的增加，扭矩的增加，扭矩T Ttqtq逐渐增大，出现最大扭距逐渐增大，出现最大扭距T Ttqmaxtqmax后逐渐下降，且下降程度后逐渐下降，且下降程度越来越大。曲线呈上凸形状。越来越大。曲线呈上凸形状。 汽油

38、机的外特性代表了汽油机的最高动力性能，根据外特性实汽油机的外特性代表了汽油机的最高动力性能，根据外特性实验条件不同，可分为两种：验条件不同，可分为两种：1 1、实验时发动机带全部附件，所输出的校正有效功率称净功率或、实验时发动机带全部附件，所输出的校正有效功率称净功率或使用外特性。使用外特性。2 2、实验时发动机仅带维持运转所必须的附件（如不带风扇、气泵、实验时发动机仅带维持运转所必须的附件（如不带风扇、气泵、空气滤清器等附件）所输出的校正有效功率称为总功率，我国发动空气滤清器等附件）所输出的校正有效功率称为总功率，我国发动机特性数据多属于这种。机特性数据多属于这种。 根据公式根据公式2ctq

39、itmaTK （1 1）在节气门开度）在节气门开度一定时，过量空气系一定时，过量空气系数数a a可视为常数可视为常数。（2 2）充气效率）充气效率c c (v v） 在某一中间转速时在某一中间转速时最大。因为一定的配气最大。因为一定的配气相位仅对一种转速最适相位仅对一种转速最适合，此转速下能最好地合，此转速下能最好地利用气流惯性。其余转利用气流惯性。其余转速时速时c c （v v）均降低，）均降低，曲线为上凸形。曲线为上凸形。 （3 3）指示热效率）指示热效率it it 转速低，进气流速转速低，进气流速低，紊流减弱，使雾化、低，紊流减弱，使雾化、混合状态较差，火焰传混合状态较差，火焰传播速度降

40、低，散热及漏播速度降低，散热及漏气损失增加，气损失增加，itit较低；较低；转速高时，燃烧过程所转速高时，燃烧过程所占曲轴转角较大，燃烧占曲轴转角较大，燃烧在较大容积下进行，在较大容积下进行，itit也较低，但变化比较平也较低，但变化比较平坦，对坦，对T Ttqtq影响较小。影响较小。 （4 4）机械效率）机械效率 转速增加，消转速增加，消耗于机械损失功增耗于机械损失功增加。因此，随转速加。因此，随转速升高，机械效率升高，机械效率m m明显下降。明显下降。 综合作用的结果是：综合作用的结果是：当转速由低开始上当转速由低开始上升时，升时，c c（v v），），itit同时增加的影响大于同时增加的

41、影响大于m m下降的影响，使下降的影响，使T Ttqtq增加，对应于某一转增加，对应于某一转速时，速时，T Ttqtq达到最大值。转速继续增加，由于达到最大值。转速继续增加，由于v v、itit、m m均下降，因此均下降，因此T Ttqtq随转速升高随转速升高而较快的下降，即而较快的下降，即T Ttqtq曲线变化较陡。曲线变化较陡。 2 2、功率变化趋势、功率变化趋势 Pe=Ttqn/9550 当转速由低逐渐升高当转速由低逐渐升高时，由于时，由于T Ttqtq、n n同时增加同时增加P Pe e增加很快。在达到最大增加很快。在达到最大扭距转速扭距转速n ntqtq后，再提高后，再提高转速，由于

42、转速，由于T Ttqtq有所下降有所下降，使，使P Pe e上升缓慢。某一转上升缓慢。某一转速时速时T Ttqtqn n达最大值。此达最大值。此后，再增加转速，由于后，再增加转速，由于扭距下降超过转速上升扭距下降超过转速上升的影响，的影响，P Pe e反而下降。反而下降。3 3、燃油消耗率变化趋势、燃油消耗率变化趋势 be=k3/itm b be e在某一中间转速当在某一中间转速当ititm m达到最大值时达到最大值时出现最低值。当转速较此转速低时，由于出现最低值。当转速较此转速低时，由于itit 上升弥补不了上升弥补不了m m的下降，使的下降，使b be e增加。转速较此增加。转速较此转速高

43、时转速高时itit、m m均较低，均较低，b be e也增加。也增加。（二）部分负荷速度特性（二）部分负荷速度特性 随着节气门的随着节气门的关小，节流损失增大，关小，节流损失增大，充气效率减小，使部充气效率减小，使部分负荷速度特性的分负荷速度特性的 Pe、Ttq低于外特性值。且低于外特性值。且转速越高，充气效率转速越高，充气效率减小的越多，因此，减小的越多，因此，节气门开度越小，随节气门开度越小，随转速增加，扭距、功转速增加，扭距、功率曲线下降得越快，率曲线下降得越快，并使最大扭矩及最大并使最大扭矩及最大功率点向低速方向移功率点向低速方向移动。动。 当 节 气 门 开 度当 节 气 门 开 度

44、的的75%75%左右时，耗油左右时，耗油率曲线位置最低。超率曲线位置最低。超过过75%75%开度，混合气开度，混合气较浓，存在燃烧不完较浓，存在燃烧不完全现象，耗油率曲线全现象，耗油率曲线位置较高，低于位置较高，低于75%75%开度时，残余废气相开度时，残余废气相对增多，燃烧速率下对增多，燃烧速率下降，使降，使itit降低，耗降低，耗油率曲线位置也高，油率曲线位置也高，且开度越小，耗油率且开度越小，耗油率曲线位置越高。曲线位置越高。（三）汽油机速度排放特性（三）汽油机速度排放特性1)HC1)HC、COCO：随着发动机转速的增加，随着发动机转速的增加，混合气变稀，燃烧室内气体的紊流增混合气变稀，

45、燃烧室内气体的紊流增强，改善了混合和燃烧，使排气中的强，改善了混合和燃烧，使排气中的HCHC、COCO含量减少。废气中的含量减少。废气中的COCO、HCHC随随曲轴转速提高而下降（曲轴转速提高而下降（图图5-35-3），而），而HCHC排放量在高速时，由于燃烧时间短，排放量在高速时，由于燃烧时间短，易于产生未燃烃。易于产生未燃烃。2 2）NONO：发动机的转速对不同空燃比的发动机的转速对不同空燃比的混合气的混合气的NONO的生成速度有不同的影响，的生成速度有不同的影响，当用较浓混合气时，由于散热时间短，当用较浓混合气时，由于散热时间短，燃烧室内温度升高，燃烧室内温度升高，NONO生成速度较快；

46、生成速度较快；反之，当用稀混合气时，由于燃烧过反之，当用稀混合气时，由于燃烧过程相对的曲轴转角增大，燃烧峰值温程相对的曲轴转角增大，燃烧峰值温度反而下降，度反而下降，NONO生成速度较慢。当转生成速度较慢。当转速达到最大转速的速达到最大转速的65%-75%65%-75%时，废气中时，废气中的的NONO达到最大值。达到最大值。 二、柴油机速度特性二、柴油机速度特性 1 1、速度特性：喷油泵油量调节机构位置固、速度特性：喷油泵油量调节机构位置固定不动，柴油机性能指标（主要是功率定不动，柴油机性能指标（主要是功率P Pe e、扭、扭距距T Ttqtq、燃油消耗率、燃油消耗率b be e、每小时耗油量

47、、每小时耗油量B B）随转速）随转速n n变化的关系。变化的关系。 2 2、外特性：油量调节机构固定在标定循环、外特性：油量调节机构固定在标定循环供油量位置时速度特性称为柴油机标定功率速供油量位置时速度特性称为柴油机标定功率速度特性或外特性。度特性或外特性。 3 3、部分负荷速度特性：当油量调节机构固、部分负荷速度特性：当油量调节机构固定在小于标定循环供油量各个位置时，所测得定在小于标定循环供油量各个位置时，所测得的速度特性称为柴油机部分负荷速度特性。的速度特性称为柴油机部分负荷速度特性。（一）外特性曲线变化趋势（一）外特性曲线变化趋势 扭矩表达式可定性写成扭矩表达式可定性写成 柴油机扭距随转

48、柴油机扭距随转速的变化趋势决定于速的变化趋势决定于itit、m m、b b随转速随转速n n变化的趋势。变化的趋势。 2tqitmTKb 1 1、扭矩曲线变化趋势、扭矩曲线变化趋势 （1 1）b b：随转速：随转速n n的提高，由于泄漏减少，的提高，由于泄漏减少，每循环供油量每循环供油量b b增加。增加。 （2 2）m m ：随转速：随转速n n的增大而下降。的增大而下降。（3 3）itit：在某一中间在某一中间n n稍高，变化趋势总体比较平缓。稍高，变化趋势总体比较平缓。it转速低转速低空气涡流减弱，燃烧不良及散热漏气损失增加it转速高转速高v 、b ，使，不完全燃烧严重燃烧占曲轴转角 ，燃

49、烧容积 因此综合来看，有效扭矩变化规律是：当转速由低向高因此综合来看，有效扭矩变化规律是：当转速由低向高变化时，开始上升，超过最高点后又下降，但变化较平坦。变化时，开始上升，超过最高点后又下降，但变化较平坦。2 2、功率、功率P Pe e曲线曲线 由于扭矩由于扭矩T Ttqtq曲曲线变化平坦，在一线变化平坦，在一定定n n范围内，功率范围内，功率P Pe e几乎与转速几乎与转速n n成正成正比增加。当比增加。当T Ttqtqn n达达最大值后，最大值后，P Pe e也达也达到最大值；此后转到最大值；此后转速再增加，后燃严速再增加，后燃严重，重， P Pe e开始下降。开始下降。 3 3、燃油消

50、耗率曲线、燃油消耗率曲线 由于柴油机压缩比高，由于柴油机压缩比高，itit较高，曲线比汽油机的平较高，曲线比汽油机的平坦，最低耗油率值比汽油机相应值低。当坦，最低耗油率值比汽油机相应值低。当itit、m m达到最达到最大值时，出现大值时，出现b bminmin值。值。（二）部分负荷速度特性（二）部分负荷速度特性 随油量调节机构位置向随油量调节机构位置向减小供油量方向移动时，循减小供油量方向移动时，循环供油量减小，使部分负荷环供油量减小，使部分负荷速度特性的速度特性的P Pe e、 T Ttqtq值低于外值低于外特性。但随着负荷减小，循特性。但随着负荷减小，循环供油量随转速的变化趋势环供油量随转

51、速的变化趋势基本不变，使部分负荷速度基本不变，使部分负荷速度特性的变化趋势同外特性相特性的变化趋势同外特性相似，所以柴油机的部分负荷似，所以柴油机的部分负荷速度性的速度性的P Pe e、T Ttqtq曲线是随负曲线是随负荷的减小，大致平行下降。荷的减小，大致平行下降。 耗油率曲线的变化趋势耗油率曲线的变化趋势基本同外特性。当负荷为基本同外特性。当负荷为75%75%左右时，曲线位置最低。左右时，曲线位置最低。（三）柴油机速度排放特性（三）柴油机速度排放特性在怠速和低速工况，在怠速和低速工况，HCHC和和COCO排放较多，随着转排放较多，随着转速增加都有所下降，在最速增加都有所下降，在最大转速时，

52、大转速时，COCO继续下降继续下降而而HCHC增大，这是由于燃增大，这是由于燃烧的时间短，混合气形成烧的时间短，混合气形成的时间也缩短，气缸内燃的时间也缩短，气缸内燃烧条件恶化，发动机工作烧条件恶化，发动机工作强度大的缘故。强度大的缘故。 三、柴油机和汽油机的速度特性对比分析三、柴油机和汽油机的速度特性对比分析1 1、柴油机在各种负荷的速度特性下的转矩曲线都比较平坦；汽油机的速度、柴油机在各种负荷的速度特性下的转矩曲线都比较平坦；汽油机的速度特性的转矩曲线的曲率半径较小，节气门开度越小，转矩峰值向低速移特性的转矩曲线的曲率半径较小，节气门开度越小，转矩峰值向低速移动，且随转速变化的斜率越大。动

53、，且随转速变化的斜率越大。2 2、汽油机的有效功率外特性线的最大值点，一、汽油机的有效功率外特性线的最大值点，一般在标定功率点；柴油机可以达到的最大值点般在标定功率点；柴油机可以达到的最大值点的转速很高，而标定点要比其低得多。的转速很高，而标定点要比其低得多。3 3、柴油机的燃油消耗率曲线在各种负荷的速度、柴油机的燃油消耗率曲线在各种负荷的速度特性下都比较平坦，仅在两端略有翘起，最经特性下都比较平坦，仅在两端略有翘起，最经济区的转速范围很宽；汽油机其油耗线的翘曲济区的转速范围很宽；汽油机其油耗线的翘曲度随节气门开度减小而剧烈增大，相应最经济度随节气门开度减小而剧烈增大，相应最经济区的转速范围越

54、来越窄。区的转速范围越来越窄。第四节第四节 发动机转矩适应性发动机转矩适应性 （扭矩特性）（扭矩特性） 要求发动机的转矩随转速的降低而增加。要求发动机的转矩随转速的降低而增加。 如当汽车上坡时，若油量调节拉杆已达最如当汽车上坡时，若油量调节拉杆已达最大位置，但所发出的转矩仍感不足，车速就要降大位置，但所发出的转矩仍感不足，车速就要降低，此时需要发动机随车速降低而发出更大扭矩低，此时需要发动机随车速降低而发出更大扭矩，以克服爬坡阻力。因此，衡量发动机工作稳定，以克服爬坡阻力。因此，衡量发动机工作稳定性能的指标是转矩适应性系数性能的指标是转矩适应性系数K KT T、转速适应性系、转速适应性系数数K

55、 Kn n。1 1、转矩适应性系数、转矩适应性系数KT 要充分表明发动机的动力性能，除给出标定要充分表明发动机的动力性能，除给出标定功率及其相应的转速外，还要同时考虑发动机的功率及其相应的转速外，还要同时考虑发动机的转矩特性，从而引入适应性系数转矩特性，从而引入适应性系数K KT T和转矩储备系数和转矩储备系数的概念。的概念。 式中式中T Ttqmaxtqmax外特性曲线上的最大转矩（外特性曲线上的最大转矩（N Nm m） T Ttqtq标定工况下的扭矩标定工况下的扭矩(N(Nm)m)maxtqTtqTKTmax100%1tqtqTtqTTKT 或或K KT T值大，表明两扭值大，表明两扭矩之

56、差（矩之差（T Ttqmaxtqmax - T - Ttqtq）值）值大，即随转速的降低，转大，即随转速的降低，转矩矩T Ttqtq增大越快，从而在不增大越快，从而在不换档的情况下，爬坡能力、换档的情况下，爬坡能力、克服短期超负荷的能力越克服短期超负荷的能力越强。强。汽油机：汽油机：值在值在10%-30%10%-30%范围，范围，K KT T值在值在1.2-1.41.2-1.4。柴油机：柴油机：若不予以校正，若不予以校正，则则值只有值只有5%-10%5%-10%范围，范围，K KT T值只有值只有1.051.05左右，难以左右，难以满足车辆使用要求。满足车辆使用要求。 汽油机的转矩特性自动汽油

57、机的转矩特性自动适应道路阻力变化的能力适应道路阻力变化的能力较强。较强。插入图7102 2、转速适应系数、转速适应系数K Kn n转速适应系数是标定工况时的转速与最大转速适应系数是标定工况时的转速与最大转矩对应转速的比值。转矩对应转速的比值。 式中式中:n:nn n标定工况转速；标定工况转速； n nm m最大扭矩转速。最大扭矩转速。最大扭矩转速最大扭矩转速n nm m越低，越低，K Kn n越大，车辆在不越大，车辆在不换挡的情况下，发动机克服阻力增加的潜力越换挡的情况下，发动机克服阻力增加的潜力越强。强。 一般，汽油机一般，汽油机K Kn n=1.6-2.5 =1.6-2.5 ，柴油机，柴油

58、机K Kn n=1.4-=1.4-2.0 2.0 。nnmnKn 驾驶员不用操作，发动机能够自动进行调整，使驾驶员不用操作，发动机能够自动进行调整，使转速降低而转矩增大，以克服外界阻力的变化，这是转速降低而转矩增大，以克服外界阻力的变化，这是发动机的转矩适应性。发动机的转矩适应性。 不同的发动机这种自适应的调节能力不同，因为：不同的发动机这种自适应的调节能力不同，因为：1 1、在同一排挡、相同阻力和相同标定点的情况下，在、在同一排挡、相同阻力和相同标定点的情况下，在低于标定转速各点的转矩和功率汽油机都高于柴油机，低于标定转速各点的转矩和功率汽油机都高于柴油机，所以，汽油机的动力性明显优于柴油机

59、。所以，汽油机的动力性明显优于柴油机。2 2、由于汽油机转矩、由于汽油机转矩T Ttqtq曲线变化急剧，柴油机变化平缓，曲线变化急剧，柴油机变化平缓，所以，柴油机的最高转速可以比汽油机更远离标定点。所以，柴油机的最高转速可以比汽油机更远离标定点。 汽油机的外特性汽油机的外特性比柴油机外特性的比柴油机外特性的动力适应性好，一动力适应性好，一般可以不需要改造般可以不需要改造外特性配备调速器。外特性配备调速器。而柴油机需要专门而柴油机需要专门设计的调速器在低设计的调速器在低于或高于标定转速于或高于标定转速时进行校正或调速，时进行校正或调速，使输出转矩增大或使输出转矩增大或避免超速。避免超速。3 3、

60、非电控柴油机扭矩特性的改善、非电控柴油机扭矩特性的改善 柴油机扭矩储备系数小的根本原因：柴油机扭矩储备系数小的根本原因：由于柱由于柱塞式高压油泵特性不适应充量系数的变化特性决塞式高压油泵特性不适应充量系数的变化特性决定的。当柴油机转速下降时，充量系数有一定幅定的。当柴油机转速下降时，充量系数有一定幅度的提高，但循环供油量反而有所下降。度的提高，但循环供油量反而有所下降。因此，因此，柴油机中都采用油量校正装置来改造外特性扭矩柴油机中都采用油量校正装置来改造外特性扭矩曲线。曲线。 油量校正装置的作用是：油量校正装置的作用是：当发动机在标定工当发动机在标定工况下工作时，如果转速因外界阻力矩不断增加而