汽车构造课件发动机性能发动机特性

1、第十二章第十二章 发动机性能发动机性能F 动力性动力性F 经济性经济性F 运转性运转性F 可靠耐久性可靠耐久性F 使用维修性使用维修性F 排放噪声性排放噪声性F 加工工艺性加工工艺性 第一节第一节 发动机理论循环发动机理论循环 混合加热循环混合加热循环（萨巴特循环）（萨巴特循环） 高速柴油机高速柴油机 等容加热循环等容加热循环 （奥托循环）（奥托循环） 汽油机汽油机 等压加热循环等压加热循环（笛塞尔循环）（笛塞尔循环） 高增压低速大型高增压低速大型 柴油机柴油机 第二节第二节 四行程发动机的实际循环四行程发动机的实际循环1、pV图上曲线所包围的图上曲线所包围的 面积表示工质完成一个实面积表示工

2、质完成一个实 际循环所做的有用功。际循环所做的有用功。2、p图为展开示功图，图为展开示功图， pV图它与均为研究实图它与均为研究实 际循环的重要依据际循环的重要依据 第三节第三节 实际循环的评定实际循环的评定指示指标指示指标是以工质在气缸内对活塞做功为基础得出，是以工质在气缸内对活塞做功为基础得出，用以评定实际循环的好坏。用以评定实际循环的好坏。一、指示指标定义：一、指示指标定义：二、考虑的损失：二、考虑的损失：F理论循环损失理论循环损失 F实际循环损失实际循环损失 是向冷源放热损失是向冷源放热损失工质比热容变化损失工质比热容变化损失换气损失换气损失燃烧损失燃烧损失传热损失传热损失时间损失时间

3、损失涡流、节流损失涡流、节流损失泄漏损失泄漏损失F动力性指标动力性指标 F经济性指标经济性指标 第四节第四节 发动机经济性和动力性评定发动机经济性和动力性评定有效指标有效指标是以曲轴对外输出的功率为基础得出，代是以曲轴对外输出的功率为基础得出，代表发动机的整机性能。表发动机的整机性能。一、有效指标定义：一、有效指标定义：二、考虑的损失：二、考虑的损失：F理论循环损失理论循环损失 F机械损失机械损失 发动机内部运动零件的磨损发动机内部运动零件的磨损F实际循环损失实际循环损失 驱动附属机构的损失驱动附属机构的损失 带动机械增压器的损失带动机械增压器的损失F动力性指标动力性指标 技术参量技术参量定定

4、 义义 公公 式式范范 围围 有效功率有效功率Pe KW经过一系列损失经过一系列损失后，最终由曲轴后，最终由曲轴输出的功率输出的功率汽油机汽油机柴油机柴油机小小客客载载货货汽汽车车增增压压平均有效压力平均有效压力pme Mpa单位气缸工作容单位气缸工作容积输出的有效功积输出的有效功0.71.30. 6 1.00.9 2.2有效扭矩有效扭矩Ttq N.m由功率输出由功率输出 轴轴输出的扭矩输出的扭矩 发动机转速发动机转速 n rpm表征发动机强化表征发动机强化程度程度n 103rpm5 83.6 4.52 51.5 4活塞平均速度活塞平均速度 Cm m/s12 1810 15915812mieP

5、PPinVPpseme30nPTetq955030SnCm技术参量技术参量定定 义义 公公 式式范范 围围 汽油机汽油机柴油机柴油机有效热效率有效热效率e0.25 0.30.3 0.45有效燃料消耗率有效燃料消耗率be g/KW.h单位有效功单位有效功的耗油量的耗油量270 325190 285注：注： 有效功有效功We有用功有用功Wi61106.3hbQWeee1000eePBbF经济性指标经济性指标 F强化指标强化指标 技术参量技术参量升功率升功率PL KW/L 比质量比质量 me Kg/KW强化系数强化系数 pm eCm Mpa.m/s定定 义义每升工作容积发出的有每升工作容积发出的有效

6、功率效功率单位有效功的耗单位有效功的耗油量油量意意 义义衡量发动机容积的利用衡量发动机容积的利用程度程度表征质量利用程表征质量利用程度和机构紧凑性度和机构紧凑性技术进步的一个技术进步的一个标志标志公公 式式范范 围围 汽油机汽油机30701.14.0817柴柴油油机机车用车用18302.59.0拖拉机拖拉机9155.516小高速小高速611重车用重车用91530npiVPPmeseLeePmm 第五节第五节 发动机的环境指标发动机的环境指标 排气品质排气品质COHCNOxSO2微粒微粒油雾油雾固体颗粒固体颗粒 碳烟（柴油机）碳烟（柴油机） 铅及铅化物铅及铅化物（含铅汽油）（含铅汽油）醛类醛类三

7、大排放污染物三大排放污染物有有害害成成分分有有害害成成分分CO2H2O（蒸汽）（蒸汽）O2（过剩）（过剩）N2我国于我国于2000年年7月月1日全面推广无铅汽油（日全面推广无铅汽油（Pb2.5mg/L） 第六节第六节 机械损失机械损失F机械效率机械效率m m 用以衡量实际循环指示功转变为对外输出用以衡量实际循环指示功转变为对外输出 功的有效程度。功的有效程度。F相关公式相关公式 技术参量技术参量公公 式式机械损失功率机械损失功率 Pm KW平均机损压力平均机损压力 pmm Mpa机械效率机械效率 m汽油机汽油机柴油机柴油机0.70.90.70.8530inVpPPPsmmeimmemimmpp

8、pmimmimmimeieiemppPPppPP11F机械损失分配机械损失分配 机械损失名称机械损失名称占占Pm的百分比（的百分比（%）占占Pi 的百分比（的百分比（%）摩擦损失摩擦损失活塞及活塞环活塞及活塞环45606275820连杆、曲轴轴承连杆、曲轴轴承1520配气机构配气机构23驱动各种附驱动各种附件损失件损失水泵水泵23102015风扇风扇68机油泵机油泵12电器设备电器设备12带动机械增压器损失带动机械增压器损失610泵气损失泵气损失102024总功率损失总功率损失1030F机械损失的测定机械损失的测定方方 法法应应 用用倒拖法倒拖法我国汽车发动机试验标准优选此法。我国汽车发动机试

9、验标准优选此法。灭缸法灭缸法（单缸熄火法）（单缸熄火法）（逐缸熄火法）（逐缸熄火法） 多缸非增压柴油机多缸非增压柴油机油耗线法油耗线法（负荷特性法）（负荷特性法）柴油机柴油机示功图法示功图法所有内燃机所有内燃机1、关于倒拖法关于倒拖法（1 1）发动机在给定工况下稳定运转，至冷却水和机油温度达到正常值；）发动机在给定工况下稳定运转，至冷却水和机油温度达到正常值；（2 2）立即切断供油（柴）或停止点火（汽）；）立即切断供油（柴）或停止点火（汽）；（3 3）同时将平衡式电力测功器转换为电动机；）同时将平衡式电力测功器转换为电动机；（4 4）以给定转速倒拖发动机，并尽可能维持冷却水和机油温度不变；）以

10、给定转速倒拖发动机，并尽可能维持冷却水和机油温度不变；（5 5）电力测功器所测得的倒拖功率为）电力测功器所测得的倒拖功率为 P Pm m拖拖（6 6）修正：）修正： P Pm m= = P Pm m拖拖 - -（0.140.140.350.35） 35. 014. 0分隔式、高涡流、高直喷式、低涡流、低2、关于示功图法关于示功图法（1 1）由示功器录取（）由示功器录取（P PV V）示功图，求得：）示功图，求得：3030)(1niWinVpPVWpabAAWismiisimiii（2 2）由测功器和转速计求得：）由测功器和转速计求得：RFTnTPtqtqe9550inVPpseme30（3 3

11、）memimmeimpppPPP（良好的试验设备可获得最可靠的测定结果）（良好的试验设备可获得最可靠的测定结果）F影响机械损失的因素影响机械损失的因素1 1、气缸直径和行程：、气缸直径和行程：DSDKPmm2 2、摩擦损失（、摩擦损失（70%70%）：）： 活塞组件：活塞组件： 活塞环、活塞裙部、活塞销活塞环、活塞裙部、活塞销 ； 曲轴组件：曲轴组件： 主轴颈与主轴承、连杆轴颈与轴承主轴颈与主轴承、连杆轴颈与轴承 ； 配气机构：配气机构： 气门机构、摇臂机构、凸轮组件气门机构、摇臂机构、凸轮组件 ；3 3、转速、转速 n n（或活塞平均速度（或活塞平均速度 C Cm m ）：）： 各摩擦副间相

12、对速度各摩擦副间相对速度 磨损磨损 ； 曲柄连杆机构惯性力曲柄连杆机构惯性力活塞侧压力和轴承负荷活塞侧压力和轴承负荷 磨损磨损 ； 泵气损失泵气损失 ； 驱动附件消耗的功驱动附件消耗的功 ；mmPnnCm或4 4、负荷：、负荷： 负荷负荷工质量工质量 Pi m 当当n一定时一定时 负荷负荷工质量工质量 Pi m 0 （空转时：（空转时： Pe=0 ， Pi= Pm即指即指 示功率全部用于克服机械损失功示功率全部用于克服机械损失功 率，无功率从曲轴端输出。）率，无功率从曲轴端输出。） 5 5、润滑油（全损耗系统用油）品质：、润滑油（全损耗系统用油）品质：6 6、冷却水温度、冷却水温度T TW W

13、 ： 影响因素影响因素 粘度粘度：（承载（承载磨损磨损） （承载（承载磨损磨损） 要求要求 随温度变化小。随温度变化小。 维护维护 保养机滤器、按时换油。保养机滤器、按时换油。 选择依据选择依据 可靠润滑且可靠润滑且 高高： 强化机、长期使用而轴承间隙大者、拖拉机发动机强化机、长期使用而轴承间隙大者、拖拉机发动机 低低 ： 转速高且配合间隙小、车用发动机转速高且配合间隙小、车用发动机 T TW W影响燃烧过程、影响燃烧过程、 传热损失和传热损失和。 T TW W = =（805 ） 或（或（8090） 第七节第七节 热平衡热平衡第第二二章章 发发动动机机的的换换气气过过程程普通汽油机普通汽油机

14、普通柴油机普通柴油机所用燃料及馏程所用燃料及馏程汽油，汽油，60200柴油，柴油，190350燃料挥发性燃料挥发性易挥发易挥发不易挥发不易挥发燃料进入缸内的方式燃料进入缸内的方式经化油器和进气管吸入经化油器和进气管吸入经油泵油嘴先缓后急喷入经油泵油嘴先缓后急喷入混合气形成部位混合气形成部位化油器（主要）化油器（主要）缸内缸内混合气制备状态混合气制备状态预混合预混合少量预混合，多数扩散混合少量预混合，多数扩散混合混合气形成品质混合气形成品质气相均质气相均质气液双相非均匀气液双相非均匀过量空气系数范围过量空气系数范围0.81.21.31.5（5.0）混合气或负荷调节方式混合气或负荷调节方式 量调节

15、（节气门）量调节（节气门）质调节（供油调节齿杆）质调节（供油调节齿杆）常用压缩比常用压缩比710（MAX13）1422（MAX25）25）着火方式着火方式外源点火外源点火压燃压燃燃烧方式燃烧方式近似定容燃烧近似定容燃烧近似定容近似定容-定压燃烧、定压燃烧定压燃烧、定压燃烧燃烧过程燃烧过程着火延迟期明显燃烧期后燃期着火延迟期明显燃烧期后燃期着火延迟期（滞燃期）速着火延迟期（滞燃期）速燃期（急燃期）缓燃期燃期（急燃期）缓燃期补燃期（后燃期）补燃期（后燃期）最高燃烧压力最高燃烧压力MPa3.06.54.59.0（15）普通柴油机与普通汽油机的混合气形成及燃烧过程的比较普通柴油机与普通汽油机的混合气形

16、成及燃烧过程的比较汽、柴油机混合气的形成和燃烧汽、柴油机混合气的形成和燃烧不正常现象不正常现象不正常燃烧：爆燃、表面点火不正常燃烧：爆燃、表面点火不正常喷射：二次喷射、滴不正常喷射：二次喷射、滴油、断续喷射、不规则喷射油、断续喷射、不规则喷射和隔次喷射、（穴蚀）和隔次喷射、（穴蚀）HC和和CO排放排放较多较多较少较少NOx排放排放较多较多较少较少微粒（微粒（PM）程度）程度少少多：白烟多：白烟-冷启动、惰转冷启动、惰转蓝（青）蓝（青） 烟烟-低速、低负荷低速、低负荷黑（碳）烟黑（碳）烟-有害排放（高温有害排放（高温缺氧）缺氧）醛类排放醛类排放有一定量有一定量很少很少燃烧噪声（燃烧噪声（P/）

17、较小较小较大较大普通柴油机与普通汽油机的混合气形成及燃烧过程的比较普通柴油机与普通汽油机的混合气形成及燃烧过程的比较第十三章第十三章 发动机的特性发动机的特性 第一节第一节 发动机工况发动机工况一、工况定义：一、工况定义：发动机工况是以其发出的功率发动机工况是以其发出的功率P Pe e和转速和转速n n来表示来表示 ： P Pe e =0.1047T =0.1047Ttqtqn n1010-3-3 KW KW二、稳定工作条件：二、稳定工作条件：当发动机发出的扭矩与工作机械当发动机发出的扭矩与工作机械消耗的扭矩相等（即消耗的扭矩相等（即T Ttqtq=T=TR R）时，）时，两者才能在一定转速下

18、按一定功两者才能在一定转速下按一定功率稳定工作。率稳定工作。三、使用条件及范围：三、使用条件及范围：四、发动机特性：四、发动机特性： 定定 义义发动机特性是指发动机性能（动力性、经济性、排放性、噪声、烟度等）发动机特性是指发动机性能（动力性、经济性、排放性、噪声、烟度等）指标随调整情况及运行工况而变化的关系。指标随调整情况及运行工况而变化的关系。 分分 类类类类 型型 定定 义义范范 围围调整特性调整特性发动机性能随调整情发动机性能随调整情况而变化的关系况而变化的关系柴油机供油提前角调整特性；汽油机点火柴油机供油提前角调整特性；汽油机点火提前角调整特性；化油器调整特性提前角调整特性；化油器调整

19、特性性能特性性能特性发动机性能随运行工发动机性能随运行工况而变化的关系况而变化的关系万有特性（负荷特性万有特性（负荷特性+速度特性）；烟度速度特性）；烟度特性；调速特性；排放特性；噪声特性特性；调速特性；排放特性；噪声特性 作作 用用根据特性曲线，可以合理选用发动机，并更有效地利用它。根据特性曲线，可以合理选用发动机，并更有效地利用它。主主 要要 性性 能能 指指 标标工工 作作 参参 数数动力性能动力性能Pe、Ttq 、 pme、经济性能经济性能be、B工作完善程度工作完善程度i、 m、 v、 第二节第二节 发动机台架试验发动机台架试验一、作一、作 用：用：发动机各项性能指标、参数及各类特性

20、曲线都是在发动机试验发动机各项性能指标、参数及各类特性曲线都是在发动机试验台架上按规定的试验方法进行测定的。台架上按规定的试验方法进行测定的。二、二、试试验验台台装装置：置：主要组成主要组成说说 明明 试验台架试验台架将待测发动机与测功器用联轴节连接，并固定于坚实、防振的水泥基础上。将待测发动机与测功器用联轴节连接，并固定于坚实、防振的水泥基础上。辅助装置辅助装置（1）可调水量冷却系统；（）可调水量冷却系统；（2）专用油量测量装置；（）专用油量测量装置；（3）通风装置；）通风装置；（4）消声地坑）消声地坑自动控制自动控制测试柜测试柜含各种测量仪器、含各种测量仪器、仪表及操纵台仪表及操纵台 发动

21、机试验台架布置原理图例发动机试验台架布置原理图例三、制动测功装置三、制动测功装置测功器测功器 作用：作用：（1）吸收试验发动机发出的功，改变其负荷及转速，模拟实际使）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；用的各种工况；（2）同时测定发动机输出扭矩：）同时测定发动机输出扭矩： 水力测功器水力测功器 平衡式直流电力测功器平衡式直流电力测功器 （可反拖发动机）（可反拖发动机） 电涡流测功器电涡流测功器 分类及原理：分类及原理：原原 理理发动机输出的机械能被水吸收变为热能发动机输出的机械能被水吸收变为热能或电能，并由测力机构测出扭矩。或电能，并由测力机构测出扭矩。 组成：

22、组成：制动器制动器 + 测力机构测力机构9550稳定工作nTPRFTTtqeRtq四、油耗率的测量四、油耗率的测量F容积法容积法F质量法质量法 容积法的测量步骤容积法的测量步骤打开油箱开关，三通阀处于位置打开油箱开关，三通阀处于位置A；测量前将三通阀旋至测量前将三通阀旋至B，油箱同时，油箱同时向发动机和量瓶供油，直到量瓶油面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，将三通阀高于选定圆球容积的刻线，将三通阀置于置于A等待测量；等待测量；测量时，将三通阀旋至测量时，将三通阀旋至C，发动机，发动机直接由量瓶供油，量瓶油面下降，纪直接由量瓶供油，量瓶油面下降，纪录燃油流过圆球上下刻线间容

23、积录燃油流过圆球上下刻线间容积VT所用的时间所用的时间t，同时测量功率。，同时测量功率。五、台架试验综述五、台架试验综述一、概一、概 述述 为了避免引起争论和混乱，使试验得到的结果具有可为了避免引起争论和混乱，使试验得到的结果具有可比性，就必须规定统一的试验标准（包括：试验条件、比性，就必须规定统一的试验标准（包括：试验条件、试验方法、使用仪表、试验环境等）。试验方法、使用仪表、试验环境等）。二、功率标定二、功率标定 制造厂根据发动机的使用特点，考虑其可靠性和寿命，制造厂根据发动机的使用特点，考虑其可靠性和寿命，标出相应的功率和转速（即标定工况）。标出相应的功率和转速（即标定工况）。F定义：定

24、义： 三、标定功率（额定功率）（最大使用功率）三、标定功率（额定功率）（最大使用功率）根据发动机具体用途，在规定的额定（标定）转速下所规定的根据发动机具体用途，在规定的额定（标定）转速下所规定的功率，它标在发动机铭牌上，是使用中的最大使用功率。功率，它标在发动机铭牌上，是使用中的最大使用功率。F注：注： 额定功率不是发动机所能发出的最大功率。额定功率不是发动机所能发出的最大功率。 标定功率全部落在外特性线上。任意一个转速根据标定功率全部落在外特性线上。任意一个转速根据 需要都可规定为标定转速需要都可规定为标定转速 对应一个标定功率。对应一个标定功率。类类 型型定定 义义应应 用用间歇功率间歇功

25、率15min功率功率发动机允许连续运转发动机允许连续运转15min的最大有效功率的最大有效功率汽车、摩托车、摩托汽车、摩托车、摩托艇艇1h功率功率发动机允许连续运转发动机允许连续运转1h 的最的最大有效功率大有效功率运输用拖拉机、工程运输用拖拉机、工程机械、船舶机械、船舶12h功率功率发动机允许连续运转发动机允许连续运转12h 的的最大有效功率最大有效功率耕作用拖拉机、农业耕作用拖拉机、农业排灌、电站排灌、电站持续功率持续功率持续功率持续功率发动机允许长时间连续运转发动机允许长时间连续运转的最大有效功率的最大有效功率农业排灌、电站、农业排灌、电站、船舶、铁路牵引车船舶、铁路牵引车F分类及应用分

26、类及应用F大气状况：大气状况： 四、关于大气修正四、关于大气修正发动机运行地点的环境大气压力、大气温度和相对湿度。发动机运行地点的环境大气压力、大气温度和相对湿度。F大气修正：大气修正： 定义定义：把不同大气状况下试验所得的结果换算成标准大气把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参数。状况下的参数。 目的目的：消除大气状况对发动机性能参数评价的影响；使功消除大气状况对发动机性能参数评价的影响；使功率标定不至于混乱，产品质量有统一检验标准，同率标定不至于混乱，产品质量有统一检验标准，同时也便于比较和选用发动机。时也便于比较和选用发动机。F标准环境状况：标准环境状况： 标标 准准 号

27、号标标 况况 参参 量量 值值应应 用用GB 1105. 187大气压大气压p0=100kpa=0.1Mpa往复活塞式柴油机往复活塞式柴油机和汽油机和汽油机相对湿度相对湿度0 =30%环境温度环境温度T0 =298K=25JB374384环境温度环境温度T0 =298K=25车用发动机车用发动机进气总压进气总压p0 =100kpa进气干空气压进气干空气压P干干=99kpa水蒸气分压水蒸气分压P水水=1kpaF有效功率及燃油有效功率及燃油 消耗率校正：消耗率校正： 第三节第三节 发动机的负荷特性发动机的负荷特性评定经济性评定经济性一、定义：一、定义：负荷特性是指发动机转速不变，其经济性负荷特性是

28、指发动机转速不变，其经济性（或其它性能）指标随负荷变化的关系。（或其它性能）指标随负荷变化的关系。二、注释：二、注释：（1 1）负荷可理解为阻力矩的大小，它在数值上应与发动机扭矩、）负荷可理解为阻力矩的大小，它在数值上应与发动机扭矩、 功率有关：功率有关：（2 2）当汽车以一定的速度沿阻力变化的道路行驶，在不换档的情）当汽车以一定的速度沿阻力变化的道路行驶，在不换档的情 况下必须改变油门（或节气门）来调整有效扭矩，以适应外况下必须改变油门（或节气门）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。界阻力矩的变化，保持发动机转速不变。三、关于汽、柴油机负荷特性：三、关于汽、柴油机负

29、荷特性：汽油机负荷特性汽油机负荷特性柴油机负荷特性柴油机负荷特性定定 义义当汽油机保持某一转速不变当汽油机保持某一转速不变, 而而逐渐改变节气门开度逐渐改变节气门开度, B和和be随随Pe或或Ttq或或pme变化的关系变化的关系.当柴油机保持某一转速不变当柴油机保持某一转速不变, 而而移动喷油泵齿条或拉杆位置移动喷油泵齿条或拉杆位置, 以以改变每循环供油量改变每循环供油量b , B和和be 随随Pe或或Ttq或或pme 变化的关系变化的关系负荷调节负荷调节的实现的实现靠改变节气门开度来直接改变靠改变节气门开度来直接改变进入气缸的混合气量进入气缸的混合气量, 变化不变化不大大“量调节量调节”靠改

30、变供油齿条或拉杆来改变靠改变供油齿条或拉杆来改变循环供油量循环供油量b(空气量变化不空气量变化不大大), 因此也改变了缸内的混合气因此也改变了缸内的混合气浓度浓度 “质调节质调节”负荷特性负荷特性试验准备试验准备将化油器将化油器, 点火提前角调整好点火提前角调整好; 测取时按规定保持冷却水和润测取时按规定保持冷却水和润滑油温度在最佳状态滑油温度在最佳状态.将供油提前角调整好将供油提前角调整好; 测取时按测取时按规定保持冷却水和润滑油温度规定保持冷却水和润滑油温度在最佳状态在最佳状态.负荷特性负荷特性试验原理试验原理四、负荷特性的意义：四、负荷特性的意义：它可用以评价发动机的经济性，在性能调试过

31、程中（如：选择气道、它可用以评价发动机的经济性，在性能调试过程中（如：选择气道、燃烧室结构、调整燃油喷射系统等）常用它作为比较的标准。燃烧室结构、调整燃油喷射系统等）常用它作为比较的标准。、结论（车用发动机）：、结论（车用发动机）： 同一转速下的最低耗油率同一转速下的最低耗油率b beminemin愈愈 小，曲线变化愈平坦，则经济性小，曲线变化愈平坦，则经济性 就愈好；就愈好； be be随负荷的增加而降低，在负荷随负荷的增加而降低，在负荷 约为约为80%80%时时bebe达到最小，随后又达到最小，随后又 增加；在低负荷区曲线变化得增加；在低负荷区曲线变化得 更快些。更快些。 汽油机负荷特性曲线变化比柴油汽油机负荷特性曲线变化比柴油 机的陡，故柴油机的经济性比汽机的陡，故柴油机的经济性比汽 油机好。油机好。柴油机负荷特性图柴油机负荷特性图 第四节第四节 发动机的速度特性发动机的速度特性一、定义：一、定义：速度特性是指发动机油门踏板，其性能指标速度特性是指发动