第七章发动机的特性

1、第七章 发动机的特性运行运行特性：发动机的性能指标随特性：发动机的性能指标随工况参数工况参数 的变化规律；的变化规律；调整调整特性：发动机的性能指标随特性：发动机的性能指标随调整参数调整参数 的变化规律。的变化规律。 发动机的特性：在一定条件下，发动机发动机的特性：在一定条件下，发动机性能指标性能指标或或特性参数特性参数随各种可变因素的随各种可变因素的变化规律。变化规律。主要内容主要内容 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 发动机的转矩适应性发动机的转矩适应性 第五节第五节

2、 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特性曲线特性曲线分析分析1 1发动机的工况分类发动机的工况分类（1 1）第一类工况）第一类工况特点：发动机的功率变化时，特点：发动机的功率变化时，转速几乎保持不变转速几乎保持不变。（固定式发动机工况）（固定式发动机工况）实例实例1：发电用发动机：发电用发动机 实例实例2：灌溉用发动机：灌溉用发动机 该工况的变化反映在工该工况的变化反映在工况图上就是一条垂线，所以况图上就是一条垂线，所以也称此工况为也称此工况为线工况线工况。 该工况的变化反映在工该工况的变化反映在工况图上就是一个点，所以也况图上就是一个点，

3、所以也称此工况为称此工况为点工况点工况。 第一节第一节 发动机的特性概述发动机的特性概述一、发动机的工况一、发动机的工况Def：发动机实际运行时的工作状况。：发动机实际运行时的工作状况。 9550nTPtqe发动机的工况可以由发动机的工况可以由 和和 来表示来表示ePn（2 2）第二类工况）第二类工况 （发动机的螺旋桨工况）（发动机的螺旋桨工况） 特点：发动机的功率与转速之间接近于特点：发动机的功率与转速之间接近于 幂函数幂函数关系。关系。实例：驱动船舶螺旋桨实例：驱动船舶螺旋桨 的船用主机的船用主机 该工况的变化反映该工况的变化反映在工况图上就是曲线在工况图上就是曲线。（3 3）第三类工况）

4、第三类工况 （面工况）（面工况） 实例：车用发动机实例：车用发动机 特点：发动机的功率与转速特点：发动机的功率与转速 都在很大范围内变化。都在很大范围内变化。2 2车用发动机的工况范围车用发动机的工况范围（1 1）上边界线）上边界线a 发动机油量控制机构处于发动机油量控制机构处于最大位置时，不同转速下发最大位置时，不同转速下发动机所能发出的最大功率。动机所能发出的最大功率。A点为最大功率的标定点。点为最大功率的标定点。 发动机最高转速发动机最高转速 限限制线。制线。maxn（2 2）右边界线）右边界线b b2 2车用发动机的工况范围车用发动机的工况范围（3 3）左边界线）左边界线c c发动机最

5、低稳定发动机最低稳定工作转速工作转速 限制线。限制线。 minn（4 4）横坐标轴上的曲线）横坐标轴上的曲线d d各个油门位置下的各个油门位置下的空转速度线。空转速度线。miPP 此时此时 。（5 5）曲线）曲线e e 处于功率的负半轴，它是处于功率的负半轴，它是发动机熄火后，外力倒拖时的发动机熄火后，外力倒拖时的工况线。此时，倒拖功率与发工况线。此时，倒拖功率与发动机熄火后空转的机械损失功动机熄火后空转的机械损失功率相等。率相等。二、发动机的功率标定二、发动机的功率标定 发动机的功率标定，是指制造企业根据发发动机的功率标定，是指制造企业根据发动机的用途、寿命、可靠性、维修与使用条件动机的用途

6、、寿命、可靠性、维修与使用条件等要求，人为地规定该产品在等要求，人为地规定该产品在标准大气条件标准大气条件下下所输出的所输出的有效功率有效功率以及所以及所对应转速对应转速，即，即标定功标定功率率与与标定转速标定转速。 我国发动机的功率标定分为我国发动机的功率标定分为4个等级：个等级：15分钟功率分钟功率 、1小时功率小时功率 、12小时功率、持续功率。小时功率、持续功率。 u定义：发动机允许连续运转定义：发动机允许连续运转15分钟分钟的最大有效功率。的最大有效功率。（1）15分钟功率分钟功率u应用：适用于需要较大功率储备或瞬时发出最大功率应用：适用于需要较大功率储备或瞬时发出最大功率的轿车、中

7、小型载货汽车、军用车辆、快艇等用途的发的轿车、中小型载货汽车、军用车辆、快艇等用途的发动机。动机。u定义：发动机允许连续运转定义：发动机允许连续运转1小时小时的最大有效功率。的最大有效功率。（2）1小时功率小时功率u应用：适用于需要一定功率储备以克服突增负荷的工程应用：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。机械、船舶主机、大型载货汽车和机车等用途的发动机。u定义：发动机允许连续运转定义：发动机允许连续运转12小时小时的最大有效功率。的最大有效功率。（3）12小时功率小时功率u应用：适用于需要在较长时间内连续运转而又要充分应用：适用于需要在较

8、长时间内连续运转而又要充分发挥功率的拖拉机、移动式发电机组、铁道牵引等用途发挥功率的拖拉机、移动式发电机组、铁道牵引等用途的发动机。的发动机。u定义：发动机允许定义：发动机允许长期连续运转长期连续运转的最大有效功率。的最大有效功率。（4）持续功率）持续功率u应用：适用于需要长期连续运转的固定动力、排灌、电应用：适用于需要长期连续运转的固定动力、排灌、电站、船舶等用途的发动机。站、船舶等用途的发动机。三、发动机特性参数分析式 nKPmitace1有效功率有效功率mitactqKT2有效输出转矩有效输出转矩miteKb13有效燃油消耗率有效燃油消耗率nKBac4每小时耗油量每小时耗油量回忆回忆各变

9、量各变量1/QWiit：）（it1：）（m2imiemPPPP1过量空气系数过量空气系数a）（3 Def：发动机工作过程中，燃烧：发动机工作过程中，燃烧1kg燃油实际燃油实际供给的空气量与理论空气量之比。供给的空气量与理论空气量之比。充量系数充量系数c）（4 Def：实际进入气缸的：实际进入气缸的与与 进气状态进气状态下下 充满气缸工作容积的充满气缸工作容积的的比值。的比值。sscVVmm11第二节第二节 发动机的负荷特性发动机的负荷特性l用曲线的形式表示负荷特性用曲线的形式表示负荷特性l 发动机的负荷特性发动机的负荷特性：转速不变时，发动机的性能：转速不变时，发动机的性能指标随负荷变化而变化

10、的关系。指标随负荷变化而变化的关系。ePtqTmep横坐标：横坐标：纵坐标：纵坐标： l负荷特性的测取负荷特性的测取：发动机台架试验发动机台架试验 Bebrtm负荷特性曲线负荷特性曲线一、柴油机的负荷特性一、柴油机的负荷特性u Def：当柴油机保持某一转速不变，移动喷油泵当柴油机保持某一转速不变，移动喷油泵齿条或拉杆位置，改变每循环供油量，齿条或拉杆位置，改变每循环供油量，B、be等随等随Pe（或（或Ttq、pme）变化而变化的关系。）变化而变化的关系。 u 柴油机的负荷调节方式是柴油机的负荷调节方式是“质调节质调节”。 负荷负荷Pec基本不变基本不变a图图7-3柴油机各种参数和指标的负荷特性

11、曲线柴油机各种参数和指标的负荷特性曲线 柴油机负荷特性曲线分析柴油机负荷特性曲线分析1 曲线曲线ebmiteKb13eb 的变化主要取决于的变化主要取决于 和和 的变化。的变化。itmit）（ 1it 变化变化： 随负荷的增加，先有一缓慢的增加，当到达一随负荷的增加，先有一缓慢的增加，当到达一定值后，就开始缓慢下降，在某一负荷处开始急剧下降。定值后，就开始缓慢下降，在某一负荷处开始急剧下降。 原因原因：随负荷：随负荷 增加，增加， 基本不变，基本不变， 逐渐减小，混合逐渐减小，混合气逐渐变浓。随着混合气浓度的变化，气逐渐变浓。随着混合气浓度的变化， 略有上升趋势，当略有上升趋势，当混合气浓度为

12、最佳时，混合气浓度为最佳时， 达最大值；此后，混合气浓度逐渐达最大值；此后，混合气浓度逐渐过大，过大， 缓慢下降；当混合气浓度增大到一定程度时，使缓慢下降；当混合气浓度增大到一定程度时，使得不完全燃烧加剧，得不完全燃烧加剧， 急剧下降。急剧下降。ePcaititititm）（2m变化变化： 随负荷的增加而增加。随负荷的增加而增加。 原因原因：当：当 一定时，一定时， 变化不大，变化不大， 随混随混合气浓度的增大而增大。根据合气浓度的增大而增大。根据 定义式得结论。定义式得结论。nmPiPmimiemPPPP1eb）（3当柴油机空转时，当柴油机空转时，miPP 0eP0m eb所以所以 为无穷大

13、。为无穷大。当负荷当负荷 增加时，增加时， ePit 先增加后减小，先增加后减小，m 增加，增加， eb所以所以 先减小后增大，先减小后增大， 当当 的值最大时，的值最大时，itmmineebb 当当 增加到一定程度，增加到一定程度， 急剧上升，此时混合气过急剧上升，此时混合气过浓，空气相对不足，燃料无法完全燃烧，柴油机冒黑烟，浓，空气相对不足，燃料无法完全燃烧，柴油机冒黑烟，积炭严重，发动机过热。积炭严重，发动机过热。ePeb柴油机排气的柴油机排气的“冒烟界限冒烟界限”。 2 曲线曲线BnKPbBacee4在在 一定的条件下，一定的条件下， 的变化取决于的变化取决于 和和 的大小。的大小。c

14、aBn随着负荷的增加随着负荷的增加c基本不变基本不变a逐渐减小逐渐减小B增加增加二、汽油机的负荷特性二、汽油机的负荷特性u Def：当汽油机的转速保持不变，逐渐改变节气：当汽油机的转速保持不变，逐渐改变节气门开度，改变每循环供油量，门开度，改变每循环供油量，B、be等随等随Pe（或（或Ttq、pme）变化而变化的关系。）变化而变化的关系。 u 汽油机的负荷调节方式是汽油机的负荷调节方式是“量调节量调节”。 节气门开度节气门开度ca变化不大变化不大图图7-4汽油机的各种参数和指标的负荷特性曲线汽油机的各种参数和指标的负荷特性曲线 汽油机负荷特性曲线分析汽油机负荷特性曲线分析1 曲线曲线ebmit

15、eKb13eb 的变化主要取决于的变化主要取决于 和和 的变化。的变化。itmit）（ 1it 变化变化： 随负荷的增加，先缓慢增加，然后略有下降。随负荷的增加，先缓慢增加，然后略有下降。 原因原因：随着节气门开度的增大，气缸内残余废气量相对随着节气门开度的增大，气缸内残余废气量相对减少，残余废气系数减小，可燃混合气燃烧速度增加，且热减少，残余废气系数减小，可燃混合气燃烧速度增加，且热损失减少，这些都使得损失减少，这些都使得 增加。大负荷和全负荷工况时，增加。大负荷和全负荷工况时，混合气过浓，燃料不完全燃烧加剧，混合气过浓，燃料不完全燃烧加剧， 略有下降。略有下降。ititm）（2m变化变化：

16、 随负荷的增加而增加。随负荷的增加而增加。 原因原因：当：当 一定时，一定时， 变化不大，变化不大， 随节气随节气门开度的增大而增大。根据门开度的增大而增大。根据 的定义式得结论。的定义式得结论。nmPiPmimiemPPPP1eb）（3当汽油机空转时，当汽油机空转时，miPP 0eP0m eb所以所以 为无穷大。为无穷大。当负荷当负荷 增加时，增加时， ePit 先缓慢增加，然后略有下降，先缓慢增加，然后略有下降，m 而而 增加，增加， eb所以所以 急剧下降。急剧下降。当当Pe增加到一定程度，大负荷工况下需要浓混合气，增加到一定程度，大负荷工况下需要浓混合气，不完全燃烧加剧，不完全燃烧加剧

17、， 开始上升。开始上升。eb2 曲线曲线BnKPbBacee4在在 一定的条件下，一定的条件下， 的变化取决于的变化取决于 和和 的大小。的大小。caBn随着负荷随着负荷ca变化不大变化不大B增加增加三、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1柴油机和汽油机负荷特性的差异柴油机和汽油机负荷特性的差异汽油机的汽油机的b be e普遍较高，且普遍较高，且在从空负荷向中、小负荷在从空负荷向中、小负荷过渡时，过渡时，b be e下降缓慢，仍下降缓慢，仍维持在较高水平，燃油经维持在较高水平，燃油经济性明显较差。济性明显较差。汽油机的汽油机的tr普遍较高，普遍较高，且与负荷关

18、系较小。且与负荷关系较小。汽油机的汽油机的B曲线弯曲度较曲线弯曲度较大，而柴油机的大，而柴油机的B曲线在曲线在中小负荷段的线性较好。中小负荷段的线性较好。2 2柴油机和汽油机负荷特性差异的分析柴油机和汽油机负荷特性差异的分析（1 1）汽油机和柴油机的）汽油机和柴油机的 变化情况基本相似，变化情况基本相似，造成两者造成两者 差异的主要原因显然是差异的主要原因显然是 的不同。的不同。mebit由于柴油机的压缩比要比汽油机的压缩比大很多，并由于柴油机的压缩比要比汽油机的压缩比大很多，并且其且其 也比汽油机大，燃料大部分是在空气过量的情也比汽油机大，燃料大部分是在空气过量的情况下进行的，所以况下进行的

19、，所以柴油机的柴油机的 要比汽油机的高要比汽油机的高。这样，。这样，从数值上来看，汽油机的从数值上来看，汽油机的 高于柴油机。高于柴油机。 aiteb从从 曲线的变化趋势来看，由于柴油机的负荷调曲线的变化趋势来看，由于柴油机的负荷调节方式是节方式是“质调节质调节”，所以，所以 随负荷的增加是逐渐随负荷的增加是逐渐降低的；而汽油机的负荷调节方式是降低的；而汽油机的负荷调节方式是“量调节量调节”，所，所以以 随负荷的增加是逐渐增大。这样就使得汽油机的随负荷的增加是逐渐增大。这样就使得汽油机的在中、小负荷区在中、小负荷区 远高于柴油机。远高于柴油机。 itebitit（2）汽油机的）汽油机的tr普遍

20、高于柴油机原因普遍高于柴油机原因 汽油机的汽油机的压缩比压缩比低于柴油机，因此相应低于柴油机，因此相应的膨胀比也低，并且汽油机的混合气较浓，的膨胀比也低，并且汽油机的混合气较浓，所以其所以其t tr r 就要比柴油机高。就要比柴油机高。第三节第三节 发动机的速度特性发动机的速度特性l用曲线的形式表示速度特性用曲线的形式表示速度特性l 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保持发动机在油量调节机构保持不变的情况下，主要性能指标随发动机转速的变化不变的情况下，主要性能指标随发动机转速的变化规律。规律。 n横坐标：横坐标：纵坐标：纵坐标： eb速度特性曲线速度特性曲线ePtqT全负荷

21、速度特性：全负荷速度特性：当油量调节机构处于最大位当油量调节机构处于最大位置时，测得的速度特性。置时，测得的速度特性。部分负荷速度特性：部分负荷速度特性：油量低于最大位置时的速油量低于最大位置时的速度特性。度特性。 又称外特性又称外特性 由于外特性上反映了发动机所能达到的最高性由于外特性上反映了发动机所能达到的最高性能，确定了最大功率、最大转矩以及所对应的转速，能，确定了最大功率、最大转矩以及所对应的转速，因而十分重要，所有发动机出厂时都必须提供该特因而十分重要，所有发动机出厂时都必须提供该特性。性。注意：注意：根据试验条件的不同，外特性主要有两种形式：根据试验条件的不同，外特性主要有两种形式

22、： 1) 试验时发动机试验时发动机带全部附件带全部附件，所输出的校正有效，所输出的校正有效功率称为净功率，其特性为使用外特性。功率称为净功率，其特性为使用外特性。2) 试验时发动机试验时发动机仅带维持运转所必须的附件仅带维持运转所必须的附件，所输，所输出的校正有效功率称为总功率，其特性为外特性。出的校正有效功率称为总功率，其特性为外特性。 l速度特性测取：速度特性测取：发动机台架试验发动机台架试验。一、柴油机的速度特性一、柴油机的速度特性 喷油泵的喷油泵的油量调节机构油量调节机构（齿条或拉杆）（齿条或拉杆）位位置固定置固定，柴油机的，柴油机的 、 、 以及以及 等性等性能指标随能指标随 变化而

23、变化的关系。变化而变化的关系。ePtqTebBn柴油机在全、中、小柴油机在全、中、小3种负荷时的速度特性曲线种负荷时的速度特性曲线 1. 曲线曲线tqTmitactqKT2mittqbKT2 由于柴油机采用由于柴油机采用“质调节质调节”，所以在油，所以在油量调节机构一定的情况下，各种转速下转矩量调节机构一定的情况下，各种转速下转矩的大小主要取决于每循环供油量的大小主要取决于每循环供油量 的大小。的大小。b（1）b随发动机随发动机n增加而增加增加而增加。b（2）it 呈上凸形，在某一中间转速，出现最大值呈上凸形，在某一中间转速，出现最大值。转速较高时，转速较高时， 增加，混合气过浓，不完全燃烧加

24、增加，混合气过浓，不完全燃烧加剧，剧， 下降；转速过低时，缸内气流弱，燃烧不良，下降；转速过低时，缸内气流弱，燃烧不良，燃气与缸壁接触时间加长，传热损失增大，所以燃气与缸壁接触时间加长，传热损失增大，所以 也下降。也下降。itbitit（3）m随发动机随发动机n增加而下降增加而下降。m综上所述：综上所述：u在较低转速范围内在较低转速范围内，随，随 的增加，由于的增加，由于 和和 的增加超过的增加超过 下降的影响，从而使下降的影响，从而使 增加；增加；u在较高转速范围内在较高转速范围内，随，随 的增加，的增加， 和和 的下降超过的下降超过 增加的影响，使增加的影响，使 有所下降。有所下降。nnb

25、bititmmtqTtqTu但总体来说，但总体来说， 的变化还是比较平坦。的变化还是比较平坦。 tqT2. 曲线曲线eP结论：结论： 随随n的增加，的增加，Pe迅速上升；迅速上升； 在在Ttqn达最大值时，达最大值时，PePemax； 随后由于补燃严重，随后由于补燃严重， Pe开始下降。开始下降。9550nTPtqe 的变化取决于的变化取决于 和和 的变化，而的变化，而 曲曲线变化平坦，所以线变化平坦，所以 几乎和几乎和 成正比增加。成正比增加。ePtqTnntqTeP3 曲线曲线ebmiteKb13eb 的变化主要取决于的变化主要取决于 和和 的变化。的变化。itm 由于由于 随随 的增加先

26、缓慢增加，然后再缓的增加先缓慢增加，然后再缓慢下降；而慢下降；而 随随 的增加而下降。所以的增加而下降。所以 曲曲线在某一转速处达最低线在某一转速处达最低 ，低速和高速，低速和高速时相对而言较高。时相对而言较高。itmnnebmineebb二、汽油机的速度特性二、汽油机的速度特性Def：节气门开度一定时节气门开度一定时，汽油机汽油机 的的 、 、以及以及 等性能指标随等性能指标随 变化而变化的关系。变化而变化的关系。ePtqTebBn速度特性曲线分析：自学速度特性曲线分析：自学三、柴油机和汽油机的速度特性对比三、柴油机和汽油机的速度特性对比第四节第四节 发动机的转矩适应性发动机的转矩适应性 汽

27、车行驶中经常会遇到阻力突然增大的汽车行驶中经常会遇到阻力突然增大的情况，为减少换档次数，情况，为减少换档次数，要求要求。 为表明汽车在不换档的情况下的转矩自为表明汽车在不换档的情况下的转矩自动适应道路阻力变化的能力，引入动适应道路阻力变化的能力，引入适应性系适应性系数数和和转矩储备系数转矩储备系数。（1）转矩适应性系数）转矩适应性系数 KT1适应性系数适应性系数（2）转速适应性系数）转速适应性系数 KntqntqTTTKmaxmnnnnK2转矩储备系数转矩储备系数1maxTtqntqntqKTTT外特性上最大转矩外特性上最大转矩标定转矩标定转矩标定转速标定转速外特性上最大转矩对外特性上最大转矩对应的转速应的转速 转矩适应性系数转矩适应性系数KT 和转矩储备系数和转矩储备系数 值值越大越大，表明随着，表明随着n的降低，的降低，Ttq增加较快，在不增加较快，在不换档的情况下，爬坡能力、克服短期超载换档的情况下，爬坡能力、克服短期超载能力能力越强越强。 转速适应性系数转速适应性