第八章内燃机的特性与匹配

1、123主要内容主要内容n第一节第一节 内燃机的工况内燃机的工况 n第二节第二节 内燃机的负荷特性内燃机的负荷特性 n第三节第三节 内燃机的速度特性内燃机的速度特性n第四节第四节 内燃机的万有特性内燃机的万有特性n第五节第五节 内燃机的功率标定及大气修正内燃机的功率标定及大气修正n第六节第六节 内燃机与工作机械的匹配内燃机与工作机械的匹配4第一节第一节 内燃机的工况内燃机的工况内燃机工况就是指内燃机实际运行的工作状况。内燃机工况就是指内燃机实际运行的工作状况。工况的定义工况的定义表示工作频率的转速表示工作频率的转速n表示工作负荷的转矩表示工作负荷的转矩Ttq、功率、功率Pe，与与pme成正比成正

2、比etqm ePTnpn一、发动机工况一、发动机工况：()9550tqeTnPkw三个参数中，只有两个独立变量，即用发出的三个参数中，只有两个独立变量，即用发出的功率功率Pe和转速和转速n来表示或来表示或转矩转矩Ttq与转速与转速n 或pme 与转速n来表征内燃机稳定运行工况。来表征内燃机稳定运行工况。5第一节第一节 内燃机的工况内燃机的工况minmaxnnnminnn二、内燃机的工作区域二、内燃机的工作区域：1.转速范围限制转速范围限制maxnn6第一节第一节 内燃机的工况内燃机的工况二、内燃机的工作区域二、内燃机的工作区域：2.负荷限制负荷限制 。（外特性功率线）外特性功率线）7第一节第一

3、节 内燃机的工况内燃机的工况三、三、：1、点工况：、点工况：运行过程中，运行过程中，转速和负荷转速和负荷保持不变。保持不变。如排灌所用的水泵的动力8第一节第一节 内燃机的工况内燃机的工况三、三、：2、线工况：、线工况：固定式工况固定式工况（线（线1）螺旋桨工况螺旋桨工况（线（线2）9第一节第一节 内燃机的工况内燃机的工况三、三、：2、线工况：、线工况：固定式工况固定式工况（线（线1）10第一节第一节 内燃机的工况内燃机的工况三、三、：2、线工况：、线工况：螺旋桨工况螺旋桨工况（线（线2）3nPe 11第一节第一节 内燃机的工况内燃机的工况三、三、：3、面工况：、面工况：12第一节第一节 内燃机

4、的工况内燃机的工况四、四、：内燃机性能参数随工况变化的规律，用曲线表示为内燃内燃机性能参数随工况变化的规律，用曲线表示为内燃机特性，简称特性。机特性，简称特性。 13第一节第一节 内燃机的工况内燃机的工况四、四、：性能特性性能特性(或使用特性或使用特性)性能指标随性能指标随调整情况调整情况而变化的关系称为调整特性。而变化的关系称为调整特性。性能指标随性能指标随运行工况运行工况变化的特性。变化的特性。如：柴油机供油提前角调整特性如：柴油机供油提前角调整特性 汽油机点火提前角调整特性汽油机点火提前角调整特性（负荷特性、速度特性、调速特性、万有特性、烟度特性、排放特性等。）（负荷特性、速度特性、调速

5、特性、万有特性、烟度特性、排放特性等。）14n定义n测试方法n作用n柴油机的负荷特性n汽油机的负荷特性15当当转速不变转速不变时，内燃机的性能时，内燃机的性能指标指标随负荷而变化随负荷而变化的关系。的关系。(),()erebef PTf P驱动发电机、压缩机、风机、水泵等动力装置的内燃机，就是按负荷特性运行的。16 负荷特性曲线是在发动机试验台架上测取的。试验时，调整测功器负荷的大小，并相应调整油量调节机构位置（油门、节气门)与测功器负荷相适应，保持发动机的转速不变，待工况稳定后，依次记录不同负荷下的有关数据，并整理得到性能曲线。 17发动机台架试验发动机台架试验基本组成、基本组成、装配关系、

6、装配关系、固定、支承固定、支承1.试验台装置试验台装置:182.制动测功装置制动测功装置测功器测功器1.水力测功器水力测功器2.平衡式电力测功器平衡式电力测功器3.电涡流测功器电涡流测功器发动机台架试验发动机台架试验19容积法容积法充油发动机台架试验发动机台架试验3、耗油率的测量、耗油率的测量20容积法容积法发动机台架试验发动机台架试验3、耗油率的测量、耗油率的测量测量21容积法容积法发动机台架试验发动机台架试验3、耗油率的测量、耗油率的测量测量消耗容积v的燃油所用时间t22 燃油消耗量按下式计算式中 V球泡容积（mL）； Pe 发动机有效功率（kW）; f 燃油密度（g/mL）； t消耗容积

7、V的燃油所用时间（s）。tvBf6 . 31000eePBb小时耗油量耗油率23质量法质量法发动机台架试验发动机台架试验3、耗油率的测量、耗油率的测量油箱供油油箱供油24质量法质量法发动机台架试验发动机台架试验3、耗油率的测量、耗油率的测量 充油充油25质量法质量法发动机台架试验发动机台架试验3、耗油率的测量、耗油率的测量测量测量26燃油消耗量按下式计算式中 t消耗m（g）燃油所需时间（s）；Pe消耗m（g）燃油时测量的有效功率（kW）；B小时耗油量（kg/h）；be有效燃油消耗率g/（kWh）。tmB6 . 31000eePBb27由了负荷特性可以直观地显示发动机在不同负荷下运转的经济性以及

8、排温等参数，且比较容易测定，因而在内燃机的调试过程中，经常用来作为性能比较的依据。由于每一 条负荷特性仅对应内燃机的一种转速，为了满足实际应用的要求，需要侧出不同转速下的多个负荷特性曲线。同时，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万有特性。 28确定内燃机最佳负荷范围（确定内燃机最佳负荷范围（Pe大，大，be小）小）利用负荷特性评价内燃机的燃油经济性利用负荷特性评价内燃机的燃油经济性在负荷特性曲线图上，在负荷特性曲线图上，最低燃油消耗率越小最低燃油消耗率越小，内燃机的经济性越好；，内燃机的经济性越好；燃油消耗率曲线燃油消耗率曲线变化越平坦变化越平坦，表示在宽广的负荷范围内，能保

9、持较好的，表示在宽广的负荷范围内，能保持较好的燃油经济性，这对于负荷变化大的内燃机来说十分重要。燃油经济性，这对于负荷变化大的内燃机来说十分重要。此外，无论是汽油机还是柴油机，都是在此外，无论是汽油机还是柴油机，都是在中等偏大的负荷范围下，燃油中等偏大的负荷范围下，燃油消耗率最低。消耗率最低。全负荷时，虽然内燃机功率输出最大，但燃料经济性并不是全负荷时，虽然内燃机功率输出最大，但燃料经济性并不是最好。在低负荷区，燃油消耗率显著升高。最好。在低负荷区，燃油消耗率显著升高。为使内燃机在实际使用时节约燃料，希望为使内燃机在实际使用时节约燃料，希望负荷接近中等负荷负荷接近中等负荷。 2910abmg

10、l过量空气系数随负荷的增加而减过量空气系数随负荷的增加而减小，小，这一负荷调节过程被称为这一负荷调节过程被称为“质调节质调节”。对于非增压柴油机而言，当柴油机对于非增压柴油机而言，当柴油机按负荷特性运行时：按负荷特性运行时：由于转速由于转速n不变，其充量系数基不变，其充量系数基本保持不变，空气量本保持不变，空气量m1一定。一定。负荷变化时，通过燃料调节机构调负荷变化时，通过燃料调节机构调整循环供油量以适应负荷的变化，整循环供油量以适应负荷的变化，负荷增大时油量增加，反之则减少。负荷增大时油量增加，反之则减少。30miteb1eb （1）柴油机负荷曲线分析：）柴油机负荷曲线分析：燃油消耗率曲线的

11、变化趋势：燃油消耗率曲线的变化趋势：0,0eimmPPP（油耗很高）（油耗很高）31miteb1eb,immPP不变（1）柴油机负荷曲线分析：）柴油机负荷曲线分析：,baegb缓慢32miteb1（1）柴油机负荷曲线分析：）柴油机负荷曲线分析：,bagieb33（2）标定功率参数点确定：）标定功率参数点确定：CPebeBDA34（3）()reTf P35与柴油机不同的是，在测取与柴油机不同的是，在测取汽油机的负荷特性时，油量汽油机的负荷特性时，油量是通过改变节气门的开度来是通过改变节气门的开度来调整的，这样相应地改变了调整的，这样相应地改变了进入气缸的混合气数量，而进入气缸的混合气数量，而混合

12、气的浓度变化不大，故混合气的浓度变化不大，故称为称为“量调节量调节”。图是汽油机的负荷特性。初图是汽油机的负荷特性。初看起来，汽油机的负荷特性看起来，汽油机的负荷特性与柴油机负荷特性似乎没什与柴油机负荷特性似乎没什么区别。么区别。 36柴油机与汽油机负荷特性的区别37柴油机与汽油机负荷特性的区别38柴油机与汽油机负荷特性的区别miteb139柴油机与汽油机负荷特性的区别40第三节第三节 内燃机的速度特性内燃机的速度特性一、定义：一、定义：上坡时汽车速度逐渐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工作。降低，下坡时速度增加，这时发动机即沿速度特性工作。41第三节第三节 内燃

13、机的速度特性内燃机的速度特性一、定义：一、定义：全负荷速度特性，或外特性：全负荷速度特性，或外特性：节气门开度最大或喷油泵齿条位置处于最大供油位置时，发动机的速度特性。节气门开度最大或喷油泵齿条位置处于最大供油位置时，发动机的速度特性。部分负荷速度特性：部分负荷速度特性：其它位置称为部分负荷速度特性。其它位置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。42特性曲线43第三节第三节 内燃机的速度特性内燃机的速度特性二、目的二、目的三、制取方法三、制取方法速度特性也是在内燃机试验台架上

14、测出的。测量时，将速度特性也是在内燃机试验台架上测出的。测量时，将油量调节机构位置固定不动，调整测功器的负荷，内燃油量调节机构位置固定不动，调整测功器的负荷，内燃机的转速相应发生改变，然后记录有关数据机的转速相应发生改变，然后记录有关数据(Pe,Ttq,be) 并整理绘制出曲线，一般是以发动机转速作为横坐标。并整理绘制出曲线，一般是以发动机转速作为横坐标。44第三节第三节 内燃机的速度特性内燃机的速度特性30meSepVi nP tqmeTp9550tqeTnP四、汽油机速度特性四、汽油机速度特性1扭矩曲线变化趋势扭矩曲线变化趋势2itqcmaTK 201000cimsuimecmaaHpKl

15、 ( )tqTf n由由( )if n( )cf n( )mf nTtq随随n的变化取决于指示热效率的变化取决于指示热效率i、机械效率、机械效率m、充气效率充气效率c与过量空气系数与过量空气系数a随随n的变化。的变化。45四、汽油机速度特性四、汽油机速度特性1扭矩曲线变化趋势扭矩曲线变化趋势( )if n(1)指示热效率指示热效率it节气门全开节气门全开 (外特性曲线外特性曲线)转速低转速低进气流速低，紊流减弱，使雾化、混合进气流速低，紊流减弱，使雾化、混合状态较差，火焰传播速度降低，散热及状态较差，火焰传播速度降低，散热及漏气损失增加，漏气损失增加，it较低较低转速高转速高燃烧过程所占曲轴转

16、角较大，燃烧在较燃烧过程所占曲轴转角较大，燃烧在较大容积下进行，大容积下进行，it也较低。但变化比较也较低。但变化比较平坦，对平坦，对Ttq影响较小。影响较小。曲线整体呈现马鞍形的上凸状。曲线整体呈现马鞍形的上凸状。节气门开度减小（部分负荷）节气门开度减小（部分负荷）随转速的提高，节气门的节流作用大大加强，泵气损失所占比重增大，导致指示随转速的提高，节气门的节流作用大大加强，泵气损失所占比重增大，导致指示热效率热效率it大大下降，而且随节气门开度的降低，下降幅度更大。大大下降，而且随节气门开度的降低，下降幅度更大。46四、汽油机速度特性四、汽油机速度特性1扭矩曲线变化趋势扭矩曲线变化趋势(2)

17、充量系数充量系数c 节气门全开节气门全开 (外特性曲线外特性曲线)节气门开度减小（部分负荷）节气门开度减小（部分负荷）( )cf n数字越大，则开度越小数字越大，则开度越小由于进气节流严重，进气阻力增加，由于进气节流严重，进气阻力增加，c减小，而且随转速升高，减小，而且随转速升高，c下降下降的斜率也增大；转速降低时，进气阻力减小，节气门的节流作用减弱，的斜率也增大；转速降低时，进气阻力减小，节气门的节流作用减弱，c增加。增加。转速低转速低进气惯性进气惯性，而残余废气系数，而残余废气系数c 转速高转速高进气阻力进气阻力c c曲线在某一中间转速处呈上凸状，低于或高曲线在某一中间转速处呈上凸状，低于

18、或高于此转速则有一定幅度的下降。于此转速则有一定幅度的下降。47四、汽油机速度特性四、汽油机速度特性1扭矩曲线变化趋势扭矩曲线变化趋势(3)机械效率机械效率节气门全开节气门全开(外特性曲线外特性曲线)节气门开度减小（部分负荷）节气门开度减小（部分负荷）数字越大，则开度越小数字越大，则开度越小转速转速机械损失压力机械损失压力pmm机械效率机械效率m( )mf nm随转速的增加而下降的斜率比节气门随转速的增加而下降的斜率比节气门全开时大。全开时大。？因为因为pmm与节气门全开时一样随转速增加而增加，而充量系数与节气门全开时一样随转速增加而增加，而充量系数c和指示和指示热效率热效率it则随转速增加而

19、下降很快，相应导致平均指示压力则随转速增加而下降很快，相应导致平均指示压力pmi随转速增随转速增加而急剧降低。当转速高于某一值后，就会出现加而急剧降低。当转速高于某一值后，就会出现pmipmm的情况，而使的情况，而使机械效率为零，意味着内燃机在相应转速下空车运行机械效率为零，意味着内燃机在相应转速下空车运行(无功率输出，图中曲无功率输出，图中曲线线4)。节气门开度越小，出现。节气门开度越小，出现m0的转速就越低。的转速就越低。48四、汽油机速度特性四、汽油机速度特性1扭矩曲线变化趋势扭矩曲线变化趋势节气门全开节气门全开(外特性曲线外特性曲线)节气门开度减小（部分负荷）节气门开度减小（部分负荷）

20、49第三节第三节 内燃机的速度特性内燃机的速度特性9550tqeTnP四、汽油机速度特性四、汽油机速度特性2功率变化趋势功率变化趋势当转速当转速由低逐渐升高由低逐渐升高时，由于时，由于Ttq、n同时增加同时增加Pe增加很快增加很快。在达到在达到最大扭距转速最大扭距转速ntq后后，再，再提高转速，提高转速，由于由于Ttq有所下降，有所下降，使使Pe上升缓慢上升缓慢。某一转速时某一转速时Ttqn达最大值。达最大值。此后，再增加此后，再增加转速，由于转速，由于扭距下降超过转速上扭距下降超过转速上升的影响，升的影响，Pe反而下降反而下降。50第三节第三节 内燃机的速度特性内燃机的速度特性1eimkb

21、四、汽油机速度特性四、汽油机速度特性3燃油消耗率变化趋势燃油消耗率变化趋势be在某一中间转速当在某一中间转速当itm达到最大值时出现最低值。当转速较此转速低时达到最大值时出现最低值。当转速较此转速低时，由于，由于it 上升弥补不了上升弥补不了m的下降，使的下降，使be增加。转速较此转速高时增加。转速较此转速高时it、m均较低，均较低，be也增加。也增加。51第三节第三节 内燃机的速度特性内燃机的速度特性四、汽油机速度特性四、汽油机速度特性部分负荷速度特性部分负荷速度特性随着节气门的关小，节流损失随着节气门的关小，节流损失增大，充气效率减小，使部分增大，充气效率减小，使部分负荷速度特性的负荷速度

22、特性的 Pe、Ttq低于低于外特性值。且转速越高，充气外特性值。且转速越高，充气效率减小的越多，因此，节气效率减小的越多，因此，节气门开度越小，随转速增加，扭门开度越小，随转速增加，扭距、功率曲线下降得越快，并距、功率曲线下降得越快，并使最大扭矩及最大功率点向低使最大扭矩及最大功率点向低速方向移动。速方向移动。52第三节第三节 内燃机的速度特性内燃机的速度特性四、汽油机速度特性四、汽油机速度特性部分负荷速度特性部分负荷速度特性当节气门开度的当节气门开度的75%左右时，耗左右时，耗油率曲线位置最低。超过油率曲线位置最低。超过75%开开度，混合气较浓，存在燃烧不完度，混合气较浓，存在燃烧不完全现象

23、，耗油率曲线位置较高，全现象，耗油率曲线位置较高，低于低于75%开度时，残余废气相对开度时，残余废气相对增多，燃烧速率下降，使增多，燃烧速率下降，使it降低降低，耗油率曲线位置也高，且开度，耗油率曲线位置也高，且开度越小，耗油率曲线位置越高。越小，耗油率曲线位置越高。53第三节第三节 内燃机的速度特性内燃机的速度特性五、柴油机速度特性五、柴油机速度特性速度特性：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Pe、扭距Ttq、燃油消耗率be、每小时耗油量B）随转速n变化的关系。外特性：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度特性。部分负荷

24、速度特性：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，所测得的速度特性称为柴油机。54第三节第三节 内燃机的速度特性内燃机的速度特性五、柴油机速度特性五、柴油机速度特性（一）外特性曲线变化趋势（一）外特性曲线变化趋势1扭矩曲线变化趋势扭矩曲线变化趋势柴油机的扭矩曲线比汽油机平坦。 柴油机扭矩曲线的变化趋势，很大程度上决定于每循环供油量随转速变化的情况。55五、柴油机速度特性五、柴油机速度特性（一）外特性曲线变化趋势（一）外特性曲线变化趋势1扭矩曲线变化趋势扭矩曲线变化趋势扭矩表达式可定性地写成：扭矩表达式可定性地写成：bKTmitq2由式可见，柴油机扭距随由式可见，柴油

25、机扭距随转速的变化趋势决定于转速的变化趋势决定于it、m、b随转速随转速n变化的趋势。变化的趋势。56五、柴油机速度特性五、柴油机速度特性（一）外特性曲线变化趋势（一）外特性曲线变化趋势1扭矩曲线变化趋势扭矩曲线变化趋势（1）b随转速随转速n的提的提高，每循环供油量高，每循环供油量b增加。增加。（2）v v也是在某一中间也是在某一中间转速转速n出现最高值。出现最高值。bKTmitq257（3）i指示热效率i某一中间某一中间n稍高稍高i转速低空气涡流减弱，燃烧不良及散热漏气损失增加i转速高v 、b ，使，不完全燃烧严重。燃烧占曲轴转角 ，燃烧容积五、柴油机速度特性五、柴油机速度特性58五、柴油机

26、速度特性五、柴油机速度特性（一）外特性曲线变化趋势（一）外特性曲线变化趋势2功率曲线变化趋势功率曲线变化趋势9550tqeTnP由于扭矩Ttq曲线变化平坦，在一定n范围内，功率Pe几乎与转速n成正比增加。59五、柴油机速度特性五、柴油机速度特性（一）外特性曲线变化趋势（一）外特性曲线变化趋势3燃油消耗率曲线变化趋势燃油消耗率曲线变化趋势1eimkb 由于柴油机压缩比高，i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i、m达到最大值时，出现bmin值。60五、柴油机速度特性五、柴油机速度特性（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减小供油量随油量调节机构位置

27、向减小供油量方向移动时，循环供油量减小，使方向移动时，循环供油量减小，使部分负荷速度特性的部分负荷速度特性的Pe、 Ttq值低值低于外特性。但随着负荷减小，循环于外特性。但随着负荷减小，循环供油量随转速的变化趋势基本不变，供油量随转速的变化趋势基本不变，使部分负荷速度特性的变化趋势同使部分负荷速度特性的变化趋势同外特性相似，所以柴油机的部分负外特性相似，所以柴油机的部分负荷速度性的荷速度性的Pe、Ttq曲线是随负荷曲线是随负荷的减小，大致平行下降。的减小，大致平行下降。 耗油率曲线的变化趋势基本同外耗油率曲线的变化趋势基本同外特性。当负荷为特性。当负荷为75%左右时，曲左右时，曲线位置最低。线

28、位置最低。 61柴油机和汽油机的速度特性对比分析柴油机和汽油机的速度特性对比分析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；汽油机的速度特、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，转矩峰值向低速移动，且随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。转速变化的斜率越大。2、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、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的转速很高，而标定点要比其低得多。达到的最大值点的转速很高，而

29、标定点要比其低得多。3、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、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来越窄。减小而剧烈增大，相应最经济区的转速范围越来越窄。62第三节第三节 内燃机的速度特性内燃机的速度特性六、适应性系数六、适应性系数发动机扭矩特性发动机扭矩特性:(发动机转矩适应性发动机转矩适应性)要求发动机的扭矩随转速的降低而增加。要求发动机的扭矩随转速的降低而增加

30、。如当汽车上坡时，若油量调节拉杆已达最大位置，但如当汽车上坡时，若油量调节拉杆已达最大位置，但所发出的扭矩仍感不足，车速就要降低，此时需要发所发出的扭矩仍感不足，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，以克服爬坡阻力。动机随车速降低而发出更大扭矩，以克服爬坡阻力。内燃机的外特性不但表征内燃机的动力性能，而且可内燃机的外特性不但表征内燃机的动力性能，而且可根据外特性曲线判断内燃机的工作转速范围和工作稳根据外特性曲线判断内燃机的工作转速范围和工作稳定性。定性。63第三节第三节 内燃机的速度特性内燃机的速度特性六、适应性系数六、适应性系数内燃机转矩与外界阻力矩在内燃机转矩与外界阻力矩在

31、a点是平衡的，内燃点是平衡的，内燃机将在机将在a点对应的转速点对应的转速na下稳定工作。如遇上坡下稳定工作。如遇上坡等阻力增加的情况，内燃机从工况等阻力增加的情况，内燃机从工况a过渡到工况过渡到工况1、沿速度特性、沿速度特性1工作的内燃机驱动转矩增大了工作的内燃机驱动转矩增大了Ttq1，转速相应降低了，转速相应降低了n1。这说明驾驶员不。这说明驾驶员不用操作，发动机自动进行了调整，转速降低而转用操作，发动机自动进行了调整，转速降低而转矩增大，以克服外界阻力的变化。对于另一发动矩增大，以克服外界阻力的变化。对于另一发动机，其速度特性如图中曲线机，其速度特性如图中曲线，由于其转矩曲线，由于其转矩曲

32、线较平坦，则从工况较平坦，则从工况a过渡到工况过渡到工况2时，转速降低时，转速降低较多较多(n2n1)而转矩增大的幅度并不大而转矩增大的幅度并不大(Ttq2Ttq1)。这一结果说明，。这一结果说明，内燃机转矩内燃机转矩曲线越陡，运转的稳定性和操纵性能就越好。曲线越陡，运转的稳定性和操纵性能就越好。因因此，此，汽油机一般不需要配备调速装置，即使当阻汽油机一般不需要配备调速装置，即使当阻力矩突变到零时，汽油机的转速也不会超速或飞力矩突变到零时，汽油机的转速也不会超速或飞车。车。柴油机的调节过程与装置则与汽油机有明显柴油机的调节过程与装置则与汽油机有明显的不同，需要采用专门设计的调速器。的不同，需要

33、采用专门设计的调速器。 64六、适应性系数六、适应性系数评定指标：评定指标：衡量内燃机衡量内燃机工作稳定性能工作稳定性能的指标是的指标是转矩适应性系数转矩适应性系数Tq和转速和转速适应性系数适应性系数n。1.转矩储备系数：转矩储备系数：指外特性上最大转矩指外特性上最大转矩Ttqmax与标定转矩与标定转矩Ttqn之比。之比。maxtqtqtqnTTtqntqn2.转速适应性系数转速适应性系数:指标定转速指标定转速n n与外特性上最与外特性上最大转矩对应的转速大转矩对应的转速ntq之比之比衡量内燃机衡量内燃机动力性能对外阻动力性能对外阻力变化的适应能力力变化的适应能力的指标。的指标。3.适应性系数

34、适应性系数:nntqnn65汽油机汽油机tq=1.251.35n=1.62.5柴油机柴油机tq=1.051.25n=1.42.0说明：说明：1、汽油机适应性优于柴油机；、汽油机适应性优于柴油机；2、近年来储备功率提高，外特性应用概率减小，适应系数重要性下降。、近年来储备功率提高，外特性应用概率减小，适应系数重要性下降。范围范围六、适应性系数六、适应性系数66六、适应性系数六、适应性系数评定指标：评定指标：转矩适应性系数转矩适应性系数Tq、转速适应性系数、转速适应性系数n和适应性系数和适应性系数反映发动机的超载能力反映发动机的超载能力(汽车不换档，发动机克服短期超汽车不换档，发动机克服短期超负荷

35、的能力负荷的能力)。发动机最大扭矩对应的发动机最大扭矩对应的转速对克服阻力的影响转速对克服阻力的影响例如：例如：和和两台发动机，他们的转矩适两台发动机，他们的转矩适应性系数应性系数Tq、标定转速相同。但、标定转速相同。但最大扭矩对应的转速不同。外界阻最大扭矩对应的转速不同。外界阻力矩分别为力矩分别为Tc、Tc 、Tc”。（1）外界阻力矩分别为）外界阻力矩分别为Tc时，时， 和和都能适应。都能适应。（2）外界阻力矩分别为）外界阻力矩分别为Tc时，时， 达到最大值，达到最大值，仍有潜力。仍有潜力。（3）外界阻力矩分别为）外界阻力矩分别为Tc”时，时， 不适应，不适应，仍仍达到最大值。达到最大值。最

36、大扭矩转速最大扭矩转速nm越低，越低，n越大，车辆在不换挡越大，车辆在不换挡的情况下，发动机克服阻力增加的潜力越强。的情况下，发动机克服阻力增加的潜力越强。 67六、适应性系数六、适应性系数结论：结论：1、最大扭矩对应的转速越低，、最大扭矩对应的转速越低，n越大，克服外界阻力的潜力越大。越大，克服外界阻力的潜力越大。2、扭矩曲线越陡运转越平稳（转速下降少）。、扭矩曲线越陡运转越平稳（转速下降少）。3、根据使用要求选择和调整扭矩特性。、根据使用要求选择和调整扭矩特性。（1）配载重汽车用：要求）配载重汽车用：要求n低，低，Pe大，大，超载能力强，道路差，则超载能力强，道路差，则转矩适应性系数转矩适

37、应性系数Tq大，最大扭矩转速低。大，最大扭矩转速低。（2）配小轿车用：要求）配小轿车用：要求n高，高，Pe大，超大，超载能力强，加速性好，则载能力强，加速性好，则转矩适应性系数转矩适应性系数Tq大，最大扭矩转速高。大，最大扭矩转速高。68第四节第四节 内燃机的万有特性内燃机的万有特性 负荷特性和速度特性只能用来表示某一转速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的工况变化范围很广，要分析各种工况下的性能，就需

38、要多张负荷特性或速度特性图，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。为了这样既不方便，也不直观。为了能在一张图能在一张图上较全面地表示内燃机各种性能参数的变化，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性。69第四节第四节 内燃机的万有特性内燃机的万有特性一、定义：一、定义：全面地表示内燃机各种性能参数的关系。全面地表示内燃机各种性能参数的关系。二、目的：二、目的：了解内燃机各种转速、各种负荷下的动力性和了解内燃机各种转速、各种负荷下的动力性和经济性。经济性。70万有特性曲线一般是以转

39、速n为横坐标，以负荷(平均有效压力pme)为纵坐标。在图上绘出若干条等油耗曲线和等功率曲线。两种类型内燃机典型的万有特性如图87所示。根据需要，还可在万有特性曲线上绘出等节气门开度线、等排放线、等过量空气系数线等。71第四节第四节 内燃机的万有特性内燃机的万有特性三、制取方法：三、制取方法： （1）负荷特性法）负荷特性法（2）速度特性法）速度特性法柴油机：柴油机：一般是依据不同转速下的负荷特性，用作图法求出；一般是依据不同转速下的负荷特性，用作图法求出；汽油机：汽油机：根据不同节气门位置的速度特性，用作图法求得。根据不同节气门位置的速度特性，用作图法求得。近年来，由于计算机测试技术以及计算技术

40、的应用，也可采近年来，由于计算机测试技术以及计算技术的应用，也可采用数值计算方法对大量的试验数据进行回归及等值线的插值用数值计算方法对大量的试验数据进行回归及等值线的插值运算，从而直接得到万有特性。运算，从而直接得到万有特性。72第四节第四节 内燃机的万有特性内燃机的万有特性三、制取方法：三、制取方法：（1）负荷特性法）负荷特性法1)测定各种转速下的负荷特性，以平均测定各种转速下的负荷特性，以平均有效压力有效压力pme为横坐标，为横坐标，be为纵坐标，为纵坐标，以同一比例尺绘出特性曲线。以同一比例尺绘出特性曲线。2)定好作图坐标，横坐标定好作图坐标，横坐标pme，纵坐，纵坐标为标为n。 73第

41、四节第四节 内燃机的万有特性内燃机的万有特性30meSemepVi nPK pn 三、制取方法：三、制取方法：（1）负荷特性法）负荷特性法等功率曲线等功率曲线emePpK nK对于一个给定的内燃机为常数，对于一个给定的内燃机为常数，这样，在这样，在pmen坐标中，等功坐标中，等功率曲线是一族双曲线。率曲线是一族双曲线。将内燃机全负荷的速度特性线将内燃机全负荷的速度特性线pmef(n)的关系画在万有特性图上，就的关系画在万有特性图上，就构成了万有特性的上边界线。构成了万有特性的上边界线。74第四节第四节 内燃机的万有特性内燃机的万有特性三、制取方法：三、制取方法：（2）速度特性法）速度特性法1)

42、在第一象限中绘出不同节气门开度下在第一象限中绘出不同节气门开度下的速度特性上的转矩曲线的速度特性上的转矩曲线(以平均有效压以平均有效压力力pme，表示，表示)，在曲线尾端标出相应，在曲线尾端标出相应的节气门开度。的节气门开度。2）在第四象限绘出相应节气门开度下）在第四象限绘出相应节气门开度下的燃油消耗率的燃油消耗率be曲线，同样注明节气门曲线，同样注明节气门开度的百分数。开度的百分数。3)等燃油消耗线。等燃油消耗线。将等将等be值的各点连值的各点连成光滑的等值线，并标上相应的数值，成光滑的等值线，并标上相应的数值，从而得到万有特性上的等燃油消耗率曲从而得到万有特性上的等燃油消耗率曲线。这样，不

43、同节气门开度下的速度特线。这样，不同节气门开度下的速度特性全部反映在一张图中，这对于车用发性全部反映在一张图中，这对于车用发动机而言，应用十分方便。动机而言，应用十分方便。75第四节第四节 内燃机的万有特性内燃机的万有特性四、曲线讨论：四、曲线讨论：（1）等燃油消耗率曲线最内层为最经）等燃油消耗率曲线最内层为最经济区，曲线越向外，经济性越差。济区，曲线越向外，经济性越差。（2）等燃油消耗率曲线横向较长，表）等燃油消耗率曲线横向较长，表示发动机在负荷变化不大而转速变化较示发动机在负荷变化不大而转速变化较大的情况下燃油消耗率变化较小。常用大的情况下燃油消耗率变化较小。常用于中等负荷，中等转速工况的

44、车用发动于中等负荷，中等转速工况的车用发动机，希望其最经济区处于万有特性中部，机，希望其最经济区处于万有特性中部，等燃油消耗率曲线曲线横向较长。等燃油消耗率曲线曲线横向较长。（3）等燃油消耗率曲线纵向较长，则发动机在负荷变化较大而转速变化较）等燃油消耗率曲线纵向较长，则发动机在负荷变化较大而转速变化较小的情况下的燃油消耗率变化较小。工程机械用发动机，希望最经济区在小的情况下的燃油消耗率变化较小。工程机械用发动机，希望最经济区在标定转速附近，等燃油消耗率曲线纵向较长些。标定转速附近，等燃油消耗率曲线纵向较长些。76 77柴油机的万有特性的特点：柴油机的万有特性的特点：1）最低油耗率一般较低，并且

45、经济区较宽。）最低油耗率一般较低，并且经济区较宽。2）等油耗率曲线在高、低速均不收敛，变化）等油耗率曲线在高、低速均不收敛，变化比较平坦。比较平坦。3）相对汽车变速工况的适应性好。）相对汽车变速工况的适应性好。汽油机的万有特性的特点：汽油机的万有特性的特点：1）最低油耗率一般较高，经济区较小。）最低油耗率一般较高，经济区较小。2）等油耗率曲线在低速区向大负荷收）等油耗率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，在实际使率随负荷的减小而急剧增大，在实际使用中，应尽量避免使用这种情况。用中，应尽量避免使用这种情况。3）汽油机

46、的转速愈高愈费油，故在实）汽油机的转速愈高愈费油，故在实际使用中，当汽车等功率运行时，驾驶际使用中，当汽车等功率运行时，驾驶员应尽量使用高速档，以便节油。员应尽量使用高速档，以便节油。78第四节第四节 内燃机的万有特性内燃机的万有特性曲线调整：曲线调整：79第五节第五节 80第五节第五节 81第五节第五节 82第五节第五节 83第五节第五节 84第五节第五节 85第五节第五节 eoaePPeodePPeoPeP,ad 86第六节第六节 内燃机与工作机械的匹配内燃机与工作机械的匹配E本节重点介绍内燃机与动力机械匹配过程中应遵循的基本原则和主要方法。E由于工作机械的形式各异、方式不同，匹配的方法也

47、不尽相同。其中，汽车的运行工况比较复杂，其匹配问题在内燃机与工作机械的匹配中具有一定的代表性，所以本节介绍的重点是汽车与发动机的合理匹配。87第六节第六节 内燃机与工作机械的匹配内燃机与工作机械的匹配一、车用内燃机的匹配一、车用内燃机的匹配（一）动力性匹配（一）动力性匹配（二）经济性匹配（二）经济性匹配88第六节第六节 内燃机与工作机械的匹配内燃机与工作机械的匹配一、车用内燃机的匹配一、车用内燃机的匹配（一）动力性匹配（一）动力性匹配内燃机转矩内燃机转矩Ttq在汽车驱动在汽车驱动轮上产生的驱动力轮上产生的驱动力Ft为：为：tq k 0ttT i iFrh=ik、i0分别为汽车变速器、主减速器传

48、动比；分别为汽车变速器、主减速器传动比；t为传动系效率，为传动系效率，r为驱动轮为驱动轮工作半径。工作半径。内燃机转速内燃机转速n与汽车车速的关系：与汽车车速的关系：a00.377krni iu=于是，可以得到发动机外特性转矩曲线于是，可以得到发动机外特性转矩曲线Ttq(n)得出变速器不同档得出变速器不同档位汽车驱动特性曲线。位汽车驱动特性曲线。89第六节第六节 内燃机与工作机械的匹配内燃机与工作机械的匹配一、车用内燃机的匹配一、车用内燃机的匹配（一）动力性匹配（一）动力性匹配tq k 0ttT i iFrh=a00.377krni iu=90第六节第六节 内燃机与工作机械的匹配内燃机与工作机

49、械的匹配一、车用内燃机的匹配一、车用内燃机的匹配（一）动力性匹配（一）动力性匹配rfwijF =FFFF 行驶阻力fFmgfcosmgf滚动阻力a=2wDr1FC A2v空气阻力r=iF sinmgmgi爬坡阻力a=ajdvFmdt加速阻力d=2wDF0.0473CaAv=tq k 0t2aDT i idv0.0473CrdtamgfAvmgfm驱动力和行驶阻力的平衡可以得到汽车的行驶方程：hd=+不同档位驱动力不同档位驱动力最大爬坡度最大爬坡度最高使用转速后备驱动力用于加速不同档位发动机转速与车速关系线随道路坡度变化的行驶阻力线92第六节第六节 内燃机与工作机械的匹配内燃机与工作机械的匹配一

50、、车用内燃机的匹配一、车用内燃机的匹配（二）燃油经济性匹配（二）燃油经济性匹配汽车的使用油耗汽车的使用油耗q100(L/100km)可以根据发动机的负荷可以根据发动机的负荷（功率（功率Pe或阻力或阻力Fr）和燃油消耗率）和燃油消耗率be计算。计算。3100q2.78 10retfF bh r-=使用油耗使用油耗阻力阻力比油耗比油耗传动系效率燃油密度93第六节第六节 内燃机与工作机械的匹配内燃机与工作机械的匹配一、车用内燃机的匹配一、车用内燃机的匹配（二）燃油经济性匹配（二）燃油经济性匹配0100100q0.00884stmee kaV pb i iBvrt=使用使用油耗油耗发动机发动机油耗油耗

51、发动机发动机排量排量平均有平均有效压力效压力比油耗比油耗 主传动器主传动器传动比传动比 使用使用油耗油耗变速器变速器传动比传动比 940100100q0.00884stmee kaV p b i iBvrt=L由上式可见，在其他条件不变的条件下，汽车的使用油由上式可见，在其他条件不变的条件下，汽车的使用油耗耗q100与与 成正比，只有当其乘积为最小时，成正比，只有当其乘积为最小时， q100才能达到最小。发动机在才能达到最小。发动机在bemin下工作时，汽车的下工作时，汽车的q100不不一定最低，只有在车速和功率都不变，汽车的一定最低，只有在车速和功率都不变，汽车的q100才与才与发动机的发动

52、机的be变化趋势相同。变化趋势相同。L单纯改变传动比，使发动机在单纯改变传动比，使发动机在pme较高而较高而be较低的工况运较低的工况运行，并不能降低汽车的行，并不能降低汽车的q100。应该设法使发动机的万有。应该设法使发动机的万有特性的最低油耗区移至中等转速、较低符合区域，即特性的最低油耗区移至中等转速、较低符合区域，即设设法是发动机的经济区位于常用档位、常用车速区。法是发动机的经济区位于常用档位、常用车速区。这就这就要求选择发动机时，对其特性提出具体要求，或设法改要求选择发动机时，对其特性提出具体要求，或设法改变特性，适应与汽车匹配的要求。变特性，适应与汽车匹配的要求。0e kb i i9

53、50100100q0.00884stmee kaV p b i iBvrt=n汽车用不同的变速器档位行驶时，汽车用不同的变速器档位行驶时，q100差异较大。在同一道差异较大。在同一道路条件与车速下，虽然发动机发出的功率不变，路条件与车速下，虽然发动机发出的功率不变，但档位越低但档位越低（传动比越大），后备驱动力越大，发动机的负荷率越低，（传动比越大），后备驱动力越大，发动机的负荷率越低，be越高，越高， q100也越大。也越大。使用高档位的情况则与此相反。因此使用高档位的情况则与此相反。因此增加变速器的挡位，加大通过选用合适挡位使发动机处于经增加变速器的挡位，加大通过选用合适挡位使发动机处于经济工况的概率，有利于汽车的节油。济工况的概率，有利于汽车的节油。近年来，汽车变速器档近年来，汽车变速器档位有逐渐增加的趋势，轿车变速器已有位有逐渐增加的趋势，轿车变速器已有5挡，重型货车甚至达挡，重型货车甚至达10挡以上。自动控制的无级变速在这方面可达到最优化。挡以上。自动控制的无级变速在这方面可达到最优化。n汽车在中低速行驶时，汽车在中低速行驶时， q100最低最低。高速行驶时虽然发动机负。高速行驶时虽然发动机负荷率较高，但汽车行驶阻力由于空气阻力与扎成正比而急剧荷率较高，但汽车行驶阻力由于空气阻力与扎成正比而急剧增大，导致增大，导致q100上升。但低速行车造成生产率下降