发动机运行特性

1、发动机的特性发动机的特性发动机运行特性发动机运行特性 发动机特性发动机特性在一定条件下，发动机性能指标与特性参数随各种可变因素的变化规律。 运行特性：运行特性：即主要的性能指标（功率、扭矩、比油耗、排放等）随工况工况参数转速转速和负荷负荷的变化规律 研究发动机运行特性研究发动机运行特性 的意义的意义1、与汽车进行全工与汽车进行全工况的合理匹配况的合理匹配 由发动机运行特性转化而得的汽车的运行特性，如由发动机运行特性转化而得的汽车的运行特性，如驱动驱动力特性、燃油经济性、运力特性、燃油经济性、运转稳定性、安全性转稳定性、安全性等等 2、特性曲线不能满足要求时进行调节和校正特性曲线不能满足要求时进

2、行调节和校正 柴油机调速装置柴油机调速装置 、点火和喷油提前装置，可变配气相位系统点火和喷油提前装置，可变配气相位系统 * 电子控制技术使更多的参数有了电子控制技术使更多的参数有了实时调控实时调控的的可能，出现了多种可能，出现了多种发动机的发动机的“可变可变”技术，技术， 第一节第一节 发动机工况发动机工况 工况由转速和曲轴输出功率表示 工况平面与发动机的工作区域工况平面与发动机的工作区域 以负荷和转速为坐标的平面叫发动机的工况平面 点工况运行 （泵站） 线工况运行 （发电机组 、螺旋桨 ） 面工况运行 （汽车）发动机的工作区域及限制发动机的工作区域及限制1) a曲线是各转速时最大功率曲线是各

3、转速时最大功率(转矩转矩)的限制线，的限制线，到标定点到标定点A为止。为止。2) b曲线是各负荷条件下的最高转速限制线。曲线是各负荷条件下的最高转速限制线。3) c曲线是发动机最低稳定工作转速限制线曲线是发动机最低稳定工作转速限制线4) d曲线是各个踏板位置下的空转怠速线。曲线是各个踏板位置下的空转怠速线。5)输出功率为负值的输出功率为负值的e e曲线是发动机灭火，外曲线是发动机灭火，外力倒拖时的工况线。力倒拖时的工况线。 1、a b曲线曲线在最大加速踏板位置条件下获得的。汽油机在节气门全开时获得，称为速度外特性速度外特性线线；对于柴油机则a为校正外特性线， b曲线则是调速器起作用的调速特性调

4、速特性线线。 2、低于c曲线曲线转速时，由于燃烧波动和运动件惯性过小，发动机无法稳定工作。3、“加速踏板”与“油门”踏板 ： 对汽油机，控制节气门开度，称为油门是妥当的。 柴油机有时并不直接控制喷油泵的油量调节杆，而是通过控制调速器起作用，与供油量不呈线性关系。所以称为“油门”是不妥的 功率标定功率标定 发动机铭牌上规定的最大输出功率 及其对应转速 所确定的工况叫做标定工 况。 15分钟功率 1小时功率 12小时功率 持续功率 发动机特性的分析方法发动机特性的分析方法1调整特性调整特性 ：发动机在转速和油量调节位置(汽油机为节气门开度，柴油机是油量调节杆位置)不变条件下，各种性能指标随调整参数

5、而变化的规律。 2、调整参数包括： 汽油机点火提前角 过量空气系数 柴油机的喷油提前角 包含排气再循环在内的残余废气系数。可调整可调整参数范围的扩大参数范围的扩大另外原来不可调整，但是对性能有明显影响，也可归入调整参数： 配气相位角 气门升程 进气管长度 压缩比 涡轮机喷嘴环面积2 2工况运行特性工况运行特性性能性能 主要的性能指标（功率、扭矩、比油耗、排放等）随工况工况参数转速转速和负荷负荷的变化规律 影响因素第二节第二节 发动机台架试验发动机台架试验1 1水力测功器水力测功器2 2平衡式电力测功器平衡式电力测功器3.3.电涡流测功器电涡流测功器耗油率的测量耗油率的测量容积法容积法容积法容积

6、法仪器仪器耗油率的测量耗油率的测量质量法质量法质量法仪器质量法仪器台架试验综述台架试验综述 统一的试验标准汽车发动机试验方法的标准(JB374384)，内燃机台架试验方法(GBll0511105387)最大功率的影响因素最大功率的影响因素发出相应功率的持续时间。测定时的大气状况。发动机所带附件。进气管和空气滤清器阻力、排气背压大气修正大气修正 大气状况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。当： 当大气压力降低、当大气压力降低、 大气温度升高大气温度升高 相对湿度增大相对湿度增大 吸入气缸的干空气量都要降低，所以功率会降低。有效功率的校正有效功率的校正燃油消耗率的校正燃油

7、消耗率的校正 汽车发动机校正方法P133速度特性速度特性、外特性外特性与汽车动力性匹配与汽车动力性匹配 汽油机保持节气门开度不变或柴油机保持油汽油机保持节气门开度不变或柴油机保持油量调节杆位置不变，发动机的性能指标随转量调节杆位置不变，发动机的性能指标随转速的变化规律称为发动机的速度特性速的变化规律称为发动机的速度特性 标定工况位置所决定的为全负荷速度特性曲标定工况位置所决定的为全负荷速度特性曲线，又叫外特性线；其余的为部分负荷速度线，又叫外特性线；其余的为部分负荷速度特性线特性线汽油机汽油机指示效率指示效率 、机械效率、充气效率、过量空、机械效率、充气效率、过量空气系数气系数 随速度的变化随

8、速度的变化汽油机速度特性汽油机速度特性曲线变化趋势曲线变化趋势分析分析 扭矩扭矩线线主要主要受受 的的影响，在某一较低转速处有最影响，在某一较低转速处有最大值，然后随转速上升而较快下降，转速大值，然后随转速上升而较快下降，转速愈高，降得愈快。部分特性线则随节气门愈高，降得愈快。部分特性线则随节气门关关小更急剧降低。指示效率对曲线的影响小更急剧降低。指示效率对曲线的影响不大，仅使高、低转速处的值略降低。不大，仅使高、低转速处的值略降低。 有效功率曲线有效功率曲线 当转速提高时，开始转矩增加，所以功率当转速提高时，开始转矩增加，所以功率迅速上升；转矩达到最大值以后，随转速的上迅速上升；转矩达到最大

9、值以后，随转速的上升变得较平缓，当升变得较平缓，当 达最大值时，功率开始达最大值时，功率开始下降下降。指示燃油消耗率曲线指示燃油消耗率曲线 与指示热效率成反比，故中间平，两头抬高与指示热效率成反比，故中间平，两头抬高 有效燃油消耗率有效燃油消耗率曲线曲线 综合综合 、 的变化的变化 ，使随转速上升上翘幅，使随转速上升上翘幅度越大，油门开度越小，弯曲度越厉害。度越大，油门开度越小，弯曲度越厉害。nTPtqenTtqitm柴油机速度特性柴油机速度特性 保持油量调节杆位置不变、性能指标随转速的变化保持油量调节杆位置不变、性能指标随转速的变化规律规律 必须说明的是：必须说明的是： 油量调节杆位置和加速

10、踏板位置并不一定成正油量调节杆位置和加速踏板位置并不一定成正比。所以保持加速踏板位置不变得到的速度特性线比。所以保持加速踏板位置不变得到的速度特性线和保持油量调节杆位置不变得到的速度特性线有区和保持油量调节杆位置不变得到的速度特性线有区别。加速踏板位置不变时，各转速对应的油量调节别。加速踏板位置不变时，各转速对应的油量调节杆位置往往已经过杆位置往往已经过“校正校正”或或“调速调速”而有变动。而有变动。柴油机指示效率柴油机指示效率 、机械效率、每循环供油量、机械效率、每循环供油量柴油机速度特性柴油机速度特性柴油机柴油机曲线变化趋势曲线变化趋势分析分析 1) 扭矩因gb及 线有相反变化的趋势而使总

11、体上变化较平坦。 2)功率线总的是随n上升而增大。由于扭矩线较平坦，所以可达到的最大功率点远离最高使用可达到的最大功率点远离最高使用转速转速（图上看不出来）。 3)指示燃油消耗率线为指示效率指示效率线的倒数，变化平坦。 4) 有效燃油消耗率线则是在基础上作了 的修正，随转速上升而上翘度加大。 汽、柴油机速度特性曲线的对比汽、柴油机速度特性曲线的对比 1)汽油机线扭矩向下倾斜较大，低负荷时倾斜更大；而柴油机扭矩线总体变化平坦，低负荷时甚至上扬。所以： 两种机型配套汽车时动力和运行稳定性存两种机型配套汽车时动力和运行稳定性存在巨大差异在巨大差异 2)汽油机外特性扭矩线的最大值点，一般就是标定功率点

12、；而柴油机可达到的最大值点的转速很高，标定点并非该特性线的极值点。 3)柴油机燃油消耗率曲线要比汽油机线平坦，低负荷时更是如此。 发动机速度外特性对汽车动力性能的影响发动机速度外特性对汽车动力性能的影响 汽车动力性能的评价指标：汽车动力性能的评价指标： 汽车的最高稳定行驶速度 最大爬坡能力 加速时间 4. 4.发动机外特性与汽车动力性匹配发动机外特性与汽车动力性匹配 汽车驱动轮上产生的驱动力汽车驱动轮上产生的驱动力 riiTFtktqt0汽车行驶速度汽车行驶速度 (kmh)与发动机转速的关与发动机转速的关系系 0377.0irniukajiwfrFFFFF汽车的行驶阻力汽车的行驶阻力 汽车的行

13、驶方程汽车的行驶方程 tummgiuACmgfriiTaraDkdd212t0tq汽车的驱动力汽车的驱动力行驶阻力平衡图行驶阻力平衡图 汽车动力性能指标的确定汽车动力性能指标的确定 最高车速最高车速：最低一条水平路面的阻力线与最高挡第3挡驱动力线的交点“a” 是最高稳定车速工况点 最大爬坡能力最大爬坡能力: :最低挡第1挡的驱动力线与某坡度阻力线的切点“b”就是能克服的最大坡度稳速工况点。所能克服的最大坡度值是40。 加速时间加速时间在给定行驶速度和变速器挡位下，最大驱动力与行驶阻力之差，就是后备驱动力，可用于加速汽车功汽车功率平衡图率平衡图 加速时间加速时间: :1 1）据平衡原理，）据平衡

14、原理，“a a”为最高车速为最高车速v vmaxmax工况点。工况点。假定各挡假定各挡Pt-vPt-va a线的交点也正是换挡工线的交点也正是换挡工 况点，况点，且认为换挡是瞬时完成，且认为换挡是瞬时完成，2 2）则汽车由低速全油门加速到最高车速时，途）则汽车由低速全油门加速到最高车速时，途经的每个速度点处的功率差值经的每个速度点处的功率差值 或转矩或转矩差值差值 就是该点的加速功率或加速转矩。就是该点的加速功率或加速转矩。3 3） 称为后备功率。整个加速过程总的称为后备功率。整个加速过程总的后备功率，可由图上剖面线所示的积分面积后备功率，可由图上剖面线所示的积分面积来表示，由此面积可计算出加

15、速时间。来表示，由此面积可计算出加速时间。 外特性曲线的动力适应性与特性校正外特性曲线的动力适应性与特性校正 汽、柴油机外特性曲线的动力适应性分析汽、柴油机外特性曲线的动力适应性分析1 1）同一排挡的加速和克服阻力的能力，相同标）同一排挡的加速和克服阻力的能力，相同标定点前提下，汽油机的动力性能明显优于柴定点前提下，汽油机的动力性能明显优于柴油机油机 2）汽油机不会汽油机不会“飞车飞车”： 因为最高挡可达到的最高转速是柴油机比因为最高挡可达到的最高转速是柴油机比汽油机更远离标定转速点，这是因为汽油机汽油机更远离标定转速点，这是因为汽油机Ttq线下降急剧，而柴油机比较平缓线下降急剧，而柴油机比较

16、平缓。汽油机的外特性线比柴油机的动力适应性好，所以汽油机一不进行外汽油机的外特性线比柴油机的动力适应性好，所以汽油机一不进行外特性线的改造；而柴油机要在低于标定转速段进行特性线的改造；而柴油机要在低于标定转速段进行“校正校正”，加，加大扭矩；在高于标定转速段进行大扭矩；在高于标定转速段进行“调速调速”，防止超速飞车。，防止超速飞车。转矩适应系数转矩适应系数 转速适应系数转速适应系数三条转矩外特性曲线中，哪一条线的动力适应性最好？三条转矩外特性曲线中，哪一条线的动力适应性最好？ 扭矩适应系数扭矩适应系数 转速适应系数转速适应系数汽汽：1.251.35 1.62.5柴：小于柴：小于1.05 1.4

17、2.0柴油机的转矩校正与校正外特性曲线柴油机的转矩校正与校正外特性曲线 1)校正的可能性 不超过烟度限制线 2)校正方法 调速器柴油机调速装置与调速特性柴油机调速装置与调速特性 柴油机调速器的最基本的功能就是保证柴油机高速不超速飞车而低速能稳定运行 两种基本调速模式两种基本调速模式 (2)全程调速模式 调速器在任何转速均能起调速作用的模式为全程调速模式 两种基本调速模式两种基本调速模式 (1)两极调速模式 调速器只在标定转速以及某一低速起调速作用，而广大中间转速不起作用 调速器的结构原理与性能指标调速器的结构原理与性能指标 1）转速给定元件）转速给定元件加速踏板加速踏板2）转速感受元件）转速感

18、受元件飞锤飞锤3）执行机构）执行机构传动部分传动部分全程调速器的全程调速器的结构原理结构原理 两极调速器两极调速器的结构原理的结构原理调速器的性能指标调速器的性能指标 调速率可通过柴油机突变负荷试验测定。 试验时，先让柴油机在标定工况下运转，然后突卸全部负荷，测定突变负荷前后的转速。 稳定调速率稳定调速率 瞬时调速率瞬时调速率不灵敏度不灵敏度全程调速器、两极调速器性能比较全程调速器、两极调速器性能比较1）转速控制性能：）转速控制性能：全程全程各工况均可控制转速在较小范围内变动两极两极除高速及怠速可控制转速在较小范围内变动外，面工况的转速控制取决于驾驶员的操作，转速变化较大2 2）过渡过程：）过

19、渡过程：全程全程加速性好，但加、减速时常有不平稳及前后颠簸的感觉全程全程加速踏板踩到底时，加速性与全程调速器相同。其余情况下过渡平稳，无强烈颠簸感。全程调速器、两极调速器性能比较全程调速器、两极调速器性能比较3）操纵性能：）操纵性能：全程：全程：驾驶员直接控制调速弹簧，比较费力，易疲劳，但由于负荷变化时转速变动小，故不必经常踩换油门踏板位置两极：两极：操作轻便，但因转速随负荷变化较大，故经常要 变换加速踏板位置4 4）排放）排放全程：全程：加速时易冒黑烟两极：两极：除全负荷加速外，其余工况加速时，可控制烟度在较小范围内变化全程调速器、两极调速器性能比较全程调速器、两极调速器性能比较作业效率：作

20、业效率：全程全程满负荷减速行驶时，只须减小加速踏板位置即可，不必频繁换排挡两极两极由于减小加速踏板位置也使油量和扭矩下降，因此只能换低挡运行，作业效率下降小结小结 调速器的功能调速器的功能使使“速度特性速度特性”产生变化，其实产生变化，其实并非速度特性发生变化，而是油量调节杆位置并非速度特性发生变化，而是油量调节杆位置不断改变。不断改变。 调速特性调速特性是在加速踏板位置不变时出现的。容是在加速踏板位置不变时出现的。容易给人形成油量调节杆不变的错觉。易给人形成油量调节杆不变的错觉。 弄清楚加速踏板与油量调节杆的相互关系弄清楚加速踏板与油量调节杆的相互关系和差别，不把二者混为一谈，是正确理解调速和差别，不把二者混为一谈，是正确理解调速器和调速特性的一大关键器和调速特性的一大关键负荷特性、万有特性负荷特性、万有特性 与汽车经济性匹配与汽车经济性匹配 负荷特性：负荷特性：当发动机保持转速不变