【学习课件】第六章发动机的特性

1、第六章发动机的特性编辑ppt第一节 发动机工况编辑ppt发动机的运行工况工况：发动机的运行情况，以其发出的功率Pe和转速n来表示；当发动机发出的转矩工作机械消耗的转矩时，两者才能在一定转速下按一定功率稳定工作（A点）；当工作机械阻力矩增加(TR)，若发动机油量控制机构不变，则其转速就要降低，直至B点达到新的平衡，发动机再次稳定工作；由于发动机稳定工作必须满足转矩与工作机械阻力矩相等的条件，因而发动机工况变化规律与所带动的工作机械的工作情况有关。 编辑ppt发动机的使用条件根据内燃机的用途，其使用条件大致可分为：恒速工作：n不变，Pe变；流体阻力负荷：发动机功率与转速成一定函数关系；陆上运输：发

2、动机功率和转速都独立地在很大范围内变化，它们之间没有特定的关系。编辑ppt发动机的特性发动机特性：发动机性能指标随调整情况及运转工况而变化的关系； 调整特性：随调整情况而变化的关系，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、化油器调整特性等；性能特性：性能指标随运行工况而变化的。特性用曲线表示称为特性曲线，它是评价发动机性能的一种简单、方便、必不可少的形式。 编辑ppt研究发动机特性的作用1、评定和比较发动机性能指标的好坏，最简单的形式；2、发动机选用和配套的依据；3、指导运行；4、分析影响性能的因素改造性能特性。编辑ppt性能指标与工作过程参数的关系动力性指标经济性指标编辑ppt

3、第二节 发动机负荷特性编辑ppt发动机负荷特性 负荷特性：发动机转速不变，其经济性指标随负荷而变化的关系；以曲线表示，则称为负荷特性曲线；负荷特性横坐标负荷可用Pe、Ttq或pme表示；纵坐标每小时燃料消耗量B 或燃料消耗率be。 编辑ppt一、汽油机负荷特性 汽油机保持某一转速不变，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），每小时耗油量B 和耗油率be随功率Pe（或转矩Ttq、平均有效压力pme）变化的关系称为汽油机负荷特性；测取前应将化油器、点火提前角调整完好；测取时应按规定保持冷却水温、润滑油温度在最佳状态； 由于汽油机负荷调节是靠改变节气门开度来直接改变进入气缸的混合

4、气量，过量空气系数变化不大，故这种负荷调节方法称为“量调节” 。编辑ppt汽油机负荷特性曲线 be的变化取决于m 和i的变化；随着负荷增加，m 和i的变化如右图；逐渐增大节气门开度（负荷增加），be迅速下降。当节气门开度增至全开度的80左右，为了保证最大功率，供给0.80.9的浓混合气，燃烧不完全，使be又重新上升；汽油机负荷特性实例如右图。编辑ppt二、柴油机负荷特性 柴油机保持某一转速不变，而移动喷油泵齿条或拉杆位置，改变每循环供油量b时，每小时耗油量B 和耗油率be随功率Pe（或转矩Ttq、平均有效压力pme）变化的关系称为柴油机负荷特性；测取时，应将柴油机的供油提前角、冷却水温度、润滑

5、油温度等调整到最佳状态； 由于柴油机只是改变循环供油量（空气量变化不大）来调节负荷，因此，也改变了缸内混合气的浓度，即过量空气系数，这种负荷调节方法称为“质调节”。编辑ppt柴油机负荷特性曲线 be的变化取决于m 和i的变化；随着负荷增加，m 和i的变化如右图；逐渐增加供油量，由于m迅速上升，be下降；再继续增加供油量时，由于过量空气系数的减少，燃烧恶化，不完全燃烧及补燃增加，致使be升高；柴油机负荷特性实例如右图。编辑ppt三、汽、柴油机负荷特性比较 负荷特性是发动机的基本特性，用以评价发动机工作的经济性；由负荷特性可以看出：1、汽油机经济性比柴油机差，柴油机be比汽油机低1030。2、柴油

6、机的B曲线直线性好，汽油机的弯曲度大。3、部分负荷低油耗区域柴油机较宽，汽油机较窄。编辑ppt第三节 发动机速度特性编辑ppt发动机速度特性 发动机性能指标随转速变化的关系称为速度特性 ；以曲线表示，则称为速度特性曲线；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，这时发动机即沿速度特性工作；发动机转速作为速度特性横坐标；纵坐标主要有效功率Pe、转矩Ttq、耗油率be、每小时耗油量B 等 。 编辑ppt一、汽油机速度特性 汽油机节气门（油门）开度固定不动，其有效功率Pe、转矩Ttq、耗油率be、每小时耗油量B 等随转速变化的关系称为汽油机速度特性；此时是通过调整测功器

7、，如逐渐改变水力测功器水量，来改变汽油机的转速；测取前，应将点火提前角、化油器调整完好；测取时，应按规定保持冷却水温度、润滑油温度在最佳状态； 节气门保持全开，所测得的速度特性称为外特性；节气门部分开启时所测得的速度特性称部分速度特性。编辑ppt汽油机外特性曲线 Ttq的变化取决于m、i和 /a随n的变化；be的变化取决于m 和i的变化；Pe的的变化受Ttq和n 的共同影响；随着转速增加，m 、i和 的变化如右图；汽油机速度外特性实例如右图；汽油机速度外特性是在节气门全开时测得，曲线上每一点表示它在此转速下的最大功率及转矩，代表发动机最高动力性能。编辑ppt汽油机部分速度特性曲线 汽车大部分时

8、间是在部分负荷下工作；随着节气门关小，节流损失增大，进气终了的压力pa下降，从而引起v下降；随着转速提高，v下降的速度更快；节气门开度愈小，转矩Ttq随转速增加而下降得愈快，最大转矩点及最大功率点均向低转速方向移动。编辑ppt二、柴油机速度特性 柴油机速度特性:喷油泵的油量调节机构（油门拉杆或齿条）位置固定不动，柴油机性能指标（主要是有效功率Pe、转矩Ttq、耗油率be、每小时耗油量B 等）随转速变化的关系；测取时，应将供油提前角、冷却水温、润滑油温度等调整在最佳状态；当油量调节机构固定在标定（或称额定）功率循环供油量位置时，测得的速度特性为标定功率速度特性，习惯上亦称外特性；当油量调节机构固

9、定在小于标定功率循环供油量各个位置时，所测得的速度特性称为部分速度特性。编辑ppt标定功率一台发动机的功率标定要根据发动机特性和具体用途、使用特点及寿命和可靠性要求来确定。我国国家标准规定了发动机标定功率分为下列四级：15分钟功率 允许发动机连续运转15分钟的最大有效功率。1小时功率 允许发动机连续运转1小时的最大有效功率。12小时功率 允许发动机连续运转12小时的最大有效功率。持续功率 允许发动机长期连续运转的最大有效功率。编辑ppt柴油机标定功率速度特性曲线 Ttq的变化取决于m、i和b随n的变化；be的变化取决于m 和i的变化；Pe的变化受Ttq和n 的共同影响；随着转速增加，m 、i和

10、v的变化如右图；柴油机速度外特性实例如右图；标定功率速度特性代表该机在使用中允许达到的最高性能 。编辑ppt柴油机部分速度特性曲线 随着油量调节机构固定位置的减小，循环供油量减小，但b随n的变化趋势基本相似；柴油机部分特性Ttq的变化基本与外特性上Ttq平行，即Ttq随转速变化不大；对于经常在部分负荷下工作的汽车发动机，还应作负荷为90、75、50、25的部分负荷速度特性或作万有特性 。编辑ppt三、柴油机和汽油机的对比分析柴油机的速度特性曲线中转矩曲线都比较平坦；柴油机的燃油消耗率曲线经济区比较宽。编辑ppt第四节 万有特性编辑ppt一、发动机万有特性 为了能在一张图上较全面地表示发动机的性

11、能，经常应用多参数的特性曲线，称为万有特性；万有特性是以转速为横坐标，以平均有效压力（或转矩）为纵坐标，在图上画出许多等耗油率曲线和等功率曲线，根据需要还可以画出等过量空气系数曲线、等进气管真空度曲线、冒烟极限等。编辑ppt典型万有特性等be曲线族由封闭的回线和半封闭甚至不封闭的曲线组成最内层的等be回线对应内燃机的最经济运行工况区，等值线越向外，燃油经济性越差 对于车用内燃机，最经济区域落在万有特性的中间位置，而且对轿车和轻型车偏低速小负荷，货车和重型车偏高速大负荷 编辑ppt万有特性等耗油率曲线的制取 将不同转速的负荷特性以pme为横坐标，be为纵坐标，用同一比例尺画在一张坐标图上；在万有

12、特性图的横坐标轴上，以一定比例标出转速数值。纵坐标pme的比例应与负荷特性pme的比例相同；将负荷特性图横放在万有特性图左方，并将与负荷特性曲线上耗油率be相等的各点移至万有特性图中，标上记号，再将be值相等的各点连成光滑曲线，即等耗油率线；编辑ppt万有特性曲线的作用1、可清晰了解发动机在各种工况下，最经济的n和负荷。2、根据曲线的形状和分布，可以合理选用发动机。 若曲线沿横向较长, 则说明在负荷变化不大, 而n变化较大的范围内,be变化较小。 若曲线沿纵向较长, 则说明在 n 变化不大, 而负荷变化较大的范围内,be变化较小。适于车用, 其最经济区大约在万有特性曲线的中间偏上位置，并希望等

13、燃油消耗率曲线在横向较长。适于拖拉机及工程机械用, 其最经济区大约在标定转速附近，并沿纵向较长。编辑ppt二、汽油机和柴油机油耗特性对比a.柴油机 b.汽油机汽油机的be普遍比柴油机高 汽油机的最经济区域处于偏向高负荷的区域，且随负荷的降低，油耗增加较快 柴油机的最经济区则比较靠近中等负荷，且负荷改变时，油耗增加较慢 编辑ppt 三、汽油机的排放特性a.CO排放特性 b.HC排放特性 c.NOx排放特性在常用的部分负荷区，过量空气系数控制在1.0左右，CO排放较低 负荷超过全负荷的95%左右时，混合气显著加浓， CO的比排放量开始急剧上升在负荷很小时，混合气适当加浓，导致CO排放略有上升 HC

14、的变化趋势与CO有些类似，也是中等负荷比排放量较小，大负荷和小负荷时相对增加 全负荷时HC排放增加不如CO严重 小负荷时HC比排放随负荷的减小增加得比CO更快 在中等转速以上当转速一定时，NOx比排放随负荷增大而下降，而且当接近全负荷时下降更快 当负荷一定时，NOx的比排放随转速升高而增大，当然绝对排放量增加更快 汽油机NOX的排放特性与CO、HC截然不同 编辑pptCO排放特性NOx排放特性HC排放特性烟度Sf排放特性柴油机排放特性四、柴油机的排放特性柴油机在整个工况范围内排放的CO均很少，在绝大多数工况下远小于汽油机的CO排放柴油机的HC排放也比汽油机低得多，平均来说，后者约为前者的24

15、倍柴油机的NOx排放略低于汽油机柴油机排气烟度SF的变化比较有规律 编辑ppt五、适应性系数内燃机转矩、功率对外界阻力变化的适应能力。编辑ppt适应性系数 适应性系数转矩储备系数 转速储备系数 汽油机 柴油机 汽油机的适应性优于柴油机。 编辑ppt第五节 改善发动机与车辆的匹配 编辑ppt发动机与车辆的匹配发动机是车辆的一个总成，是汽车动力的来源；整车的动力性和经济性既取决于发动机自身的性能，又依赖于发动机与汽车的合理匹配；发动机的各种特性，是分析发动机与车辆匹配的有效工具；本节主要从两个角度改善发动机与车辆的匹配： 从提高动力性的角度 从提高经济性的角度编辑ppt从动力性的角度改善发动机与车

16、辆的匹配（一） 汽车的动力性可由三方面的指标评价： 汽车的最高车速 汽车的加速时间 最大爬坡能力 变速器各档有不同的传动比，可将发动机外特性转换成不同档位的驱动力与车速的曲线；由图看出，该车的最高车速在18Okmh以上，在1档能爬上的最大坡度为55，相应地还能计算其加速时间； 发动机外特性功率曲线与汽车行驶阻力功率图，表示发动机所拥有的后备功率；后备功率愈大，爬坡、加速性能愈好，行驶中负荷率低，经济性差。 编辑ppt从动力性的角度改善发动机与车辆的匹配（二） 不同种类、不同排量的车辆，不可能用驱动力行驶阻力平衡图直接比较其动力性的好坏，必须把驱动力与汽车质量结合起来，而且还必须考虑到它们在行驶

17、中遇到的空气阻力的差异；将单位汽车质量的受力状况整理成一个无因次量（称为动力因数D），可用以比较不同车辆的动力性；通过选择合适的比功率与汽车总质量的乘积，可以估算出应配备的发动机功率；从结构紧凑性及减轻比质量的角度看，汽油机明显优于柴油机；提高发动机动力性（增加升功率、降低比质量）的有效措施是采用增压；此外，采用多气门机构、汽油喷射等，也是改善发动机动力性的有效措施。 编辑ppt从动力性的角度改善发动机与车辆的匹配（三） 编辑ppt从经济性的角度改善发动机与车辆的匹配（一） 汽车的燃油经济性常用按一定行驶规范行驶百公里的燃油消耗量，或消耗一定量燃油行驶的里程来衡量； 对车辆进行排放限制及燃油消

18、耗的限制本来是两个概念，不过两者在技术上常常是相互制约与相互关联的；各国法规逐年严格限制有害排放物的同时，还规定了对轿车行驶油耗的限值标准。 编辑ppt从经济性的角度改善发动机与车辆的匹配（二） 从整车技术的角度看，主要有效的措施： 降低车辆自身质量 改进车辆的外形与结构 改善传动系与发动机的匹配 使用子午线轮胎从车辆对动力选型的角度看，柴油机轿车比汽油机轿车节油2535；柴油机采用直喷式燃烧系统，并普及增压及增压加中冷技术，以进一步提高热效率及升功率；在汽油机中提高压缩比，实现稀燃，采用电喷技术，兼顾到高、低负荷及不同转速工况的可变技术，减少摩擦损失及附件损耗；改善车辆与发动机的匹配是节能的

19、关键环节之一。 编辑ppt第六节 发动机台架试验编辑ppt一、台架试验装置 试验台架辅助系统各种测量仪器、仪表及操纵台编辑ppt二、制动测功装置测功器测功器是用来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，同时测定发动机输出转矩；同时发动机输出转速由各类转速表测得； 功率的计算公式为：常用测功器有水力测功器、直流电力测功器和电涡流测功器三种。编辑ppt水力测功器构造水力测功器是以水作为工质的一种液力测功装置。其主体为水力制动器；制动器由转子和外壳组成；根据转子的结构不同，水力测功器可分为： 圆盘式水力测功器 柱销式水力测功器 叶轮式水力测功器 涡流室式水力测功器编辑ppt

20、水力测功器的工作范围如图；水力测功器工作范围线段A、B、C、D、E所围成的面积为测功器工作范围： 线段A为测功器在最大负荷调节位置； 线段B相当于测功器转子和轴允许的最大转矩下的强度限制线； 线段C为测功器出水温度达到最大允许值的功率限制线； 线段D为受离心力负荷或轴承允许转速所限制的最高转速限制线； 线段E相当于测功器空转时能测量的最小转矩和功率特性。编辑ppt直流电力测功器构造直流电力测功器的工作原理和电机基本相同，其转子和定子都是以磁通作为传递媒介进行工作的；直流电力测功器的结构简图：被测动力机械的输出轴与直流电力测功器的转子连接旋转，电机作发电机运行，以达到测功的目的；相反，当电枢回路

21、有电流通过时，在磁场中会受到电磁力的作用而产生一个与转向相同的驱动力矩，这时电机作电动机运行，以达到反拖(测量动力机械的摩擦功)的目的。编辑ppt电涡流测功器构造与工作原理电涡流测功器具有结构简单、控制方便、转速范围和功率范围宽等特点；这种电涡流测功器是将被测动力机械的功率所产生的涡电流转换成热能消耗掉，而不能发出电力反馈电网。同时它也不能作为电动机来反拖动力机械；电涡流测功器的结构简图：电涡流测功器产生制动力的原理是：当励磁绕组通以直流电时，在闭合磁路中产生静止磁通。当感应子旋转时，在涡流环的表面产生感应电动势而形成涡电流，力图阻止磁通的变化，从而产生时感应于的制动作用。编辑ppt三、耗油率的测量耗油率的测量可分容积法和质量法：容积法：通过测定消耗一定容积的燃油所需的时间，通常用于汽油机的油耗测量；计算公式：质量法：通过测量消耗一定质量的燃油