第11章 运行特性

第11章发动机的运行特性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。典型水力测功器测功范围四、台架试验综述

台架试验内容十分广泛，我国规定有统一的试验标准：•1984年颁布了机械工业部汽车发动机试验方法的标准（JB3743－84）•1987年制定了内燃机台架试验方法（GB1105.1～1105.3－87）发动机使用中的最大功率与下列外界因素有关：•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、排气背压等各标准对上述问题都作了严格规定，并且对测量仪器的精度、重要参数的测量精度等也有规定。功率标定

在发动机铭牌上标定的功率，均为使用中允许的最大功率。国家标准（GB1105.1－87）规定，按用途和使用特点，功率可分为以下四种：•15min功率：可用于汽车、摩托车、摩托艇等发动机的功率标定；•1h功率：可用于拖拉机、工程机械、船舶等发动机的功率标定；•12h功率：可用于拖拉机、农业排灌、电站等发动机的功率标定；•持续功率：可用于农业排灌、电站、船舶、铁路牵引等发动机的功率标定。大气修正

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；同一台发动机由于在不同大气状况下使用，其性能差别很大。需要规定一种标准大气状况，并且还应有一种办法，把在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数值；国家标准（GB1105.1－87）规定了一般用途的往复活塞式柴油机和汽油机的标准环境状况是： 大气压p0=100kPa，相对湿度φ0=30％， 环境温度T0=298K或25℃（Page132）。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。

第四节发动机速度特性发动机万有特性

负荷特性和速度特性只能表示某一转速或某一齿条位置（或节气门开度）时发动机参数间的变化规律；汽车的工况变化范围很广，要分析各种工况下的性能就需要许多张负荷特性或速度特性图，这样做极不方便；为了能在一张图上较全面地表示发动机的性能，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。第四节万有特性典型万有特性以转速为横坐标以平均有效压力或扭矩为纵坐标等油耗线等功率线等节气门开度线等

最内层的等曲线相当于最经济的区域。曲线越向外,越大。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,油耗变化较小。适于车用、拖拉机,其最经济区大约在万有特性曲线的中间偏上位置。万有特性曲线的分析：万有特性的对比首先，汽油机的燃油消耗率比柴油机高；其次，汽油机的最经济区域处在偏上的位置，即高负荷区，随负荷降低，油耗增加较快，而柴油机的最经济区则比较适中，负荷改变时经济性能变化不大。由于车用汽油机常在较低负荷下工作，燃油消耗率较大，故其使用经济性能不佳。对于车用柴油机而言，由于多数用于载货汽车、工程机械、矿山车辆等场合，负荷率高，从万有特性上可以看出其使用经济性较好。

万有特性的应用在万有特性图上，最内层的等燃油消耗率曲线相当于内燃机运转的最经济区域，等值曲线越向外，经济性越差。等燃油消耗率曲线的形状与位置对内燃机的实际使用经济性能有重要的影响。如果该曲线的形状在横向上较长，则表示内燃机在负荷变化不大而转速变化较大的情况下工作时，燃油消耗率变化较小。如果曲线形状在纵向较长，则表示内燃机在负荷变化较大而转速变化不大的情况下工作时，油耗率变化较小。万有特性的应用对于汽车用内燃机，最经济区域应大致在万有特性的中间位置，这样常用转速和负荷就可以落在最经济区域内，并希望等燃油消耗率曲线在横向较长。对于拖拉机以及工程机械用内燃机，其转速变化范围较小而负荷变化范围较大，最经济区域应在标定转速附近，并沿纵向较长。如何提高实际使用条件下的燃料经济性，对于实现汽车的节能具有很大的实际意义，而提高负荷率是提高汽油机燃料经济性最有效的措施，另一个重要的措施就是实现内燃机与传动装置的合理匹配。万有特性的应用如果内燃机的万有特性不能满足使用要求，则应重新选择内燃机，或者对内燃机进行适当的调整，以改变万有特性。例如，适当改变配气相位来改变充量系数特性，或选择对转速不太敏感的燃烧系统，可以影响万有特性最经济区域在横坐标方向的宽度；降低内燃机的机械损失，提高低速、低负荷时冷却水温和机油温度，都可以降低部分负荷时的燃油消耗率，在纵坐标方向扩展最经济区。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从动力性的角度改善发动机与车辆的匹配（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18Okm／h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。

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。从动力性的角度改善发动机与车辆的匹配（三）

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。

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