汽车发动机原理第十一章发动机运行特性与匹配技术课件

发动机原理第四篇运行特性与性能调控

发动机性能指标随工况参数——转速和负荷的变化规律——特性曲线发动机与汽车之间，动力和传动系统要合理匹配发动机特性曲线在不能满足要求时进行调节和校正发动机众多特性参数并非对所有工况都是最优的，希望能实时对多参数进行调控，以达到全工况范围内性能综合优化的目的——电子控制技术使多参数调控得以实现本篇总纲

第11章：（1）发动机特性，主要是运行特性—速度特性、负荷特性、全（万有）特性的变化规律及测试方法；（2）运行特性对汽车的适应性及合理匹配并涉及混合动力驱动技术

第12章：发动机从传统的机械、液力调控向电子控制技术的发展，分别就汽、柴油机的控制功能和控制策略进行了阐述。

各章内容体系工况平面上边界线

a

左侧边界线

c

右侧边界线b

横坐标上的d曲线

e曲线功率标定——国标11.1.2

发动机运行特性及其分析方法

1.发动机运行特性的评价方法

特性曲线、稳态过程、瞬态工况

2．发动机运行特性参数间的关系汽油机：柴油机：11.2.2功率和油耗的测量

1．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扭矩。输出转速由转速表测得，则由公式求出功率

1）水力测功器

2）平衡式电力测功器

3）电涡流测功器

2.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。

修正系数

汽油机校正扭矩、功率；比油耗不校正11.3发动机运行特性与汽车匹配

11.3.1发动机的速度特性与汽车动力性匹配速度特性的定义——发动机在油量调节机构（油量调节齿条、拉杆或节气门开度）保持不变的情况下，主要性能指标（转矩、油耗、功率、排温、烟度等）随发动机转速的变化规律。

外特性的定义——当油量控制机构在最大位置时，测得的特性为全负荷速度特性（简称外特性）

1.柴油机的速度特性

2.汽油机的速度特性

图11.10汽油机在全、中、小三种负荷时各参数随转速变化的关系

图11.11汽油机在全、中、小三种负荷时速度特性曲线

汽油机的速度特性曲线分析

有效转矩曲线——转速由低逐渐升高，指示热效率、充量系数均上升，虽然机械效率略有下降，但有效转矩总趋势是上升的，到某一点取得最大值。随着转速继续上升，由于指示热效率、充量系数均下降，致使有效转矩迅速下降，变化较陡。

3．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

（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；柴油机可以达到的最大值点的转速很高，标定点要比其低的多。

（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，最经济区的转速范围很宽。

4.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

汽车行驶速度

(km／h)与发动机转速的关系

汽车的行驶阻力

汽车的行驶方程

汽车动力性能最高速度——最高挡驱动力曲线与水平路面行驶阻力曲线的交点

最大爬坡度——与最低挡驱动力曲线上最大驱动力点相切的行驶阻力曲线所对应的道路坡度汽车的加速度（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，按式(11-19)计算汽车的加速度。

5.发动机外特性适应性与特性校正

图11.13汽、柴油机外特性线与阻力线的稳态平衡关系

4）非电控柴油机的转矩校正

液力校正——通过改变喷油系统的液力参数，如喷孔通过面积、出油阀偶件间隙等来直接改变曲线的趋势

液力校正的曲线1—冒烟极限

2—未校正的标定功率供油量曲线

3—使用弹簧校正器的供油量曲线

4—出油阀校正器的供油量曲线

机械校正——加速踏板位置不变时，油量调节杆位置随转速下降而自动增大，达到校正的目的。——调速装置

11.3.2车用柴油机的调速特性

1.发动机稳定工作原理

图11.15汽油机与柴油机的自调节性能

比较汽油机任何节气门位置时，向下倾斜的速度特性线与向上倾斜的阻力矩线(图示点画线)的交点都是能稳定运行、转速变动不大的工况点。即使外特性线的最高空车转速，也不会高到不能接受的程度。因此汽油机不存在超速过多的“飞车”危险。

柴油机速度特性线在油量调节杆位置不变时获得，出现下述问题：游车或飞车熄火两种基本调速模式(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(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

1）转速给定元件——加速踏板2）转速感受元件——飞锤3）执行机构——传动部分全程调速器的结构原理两极调速器的结构原理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。稳定调速率瞬时调速率不灵敏度全程调速器、两极调速器性能比较1）转速控制性能：全程各工况均可控制转速在较小范围内变动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）过渡过程：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3）操纵性能：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：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）排放全程：加速时易冒黑烟两极：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作业效率：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，作业效率下降第四节负荷特性、全特性（万有特性）与汽车经济性匹配负荷特性：当发动机保持转速不变时，性能指标随负荷而变化的规律叫做发动机的负荷特性全特性（万有特性）：负荷和转速都变化时性能参数的变化规律。汽油机

指示效率、

机械效率、

充气效率、

过量空气系数、油耗率、

总油耗

随负荷的变化柴油机

指示效率、

机械效率、

循环供油量、油耗率、

总油耗

随负荷的变化汽、柴油机负荷特性曲线的对比

汽、柴油机负荷特性曲线的对比1)汽油机有效燃油消耗率都比同负荷的柴油机高

2)中、低负荷处的差值明显比最低油耗点和标定功率处大。

统计资料表明，汽、柴油机最低燃油消耗率的差值约15％一30％，而综合使用油耗的差值可达25％～45％

发动机的全特性(万有特性)

发动机的全特性(万有特性)图发动机的全特性(万有特性)图改善发动机与汽车经济性匹配发动机自身节油是改善整车燃油经济性的基础发动机与传动装置的匹配——在经济区工作11.3.4混合动力驱动技术

概述在汽车上装有内燃机和电动机两种动力源，将产生动力的部件与电能储存元件以不同的方式结合起来，可以形成不同类型的HEV

优点：

1)可以发挥内燃机汽车和纯电动汽车的双重优点2)续驶里程和动力性能够3）减少了变工况时的排放，节约能量。4）可暂时零排放2.混合动力驱动方式与控制策略

1)串联式混合驱动系统

发动机电动机逆变器蓄电池组发电机图11.30Canter串联混合动力控制策略

图11.31并联式混合动力系统

发动机电动机逆变器蓄电池组图11.3