汽车发动机的特性

发动机的特性汽车行驶时，由于车速与行驶阻力不断变化，那么发动机的转速和负荷亦相应变化，以顺应汽车的需求。随着转速和负荷的改动，发动机任务过程也会发生变化。因此，发动机在不同运用条件下具有不同的动力性与经济性。第一节发动机工况一、工况发动机的运转情况，简称工况。工况以功率Pe和转速n来表示，此功率、转速应该与发动机所带动的任务机械要求的功率、转速相顺应。只需当发动机发出的扭矩与任务机械耗费的扭矩相等时，两者才干在一定转速下按一定功率稳定任务。二、发动机特性发动机性能目的随调整运转工况而变化的关系称为发动机特性。性能目的调整情况运转工况调整特性性能特性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、必不可少的方式。三、发动机性能目的与任务过程的关系发动机输出的有效目的通常用平均有效压力pme、有效扭矩Ttq、有效功率Pe、有效燃油耗费率b、每小时耗油量B表示。这些目的与发动机任务过程参数的关系可以推导如下。

式中ηv——充量系数；ρo——大气形状下空气密度〔kg/m3〕；Vs——气缸任务容积〔m3〕；α——过量空气系数；hu——燃料低热值〔kJ/kg〕；Lo——实际空气量〔kg/kg〕。每循环放热量Q〔kJ〕为

根据平均有效压力pme〔kPa〕的定义式中We——每循环有效功〔kJ〕；ηe——有效热效率。式中ηit——指示热效率；ηm——机械效率。功率扭矩〔汽油机〕燃油耗费率小时耗油量扭矩〔柴油机〕第二节发动机台架实验一、实验台安装根本组成、装配关系、固定、支承二、制动测功安装—测功器1.水力测功器2.平衡式电力测功器3.电涡流测功器三、耗油率的丈量1.容积法充油丈量丈量耗费容积v的燃油所用时间t燃油耗费量按下式计算式中V—球泡容积〔mL〕；Pe—发动机有效功率〔kW〕;ρf—燃油密度〔g/mL〕；t—耗费容积V的燃油所用时间〔s〕。小时耗油量耗油率2.质量法油箱供油充油丈量燃油耗费量按下式计算式中t——耗费m〔g〕燃油所需时间〔s〕；Pe——耗费m〔g〕燃油时丈量的有效功率〔kW〕；B——小时耗油量〔kg/h〕；be——有效燃油耗费率[g/〔kW·h〕]。第二节发动机的速度特性发动机性能目的随转速变化的关系称为发动机的速度特性。假设驾驶员将油门踏板位置坚持一定，由于道路阻力不同，汽车行驶速度也会改动，上坡时汽车速度逐渐降低，下坡时速度添加，这时发动机即沿速度特性任务。一、汽油机的速度特性〔1〕速度特性：汽油机节气门开度固定不动，其有效功率Pe、扭矩Ttq、、燃油耗费率b、每小时耗费油量B等随转速n变化的关系。〔2〕测取：发动机台架实验。测取前，应将点火提早角及化油器调整完好；测取时，应按规定坚持冷却水温度、光滑油温度在最正确形状。节气门全开时速度特性称为外特性。节气门部分翻开时的速度特性称为部分负荷速度特性。由于节气门的开启可以无限变化，所以部分负荷速度特性曲线有无数条，而外特性曲线只能有一条。〔一〕外特性曲线1．扭矩曲线变化趋势随着转速n的添加，扭距Ttq逐渐增大，出现最大扭距Ttqmax后逐渐下降，且下降程度越来越大。曲线呈上凸外形。

根据公式可见，Ttq随n的变化取决于指示热效率ηi、机械效率ηm、充气效率ηv与过量空气系数α随n的变化。〔1〕在节气门开度一定时，过量空气系数φat可视为常数。〔2〕充气效率ηv在某一中间转速时最大。由于一定的配气相位仅对一种转速最适宜，此转速下能最好地利用气流惯性。其他转速时ηv均降低，曲线为上凸形。〔3〕指示热效率ηit转速低，进气流速低，紊流减弱，使雾化、混合形状较差，火焰传播速度降低，散热及漏气损失添加，ηit较低，转速高时，熄灭过程所占曲轴转角较大，熄灭在较大容积下进展，ηit也较低。但变化比较平坦，对Ttq影响较小。

〔4〕机械效率ηm转速添加，消耗于机械损失功添加。因此，随转速升高，机械效率ηm明显下降。综协作用的结果是；当转速由低开场上升时，ηv，ηit同时添加的影响大于ηm下降的影响，使Ttq添加，对应于某一转速时，Ttq到达最大值。转速继续添加，由于ηv、ηit、ηm均下降，因此Ttq随转速升高而较快的下降，即Ttq曲线变化较陡。2．功率变化趋势Pe=Ttq·n/9550当转速由低逐渐升高时，由于Ttq、n同时添加Pe添加很快。在到达最大扭距转速ntq后，再提高转速，由于Ttq有所下降，使Pe上升缓慢。某一转速时Ttq·n达最大值。以后，再添加转速，由于扭距下降超越转速上升的影响，Pe反而下降。3．燃油耗费率变化趋势b=k3/ηitηmb在某一中间转速当ηitηm到达最大值时出现最低值。当转速较此转速低时，由于ηm上升弥补不了ηit的下降，使b添加。转速较此转速高时ηit、ηm均较低，b也添加。〔二〕部分负荷速度特性

随着节气门的关小，节流损失增大，充气效率减小，使部分负荷速度特性的Pe、Ttq低于外特性值。且转速越高，充气效率减小的越多，因此，节气门开度越小，随转速添加，扭距、功率曲线下降得越快，并使最大扭矩及最大功率点向低速方向挪动。

当节气门开度的75%左右时，耗油率曲线位置最低。超越75%开度，混合气较浓，存在熄灭不完全景象，耗油率曲线位置较高，低于75%开度时，剩余废气相对增多，熄灭速率下降，使ηit降低，耗油率曲线位置也高，且开度越小，耗油率曲线位置越高。二、柴油机速度特性速度特性：喷油泵油量调理机构位置固定不动，柴油机性能目的〔主要是功率Pe、扭距Ttq、燃油耗费率b、每小时耗油量B〕随转速n变化的关系。外特性：油量调理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。部分负荷速度特性：当油量调理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。〔一〕外特性曲线变化趋势

1．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，很大程度上决议于每循环供油量随转速变化的情况。

扭矩表达式可定性地写成

由式可见，柴油机扭距随转速的变化趋势决议于ηit、ηm、△b随转速n变化的趋势。

〔1〕△b—随转速n的提高，每循环供油量△b添加。〔2〕ηv也是在某一中间转速n出现最高值。

〔3〕ηi—指示热效率ηi某一中间n稍高ηi转速低空气涡流减弱，熄灭不良及散热漏气损失添加ηi转速高ηv、△b，使α，不完全熄灭严重熄灭占曲轴转角，熄灭容积2．功率曲线由于扭矩Ttq曲线变化平坦，在一定n范围内，功率Pe几乎与转速n成正比添加。

3．燃油耗费率曲线由于柴油机紧缩比高，ηi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ηi、ηm到达最大值时，出现bmin值。〔二〕部分负荷速度特性

随油量调理机构位置向减小供油量方向挪动时，循环供油量减小，使部分负荷速度特性的Pe、Ttq值低于外特性。但随着负荷减小，循环供油量随转速的变化趋势根本不变，使部分负荷速度特性的变化趋势同外特性类似，所以柴油机的部分负荷速度性的Pe、Ttq曲线是随负荷的减小，大致平行下降。耗油率曲线的变化趋势根本同外特性。当负荷为75%左右时，曲线位置最低。三、发动机扭矩特性要求发动机的扭矩随转速的降低而添加。如当汽车上坡时，假设油量调理拉杆已达最大位置，但所发出的扭矩仍感缺乏，车速就要降低，此时需求发动机随车速降低而发出更大扭矩，以抑制爬坡阻力。因此，为阐明发动机的性能，引入扭距贮藏系数和转速贮藏系数的概念。

1.扭距贮藏系数要充分阐明发动机的动力性能，除给出标定功率及其相应的转速外，还要同时思索发动机的扭矩特性，从而引入扭距贮藏系数μ和顺应性系数K的概念。

式中Ttqmax—外特性曲线上的最大扭矩〔N·m〕；Ttq—标定工况下的扭矩(N·m)。μ或K值大，阐明两扭矩之差〔Ttqmax-Ttq〕值大，即随转速的降低，扭矩Ttq增大越快，从而在不换档的情况下，爬坡才干、抑制短期超负荷的才干越强。汽油机：μ值在10%~30%范围，K值在1.2~1.4。柴油机：假设不予以校正，那么μ值只需5%~10%范围，K值只需1.05左右，难以满足车辆运用要求。〔二〕转速存储设备系数φn转速存储设备系数是标定工况时的转速与最大扭距转速的比值。

式中nB——标定工况转速；ntq——最大扭矩转速最大扭矩转速ntq越低，φn越大，车辆在不换挡的情况下，发动机抑制阻力添加的潜力越强。普通，汽油机φn=1.15~2.0，柴油机φn=1.5~2.0。〔三〕柴油机扭矩特性的改善柴油机扭矩贮藏系数小的根本缘由是由喷油泵速度特性决议的。因此，柴油机中都采用油量校正安装来改造外特性扭矩曲线。油量校正安装的作用是：当发动机在标定工况下任务时，假设转速因外界阻力矩不断添加而下降，那么喷油泵能自动添加循环供油量，以增大低速时的扭矩，提高扭矩贮藏系数。校正方法：〔1〕出油阀式校正机构。〔2〕附加在调速器上的弹簧校正机构。负荷特性：转速不变，其经济性目的随负荷〔可用功率Pe、扭矩Ttq或平均有效压力Pme表示〕的变化关系。当汽车以一定的速度沿阻力变化的道路行驶时，就是这种情况。此时必需改动发动机油门来调整有效扭矩，以顺应外界阻力矩的变化，以坚持发动机转速不变。第三节发动机的负荷特性一、汽油机负荷特性1.负荷特性：当汽油机转速不变，而逐渐改动节气门开度，每小时耗油量B、燃料耗费率b随负荷〔Pe、Ttq或Pme〕而变化的关系。2.测取：发动机台架实验。测取前应将化油器、点火提早角调整完好；测取时应按规定坚持冷却水温度、光滑油温度在最正确形状。3.汽油机靠改动节气门开度，改动进入气缸的混合气数量来顺应负荷变化。其负荷的调理方法称为“量调理〞。汽油机负荷特性分析〔一〕燃油耗费率曲线

由公式b=k3/ηitηm可知，燃油耗费率b的变化取决于ηit、ηm的变化。ηit、ηm随负荷的变化如下图。

〔1〕ηi转速一定，负荷添加，节气门开度加大，剩余废气相对减少，热负荷添加，从而改善了燃油雾化、混合条件，使熄灭速度加快，散热损失相对减少，ηi添加。负荷增至大负荷，加浓安装任务，ηi下降。

〔2〕ηmηm随负荷的添加而迅速添加。缘由是转速一定而负荷添加时，机械损失功率Pm变化不大，指示功率Pi成正比添加，使ηm=1—〔Pm/Pi〕添加。当发动机空转〔Pe=0〕时，目的功率完全用于抑制机械损失，即Pi=Pm，那么ηm=0，耗油率b为无穷大。随负荷〔节气门开度〕增大，由于ηi、ηm同时上升，使耗油率曲线迅速下降。当ηiηm到达最大值出现最低耗油率bmin后，随节气门逐渐增至全开，化油器加浓安装参与任务，供应最大功率混合气，熄灭不完全景象添加，ηi下降，使耗油率又有所添加。〔二〕每小时耗油量B曲线B节气门开度：开度，量混合气成分：除怠速、全负荷时较浓外，大部分情况变化不大B几乎随节气门开度呈线性变化。当节气门开度增大至化油器加浓安装参与任务后，B上升得更快一些。二、柴油机负荷特性

1.负荷特性:柴油机转速一定，每小时耗油量B、有效燃料耗费率b随负荷〔Pe、Ttq或Pme〕而变化的关系。2.测取:台架实验。测取时，应将柴油机的供油提早角、冷却水温度、光滑油温度等调整到最正确形状。3.柴油机负荷调理方法称为“质调理〞。

柴油机负荷特性曲线分析〔一〕耗油率曲线根据公式柴油机耗油率b随负荷的变化取决于ηit和ηm。ηm：随负荷添加而上升。ηi：随负荷添加，每循环供油量△b添加，过量空气系数α减小，熄灭不完全程度增大，使ηi减小。大负荷时，混合气过浓，熄灭恶化，不完全熄灭及补燃增多，使ηi下降更快。

综上所述，当Pe=0，ηm=0时，b趋于无穷大。随负荷添加，ηm迅速添加，且远大于ηi的减少，使b下降很快。当△b添加到1点位置时，b最小。以后再添加负荷，由于ηi下降较ηm上升的多，使b又有所添加。当△b添加到2点时，排气冒黑烟，到达国标规定限值。当△b超越2点时，燃料耗费量增大，排放污染严重，影响发动机寿命，所以，柴油机的最大循环供油量应在标定转速下调整，使烟度不超越允许值。〔二〕每小时耗油量B曲线转速一定时，柴油机的每小时耗油量B主要决议于△b。随负荷添加，每循环供油量△b添加，B随之添加。当负荷接近冒烟界限后，由于熄灭恶化，B上升得更快一些。由负荷特性可以看出，(1)同一转速下最低耗油率bmin越小，曲线变化越平坦，经济性越好。柴油机bmin比汽油机低bmin；而且燃油耗费率曲线比较平坦。相比之下，柴油机部分负荷时低耗油率区比汽油机宽，因此柴油机比汽油机节省。(2)耗油率b随负荷的添加而降低，在接近全负荷〔常在80%负荷率左右〕时b到达最小。第四节发动机的万有特性

万有特性是以转速n为横坐标，以扭矩Ttq或平均有效压力Pme为纵坐标，在图上画出许多等耗油率曲线和等功率曲线，组成发动机万有特性。一、万有特性的制取根据各种转速下的负荷特性曲线，用作图法可以得到万有特性。〔一〕等燃油耗费率曲线1.将不同转速的负荷特性转换为以平均有效压力PME或Ttq为横坐标、燃油耗费率b为纵坐标的负荷特性，并逆时针旋转90°。2.

在万有特性图的横坐标上，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的比例一样。从b=230g/〔kW·h〕处引一垂线，与各种转速的b曲线有两个〔或一个〕交点。再从交点处引程度线，与从万有特性横坐标相应转速处引出的垂线相交，将交点连成圆滑的曲线，即得到一定燃油耗费率时的等燃油耗费率曲线，其他b时的等燃油耗费率曲线作法一样。〔二〕等功率曲线根据公式Pe=kPmen，可画出等功率曲线，是一组双曲线。〔三〕边境限将外特性中的Ttq~n画在万有特性上，构成边境限。二、万有特性的运用分析1.由万有特性可以方便地查到发动机在任何点〔Ttq、n〕任务时的Pe、b、Pme，发动机在任何点〔Pe、n〕任务时的Ttq、b、Pme以及发动机最经济负荷和转速。2.等燃油耗费率曲线的外形及分布情况对发动机运用经济性有很大影响。〔1〕等燃油耗费率曲线最内层为最经济区，曲线越向外，经济性越差。〔2〕假设等燃油耗费率曲线横向较长，表示发动机在负荷变化不大而转速变化较大的情况下油耗较小。常用中等负荷，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，等燃油耗费率曲线曲线横向较长。〔3〕等燃油耗费率曲线纵向较长，那么发动机在负荷变化较大而转速变化较小的情况下的燃油耗费率较小。工程机械用发动机，希望最经济区在标定转速附近，等燃油耗费率曲线纵向较长些。第五节发动机的调整特性发动机性能目的随调整情况而变化的关系称调整特性。一、柴油机装调速器的必要性保证发动机任务稳定二、全程式调速器及调速特性柴油机由最低转速到最高转速的广大范围内，调速器都起作用，这种调速器即全程式调速器。〔一〕调速器任务原理各组成件的作用可概括如下。〔1〕转速给定元件驾驶员根据所需转速，经过转动调速手柄1〔实践即油门〕可将调速弹簧2紧缩到不同位置，以调整弹簧预紧力，在弹簧作用下，托板6向右挪动。〔2〕转速变化的感受元件根据转速的变化，由喷油泵凸轮轴带动的旋转飞球就产生不同的离心力，离心力轴向分力抵抗弹簧弹力而作用于执行机构上。〔3〕执行机构它是用来执行感受元件所发生的变化，从而加油或减油。图中的推力盘5在离心力的作用下，要向左挪动，而其挪动又遭到弹簧预紧力的抵抗，因此推力盘的位置决议于弹簧弹力与离心力的平衡。推力盘5与油量调理拉杆4连在一同，所以盘5的位置也决议了油量调理拉杆的位置，从而控制油量。〔二〕调速特性三、两级式调速器及调速特性两级式调速器是在最低转速与最高转速时起作用，以防止发动机怠速不稳和高速飞车，调速器在中间转速不起作用，由驾驶员经过油门控制供油量。车用柴油机普通采用两级式调速器。〔一〕调速器任务原理〔二〕调速特性第二节发动机的装配、调整与磨合发动机的装配是把新零件、修缮合格的零件、组合件和辅助总成，按照工艺和技术条件装配成完好的发动机，并对其进展磨合。发动机的装配、磨合质量对发动机的修缮质量有着艰苦的影响，对大修发动机的运用寿命的影响也非常的大一、发动机的装配与调整〔一〕根本要求１、复检零部件、辅助总成、性能实验合格２、易损零件、紧固锁止件全部换新，如自锁螺母、弹簧垫片等３、严厉坚持零件、光滑油道清洁４、作好预光滑。光滑油必需清洁、质量符合发动机任务要求５、不准互换配合位置的零件、严厉按照装配标志装配。零件的平衡重位置正确，固定可靠。６、尽量运用公用工具装配、按规定紧固力矩、紧固方法和顺序紧固螺栓。７、装配间隙必需符合技术要求，但应根据详细情况适当调整，如活塞的配缸间隙、８、电控系统各接头、接线柱要清洁接触可靠。燃油系统中的“Ｏ〞型密封圈必需改换而且不得运用含硅密封胶〔二〕、装配顺序与调整方法二、发动机的磨合磨合：汽车总成或机构组装后，改善零件外表几何外形和外表物理机械性能的运转的过程。总成磨合是修缮工艺过程的一个重要工序，是有关总成从修缮装配形状转入任务形状的过渡，磨合质量对总成修缮质量和大修间隔里程有着艰苦的影响，因此未经磨合的发动机是不允许投入运用的。〔一〕、发动机磨合的意义总成修缮的发动机运用的零件有新有旧，零件的技术情况相差较大。修缮工艺配备和企业消费技术程度又存在很大的差别。有些总成修缮发动机在磨合中就出现拉缸、烧瓦等严重缺点，因此，总成修缮的发动机进展科学的磨合就更为重要。１、构成顺应任务条件的配合性质１〕、扩展配合外表的实践接触面积２〕、构成顺应任务条件的外表粗糙度３〕、改善配合性质２、改善配合副的光滑性能磨合使配合间隙增大到顺应正常任务条件的配合间隙，改善了光滑油的泵送性能，增大了配合副间光滑油流量，不但改善了配合副的光滑性能，也有利于坚持正常的任务温度和配合外表的清洁。３、提高发动机的可靠性与耐久性金属在低于或近于疲劳极限下，磨合一定的时间，实现次负荷锻炼，可以明显提高金属零件的抗磨损才干和抗疲劳破坏才干，从而机械的可靠性和耐久性。〔二〕、磨合规范发动机的磨合分冷磨合和热磨合两个阶段，冷磨合是由外部动力驱动总成或机构的磨合。热磨合是指发动机自行运转的磨合。其中发动机自行空转的磨合称为无载热磨合；加载自行运转磨合称为负载磨合；发动机的磨合质量在资料、构造、装配质量等条件已定的情况下，主要取决于磨合时期的转速、载荷、磨合时间、光滑油质量。因此，由磨合转速、载荷和磨合时间构成了发动机的磨合规范。１、冷磨合规范１〕、冷磨合转速。其始转速４００r/min〔０.２-０.５ne〕终止转速１２００r/min-1400r/min(0.4-0.55ne)。起止转速过低，由于曲轴溅油才干缺乏、机油泵输油压力过低，难以满足配合副很大的摩擦热对光滑、冷却、清洁才干的需求，极易呵斥配合副破坏性损伤，由于高摩擦阻力和高摩擦热的限制，起始转速亦不能过高。发动机磨合的关键是汽缸与活塞环、活塞和曲轴与轴承等配合副的磨合，２〕、冷磨合载荷。单靠活塞连杆组产生的载荷显然不够，磨合效率低。实际证明，装好汽缸盖堵死火花塞螺孔，借助汽缸的紧缩压力来添加冷磨合载荷是极为有利的３〕冷磨合的光滑。现行的光滑方式有自光滑、油浴式光滑和机外光滑。实际证明机外光滑方式是最正确的，对提高磨合效率是最有效的。机外光滑：就是指由专门的泵送，将专门配制的黏度较低，硫化极性添加剂含量高的公用发动机光滑油，以较大的流量送入发动机进展光滑的方式。优点：不但使摩擦外表松软，加速磨合过程，而且光滑散热以及清洁才干很强，还可可仪提高磨合过程的可靠性４〕、磨合时间。各级转速的冷磨合时间约１５分，共１小时。２、热磨合规范１〕、无载热磨合。无载热磨合是为有载热磨合做预备的，其磨合原理与冷磨合类似，因此无载热磨合转速取０.４－０.５５pe2)、有载热磨合。起始转速为０.４－０.５pe，磨合终了转速普通取０.８pe，四级调速起始加载为０.２pe，磨合终了前载荷普通取０.８pe，采取四级加载方式，与四级调速相应组合。磨合时间确实定，多以每级磨合中的转速变化或光滑油温度来判别，当每级负载不变时，随磨合的时间的延续，零件