《内燃机学 第5版》 课件 第9章 内燃机的使用特性与匹配

第九章内燃机的使用特性与匹配9.1内燃机的负荷特性9.2内燃机的速度特性9.3内燃机的万有特性9.4内燃机的功率标定及大气校正9.5内燃机与工作机的匹配EnginePerformanceandApplication主要学习内容第一节内燃机的负荷特性内燃机的工况内燃机的负荷特性柴油机的负荷特性汽油机的负荷特性主要学习内容EngineLoadCharacteristics内燃机的工况OPERATINGCONDITIONS内燃机的工况是指在某一转速和负荷状态下的工作状态。工况参数：转速n、功率Pe/转矩Ttq/平均有效压力pme上述参数中只有2个独立变量，即(n,Pe)、（n,Ttq）或（n,pme）决定发动机的一个工况点。可能的工况范围最大功率最高转速最低稳定转速分类点工况线工况面工况内燃机的负荷特性LOADCHARACTERISTICS内燃机的负荷特性是指当内燃机的转速不变时，性能指标随负荷的变化规律。性能指标燃料消耗率be燃料消耗量B排气温度tr排放等一、负荷特性DEFINATION燃油消耗率的负荷特性问题当内燃机负荷为零（怠速）时，对外不输出功率，

pme＝ηm

＝0，所以be为无穷大。

柴油机的负荷特性

DieselEngineLoadCharacteristics1、非增压柴油机高负荷时，φa

和ηit的下降比自然吸气柴油机小，而ηm继续增加，故be曲线较平。负荷增加，排气能量增加，进气密度提高，A/F降低，排气烟度下降。负荷增加，发动机的温度水平和进气温度提高，滞燃期缩短。增压柴油机限制pme的因素是最高燃烧压力和增压器可靠性而非φa

。2、增压柴油机

汽油机的负荷特性

GasolineEngineLoadCharacteristics特点汽油机的be高于柴油机。be的下降幅度缓慢高负荷时较平。Tr普遍较高。汽油机压缩比小，热效率低，be普遍比柴油机的高。汽油机在负荷减小时，由于节气门的节流作用，造成较大的泵气损失，使be的上升比柴油机更快。当负荷很小时，汽油机燃烧室中残余废气增多，为保证燃烧稳定，需加浓混合气，使be上升。当汽油机接近全负荷时，为了增加最大功率，采取加浓混合气的措施，导致燃料燃烧不完全，生成大量CO，燃烧效率下降，be上升。第二节内燃机的速度特性内燃机的速度特性柴油机的速度特性汽油机的速度特性发动机适应性系数ENGINESPEEDCHARACTERISTICS主要学习内容内燃机的速度特性DEFINATION性能指标

转矩Ttq

/功率Pe

/燃料消耗率be/排气温度tr

……一、速度特性在油量调节机构位置不变的情况下，内燃机的性能指标随转速变化的规律。二、外特性柴油机的油门固定在标定位置，或汽油机的节气门全开时的速度特性。一、速度特性在油量调节机构位置不变的情况下，内燃机的性能指标随转速变化的规律。自然吸气柴油机的速度特性

DieselEngineSpeedCharacteristicsbe的速度特性整个转速范围较平坦中间转速最低，两端略有上翘。tr的速度特性随转速升高而升高。随油门减小而下降。Ttq的速度特性曲线变化平坦，在中间某一转速有一不很显著的峰值。部分负荷低速端Ttq下降更多。曲线形状主要取决于供油系统的速度特性。循环供油量gb

对于常用的柱塞式喷油泵，当油门位置固定且无特殊的油量校正装置时，gb随转速的下降而下降。加装校正装置后，可使gb随转速的增加基本保持不变或略为下降。机械效率ηm当柴油机n降低时，pmm将逐渐减小，pme变化幅度小于pmm的变化。ηm随转速下降而升高，随转速升高而降低。指示热效率ηitΦa较大，ηit基本保持不变。只有循环油量超过一定指后，燃烧恶化，ηit下降，使接近全负荷的be增加。有效热效率ηit

的变化（换气和燃烧过程）

充量系数在中等转速下有不太显著的峰值。在高转速下由于流动阻力增加而下降。在转速很低时由于配气相位不匹配导致进气发生倒流也使充量系数下降。燃烧过程在中等转速下进展最好，高速时热效率下降。在低转速下由于充量运动减弱，混合气形成不理想而影响燃烧过程，同时传热损失增加两方面综合起来，使柴油机的ηit～n曲线呈现中间高两头低的趋势，但总的来说，变化不剧烈。电控增压中冷柴油机的外特性曲线汽油机的速度特性

GasolineEngineSpeedCharacteristics一、汽油机的速度特性及其与柴油机的比较二、转矩的速度特性外特性曲线Ttq随n降低而升高，只在最低速范围才有一小段随n下降而下降的情况。部分负荷速度特性Ttq随n的增加而下降，而且节气门开度越小Ttq下降越快。三、油耗的速度特性汽油机的be曲线大致在Ttq最大时最低，速度增加或降低均会导致be的增加。在接近全负荷时be最低，WOT或节气门开度减小汽油机的油耗增加；如果节气门开度小，be将随转速的增加而快速升高。电控燃油喷射和可变气门正时的汽油机外特性曲线适应性系数Adaptability内燃机转矩、功率对外界阻力变化的适应能力。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。第三节内燃机的万有特性万有特性定义及优点燃油经济特性排放特性ENGINEPERFORMANCEMAP主要学习内容一、万有特性万有特性是在以n为横坐标、pme（Pe或Ttq）为纵坐标的坐标平面内绘出一些常用参数的等值曲线族。参数：be

，tr，φa，排放，控制策略等等。二、万有特性的优点在一张图上表示内燃机各种性能参数之间的变化特性。万有特性ENGINEPERFORMANCEMAP燃油经济特性FuelEconomya.柴油机b.汽油机排放特性EmissionMap一、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CO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二、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2~4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CO排放特性在整个工况范围内排放的CO均很少，在绝大多数工况下BSCO<5g/(kW·h)。汽油机一般BSCO=20～100g/(kW·h)，比柴油机大10～20倍。中速中负荷工况CO比排放最少。接近全负荷时，部分燃油因与空气混合不足而缺氧，造成CO排放急剧增大。当柴油机转速很低，由于燃烧室内气流运动过弱，混合气形成不均，不完全燃烧产物CO较多。柴油机负荷很小时，单位功率的CO排放量增大。HC排放特性HC排放比汽油机低得多，平均来说，后者约为前者的2～4倍。HC比排放基本上随负荷的增大而下降，而绝对排放量大致不变。当负荷不变而转速变化时，HC比排放变化不大。NOx排放特性柴油机在中等偏大负荷时NOx排放量最大。负荷再加大，则含氧相对减少，NOx排放量不再增加甚至略有减少。在中等负荷区，当负荷不变而转速提高到中高转速时，NOx比排放不断增大，说明NOx绝对排放量增加更快。在小负荷区域，NOx比排放大致不随转速变化，绝对排放量基本上与转速成正比。滤纸烟度排放特性当转速不变时，SF随负荷提高而增大。当负荷不变时，SF在某一转速达到最小值,这时对应燃烧过程的最优化，而偏离这一转速均使SF上升。在低速大负荷工况，由于空气相对不足,气流运动减弱,常导致SF急剧上升,即柴油机冒烟严重。第四节内燃机的功率标定及大气校正功率标定大气校正ENGINEPOWERCALIBRATIONANDGASPROOF主要学习内容

内燃机的功率标定，是指生产者根据内燃机的用途规定该机在标准大气条件下输出的有效功率及对应的转速，即标定功率与标定转速。分为4级：15分钟功率——内燃机允许连续运转15min的最大有效功率，适用于需要较大功率储备或短时间需要发出最大功率的摩托车、轿车、轻型汽车、快艇等用途的内燃机。1小时功率——内燃机允许连续运转1h的最大有效功率，适用于需要一定功率储备以克服突增负荷的工程机械、中小型拖拉机和重型汽车等用途的内燃机。

12小时功率——内燃机允许连续运转12h的最大有效功率，适用于需要在12h内连续运转而又需要充分发挥功率的重型拖拉机、移动式发电机组、船舶主机和铁道牵引等用途的内燃机。

持续功率——内燃机允许长期连续运转的最大有效功率，适用于需要长期连续运转的固定动力、农业排灌、电站、内燃机车、远洋船舶等用途的内燃机。

功率标定POWERCALIBRATION

大气校正GASPROOF国家标准规定，内燃机测试的标准大气状态对应温度=298K(25℃)，干空气压=99kPa(总气压为100KPa，水蒸气分压为1kPa)。并且规定测试时的大气状态应在如下范围内：点燃式发动机大气温度288K≤T≤308K

压燃式发动机大气温度283K≤T≤313K干空气压80kPa≤Ps≤110kPa有效功率按下式校正：对点燃式发动机对压燃式发动机第四节内燃机与工作机械的匹配车用内燃机的匹配

发电用内燃机的匹配

MATCHOFENGINEANDOPERATINGMACHINE主要学习内容船用柴油机的匹配

1.动力性匹配

车用内燃机的匹配

汽车行驶性能曲线2.燃油经济性匹配发电用内燃机的匹配

内燃机类型的选择要根据发电设备的动力要求而定。10kW以下的应急发电机组多为便携式，为求结构轻巧，主要以小型汽油机(四冲程或二冲程)为动力。20~1500kW移动式发电站多以四冲程中