汽车发动机原理（第5版） 课件 第八章 内燃机特性

汽车发动机原理

（第5版）Contents第二章四冲程内燃机的换气过程第三章柴油机混合气形成和燃烧第四章汽油机混合气形成和燃烧第五章代用燃料发动机及新能源汽车第六章内燃机噪声、排放污染及防治第七章内燃机的废气涡轮增压第八章内燃机特性第一章内燃机性能指标及实际循环计算方法第八章内燃机特性第一节内燃机工况第二节内燃机负荷特性第三节

内燃机速度特性第四节内燃机转矩特性第五节柴油机调速特性第六节内燃机万有特性第七节内燃机与车辆的匹配第八节提高内燃机性能指标的途径第九节内燃机的功率标定及大气修正

第一节

燃机工况第一类工况，又称恒速工况第二类工况，内燃机功率与转速成一定函数关系。第三类工况，内燃机功率与转速之间没有一定的函数关系，且功率与转速都独立地在很大范围内变化图8-1内燃机的三类典型工况曲线1.内燃机的三类典型工况

第一节

燃机工况

内燃机输出的有效指标通常用平均有效压力pe、有效转矩Me、有效功率Pe、有效燃料消耗率ge以及每小时耗油量GT表示，这些指标与内燃机工作过程参数的关系可以推导如下2.内燃机有效性能指标与工作过程参数之间的函数关系

第二节

内燃机负荷特性

当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,如改变水力测功器水量,以保持转速不变),每小时耗油量GT和耗油率ge随功率Pe(或转矩Me、平均有效压力pe)变化的关系称为汽油机负荷特性。1.汽油机负荷特性图8-3汽油机ηｉ、ηｍ随负荷的变化图8-3

25Y—6100Ｑ型车用汽油机的负荷特性

第二节

内燃机负荷特性

当柴油机保持某一定转速不变，而逐渐移动油量调节杠杆，改变每循环供油量Δｇ时，GT、ge随Pe(或Me、pe)变化的关系即柴油机负荷特性。2.柴油机负荷特性图8-5柴油机ηｉ、ηｍ随负荷的变化图8-4

6135Ｑ柴油机负荷特性

第二节

内燃机负荷特性

由负荷特性可以看出:(１)同一转速下最低有效燃油消耗率gemin越小,低油耗区曲线变化越平坦,经济性越好。(２)有效燃油消耗率ge是随负荷增加而降低m在接近全负荷时(常在80%负荷左右)mｇｅ达到最小。2.柴油机负荷特性

第三节

内燃机速度特性汽油机节气门开度固定不动,其有效功率Pe、转矩Me、有效燃油消耗率ge、每小时耗油量GT等随转速变化的关系称为汽油机速度特性。节气门保持全开,所测得的速度特性称为外特性。1.汽油机速度特性第三节

内燃机速度特性1.汽油机速度特性图8-6

ＢＪ—４９２汽油机外特性图8-7

汽油机ηｉ、ηｖ、ηｍ和ｐｍ随转速ｎ的变化外特性曲线

汽油机外特性是在节气门全开时测得的,曲线每一点表示它在此转速下的最大功率及转矩,代表内燃机最高动力性能,所有汽油机均需作外特性曲线。第三节

内燃机速度特性1.汽油机速度特性图8-8

25Ｙ6100Ｑ型车用汽油机的速度特性１

全负荷

２75％负荷、３50％负荷

４25％负荷部分速度特性曲线

节气门开度越小，转矩Ｍｅ随转速增加而下降得越快，最大转矩点及最大功率点均向低转速方向。第三节

内燃机速度特性2.柴油机速度特性图8-9

6120Ｑ型柴油机外特性

柴油机的油量调节杠杆(油门)位置固定不动(说明调速器不参与工作)，柴油机性能指标(主要是Ｐｅ、Ｍｅ、ＧＴ、ｇｅ)随转速ｎ变化的关系称为柴油机速度特性。图8-8

6135柴油机部分速度特性１

90％负荷

，２75％负荷，３25％负荷第三节

内燃机速度特性2.柴油机速度特性标定功率速度特性曲线

由图8-11各参数的变化趋势可知，低转速时，随着转速的增加，Δｇ、ηｉ增加，而ηｍ下降，故Ｍｅ增加。高转速时，由于Δｇ随转速的增加而上升，抵消了ηｉ、ηｍ下降的影响，因此随转速上升，柴油机转矩Ｍｅ下降不明显。曲线变化平缓，甚至有的是一直微微上倾。图8-8

柴油机中ηｉ、ηｍ、ηｖ、Δｇ随ｎ的变化第三节

内燃机速度特性2.柴油机速度特性部分速度特性

油量调节杠杆固定在低于标定功率循环供油量位置上时，循环供油量减小，但Δｇ随ｎ的变化趋势基本相似，亦是随ｎ的增加而上升，所以柴油机部分速度特性Ｍｅ的变化基本上与外特性Ｍｅ平行，即Ｍｅ随转速变化不大。第四节

内燃机转矩特性

内燃机的性能特性均按照人为设计的最优方案呈现，而不是上述负荷特性和速度特性的典型形状。图8-13

采用电控燃油喷射和可变气门正时的汽油机外特性曲线图8-12重型电控增压中冷柴油机外特性曲线第四节

内燃机转矩特性1.衡量内燃机转矩特性的参数转矩储备系数μ及转矩适应系数ＫＭ

要充分表明内燃机的动力性能，除给出标定功率及其相应转速外，还要同时考虑内燃机的转矩特性，而引入转矩储备系数μ和转矩适应系数ＫＭ的概念。式中:Ｍｅｍａｘ———外特性曲线上最大转矩N·mＭｅＨ———标定工况(或最大功率)时的转矩

N·m第四节

内燃机转矩特性1.衡量内燃机转矩特性的参数转速适应系数Ｋｎ

标定工况(或最大功率)时的转速ｎＨ与最大转矩的转速ｎＴ之比称转速适应系数。它的大小也影响到克服阻力的潜力。图8-14最大转矩时的转速对克服阻力增加的影响第四节

内燃机转矩特性1.衡量内燃机转矩特性的参数理想功率特性系数ＫＰ

上述转矩适应系数ＫＭ和转速适应系数Ｋｎ这两个衡量内燃机转矩特性的参数，都能各自独立地反映车用内燃机的动力储备能力，但不能说明在汽车行驶阻力增大时，内燃机转速下降与转矩增加(在ｎＴ－ｎＨ范围内)之间的变化关系，而这应该是反映车用内燃机动力储备性能的一个综合性指标，从而引出了一个新的衡量指标———理想功率特性系数ＫＰ。第四节

内燃机转矩特性1.衡量内燃机转矩特性的参数内燃机的理想外特性及ＫＰ

内燃机的动力可以保证汽车在任何行驶阻力矩的条件下，无须变速器而能行驶自如，在应用车速范围内有良好的经济性，且车速和燃油消耗率均相对稳定，这就要求汽车内燃机有所谓的“理想外特性”。图8-15内燃机的理想外特性图8-16在(ｎＴ,ｎＨ)范围内,内燃机的理想、实际、平均功率值

根据定义和图8-16表示的几何意义可知:ＫＰ值越大(接近于1),则说明该内燃机的功率外特性曲线越逼近于理想外特性的功率曲线,其动力储备性能越好,故用ＫＰ作为车用内燃机动力储备性能的综合评价指标是理想的。第四节

内燃机转矩特性2.柴油机转矩校正在柴油机机械控制燃油喷射系统中一般都采用油量校正装置来实现。

油量校正装置的作用是:当柴油机在标定工况下工作时，若外界阻力矩再增大，则迫使柴油机转速下降(在不换挡的情况下)，随着转速的下降，喷油泵能自动增加循环供油量，以增大低速时的转矩，改造外特性转矩曲线，提高转矩储备系数。第四节

内燃机转矩特性2.柴油机转矩校正油量校正方法:(１)出油阀式校正机构.(２)设置在调速器上的弹簧校正机构.图8-17全程式调速器工作原理１调速手柄、２调速弹簧、３固定螺母、４油量调节拉杆、５推力盘、６托板、７油量调节螺钉、８怠速螺钉、９限速螺钉图8-18弹簧校正器工作原理４油量调节拉杆、５推力盘、６托板、７油量调节螺钉、１０固定螺母、１１挡头、１２校正弹簧座、１３校正弹簧图8-18弹簧校正器作用ａ装校正弹簧、ｂ未装校正弹簧第五节

柴油机调速特性1.全程式调速器的调速特性当调速手柄固定在转速限制位置(即最大转速)时，调速弹簧便具有人为的最大预紧力，其调速特性如图8-20中曲线２所示：图8-216120柴油机调速特性１外特性、２~５调速特性速度特性形式的调速特性图8-20调速特性第五节

柴油机调速特性1.全程式调速器的调速特性负荷特性形式的调速特性图8-22

6100柴油机的调速特性

Ｍｅ、ｎ、ＧＴ、ｇｅ因外界阻力矩减小，而调速器参与工作(产生减油动作)时的变化关系，如图8-22中四条相应曲线上的实线部分所示，此实线段即为负荷特性形式的调速特性曲线。第五节

柴油机调速特性2.两极式调速器的调速特性图8-23两极调速器的调速特性

由于两极式调速器只有在调试好的最低转速范围及最高转速范围时起作用，故柴油机的转矩曲线在上述转速范围内，才能在调速器的作用下，如同全程式调速器的工作原理一样，产生急剧变化。第五节

柴油机调速特性3.调速器的工作指标１.调速率１)瞬时调速率δ１２)稳定调速率δ２２.不灵敏度第六节

内燃机万有特性图8-25万有特性曲线的作法内燃机的万有特性又称为多参数(组合)特性。为了能在一张图上较全面地表示内燃机性能,经常应用多参数的特性曲线,称为万有特性。图8-24

NJ422A汽油机万有特性曲线ｇｅ单位:有括号为ｇ/(kW·h);无括号为ｇ/(PS·h)第七节

内燃机与车辆的匹配图8-26汽车的驱动力-行驶阻力平衡图汽车的行驶阻力Fr按下式计算∶Fr＝Ff＋Fw＋Fi＋Fj式中:Ff———汽车滚动阻力Fw———汽车空气阻力Fi———坡度阻力Fj———加速阻力据驱动力Ft与行驶阻力Fr

的平衡可得汽车的行驶方程如下:1.内燃机外特性与汽车动力性匹配第七节

内燃机与车辆的匹配(１)如果该曲线的形状在横向较长,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。(２)对于车用内燃机,希望经济区最好在万有特性的中间位置,使常用转速和负荷落在最经济区域内,并希望等燃油消耗率曲线沿横坐标方向长些。(３)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,燃油消耗率变化较小。2.内燃机万有特性与汽车经济性匹配万有特性图分析第七节

内燃机与车辆的匹配内燃机与汽车传动系的经济性匹配如图8-27所示；(１)内燃机的等功率线就是图8-27上虚线所示的双曲线簇。(２)对于大多数有级传动的车辆，合理匹配的关键是排挡数与各挡速比、主传动比的选择与分配。(３)从内燃机的角度，如何使万有特性曲线更好地满足整车燃油经济性的要求是合理匹配的另一个重要方面。2.内燃机万有特性与汽车经济性匹配汽车经济性匹配图8-27内燃机与传动系的经济性匹配第八节

提高内燃机性能指标的途径１.采用增压技术、提高进气密度。２.合理组织燃烧过程、提高指示热效率。３.改善换气过程，提高充气效率。４.提高内燃机的转速。５.提高内燃机的机械效率。６.采用二冲程提高升功率。第九节

内燃机的功率标定及大气修正

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，即额定功率与额定转速。分类：(１)１５ｍｉｎ功率(２)１ｈ功率(３)１２ｈ功率(４)持续功率这1.内燃机的标定功率第九节

内燃机的功率标定及大气修正国家标准规定，内燃机测试的标准大气状态对应温度T0

＝298Ｋ(25℃)，干空气压