05第五章-运行特性与整车匹配

第五章运行特性与整车匹配本章要求HIT规格严格功夫到家1、复习两个气体燃料燃烧理论—热着火和链式着火理论；2、掌握ICE的燃烧方式；3、掌握湍流强度表达方式和对ICE燃烧的影响；4、了解SI-ICE的火花点火过程和影响因素；5、掌握喷油器的喷油过程和喷雾特性；6、掌握影响雾化质量的因素；7、了解示功图的测量过程；8、掌握燃烧放热速率和累积放热率的概念。一、内燃机运行工况稳定工况（，）运行工况工况：代表ICE运行状态的参数（，）动态变工况（瞬态工况）二、工况平面以和为坐标轴构成的平面。1、点工况

ICE大多稳定工作在某一稳定工况点。如：抽水机。第一节工况与功率标定HIT规格严格功夫到家转矩外特性功率外特性调速特性线标定工况点最低稳定转速限制线线工况（发电机）反拖线空转转速线螺旋桨特性（船舶）最高转速最大转矩转速点工况●面工况标定转速第一节工况与功率标定HIT规格严格功夫到家2、线工况发电机组：近等速船舶：螺旋桨特性

ICE按某一确定线段运行3、面工况

ICE运行工况点构成的工况平面。如：运输车辆、坦克三、内燃机功率标定标定工况：ICE铭牌上规定和

15分钟功率ICE可连续运行15min仍能保持正常状态的最大功率。如：汽车、摩托车、摩托艇第一节工况与功率标定HIT规格严格功夫到家如：船舶、机车、发电机组。

1小时功率ICE可连续运行1h仍能保持正常状态的最大功率。如：拖拉机、工程机械

12小时功率ICE可连续运行12h仍能保持正常状态的最大功率。如：拖拉机、抽水机持续功率ICE可持续长时间仍能保持正常状态的最大功率。第一节工况与功率标定HIT规格严格功夫到家一、特性、特性曲线及分类1、ICE特性在一定条件下，ICE特性指标、特性参数随各种可变因素的变化规律。特性指标：动力性、经济性、排放；特性参数：对性能有影响的参数，、、等。特性动态特性稳态特性调整特性运行特性第二节ICE特性分类及运行特性分析方法HIT规格严格功夫到家转速延迟转矩延迟动态转矩动态转速怠速稳态转矩ABSI-ICE第二节ICE特性分类及运行特性分析方法HIT规格严格功夫到家动态特性动态特性问题：转速和转矩升高延迟；转速转矩稳定延迟；加速性能低于对应的稳态性能。原因：机件惯性阻力，降低有效功率输出；进气充量惯性及动态效应的变化，使充量系数下降；加速过程中水温、油温、油压等未达到稳定状态，点火提前角等调整参数受机件惯性影响，不是最佳值。第二节ICE特性分类及运行特性分析方法HIT规格严格功夫到家油门瞬时变化，混合气组织不理想；第二节ICE特性分类及运行特性分析方法HIT规格严格功夫到家调整特性转速和油量调节位置不变(节气门或油量调节杆)，发动机性能指标随调整参数的变化规律。(目的:使发动机性能最优)调整参数：影响ICE性能和排放的各种参数；如：、、、、配气相位，

气门升程，

歧管长度，涡轮喷嘴流通面积等。作用：实现ICE性能与排放的优化控制。GT-POWE计算进气管长度MAP第二节ICE特性分类及运行特性分析方法HIT规格严格功夫到家原机功率优化功率第二节ICE特性分类及运行特性分析方法HIT规格严格功夫到家机械式点火系统点火提前角MAP第二节ICE特性分类及运行特性分析方法HIT规格严格功夫到家电子点火系统点火提前角MAP第二节ICE特性分类及运行特性分析方法HIT规格严格功夫到家第二节ICE特性分类及运行特性分析方法HIT规格严格功夫到家电磁阀1内燃机排气内燃机连轴器测功机控制单元油耗仪燃油流量信号油门控制信号转速信号电磁阀启闭信号励磁控制信号电磁阀启闭控制信号扭矩信号笔录仪开关3采样袋抽气泵采样器大气开关4开关6废气分析仪流量计充气泵过滤器入口出口大气开关2开关5开关1变工况试验系统第二节ICE特性分类及运行特性分析方法HIT规格严格功夫到家定转速加转矩的变工况过程第二节ICE特性分类及运行特性分析方法HIT规格严格功夫到家定转速减转矩的变工况过程第二节ICE特性分类及运行特性分析方法HIT规格严格功夫到家定转矩加转速的变工况过程第二节ICE特性分类及运行特性分析方法HIT规格严格功夫到家定转矩减转速的变工况过程第二节ICE特性分类及运行特性分析方法HIT规格严格功夫到家PM比排放放量BSPM

/g·（kW·h）-1扭矩变化率/（N·m）·s-1二、运行特性及分析方法负荷特性速度特性油门开度第二节ICE特性分类及运行特性分析方法HIT规格严格功夫到家在一定条件下，ICE性能指标随运行工况参数（转速、转矩）的变化规律。全特性性能指标作用：寻找ICE的运行区域，与相应机械匹配。运行特性第二节ICE特性分类及运行特性分析方法HIT规格严格功夫到家运行特性分析方法CI-ICE化简式SI-ICE化简式分析方法理论分析各变量的变化规律，经叠加，得到性能变化规律第二节ICE特性分类及运行特性分析方法HIT规格严格功夫到家一、SI-ICE速度特性分析1、指示效率低速时，指示效率小总热量小—漏气量大；等容度小—速度低，湍流弱；散热损失大—活塞速度低。高速时，指示效率小等容度下降—燃烧持续曲轴转角大。高、低负荷混合气加浓，指示效率小于中等负荷。指示效率曲线形状：两头略低，中间平坦第三节速度特性与配套汽车的动力性HIT规格严格功夫到家2、机械效率转速增大，机械效率下降—转速升高，机械损失增大。第三节速度特性与配套汽车的动力性HIT规格严格功夫到家3、容积效率低速时：随转速的下降，工质温升提高，充量系数下降；高速时：转速升高，进气压降增大，充量系数下降。第三节速度特性与配套汽车的动力性HIT规格严格功夫到家4、混合气浓度转速升高，燃烧速度加快，可燃烧稀混合气。大负荷和小负荷，混合气需要加浓第三节速度特性与配套汽车的动力性HIT规格严格功夫到家全中小全中小小全中小中全第三节速度特性与配套汽车的动力性HIT规格严格功夫到家二、CI-ICE速度特性分析低速时，指示效率小总热量小—漏气量大；等容度小—速度低，涡流、挤流弱；散热损失大—

活塞速度低。高速时，指示效率小等容度下降—燃烧持续曲轴转角大第三节速度特性与配套汽车的动力性HIT规格严格功夫到家全中小全中小全中小全中小第三节速度特性与配套汽车的动力性HIT规格严格功夫到家三、SI-ICE和CI-ICE速度特性对比SI-ICE斜率大；CI-ICE平坦—容积效率受节气门影响大SI-ICE是标定功率，CI-ICE不是标定功率CI-ICE较平坦—受指示效率影响。第三节速度特性与配套汽车的动力性HIT规格严格功夫到家四、外特性对汽车动力性影响1、汽车动力性评价指标在平直良好路面上，汽车能达到的最高稳定车速。最低档运行的最大爬坡度。起步加速时间：起步、换挡到某一车速最高稳定行驶车速最大爬坡度加速时间基础条件：满载、风速小于3m/s超车加速时间：直接档从低速到高速时间第三节速度特性与配套汽车的动力性HIT规格严格功夫到家车速与内燃机转速关系全油门与车速关系

与车速关系驱动力行驶阻力平衡图

—驱动力；—行驶阻力；—最高车速；—最大爬坡度。第三节速度特性与配套汽车的动力性HIT规格严格功夫到家汽车功率平衡图最佳换档点功率储备；or加速功率；or后备功率。1档2档3档驱动功率阻力功率第三节速度特性与配套汽车的动力性HIT规格严格功夫到家加速时间计算：加速驱动力：加速功率：时间计算：最大加速时间：车轮驱动力：驱动功率：第三节速度特性与配套汽车的动力性HIT规格严格功夫到家2、外特性曲线的动力适应性与特性校正转矩适应性系数：ICE转矩外特性线上，最高转矩与标定功率点转矩的比值。转矩储备系数：ICE转矩外特性线上，最高转矩和标定功率点转矩的差，与标定功率点转矩的比值。转速适应性系数：ICE标定转速与外特性线上最大转矩转速的比值。第三节速度特性与配套汽车的动力性HIT规格严格功夫到家123A123最大转矩相同的1和2转速适应性系数越大，克服阻力能力强。对于1和3转矩适应性系数越大，克服阻力能力强。第三节速度特性与配套汽车的动力性HIT规格严格功夫到家SI-ICE：CI-ICE（未校正）：未校正的CI-ICE转矩线比较平坦第三节速度特性与配套汽车的动力性HIT规格严格功夫到家SI-ICECI-ICEABCFESI-IC相对于CI-ICE具有较低的稳定转速SI-IC相对于CI-ICE具有更高的转矩适应性系数（或储备系数）和转速适应性系数SI-ICE比未校正的CI-ICE具有更好的动力适应性2、外特性曲线的动力适应性CI-ICE需要转矩校正和调速第三节速度特性与配套汽车的动力性HIT规格严格功夫到家3、CI-ICE的转矩校正和校正外特性曲线校正可能性调速校正校正：增大喷油量，提高低速转矩校正方法校正外特性第三节速度特性与配套汽车的动力性HIT规格严格功夫到家机械校正：调速器液力校正：调整液力参数，得到合理的五、外特性曲线的运行稳定性与柴油机调速特性1、ICE稳定工作原理SI-ICE具有良好的运行稳定性。BSI-ICEo2o1A标定点运行时，快速下降的转矩线，不会出现“超速”现象；小负荷时，快速下降

的转矩线，具有良好

的自调节特性；C第三节速度特性与配套汽车的动力性HIT规格严格功夫到家CI-ICEo1o2ABCC’CI-ICE的运行稳定性较差。标定点运行时，平坦的

转矩线，易出现

“超速”现象；小负荷时，上翘的

转矩线，使稳定性

较差。必须使用调速装置，以调整CI-ICE的运行稳定性。第三节速度特性与配套汽车的动力性HIT规格严格功夫到家调速特性第三节速度特性与配套汽车的动力性HIT规格严格功夫到家2、CI-ICE的两种基本调速器—两极和全程调速器调速器的功能：高速不超速，低速稳定运行。调速特性：调速器起作用时，CI-ICE的性能指标随转速或负荷的变化规律。调速特性油门操纵杆凸轮轴支架飞锤油量调节拉杆弹簧座从动杆怠速弹簧高速弹簧滑套支持力：恢复力：操纵杆与调速无关两极调速器第三节速度特性与配套汽车的动力性HIT规格严格功夫到家ABCD单簧双簧低速高速无论油门处于何种位置，两极调速器只有在低速和高速具有调速作用第三节速度特性与配套汽车的动力性HIT规格严格功夫到家用于中小功率车用CI-ICE，保证平稳的加速性能。供油量加速踏板位置空转齿杆位置起动加浓两极调速器调速特性第三节速度特性与配套汽车的动力性HIT规格严格功夫到家凸轮轴支架飞锤组件全负荷油量调整螺钉校正弹簧稳定弹簧支撑摆杆怠速限位螺钉调速弹簧支持力恢复力起动弹簧操纵杆全程调速器第三节速度特性与配套汽车的动力性HIT规格严格功夫到家DCAB转速太低全程调速器加速踏板直接控制调速弹簧弹力全工况调速，用于拖拉机、工程机械和重型柴油机。第三节速度特性与配套汽车的动力性HIT规格严格功夫到家AB油门位置不变时，阻力减小，调速器总是从最大油量开始自动调整齿杆位置。踏板位置加速时，齿杆总是首先恢复到最大油量位置，然后开始调速。C12DE最大油量位置全程调速器加速时，油量过大，冒烟严重。第三节速度特性与配套汽车的动力性HIT规格严格功夫到家3、调速器性能指标调速率静态调速率：调速器起作用时，满负荷（最大油量）转速到空转转速的转速差与满负荷转速的比值。CI-ICE的标定功率点调速率控制在8%～10%之间。标定功率点调速率：第三节速度特性与配套汽车的动力性HIT规格严格功夫到家动态调速率：满负荷突然卸载（），弹性调速系统的动态相应，出现“超调”，转速波动大。随着转速的增大，调速率逐渐减小，怠速调速率最大，一般怠速调速率不大于70%，保持怠速稳定。动态调速率一般小于15%第三节速度特性与配套汽车的动力性HIT规格严格功夫到家调速器的不灵敏度理论状态：减油方向：加油方向：理论调速特性线减油方向加油方向滑套摩擦力：减油调速需要更高的转速，加油转速较低第三节速度特性与配套汽车的动力性HIT规格严格功夫到家

不灵敏度：滑套位置的不灵敏区宽度与理论平

衡转速的比值。

取：

整理后，得：标定工况：怠速工况：摩擦力越大，支持力、恢复力越小，不灵敏度愈大。第三节速度特性与配套汽车的动力性HIT规格严格功夫到家4、调速器的附加功能冷起动加浓起动时，混合气形成困难，需要起动加浓。外特性曲线校正正校正：增大低速喷油量，增大低速转矩负校正：减小低速喷油量，降低低速排烟增压油量补偿增压内燃机，低速压比小，进入气缸的空气量少，减小低速喷油量（负校正）。第三节速度特性与配套汽车的动力性HIT规格严格功夫到家两种调速器的比较性能全程调速器两极调速器转速控制性能各工况均可控制转速在较小范围内波动高、低速控制转速在小范围内波动过渡过程性能加速性能好，但加减速有前后颠簸感加速过渡平稳，无颠簸感操作性能踏板力大，但无需反复调整踏板位置踏板力小，但需经常调整踏板位置排放情况加速时，易排烟除全负荷工况，其它工况排烟少作业效率满负荷减速时，只需减小加速踏板位置，不需频繁换挡，作业效率高满负荷减速时，转矩下降，必须换低档，作业效率低第三节速度特性与配套汽车的动力性HIT规格严格功夫到家六、提高汽车动力性的措施ICE合理选配优点：体积小、重量轻、加速性好缺点：油耗高、输出功率低优点：输出功率高、油耗低缺点：转速低、噪声大、重量大SI-ICECI-ICEICE当前技术条件下：SI-ICE用于轿车、家庭机械等；中重型运输机械等用CI-ICE。第三节速度特性与配套汽车的动力性HIT规格严格功夫到家套合适的外特性线针对用途，配套合适的外特性线，达到需要的转矩储备。ⅠⅡⅢ无级变速无级变速ⅠⅡⅢ第三节速度特性与配套汽车的动力性HIT规格严格功夫到家结论：档位越多，储备功率越大；无级变速具有最大的储备功率；无级变速可获得更高的最高车速；无级变速可获得更大的低速车轮驱动力。第三节速度特性与配套汽车的动力性HIT规格严格功夫到家负荷特性：ICE的转速不变时，性能指标和特性参数随负荷的变化规律。用途：分析ICE的经济性一、SI-ICE负荷特性特点：在80%～90%负荷最低，且变化速度快。原因：指示效率和机械效率具有相似的变化规律。二、CI-ICE负荷特性特点：存在较宽的低值区域。原因：指示和机械效率相反的变化规律。第四节负荷特性、全特性与配套汽车的燃油经济性HIT规格严格功夫到家负荷SI-ICE负荷特性分析负荷转速一定第四节负荷特性、全特性与配套汽车的燃油经济性HIT规格严格功夫到家负荷负荷转速一定CI-ICE负荷特性分析第四节负荷特性、全特性与配套汽车的燃油经济性HIT规格严格功夫到家三、SI-ICE和CI-ICE负荷特性对比SI-ICECI-ICE转速不变小负荷差距大第四节负荷特性、全特性与配套汽车的燃油经济性HIT规格严格功夫到家两种机型的指示效率随负荷变化，表现出相反的变化规律；CI-ICE存在较宽的低油耗区；同等负荷下，SI-ICE的有效燃油消耗率高于CI-ICE；中小负荷差距加大。四、内燃机的全特性（万有特性）全特性：ICE转速和负荷均变化时性能指标和特性参数的

变化规律。用途：表达各种经济性和各种特性参数的变化工况区。第四节负荷特性、全特性与配套汽车的燃油经济性HIT规格严格功夫到家平面图形表达（等油耗线）1.9L轿车柴油机经济圈等油耗线外特性第四节负荷特性、全特性与配套汽车的燃油经济性HIT规格严格功夫到家2.0L轿车汽油机经济圈等油耗线外特性第四节负荷特性、全特性与配套汽车的燃油经济性HIT规格严格功夫到家全特性制作方法负荷特性第四节负荷特性、全特性与配套汽车的燃油经济性HIT规格严格功夫到家OriginGraph制图曲面图形表达第四节负荷特性、全特性与配套汽车的燃油经济性HIT规格严格功夫到家Word制图n/（r·min-1）Pl

×100be/[g·（kW·）-1]第四节负荷特性、全特性与配套汽车的燃油经济性HIT规格严格功夫到家/kPa/kW/（km/h）n/（r/min）ⅠⅡⅢⅣⅠⅡⅢⅣⅠ’Ⅱ’Ⅲ’Ⅳ’Ⅰ’Ⅱ’Ⅲ’Ⅳ’be=2753002903003203353501214151618u五、汽车的全特性六、提高汽车经济性的措施能源法规ICE与汽车的合理匹配—档位传动比—主传动比—驱动轮半径促使内燃机新技术的发展降低车重降低行驶阻力内燃机第四节负荷特性、全特性与配套汽车的燃油经济性HIT规格严格功夫到家第四节混合动力系统及其运行特性HIT规格严格功夫到家整备质量（kg）第一阶段（2005.1）第二阶段（2008.1）第三阶段（2012）CM≤7507.66.65.2750＜CM≤8657.66.95.9865＜CM≤9808.27.46.2980＜CM≤10908.88.06.51090＜CM≤12059.48.66.81205＜CM≤132010.19.17.21320＜CM≤143010.79.87.61430＜CM≤154011.010.38.0我国乘用车燃料消耗量限值（L/100km）第四节混合动力系统及其运行特性HIT规格严格功夫到家整备质量（kg）第一阶段（2005.1）第二阶段（2008.1）第三阶段（2012）1540＜CM≤166012.010.88.41660＜CM≤177012.611.38.81770＜CM≤188013.111.89.31880＜CM≤200013.612.29.82000＜CM≤211014.012.610.32110＜CM≤228014.513.010.92280＜CM≤251015.513.