第七章 发动机的特性.ppt

1、发动机运行特性,发动机特性在一定条件下，发动机性能指标与特性参数随各种可变因素的变化规律。 运行特性：即主要的性能指标（功率、扭矩、比油耗、排放等）随工况参数转速和负荷的变化规律,研究发动机运行特性 的意义,1、与汽车进行全工况的合理匹配 由发动机运行特性转化而得的汽车的运行特性，如驱动力特性、燃油经济性、运转稳定性、安全性等 2、特性曲线不能满足要求时进行调节和校正 柴油机调速装置 、点火和喷油提前装置，可变配气相位系统 * 电子控制技术使更多的参数有了实时调控的可能，出现了多种发动机的“可变”技术，,重点阐述的问题,1)发动机特性速度特性、负荷特性、全特性（万有特性）的变化规律 2)发动机

2、运行特性对汽车的适应性以及汽车与发动机动力、经济性的合理匹配 3)柴油机速度特性的调节与校正 4)汽、柴油机的电子控制与管理,第一节 发动机工况,工况由转速和曲轴输出功率表示,工况平面与发动机的工作区域,以负荷和转速为坐标的平面叫发动机的工况平面 点工况运行 （泵站） 线工况运行 （发电机组 、螺旋桨 ） 面工况运行 （汽车）,发动机的工作区域及限制,1) a曲线是各转速时最大功率(转矩)的限制线，到标定点A为止。 2) b曲线是各负荷条件下的最高转速限制线。 3) c曲线是发动机最低稳定工作转速限制线 4) d曲线是各个踏板位置下的空转怠速线。 5)输出功率为负值的e曲线是发动机灭火，外力倒

3、拖时的工况线。,几点说明,1、a b曲线在最大加速踏板位置条件下获得的。汽油机在节气门全开时获得，称为速度外特性线；对于柴油机则a为校正外特性线， b曲线则是调速器起作用的调速特性线。 2、低于c曲线转速时，由于燃烧波动和运动件惯性过小，发动机无法稳定工作。 3、“加速踏板”与“油门”踏板 ： 对汽油机，控制节气门开度，称为油门是妥当的。 柴油机有时并不直接控制喷油泵的油量调节杆，而是通过控制调速器起作用，与供油量不呈线性关系。所以称为“油门”是不妥的,功率标定,发动机铭牌上规定的最大输出功率 及其对应转速 所确定的工况叫做标定工 况。 15分钟功率 1小时功率 12小时功率 持续功率,发动机

4、特性的分析方法,1调整特性 ：发动机在转速和油量调节位置(汽油机为节气门开度，柴油机是油量调节杆位置)不变条件下，各种性能指标随调整参数而变化的规律。 2、调整参数包括： 汽油机点火提前角 过量空气系数 柴油机的喷油提前角 包含排气再循环在内的残余废气系数。,可调整参数范围的扩大,另外原来不可调整，但是对性能有明显影响，也可归入调整参数： 配气相位角 气门升程 进气管长度 压缩比 涡轮机喷嘴环面积,2工况运行特性性能,主要的性能指标（功率、扭矩、比油耗、排放等）随工况参数转速和负荷的变化规律 影响因素,第三节 速度特性、外特性 与汽车动力性匹配,汽油机保持节气门开度不变或柴油机保持油量调节杆位

5、置不变，发动机的性能指标随转速的变化规律称为发动机的速度特性 标定工况位置所决定的为全负荷速度特性曲线，又叫外特性线；其余的为部分负荷速度特性线,汽油机速度特性,汽油机指示效率 、机械效率、充气效率、过量空气系数 随速度的变化,曲线变化趋势分析,扭矩线主要受 的影响，在某一较低转速处有最大值，然后随转速上升而较快下降，转速愈高，降得愈快。部分特性线则随节气门关小更急剧降低。指示效率对曲线的影响不大，仅使高、低转速处的值略降低。,曲线变化趋势分析,曲线变化趋势分析,柴油机速度特性,保持油量调节杆位置不变、性能指标随转速的变化规律 必须说明的是： 油量调节杆位置和加速踏板位置并不一定成正比。所以保

6、持加速踏板位置不变得到的速度特性线和保持油量调节杆位置不变得到的速度特性线有区别。加速踏板位置不变时，各转速对应的油量调节杆位置往往已经过“校正”或“调速”而有变动。,柴油机指示效率 、机械效率、每循环供油量,柴油机速度特性,柴油机曲线变化趋势分析,1) 扭矩因gb及 线有相反变化的趋势而使总体上变化较平坦。 2)功率线总的是随n上升而增大。由于扭矩线较平坦，所以可达到的最大功率点远离最高使用转速（图上看不出来）。 3)指示燃油消耗率线为指示效率线的倒数，变化平坦。 4) 有效燃油消耗率线则是在基础上作了 的修正，随转速上升而上翘度加大。,汽、柴油机速度特性曲线的对比,1)汽油机线扭矩向下倾斜

7、较大，低负荷时倾斜更大；而柴油机扭矩线总体变化平坦，低负荷时甚至上扬。所以： 两种机型配套汽车时动力和运行稳定性存在巨大差异 2)汽油机外特性扭矩线的最大值点，一般就是标定功率点；而柴油机可达到的最大值点的转速很高，标定点并非该特性线的极值点。 3)柴油机燃油消耗率曲线要比汽油机线平坦，低负荷时更是如此。,发动机速度外特性对汽车动力性能的影响,汽车动力性能的评价指标： 汽车的最高稳定行驶速度 最大爬坡能力 加速时间,汽车的驱动力行驶阻力平衡图,汽车功率平衡图,汽车动力性能指标的确定,最高车速：最低一条水平路面的阻力线与最高挡第3挡驱动力线的交点“a” 是最高稳定车速工况点 最大爬坡能力:最低挡

8、第1挡的驱动力线与某坡度阻力线的切点“b”就是能克服的最大坡度稳速工况点。所能克服的最大坡度值是40。 加速时间,加速时间: 1）据平衡原理，“a”为最高车速vmax工况点。假定各挡Pt-va线的交点也正是换挡工 况点，且认为换挡是瞬时完成， 2）则汽车由低速全油门加速到最高车速时，途经的每个速度点处的功率差值 或转矩差值 就是该点的加速功率或加速转矩。 3） 称为后备功率。整个加速过程总的后备功率，可由图上剖面线所示的积分面积来表示，由此面积可计算出加速时间。,外特性曲线的动力适应性与特性校正,汽、柴油机外特性曲线的动力适应性分析,1）同一排挡的加速和克服阻力的能力，相同标定点前提下，汽油机

9、的动力性能明显优于柴油机 2）汽油机不会“飞车”： 因为最高挡可达到的最高转速是柴油机比汽油机更远离标定转速点，这是因为汽油机Ttq线下降急剧，而柴油机比较平缓。,转矩适应系数,转速适应系数,柴油机的转矩校正与校正外特性曲线,1)校正的可能性 不超过烟度限制线 2)校正方法 调速器,柴油机调速装置与调速特性,柴油机调速器的最基本的功能就是保证柴油机高速不超速飞车而低速能稳定运行,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

10、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

11、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,调速器的附加功能,(1)冷起动加浓： 起动加浓装置，使油量调节杆

12、在起动转速范围内处于更大油量位置,(2)外特性曲线校正： “正校正”与“负校正” (3)增压油量补偿类似于“负校正”,小结,调速器的功能使“速度特性”产生变化，其实并非速度特性发生变化，而是油量调节杆位置不断改变。 调速特性是在加速踏板位置不变时出现的。容易给人形成油量调节杆不变的错觉。 弄清楚加速踏板与油量调节杆的相互关系和差别，不把二者混为一谈，是正确理解调速器和调速特性的一大关键,柴油机电子控制,位置控制系统 ECU控制执行器来改变齿条（或滑套）的位置来改变供油量，兼起电子调速器的作用。 缺点：1）响应慢、精度低、不稳定 2）仍是脉冲供油，喷油率不可控。 时间控制系统共轨式、电控泵喷嘴。

13、,油泵改装,1-后壳 2-执行器； 3-后窗盖板 4-滑套 5-法兰连接螺栓； 6-摇臂； 7-销钉 8-连接拉板 9-齿条连接板； 10-齿条延长板 11-销钉 12-齿条连接螺栓 13-螺纹销 14滑动销钉,ECU硬件结构图,转速,滤波整形电路,EEPROM,功率驱动,执行器,油门位置,齿杆位置,冷却水温,增压后压力,进气温度,模 拟 信 号 处 理 电 路,MC68HC908GP32 单片机,外部WDT,通讯驱动,标定系统,开关量 处理电路,刹车开关,巡航开关,电源处理,蓄电池,时间控制系统共轨式,共轨式优点,1)喷油压力与发动机转速无关。只取决于共轨腔中按要求调整的压力，因而彻底解决了

14、传统喷油泵高、低速时喷油压力差别过大性能难于兼顾的固有矛盾。 2) 解决了喷油泵脉动供油时输出的峰值转矩过大，凸轮轴瞬间转速变化太快，不能稳定控制小喷油量的矛盾。 3) 共轨腔压力可任意调节，可灵活控制电磁阀升程，能实现喷油压力和喷油率的柔性控制。,以电控喷射为主的柴油机电子管理中心的主要功能,(1)目标喷油量控制,ECDU2电控系统油量控制特性(实际测试线与软件程序编制线基本重合),(2)目标喷油定时控制,(3) 油量、喷油定时的补偿控制 包括大气压力、大气温度、冷却水温、柴油油温 (4)冷起动及怠速稳定性控制 (5)过渡性能与烟度控制 (6)喷油规律与喷油压力的控制,(7)其它参数及性能的

15、控制,增压油量与增压时进气量的补偿控制。 废气再循环控制。 增压器涡轮机喷口的可变截面控制。 可变气门定时。 可变进气涡流。 可变进气管长度的控制。 暖机时对进、排气的节流控制。 部分停缸控制等。 低油压保护。 增压器工作状态保护。 传动系统的配套控制。 故障自动诊断功能。,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