1、第七章 发动机的特性,本章要求： 了解：发动机特性的基本概念。 理解：发动机特性曲线变化的原因。 掌握：汽油机、柴油机特性曲线的意义，发动机速度特性和负荷特性曲线的测定方法。,第1节 发动机特性概述,定义：,一、发动机的工况,发动机的实际运转情况。,实际上，发动机工况就是研究不同运转情况下，其功率、转矩和转速三者间的变化关系。,1、发动机工况的分类,（1）点工况（负荷、转速基本不变）,（2）线工况（负荷变化但转速基本不变）,（3）面工况（负荷、转速在宽广的范围内变化）,2、车用发动机的工况范围,（1）上边界线a:,最大油门位置时，不同转速下发动机所能发出的最大功率，是发动机功率的极限。,（2）
2、右边界线b:,发动机所能承受的最高转速极限。,（3）左边界线c:,发动机能稳定运转的最低转速。,（4）水平边界d,不同油门位置的怠速特性，即发动机指示功率与机械损失功率相等（Pe=0）。,（5）下边界e,发动机停机后倒拖特性（下坡时的制动能力）。,二、发动机功率的标定,标定功率：,制造厂根据发动机的使用要求（用途、寿命、可靠性、使用条件等），人为规定的该发动机在标况下允许输出的最大功率。,我国四个等级的发动机功率标定：,1、15分钟功率,*思考：人为规定就会存在可高可低的情况，那么汽车用发动机与工程机械用发动机标定时应如何考虑？,2、1小时功率,3、12小时功率,4、持续功率,汽车、快艇等,工
3、程机械、船舶等,机车、移动发电机组等,农用机械、固定发电机组等,需要注意的是：实际使用过程中，发动机功率超出标定功率或标定功率下超出规定的时间，并不意味着发动机就会损坏。,第2节 发动机的负荷特性,定义：,当转速不变时，发动机性能指标随负荷而变化的关系（通常用负荷特性曲线表示）。,负荷特性（曲线）的测定：,1、发动机稳定运转一段时间，使水温、油温为正常值；,2、改变测功器负荷和循环供油量，保持转速不变；,3、测量be、Pe、Tr、等；,4、重复上述操作，并绘制特性曲线。,一、柴油机的负荷特性,保持柴油机转速不变，改变循环供油量b时，B、be、等随负荷（Pe或Te）变化的关系。,定义：,特点：,
4、因此，柴油机负荷特性的调整过程称为“质调节”。,转速n不变,充量系数c基本不变,循环供油量b改变,过量空气系数a 或空燃比改变,1、指示热效率i：,柴油机负荷特性曲线,先增大（混合气由稀变浓，燃烧充分）；,后降低（混合气偏浓，燃烧不完全）；,2、机械效率e：,转速不变，摩擦损失不变，故其随着指示功Pi（负荷）的增大而增大。,当超过最大功率点后，随着燃烧急剧恶化，Pi下降，Pm也下降。,先急剧减小（怠速时为，后随i、m的增大而减小）；,后逐渐升高（到达最低油耗点后，由于燃烧恶化，油耗随i降低而增大）。,3、燃油消耗率be：,最低油耗点1,冒烟界限2（限制超过）,最大功率点3,柴油机负荷特性曲线,
5、二、汽油机的负荷特性,保持汽油机转速不变，改变节气门时，B、be、等随负荷（Pe或Te）变化的关系。,定义：,特点：,节气门开度 增大,充量系数c增大,循环供油量b增大,浓度基本不变 而数量增大,因此，汽油机负荷特性的调整过程称为“量调节”。,汽油机负荷特性曲线,1、指示热效率i：,先增大（节气门开度增大，残余废气减少，燃烧改善）；,后降低（大负荷混合气浓，燃烧不完全）；,2、机械效率e：,转速不变，摩擦损失不变，故其随着指示功Pi（负荷）的增大而增大。,汽油机负荷特性曲线,先急剧减小（怠速时为，后随i、m的增大而减小）；,后逐渐升高（随着混合气变浓，由于燃烧恶化，油耗随i降低而增大）。,3、
6、燃油消耗率be：,三、柴油机、汽油机的负荷特性对比,1、柴油机燃油消耗率普遍较低，且小负荷到中负荷的油耗率下降迅速；,1）柴油机不仅压缩比大，过量空气系数也大；,原因：,2）汽油机低负荷时采用浓混合气且残余废气多，加之泵气损失大，故油耗率高；,柴、汽油机负荷特性对比,2、柴油机低油耗区较汽油机宽；,3、柴油机排气温度较汽油机普遍较低，且随负荷变化较大；,1）柴油机压缩比大，故膨胀比较汽油机大，热效率高；,原因：,2）柴油机充量基本不变，循环供油量增大时，放热多，故温度升高较快；,柴、汽油机负荷特性对比,汽油机节气门开度增大时，虽然供油量增大，但相应进气也多，故温度升高较平坦；,第3节 发动机的
7、速度特性,定义：,当油量调节机构（油门位置）不变时，发动机性能指标随转速而变化的关系（用速度特性曲线表示）。,速度特性（曲线）的测定：,1、发动机稳定运转一段时间，使水温、油温为正常值；,2、固定油量调节机构，改变测功器负荷；,3、测量不同转速下的be、Pe、Te等；,外特性：,全负荷（处在最大油量位置）时的速度特性。,发动机速度特性曲线,一、柴油机的速度特性,保持柴油机油泵调节机构位置不变，测量 Pe 、be、 Te、 等随转速n的变化关系。,定义：,1、指示热效率i：,先增大（转速提高，雾化混合好、燃烧改善且散热少）；,柴油机不同负荷时i的速度特性,后减小（转速过高，充量降低、燃烧不全与后
8、燃加重）；,*思考：如左图所示，柴油机小负荷时指示热效率低，中等负荷时高，而全负荷时介于两者之间，为什么？,2、机械效率m ：,柴油机不同负荷时m的速度特性,随n增大而逐渐减少（转速越高，摩擦损失越大）。,3、有效燃油消耗率be ：,柴油机不同负荷时be的速度特性,*思考：柴油机的m为什么随负荷（油门开度）的增大而增大？,先减小后增大（基本随i变化，但高速转速区由于m下降，其升高幅度较大）；,4、循环供油量b ：,柴油机不同负荷时b的速度特性,随n增大而逐渐增大（转速越高，压油速率增大，供油压力提高）。,5、有效转矩Te与有效功率Pe：,柴油机不同负荷时be的速度特性,Te：,先减小后增大（先
9、随b增大而增大，后因i和m降低而减小）。,Pe：,先增大后减小（ Te*n，最大值出现在max （Te*n）处）。,二、汽油机的速度特性,保持节气门开度不变，测量 Pe 、be、 Te、 等随转速n的变化关系。,定义：,汽油机速度特性,三、柴油机、汽油机的速度特性对比,汽油机转矩的速度特性,柴油机转矩的速度特性,柴油机转矩曲线变化较为平坦，而汽油机变化较大，且节气门开度越小，其峰值向低速移动，变化率也越大。,*思考：试根据柴油机和汽油机转矩的速度特性，分析它们适应路况（行驶阻力）变化的能力如何？,1、转矩特性 ：,汽油机最大功率点通常在标定功率处，而柴油机最大功率点对应的转速很高，因而其标定功
10、率点通常较最大功率点低很多。,汽油机功率的速度特性,柴油机功率的速度特性,2、功率特性 ：,柴油机不同负荷下油耗率曲线变化平坦，且低油耗区宽广；汽油机油耗率曲线随节气门开度减小而变化剧烈，且低油耗区窄。,汽油机油耗率的速度特性,柴油机油耗率的速度特性,3、油耗特性 ：,第4节 发动机的转矩适应性,定义：,当行驶阻力变化时，在不换档和加油门的情况下，发动机自动降速增矩的特性（常用转矩适应性系数KT和转速适应性系数Kn来表示）。,一、KT与Kn：,发动机转矩的速度特性,式中：Temax、nm为外特性上最大转矩和对应的转速；Tn 、nn为标定转矩和转速；,二、转矩储备系数：,KT、值越大，表明转速降
11、低后转矩增加快，发动机适应道路阻力变化的能力就越强。,汽油机、柴油机转矩特性对比,汽油机：=10%-30%,柴油机：=5%-10%,柴油机转矩特性较汽油机差，常需要配专门的调速器来改善转矩特性。,第5节 车用柴油机的调速特性,一、调速器的必要性,柴油机工作时的最大特点：,随着转速的升高，其循环供油量增加；转速降低时，供油量减少。,柴油机使用中需要解决的两个问题：,1、控制怠速稳定、防止易熄火,2、防止高速“飞车”,调速器的功用,调速器的工作原理：,让循环供油量的变化符合充量的变化，即转速降低时增加供油量，反之则减少供油量。,调速器种类,（按功能）,两极调速,全程调速,定义：,调速器手柄位置固定
12、（油门位置不变），在调速器起作用时，柴油机性能指标随转速的变化关系。,二、调速特性：,两极调速特性,1、调速率：,三、调速器的工作指标：,突然卸负荷的调速过程,调速器调速过程中应具备以下基本性能：,1）转速波动应收敛，避免长时间不稳定工作而“游车”；2）转速波动不能太大，以免影响动力系统正常工作；3）过渡时间不能太长。,调速率越小，转速波动越小，柴油机工作就越稳定（通常要求调速率在10%以下）。,2、过渡时间tn：,过渡时间越小，调速器反应越迅速（通常要求过渡时间5s）。,3、不灵敏度：,由于调速机构存在摩擦等阻力，当负荷（转速）在一定范围内发生变化时，调速器不一定起反应。,式中： n2 、n
13、1为调速器起作用的上、下限转速转速；R为调速机构的摩擦阻力，E调速器产生的推力。,越大，柴油机工作越不稳定（通常低速时要大），当1时，调速器将失去作用，易“飞车”。,第6节 发动机的万有特性,定义：,与转速n为横坐标，平均有效压力pme为纵坐标，在图上画出许多等油耗线和等功率线。,一、万有特性曲线：,二、汽油机与柴油机万有特性对比：,1、汽油机最低油耗率偏高，且经济区域较小。,2、汽油机等油耗线低速时向大负荷收敛，说明低负荷、低速时油耗增加较快；而柴油机变化较为平坦。,3、汽油机等功率曲线变化大，转速越高越耗油；而柴油机对转速变化的适应性较好。,值得注意的是：不管是汽油机还是柴油机，都要尽量在
14、最接近经济区工作（负荷80%-90%，并用高档行驶）。,三、万有特性曲线的绘制：,负荷特性法和速度特性法,、负荷特性法：,240等油耗线 240g/(kW.h),等功率线根据： 求得。,等功率线（50kW）,2、速度特性法：,240等油耗线 240g/(kW.h),不同油量调节位置时的扭矩曲线,复习思考题：,1、我国发动机功率标定分哪几个等级？,2、什么是发动机的速度特性？如何测定？,4、汽油机和柴油机的负荷特性与速度特性有何不同？,5、什么是发动机的转矩适应性？柴油机与汽油机有何区别？,6、车用柴油机调速器的主要作用是什么？,3、什么是发动机的负荷特性？如何测定？,7、什么是发动机万有特性？如何绘制？汽油机、柴油机各有何特点？,
