[交通运输]Chapter7 发动机的特性.ppt

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1、Chapter 7 发动机的特性,7-1 发动机的特性概述7-2 发动机的负荷特性7-3 发动机的速度特性7-4 发动机的转矩适应性7-5 车用柴油机的调速特性7-6 发动机的万有特性,发动机特性：是指性能指标（动力性、经济性、运转性能等）或工作过程的主要参数随调整或运转情况而变化的关系，是发动机性能的综合反映。其中随调整情况而变化的关系称为调整特性 如：柴油机供油提前角调整特性 汽油机点火提前角调整特性随运转情况而变化的关系称性能特性(或使用特性),发动机的特性的形式有：调速特性：在调速器工作特性中，把调速器起作用控制转速稳定的一段曲线称为调速特性。调整特性：如点火提前角调整特性、供油提前角

2、调整特性 基本特性：负荷特性、速度特性、万有特性、排污特性、烟度特性等。特种特性：空转特性，爆震特性。,燃料调整特性：汽油机转速及节气门开度一定、点火提前角最佳、有效功率 Pe、燃油消耗率 b 随燃油消耗量 B 变化的关系，称为该转速和节气门开度的燃料调整特性。,A点为该转速下最大功率点，相应的混合气成分（点1）为功率混合气。C点为该转速下最低耗油点，相应的混合气成分为经济混合气（点2）。可见，既要发动机功率最大，同时又要发动机油耗最低是不可能的。,一般 at=1.05-1.15时，耗油率有最小值。at=0.85-0.95时，功率最大，最佳燃料调整选择在最大功率点与最低耗油率点之间，具体要根据

3、发动机的使用情况而定。对经常在大负荷下工作的发动机选在最大功率点处，对动力性要求不高的发动机选在靠近最低耗油率处,最大功率点与最低燃油消耗率点对应的过量空气系数 不同。,点火提前角调整特性：当汽油机节气门开度、转速及混合气浓度一定时，汽油机功率和燃油消耗率随点火提前角变化的关系。,Pe 最高点与 b 最低点对应同一点火提前角 ig，即最佳点火提前角 佳，点火提前角过大时，由于压缩功增加，使 Pe 下降、b增加而且爆燃倾向最大，点火提前角过小时，由于燃烧不及时，补燃增加，也使 Pe 下降，b 增加。,图（a）为节气门全开时的点火调整特性。可见，当节气门全开时，随汽油机转速的增加，最佳点火提前角相

4、应增大。点火泵的离心提前调节机构对点火提前角的调整，应尽量与该调整特性接近。,图（b）为常用转速的点火调整特性。当转速一定时，随节气门开度的减小，最佳点火提前角相应增大。真空提前调节机构对点火提前角的调整，应尽量与该调整特性接近。,供油提前角调整特性：指在发动机转速一定和油量控制机构（如喷油泵的供油拉杆）位置一定条件下，其功率、燃料消耗率等性能指标随供油提前角变化而变化的关系。,相应最大功率点及最低耗油率点对应的提前角为最佳供油提前角。若供油提前角过大，压缩功增加，使 Pe 下降，b 增加。供油提前角过小，使燃烧在大容积下进行，散热损失及补燃增多，也使 Pe 下降，b 增加。,当测试时，将供油

5、量调节机构固定在标定功率的循环供油量时，做不同转速下 Pe 随 fs 而变化的曲线，则每种转速均有不同的最佳 fs(佳)。变化趋势是随 n 的升高，fs 增大，对于离心式供油提前角，应满足供油提前角调整特性。,7-1 发动机的特性概述,一、发动机的工况 发动机的运行情况，简称工况。工况以功率Pe和转速n来表示，此功率、转速应该与发动机所带动的工作机械要求的功率、转速相适应。只有当发动机发出的扭矩与工作机械消耗的扭矩相等时，两者才能在一定转速下按一定功率稳定工作。,第一类工况，其特点是发动机的功率变化时，转速几乎保持不变（恒速工况）。第二类工况，其特点是发动机的功率与转速接近于幂函数关系。该类工

6、况常被称为螺旋桨工况或推进工况，也属于线工况。,表征发动机运行工况的参数可由下式给出：,1.发动机工况分类,第三类工况，其特点是功率与转速都在很大范围内变化，它们之间没有特定的关系。汽车及其他陆地运输用发动机，都属于这种工况。发动机可能的工作区域就是该种类型发动机的实际工作区域，相应的工况区域称为面工况。,2.车用发动机的工况范围,1）上边界线a为发动机油量控制机构最大位置时，不同转速下发动机所能发出的最大功率，A为最大有效功率标定点。2）左边界线c为发动机最低稳定工作转速nmin限制线。3）右边界线b为发动机最高转速nmax限制线。4）横坐标上的d线是各速踏板位置下的空转速度线。5）e曲线的

7、输出功率为负值，是发动机熄火，外力倒拖时的工况线。,3.发动机性能的评价方式,特性曲线，是评价发动机性能的一种简单、方便、必不可少的形式。,发动机功率标定是指制造企业根据发动机的用途、寿命、可靠性、维修与使用条件等要求，人为地规定产品在标准大气条件下输出的有效功率以及对应的转速，即标定功率与标定转速。按国家标准GB/T1105.1 发动机台架性能试验方法规定，我国发动机标定功率分为四级。,二、发动机功率标定及大气校正,1）15分钟功率 允许发动机连续运转15分钟的最大有效功率。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,2）1小时功率 允许发动机连续运转1小

8、时的最大有效功率。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,3）12小时功率 允许发动机连续运转12小时的最大有效功率。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,4）持续功率 允许发动机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,每台发动机都应按用途在铭牌上标明上述四种功率的两种及相应的转速。车用 常用15分钟，1小时或12小时功率中的两种作为铭牌功率。作为特性实验时，应把两种标定功率的外特性全做出来。国家规定：车用柴油机，除作外特性外，还应作标定功

9、率的90%，75%，50%，25%的部分速度特性实验。一般柴油机只作外特性就可以了。时间越短，功率值应越大。如：15分钟功率比12小时功率大。,标定功率大气校正,内燃机的功率取决于吸人气缸的空气质量流量，而后者与运行现场环境大气状态即压力、温度、湿度等有关。因此，进行功率标定时，必须规定标准大气状态。为了对在不同大气状态下试验得出的功率进行比较，需要进行大气校正，换算到与标准大气状态相对应的标准功率或校正功率。在对内燃机进行性能考核或鉴定时，应根据考核试验现场大气状态将实测功率值按规定的校正方法换算成校正功率值。,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p

10、s0=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 压燃式发动机大气温度 干空气压 80kPaPs110kPa,(9-6a),对点燃式发动机,有效功率按下式校正：,对压燃式发动机,(9-6b),式中，Pe0为标准大气状态下的校正功率；Pe为实测功率，和分别为点燃式和压燃式发动机的大气校正系数，可分别按式（9-7）、式（9-8）计算。,式中，ps为为试验现场干空气压，可按式（9-9）计算；T为试验现场进气温度（K）。,式中，p为试验现场总气压（kPa）；为试验现场大气相对湿度；psw为大气条件下水蒸气饱和分压（kPa）,可

11、按下式计算：,（9-7）,（9-8）,（9-9）,式中，t为大气温度（）,为压燃式发动机的大气因子：对自然吸气和机械增压压燃式发动机,对涡轮增压式压燃式发动机（无论中冷与否）,（9-10）,（9-11a）,（9-11b）,为压燃式发动机的发动机因子：,（9-12）,式中，,为增压比；,为单位排量的循环供油量（mg/（L循环）。,（9-13）,式中，,为冲程数：B为标定功率时的燃油消耗量（kg/h）；,注意：式（9-12）只对,（L循环）适用。若,（L循环），则,若,（L循环），则,n为发动机转速（r/min）;Vst为发动机排量（L）。,对点燃式发动机，燃油消耗率不必进行大气校正。对压燃式发动

12、机，仅对标定工况下的燃油消耗进行大气校正，其公式为:,（9-14）,式中，,为标准大气状态下的校正燃油消耗率；,为实测燃油消耗率。,为使试验有效，校正系数应满足的条件为,若超过此限值，在试验报告中应给出所得到的校正系数值，并精确说明试验的大气温度、压力和湿度。,发动机台架试验,1）试验台装置,基本组成、装配关系、固定、支承,2）制动测功装置测功器（1）水力测功器,1.底座 2.左右轴承座 3.主轴部件 4.联轴节 5.轴承压板 6.骨架油封 7.轴套 8、9.双金属轴套 10.左右轴承外壳 11.左右侧壳 12.螺塞 13.转子 14.外壳 15.封水圈 16.测速齿轮 17.转速传感器 18

13、.溢水管 19.旋塞,（2）平衡式电力测功器（3）电涡流测功器,3）耗油率的测量（1）容积法,充油,测量,测量消耗容积v的燃油所用时间t,燃油消耗量按下式计算式中：V球泡容积（mL）；Pe 发动机有效功率（kW）;f 燃油密度（g/mL）；t消耗容积V的燃油所用时间（s）。,小时耗油量,耗油率,（2）质量法,油箱供油,充油,测量,发动机输出的有效指标通常用平均有效压力pme、有效扭矩Ttq、有效功率Pe、有效燃油消耗率be、每小时耗油量B表示。这些指标与发动机工作过程参数的关系可以推导如下。,三、发动机特性参数间的关系,式中 v充量系数；o大气状态下空气密度（kg/m3）；Vs气缸工作容积（m

14、3）；过量空气系数；hu燃料低热值（kJ/kg）；Lo理论空气量（kg/kg）。,每循环放热量Q（kJ）为,平均有效压力pme（kPa）式中 We每循环有效功（kJ）；e有效热效率。,式中 i指示热效率；m机械效率。,功率:,扭矩（汽油机）:,燃油消耗率：,小时耗油量：,扭矩（柴油机）:,平均有效压力：,7-2 发动机的负荷特性,负荷特性是指当转速不变时，发动机的性能指标随负荷而变化的关系，用曲线的形式表示出来，就称为负荷特性曲线。负荷特性曲线是在发动机试验台架上测取的。当汽车以一定的速度沿阻力变化的道路行驶时，就是这种情况。此时必须改变发动机油门来调整有效扭矩，以适应外界阻力矩的变化，以保持

15、发动机转速不变。,（1）负荷特性：柴油机转速一定，每小时耗油量B、有效燃料消耗率b随负荷（Pe、Ttq或Pme）而变化的关系。（2）测取：台架试验。测取时，应将柴油机的供油提前角、冷却水温度、润滑油温度等调整到最佳状态。（3）柴油机负荷调节方法称为“质调节”。,一、柴油机负荷特性,1.油耗率曲线 根据公式 柴油机耗油率b随负荷的变化取决于it和m。,m：随负荷增加而上升。,i：随负荷增加，每循环供油量b增加，过量空气系数减小，燃烧不完全程度增大，使i减小。大负荷时，混合气过浓，燃烧恶化，不完全燃烧及补燃增多，使i下降更快。,综上所述，当Pe=0，m=0时，b趋于无穷大。随负荷增加，m迅速增加，

16、且远大于i的减少，使b下降很快。当b增加到1点位置时，b最小。此后再增加负荷，由于i下降较m上升的多，使b又有所增加。当b增加到2点时，排气冒黑烟，达到国标规定限值。当b超过2点时，燃料消耗量增大，排放污染严重，影响发动机寿命，所以，柴油机的最大循环供油量应在标定转速下调整，使烟度不超过允许值。,2.每小时耗油量B曲线 转速一定时，柴油机的每小时耗油量B主要决定于b。随负荷增加，每循环供油量b增加，B随之增加。当负荷接近冒烟界限后，由于燃烧恶化，B上升得更快一些。,二、汽油机负荷（1）负荷特性：当汽油机转速不变，而逐渐改变节气门开度，每小时耗油量B、燃料消耗率b随负荷（Pe、Ttq或Pme）而

17、变化的关系。（2）测取：发动机台架试验。测取前应将化油器、点火提前角调整完好；测取时应按规定保持冷却水温度、润滑油温度在最佳状态。（3）汽油机靠改变节气门开度，改变进入气缸的混合气数量来适应负荷变化。其负荷的调节方法称为“量调节”。,由公式b=k3/itm可知，燃油消耗率b的变化取决于it、m的变化。it、m随负荷的变化如图所示。,1.燃油消耗率曲线,（1）i 转速一定，负荷增加，节气门开度加大，残余废气相对减少，热负荷增加，从而改善了燃油雾化、混合条件，使燃烧速度加快，散热损失相对减少，i增加。负荷增至大负荷，加浓装置工作，i下降。,（2）m m随负荷的增加而迅速增加。原因是转速一定而负荷增

18、加时，机械损失功率Pm变化不大，指示功率Pi成正比增加，使m=1（Pm/Pi）增加。,当发动机空转（Pe=0）时，指标功率完全用于克服机械损失，即Pi=Pm，则m=0，耗油率b为无穷大。随负荷（节气门开度）增大，由于i、m同时上升，使耗油率曲线迅速下降。当im达到最大值出现最低耗油率bmin后，随节气门逐渐增至全开，化油器加浓装置参加工作，供给最大功率混合气，燃烧不完全现象增加，i下降，使耗油率又有所增加。,2.每小时耗油量B曲线,B几乎随节气门开度呈线性变化。当节气门开度增大至加浓装置参加工作后，B上升得更快一些。,三、柴油机和汽油机负荷特性的对比分析,1.柴油机和汽油机负荷特性的差异,2.

19、柴油机和汽油机负荷特性差异的分析,7-3 发动机的速度特性,发动机性能是指发动机在油量调节机构（油量调节齿条、拉杆或节气门开度）保持不变的情况下，主要性能指标（转矩、油耗、功率、排温、烟度等）随发动机转速的变化规律。节气门开度最大或喷油泵齿条位置处于最大供油位置时，发动机的速度特性称为全负荷速度特性，或外特性，其它称为部分负荷速度特性。,速度特性也是在发动机试验台架上测出的。若驾驶员将油门踏板位置保持一定，由于道路阻力不同，汽车行驶速度也会改变，上坡时汽车速度逐渐降低，下坡时速度增加，这时发动机即沿速度特性工作。,速度特性：喷油泵油量调节机构位置固定不动，柴油机性能指标（主要是功率Pe、扭距T

20、tq、燃油消耗率b、每小时耗油量B）随转速n变化的关系。外特性：油量调节机构固定在标定循环供油量位置时速度特性称为柴油机标定功率速度特性。部分负荷速度特性：当油量调节机构固定在小于标定循环供油量各个位置时，所测得的速度特性称为柴油机。,一、柴油机速度特性,1扭矩曲线 柴油机的扭矩曲线比汽油机平坦。柴油机扭矩曲线的变化趋势，很大程度上决定于每循环供油量随转速变化的情况。,扭矩表达式可定性地写成,由式可见，柴油机扭距随转速的变化趋势决定于it、m、b随转速n变化的趋势。,（1）b随转速n的提高，每循环供油量b增加。（2）v也是在某一中间转速n出现最高值。,（3）i指示热效率,i某一中间n稍高,2功

21、率曲线 由于扭矩Ttq曲线变化平坦，在一定n范围内，功率Pe几乎与转速n成正比增加。,3燃油消耗率曲线 由于柴油机压缩比高，i较高，曲线比汽油机的平坦，最低耗油率值比汽油机相应值低。当i、m达到最大值时，出现bmin值。,（1）速度特性：汽油机节气门开度固定不动，其有效功率Pe、扭矩Ttq、燃油消耗率b、每小时消耗油量B等随转速n变化的关系。（2）测取：发动机台架试验。测取前，应将点火提前角及化油器调整完好；测取时，应按规定保持冷却水温度、润滑油温度在最佳状态。,二、汽油机的速度特性,节气门全开时速度特性称为外特性。节气门部分打开时的速度特性称为部分负荷速度特性。由于节气门的开启可以无限变化，

22、所以部分负荷速度特性曲线有无数条，而外特性曲线只能有一条。,（一）外特性曲线 1扭矩曲线随着转速n的增加，扭距Ttq逐渐增大，出现最大扭距Ttqmax后逐渐下降，且下降程度越来越大。曲线呈上凸形状。,根据公式可见，Ttq随n的变化取决于指示热效率i、机械效率m、充气效率v与过量空气系数随n的变化。,（1）在节气门开度一定时，过量空气系数at可视为常数。,（2）充气效率v在某一中间转速时最大。因为一定的配气相位仅对一种转速最适合，此转速下能最好地利用气流惯性。其余转速时v均降低，曲线为上凸形。,（3）指示热效率it 转速低，进气流速低，紊流减弱，使雾化、混合状态较差，火焰传播速度降低，散热及漏气

23、损失增加，it较低，转速高时，燃烧过程所占曲轴转角较大，燃烧在较大容积下进行，it也较低。但变化比较平坦，对Ttq影响较小。,（4）机械效率 m 转速增加，消 耗于机械损失功增加。因此，随转速升高，机械效率m明显下降。,综合作用的结果是；当转速由低开始上升时，v，it同时增加的影响大于m下降的影响，使Ttq增加，对应于某一转速时，Ttq达到最大值。转速继续增加，由于v、it、m均下降，因此Ttq随转速升高而较快的下降，即Ttq曲线变化较陡。,2功率变化趋势 Pe=Ttqn/9550 当转速由低逐渐升高时，由于Ttq、n同时增加Pe增加很快。在达到最大扭距转速ntq后，再提高转速，由于Ttq有所

24、下降，使Pe上升缓慢。某一转速时Ttqn达最大值。此后，再增加转速，由于扭距下降超过转速上升的影响，Pe反而下降。,3燃油消耗率变化趋势 b=k3/itm b在某一中间转速当itm达到最大值时出现最低值。当转速较此转速低时，由于m上升弥补不了it的下降，使b增加。转速较此转速高时it、m均较低，b也增加。,（二）部分负荷速度特性,随着节气门的关小，节流损失增大，充气效率减小，使部分负荷速度特性的 Pe、Ttq低于外特性值。且转速越高，充气效率减小的越多，因此，节气门开度越小，随转速增加，扭距、功率曲线下降得越快，并使最大扭矩及最大功率点向低速方向移动。,当节气门开度的75%左右时，耗油率曲线位

25、置最低。超过75%开度，混合气较浓，存在燃烧不完全现象，耗油率曲线位置较高，低于75%开度时，残余废气相对增多，燃烧速率下降，使it降低，耗油率曲线位置也高，且开度越小，耗油率曲线位置越高。,三、柴油机和汽油机的速度特性对比,7-4 发动机的转矩适应性,汽车行驶过程中经常会遇到阻力突然增大的情况，为减少换档次数，要求发动机的扭矩随转速的降低而增加。如当汽车上坡时，若油量调节拉杆已达最大位置，但所发出的扭矩仍感不足，车速就要降低，此时需要发动机随车速降低而发出更大扭矩，以克服爬坡阻力。衡量发动机工作稳定性能的指标是转距适应性系数KT和转速适应性系数Kn。,一、转矩适应性系数KT,二、转速适应性系

26、数Kn,三、转矩储备系数,或KT值大，表明两扭矩之差（Ttqmax-Ttqn）值大，即随转速的降低，扭矩Ttq增大越快，从而在不换档的情况下，爬坡能力、克服短期超负荷的能力越强。,汽油机：=10%30%，KT=1.21.4，Kn=1.62.5。柴油机：若不予以校正，则=5%10%，KT=1.05，Kn=1.42.0难以满足车辆使用要求。,汽油机的转矩特性自动适应道路阻力的能力强。,四、非电控柴油机的转矩校正,柴油机扭矩储备系数小的根本原因是由喷油泵速度特性决定的。因此，柴油机中都采用油量校正装置来改造外特性扭矩曲线。油量校正装置的作用是：当发动机在标定工况下工作时，如果转速因外界阻力矩不断增加

27、而下降，则喷油泵能自动增加循环供油量，以增大低速时的扭矩，提高扭矩储备系数。,校正方法：（1）出油阀式校正机构。（2）附加在调速器上的弹簧校正机构。,7-5 车用柴油机的调速特性,调速器是一种自动调节装置，它根据柴油机负荷的变化，自动增减喷油泵的供油量，使柴油机能够以稳定的转速运行。在柴油机上装设调速器是由柴油机的工作特性决定的。汽车柴油机的负荷经常变化，当负荷突然减小时，若不及时减少喷油泵的供油量，则柴油机的转速将迅速增高，甚至超出柴油机设计所允许的最高转速，这种现象称“超速”或“飞车”。相反，当负荷骤然增大时，若不及时增加喷油泵的供油量，则柴油机的转速将急速下降直至熄火。柴油机超速或怠速不

28、稳，往往出自于偶然的原因，汽车驾驶员难于作出响应。这时，惟有借助调速器，及时调节喷油泵供油量，才能保持柴油机稳定运行。,汽车柴油机调速器按其工作原理的不同，可分为机械式、气动式、液压式、机械气动复合式、机械液压复合式和电子式等多种形式。但目前应用最广的当属机械式调速器，其结构简单，工作可靠，性能良好。按调速器起作用的转速范围不同，又可分为两极式调速器和全程式调速器。中、小型汽车柴油机多数采用两极式调速器，以起到防止超速和稳定怠速的作用。在重型汽车上则多采用全程式调速器，这种调速器除具有两极式调速器的功能外，还能对柴油机工作转速范围内的任何转速起调节作用，使柴油机在各种转速下都能稳定运转。,一、

29、调速特性,喷油泵调速手柄位置固定，在调速器起作用时，柴油机的性能指标随转速的变化关系称调速特性。调速特性的表达方式有两种，一种是以有效功率或平均有效压力为横坐标，相当于负荷特性的形式。另一种是以转速为横坐标，相当于速度特性的形式。,柴油机装调速器的必要性,发动机扭矩曲线的形状决定了发动机工作的稳定性。当外界阻力与发动机扭矩相等时处于一种平衡状态，若外界阻力或发动机工况稍有变动，平衡便被破坏。如果发动机不经调整便自动恢复平衡状态，则其工作是稳定的，否则是不稳定的。如图7-22和图7-23 所示。,当发动机遇到负荷突变的情况时，如负荷突然卸去，转速会急剧上升，甚至超过允许的限度即“飞车”。汽油机的

30、扭矩随转速的变化情况与图7-22类似，当遇到负荷（阻力矩 Ttq）突然减小使转速升高时，扭矩下降很快，不会产生过高的超速现象。加之汽油机机件小巧，短时超速引起的危害不大，因而汽油机的稳定性好。而柴油机的扭矩曲线变化平坦，扭矩储备系数小，与图7-23类似。一旦卸去负荷，转速会大大超过标定转速，同时循环供油量也随之增加，导致排气冒烟严重，零件过热。又由于柴油机机件笨重，超速时的惯性力较大，容易造成零件损坏，因此柴油机要装调速器以防止高速飞车，保证工作的稳定。,汽车发动机经常在怠速工况下运转。如暖车、汽车换挡、短暂停车等。如果此工况不稳，发动机将经常熄火或转速不断增加。怠速运转时，气缸内发出的指示功

31、全部用于克服机械损失。其稳定性决定于平均指示压力 pmi 与平均机械损失压力 pmm 的相互配合情况，图7-24为 pmi、pmm 随 n 的变化关系。可见当 pmm 稍有变化时，汽油机转速变化不大，怠速运转稳定，主要是由于节气门开度很小，节流损失大，使 pmi 随 n 增加而迅速下降。而柴油机的情况不同。即使供油拉杆在最小供油量位置，由于喷油泵的速度特性也使每循环供油量随转速的增加而增加，使 pmi 增加，所以，pmm 稍有变化，转速波动很大，很容易使柴油机熄火。,1.调速特性试验,2.调速特性特点,工程机械、矿山机械等用柴油机一般装用全程式调速器。柴油机由最低转速到最高转速的宽广范围内，调

32、速器都起作用。图7-27为全程式调速器工作原理图。图7-28 为全程式调速器的调速特性图，可见，由于调速器的作用，扭矩特性得到改善。当外界阻力急剧变化时，扭矩特性可由最大到零或由零到最大，转速却变化很小。它不仅能限制超速和保持怠速稳定，而且能自动保持在选定的任何速度下稳定工作。,调速器工作时，调速器弹簧的顶紧力可由驾驶员通过油门踏板控制，当控制发动机在某仪转速下工作时，即沿调速特性中某一调速特性工作时，飞块的离心力与调速弹簧顶紧力相平衡使发动机稳定运转。当偶然原因使外界阻力变化时，转速增加或降低。飞块的离心力增大或减少，带动供油拉杆向减小或增加供油量的方向移动，直到重新达到平衡。因此实际工作中

33、发动机可以在选定的某种转速下以近似不变的转速稳定工作。要想改变转速，只要改变油门踏板位置就相应改变调速弹簧起作用的预紧力即可，这时又可沿另一调速特性工作。,两级式调速器及调速特性,车用柴油机一般采用两级式调速器在怠速与标定转速附近时起作用，以防止发动机怠速不稳和高速飞车，中间转速调速器不起作用，由驾驶员通过油门控制供油量。,二、调速器的工作指标,1.调速率,（1）瞬时调速率,是评定调速器过渡过程的指标。瞬时调速率1是表示过渡过程中转速波动的瞬时增长百分比。,调速率用来评价调速器工作的好坏，分为稳定调速率和瞬时调速率两种。,（2）稳定调速率,稳定调速率表明，柴油机实际运转时的转速波动相对于全负荷

34、转速的变化范围。,2、不灵敏度 两个起作用的极限转速之差对发动机平均转速之比就称为调速器的不灵敏度，即：,7-6 发动机的万有特性,一、万有特性,1）为了能在一张图上全面表示发动机性能，经常应用多参数特性，即万有特性。2）应用最广的万有特性里以速度做横坐标，平均有效压力（或扭矩）做纵坐标。在坐标内做出若干条等耗油率曲线和等功率曲线，组成曲线族。3）做法：柴油机通常通过负荷特性法做出万有特性图，而汽油机通常用速度特性法做出万有特性图。,1.负荷特性法,1）等燃油消耗率曲线（1）将不同转速的负荷特性转换为以平均有效压力Pme或Ttq为横坐标、燃油消耗率b为纵坐标的负荷特性，并逆时针旋转90。（2）

35、在万有特性图的横坐标上，以一定比例标出转速数值。纵坐标pme的比例应与负荷特性Pme的比例相同。,从b=230g/（kWh）处引一垂线，与各种转速的b曲线有两个（或一个）交点。再从交点处引水平线，与从万有特性横坐标相应转速处引出的垂线相交，将交点连成圆滑的曲线，即得到一定燃油消耗率时的等燃油消耗率曲线，其余b时的等燃油消耗率曲线作法相同。,2）等功率曲线根据公式Pe=kpmen，,3）边界线将外特性中的Ttqn画在万有特性上，构成边界线。,取一个Pe值,再取一个Pe值,又可以做出一条等Pe曲线 等Pe曲线为一组双曲线。,可以做出一条,曲线 等Pe曲线，,2.速度特性法,1）在第一象限内绘出不同

36、节气门开度下的速度特性上的转矩曲线（以平均有效压力pme表示），在曲线尾端标出相应节气门开度。2）在第四象限绘出相应节气门开度下的燃油消耗率be曲线，同样注明节气门开度。3）在be的坐标轴上，引若干条等燃油消耗率的水平线与曲线相交，每一水平线与be曲线族均有一组交点。通过交点引铅垂线身向上至第一象限，与相应开度的转矩曲线相交，得一组新的交点，并注明燃油消耗率数值。此时，同一组交点的be值是相等的。,4）将等be值的各点连成光滑的等值线，并标上相应的数值，从而得到万有特性上的等燃油消耗率曲线。这样，不同节气门开度下的速度特性全部反映在一张图中，对于车用发动机应用十分方便。,排放特性 Emissi

37、on Map,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

38、油机NOX的排放特性与CO、HC截然不同,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24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BSCO5g/(kWh)。汽油机一般BSCO=20100g/(kWh)，比柴油机大1020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

39、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24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

40、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。,二、万有特性的特点,1.由万有特性可以方便地查到发动机在任何点（Ttq、n）工作时的Pe、b、pme，发动机在任何点（Pe、n）工作时的Ttq、b、pme以及发动机最经济负荷和转速。2.等燃油消耗率曲线的形状及分布情况对发动机使用经济性有很大影响。,（1）等燃油消耗率曲线最内层为最经济区，曲线越向外，经济性越差。,（2）如果等燃油消耗率曲线横向较长，表示发动机在负荷变化不大而转速变化较大的情况下油耗较小。常用中等负荷，中等转速工况的车用发

41、动机，希望其最经济区处于万有特性中部，等燃油消耗率曲线曲线横向较长。（3）等燃油消耗率曲线纵向较长，则发动机在负荷变化较大而转速变化较小的情况下的燃油消耗率较小。工程机械用发动机，希望最经济区在标定转速附近，等燃油消耗率曲线纵向较长些。,3.汽油机：最低油耗偏高，经济区偏小；等be线在低速区向大负荷收敛，说明汽油机在低速低负荷be较高。等Pe线随转速升高而斜穿等be线，故Pe一定时，n越高越废油。n一定,be/Ttq比柴油机大，说明变工况工作平均油耗偏高。4.柴油机：最低be较低，经济区宽；等be线在高低速均不收敛，变化较平坦；等Pe线向高转速延伸时，be变化不大。,5.某些改进与研究性试验时

42、，为保证发动机传动系的合理匹配，将常用排挡下常遇阻力曲线（折算成 Pe、b、pme 值）绘于万有特性上，可以一目了然地看出汽车的常用工作区是否与发动机的经济油耗区接近，以判断改进的效果.,6.可以用万有特性评价发动机排放污染情况。将发动机有害排放物随负荷和转速变化的关系画在万有特性上，可以反映发动机在某一工况下的燃烧与混合气形成情况，图7-17为柴油机有害排放物的万有特性（NOx）.,7.可以结合传动系数参数绘制整车万有特性。由此可以确定各排挡、各种坡度、不同车速下的经济性和动力性。,三、万有特性的应用,7-7 发动机与工作机械的匹配,除发电外，一般内燃机联合工作的工作机械，理想驱动特性都是在

43、运行速度较低时，驱动力或牵引力较大。内燃机的速度特性，当转速下降时，其输出转矩变化并不大。因此，不能直接驱动工作机械运行，必须通过传动系统装置来输出动力，这就涉及到发动机选择、传动系统的设计等内燃机与工作机械的匹配问题。内燃机与工作机械的匹配，一般从两个方面进行，即经济性匹配和动力性匹配。,一、汽车的动力性与受力平衡,所谓汽车动力性，是指汽车在良好路面上直线行驶时由汽车受到的纵向外力决定的、所能达到的平均行驶速度。通过三个指标来评定，即汽车的最高车速uamax（km/h）、汽车的加速时间t（s）（0100km/h所用的时间）以及汽车所能通过的最大坡度imax。,汽车在行驶过程中的平衡关系式为,

44、式中：F1为驱动力，由发动机提供；F 为汽车在行驶过程中的各种行驶阻力之和。,(一)汽车的驱动力,发动机输出并作用在驱动轮上的转矩Ttqt，使车轮对道路产生作用力F0；道路对车轮的反作用力Ft是驱动汽车行驶的外力，称汽车驱动力，它与F0大小相等、方向相反如车轮半径为r，则汽车的驱动力根据汽车变速器的工作原理，Ttqt与发动机输出转矩Ttq关系为 Ttqt=Ttqikiot式中，ik及io为变速器及主传动器的传动比；t为传动系的效率。于是,机械式变速器:t=0.7-0.85,图8-11 汽车的驱动特性示意图,汽车驱动力与发动机输出转矩Ttq、传动系统的效率t、传动比ik和io以及车轮半径r有关。

45、据发动机的特性曲线，可求出汽车的驱动特性，即驱动力与行驶速度的关系。,Ft1 一挡时的驱动力Ft2 二挡时的驱动力Ft3 三挡时的驱动力,汽车行驶速度(kmh)与发动机转速n(rmin)的关系为,由Ft和Ftq关系式绘出Ft-n曲线，然后将横坐标n换算为汽车行驶速度，即可等到驱动特性。,(二)汽车的行驶阻力,汽车在水平路面上等速行驶时，须克服：来自行驶道路的滚动阻力 Ff 来自空气的空气阻力 Fw 当汽车在上坡行驶时，须克服汽车重力沿坡道的分力(称为坡道阻力)Fi汽车在加速行驶时惯性力(称为加速阻力)Fj 汽车的总行驶阻力为 F=Ff+Fw+Fi+Fj,1滚动阻力,滚动阻力是指车轮沿水平面滚动

46、时产生的各项阻力的总和，Ff=f W=f mg式中：W 为作用于汽车上的重力；m 为汽车的总质量；f 为轮胎滚动的阻力系数；,对货车可取f=0.020.03，对轿车为f=0.0131+0.01(ua-50),2空气阻力,汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向上的分力称为空气阻力。汽车行驶空气阻力大致与气流相对速度的动压力 成正比，比例系数就是空气阻力系数CD(一般小于1)，即,式中：空气密度 kg/m3 常温下 1.2258kg/m3 A 汽车迎风面积 m2 ur 气流相对速度 m/s将速度单位用 km/h表示,CD:轿车取0.40.6，客车取0.60.7，货车取0.81.0.,A对货车为前

47、轮距总高，轿车为0.78总宽总高,3坡道阻力,汽车沿坡道上坡行驶时，需克服与道路坡度有关的阻力,坡度为的坡道，汽车的上坡阻力 Fi=Wsin 与路况和车重有关的滚动阻力和坡道阻力统称为道路阻力，记为 F=Ff+Fi=W(fcos+sin)较小时，cos 1，sin i tan(15o)F W(f+i)=W 令=f+i，称作道路阻力系数,4.加速阻力,汽车任行驶过程中，无论加速或减速都要承受惯性阻力，这一阻力统称为加速阻力，它等于汽车质量和加速度的乘积。由于惯性力是由平移质量和旋转质量两部分引起的，而旋转质量难以进行汁算，引入旋转部分等效质量换算系数(1)，以将旋转质量转化为平移质量。汽车相对于

48、路面的行驶速度为u，汽车的加速度为du/dt，则加速阻力为,(三)汽车的动力特性,1.驱动力特性,用于分析汽车沿典型路面的行驶能力，确定汽车在节气门全开时可能达到的最高车速、加速能力和爬坡能力等，即确定汽车的动力性能。,汽车驱动力与行驶阻力的平衡图,最高档位的最高车速，可用Ft4线与Ff+Fw线的交点确定。车速低于最高车速时，驱动力大于行驶阻力，汽车可用剩余驱动力加速或爬坡。关小节气门开度，发动机沿部分负荷速度特性工作，相应地得到虚线所示的驱动力曲线，以使汽车达到新的平衡。,在驱动力图上画出滚动阻力和空气阻力，形成汽车驱动力与行驶阻力的平衡图。,2动力特性,引入汽车动力因数指标 D，评价不同质

49、量的汽车在动力性能上的差异,不同汽车，只要动力因数D相同，便可以克服同样的坡度，产生同样的加速度。,两种不同质量汽车的动力特性图,动力因数为表征汽车动力特性的指标。汽车在各挡下的动力因数与车速的关系曲线称为动力特性图。,3行车性能图,汽车一定速度时的全部行驶阻力，及发动机所能发出的最大驱动能力计算出的变速器在每挡位的驱动力，绘成曲线，即是行车性能曲线。,最高车速和最大爬坡能力,后备驱动力,4.汽车的功率平衡,汽车行驶过程中，发动机发出的功率始终等于机械传动损失与全部运动阻力所消耗的功率。汽车运动阻力消耗的功率有：滚动阻力功率Pf；空气阻力功率Pw；坡道阻力功率Pi；加速阻力功率Pj，还有部分消

50、耗于传动系中，故实际驱动功率为,汽车功率平衡图,不同挡位时，发动机输出的最大功率不变，只是各挡发动机功率曲线所对应的车速不同。低速挡位时，所对应的车速变化区域窄，高档速时，车速变化区域宽。,不同挡位下发动机输出功率、经常遇到的阻力功率与车速画在一张图上，称汽车功率平衡图。,功率平衡图,从功率平衡图上可以分析出后备功率的大小。当汽车在良好的水平路面以车速ua等速行驶时，仅需维持部分开度即可维持汽车的等速行驶。此时所需功率与发动机在此车速下所能发出的最大功率之差称为后备功率。汽车的后备功率越大，汽车的动力性能越好。,二、内燃机与汽车的经济性匹配,发动机的经济性能与汽车的经济性能是两个既密切相关又有