1、1,工程機械內(nèi)燃機,第八章 內(nèi)燃機的特性,2,內(nèi)容提綱,第一節(jié) 概述 第二節(jié) 內(nèi)燃機的負荷特性 第三節(jié) 內(nèi)燃機的速度特性,3,第一節(jié) 概述,一、內(nèi)燃機特性,1定義,內(nèi)燃機的主要性能指標隨運轉工況和調(diào)整情況而變化的關系。,內(nèi)燃機在運轉過程中變化的主要性能參數(shù)為有效功率Pe、轉速n和扭矩Ttq。三者關系如下：,式中：Ttq內(nèi)燃機曲軸輸出的平均扭矩，Nm n內(nèi)燃機轉速，r/min。,（kW）,2主要性能參數(shù),4,第一節(jié) 概述,1固定式工況,發(fā)動機功率變化，但曲軸轉速幾乎保持不變。如帶動發(fā)電機、水泵等的發(fā)動機。如轉速功率都保持恒定，稱為點工況，如排灌用內(nèi)燃機，轉速恒定，功率也因水流量和揚程不變而保持恒

2、定。,二、內(nèi)燃機工況,5,第一節(jié) 概述,2螺旋槳工況,發(fā)動機功率與轉速之間呈近似三次冪函數(shù)關系，即 Pekn3。如帶動螺旋槳工作的船用內(nèi)燃機即屬此類。對于螺距不變的螺旋槳，其吸收的功率與螺旋槳轉速的三次方成正比，即k為定值。,二、內(nèi)燃機工況,6,第一節(jié) 概述,3車用工況,發(fā)動機的功率與轉速在很大范圍內(nèi)各自獨立的變化，二者沒有特定的函數(shù)關系。工程機械以及汽車和拖拉機等陸上運輸車輛所使用的內(nèi)燃機屬此類。,二、內(nèi)燃機工況,7,內(nèi)容提綱,第一節(jié) 概述 第二節(jié) 內(nèi)燃機的負荷特性 第三節(jié) 內(nèi)燃機的速度特性,8,第二節(jié) 內(nèi)燃機的負荷特性,內(nèi)燃機的負荷特性是指內(nèi)燃機轉速一定時，其性能指標隨負荷而變化的規(guī)律。內(nèi)

3、燃機負荷特性主要是體現(xiàn)其燃料經(jīng)濟性的特性。,性能指標主要指燃料消耗率，有時也加上燃料消耗量和排氣溫度。,9,第二節(jié) 內(nèi)燃機的負荷特性,1定義,柴油機在保持某一轉速不變時，其燃油消耗率b、每小時燃油消耗量B和排氣溫度Tr等性能指標隨負荷而變化的關系，稱為柴油機的負荷特性。,一、柴油機的負荷特性,柴油機負荷特性的調(diào)節(jié)是通過改變循環(huán)供油量來實現(xiàn)的，由于整個過程保持轉速不變，故每循環(huán)進入氣缸的空氣量基本不變，負荷增大時供油量增加，反之則減少，從而改變了氣缸內(nèi)可燃混合氣的濃度。這種調(diào)節(jié)負荷的方式稱為“質(zhì)調(diào)節(jié)”。,2負荷調(diào)節(jié)方式,10,第二節(jié) 內(nèi)燃機的負荷特性,燃油消耗率 隨著負荷的增加而迅速減小，當供油

4、量增加到點1（最低燃油消耗率點）時， 達到最低值。,一、柴油機的負荷特性,6135Q型柴油機負荷特性曲線,3燃油消耗率曲線分析,11,第二節(jié) 內(nèi)燃機的負荷特性,當負荷繼續(xù)增加，每循環(huán)供油量繼續(xù)增加， 過量空氣系數(shù)進一步減小，由于混合氣過濃，燃燒開始惡化，燃油消耗率隨負荷增加而不斷上升。,一、柴油機的負荷特性,6135Q型柴油機負荷特性曲線,3燃油消耗率曲線分析,12,第二節(jié) 內(nèi)燃機的負荷特性,當供油量超過點2（冒煙界限，排氣煙度達到國家標準允許值）時，燃燒進一步惡化，排氣明顯冒黑煙。,一、柴油機的負荷特性,6135Q型柴油機負荷特性曲線,3燃油消耗率曲線分析,13,第二節(jié) 內(nèi)燃機的負荷特性,若

5、再增加供油量到點3時，燃燒嚴重惡化，嚴重影響內(nèi)燃機的可靠性和使用壽命。過點3再增加供油量，將因燃燒極度惡化，功率反而下降。,一、柴油機的負荷特性,6135Q型柴油機負荷特性曲線,3燃油消耗率曲線分析,14,第二節(jié) 內(nèi)燃機的負荷特性,一、柴油機的負荷特性,4柴油機標定供油量的選擇,切點A為通用內(nèi)燃機確定標定供油量的參考點。 為保證柴油機的可靠性和壽命，通常不允許超過冒煙界限工作。 工程機械柴油機，標定供油量常限定在冒煙界限以下。,15,第二節(jié) 內(nèi)燃機的負荷特性,一、柴油機的負荷特性,5柴油機功率的選擇,燃油消耗率隨負荷的增加而下降，在接近全負荷時達到最小。由于在低負荷區(qū)燃油消耗率隨負荷的減小顯著

6、升高，變化較快，因此在設計工程機械選配內(nèi)燃機時，在滿足動力性要求的前提下，不可選用功率過大的內(nèi)燃機，以提高內(nèi)燃機功率的利用率和經(jīng)濟性。,16,第二節(jié) 內(nèi)燃機的負荷特性,1定義,當汽油機保持某一轉速不變，而逐漸改變節(jié)氣門的開度，其燃油消耗率b、每小時燃油消耗量B和排氣溫度Tr等性能指標隨負荷而變化的關系，稱為汽油機的負荷特性。,二、汽油機的負荷特性,由于汽油機負荷的調(diào)節(jié)是靠改變節(jié)氣門開度直接改變進入氣缸的混合氣量，過量空氣系數(shù)變化不大，這種調(diào)節(jié)負荷的方法稱為“量調(diào)節(jié)”。,2負荷調(diào)節(jié)方式,17,第二節(jié) 內(nèi)燃機的負荷特性,當負荷很小時，汽油機燃燒室中殘余廢氣相對較多，為保證燃燒穩(wěn)定，必須加濃混合氣，

7、使燃油消耗率較高。,二、汽油機的負荷特性,EQ6100型汽油機負荷特性曲線,3燃油消耗率曲線分析,18,第二節(jié) 內(nèi)燃機的負荷特性,當汽油機負荷增加時，節(jié)氣門開度加大，進入氣缸的混合氣增多，燃燒速度增加，指示功率隨負荷成比例加大，使燃油消耗率迅速下降。,二、汽油機的負荷特性,EQ6100型汽油機負荷特性曲線,3燃油消耗率曲線分析,19,第二節(jié) 內(nèi)燃機的負荷特性,當節(jié)氣門開度接近全開時，為了發(fā)出最大功率，采取加濃混合氣的措施，導致燃燒不完全，燃油消耗率上升。在節(jié)氣門的某一中等開度，燃油消耗率最低。,二、汽油機的負荷特性,EQ6100型汽油機負荷特性曲線,3燃油消耗率曲線分析,20,內(nèi)容提綱,第一節(jié)

8、 概述 第二節(jié) 內(nèi)燃機的負荷特性 第三節(jié) 內(nèi)燃機的速度特性,21,第三節(jié) 內(nèi)燃機的速度特性,內(nèi)燃機的速度特性是指內(nèi)燃機的燃料供給調(diào)節(jié)機構位置一定時，內(nèi)燃機的性能指標隨轉速而變化的關系。,性能指標主要指內(nèi)燃機的轉矩、功率、燃料消耗率和排氣溫度等。,22,第三節(jié) 內(nèi)燃機的速度特性,當供油量固定在標定功率位置時所測得的速度特性稱為全負荷速度特性，簡稱外特性，它表示該內(nèi)燃機能工作的最大功率界限，當供油量固定在標定功率以下任意位置時所測得的速度特性稱為部分負荷速度特性，簡稱部分特性。內(nèi)燃機外特性是體現(xiàn)其工作能力即動力性的特性。,23,第三節(jié) 內(nèi)燃機的速度特性,一、柴油機的速度特性,1定義,當噴油泵的油量

9、調(diào)節(jié)機構（油門拉桿或齒條）位置一定時，柴油機的性能指標（功率Pe、扭矩Ttq、燃油消耗率b、每小時燃油消耗量B和排氣溫度Tr 等）隨轉速變化的關系。,24,第三節(jié) 內(nèi)燃機的速度特性,一、柴油機的速度特性,2扭矩曲線Ttq分析,扭矩Ttq與熱效率i、機械效率m及循環(huán)供油量qf有關，Ttqkimqf,其曲線形狀主要取決于供油系統(tǒng)的速度特性。自然吸氣柴油機的Ttq曲線變化平坦，只在某一中等轉速有一不很顯著的峰值。,25,第三節(jié) 內(nèi)燃機的速度特性,一、柴油機的速度特性,3功率Pe曲線分析,功率Pe的大小正比于扭矩Tt和轉速n的乘積。由于Ttq曲線變化平緩，在一定的轉速范圍內(nèi)Pe幾乎與轉速n成正比例增長

10、，近似于直線關系。在轉速較大時，由于Ttq曲線略有下降，Pe的增加量相對減少。,26,第三節(jié) 內(nèi)燃機的速度特性,一、柴油機的速度特性,4燃油消耗率b曲線分析,燃油消耗率b的大小主要取決于i和m，并與im成反比。柴油機在某一中等轉速下，可得到最經(jīng)濟的耗油率。在轉速降低時，燃燒的傳熱損失較大，使熱效率i降低，導致耗油率b緩緩上升；反之，如果轉速升高，機械損失功率增大，使m下降，i也會下降，導致耗油率b曲線上升。,27,第三節(jié) 內(nèi)燃機的速度特性,一、柴油機的速度特性,5扭矩儲備系數(shù),要充分表明柴油機的動力性能，除給出標定功率、最大扭矩及它們的相應轉速外，還要同時考慮柴油機的扭矩儲備系數(shù)。,式中：Tt

11、qmax外特性曲線上的最大扭矩； Ttqb標定工況時的扭矩。,tq越大，Ttqmax超出Ttqb越多，隨n的下降， Ttq增加的量越大，即不換擋情況下柴油機克服短期超負荷的能力越強。,28,第三節(jié) 內(nèi)燃機的速度特性,一、柴油機的速度特性,5扭矩儲備系數(shù),柴油機的扭矩曲線較平坦，若不校正，tq值只有1.05左右，不能滿足工程機械的要求。工程機械所用的柴油機，外界負荷變化較大，常在突加載荷或在超負荷下工作，故希望tq在1.201.30之間，不應低于1.15。 工程機械柴油機通常采用油量校正，一般采用彈簧校正裝置，校正后的扭矩儲備系數(shù)可達1.151.24。,29,第三節(jié) 內(nèi)燃機的速度特性,一、柴油機

12、的速度特性,6轉速儲備系數(shù),內(nèi)燃機標定工況時的轉速nb與最大轉矩時的轉速ntq之比稱為轉速儲備系數(shù)n。,轉速儲備系數(shù)的大小影響到克服阻力的潛力，n越大，在不換擋的情況下，內(nèi)燃機克服阻力矩的潛力越大。一般工程機械柴油機在1.52.0范圍內(nèi)。,30,第三節(jié) 內(nèi)燃機的速度特性,二、汽油機的速度特性,1定義,汽油機的節(jié)氣門固定在某一位置時，汽油機的主要性能參數(shù)（有效功率Pe、扭矩Ttq、燃油消耗率b、每小時燃油消耗量B等）隨轉速n而變化的關系。,節(jié)氣門全開時的速度特性稱為外特性；節(jié)氣門部分打開時的速度特性為部分負荷速度特性。,31,第三節(jié) 內(nèi)燃機的速度特性,二、汽油機的速度特性,2扭矩曲線Ttq分析,當轉速由低速開始上升時，Ttq有所增加。對應于某一中間轉速，Ttq達到最大值。當轉速繼續(xù)升高，下降較快，其曲線變化較柴油機陡。其扭矩儲備系數(shù)可達1.11.3，所以汽油機比柴油機的扭矩適應性要好，而且其轉速儲備系數(shù)也較大，可達1.21.4，即在不換擋的情況下，克服超載的能力較強。,32,第三節(jié) 內(nèi)燃機的速度特性,二、汽油機的速度特性,3功率Pe曲線分析,功率Pe的大小正比于扭矩Tt和轉速n的乘積。由于Ttq和n同時增加，Pe迅速上升，在扭矩Ttq達到最大值后，若繼續(xù)升高轉速，由于轉速n的上升量占主導地位，雖然扭矩逐漸下降，但