1、第七章 發(fā)動機的特性 汽車行駛時，由于車速與行駛阻力不斷變化，則發(fā)動機的轉速和負荷亦相應變化，以適應汽車的需要。隨著轉速和負荷的改變，發(fā)動機工作過程也會發(fā)生變化。因此，發(fā)動機在不同使用條件下具有不同的動力性與經(jīng)濟性。,1,第一節(jié) 發(fā)動機工況 一、工況 發(fā)動機的運行情況，簡稱工況。工況以功率Pe和轉速n來表示，此功率、轉速應該與發(fā)動機所帶動的工作機械要求的功率、轉速相適應。 只有當發(fā)動機發(fā)出的扭矩與工作機械消耗的扭矩相等時，兩者才能在一定轉速下按一定功率穩(wěn)定工作。,2,二、發(fā)動機特性 發(fā)動機性能指標隨調整運轉工況而變化的關系稱為發(fā)動機特性。,特性用曲線表示稱為特性曲線，它是評價發(fā)動機性能的一種簡

2、單、方便、必不可少的形式。,3,三、發(fā)動機性能指標與工作過程的關系 發(fā)動機輸出的有效指標通常用平均有效壓力pme、有效扭矩Ttq、有效功率Pe、有效燃油消耗率b、每小時耗油量B表示。這些指標與發(fā)動機工作過程參數(shù)的關系可以推導如下。,4,式中 v充量系數(shù)； o大氣狀態(tài)下空氣密度（kg/m3）； Vs氣缸工作容積（m3）； 過量空氣系數(shù)； hu燃料低熱值（kJ/kg）； Lo理論空氣量（kg/kg）。,5,6,7,第二節(jié) 發(fā)動機臺架試驗,一、試驗臺裝置 基本組成、裝配關系、固定、支承,8,二、制動測功裝置測功器 1.水力測功器,9,2.平衡式電力測功器 3.電渦流測功器,10,三、耗油率的測量 1

3、.容積法,充油,11,測量,12,測量消耗容積v的燃油所用時間t,13,14,15,充油,16,測量,17,18,第 二節(jié) 發(fā)動機的速度特性 發(fā)動機性能指標隨轉速變化的關系稱為發(fā)動機的速度特性。若駕駛員將油門踏板位置保持一定，由于道路阻力不同，汽車行駛速度也會改變，上坡時汽車速度逐漸降低，下坡時速度增加，這時發(fā)動機即沿速度特性工作。,19,一、汽油機的速度特性 （1）速度特性：汽油機節(jié)氣門開度固定不動，其有效功率Pe、扭矩Ttq、燃油消耗率b、每小時消耗油量B等隨轉速n變化的關系。 （2）測?。喊l(fā)動機臺架試驗。測取前，應將點火提前角及化油器調整完好；測取時，應按規(guī)定保持冷卻水溫度、潤滑油溫度在

4、最佳狀態(tài)。,20,節(jié)氣門全開時速度特性稱為外特性。節(jié)氣門部分打開時的速度特性稱為部分負荷速度特性。由于節(jié)氣門的開啟可以無限變化，所以部分負荷速度特性曲線有無數(shù)條，而外特性曲線只能有一條。,21,（一）外特性曲線 1扭矩曲線變化趨勢 隨著轉速n的增加，扭距Ttq逐漸增大，出現(xiàn)最大扭距Ttqmax后逐漸下降，且下降程度越來越大。曲線呈上凸形狀。,22,根據(jù)公式 可見，Ttq隨n的變化取決于指示熱效率i、機械效率m、充氣效率v與過量空氣系數(shù) 隨n的變化。,23,（1）在節(jié)氣門開度一定時，過量空氣系數(shù)at可視為常數(shù)。,（2）充氣效率v在某一中間轉速時最大。因為一定的配氣相位僅對一種轉速最適合，此轉速下

5、能最好地利用氣流慣性。其余轉速時v均降低，曲線為上凸形。,24,（3）指示熱效率it 轉速低，進氣流速低，紊流減弱，使霧化、混合狀態(tài)較差，火焰?zhèn)鞑ニ俣冉档?，散熱及漏氣損失增加，it較低，轉速高時，燃燒過程所占曲軸轉角較大，燃燒在較大容積下進行，it也較低。但變化比較平坦，對Ttq影響較小。,25,（4）機械效率 m 轉速增加，消 耗于機械損失功增加。因此，隨轉速升高，機械效率m明顯下降。,26,綜合作用的結果是；當轉速由低開始上升時，v，it同時增加的影響大于m下降的影響，使Ttq增加，對應于某一轉速時，Ttq達到最大值。轉速繼續(xù)增加，由于v、it、m均下降，因此Ttq隨轉速升高而較快的下降，

6、即Ttq曲線變化較陡。,27,2功率變化趨勢 Pe=Ttqn/9550 當轉速由低逐漸升高時，由于Ttq、n同時增加Pe增加很快。在達到最大扭距轉速ntq后，再提高轉速，由于Ttq有所下降，使Pe上升緩慢。某一轉速時Ttqn達最大值。此后，再增加轉速，由于扭距下降超過轉速上升的影響，Pe反而下降。,28,3燃油消耗率變化趨勢 b=k3/itm b在某一中間轉速當itm達到最大值時出現(xiàn)最低值。當轉速較此轉速低時，由于m上升彌補不了it的下降，使b增加。轉速較此轉速高時it、m均較低，b也增加。,29,（二）部分負荷速度特性,隨著節(jié)氣門的關小，節(jié)流損失增大，充氣效率減小，使部分負荷速度特性的 Pe

7、、Ttq低于外特性值。且轉速越高，充氣效率減小的越多，因此，節(jié)氣門開度越小，隨轉速增加，扭距、功率曲線下降得越快，并使最大扭矩及最大功率點向低速方向移動。,30,當節(jié)氣門開度的75%左右時，耗油率曲線位置最低。超過75%開度，混合氣較濃，存在燃燒不完全現(xiàn)象，耗油率曲線位置較高，低于75%開度時，殘余廢氣相對增多，燃燒速率下降，使it降低，耗油率曲線位置也高，且開度越小，耗油率曲線位置越高。,31,二、柴油機速度特性 速度特性：噴油泵油量調節(jié)機構位置固定不動，柴油機性能指標（主要是功率Pe、扭距Ttq、燃油消耗率b、每小時耗油量B）隨轉速n變化的關系。 外特性：油量調節(jié)機構固定在標定循環(huán)供油量位

8、置時速度特性稱為柴油機標定功率速度特性。 部分負荷速度特性：當油量調節(jié)機構固定在小于標定循環(huán)供油量各個位置時，所測得的速度特性稱為柴油機。,32,（一）外特性曲線變化趨勢,1扭矩曲線變化趨勢 柴油機的扭矩曲線比汽油機平坦。 柴油機扭矩曲線的變化趨勢，很大程度上決定于每循環(huán)供油量隨轉速變化的情況。,33,扭矩表達式可定性地寫成,由式可見，柴油機扭距隨轉速的變化趨勢決定于it、m、b隨轉速n變化的趨勢。,34,（1）b隨轉速n的提高，每循環(huán)供油量b增加。 （2）v也是在某一中間轉速n出現(xiàn)最高值。,35,（3）i指示熱效率,i某一中間n稍高,36,2功率曲線 由于扭矩Ttq曲線變化平坦，在一定n范圍

9、內，功率Pe幾乎與轉速n成正比增加。,37,3燃油消耗率曲線 由于柴油機壓縮比高，i較高，曲線比汽油機的平坦，最低耗油率值比汽油機相應值低。當i、m達到最大值時，出現(xiàn)bmin值。,38,39,三、發(fā)動機扭矩特性 要求發(fā)動機的扭矩隨轉速的降低而增加。 如當汽車上坡時，若油量調節(jié)拉桿已達最大位置，但所發(fā)出的扭矩仍感不足，車速就要降低，此時需要發(fā)動機隨車速降低而發(fā)出更大扭矩，以克服爬坡阻力。因此，為表明發(fā)動機的性能，引入扭距儲備系數(shù)和轉速儲備系數(shù)的概念。,40,41,或K值大，表明兩扭矩之差（Ttqmax - Ttq）值大，即隨轉速的降低，扭矩Ttq增大越快，從而在不換檔的情況下，爬坡能力、克服短期

10、超負荷的能力越強。 汽油機：值在10%30%范圍，K值在1.21.4。 柴油機：若不予以校正，則值只有5%10%范圍，K值只有1.05左右，難以滿足車輛使用要求。,42,43,（三）柴油機扭矩特性的改善 柴油機扭矩儲備系數(shù)小的根本原因是由噴油泵速度特性決定的。因此，柴油機中都采用油量校正裝置來改造外特性扭矩曲線。 油量校正裝置的作用是：當發(fā)動機在標定工況下工作時，如果轉速因外界阻力矩不斷增加而下降，則噴油泵能自動增加循環(huán)供油量，以增大低速時的扭矩，提高扭矩儲備系數(shù)。,44,校正方法： （1）出油閥式校正機構。 （2）附加在調速器上的彈簧校正機構。,45,負荷特性：轉速不變，其經(jīng)濟性指標隨負荷（

11、可用功率Pe、扭矩Ttq或平均有效壓力Pme表示）的變化關系。 當汽車以一定的速度沿阻力變化的道路行駛時，就是這種情況。此時必須改變發(fā)動機油門來調整有效扭矩，以適應外界阻力矩的變化，以保持發(fā)動機轉速不變。,第三節(jié) 發(fā)動機的負荷特性,46,一、汽油機負荷特性 1.負荷特性：當汽油機轉速不變，而逐漸改變節(jié)氣門開度，每小時耗油量B、燃料消耗率b隨負荷（Pe、Ttq或Pme）而變化的關系。 2.測?。喊l(fā)動機臺架試驗。測取前應將化油器、點火提前角調整完好；測取時應按規(guī)定保持冷卻水溫度、潤滑油溫度在最佳狀態(tài)。 3.汽油機靠改變節(jié)氣門開度，改變進入氣缸的混合氣數(shù)量來適應負荷變化。其負荷的調節(jié)方法稱為“量調節(jié)

12、”。,47,汽油機負荷特性分析,（一）燃油消耗率曲線 由公式b=k3/itm可知，燃油消耗率b的變化取決于it、m的變化。it、m隨負荷的變化如圖所示。,48,（1）i 轉速一定，負荷增加，節(jié)氣門開度加大，殘余廢氣相對減少，熱負荷增加，從而改善了燃油霧化、混合條件，使燃燒速度加快，散熱損失相對減少，i增加。負荷增至大負荷，加濃裝置工作，i下降。,49,（2）m m隨負荷的增加而迅速增加。原因是轉速一定而負荷增加時，機械損失功率Pm變化不大，指示功率Pi成正比增加，使m=1（Pm /Pi）增加。,50,當發(fā)動機空轉（Pe=0）時，指標功率完全用于克服機械損失，即Pi=Pm，則m=0，耗油率b為無

13、窮大。隨負荷（節(jié)氣門開度）增大，由于i、m同時上升，使耗油率曲線迅速下降。當im達到最大值出現(xiàn)最低耗油率bmin后，隨節(jié)氣門逐漸增至全開，化油器加濃裝置參加工作，供給最大功率混合氣，燃燒不完全現(xiàn)象增加，i下降，使耗油率又有所增加。,51,（二）每小時耗油量B曲線,B幾乎隨節(jié)氣門開度呈線性變化。當節(jié)氣門開度增大至化油器加濃裝置參加工作后，B上升得更快一些。,52,二、柴油機負荷特性 1.負荷特性:柴油機轉速一定，每小時耗油量B、有效燃料消耗率b隨負荷（Pe、Ttq或Pme）而變化的關系。 2.測取:臺架試驗。測取時，應將柴油機的供油提前角、冷卻水溫度、潤滑油溫度等調整到最佳狀態(tài)。 3.柴油機負荷

14、調節(jié)方法稱為“質調節(jié)”。,53,柴油機負荷特性曲線分析,54,m：隨負荷增加而上升。,i： 隨負荷增加，每循環(huán)供油量b增加，過量空氣系數(shù)減小，燃燒不完全程度增大，使i減小。大負荷時，混合氣過濃，燃燒惡化，不完全燃燒及補燃增多，使i下降更快。,55,綜上所述，當Pe=0，m=0時，b趨于無窮大。隨負荷增加，m迅速增加，且遠大于i的減少，使b下降很快。當b增加到1點位置時，b最小。此后再增加負荷，由于i下降較m上升的多，使b又有所增加。當b增加到2點時，排氣冒黑煙，達到國標規(guī)定限值。當b超過2點時，燃料消耗量增大，排放污染嚴重，影響發(fā)動機壽命，所以，柴油機的最大循環(huán)供油量應在標定轉速下調整，使煙度

15、不超過允許值。,56,（二）每小時耗油量B曲線 轉速一定時，柴油機的每小時耗油量B主要決定于b。隨負荷增加，每循環(huán)供油量b增加，B隨之增加。當負荷接近冒煙界限后，由于燃燒惡化，B上升得更快一些。,57,由負荷特性可以看出， (1)同一轉速下最低耗油率bmin越小，曲線變化越平坦，經(jīng)濟性越好。柴油機bmin比汽油機低bmin；而且燃油消耗率曲線比較平坦。相比之下，柴油機部分負荷時低耗油率區(qū)比汽油機寬，因而柴油機比汽油機節(jié)省。(2)耗油率b隨負荷的增加而降低，在接近全負荷（常在80%負荷率左右）時b達到最小。,58,第四節(jié) 發(fā)動機的萬有特性,萬有特性是以轉速n為橫坐標，以扭矩Ttq或平均有效壓力P

16、me為縱坐標，在圖上畫出許多等耗油率曲線和等功率曲線，組成發(fā)動機萬有特性。,59,60,61,二、萬有特性的應用分析 1.由萬有特性可以方便地查到發(fā)動機在任何點（Ttq、n）工作時的Pe、b、Pme，發(fā)動機在任何點（Pe、n）工作時的Ttq、b、Pme以及發(fā)動機最經(jīng)濟負荷和轉速。 2. 等燃油消耗率曲線的形狀及分布情況對發(fā)動機使用經(jīng)濟性有很大影響。,62,（1）等燃油消耗率曲線最內層為最經(jīng)濟區(qū)，曲線越向外，經(jīng)濟性越差。 （2）如果等燃油消耗率曲線橫向較長，表示發(fā)動機在負荷變化不大而轉速變化較大的情況下油耗較小。常用中等負荷，中等轉速工況的車用發(fā)動機，希望其最經(jīng)濟區(qū)處于萬有特性中部，等燃油消耗率

17、曲線曲線橫向較長。 （3）等燃油消耗率曲線縱向較長，則發(fā)動機在負荷變化較大而轉速變化較小的情況下的燃油消耗率較小。工程機械用發(fā)動機，希望最經(jīng)濟區(qū)在標定轉速附近，等燃油消耗率曲線縱向較長些。,63,第五節(jié) 發(fā)動機的調整特性 發(fā)動機性能指標隨調整情況而變化的關系稱調整特性。 一、柴油機裝調速器的必要性 保證發(fā)動機工作穩(wěn)定,64,二、全程式調速器及調速特性 柴油機由最低轉速到最高轉速的寬廣范圍內，調速器都起作用，這種調速器即全程式調速器。 （一）調速器工作原理,65,各組成件的作用可概括如下。 （1）轉速給定元件 駕駛員根據(jù)所需轉速，通過轉動調速手柄1（實際即油門）可將調速彈簧2壓縮到不同位置，以調整彈簧預緊力，在彈簧作用下，托板6向右移動。 （2）轉速變化的感受元件 根據(jù)轉速的變化，由噴油泵凸輪軸帶動的旋轉飛球就產生不同的離心力，離心力軸向分力抵抗彈簧彈力而作用于執(zhí)行機構上。 （3