发动机特性.docx
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发动机特性
项目六发动机特性
学习目标：
重点掌握发动机的负荷特性、速度特性、万有特性及柴油机调速特性的定义。
理解各个特性曲线的变化趋势及原因；各个曲线的正式成立和位置对发动机的性能有何影响；柴油机安装调速器的原因。
了解柴油机和汽油机特性曲线的异同点及形成原因；万有特性的应用；两级式调速器和全程式调速器对柴油机性能的影响及各自的特点。
本项目是本课程的重点之一。
发动机经常在较大的负荷和转速范围内工作，仅了解某点或几点的性能指标和参数，往往是不够的，而需要了解在整个工作范围内的变化规律和发展趋势。
任务一发动机工况、性能指标与工作过程参数的关系
、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。
根据发动机的用途，其工况可分为以下几类：
（1）恒速工况n=常数，如发电机组中的发动机，其转速基本保挂持不变，功率Pe随负荷而变化，称为线工况。
（2）螺旋桨工况作为船舶主机的柴油机按推进特性工作，柴油机功率
与转速的立主成正比Pe=kn3,k为比例常数，见图中的曲线2。
（3）面工况汽车在运输作业时，发动机的功率Pe和转速n都在很大的范围内变化。
如图中阴影所示，曲线3中发动机在各种转速下所能发出的最大功率。
（4）点工况内燃机的转速n及功率Pe均近似不变，如内燃机作为排灌动力。
二、发动机特性发动机性指标随着调整情况及运转工况变化而变化的关系称为发动特
性，特性用曲线表示称为特性曲线。
其中随着调整情况而变化又称为调整特性。
发动机的性能特性包括负荷特性、速度特性、万有特性、空转特性等，速度特性又包括外特性和部分速度特性。
三、发动机性能指标与工作过程参数的关系
发动机的有效指标Pme、Ttq、Pebe、B与工作过程参数的关系如下列诸式：
平均有效压力
有效功率
有效转矩
燃油消耗率
小时耗油量
要了解上述指标随工况变化的情况，就必须分析nv、ni、nma随
工况的变化。
四、发动机功率标定
根据国家标准CB1105.1—1987《内燃机台架性能试验方法》的规定，内燃机标定功率依不同用途分类如下：
（1）15min功率适用于汽车、军用车辆、摩托车的发动机功率的标定。
（2）1h功率适用于拖拉机、工程机械、船舶用发动机功率标定。
（3）12h功率适用于拖拉机、农业排灌、电站等发动机功率标定。
4）持续功率适用于农业灌溉、电站、船舶、铁路牵引等发动机功率
任务二发动机的负荷特性
在发动机转速不变时，经济性指标随负荷变化而变化的关系称为负荷特性。
汽车以等速在阻力变化的道路上行驶即为这种情况。
此时的节气门位置必须经常改常来调整有效转矩，以适应外界阻力矩的变化，保持发动机的转速不变。
特性曲线横坐标为负荷，如功率Pe、平均有效压力Pme转矩Ttq等，纵坐标为耗油量B燃油消耗率be或排气温度tr、噪声dB（A）、烟度SB机械效率nm等。
一、汽油机的负荷特性
1.定义
当汽油机的转速保持不变，而逐渐改变节气门开度，同时调节测功器负荷，小时耗油时B和耗油率be随功率Pe变化而变化的关系称为汽油机负荷特性。
2.测取方法
3.曲线形状分析
（1）燃油消耗be曲线形状
指示热效率ni随着负荷的增加而增加，这是因为节气门开度的加大，气缸内残余废气相对减少，可燃混合气燃烧速度增加，且由于热损失减少，燃料汽化条件改善，使指示热效率增加。
机械效率nm当转速为一常数时,
机械损失功率Pm变化不大，随节气门开度的增加，指示功率Pi随着增加，根据公式nm=1-Pm/Pi可知，机械效率随负荷的增加而提高。
发动机空转时，Pi=Pm,nm=0所以be为无穷大。
随着节气门开度的增加,nm和ni均上升，故燃油消耗率急速下降。
在大负荷时需要浓混合气，此时a=0.85〜0.95，加浓器起作用，混合气浓度变大，使得B浓度增加。
二、柴油机负荷特性
1.定义
当柴油机保持某一转速不变，而移动喷油泵齿条或拉杆，改变每循环供油量△b时，B、be随Pe（%、Pme）变化而变化的关系称为柴油机负荷特性，如图所示。
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2•测取方法
与汽油机的测取方法基本相同，只是柴油机用改变循环供油量的方法来调节负荷。
3•曲线形状分析
（1）燃线消耗率be曲线形状曲be=k3/ninm可知be曲线变化取决于ni、nm的变化，如图所示。
ni随着负荷Pme增加，循环供油量增加，a值减少，当a降低到一定程度时，不完全燃烧加剧，使ni降低。
高负荷时ni下降速度更快。
nm随着负荷pme的增加而增加。
当柴油机空转时，机械效率nm等于零，所以燃油消耗率be趋近于远穷大。
随负荷增加，nm上升速度比ni下降速度快，故燃油消耗率be减少，直到be降低到最低点后，负荷再增加，使得a过浓，燃烧恶化，ni下降较快，致使be升高，负荷增加到某点，排气出现碳烟。
⑵小时耗油量B曲线形状随着负荷的增加，循环供油量加大，耗油量增加,
当接近碳烟极限时，燃烧更加恶化，小时耗油量B迅速度增加。
汽油机的负荷特性与柴油机的负荷特性相比，汽油机的负荷特性有如下特点:
be值普遍较高排气温度高且受负荷的影响不那么大。
B曲线弯曲度较大。
而柴油机在中小负荷时B曲线直线性较好。
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三、负荷特性的实用性
确定发动机的标定工况。
负荷特性的燃油消耗率be曲线最低点称为最低耗油率点，此点经济性好，但动力性较差。
负荷pme增加到排气烟度急剧增加时，此点称为炭极限点，内燃机的标定功率应定在最低耗油率点和炭烟极限点之间的由坐标原点向be曲线作切线的切点时的功率。
由于负荷特性易于测定，因此常用于发动机调试，改变设计时用来检验改进效果。
作为内燃机一发电机组工作特性。
根据不同转速的负荷特性可制取万有特性。
任务三发动机的速度特性
发动机性能指标随转速变化的关系称为速度特性。
一、汽油机的速度特性
1.定义
当汽油机的节气门开度一定，其有效功率Pe有效转矩Ttq、耗油率be等性能指标随转速变化而变化的关系称为速度特性。
2.测取方法
节气门开度保持不变，功器的负荷，在不同转速下测出各稳定工况的有效功率Pe、有效转矩％、耗油率be、小时耗油量B的数值。
3•速度特性的分类
速度特性包括外特性和部分速度特性。
外特性是指节气节门全开时所测得的速度特性。
部分速度特性指节气门部分开启时所测得的速度特性。
4•外特性曲线
汽油机的外特性曲线。
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（1）有效转矩Ttq曲线由公式％=k2nvninma知，有效转矩Ttq随转速的变化取决于ninvnma随转速的变化。
ninvnm随n的变化关系。
指示热效率ni——某一转速时，ni有最高值。
机械效率nm当转速提高时，因机械损失大机械效率nm降低。
（但随负荷上升而上升）
在节气门开度一定时，a值基本不随转速而变化。
综合起来，转速由低逐渐升高，指示热效率ni、充气系数nv均上升，虽然机械效率nm略有下降，但总趋势是Ttq上升，到某一点取得最大值。
随着转速继续上升，由于ni、nm、nv均下降，致使有效转矩Ttq迅速下降，变化较陡。
（2）有效功率Pe曲线由功率Pe=Tqn/9550公式或知，当转速提高时，开始转矩Ttq也增加，所以P迅速上升，直到转矩Ttq到最大值以后，Pe上升变得较平缓，当Ttqn达最大值时，Pe达到最大值，此后转速再增加，已抵不过Ttq的下降，故Pe开始下降。
（3）耗油率be曲线（be=k/ninm）综合ni、nm的变化，be在中间某一转速时最低。
当转速高于此转速时，ni、nm随转速上升同时下降，be增加。
当转速低于此转速，因ni上升弥补不了nm的下降be也上升，总之be曲线变化不大，较平坦。
外特性代表了汽油机的最高动力性能。
外特性因试验条件不同，又分为：
使用外特性，试验时发动机带全部附件，所输出的校正有效功率称为净功率。
发动机仅带维持运转所必须的附件所输出的校正有效功率称为总功率。
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据多属于这一种。
5．部分速度特性
汽车大部分时间是在部分负荷下工作。
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二、柴油机的速度特性
1•定度
喷油泵的油量调节机构（油门拉杆）位置固定，柴油机的性能指标Pee
Ttq、B、be等随转速变化而变化的关系，称为速度特性。
2•测试方法
类似于小摊贩油机的试验方法，试验前供油提前角、冷却水温度、润滑油温度等均调整为最佳状态。
3•柴油机速度特性分类
（1）标定功率速度特性（又称外特性）。
油量调节机构（油门拉杆）固定于标定功率循环供油量位置时，测得的速度特性。
它代表该柴油机在使用中允许达到的最高性能。
（2）部分速度特性油量调节机构固定在小于标定工况循环供油量位置时，测得的速度特性。
4•标定功率速度特性曲线
（1）转矩Ttq曲线循环供油量△b
△b循环喷油量
转矩曲线变化规律：
转速由低向高变化时，开始由于ni略有升高，△b
增加，可以抵销nm的降低，使得％略有上升的趋势，Ttq超过最高点后，随着转速的提高，△b上升抵销不了ni、nm的下降，使％下降。
汽油机在转速较高时，随着转速n上升，ni、nm均下降，所以Tq曲线下降较快，而柴油机随转速提高，尽管ni、nm下降，但因△b增加和ni曲线变化平坦，所以Ttq曲线变化不陡峭。
（2）燃油消耗率be曲线中间某一转速是最低，但整条曲线变化不很大。
（3）功率Pe曲线按公式Pe=Tqn/9550所示，因为％变化平坦，故Pe曲线形状取决于转速的变化，即Pe几乎与转速n成正比增加。
5•部分速度特性
三、转矩特性
当汽车爬坡时，若油门拉杆已达到油量最大位置，但发动机所发出转矩仍不足，车速就要降低，此时要求发出更大的转矩，以克服爬坡阻力。
1•转矩储备系数
转矩储备系数卩和适应性系数k
卩、k值大表明随着转速的降低，Ttq增加较快，在不换档时，爬坡能力、克服短
期超载能力强。
汽油机、柴油机的卩、k值在如下范围：
2•转速储备系数卩n
nb标定转速；
n2最大转矩时转速。
其大小影响发动机克服阻力的潜力。
卩n越大，n2越低，在不换档情况
下发动机克服阻力的潜力愈强。
汽油机、柴油机的卩n值在如下范围。
3•柴油机转矩校正
一般喷油泵的供油速度特性是循环供油量随着转速下降而降低，这种特性满足不了使用要求。
我们将不同转速下负荷特性曲线上冒烟界限点的连线称为不同转速的炭烟极限（炭烟特性），它的变化趋势与nv随着转速n的
变化规律相似。
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四、速度特性的实用性
1）标定功率特性曲线是确定发动机允许工作的是最高负荷限制线。
允许发动机的功率均不可超出标定功率速度特性的限制。
2）用于分析发动机动力装置的匹配情况
第四节柴油机的调速特性
调速特性
拖拉机、工程机械和发电用柴油机，为保持转速稳定，为保证柴油机高转速时不飞车，怠速时不熄火，也需要安装调速器。
在调速器作用、喷油泵调速手柄位置固定时，柴油机的性能指标随转速的变化关系称为调速特性。
调速特性表达方式有两种，一种以Pe或P为横坐标，相当于负荷特性的形式。
另一种表达形式是以n为横坐标，相当于速度
特性的形式。
发动机性能指标随调整情况而变化的关系称调整特性。
一、柴油机装调速器的必要性
保证发动机工作稳定
任务四全程式调速器及调速特性
柴油机由最低转速到最高转速的宽广范围内，调速器都起作用，这种调速器即全程式调速器。
（一）调速器工作原理
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7rMM各组成件的作用可概括如下：
（1转速给定元件驾驶员根据所需转速，通过转动调速手柄1（实际
即油门）可将调速弹簧2压缩到不同位置，以调整弹簧预紧力，在弹簧作用下，托板6向右移动。
（2）转速变化的感受元件根据转速的变化，由喷油泵凸轮轴带动的旋转飞球就产生不同的离心力，离心力轴向分力抵抗弹簧弹力而作用于执行机构上。
（3）执行机构它是用来执行感受元件所发生的变化，从而加油或减油。
图中的推力盘5在离心力的作用下，要向左移动，而其移动又受到弹簧预紧
力的抵制，因此推力盘的位置决定于弹簧弹力与离心力的平衡。
推力盘5与
油量调节拉杆4连在一起，所以盘5的位置也决定了油量调节拉杆的位置，从而控制油量。
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三、两级式调速器及调速特性
两级式调速器是在最低转速与最高转速时起作用，以防止发动机怠速不稳和高速飞车，调速器在中间转速不起作用，由驾驶员通过油门控制供油量。
车用柴油机一般采用两级式调速器。
（一）调速器工作原理
7西两扱式谶速器L件原垛
1-油门踏板；"调节轴；■戏祇架，4-供油拉杆：
「飞快，杆：
7谓^卅叶：
讨凋节*1+h勺弹沉滑用：
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（二）调速特性
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6120柴油机调速特性
「外持性；2\5-调速特性C部分特性）
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调速特性曲线由调速器起作用的调速段和调速器不起作用的外特性段组成。
柴油机在调速段工作时，即使外界阻力矩变化大，转速波动也很小。
汽车用柴油机装置两极式调速器，这种调速器只有在最低转速和最高转速下才起作用。
在中间转速，调速器不起作用。
两极式调速器在发动机工况改变时，驾驶员直接操纵喷油泵齿条，达到新平衡点的加速度小，反应快，加速性能好，操纵方便，所以除重型汽车外，一般汽车上常用两极式调速器。
装有两极式调速器柴油机的调速特性见图8-14所示，只有在最高转速和最低转速附近，柴油机的转矩曲线在调速器的作用下才能产生急剧变化，而在中间转速，调速器不起作用，转矩曲线按速度特性变化。
任务五发动机的万有特性
一、万有特性
转速n为横坐标，用平均有效压力Pme为纵坐标，许多等油耗率be曲线和等功功率曲线。
Pe=k%n,所以Pe曲线为一组双曲线，将外特性中的Pme或Ttq）曲线画在万有特性图上，构成上边界线。
万有特性最内层be低，越向外be值越高，
我们希望最用转速和负荷落在最经济区域区，并希望等be曲线沿横标方向方些。
确定发动最高、最低允许使用的负荷限制线检查发动机的工作状态是否超负荷，工作是否正常
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