【发动机原理】第四章发动机工况及特性

2021年3月30日
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发动机工况及特性
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第四章 发动机工况及特性
第一节 发动机运行工况
二、发动机不稳定工况 １.发动机起动工况 在起动机的辅助下，将发动机由静止状态转动到靠燃 料燃烧做功的惯性力维持运转的过程称为发动机的起动工 况，简称起动。
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第四章 发动机工况及特性
第一节 发动机运行工况
第一类工况:转速不变，而功率改变。例如， 发电用发动机正常起动后，为使其工作稳定，要 求发动机转速基本恒定， 功率随电机负荷大小， 从零直接变到最大，没有固定的规律性，但要使 发动机转速不变，才能确保输送的频率稳定，那 么在工况图上会出现一条垂直线(图４-１ 中的 曲线１)，称为线工况。
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第四章 发动机工况及特性
第一节 发动机运行工况
上边界线Ａ是不同转速下的发动机所能发出的的功率 最大值(曲线３)，左边界线Ｃ为发动机最低稳定工作的转 速限制线，右边界线Ｂ为发动机最高转速限制线，下边界 线Ｄ是汽车熄火，外力倒拖发动机的工况线，称为倒拖功 率。发动机在这样一个面区域内工作，这就是车用发动机 在路面行驶过程中会遇到的工况。
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第一节 发动机运行工况
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第四章 发动机工况及特性
第一节 发动机运行工况
一、发动机典型工况 在汽车运行过程中，具有代表性的工况，
称为典型工况，发动机始终工作在一个恒定工 况下的情况是极少的，在实际使用情况中发动 机的运行工况变化是不稳定的，根据发动机的 使用情况，大致可分为以下三类典型工况。
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第一节 发动机运行工况
第一节结束
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第二节 发动机特性 一、发动机运行特性
发动机的速度特性:发动机在油量调整装置保持不变, 其各性能指标参数随发动机转速的变化情况,称为发动机 的速度特性。
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第四章 发动机工况及特性
第一节 发动机运行工况
起动时发动机的温度决定
了增加燃油量比例的高低，而
且起动后随着时间的推移，增
油量比例慢慢减小直至正常供
油量。如图4-2所示，只有发动 机电控喷射才能实现这一要求，
传统化油器发动机将只能提供
固定的浓混合气保证起动后正
１)小负荷工况 发动机节气门开度较小，一般小于２５％，燃料燃
烧除可以驱动自身附件维持自身运转外，对外有较低的输 出转矩的工况称为小负荷工况，简称小负荷。
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第四章 发动机工况及特性
第一节 发动机运行工况
汽油机在此工况时，节气门开度有所增加，转速有 所提高，空气流动速度加快，使燃油的雾化、蒸发有所改 善，但由于节气门开度不是很大，节流损失存在，使得进 气阻力较大。汽缸内残余废气比例较多，导致燃烧迟缓， 因而仍需供给较浓的混合气，另一方面，当汽油机负荷小 于１0％节气门开度，较高转速时，更需要比较浓的可燃 混合气，小负荷时，混合气浓度的值 φａ为 0. ７ ～0. ９。
常运转。
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第一节 发动机运行工况 ２.发动机暖机工况
发动机在冷车的情况下起动后发动机保持转速在某一 转，等发动机工作温度正常后转速回到标准转速， 这个 过程就是暖机工况。
发动机起动之后的暖机时间里，发动机的温度稍有升 高，但仍不足，可燃混合气在温度不高的情况下雾化的程 度仍然比较差，有少量的燃料沉积在燃烧室内壁面和进气 管上，导致可燃混合气浓度降低，从而使燃料燃烧不良， 所以在发动机暖机时间里。
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第四章 发动机工况及特性
第一节 发动机运行工况
第二类工况:功率与转速的关系类似于三次幂函数， Ｐｅ=Ｋｎ３，Ｋ为比例常数，船用机就是这类发动机， 因为它是带动螺旋桨工作，故称螺旋桨工况或推进工况， 也是线工况， 如图４-１中曲线２所示。这样，发动机 功率与转速之间就呈现一种十分有规律的变化。
电控喷射汽油机虽然由于喷射，雾化好于化油器发动 机，但仍然不能完全蒸发。因此，起动过程仍然需要加浓 喷射，过量空气系数 φａ值一般在0.5～0.８。
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第一节 发动机运行工况
发动机低温起动之后，因为可燃混合气在温度较 低的情况下雾化的程度差，燃料附着在进气管上从而 使燃料混合气浓度降低，致使发动机运行不良或者发 动机灭火，因此起动之后一小段间隔里，要加大燃料 供给量，从而提高实际参与燃烧的燃料混合气浓度升 高，使发动机运行稳定不会因此而灭火。
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第四章 发动机工况及特性
第一节 发动机运行工况
这样，燃烧室内的残余废气系数上升，残余废气对 新鲜混合气的降低浓度的作用明显，燃料燃烧速度放缓甚 至熄灭。因此，当汽油机怠速时,要求供给较浓的混合气， 其 φａ值为0.６～0.８。 ６.变负荷不稳定工况
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第四章 发动机工况及特性
第一节 发动机运行工况
要加大燃料供给量，发动机的温度决定了加大燃 料量比例高低，ECU根据温度传感器测得的发动机温 度低时，会加长喷油脉宽使得暖车的可燃混合气浓度 升高，随着温度传感器测得的发动机温度逐渐上升， 喷油脉宽将慢慢变小。
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第四章 发动机工况及特性
第一节 发动机运行工况
在当前电控发动机的加速过程中。为了保证其动力性， 提高发动机加速时的性能，燃油增量比例大小与加浓时间 取决于加速时发动机的温度和节气门的变化率等。温度传 感器测得的发动机温度越低时，喷油脉宽越宽，节气门变 化率越大，加速喷射脉宽越长，即喷油量越多。
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第一节 发动机运行工况
３.发动机加速工况
汽车在使用过程中，在某些时间内需要突然加快汽 车的速度，这就要求汽油机能够迅速加大输出功率，为了 满足加速过程动力性的要求，汽油机需要提供最大功率的 混合气。但是在传统化油器式汽油机供给系统中，虽然设 计加速泵。额外增加供油量，但由于汽油的惯性较大，燃 料流量的增长比空气流量的增长要慢得多，这将导致混合 气暂时过稀。
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第一节 发动机运行工况
因此，传统汽油机在该工况供给的混合气φ ａ=1.05~1.15。现代电控喷射汽油机，为了降低发 动机的排放，保证三元催化剂高效工作，过量空 气系数φａ都控制在了１附近，牺牲了经济性。
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第一节 发动机运行工况
因此，为了能让发动机起动顺利，传统化油器式的 燃料供给系统要求供给特浓的混合气，其φａ值为0.3 ～0. ６，实际以气态参与反应的混合气浓度φａ值在0.８～1.2， 其他燃料来不及参与燃烧，直接随同废气排入大气，这是 汽油机起动碳氢排放高的主要原因。
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第一节 发动机运行工况
另外，驾驶员猛踩加速踏板，使得节气门开的度徒然 变大，进气管内的气体压力突然升高，大量的冷空气增加 导致气体温度下降，使得进气管内的燃料蒸发变得更难， 导致可燃混合气浓度变得更低，使得驾驶的感觉是踩下加 速踏板时。车速没有迅速提升，而稍加停顿后，车速才提 上来， 从以上的叙述可知，为了保证汽车在加速时中的 动力性要求，应供给经过特别浓度的可燃混合气。所以加 速时，要加大喷油量，满足发动机的需要。
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第一节 发动机运行工况 第二节 发动机特性
练习题
结束
第四章 发动机工况及特性
第一节 发动机运行工况
教学目标 １. 了解发动机工况。 ２. 了解发动机调整特性。 ３. 理解发动机动态、调速、排放特性。 ４. 掌握发动机运行特性。
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第一节 发动机运行工况
４.发动机减速工况
车辆在行驶过程中，有时需要减慢车速或紧急停车。 此时，不希望发动机提供动力，从节能和环保的角度出发， 希望燃料供给系统不提供燃料。但是，在化油器式燃料供 给系统中，由于节气门需要关小，喉口真空度降低，空气 供给量减少，而燃料供给在惯性和高真空度作用下减少比 例不如空气量多，不仅不能断油，反而使得混合气变浓， 造成燃料浪费，这是化油器不能避免的问题，而采用电控 喷射。
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第一节 发动机运行工况
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第一节 发动机运行工况
第三类工况:转速变化幅度很大，功率变化也极不稳 定。转矩取决于汽车行驶时的阻力，在相同转速的情况下， 可由零负荷变到全负荷，转速的连续变化使得车速从最低 车速到最高车速连续变化，当汽车需要制动时。例如汽车 下斜坡，发动机因为传动系统倒拖做了负功。
保持节气门某一位置不变,由于外界阻力的变化,使得 发动机的转速发生变化,其他性能参数也将随之变化,当节 气门处于最大位置时,所测得的发动机速度特性为外特性, 节气门低于最大位置时的速度特性,称为部分负荷速度特 性。
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第一节 发动机运行工况
当发动机的温度高于６0℃之后不在增加喷油 脉宽，增油量比例慢慢减小到１，如图４-３所示， 化油器发动机不能实现这一功能。因此，暖车过程 怠速转速逐渐升高，怠速不稳。
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第四章 发动机工况及特性
第一节 发动机运行工况
２)中等负荷工况 节气门开度在25％～85％称为中等负荷工况，该工
况混合气形成条件较好混合气浓度稀。从0.６～１.３都 能燃烧，从能否燃烧角度，对混合气浓度要求不苛刻。 但是，中等负荷工况是汽油发动机最常使用工况，从汽 车的使用经济性考虑，用户希望供给最经济的混合气， 保证汽车具有良好的经济性。
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第四章 发动机工况及特性
第一节 发动机运行工况
３)大负荷及全负荷工况
汽油机节气门接近全开的工况称为大负荷工况，节 气门全开的工况称为全负荷工况，大负荷和全负荷时，内 燃机输出最大功率去平衡行驶的阻力与风阻，这时动力性 要求处于第一位。而经济性要求降低，为了保证汽车具有 良好的动力性，应该供给功率混合气，其φａ为0.８５～ 0.９５， 化油器发动机采用加浓装置实现控制，电控喷 射汽油机采用增加喷射脉宽的方法，从程序上较容易实现 控制。
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发动机工况及特性21Fra bibliotek第四章 发动机工况及特性
第一节 发动机运行工况
５.发动机怠速工况 发动机节气门接近全关，无动力输出，燃料燃烧
尽仍可以驱动自身附件，维持自身运转的工况称为怠速 工况，简称怠速。
发动机怠速时运转的转速也较低，四缸汽油机机 为 750～1000r/min，刚起动后机体温度较低时，由于雾 化不良、蒸发较差，加上节气门基本关闭，燃烧室内的 可燃混合气数量较少。
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第一节 发动机运行工况
汽油机起动时，由于转速非常低，空气流动速度慢， 从而导致燃料的雾化程度差，使得进入汽缸的混合气中的 大部分燃料以液态形式存在， 以气态形式存在的燃料少， 实际参与燃烧的混合气变稀， 特别在低温起动时。汽油 蒸发速度下降，在混合气形成的时间内，实际蒸发量减少， 当蒸发形成的实际混合气的浓度降至着火下极限φａ>1.44 时，汽油机将因为混合气太稀不能着火做功。