第5章 发动机特性

评定发动机适应阻力波动的性能指标
扭矩储备系数： 扭矩储备系数： µ = 适应性系数： 适应性系数：
K =
T tq max − T tq T tq
T tq
max
× 100 %
µ 大或 值大，表明两扭矩之差( Ttq max- Ttq )值大，即随 大或k值大 表明两扭矩之差( 值大， 值大，
着转速的降低，扭矩 Ttq增加较快，从而在不换档的情况 着转速的降低， 增加较快， 爬坡能力和克服短期超载的能力强。 下，爬坡能力和克服短期超载的能力强。
发动机性能指标与工作过程参数之间的关系 发动机性能指标与工作过程参数之间的关系
ηv 平均有效压力： 平均有效压力： p e = k 1 η iη m α
有效功率： 有效功率： 有效转矩： 有效转矩：
Pe = K 2 ⋅
ηv ⋅η m ⋅η i ⋅ n α
ηv Ttq = K3 ⋅ ⋅ηm ⋅ηi α
n
功率Pe曲线 2）功率 曲线
ηv P = K2 ⋅ ⋅ηm ⋅ηi ⋅ n = K′Ttqn e 2 α
显然：功率 与Ttq、 成正比。 显然：功率Pe与Ttq、n成正比。 低速时： ↑→Ttq 不大) Ttq↑ 正比于 Ttq， 低速时：n↑→Ttq↑(不大)，因Pe正比于n、Ttq， 正比 故Pe↑↑；随n继续↑，虽Ttq↓，但因n↑的影响大 ↑↑； 继续↑ Ttq↓ 但因n ↑↑ Ttq↓的影响， ↑→Pe 于Ttq↓的影响，使Pe↑→Pemax ； ↑→ 继续↑ Ttq↓的影响大于n 的影响， n继续↑，因Ttq↓的影响大于n↑的影响，使Pe↓ 。 ↓
2.外特性曲线历程分析 2.外特性曲线历程分析
ηv 扭矩Ttq Ttq曲线 1）扭矩Ttq曲线 Ttq = K 3 ⋅ ⋅η m ⋅η i α ′ T ↑→供油量↑→α↓(不多) 则有： 供油量↑→α↓ 因n↑→供油量↑→α↓(不多)，则有： tq = k 3η vη iη m
值基本不随转速而变化） （在节气门开度一定时，α值基本不随转速而变化） 在节气门开度一定时， 值基本不随转速而变化
n1
n
② ηi 随n的变化关系
n↑→气流运动↑→混合气形成改善 → η i ↑； ↑→气流运动↑→混合气形成改善 气流运动↑→ ↑↑→燃烧时间 燃烧时间↓ n↑↑→燃烧时间↓，燃烧恶化 → η i ↓。 η 在供油量一定情况下， 在某一中间转速微微凸起（ 在供油量一定情况下， i 在某一中间转速微微凸起（最 ），说明此时热量转化为功的程度最高 说明此时热量转化为功的程度最高。 好），说明此时热量转化为功的程度最高。高于或低于 η 此转速， 均下降。 此转速， i 均下降。
3）油耗be曲线
be = K
4
显然，be的变化取决于 的变化； 显然，be的变化取决于ηm 和η i 随n的变化；当 ηm ηi 的乘积至最大值时，该转速下be最小，高 的乘积至最大值时，该转速下be最小， be最小 于或低于此转速，be均 于或低于此转速，be均↑。 通常75 80%节气门开度下的燃料经济性较好 75节气门开度下的燃料经济性较好。 通常75-80%节气门开度下的燃料经济性较好。
第二节 发动机速度特性
——发动机性能指标随转速变化的关系称为 发动机性能指标随转速变化的关系称为 速度特性；即发动机节气门开度（或油门开度） 速度特性 即发动机节气门开度（或油门开度） 不变，发动机性能指标随转速 变化的关系。 不变，发动机性能指标随转速n变化的关系。 汽车爬坡或阻力变化时， 如：汽车爬坡或阻力变化时，驾驶员将油门踏板 位置保持一定，发动机转速 转速n 位置保持一定，发动机转速n则随外界负荷的变 化而变化。外界负荷大， 外界负荷小， 化而变化。外界负荷大，n↓；外界负荷小，n↑， 这时发动机沿速度特性工作。 这时发动机沿速度特性工作。 横坐标：发动机转速； 横坐标：发动机转速； 纵坐标：有效功率Pe 转矩Ttq 耗油率be Pe、 Ttq、 be、 纵坐标：有效功率Pe、转矩Ttq、耗油率be、每 小时耗油量B 小时耗油量B等 。
1. 汽油机外特性曲线图
Ttq
Pe
Ttq
Pe
be
be
n1
n3
n2
n
关于外特性曲线上几个重要特征点： 关于外特性曲线上几个重要特征点： ——Ttqmax、Pemax、bemin 、 、
在实际中各意味着什么？ Ttqmax、Pemax、bemin在实际中各意味着什么？ max、 汽车以I档行驶能通过的最大爬坡， Ttqmax：汽车以I档行驶能通过的最大爬坡，即最 大爬坡能力； 大爬坡能力； 汽车在良好道路上行驶能达到的最高车速； Pemax ：汽车在良好道路上行驶能达到的最高车速； 理论上可达到的最低油耗， bemin ：理论上可达到的最低油耗，实际油耗要比 此高。 此高。
发动机速度特性进一步分为： 发动机速度特性进一步分为： ——外特性和部分速度特性 外特性和部分速度特性
外特性：将油量调节结构固定在额定功率循环供 外特性： 油量位置测得的速度特性。每台发动机只有一组， 油量位置测得的速度特性。每台发动机只有一组， 表示了该发动机所具有的最高动力性能。 表示了该发动机所具有的最高动力性能。 部分速度特性： 部分速度特性：将油量调节结构固定在小于额定 功率循环供油量位置测得的速度特性。 功率循环供油量位置测得的速度特性。每台发动 机可以有许多组。 机可以有许多组。
be = K
4
有效燃油消耗率： 有效燃油消耗率：
1 ⋅ η m ⋅η
i
每小时耗油量： 每小时耗油量： B = K
5
ηv ⋅ ⋅n α三Fra bibliotek发动机功率标定
发动机功率标定，是指制造厂根据发动机的用途规定 发动机功率标定， 该机在标准大气条件下输出的有效功率及对应的转速， 该机在标准大气条件下输出的有效功率及对应的转速，即 标定功率和标定转速。 标定功率和标定转速。国家标准规定的功率标定可分为以 下4种： 15min功率 功率——可连续运转15min仍保持正常状态的最大有 可连续运转15min 1）15min功率 可连续运转15min仍保持正常状态的最大有 效功率。适用于汽车、军用车辆、 效功率。适用于汽车、军用车辆、摩托车的发动机功率的 标定。 标定。 1h功率 功率——可连续运转1h的最大有效功率。适用于拖拉机、 可连续运转1h的最大有效功率。 2）1h功率 可连续运转1h的最大有效功率 适用于拖拉机、 工程机械、船舶用发动机功率标定。 工程机械、船舶用发动机功率标定。 12h功率 功率——可连续运转12h的最大有效功率。适用于拖拉 可连续运转12h的最大有效功率。 3）12h功率 可连续运转12h的最大有效功率 农业排灌、电站等发动机功率标定。 机、农业排灌、电站等发动机功率标定。 持续功率——允许连续运转的最大有效功率。适用于农业 允许连续运转的最大有效功率。 4）持续功率 允许连续运转的最大有效功率 灌溉、电站、船舶、铁路牵引等发动机功率标定。 灌溉、电站、船舶、铁路牵引等发动机功率标定。
1 ⋅ η m ⋅η i
汽油机部分速度特性曲线
——是节气门固定在部分开启位置测得的速 是节气门固定在部分开启位置测得的速 度特性。 度特性。 节气门开度愈小， 节气门开度愈小，节流 η 损失愈大， 下降愈陡， 损失愈大， v下降愈陡， Pe、Ttq、 使Pe、Ttq、be 随n变化 变得愈陡。 变得愈陡。
I、固定工况（恒速工况） 固定工况（恒速工况） ≈C，Pe变化大 变化大， n≈C，Pe变化大， 如抽水、发电用发动机； 如抽水、发电用发动机；
Pe
n
II、 ——流体阻力负荷 II、螺旋桨工况——流体阻力负荷
Pe = K ⋅ n ，如船用主机带动螺旋桨。 如船用主机带动螺旋桨。
3
Pe
Pe
III、陆上运输工况 III、
n
n
n、Pe均在较大范围内变化，如车辆用发动机。 Pe均在较大范围内变化，如车辆用发动机。 均在较大范围内变化 汽车是在负荷、 汽车是在负荷、车速及道路情况频繁变化的条件下 使用的，因而， 使用的，因而，汽车用发动机必须适应汽车使用的特 在负荷和转速经常变化下工作。 点，在负荷和转速经常变化下工作。
汽油机速度特性（外特性） 一、汽油机速度特性（外特性）
节气门全开时，发动机扭矩Ttq、功率Pe 节气门全开时，发动机扭矩Ttq、功率Pe、油 Ttq 随转速n变化的关系。 耗be 随转速n变化的关系。 测取时，应将点火提前角、冷却水温、 测取时，应将点火提前角、冷却水温、润滑油 温度等调整在最佳状态； 温度等调整在最佳状态； 当油量调节机构固定在标定（或称额定） 当油量调节机构固定在标定（或称额定）功率 循环供油量位置时，测得的速度特性为标定功 循环供油量位置时，测得的速度特性为标定功 率速度特性，习惯上称外特性； 率速度特性，习惯上称外特性； 当油量调节机构固定在小于标定功率循环供油 量各个位置时，所测得的速度特性称为部分速 量各个位置时，所测得的速度特性称为部分速 度特性。 度特性。
η Ttq的变化取决于 的变化： Ttq的变化取决于 ηv 、 i 和 ηm 随n的变化：
① ηv 随n的变化关系
ηv
↑→气流惯性 气流惯性↑→ ↑↑→节流损失 节流损失↑→ 随n↑→气流惯性↑→ηv ↑；n↑↑→节流损失↑→ ηv ↓。 η v 在某一中间转速n1最大，高于或低于此转速 η v 都下降。 在某一中间转速n1最大， n1最大 都下降。
2）反映了发动机使用中克服短期超载能 力的强弱。 力的强弱。 从使用角度看， 发动机克 从使用角度看，( Ttq max - Ttq )大，发动机克
服短期超载的能力强。 服短期超载的能力强。
汽车在行驶中，经常会遇到像爬坡等行驶阻 汽车在行驶中， 力突然增大的情况，为了克服短期超载， 力突然增大的情况，为了克服短期超载，减 少司机的换挡次数， 少司机的换挡次数，要求发动机的扭矩随转 速的降低而增加。 速的降低而增加。