发动机原理 第2版 教学课件作者 林学东 第七章 发动机的特性
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《发动机的特性》课件
从根本上解决发动机的排放问题。
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燃油消耗率
表示发动机每千瓦时消耗的燃油量， 单位为克每千瓦时（g/kW·h）。燃油 消耗率越低，发动机的经济性越好， 车辆的油耗越低。
排放性能
机油消耗率
表示发动机每千瓦时消耗的机油量， 单位为毫升每千瓦时（ml/kW·h）。 机油消耗率越低，发动机的润滑效果 越好，磨损越小。
表示发动机排放废气的质量，单位为 克每千瓦时（g/kW·h）。排放性能越 低，发动机对环境的影响越小。
通过精确控制燃油喷射和点火时刻，降低燃油消耗和减少有害物质 生成。
发动机燃烧优化技术
通过优化发动机的燃烧过程，提高燃油利用率，减少有害物质生成 。
排放法规与标准
欧共体法规
对汽车尾气排放设定了严 格的限制，要求汽车制造 商必须遵守。
美国环保局标准
对在美国销售的汽车尾气 排放设定了限制，要求汽 车制造商必须遵守。
02 发动机的工作原理
四冲程内燃机工作原理
吸气冲程
进气门打开，活塞向下 移动，吸入空气和燃料
混合物。
压缩冲程
进气门和排气门关闭， 活塞向上移动，压缩空
气和燃料混合物。做Fra bibliotek冲程火花塞点燃压缩混合物 ，产生高温高压气体，
推动活塞向下移动。
排气冲程
排气门打开，活塞向上 移动，排除燃烧后的废
气。
外燃机工作原理
燃油经济性
在一定转速和功率下，发动机每单位功率的 燃油消耗量。
燃油消耗率曲线形状
反映了发动机在不同转速和功率下的燃油经 济性表现。
最低燃油消耗率转速
对应于燃油消耗率曲线的最低点，是发动机 最省油的转速。
扭矩曲线
发动机工作原理-PPT
32
七、 汽油机与柴油机的相同点与不同点 相同点: 1 .每个工作循环曲轴转两周，每一冲程曲轴 转半周，进气冲程进气门开，排气冲程排气门开， 其余两个冲程进、排气门均光。 2.四个冲程中，只有作功冲程产生动力，其 余三个冲程消耗能量。 3.必须用外力起动。 4.工作循环基本内容相似，主要机件的运动 相同，结构基本相同。
温度
370400K
压缩 冲程
提高燃烧 速度
转半圈
作功 冲程
燃烧作功 转半圈
排气 冲程
排出废气 转半圈
关
关
0.6-1.2Mpa
600700K
关
关
Max 35Mpa
Max18 00-
2200K
关
开
0.105-0.115 900-
MPa
120300K
六、 四冲程柴油机工作原理
每个循环也由进气、压缩、作功、排气四个冲程组 成。但由于柴油的性质与汽油不同，其混合气形成的方 式、着火方式与汽油机也不同。下述不同点：
u＝f（T） 即只要工质的初、终态温度T1,T2确定，不 论经过什么过程，其内能的变化都相等
Δu＝u2-u1=f(T2)-f(T1)
46
二、热力学第一定律
1. 热力过程及其所作的功 工质状态参数的一系列变化过程，叫做热力 过程，可用p－v图表示，其所做的功为（1kg气体）
47
图片
d F ds p A ds p dv
发动机是将其它形式的能量转 变为机械能的机器
5
二、发动机的分类
1. 按使用燃料分：汽油机、柴 油机等。 2. 按工作循环分：四冲程发动机、二冲程发
动机。 3. 按气门位置分：顶置气门式发动机、侧
置气门式发动机。 4. 按气缸排列分：直列式发动机、v型发动
七、 汽油机与柴油机的相同点与不同点 相同点: 1 .每个工作循环曲轴转两周，每一冲程曲轴 转半周，进气冲程进气门开，排气冲程排气门开， 其余两个冲程进、排气门均光。 2.四个冲程中，只有作功冲程产生动力，其 余三个冲程消耗能量。 3.必须用外力起动。 4.工作循环基本内容相似，主要机件的运动 相同，结构基本相同。
温度
370400K
压缩 冲程
提高燃烧 速度
转半圈
作功 冲程
燃烧作功 转半圈
排气 冲程
排出废气 转半圈
关
关
0.6-1.2Mpa
600700K
关
关
Max 35Mpa
Max18 00-
2200K
关
开
0.105-0.115 900-
MPa
120300K
六、 四冲程柴油机工作原理
每个循环也由进气、压缩、作功、排气四个冲程组 成。但由于柴油的性质与汽油不同，其混合气形成的方 式、着火方式与汽油机也不同。下述不同点：
u＝f（T） 即只要工质的初、终态温度T1,T2确定，不 论经过什么过程，其内能的变化都相等
Δu＝u2-u1=f(T2)-f(T1)
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二、热力学第一定律
1. 热力过程及其所作的功 工质状态参数的一系列变化过程，叫做热力 过程，可用p－v图表示，其所做的功为（1kg气体）
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图片
d F ds p A ds p dv
发动机是将其它形式的能量转 变为机械能的机器
5
二、发动机的分类
1. 按使用燃料分：汽油机、柴 油机等。 2. 按工作循环分：四冲程发动机、二冲程发
动机。 3. 按气门位置分：顶置气门式发动机、侧
置气门式发动机。 4. 按气缸排列分：直列式发动机、v型发动
《发动机基本原理》PPT课件
(4) 排气行程
• 排气行程可燃混合气燃烧后生成的废气，必须从气缸中排除，以便进 行下一个工作循环。 当膨胀接近终了时，排气门开启，靠废气的 压力进行自由排气，活塞腑下止点后再向上止点移动时，继续将废气 强制排到大气中。活塞到上止点附近时，排气行程结束。这一行程在 示功图上用曲线br表示。在排气行程中，气缸内压力稍高于大气压力 ，约为0．105～0．115MPa。排气终了时，废气温度约为900～1200K 。 由于燃烧室占有一定的容积，因此在排气终了时，不可能将废 气排尽，这一部分留下的废气称为残余废气。
气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比。一般用ε表示。
通常汽油机的压缩比为6～10， 柴油机的压缩比较高，一般为16～22。
第三节 发动机的工作原理
四行程汽油机的工作原理
进气行程
压缩行程
排气行程
作功行程
四行程发动机的工作原理剪辑
(1) 进气行程
(1）进气行程 化油器式汽油机将空气与燃料先在气缸外部的化油器 中进行混合，形成可燃混合气后吸人气缸。 进气过程中，进气门开启， 排气门关闭。随着活塞从上止点向下止点移动，活塞上方的气缸容积增大， 从而气缸内的压力降低到大气压以下，即在气缸内造成真空吸力。这样，可 燃混合气便经进气管道和进气门被吸人气缸。由于进气系统有阻力，进气终 了时气缸内的气体压力约为0．075～0．09MPa。
(2) 压缩行程
• 压缩行程为使吸人气缸的可燃混合气能迅速燃烧，以产生较大的压力 ，从而使发动机发出较大功率，必须在燃烧前将可燃混合气压缩，使 其容积缩小、密度加大、温度升高，故需要有压缩过程。在这个过程 中，进、排气门全部关闭，曲轴推动活塞由下止点向上止点移动一个 行程，称为压缩行程。在示功图上，压缩行程用曲线ac表示。活塞达 到上止点时压缩终了，此时，混合气被压缩到活塞上方很小的空间， 即燃烧室中。可燃混合气压力pc升高到0．6～1．2MPa，温度可达 60 0～700K。
发动机的特性(精)ppt课件
精选ppt课件
43
2．功率变化趋势
Pe=Ttq·n/9550 当转速由低逐渐升高
时，由于Ttq、n同时增加 Pe增加很快。在达到最大 扭距转速ntq后，再提高转 速，由于Ttq有所下降，使 Pe上升缓慢。某一转速时 Ttq·n达最大值。此后，再 增加转速，由于扭距下降
超过转速上升的影响，Pe 反而下降。
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27
（二）每小时耗油量B曲线
节气门开度：开度 ，量 B
混合气成分：除怠速、
全负荷时较浓外，大部
分情况变化不大
B几乎随节气门开度 呈线性变化。当节气门开 度增大至化油器加浓装置 参加工作后，B上升得更 快一些。
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28
二、柴油机负荷特性
1.负荷特性:柴油机转速一定，每 小时耗油量B、有效燃料消耗率b随负 荷（Pe、Ttq或Pme）而变化的关系。
精选ppt课件
37
（一）外特性曲 线
1．扭矩曲线变 化趋势
随着转速n的增 加，扭距Ttq逐渐增大 ，出现最大扭距 Ttqmax 后 逐 渐 下 降 ， 且下降程度越来越大 。曲线呈上凸形状。
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38
根据公式
Ttq
K2
v
im
可 见 ， Ttq 随 n 的 变 化 取 决 于 指 示 热 效 率 ηi 、 机 械 效 率 ηm 、 充 气 效 率 ηv与过量空气系数α 随n的变化。
精选ppt课件
44
3．燃油消耗率变化趋势 b=k3/ηitηm
b在某一中间转速当ηitηm达到最大值时出现 最低值。当转速较此转速低时，由于ηm上升弥 补不了ηit的下降，使b增加。转速较此转速高时 ηit、ηm均较低，b也增加。
发动机原理课件-绪论 林学东版
3000m3的用水要求。
当时科学背景：
十六世纪末和十七世纪初的三大实验： 英国包尔塔的蒸汽压力实验； 托里拆利（Evangelista Torricelli）和帕斯卡（ Blaise Pascal）的大 气压力实验； 格里凯（Otto von Guericke）的真空作用实验“马德堡半球试
无马的汽车
1881年戴姆勒离开奥托公司 目的：把奥托发动机应用到交通工具上。 1883年，发明化油器，在奥托四冲程 煤气机的基础上，研制出一台小型单缸 汽油机转速达700~900r/min； 功率1.1马力，空气冷却 奥托发动机最大转速180~200r/min。 1885年，将这台小汽油机装在一辆 自行车上，制造出第一台摩托车。
断失败后，采用了相当于真空原理的用水蒸气作工质的活塞式发动机，成为 近代蒸汽机的直接祖先）
实验：先将汽缸底部注入少量水，加热。当汽缸内的水沸腾后，蒸汽推 动活塞慢慢上升；然后，从汽缸底部抽掉火，汽缸内蒸汽慢慢冷凝汽 缸内产生真空，在大气压力推动下，活塞慢慢下降。
结论： 利用蒸汽压力、大气压力、真空的相互作用， 可以推动汽缸内活塞作往返直线运动。 这种运动所产生的机械动力可以带动其他机械 运动。
1867年：大气压力式内燃机，Otto,Langen
指标：η<11%，Pmax=28kw ，整机重量4000磅 利用燃烧所产生的缸内压力升高，
在膨胀行程时加速一个自由活塞和齿条机构，它们的动量将使气缸 产生真空，然后大气压力推动活塞内行。齿条通过滚轮离合器与
输出轴啮合，输出功率。
1876年，奥托又设计出一种改进型点火系统，同年5月研
1886年将小汽油机和转向器装在一辆四轮车上。
该车气缸总排量为 469cm3 ，时速达到了 16 公里。
发动机原理课件.ppt
第7章 发动机特性
发动机特性定义
• 发动机特性，即发动机性能指标随调整情况和运转工 况而变化的关系。
• 表示其变化规律的曲线称为发动机特性曲线。 • 发动机性能指标随调整情况而变化的关系称为调整特
性。如汽油机的燃油调整特性、点火提前角调整特性、 柴油机的喷油角提前角调整特性等。 • 发动机性能指标随运转工况变化而变化的关系有速度 特性与负荷特性。 • 在柴油机的调速器起作用时，其性能指标随转速或负 荷而变化的关系，称为调速特性。 • 根据发动机特性曲线，可以很方便地评价不同发动机 在不同工况下的动力性和经济性，分析其影响因素， 寻求改进发动机特性的途径。
第7章 发动机特性
有效燃油消耗率曲线
• 同汽油机一样，柴油的有效燃油消耗变化也 取决于ηi和ηm。其变化关系如图所示。
• 与汽油机不同，随负荷增加，每循环供油量 △q增加，过量空气系数α减小，燃烧不完全 程度大，使ηi减小。大负荷时，混合气过浓， 燃烧恶化，不完全燃烧及补燃增多， 使ηi下 降快。
第7章 发动机特性
柴油机负荷特性
• 柴油机转速一定，每小时耗油量mh、有效 燃料消耗率ge随负荷变化的关系称为柴油 机负荷特性。
• 在转速一定时，进入气缸的空气量不变， 改变符合相应改变的每循环供油量△q， 使混合气成分发生变化。因此，柴油机是 通过改变混合气的过量空气系数来适特性
柴油机负荷特性
柴油机ηi、ηm随负荷的变化关系
1-油耗最低点 2-冒烟界限点 3-极限功率点
第7章 发动机特性
每小时燃油消耗曲线
• 转速一定时，柴油机的每小时耗油量mh取 决于△q。
• 负荷增加，△q增加， mh随之增加。 • 当负荷接近冒烟界限点2后，由于燃烧恶
发动机原理第2版习题答案作者林学东
发动机原理习题教材发动机原理第2版作者：林学东ISBN：978-7-111-48209-3第一章绪论1.蒸汽机和内燃机做功原理有何异同点？2.瓦特发明蒸汽机的过程中提出的四个专利的特点是什么？3.汽油机是如何发明的？汽油机效率不高的根本原因是什么？4.柴油机是如何发明的？其热效率高的主要原因是什么？5.在蒸汽汽车、电动汽车、汽油汽车三个动力源鼎力时期，最终蒸汽汽车和电动汽车被淘汰的主要原因是什么？第二章发动机的性能指标1.理论循环的假设条件是什么？有几种理论循环？理论循环热效率的主要影响因素有哪些？2.实际循环中各冲程的作用是什么？存在哪些损失？3.比较汽油机和柴油机实际循环的各行程终了点参数（p,T）的大小，并说明为什么？4.指示指标有哪些？分别评价什么？5.有效指标中动力性和经济性分别用什么来评价？改善动力性和经济性的主要途径分别是什么？6.升功率、比质量是如何定义的？主要评价什么？7.机械效率是如何定义的？主要评价什么？影响机械效率的主要因素是什么？8.内燃机的机械损失主要包括那些？分析内燃机机械损失的不同测量方法的优缺点。
9.试分析热平衡，内燃机在工作过程中除了做功以外，主要存在哪些热损失？10.已知六缸四行程柴油机D⨯S=106⨯125mm，在2100r／min时有效功率Pe＝60kW，有效燃料消耗率be=214g／kWh，机械效率ηm =0.82。
求该工况下的指示功率P i；平均有效压力p me；有效扭矩T tq和有效效率b e(柴油低热值＝42500kJ/kg)。
11.用T-S图和p-V图分析在循环初始状态一定、总加热量Q1和最高燃烧压力p z一定时，三种理论循环热效率的对比。
12.当设计一台6缸4冲程柴油机时，设平均指示压力p mi=0.85MPa,平均机械损失压力p mm=0.15MPa, 要求当发动机转速为n=2000r/min时, 输出P e=75kW。
则当控制活塞的平均速速为c m=10m/s时，缸径冲程比D/S应多少?第三章发动机换气过程1）四冲程内燃机实际换气过程中换气损失主要包括那些？泵气损失是怎样形成的？其主要影响因素是什么？2）四冲程内燃机能量转换过程中换气过程起什么作用？3）如何评价四冲程内燃机的换气过程？4）充气效率是如何定义的？其物理意义是什么？5）影响充气效率的主要因素有哪些？分析提高充气效率的主要途径和具体措施。
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但低速转矩特性差。
改善低速特性：配入口截 面较小的涡轮增压器I型； 但高速流动损失，高速性
2. 涡轮增压器与发动机的联合运行特性 分析匹配效果
压气机特性曲线上，绘制 发动机最低转速下的负荷特 性、全负荷速度特性和最高 转速下的负荷特性。
增压器流量 范围偏大时
螺旋桨
分析内容：b符合设计要
动力性cim,1/a
TbBPeteqb3pe3eP1m1H.ee682Vu.03snKpi1m40eV6Kacsi1nKacK3经2ii1济macmn性imim由：pQpmmeecVWVc0LsHas0eeaLu0L00H0HacuVuesQimmLHKu
移动。 小负荷时，Ttq随n变化曲线更陡；
Pemax,Ttqmax点向低速方向移动。
负荷时，r，i随n变化陡；泵损，且Pmnm，
be随n变化曲线更陡，且，同时bemin点向低速区移动。
二、柴油机的速度特性
柴油机进入气缸的是纯空气，输出转矩的大小， 主要取决于每循环实际喷油量b。
• 柴油机： 高，am>1.2i柴> i汽； 质调节无进气节流， c和i随n变化平坦；
柴油机使用转速范围比汽油机低be变化缓慢 • 汽油机：负荷越小，n进气损失，be
7-4 万有特性
特点：在pme~n的平面坐标上，同时表示多种性能 1、万右特性的制取方法： 负荷特性法 1）制取负荷特性 2）万有特性坐标 3）将负荷特性上 的等油耗线移到万 有特性坐标上。
容积法：测量消耗一定 容积Vf燃油所需要的时 间t(s)。
B 3.6 V f f
t
质量法：测量消耗一定质 量m的燃油所需要的时
间t。
B 3.6 m t
be
B Pe
1000
6 7
量瓶
天平
3、排放物的测量
常用的排放分析仪：日本HORIBA多组分排放气体分 析仪；AVL多功能排放分析仪 。
第七章 发动机的特性
7-1 概述 7-2 发动机的负荷特性 7-3 发动机的速度特性 7-4 发动机的万有特性 7.5 涡轮增压器与发动机的匹配 7.6 EGR对发动机性能的影响
§7-1 概述
研究发动机特性的目的： 评价发动机性能，为正确选用动力源提供依据； 为进一步改进发动机性能提供有效途径。
一、汽油机的速度特性
n<n2
1、外特性历程分析： 代表各转速下的最大做功能力。
节气门全开时，性能随转速的变 化规律；只有一条线。
倒流 流损
n<n1 n>n1 n1
分析式：
• (vim)max时
Ttq
K2
im ;
TtqMax(vmax)
• vn:
Pe
pmVS ni 120
外壳 水力测功器：水在涡流室内旋转
水摩擦力作用下外壳摆动与Ttq
转子
成正比的角度测Ttq
23 21 22
24 25
6
26
电力测功器：转子在定子磁场中转动b） 切割磁力线 感应电流其磁场与定子磁场作用电磁力矩Ttq
电涡流测功器：利用涡电流效应将发动机输出功电能 热能。能量吸收部分：制动器转子和定子组成。
7-3 发动机的速度特性
速度特性定义：在正常工作条件下，负荷一定，性能指 标随n的变化规律。
• 正常工作条件：冷却水温Tw、润滑条件正常，点火时期、
a调节最佳。
• 性能指标动力性：Pe、Ttq n 经济性：be n 排放性：NOx，HC，CO n
• 速度特性分类： 根据不同负荷条件：分为外特性和部分速度特性
使be 。
停止氧传感器反
馈控制
m i
B be
二、柴油机负荷特性
be变化历程分析：
• 负荷喷油量Δb ，Pe ， 空气量不变，A/F 质调节
不完全燃烧i ；
中小负荷区：影响不大；
大负荷区：A/F 的，使i ； • m 变化规律与汽油机相同 负荷，m ；
• be历程：im=Max时，beMin 但因i变化不大，所以be随转速变化
平缓柴油机经济性好的原因之一。
b
c
Ttq Pe be
2）部分速度特性
数字化控制后，部分负荷速度特性将喷油量固定在小 于最大喷油量的任一值上时，性能随n的变化规律。很多 条曲线。
负荷对c无影响，部分负荷，喷油
电控化后，喷油量独立设定，不受机械式喷油泵供油速度
特性影响。因此，基于c特性，由目标转矩特性设定最大喷
油量。
在高速区易增压，但低速时增压程 度不够为提高低速转矩喷油量。 外特性上循环喷油量变化特性如图
• Ttq历程Δb受限于c特性
• Pe历程：由PeTtq n，Pe随n，开 始Ttq n Pe 陡，后随n ， Ttq， Pe 缓慢。
n 1.6 ~ 2.5
柴 ：tqn 1.5 ~ 2.5
tq 1.05 ~ 1.25
n 1.4 ~ 2.0
2）最高转速
• 汽油机：c=f(n)变化陡高速区Ttq迅速降低，功率曲
线陡所以限制最高转速；
• 柴油机： c=f(n)变化缓慢功率曲线缓慢最高转速很
高柴油机限速是很重要的问题必设限速MAP 3）经济性：
研究方法：性能指标随发动机工况变化特性来研究
一、发动机工况 指发动机运行状态，常用转速n和负荷表示。
• 转速：表征发动机的工作频率挡位&车速； • 负荷：表征发动机对外做功能力加速踏板：Ttqpme 发动机输出功率：Pe Ttq n 功率相同，工况不同燃烧过程不同性能不同
情况 。
n
二、发动机的台架试验：测试发动机的主要性能指标
冷却系统
油耗仪： 测油耗
测功器： 测转矩
转速表
排放 分析仪
基础：振幅 ≯0.05~0.1mm
1、测功器：测转矩和n Pe Ttq n / 9550
分类：测功器吸收功的原理不同：分为水力测功器、平衡 式直流电力测功器和电涡流测功器三种。
量，空燃比 ；
g
过稀 i
n,促进混合
i
随负荷，A/F n过高，后燃，i
气流
m
三、汽油机/柴油机速度特性比较
1）适应系数 转矩储备系数：
tq
Ttq m ax Ttqn
取决于发动机转矩 的外特性曲线形状
只表示不换档条件下爬坡能力、克服短期超载能力
tq相同，外特性曲线不同，克服
be
3.6
e h
10 6
K3 i
1
m
一、汽油机的负荷特性
be变化历程分析：
• 负荷，节气门开度，进气
量（Pi ），A/F不变，残余 废气系数；
所以，i ，m=(1-pm/pi)
be=K3/(i m ) ;
大负荷时: 加浓A/F=12.5，
燃烧不完全， i ，
Ttqn ; 9550
• in: • mn:
Ttq be
Pe
额定
• TtqnMax时 PeMax
1
be K3 im
• (im)max时
be Min
2、部分速度特性： 节气门开度固定在某一部分开度时，性能随n的变化规律。
负荷时，随n，节流损失，
c ； Ttq(v) 峰值随负荷，向低速区
计算机技术发展：实验数据处理提供方便。如MATLAB或 ORING等可自动处理成万有特性
Pe Kpmen；万有特性上 等功率曲线为双曲线
车用发动机要求经济 区沿n方向越宽越好
非增压
经济区
增压
pme
经济区
n
CO
HC
NOx
万有特性上排放特 性相互间、与经 济区相矛盾
2、万有特性的分析
• 增压器的增压能力nb排气流量和温度 • 排气能量驱动涡轮；涡轮驱动压气机
1）增压比的选择 • 增压度：增压后增长的功率与增压前功率之比
Pez Pe0 Pez 1
Pe0
Pe
车用发动机增压：如何兼顾动力性、经济性和排放性问题 • 根据具体要求选择不同的增压方式，增压度选择合理。
测量内容：CO、HC、NOx、CO2、O2等气体 烟度：用波许烟度计或不透光烟度计来测量
微粒：全稀释风道精确测量设备昂贵。 分流稀释风道：过滤秤重法，测量过滤 纸上的颗粒重量进行分析。
三、发动机特性的分析方法
调整特性：性能指标随调整参数变化的特性 使用特性：性能指标随运行工况变化的特性
分析式：
求? 发动机整个运行工况是否
在高效率区?
流量范围 偏小时
R
3. 涡轮增压器与发动机的匹配方法
B A
• 汽油机：速度特性
c：A>B m：A>B 余废气系数r：A<B
be：A<B
ig：A<B
• 柴油机：
c：A>B m：A>B r：A<B
Pe：A<B
7.5 涡轮增压器与发动机的匹配
增压：提高进气密度，提高单位气缸的工作能力
车用发动机的要求：低速时转矩要大Ttqmax 高速时需大功率Pemax
定子：外壳、涡流环和 励磁线圈。外壳、涡 流环、空气隙和转子构 成磁路。
转子
原理：励磁线圈供电产生磁力 线转子旋转涡流槽和空气隙处 磁力线密度变化涡流环内产生感
应电形成电涡流与磁场作用
电磁转矩。调节励磁电流电涡流 强度。涡流电路有电阻损耗电能
涡流环发热。
转子外缘 涡流槽
2、油耗仪：测量一定时间内所消耗量的燃料量
根据工作机械不同，发动机工况分类为三种：
1. 恒速工况：发动机转速始终保持不变；
功率随负荷变化。发电用发动机
改善低速特性：配入口截 面较小的涡轮增压器I型； 但高速流动损失，高速性
2. 涡轮增压器与发动机的联合运行特性 分析匹配效果
压气机特性曲线上，绘制 发动机最低转速下的负荷特 性、全负荷速度特性和最高 转速下的负荷特性。
增压器流量 范围偏大时
螺旋桨
分析内容：b符合设计要
动力性cim,1/a
TbBPeteqb3pe3eP1m1H.ee682Vu.03snKpi1m40eV6Kacsi1nKacK3经2ii1济macmn性imim由：pQpmmeecVWVc0LsHas0eeaLu0L00H0HacuVuesQimmLHKu
移动。 小负荷时，Ttq随n变化曲线更陡；
Pemax,Ttqmax点向低速方向移动。
负荷时，r，i随n变化陡；泵损，且Pmnm，
be随n变化曲线更陡，且，同时bemin点向低速区移动。
二、柴油机的速度特性
柴油机进入气缸的是纯空气，输出转矩的大小， 主要取决于每循环实际喷油量b。
• 柴油机： 高，am>1.2i柴> i汽； 质调节无进气节流， c和i随n变化平坦；
柴油机使用转速范围比汽油机低be变化缓慢 • 汽油机：负荷越小，n进气损失，be
7-4 万有特性
特点：在pme~n的平面坐标上，同时表示多种性能 1、万右特性的制取方法： 负荷特性法 1）制取负荷特性 2）万有特性坐标 3）将负荷特性上 的等油耗线移到万 有特性坐标上。
容积法：测量消耗一定 容积Vf燃油所需要的时 间t(s)。
B 3.6 V f f
t
质量法：测量消耗一定质 量m的燃油所需要的时
间t。
B 3.6 m t
be
B Pe
1000
6 7
量瓶
天平
3、排放物的测量
常用的排放分析仪：日本HORIBA多组分排放气体分 析仪；AVL多功能排放分析仪 。
第七章 发动机的特性
7-1 概述 7-2 发动机的负荷特性 7-3 发动机的速度特性 7-4 发动机的万有特性 7.5 涡轮增压器与发动机的匹配 7.6 EGR对发动机性能的影响
§7-1 概述
研究发动机特性的目的： 评价发动机性能，为正确选用动力源提供依据； 为进一步改进发动机性能提供有效途径。
一、汽油机的速度特性
n<n2
1、外特性历程分析： 代表各转速下的最大做功能力。
节气门全开时，性能随转速的变 化规律；只有一条线。
倒流 流损
n<n1 n>n1 n1
分析式：
• (vim)max时
Ttq
K2
im ;
TtqMax(vmax)
• vn:
Pe
pmVS ni 120
外壳 水力测功器：水在涡流室内旋转
水摩擦力作用下外壳摆动与Ttq
转子
成正比的角度测Ttq
23 21 22
24 25
6
26
电力测功器：转子在定子磁场中转动b） 切割磁力线 感应电流其磁场与定子磁场作用电磁力矩Ttq
电涡流测功器：利用涡电流效应将发动机输出功电能 热能。能量吸收部分：制动器转子和定子组成。
7-3 发动机的速度特性
速度特性定义：在正常工作条件下，负荷一定，性能指 标随n的变化规律。
• 正常工作条件：冷却水温Tw、润滑条件正常，点火时期、
a调节最佳。
• 性能指标动力性：Pe、Ttq n 经济性：be n 排放性：NOx，HC，CO n
• 速度特性分类： 根据不同负荷条件：分为外特性和部分速度特性
使be 。
停止氧传感器反
馈控制
m i
B be
二、柴油机负荷特性
be变化历程分析：
• 负荷喷油量Δb ，Pe ， 空气量不变，A/F 质调节
不完全燃烧i ；
中小负荷区：影响不大；
大负荷区：A/F 的，使i ； • m 变化规律与汽油机相同 负荷，m ；
• be历程：im=Max时，beMin 但因i变化不大，所以be随转速变化
平缓柴油机经济性好的原因之一。
b
c
Ttq Pe be
2）部分速度特性
数字化控制后，部分负荷速度特性将喷油量固定在小 于最大喷油量的任一值上时，性能随n的变化规律。很多 条曲线。
负荷对c无影响，部分负荷，喷油
电控化后，喷油量独立设定，不受机械式喷油泵供油速度
特性影响。因此，基于c特性，由目标转矩特性设定最大喷
油量。
在高速区易增压，但低速时增压程 度不够为提高低速转矩喷油量。 外特性上循环喷油量变化特性如图
• Ttq历程Δb受限于c特性
• Pe历程：由PeTtq n，Pe随n，开 始Ttq n Pe 陡，后随n ， Ttq， Pe 缓慢。
n 1.6 ~ 2.5
柴 ：tqn 1.5 ~ 2.5
tq 1.05 ~ 1.25
n 1.4 ~ 2.0
2）最高转速
• 汽油机：c=f(n)变化陡高速区Ttq迅速降低，功率曲
线陡所以限制最高转速；
• 柴油机： c=f(n)变化缓慢功率曲线缓慢最高转速很
高柴油机限速是很重要的问题必设限速MAP 3）经济性：
研究方法：性能指标随发动机工况变化特性来研究
一、发动机工况 指发动机运行状态，常用转速n和负荷表示。
• 转速：表征发动机的工作频率挡位&车速； • 负荷：表征发动机对外做功能力加速踏板：Ttqpme 发动机输出功率：Pe Ttq n 功率相同，工况不同燃烧过程不同性能不同
情况 。
n
二、发动机的台架试验：测试发动机的主要性能指标
冷却系统
油耗仪： 测油耗
测功器： 测转矩
转速表
排放 分析仪
基础：振幅 ≯0.05~0.1mm
1、测功器：测转矩和n Pe Ttq n / 9550
分类：测功器吸收功的原理不同：分为水力测功器、平衡 式直流电力测功器和电涡流测功器三种。
量，空燃比 ；
g
过稀 i
n,促进混合
i
随负荷，A/F n过高，后燃，i
气流
m
三、汽油机/柴油机速度特性比较
1）适应系数 转矩储备系数：
tq
Ttq m ax Ttqn
取决于发动机转矩 的外特性曲线形状
只表示不换档条件下爬坡能力、克服短期超载能力
tq相同，外特性曲线不同，克服
be
3.6
e h
10 6
K3 i
1
m
一、汽油机的负荷特性
be变化历程分析：
• 负荷，节气门开度，进气
量（Pi ），A/F不变，残余 废气系数；
所以，i ，m=(1-pm/pi)
be=K3/(i m ) ;
大负荷时: 加浓A/F=12.5，
燃烧不完全， i ，
Ttqn ; 9550
• in: • mn:
Ttq be
Pe
额定
• TtqnMax时 PeMax
1
be K3 im
• (im)max时
be Min
2、部分速度特性： 节气门开度固定在某一部分开度时，性能随n的变化规律。
负荷时，随n，节流损失，
c ； Ttq(v) 峰值随负荷，向低速区
计算机技术发展：实验数据处理提供方便。如MATLAB或 ORING等可自动处理成万有特性
Pe Kpmen；万有特性上 等功率曲线为双曲线
车用发动机要求经济 区沿n方向越宽越好
非增压
经济区
增压
pme
经济区
n
CO
HC
NOx
万有特性上排放特 性相互间、与经 济区相矛盾
2、万有特性的分析
• 增压器的增压能力nb排气流量和温度 • 排气能量驱动涡轮；涡轮驱动压气机
1）增压比的选择 • 增压度：增压后增长的功率与增压前功率之比
Pez Pe0 Pez 1
Pe0
Pe
车用发动机增压：如何兼顾动力性、经济性和排放性问题 • 根据具体要求选择不同的增压方式，增压度选择合理。
测量内容：CO、HC、NOx、CO2、O2等气体 烟度：用波许烟度计或不透光烟度计来测量
微粒：全稀释风道精确测量设备昂贵。 分流稀释风道：过滤秤重法，测量过滤 纸上的颗粒重量进行分析。
三、发动机特性的分析方法
调整特性：性能指标随调整参数变化的特性 使用特性：性能指标随运行工况变化的特性
分析式：
求? 发动机整个运行工况是否
在高效率区?
流量范围 偏小时
R
3. 涡轮增压器与发动机的匹配方法
B A
• 汽油机：速度特性
c：A>B m：A>B 余废气系数r：A<B
be：A<B
ig：A<B
• 柴油机：
c：A>B m：A>B r：A<B
Pe：A<B
7.5 涡轮增压器与发动机的匹配
增压：提高进气密度，提高单位气缸的工作能力
车用发动机的要求：低速时转矩要大Ttqmax 高速时需大功率Pemax
定子：外壳、涡流环和 励磁线圈。外壳、涡 流环、空气隙和转子构 成磁路。
转子
原理：励磁线圈供电产生磁力 线转子旋转涡流槽和空气隙处 磁力线密度变化涡流环内产生感
应电形成电涡流与磁场作用
电磁转矩。调节励磁电流电涡流 强度。涡流电路有电阻损耗电能
涡流环发热。
转子外缘 涡流槽
2、油耗仪：测量一定时间内所消耗量的燃料量
根据工作机械不同，发动机工况分类为三种：
1. 恒速工况：发动机转速始终保持不变；
功率随负荷变化。发电用发动机