第七章 发动机的特性1 (2)
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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：
pmeVs ni c Pe K1 i m n 120 a
由：pme
We eQ Vs Vs cVs 0 H u Q a L0
pme
ce 0 H u a L0 H 0 u c im K c im L0 a a
7-2 发动机的负荷特性
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
§7-1 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。 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
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
2. 线工况：Pe=f(n)的工况，螺旋桨工况。 3. 面工况：Pe和n都相对独立变化， 无约束关系。 如 汽车：
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：
• 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
B
c：A>B m：A>B 余废气系数r：A<B i：A>B
• 柴油机：
A
B
c：A=B m：A>B r：A<B i：A<B a：A<B
比较A、B两点性能：
• 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：
B A
c：A>B m：A>B r：A<B
非增压 pme
经济区 经济区
车用发动机要求经济 区沿n方向越宽越好
增压
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
• 经济区： • 横向疏密程度：对转速的敏感性 • 纵向疏密程度：对负荷的敏感性 比较A、B两点性能： • 汽油机：负荷特性
A
节气门开度：A>B
兼顾tq和n对发动机克服外界阻力能力的影响 因 柴油机转矩随转速变化特性平缓
tqn柴 tqn汽
汽：tqn 2.0 ~ 3.4
tq 1.25 ~ 1.35
n 1.6 ~ 2.5
柴：tqn 1.5 ~ 2.5
tq 1.05 ~ 1.25
n 1.4 ~ 2.0
动力性cim,1/a
318.3 pmeVs i Ttq K 2 c i m a 3 .6 1 be 106 K 3 e H u i m B be Pe K 4 c n a 经济性im
1）因负荷调节方式不同：量调和质调i随负荷变化规律 相反。 2）汽油机油耗随负荷变化曲线比柴油机陡经济性对负荷 变化敏感。
3）柴油机油耗曲线缓慢、宽，又低。 结论：柴油机这种纸调节方式的经济性比汽油机量调节
方式好；且较适应负荷的变化。
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。
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g。
分析式：
c m1 gL0 Ttq K 2 im K 2 im K5im g a ms m1
原理：励磁线圈供电产生磁力
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。
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
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
pmVS ni Ttq n Pe ; 120 9550 1 be K 3
i m
1）全负荷速度特性（外特性）
油量调节机构：由机械位置式数字化
定义全负荷速度特性：在各n下已确定的最大喷油量条件 下，发动机性能指标n变化特性。
各n下的最大喷油量标定：考虑各n下的最大转矩和允许的
负荷特性定义：n不变，经济性随负荷的变化规律。
负荷：指发动机对外界做功能力；因n=const
汽油机： Pe Ttq pme，及节气门开度等； 柴油机： Pe Ttq pme，及空燃比等。
经济性：指燃油消耗率be和每小时燃油消耗量B 分析式：
3.6 1 6 be 10 K 3 e h i 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
m i
be=K3/(i m ) ;
大负荷时: 加浓A/F=12.5， 燃烧不完全， i ， 使be 。
停止氧传感器反 馈控制
B be
• 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
一、汽油机的速度特性
1、外特性历程分析： 代表各转速下的最大做功能力。
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。
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 Kpme n； 万有特性上 等功率曲线为双曲线
容积法：测量消耗一定 质量法：测量消耗一定质
容积Vf燃油所需要的时间 t(s)。
Vf f B 3 .6 t
量m的燃油所需要的时间t。
m B 3 .6 t
6
be
B 1000 Pe
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 。
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 成正比的角度测 Ttq 23
21 22 24 25
6
26
b） 电力测功器：转子在定子磁场中转动 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。
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 ；
当m i Max时，beMin
三、汽油机/柴油机负荷特性区别
i m
• (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 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。
作业四
按气缸压力及温度变化特点柴油机的燃烧过程分为几段 ？各阶段的主要影响因素是什么？ 柴油机的主要有害尾气排放物有哪些？他们的产生条件 是什么？
思考题： 从混合气形成特点，限制柴油机最高转速的主要原因是 什么？ 基于高压喷射的现代车用柴油机燃油供给系统有哪些？ 各自有何优缺点？
第七章 发动机的特性
1）适应系数
转矩储备系数：
tq
Ttq max 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
外界阻力能力不同
Ttqmax
转速储备系数:
nn n ntq
额定转速 最大转矩点转速
Ttqn
适应系数：
tqn tq n
n取决于车辆行驶速度； Pe取决于行驶阻力阻力和道路
Pe
点工况排灌
Pe Kn3
3
恒速
情况 。
n
二、发动机的台架试验
油耗仪：
冷却系统
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。 外壳 转子
Pe：A<B
烟度排放限定值确定来确定。取小值
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
c
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Δg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。 • 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。
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
量，空燃比 ； 过稀 i n,促进混合
g i
气流
随负荷，A/F n过高，后燃，i
m
三、汽油机/柴油机速度特性比较
节气门全开时，性能随转速的变
n<n2 倒流
流损
n<n1
n1
Fra Baidu bibliotek
n>n1
额定 Pe
化规律；只有一条线。
分析式：
Ttq K 2 i m ;
• (vim)max时 TtqMax(vmax)
Ttq
• TtqnMax时 PeMax be
pmVS ni Ttq n Pe ; 120 9550 1 be K 3
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：
pmeVs ni c Pe K1 i m n 120 a
由：pme
We eQ Vs Vs cVs 0 H u Q a L0
pme
ce 0 H u a L0 H 0 u c im K c im L0 a a
7-2 发动机的负荷特性
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
§7-1 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。 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
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
2. 线工况：Pe=f(n)的工况，螺旋桨工况。 3. 面工况：Pe和n都相对独立变化， 无约束关系。 如 汽车：
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：
• 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
B
c：A>B m：A>B 余废气系数r：A<B i：A>B
• 柴油机：
A
B
c：A=B m：A>B r：A<B i：A<B a：A<B
比较A、B两点性能：
• 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：
B A
c：A>B m：A>B r：A<B
非增压 pme
经济区 经济区
车用发动机要求经济 区沿n方向越宽越好
增压
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
• 经济区： • 横向疏密程度：对转速的敏感性 • 纵向疏密程度：对负荷的敏感性 比较A、B两点性能： • 汽油机：负荷特性
A
节气门开度：A>B
兼顾tq和n对发动机克服外界阻力能力的影响 因 柴油机转矩随转速变化特性平缓
tqn柴 tqn汽
汽：tqn 2.0 ~ 3.4
tq 1.25 ~ 1.35
n 1.6 ~ 2.5
柴：tqn 1.5 ~ 2.5
tq 1.05 ~ 1.25
n 1.4 ~ 2.0
动力性cim,1/a
318.3 pmeVs i Ttq K 2 c i m a 3 .6 1 be 106 K 3 e H u i m B be Pe K 4 c n a 经济性im
1）因负荷调节方式不同：量调和质调i随负荷变化规律 相反。 2）汽油机油耗随负荷变化曲线比柴油机陡经济性对负荷 变化敏感。
3）柴油机油耗曲线缓慢、宽，又低。 结论：柴油机这种纸调节方式的经济性比汽油机量调节
方式好；且较适应负荷的变化。
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。
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g。
分析式：
c m1 gL0 Ttq K 2 im K 2 im K5im g a ms m1
原理：励磁线圈供电产生磁力
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。
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
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
pmVS ni Ttq n Pe ; 120 9550 1 be K 3
i m
1）全负荷速度特性（外特性）
油量调节机构：由机械位置式数字化
定义全负荷速度特性：在各n下已确定的最大喷油量条件 下，发动机性能指标n变化特性。
各n下的最大喷油量标定：考虑各n下的最大转矩和允许的
负荷特性定义：n不变，经济性随负荷的变化规律。
负荷：指发动机对外界做功能力；因n=const
汽油机： Pe Ttq pme，及节气门开度等； 柴油机： Pe Ttq pme，及空燃比等。
经济性：指燃油消耗率be和每小时燃油消耗量B 分析式：
3.6 1 6 be 10 K 3 e h i 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
m i
be=K3/(i m ) ;
大负荷时: 加浓A/F=12.5， 燃烧不完全， i ， 使be 。
停止氧传感器反 馈控制
B be
• 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
一、汽油机的速度特性
1、外特性历程分析： 代表各转速下的最大做功能力。
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。
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 Kpme n； 万有特性上 等功率曲线为双曲线
容积法：测量消耗一定 质量法：测量消耗一定质
容积Vf燃油所需要的时间 t(s)。
Vf f B 3 .6 t
量m的燃油所需要的时间t。
m B 3 .6 t
6
be
B 1000 Pe
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 。
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 成正比的角度测 Ttq 23
21 22 24 25
6
26
b） 电力测功器：转子在定子磁场中转动 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。
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 ；
当m i Max时，beMin
三、汽油机/柴油机负荷特性区别
i m
• (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 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。
作业四
按气缸压力及温度变化特点柴油机的燃烧过程分为几段 ？各阶段的主要影响因素是什么？ 柴油机的主要有害尾气排放物有哪些？他们的产生条件 是什么？
思考题： 从混合气形成特点，限制柴油机最高转速的主要原因是 什么？ 基于高压喷射的现代车用柴油机燃油供给系统有哪些？ 各自有何优缺点？
第七章 发动机的特性
1）适应系数
转矩储备系数：
tq
Ttq max 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
外界阻力能力不同
Ttqmax
转速储备系数:
nn n ntq
额定转速 最大转矩点转速
Ttqn
适应系数：
tqn tq n
n取决于车辆行驶速度； Pe取决于行驶阻力阻力和道路
Pe
点工况排灌
Pe Kn3
3
恒速
情况 。
n
二、发动机的台架试验
油耗仪：
冷却系统
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。 外壳 转子
Pe：A<B
烟度排放限定值确定来确定。取小值
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
c
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Δg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。 • 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。
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
量，空燃比 ； 过稀 i n,促进混合
g i
气流
随负荷，A/F n过高，后燃，i
m
三、汽油机/柴油机速度特性比较
节气门全开时，性能随转速的变
n<n2 倒流
流损
n<n1
n1
Fra Baidu bibliotek
n>n1
额定 Pe
化规律；只有一条线。
分析式：
Ttq K 2 i m ;
• (vim)max时 TtqMax(vmax)
Ttq
• TtqnMax时 PeMax be
pmVS ni Ttq n Pe ; 120 9550 1 be K 3