汽车发动机原理 第七章发动机特性

第三类工况，其特点是功率 与转速都在很大范围内变化， 它们之间没有特定的关系。 汽车及其他陆地运输用内燃 机，都居于这种工况。此时， 内燃机的转速决定于行驶速 度、可以从最低稳定转速一 直变到最高转速；负荷取决 于行驶阻力，在同一转速下， 可以从零变到全负荷。内燃 机可能的工作区域就是该种 类型内燃机的实际工作区域， 相应的上况区域称为面工况。
2.研究发动机特性的必要性
为了评价内燃机在不同工况下运行的动
力性指标(如功率、转矩、平均有效压力等)、
经济性指标(燃油消耗率)、排放指标以及反映
工作过程进行的完善程度指标(如指示热效率、
充量系数以及机械效率)等，就必须研究内燃
机的特性。
有关定义

所谓发动机的特性，就是指上述性能参数随 参数调整情况或运转工况变化的规律。 性能指标随调整情况变化的特性称为调整特 性，如点火提前角调整特性、供油提前角调 整特性等； 性能指标随运行工况变化的特性称为性能特 性，如负荷特性、速度特性和调速特性等。
发动机，用于不同场合时，可以有不同的标
定功率值，其中，15min功率最高，持续功率
最低。

车用 — 常用15分钟, 1小时或12小时功率中的
两种作为铭牌功率。
除持续功率外，其他几种功率均具有间歇
性工作的特点，故常被称为间歇功率。对
间歇功率而言，内燃机在实际按标定功率
运转时，超出上述限定的时间并不意味着
铁道牵引等用途的内燃机。
(4)持续功率

这一功率为内燃机允许长期连续运转的最大 有效功率，适用于需要长期连续运转的固定
动力、排灌、电站、船舶等用途的内燃机。

根据内燃机产品的使用特点，在内燃机的铭
牌上一般应标明上述四种功率的一或两种功
率及其对应的转速。同时，内燃机的最大供
油量限定在标定功率的位置上。对于同一种
负荷特性的横坐标通常是上述三个参数之一，较为常用 的是有效功率Pe或平均有效压力pme。纵坐标主要是燃 油消耗量B、燃油消耗率be以及排温、烟度、机械效率 ηm等。图8—2所示的就是典型的负荷特性曲线。
一、柴油机负荷特性
1.定义:柴油机转速一定，改变每循环供
油量，每小时耗油量 B 、有效燃料消耗率 be 随负荷（Pe、Ttq或Pme）而变化的关系。 2. 柴油机负荷调节方法称为“质调节” 。
三、柴油机与汽油机负荷特性的区别
1)汽油机的燃油消 2) 汽油机排温 3)汽油机的燃 耗率普遍较高，且 油消耗量曲线 普遍较高， 在从空负荷向中、 弯曲度较大， 小负荷段过渡时， 且与负荷关 而柴油机的燃 燃油消耗率下降缓 系较小。 油消耗量曲线 慢，仍维持在较高 在中、小负荷 段的线性较好。 水平，燃油经济性 明显较差。
（二）每小时耗油量B曲线 转速一定时，柴油机的每小时耗油量B主 要决定于△q。随负荷增加，每循环供油量△b 增加，B随之增加。当负荷接近冒烟界限后， 由于燃烧恶化，B上升得更快一些。
二、汽油机的负荷特性
与柴油机不同的是，在测取 汽油机的负荷特性时，油量 是通过改变节气门的开度来 调整的，这样相应地改变了 进入气缸的混合气数量，而 混合气的浓度变化不大，故 称为“量调节”。 图7—2b是汽油机的负荷特 性。初看起来，汽油机的负 荷特性与柴油机负荷特性似 乎没什么区别。
第四节 发动机的转矩适应性
第五节 车用柴油机的调速特性
第六节 发动机的万有特性
作业题
第一节
发动机的特性概述
一、发动机的工况
发动机实际运行的工作状况，简称工况。
表征内燃机运行工况的参数可由下式给出
Pe Ttq n
式中，Pe为有效功率，Ttq为转矩，
n为工作转速。
有效功率Pe和转速n 决定了发动机的 工作运行情况。工况以功率Pe和转速n来 表示，此功率、转速应该与发动机所带动 的工作机械要求的功率、转速相适应。
但由于在大部分区域内过量空气系数保持不变， 故排温上升幅度不大。在柴油机中，随着负荷 的提高，过量空气系数随之降低，排温显著上 升。
第 三节
发动机的速度特性
发动机的速度特性，是指发动机在油量调节 机构(油量调节齿条、拉杆或节气门开度)保持不 变的情况下，主要性能指标 (转矩、油耗、功率 、排温、烟度等)随发动机转速的变化规律。 如:当汽车沿阻力变化的道路行驶时，若驾 驶员将油门踏板位置保持一定，由于道路阻力 不同，汽车行驶速度也会改变，上坡时汽车速 度逐渐降低，下坡时速度增加，这时发动机即 沿速度特性工作。
大而减小，因此，指示热效率也就随负荷的增大而降低；
大，导致指示热效率下降。这样, 汽油机的燃油消耗率
在中、小负荷区远高于柴油机。

排气温度曲线的差异也可以用上述原因来解释。
汽油机的压缩比比柴油机低，相应的膨胀比也
低，排温就要比柴油机高出许多。在负荷变化
时，尽管由于混合气总量的增加引起加入气缸
总热量的增加，使排温随负荷的提高而上升，
从指示热效率曲线的变化趋势上来看，两者也有比较
明显的差异。在转速不变的前提下，柴油机进人气缸的 空气量基本上不随负荷大小而变化，而每循环供油量则 随负荷的增大而增大，这样过量空气系数就随负荷的增 汽油机采用定质变量的负荷调节方法，在接近满负荷时 采取加浓混合气导致指示热效率明显下降，而在低负荷 时，由于节气门开度小，残余废气系数较大，燃烧速率 降低，需采用浓混合气，加之当负荷减小时泵气损失增
随着负荷的进一步增加，过量空气系数 Φ a变得更小，混合气形成与燃烧开始恶化， 指示热效率η it开始明显下降，其下降速度逐 渐超过机械效率上升的速度，燃油消耗率开始 上升。如果继续增加负荷，则空气相对不足， 燃料无法完全燃烧，从而使燃油消耗率上升很 快，且柴油机大量冒黑烟，导致活塞、燃烧室 积碳.，发动机过热，可靠性以及寿命受到影 响。如超过该极限再进一步增大负荷，柴油机 大量冒黑烟，功率反而下降。
第七章
发动机的特性
汽车行驶时，由于行驶速度与道路阻 力不断变化，则发动机的转速和负荷亦相应 变化，以适应汽车的需要。随着转速和负荷 的改变，发动机工作过程也会发生变化。因 此，发动机在不同使用条件下具有不同的动 力性与经济性。
第一节
发动机的特性概述
特性曲线分析
第 二节 发动机的负荷特性 第 三节 发动机的速度特性
特性差别的解释
因为两种类型发动机的机械效率变化情况 基本类似，造成汽油机与柴油机燃油消耗率 差异的主要原因就在于指示热效率的差异。

由于柴油机的压缩比比汽油机高出较多，其 过量空气系数也要比汽油机大，燃烧大部分 是在空气过量的情况下进行的，所以柴油机 的指示热效率要比汽油机要高。这样，从数 值上看，汽油机的燃油消耗率数值高于柴油 机。
•用曲线的形式表示负荷特性
负荷特性曲线
•测取：发动机台架试验 调整测功器负荷的大
小，并相应调整油量调节机构位置，以保持发 动机的转速不变，待工况稳定后，依次记录不 同负荷下的有关数据，并整理得到性能曲线。
• 作 用：
由于负荷特性可以直观地显示发动机在不同负
荷下运转的经济性以及排温等参数，且比较容
易测定，因而在内燃机的调试过程中，经常用
来作为性能比较的依据。由于每一 条负荷特
性仅对应内燃机的一种转速，为了满足实际应
用的要求，需要侧出不同转速下的多个负荷特
性曲线。同时，根据这些特性曲线，可以得到
发动机的另外一个重要的特性——万有特性。
图7-2
对于一条特定的 负荷特性曲线而 言，转速是固定 不变的，这样有 效功率Pe、有效 转矩Ttq与平均有 效压力pme互成比 例关系，均可用 来表示负荷的大 小。
等要求，人为地规定该产品在标准大气条件
下所输出的有效功率以及所对应的转速，即
标定功率与标定转速。世界各国对标定方法
的规定有所不同。按照国家标准GBll05——
87《内燃机台架性能试验方法》规定，我国 内燃机的功率可以分为四级：
(1)15min功率
这一功率为内燃机允许连续运转15min的 最大有效功率，适用于需要较大功率储备或 瞬时需要发出最大功率的轿车、中小型载货 汽车、军用车辆、快艇等用途的内燃机。
1.有效燃油消耗率be曲线
有效燃油消耗率be随负荷的变化取决于η it和η m 的变化 ⑴指示热效率:随负荷的增加而先缓慢增加，然后 略有下降。 ⑵机械效率：随负荷的增加而增加。 当发动机空转时，机械效率η m为零，这样燃油消 耗率be为无穷大。随节气门开度的增加，指示热效率 和机械效率均上升，故燃油消耗率急剧下降，在大负 荷需要浓混合气，不完全燃烧加剧，指示热效率下降， 燃油消耗率上升。
图7-3
柴油机负荷特性曲线分析
（一）耗油率曲线 根据公式
be K 3
1
itm
柴油机耗油率be随 负荷的变化取决于ηit和 ηm。
当负荷为零(空载)时，因无动力输出，平均
有效压力pme为零，故机械效率η m为零，意味着 内燃机所发出的功率完全用于自身消耗，这样 燃油消耗率be为无穷大。当负荷逐渐增大时， 由于平均机械损失压力pmm在转速不变时变化不 大，而平均有效压力pme则随负荷提高而增大， 因此机械效率随负荷的增大而上升得较快。因 此，燃油消耗率be，曲线在负荷增加时下降得 很快。并且，到达某一负荷时，be达到最低值。


用来表示特性的曲线称为特性曲线，它是
评价发动机性能的一种简单、方便、必不可少
的形式。
通过特性曲线可以分析在不同适用工况下 ，
发动机特性变化的规律及影响因素,评价发动机
性能，从而提出改善发动机性能的途径．
二、发动机的功率标定

内燃机的功率标定，是指制造企业根据内燃
机的用途、寿命、可靠性、维修与使用条件
只有当发动机发出的扭矩与工作机械 消耗的扭矩相等时，两者才能在一定转速 下按一定功率稳定工作。