内燃机特性(精)
介绍内燃机
内燃机的特点和应用
内燃机的特点和应用
总之，内燃机作为一种重要的动力设备， 在各个领域中都得到了广泛的应用
随着科技的不断进步和环保要求的提高， 内燃机的性能和排放水平也在不断提高，
为未来的发展提供了更好的保障
4
内燃机的技术参数
01.
内燃机车的技术参数涵盖了动力系统参数、车辆性能参数、底盘参 数和其他参数等多个方面
域
04
此外，内燃机还可以 按照用途和结构进行 分类，如单缸机和多 缸机、立式和卧式等。 不同类型和用途的内 燃机具有不同的特点
和适用范围
3
内燃机的特点和应用
内燃机具有以 下特点
内燃机的特点和应用
内燃机的特点和应用
内燃机的应用非常广泛，包括以下几个方面 交通运输：内燃机是汽车、摩托车、船舶和飞机等交通工具的主要动力源之一 工业领域：内燃机被广泛应用于各种工业设备中，如泵、压缩机、发电机等 农业领域：内燃机是农业机械如拖拉机、收割机等的主要动力源之一 军事领域：内燃机在军事领域中被广泛应用于各种武器和装备中 发电领域：内燃机也可以被用于发电厂中，作为发电的主要动力源之一
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演讲者：23级新能源2班第3组全体成、曲轴等组成。其中， 燃烧室是燃料和空气混合并 点燃的地方，活塞则在气缸 中上下运动，曲轴则将活塞 的直线运动转化为旋转运动
在内燃机中，燃料和空气的 混合比例、燃烧速度、气缸 容积和活塞运动速度等因素
都会影响内燃机的性能
2
内燃机的类型
汽油机是以汽油为燃
料的内燃机，具有体
积小、重量轻、转速
高、启动容易等特点。
汽油机广泛应用于汽
01
车、摩托车和飞机等 交通工具中
03
#内燃机原理内燃机的工作指标与性能
3、影响ηi的主要因素
从燃料燃烧可以释放出的热量和能够转换成指示功 的有效程度两方面分析：
（1）燃料热能释放的好坏 （2）热量损失的大小 （3）热能转换的有效程度
3.3内燃机的机械损失及机械效率
一、机械损失功率 二、机械损失功率的测定 三、影响机械损失功率及机械效率的因素
一、机械损失功率Nm
在内燃机工作过程中，不可避免地损失一部分功 或功率，这些功或功率的总和称为机械损失功或机械 损失功率。
返回
可见，指示功率与下列四个因素有关： （1）与一个循环内进入气缸的空气量iVsηvρs成正
比； （2）与燃烧时燃料热能利用的完善程度ηi成正比； （3）与单位时间内工作循环的重复频率成正比； （4）与过量空气系数成反比。
3、提高Ni的有效途径
提高指示功率Ni的有效途径: 提高增压度，增加进缸充量； 提高换气质量，减少废气残存量； 完善油气混合； 保证良好的燃烧过程。
说明：
（1）在有电力测功器的条件下，倒拖法是求Nm最迅 速、最简便的方法。
（2）适用于多缸高速小型内燃机的机械损失功率。
（3）不适用于大功率内燃机和涡轮增压内燃机。
（4）不能精确地测定pm或pi，数值比实际高出很多。
原因：内燃机在着火运转和不着火倒拖情况下，其 Nmf和Np二者存在较大差别。
（二）灭缸法（各缸轮流断油法）
摩擦损失功率－内燃机为克服运动部件之间的摩 擦而消耗的功率，约为指示功率Ni的10～15％。 注意：在机械损失中，摩擦损失所占的比例很大。
（1）活塞、活塞环与气缸套之间的摩擦损失功率， 约占全部摩擦损失功率的55～65％；
（2）主轴承、连杆轴承、凸轮轴轴承等的摩擦损失 功率，约占全部摩擦损失功率的35～45％。
内燃机特性
扭矩测试仪器 台架上都采用吸收式测功器，常用的有 水力测功器、电力测功器、电涡流测功器。 1）水力测功器 水力测功器是一种典型的吸收型测功器， 它将发动机的输出功率转变为热量消耗掉， 同时在此过程中完成转矩测量。
水力测功器主要有转子和定子（外壳）两部分组成。 它的基本工作原理是利用转子在充满水的定子中旋 转所产生的磨擦阻力来吸收发动机功率，同时通过
测试方法
速度特性也是在内燃机试验台架上测出 的。 测量时，将油量调节机构位置固定不动， 调整测功器的负荷，内燃机的转速相应发生 改变，然后记录有关数据并整理绘制出曲线， 一般是以发动机转速作为横坐标。
部分速度特性与外特性
当油量控制机构在标定位置时，测得的 特性为全负荷速度特性(简称外特性)； 油量低于标定位置时的速度特性，称为 部分负荷速度特性。 由于外特性上反映了内燃机所能达到的 最高性能，确定了最大功率、最大转矩以及 对应的转速，因而是十分重要的，所有发动 机出厂时都必须提供该特性。
左侧边界线为内燃机最低稳定 工作转速nmin限制线，低于此转 速时，由于曲轴飞轮等运动部 件储存能量较小，导致转速波 动大，内燃机无法稳定工作
发动机的工作区域及限制
1) a曲线是各转速时最大功率 (转矩)的限制线， 到标定点A为止。 2) b曲线是各负荷条件下的最高转速限制线。 3) c曲线是发动机最低稳定工作转速限制线 4) d曲线是各个踏板位置下的空转怠速线。 5) 输出功率为负值的 e 曲线是发动机灭火，外 力倒拖时的工况线。
Ne.
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， 相应的工况区域称为面工况。
内燃机曲轴动态特性分析及结构改进
（ ｃ ）节面２ 在Ｚ 轴位移
曲线
：
率 依 然 高 于 基 频 避 开 了共 振 ， 曲轴 的 改进 设 计 是 合 理 的 。表 ５ 为 改 进前 后 的 曲轴 模 态对 比 。选取 同 样 的３ 个 节面 进 行 谐 响应 分析 得 到 的幅 频特 性 曲线
如 图８ ～图 ｌ Ｏ 所示。
参考文献 ：
【 １ 】 白鑫 ， 吕丽平 ， 赵雪梅 ． Ｍｏ ｄ ｂ ｕ ｓ 协 议 在 柴 油 发 电机 组 监 控
系统 中的应用研究［ Ｊ ］ ． 制造 业 自动化， ２ ０ １ ２ ， ０ ３ ： ９ — １ １ ．
【 ２ ］李 鹏 飞 ， 孟泰 ， 王薇婕 ． 基 于Ｍ ｏ ｄ ｂ ｕ ｓ 总线协议 的并行通信
图４ 数 据 处 理 流 程 图
出
童‘ 童‘ 矗‘ 出
． 蠡‘ 出
量‘ ｊ童‘ 矗‘ 童‘ ＆Ｉ 矗‘ ． ． ‘ ．｛重Ｉ 矗‘ 矗・ ｛盘‘ 蠡‘ ． 出
变形 。
～
～
…
一
０
（ ａ ） 节面３ 在Ｘ 轴位移
（ ｂ ） 节 面３ 在Ｙ 轴位移
（ ｃ ）节面３ 在Ｚ 轴位移
图１ Ｏ 节面３ 的 幅 频 特 性 曲线
从 图 中 看 出 曲轴 在 共 振 频 率 ４ ４ ０ Ｈｚ 时 振 幅 最 大 ， 曲轴 的谐 响 应 节 面 在 共 振 时 发 生 的轴 向变 形
如 表６ 所示。
表６ 曲轴谐响应位移对比
３ 曲轴 的结构 改进
３ ． １ 曲轴的结构改进方案 曲轴 改 进 的材料 选 择ＱＴ ８ ０ ０ ，它 的吸振 特 性能
有 效 减 小 变 形 ，但 从 结 构 考 虑 还 要 提 高 曲轴 的 刚
第4-3 内燃机速度特性.
柴 油 机 的 扭 矩 特 性 很 大 程 度 上 决 定 于 循 环 供 油 量 gb （Δg），并不直接依赖于充气效率 ηv。因为每循环充气量的 大小即ηv的大小只不过提供产生多大扭矩的可能性，但各种 转速下，究竟能发出多大的扭矩，主要看循环供油量Δg的多 少。当油量调节机构位置一定时，柱塞泵的循环供油量Δg随 转速的变化由油泵速度特性决定，随着转速的增加，Δg也增 加。
i Ttq=K’2 m v K 2 g i m
图3-3 柴油机速度特性图
指示热效率ηi的变化是某一中间转速时稍有凸起，转速 低时喷射压力低，燃料雾化度、贯穿不够，空气涡流弱，燃 烧不良，传热漏气损失较大，ηi较低，随着转速的升高，ηi 有所增大，但转速过高时，燃烧相对变慢，使大量燃料在后 燃期燃烧，导致ηi下降，一般的柴油机，当转速增加时，由 于Δg和ηi（高速时下降）的上升，常可与ηm的下降相抗衡而 使Ttq曲线很平坦。
一、外特性
汽油机外特性曲线上的每一点表示发动机在此转速下所 能发出的最大功率和最大扭矩，所以代表着发动机的最高动 力性能。外特性根据试验条件的不同可分为两种： （1）试验时发动机不装风扇，空气压缩机，空气滤清器及消 声器等附件，仅带维持运转时所必须的附件时所输出的功率 称为 总功率 ，此时测得的全负荷速度特性称为 外特性 。国产 发动机的特性数据大多是采用这种方法测得的。 （2）试验时，发动机带全套附件时所输出的功率称为有效功 率或 净功率 。此时测得的全负荷速度特性则称为 使用外特性 。 下面对汽油机外特性的几条特性曲线（ Ttq 、 Ne 、 be~n ） 的形状及其影响因素进行简要分析。
汽车发动机的动力储备是指发动机转速下降时（例如外 界阻力的增加），其扭矩自动增加的性能。正是由于这种动 力储备的存在，才能使汽车不换挡的情况下适应道路状况的 变化，得以正常的行驶，因此，车用内燃机必须具备这种扭 矩特性，这也是车用内燃机动力性能的一个重要方面。 一、扭矩储备系数 用外特性扭矩曲线上的若干特征点，可以表达发动机扭 矩的适应性 扭矩适应性系数： 扭矩储备系数：
内燃机的运行特性
3、车用工况
内燃机的功率与转速之间没有一定的 函数关系，且功率与转速都独立的在很大 的范围内变化。
二、内燃机工况的标定
工况的标定，是指制造企业根据内燃 机的性能和用途，人为地规定该产品在标 准大气条件下所输出的有效功率及其对应 的转速，即
规定内燃机的标定功率和标定转速。
根据国家标准GB1105－87《内燃机台 架性能试验方法》的规定，我国内燃机的 标定功率依不同的用途分四级：
2）全负荷速度特性、部分负荷速度特性。
1、柴油机的速度特性
主要性能指标的变
化趋势，可通过转矩公 式分析
Ttq
K3
c a
itm
柴油机各参数随转速的增减而变化趋势：
2、汽油机的速度特性
主要性能指标的变
化趋势，可通过转矩公 式分析
Ttq
K3
c a
itm
汽油机各参数随转速的增减而变化趋势：
三、转矩特性
3、柴油机的转矩校正
柴油机的转矩特性曲线较平坦，在不 换档的情况下，克服短期超载的能力不强。
措施：柴油机在全负荷工况、短时超 负荷时，喷油泵自动增加每循环的供油量， 以进一步增大转矩，提高内燃机克服超负 荷的能力。
四、调速特性
柴油机的调速特性，就是指在调速器 起作用时，其性能指标随转速或负荷变化 的关系。
1、柴油机的负荷特性
主要性能指标的变
化趋势，可通过燃油消 耗率的定义式分析
be
1
i m
分析：
1）柴油机负荷调节是“变质调节”。 2）燃油消耗量随负荷的增加而增大。 3）排气温度随负荷增加而上升。 4）燃油消耗率曲线的变化趋势。
2、汽油机的负荷特性
主要性能指标的变
化趋势，也可通过燃油 消耗率的定义式分析
内燃机复习资料(已整理)
名词解释压缩比：气缸总容积与燃烧室容积之比，表示被被压缩的程度。
用ε 表示。
ε=Va/Vc=Vs+Vc配气定时：指内燃机每个气缸的进排气门从开始开启到完全关闭所经历的曲轴转角。
气门重叠角：通常是指发动机进气门和排气门处于同时开启的一段时间用曲轴转角来表示称为气门重叠角。
点火提前角：从点火时刻起到活塞到达压缩上止点，这段时间内曲轴转过的角度。
喷油提前角：喷油器开始喷油时，活塞距离压缩达上止点的曲轴转角。
增压中冷：利用冷却风扇在车辆运行过程中所产生的高速气体流动来冷却增压空气。
偶件：优质材料，精细加工，配对研磨不可互换，密封极好的对件。
喷油规律：指在喷油过程中，单位凸轮转角内从喷油器入气缸的燃油量。
指示效率指示压力、平均指示压力：指单位气缸容积一个循环所做的指示功， Pmi=Wi/Vs有效指示压力： (定义，表达式)指示热效率：指发动机实际循环指示功与所消耗的燃料热量的比值。
η it=Wi/Q1 有效热效率：实际循环的有效功与为得到此有效功所消耗的热量的比值。
η et=We/ η m平均有效压力：使活塞移动一个行程所做的功等于每个循环所做的有效功的一个假想(平均不变)的压力。
有效燃料消耗率 be：指单位有效功的耗油量。
指示功率：内燃机单位时间内所做的指示功，Pi=2PmiVsni/τ有效功率:指示功率扣除机械损失功率即为有效功率。
Pe=Pi-Pm升功率：在标定工况下发动机每升气缸工作容积所发出的有效功率。
Pl=Pe/Vs充量系数Φc ：每循环吸入气缸的空气量换算成进气管的体积与活塞排量之比。
过量空气系数Φa：燃料单位燃料的实际空气量与理论空气量指比。
空燃比α ：空气质量流量与燃料质量流量之比。
机械效率：有效功率与指示功率之比。
η m=Pe/Pi机械损失：运动件的摩擦损耗功与附件所消耗的功。
压力升高率dp/dφ：增压比：残余废气系数：上一个循环残留在缸内的废弃 Mr 与每循环缸内气体的总质量 m0 之比。
第4-3 内燃机速度特性
二、部分速度特性
汽车大部分时间是在部分负荷下工作的，因此，发动 机的部分负荷速度特性对汽车的经济性有非常重要的影响。 随着节气门关小， 进气节流损失增大，进气 终了时压力pa下降，从而 引起ηv下降，而且随着转 速的提高，节流作用也会 加强，使得充气效率ηv更 快地下降。
图3-2 ηv、ηm随节气门开度和转速的变化关系
Tmax Tn T T 要指标。 Km或μ越大，表明两扭矩之差（Mmax－Mn）值越大，随 着转速的降低，扭矩 Ttq（Me）增加越快，因而在不换挡的 情况下，克服短期超负荷（阻力矩变化增加）的能力就越强。 汽油机的外特性扭矩曲线随转速增加而下降较快，其 μ 值为 10 ～ 30% ， Km值达 1.2 ～ 1.4 ，因而可以满足汽车的使用 要求。 柴油机扭矩曲线较为平坦，μ 值较小， Km值一般不超过 1.05，所以若不予以校正，较难以满足汽车拖拉机工作需要， 如果采用相应的校正措施，则可大大地提高 μ 值，例如用出 油阀校正器，可使μ值达到5%，用斜面校正器，μ值可达12%， 采用弹簧校正器时，μ值可达15～24%，当然这样大的扭矩储 备系数是以牺牲标定功率为前提的。实际应用中应根据需要 来进行扭矩特性的校正。
（3）每循环供油量gb （Δg）：随转速增加而增大， 由油泵供油特性所决定。n↑， 燃油节流↑，（回油时）gb↑。
（4）过量空气系数α：新气 量随转速变化不大。 n↑， gb↑，α ↓ （装有油量校正装 置时，按校正特性变化）。
（5）指示效率ηi：n低，油压低， 雾化度、贯穿度小，散热时间长， ηi降低，ηi随n↑而↑。 但n过高时燃 烧时间相对变慢，后燃加重，导致 ηi ↓ 。 （6）平均指示压力pi：pi∝ηiΔg， 低速时，ηi与Δg↓，n↑，ηi、Δg↑， pi↑。高速时ηi↓，pi缓慢下降 （7）平均有效压力pe：pe=ηmpi，n↑， ηm↓，pi↑, pe变化不明显。低中速时， n↑ ，pi↑快，ηm↓少，pe随n↑而↑；高 n、ηm↓快，pe↓。
内燃机特性
第九章 内燃机的使用特性与匹配内燃机的工作特性是内燃机性能的对外反映。
特性的表现形式有很多，除了前面已经介绍过的调整特性(如燃料调整特性和点火正时、供油正时调整特性等)和调速特性外，本章将重点介绍内燃机的基本使用特性，如负荷特性、速度特性、万有特性等。
由于内燃机作为动力机械是为其他工作机械提供动力的，两者之间的匹配不仅涉及工作机械的性能，而且也与内燃机本身的使用特性密切相关。
为此，本章将简要介绍内燃机与常用工作机械的匹配要点。
研究内燃机的使用特性及其与工作机械的匹配，不仅是为了评价内燃机的使用性能，为工作机械正确选用内燃机提供依据，同时，还可以通过对影响内燃机使用特性的各种因素的分析，提出改进内燃机的特性以适应匹配要求的技术措施，来优化整个动力装置的使用性能。
第一节 内燃机的工况内燃机的使用特性表明它在不同工况下的使用性能。
内燃机工况就是指它实际运行的工作状况。
表征内燃机工况的参数有表示工作频率的转速n 以及表示工作负荷的转矩tq T 、功率e P 等。
由于tq T 与内燃机的平均有效压力me P 成正比，所以也经常用me P 表示内燃机的负荷。
用me P 表示的负荷与内燃机的尺寸无关，便于比较不同内燃机真正的负荷水平。
这些工况参数之间有下列关系：n P T P m e tq e ∝=∝ （9-1）可见 e P 、tq T (或 me P )、n 三个参数中，只有两个是独立变量，即当任意两个参数确定后，第三个参数就可通过与式(9—1)类似的关系式求出。
以e P -n 坐标系绘出的内燃机可能运行的工况和工作范围，如图9—1所示。
显然，内燃机可能的工作区域被限定在一定范围内。
上边界线3为内燃机油量控制机构处于最大位置时不同转速下内燃机所能发出的最大功率(外特性功率线)。
左侧边界线为内燃机最低稳定工作转速min n ，低于此转速时，由于飞轮等运动件储存能量较小，导致内燃机转速波动过大，不能稳定运转，或者工作过程恶化，不能高效运转。
内燃机燃烧特性数值模拟研究
内燃机燃烧特性数值模拟研究内燃机是目前主流的动力装置之一，其优点包括结构简单、重量轻、效率高、成本低等。
然而，内燃机在燃烧过程中会释放一些有害气体，对环境造成一定的污染。
为了减轻这种污染，需要对内燃机的燃烧过程进行研究和优化，而数值模拟技术正是一种有效的手段。
1. 燃烧特性的研究意义内燃机的燃烧过程是复杂的，它涉及到燃料的混合、点火、燃烧等多个阶段。
燃烧特性的研究可以揭示这些阶段的物理本质和相关机理，为内燃机的设计和优化提供理论依据。
例如，燃烧特性的研究可以帮助分析燃烧过程中的温度、压力、速度等参数的变化规律，进而优化燃烧室的形状和燃料的喷射方式，提高内燃机的热效率和燃烧效率，降低有害气体排放。
此外，燃烧特性的研究还可以为汽车工程、航空航天等领域的发展提供支持。
例如，在飞机发动机的设计中，燃烧室的形状和喷射方式对发动机的性能和寿命影响很大，需要通过燃烧特性的研究进行优化。
2. 数值模拟的研究方法数值模拟是一种重要的燃烧特性研究方法。
它通过利用计算机软件对内燃机的燃烧过程进行模拟，可以有效地分析燃烧室内的流场、温度场和化学反应过程等因素对燃烧过程的影响。
数值模拟可以分为三个主要阶段：前处理、数值计算和后处理。
其中前处理包括几何建模、网格划分、物理模型的选择和设定等，是数值模拟的基础。
数值计算则是根据所选物理模型和设定的初值、边界条件等参数，通过计算机算法求解相关方程，得到燃烧过程各个阶段的物理量（如速度、温度、压力等）。
后处理则是对计算结果进行分析和处理，获得与燃烧过程相关的各项指标和图形。
目前可用于内燃机燃烧特性数值模拟的软件主要有Fluent、Star-CD、Fire等。
这些软件的使用条件和适用范围不同，需要根据实际需要进行选择和使用。
3. 数值模拟在内燃机燃烧特性研究中的应用数值模拟技术在内燃机燃烧特性研究中得到了广泛的应用。
下面以柴油机燃烧过程的数值模拟为例，介绍其应用情况。
（1）柴油机燃烧室形状的优化燃烧室的形状对柴油机的性能和排放都有着重要的影响。
活塞式内燃机燃烧过程的热力学特性与优化
活塞式内燃机燃烧过程的热力学特性与优化活塞式内燃机是一种重要的动力装置，广泛应用于汽车、机械设备和发电等领域。
燃烧过程是活塞式内燃机能量转换的核心环节，其热力学特性和优化对发动机性能具有重要影响。
本文将深入探讨活塞式内燃机的燃烧过程热力学特性，并提出一些优化策略。
一、活塞式内燃机燃烧过程热力学特性燃烧过程的热力学特性是评价发动机性能的重要指标，主要包括燃烧时间、燃烧效率和热损失等。
活塞式内燃机燃烧过程的热力学特性与燃烧室结构、燃料类型和进气系统直接相关。
1. 燃烧时间燃烧时间是指燃料在燃烧室中完全燃烧所需要的时间。
燃烧时间的长短直接关系到燃烧效率和发动机的功率输出。
通过优化燃烧室形状、喷油系统和点火系统，可以有效控制燃烧时间，提高发动机的效率和性能。
2. 燃烧效率燃烧效率是指燃料在燃烧过程中转化为有效功率的比例。
提高燃烧效率可以降低燃料消耗和排放物排放。
燃煤室的混合气浓度、点火时机和燃烧稳定性都对燃烧效率有重要影响。
通过优化喷油系统、点火系统和控制策略，可以提高燃烧效率。
3. 热损失热损失是指燃烧过程中由于热传导、辐射和机械损失导致的能量损失。
热损失直接降低了发动机的热效率和经济性。
通过优化活塞材料、缸体和缸盖的散热性能，减少热损失，可以提高发动机的效率。
二、活塞式内燃机燃烧过程的优化策略为了提高活塞式内燃机的热力学特性，可以采取以下优化策略：1. 混合气优化合理调节混合气的浓度和空燃比，可以提高燃烧效率。
采用先进的喷油系统和进气控制系统，实现优化的混合气供应，可以在不同工况下实现更好的燃烧效果。
2. 燃烧室优化通过优化燃烧室结构和几何形状，可以改善混合气的流动性和燃烧稳定性。
合理设计活塞顶部形状和喷油策略，可以促进燃烧过程的蔓延和扩散，提高燃烧效率。
3. 点火优化优化点火系统，可以提高燃烧效率和点火性能。
采用先进的点火技术，如高能火花塞和电压升压系统，可以确保可靠的点火，并提高燃烧效率。
4. 循环过程优化通过优化活塞、缸体和活塞环的材料和结构，可以减少摩擦损失和热损失。
内燃机的速度特性
3
循环供油量gb
对于常用的柱塞式喷油泵，当油门位置固定且无特殊 的油量校正装置时，gb随转速的下降而下降。 加装校正装置后，可使gb随转速的增加基本保持不变 或略为下降。
机械效率ηm
当柴油机n降低时，pmm将逐渐减小，pme变化幅度小 于pmm的变化。 ηm随转速下降而升高，随转速升高而降低。 指示热效率ηit Φa较大，ηit基本保持不变。 只有循环油量超过一定指后，燃烧恶化，ηit下降，使 接近全负荷的be增加。
第二节 内燃机的速度特性
ENGINE SPEED CHARACTERISTICS
主要学习内容
内燃机的速度特性
ห้องสมุดไป่ตู้
柴油机的速度特性
汽油机的速度特性 发动机适应性系数
1
内燃机的速度特性 DEFINATION
一、速度特性 在油量调节机构位置不变的情况下，内燃机的性 能指标随转速变化的规律。 二、外特性 柴油机的油门固定在标定位置，或汽油机的节 气门全开时的速度特性。 性能指标 转矩Ttq / 功率Pe / 燃料消耗率be / 排气温度tr ……
2
自然吸气柴油机的速度特性 Diesel Engine Speed Characteristics
1. be的速度特性 整个转速范围较平坦中 间转速最低，两端略 有上翘。 2. tr的速度特性 随转速升高而升高。 随油门减小而下降。 3. Ttq的速度特性 曲线变化平坦，在中间某一转速有一不很显著的峰值。 部分负荷低速端Ttq下降更多。 曲线形状主要取决于供油系统的速度特性。
8
适应性系数
tqn tqn
tq Ttq,max / Ttq,r
汽油机 tq 1.25 ~ 1.35
内燃机燃烧过程的特性分析
内燃机燃烧过程的特性分析内燃机作为现代交通工具的核心部件，是现代工业不可或缺的关键技术之一。
在内燃机中，燃烧是产生能量的最关键的过程之一。
本文将重点分析内燃机燃烧过程的特性。
1. 燃烧反应内燃机中的燃烧反应通常是烷基烃与空气中的氧气进行的反应。
该反应需要涉及三个因素：燃料质量，空气质量和点火点。
当这三个因素被控制在一个特定的范围内时，燃烧反应才能够正常进行。
当点火点到达燃油的点火点时，烷基烃分子将与空气中的氧气结合形成一系列的反应产物，其中主要的产物是二氧化碳和水蒸气。
同时，该反应会释放出大量的热能，从而推动活塞运动。
2. 点火系统内燃机的点火系统采用火花点火方式，该方式采用了几个关键部件：点火塞，高压线圈和电容器等。
点火塞的作用是产生一个火花，该火花能够点燃混合气体。
高压线圈的作用是提供电量，从而产生能够点燃混合气体的高压电流。
电容器的作用是升压产生高压电流，以激发点火塞产生火花。
燃烧反应需要在点火塞产生的火花引导下进行。
不同类型的火花塞适用于不同类型的燃油，因此，内燃机的点火系统必须与所使用的燃油相兼容。
3. 燃油喷射系统内燃机的燃油喷射系统是一个非常重要的部件，它能够准确地控制混合气体的组成和比例。
同时，这个系统可以自动适应不同的驾驶条件，从而保证内燃机的燃烧效率和性能。
燃油喷射系统通常包括多个传感器和控制模块，以确保燃油的喷射量、压力和时间管理得当。
4. 燃烧过程的特性内燃机的燃烧过程的特性主要受到下列因素的影响：（1）混合气体的浓度和比例：混合气体中的燃油和空气的比例对燃烧过程有重要影响。
如果比例不正确，燃烧过程将被质量损失或减速。
（2）燃油的化学组成：不同的燃油具有不同的特性和燃烧产物。
因此，与燃油特性不匹配的点火系统可能会导致燃烧不完全，缩短内燃机的寿命。
（3）点火系统的效率：好的点火系统不仅能够促进燃油的燃烧，而且能够降低排放，并增加燃油的燃烧效率。
（4）燃油喷射和混合气体的压缩：燃油喷射系统和混合气体压缩过程可以影响燃油的混合和燃烧过程。
内燃机的万有特性
汽油机NOX 的排放特性 与CO、HC 截然不同
在负荷很小 时，混合气 适当加浓， 导致CO排 放略有上升
a.CO排放特性
b.HC排放特性
HC的变化趋势与 CO有些类似，也是 中等负荷比排放量 较小，大负荷和小
负荷时相对增加
小负荷时HC比排 放随负荷的减小 增加得比CO更快
当负荷一定 时，NOx的 比排放随转
a.柴油机
b.汽油机 2
排放特性 Emission Map
一、汽油机的排放特性
在常用的部分负 荷区，过量空气 系数控制在1.0左 右，CO排放较低
负荷超过全负荷的 95%左右时，混合气 显著加浓， CO的比 排放量开始急剧上升
全负荷时HC 排放增加不 如CO严重
在中等转速以上当转 速一定时，NOx比 排放随负荷增大而下 降，而且当接近全负
✓ 当负荷不变而转速变化时，HC比排放变化不大。
6
➢ NOx排放特性
✓ 柴油机在中等偏大负荷时NOx排放量最大。 ✓ 负荷再加大，则含氧相对减少，NOx排放量不再增加
甚至略有减少。 ✓ 在中等负荷区，当负荷不变而转速提高到中高转速时，
NOx比排放不断增大，说明NOx绝对排放量增加更快。 ✓ 在小负荷区域，NOx比排放大致不随转速变化，绝对
排放量基本上与转速成正比。
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➢ 滤纸烟度排放特性
✓ 当转速不变时，SF随负荷提高而增大。 ✓ 当负荷不变时， SF在某一转速达到最小值,这时对应燃
烧过程的最优化，而偏离这一转速均使SF上升。 ✓ 在低速大负荷工况，由于空气相对不足,气流运动减弱,
常导致SF急剧上升, 即柴油机冒烟严重。
8Байду номын сангаас
内燃机
1.HC(汽油机)生成机理:不完全燃烧;壁面淬熄效应;壁面油膜和积炭的吸附.(柴油机):混合不均匀;喷油器压力室容积的影响.2.点火及喷油时刻的影响:汽油机点火提前角推迟,最高温度,压力降低.NOx生成量少，排气温度高，HC在排气中继续燃烧，含量减少，但过迟使燃烧速度慢会使HC增多，动力性经济性变差.柴油机喷油提前角减小,最高温度下降,NOx减少，使其烟度增加，功率下降。
3.发动机特性：指在一定条件下发动机的性能指标与特性参数随各种可变因素的变化规律。
4.速度特性：汽油机节气门开度不变或柴油机油量调节机构位置不变，个工况处于最佳调整状态，发动机性能指标和特性参数随转速的变化规律。
5.汽油机曲线趋势及分析（影响因素分析）：ηit曲线具有中间平坦，两头略低的特点。
（低速时，缸内气流扰动减弱，火焰传播速度低，漏气及散热损失增大，ηit降低；高速时，燃烧持续时间短，燃烧不充分，曲轴转角增大，等容度下降，ηit降低）；ηm总趋势随转速增大而下降，低负荷时节气门关小，泵气损失增加使曲线更陡；φc随转速增大而下降，节气门开度减小，下降幅度大；φa变化平坦，总趋势随转速上升略增。
6.柴油机曲线趋势及分析：gb由喷油泵的速度特性决定，随转速上升而增加；ηit曲线同汽油机，两头略朝下（低速时喷射压力减小，缸内气流减弱，传热及漏气损失增加，高速时，φc下降，喷油量增加，使混合气过浓）；ηm总趋势随转速增大而下降。
7.汽,柴油机速度特性的对比：汽油机转矩线总体上向下倾斜较大，低负荷时倾斜更大；而柴油机总体变化平坦，低负荷时甚至上扬；汽油机Pe外特性最大值点，一半就是标定功率点，而柴油机可达到的最大值点转速很高，并非特性线的极值点。
柴油机燃油消耗率曲线要比汽油机平坦，低负荷时更是如此。
8.负荷特性：当发动机转速不变时，稳态性能指标随负荷变化的规律。
汽油机分析：ηit曲线两头下降，总体随负荷下降而变小（节气门开度减小，循环进气量下降，残余废气系数加大，燃烧速度下降；负荷变小时，Φa变浓，燃烧不完全；燃料气化条件恶化和单位工质传热量增加）；ηm随负荷增加而上升，到中负荷逐渐趋于平坦；Φc 随节气门开度加大而上升，负荷加大，温度上升时，略有下降；Φa按理想混合气要求变化。
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（1）调速——特殊的负荷特性，n稍变。 （2）校正——特殊的速度特性：供油拉杆稍动。 4、万有特性：综合反映动力性和经济性。 【教材267页】
三、内燃机标定功率
铬牌上标定的功率，即内燃机使用中允许 运转的最大功率。 GB1105.1——87规定： 间歇功率（标定功率可定高一些） 1、15min功率——汽车、摩托车。 2、1h功率——拖拉机、工程机械。 以下标定功率可定低一些： 1、12h功率—拖拉机、排灌机、发电机组。 2、持续功率——排灌机、发电机组、船舶、 铁路机车。
图10-1 内燃机的各种工况
（一）调整特性
内燃机性能指标随调整情况而变化的关系。 1、柴油机调整特性（供油提前角、燃油） 2、汽油机调整特性（点火提前角、燃油）
（二）性能特性（工作特性）
内燃机性能指标随运行工况参数而变化的规律。 1、负荷特性：显示各种负荷下的经济性，不同用途发动 机的（标定油量）ge【教材253页】 2、速度特性：确定标定n和常用n范围，分析n对发动机 的影响。汽油机（节气门）或柴油机（供油、拉杆）不 变。 【教材256页】 3、调速特性（柴油机）：带调速器的工作特性。
特性 。
第三节 负荷特性
负荷特性是指内燃机转速一定时，其性能指标 be ）随负荷（如功率或转矩） （主要为经济性指标 G f 、 变化的规律，表示负荷特性的曲线称为内燃机负荷特 性曲线，它在内燃机试验台上试验而测得。 一、汽油机负荷特性 汽油机的负荷调节方法称为 “量调节”。即化油器式内燃机靠改 变节气门开度，改变进入汽缸的混 合气数量来适应负荷变化；汽油喷 射式内燃机所形成的混合气的混合 比按不同工况仍需保持在狭小的范围内，因而在进气管 中由于节气门节流，仍属量调节。
汽油机外特性曲线
6135柴油机部分速度特性 1.全负荷 2.75%负荷 3.50%负荷 4.25%负荷
负荷特性典型实例
别克君威 福特嘉年华 日本 1.6三菱
发动机很难成为一个“全才”——在低、中、 高速都具有很好的扭矩响应，不仅有劲而且跑得 快，又当牛使又作马骑，设计发动机时只能有所 侧重。 随着汽车技术的进步，一些高性能的跑车、 高档轿车，在电子技术的支持下，可以让发动机 原来一些不变的参数（如气门升程、进排气管长 度、凸轮轴等）随着发动机转速变化而积极变化， 使发动机在不同转速下都能保持最佳状态，这些 正是高级发动机的高明之处，也是各厂家技术竞 争的关键。
二、柴油机负荷特性 柴油机转速一定，小时耗油量、有效燃油消 耗随负荷而变化的关系称柴油机的负荷特性。 柴油机是通过改变混合气的过分空气系数 （浓度）来适应负荷的变化。其负荷调节方式称 为“质调节”（汽油机属于“量调节”）。 1．燃油消耗率曲线 2．小时耗油量曲线
第四节 速度特性
当内燃机的燃油供给调节机构（油量调节齿条、拉 杆或节气门开度）位置一定时，内燃机的性能指标随转 速的变化关系，称为速度特性。 当供油量固定在标定功率以下的任意位置时（最大 位置时称外速度特性），所测得的速度特性称为部分负 荷速度特性，简称部分速度特性。 一、柴油机速度特性 1．柴油机外特性及工作性能 （1）转矩Te曲线 （2）功率Pe曲线 （3）燃油消耗率be曲线 2．柴油机部分速度特性
Te
第十章 内燃机特性
第一节、内燃机工况与标定功率
Leabharlann 一、内燃机工况 内燃机实际运行的工作状况简称为工况。可分为如下三种工况： 恒转速工况 、螺旋桨工况和面工况【见教材248页】 内燃机特性：内燃机的性能指标随工况参数和调整参数的变化规 律。 工况参数：运转工况，n、 Te （负荷） 调整参数： 供油量——α Te n Pe k Te n 供油提前角——θ（柴油机） 9550 点火提前角——θ（汽油机） 混合气成分α 二、内燃机特性：内燃机性能指标随运转工况及调整状况而变化 的规律称为内燃机特性 。
制取柴油机燃油调整特性时， 应使供油提前角调整在最佳位置， 保持内燃机转速一定（一般是标定 转速），将调速器与喷油泵供油拉 杆的联结脱开，内燃机试验过程中 冷却水温、机油压力和温度在正常 范围内。每改变一次供油量，调节 测功器所加负荷使柴油机转速仍保 持在规定的标定转速，然后测定动力性和经济性指标，并可测定参 考排气温度、过量空气系数、烟度等曲线供分析之用。
柴油机外特性曲线
6135柴油机部分速度特性
1．90%负荷 2．75%负荷 3．55%负荷
二、汽油机速度特性 汽油机节气门开度固定不动，点火提前角调 整在最佳位置及化油器调整完好，节气门全开时 的速度特性称为外特性；节气门部分打开时的速 度特性为部分负荷速度特性。 1．汽油机的外特性 （1）转矩Te曲线 （2）功率Pe曲线 （3）燃油消耗率be曲线 2．部分速度特性 节气门处于非全开位置时所取得的特性称为 部分速度特性。
第二节 调整特性
内燃机性能指标随调整状况而变化的关系称 为内燃机的调整特性。 一、柴油机调整特性
1．柴油机供油提前角调整特性 常用试验的方法制取柴油机供 油提前角调整特性。 对于每一种工况，均有一个最 佳供油提前角佳，此时的有效功 率最大、燃油消耗率最低。
2．柴油机燃油调整特性 取柴油机燃油调整特性的目的是了解柴油机 的动力性和经济性指标随燃油消耗量而变化的规 律，为确定标定功率时的供油量提供依据。
二、汽油机调整特性
1、汽油机点火提前角调整特性 制取点火提前角调整特性的目的是研究汽油 机性能指标随点火提前角变化的规律，确定汽油 机不同工况时的最佳点火提前角。
汽油机的点火调整特性
6100Q汽油机的点火调整特性
2、汽油机燃油调整特性
研究汽油机燃油调整特性的目的是研究汽油机的动 力性和经济性随混合气成分变化的规律。确定汽油机在 不同工况时的最佳混合气成分，为化油器的调整与量孔 尺寸的确定及为内燃机选择与匹配电控汽油喷射系统提 供依据。 在汽油机转速及节气门开度不变条件 下，点火提前角为最佳值时，调节供 油量，记录功率、燃油消耗率等随过 量空气系数的变化曲线称为汽油机在 某一转速和节气门开度下的燃油调整