发动机特性

第十四章发动机特性

汽车是在负荷、车速及道路状况经常变化的情况下行驶的，作为动力源的发动机必须适腑＼年酌删滤稷，枉贯荷与鞘砍瞄变化酌宿、6L子工作。

发动机的工作情况(简称工况，如负荷与转速等)变化时，必然引起其性能指标的变化，发动机的主要性能指标(动力性能与经济性能等)随工况变化而变化的关系称为发动机特性。

由于发动机工况与性能指标的多样性，发动机特性也就有很多类型。其中与汽车关系密切的有速度特性、负荷特性及万有特性等。

研究发动机特性的主要目的是分析发动机在不同工况下的动力性能与经济性能；分析发动机在不同工况下运行的稳定性与适应性，从而确定发动机的工作范围及适宜的工作区域。

§14—1发动机工况

一、发动机工况

发动机工况就是发动机实际运行的工作状况，表征发动机运行工况的参数可由下式给出：P，cc丁tq·，2 (14—1)

式中户。——有效功率；

丁，厂—发动机转矩；

"——发动机转速。‘

公式(14—1)的三个参数中，只有两个是独立变量，换句话说，当任意两个参数固定后，第三个参数就可以通过该式求出，比较常用的是用丁tq与n或者户。与n两组参数来表

征发动机稳定运行的工况点，原因是转速，2表示发动机工作过程进行速度的快慢，而丁tQ 或

户。说明发动机发出功率或承受负荷能力的大小。发动机的负荷，通常指发动机所遇到的阻力矩的大小，由于平均有效压力户me正比于转矩，故有时也用户me来表示负荷的高低。

以户。—，2为坐标绘出发动机可能运行的工况如图

14—1所示。显然，发动机的工作区域被限定在一定范

围内，其边界限制线包括：上边界线3是发动机所能发

出的最大功率；左侧边界线为发动机最低稳定工作转速

n心限制线，低于该转速时，由于曲轴飞轮等运动部件

储存能量较小，导致转速波动大，发动机无法稳定工

作；右侧边界线为最高转速n一限制线，它受到转速过

高所引起的惯性力增大、机械摩擦损失增加、充量系数

下降、工作过程恶化等各种不利因素的限制。因此发动机可能的工作区域就是上述边界线加上横坐标轴所围成的区域。

发动机的工作区域取决于发动机的用途，用途不同时工作区域的差异很大。例如发电用发动机，其负荷呈阶跃式突变，并没有一定规律，然而发动机的转速必须保持稳定，以保证输送电压和频率的恒定，反映在工况图上就是一条垂直线，图14—1中的曲线1，称为线工况。灌溉用发动机，除了启动和过渡工况外，在运行过程负荷与转速均保持不变，称为点工况(图14—1中的A点)。

当发动机作为船用主机驱动螺旋桨时，发动机所发出的功率必须与螺旋桨吸收的功率相等，而吸收功率又取决于螺旋桨转速的高低，且与转速成三次幂函数(户。cc"’)关系，如图14—1中的曲线2。这时发动机的功率呈现十分有规律的变化，该类工况常被称为螺旋桨工况或推进工况，也属于线工况。

汽车和工程机械用发动机的工作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。这时发动机的转速决定于汽车行驶速度，可以从最低稳定转速一直变化到最高

转速；负荷取决于行驶阻力，在同一转速下，可以从零变化到全负荷。发动机可能的工作区域就是该种类型发动机的实际工作区域，相应的工况区域称为面工况。

为了评价发动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，就必须研究发动机的特性。其中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；而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。用来表示特性的曲线称为特性曲线，它是评价发动机的一种简单、直观、方便的形式。本章将重点介绍与发动机经济性、动力性等有关的特性。

需要说明的是，上述有关特性的讨论均是针对发动机的稳定工况而进行的。换句话说，只有在发动机工况稳定时，功率、转速和转矩这些基本量才有确定的关系，才能满足关系式(14—1)；而当发动机处于非稳定工况时，也就是当发动机处于两个稳定工况之间的过渡状态时，至少有一个基本参数值呈变化状态，此时上述关系式不再成立。显然非稳态工况要比稳定工况复杂得多，而且在发动机总的工况中所占的比重也相当大(据统计，车用发动机的非稳态状态占其总工况的80％以上)。但是，由于瞬态工况是建立在稳态工况的基础上的，同时也由于篇幅所限，本章仅讨论发动机的稳态工况。

§14—2 速度特性

发动机速度特性，是指在油量调节机构(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。

当汽车沿阻力变化的道路行驶时，若油门位置不变，发动机转速会因路况的改变而发生变化，这时发动机沿速度特性工作。

速度特性也是在发动机试验台架上测出的。测量时，油量调节机构位置固定不动，调整测功器的负荷，发动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。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，称为部分负荷特性。由于外特性反映了发

目14—3所示。

机械效率可以表示为：

Vnl二l—耙‘1—揣‘14——3，

式中，A为常数，当发动机转速降低时，平均机械损失压力户一将逐渐减少，乎及Fc

守适当的增加，特别是户一的下降占主导地位，故机械效率吁In将随转速的降低而提高。根据以上分析，对无油量校正装置的柴油机，转速降低时，由于每循环供油量的减少，目应抵消了机械效率VIn和热效率乎提高的影响，综合作用的结果是使柴油机外特性上的转

巨丁tQ曲线很平坦。

在部分负荷特性上，转速很低时充量系数庐。下降，导致了吼的下降，且每循环供油量