第六章 发动机特性05

2)柴油机ηi曲线上凸；
3)机械效率ηm将随转速的升 高而降低。
图7-6
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有效输出转矩随转速的提 高先上升后下降，但曲线 变化平坦。 2．燃油消耗率曲线
图7-7
燃油消耗率be曲线在整个
速度特性的变化范围内比
较平坦，两端略有上翘。
3.有效功率曲线
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二、汽油机的速度特性 定义：汽油机节气门开度固定不动，汽油机性能
第二节 发动机的负荷特性 负荷特性：转速不变，其经济性指标随 负荷（可用功率Pe 、扭矩Ttq 或平均有效压力 Pme表示）的变化关系。
用曲线的形式表示负荷特性------负荷特性曲线
如：当汽车以一定的速度沿阻力变化的道路 行驶时，就是这种情况。此时必须改变发动 机油门来调整有效扭矩，以适应外界阻力矩 的变化，以保持发动机转速不变。
2. 柴油机负荷调节方法称为“质调节”
。
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（一）耗油率曲线 •当负荷为零(空载)时，因无动力输出Pi=Pm ，
Pe Pm m 1 Pi Pi
•故机械效率ηm =0这样燃油消耗率be=∞ ，意 味着内燃机所发出的功率完全用于自身消耗；
pi
pm η m 0
负荷
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当负荷逐渐增大时，由于机械损失功率Pm在转速不变时变 化不大，而指示功率Pi则随负荷提高而增大，因此机械效 率随负荷的增大而迅速上升。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。
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。 图示为典型的负荷特性曲线。
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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。
转速一定时，汽油机燃油 消耗量B的变化主要决定于 节气门开度（充气效率） 和混合气成分（过量空气 系数）。 •随负荷增加，汽油机充气 效率增大，进入气缸的混 合气量增多；α 变化不是 很大。 所以，B一直上升 ；全负荷时，混合气浓度 变大，由于燃烧恶化，B上 升得更快。
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三、柴油机与汽油机负荷特性曲线分析
同一n下： （1）be 经济性好。 （2） 曲线平缓 — 负荷变 化较广时, 能保持较好的经 济性。 1 柴油机比汽油机be低, 且 曲线平缓。所以，柴油机的 经济性比汽油机的好。 从负荷特性曲线可知, 小负 荷时, be 。所以，在满足 动力性的前提下, 不宜装功 率过大的发动机, 以求be — 避免大马拉小车。
•机械效率ηm
转速增加，消耗于机械损失功增加。因此，随转速升高， 机械效率ηm明显下降。
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低速时:
v
n
ηi
m
使Ttq变化不大, 略有；
高速时:
v
使Ttq。
n ηi m
Ttq:曲线呈上凸形状
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2．功率曲线变化趋势
根据公式
Pe
低速时:
Ttp n 9550
个位置时,所测得的速度特性。
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图7-6 7-7
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1.有效转矩曲线
有效输出转矩
v Ttq K 2 i m
在柴油机中，转矩与每循环供油量△b 、 ηi以及ηm成正比，其趋势可分别阐述如下。
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1)油量控制机构位置不变 时，由于进回油孔及燃油 泄漏的影响,柴油机△b曲 线随转速的提高而增加；
用一个曲线图来表示内燃机各种性能参数在全工况 范围内的变化关系的特性称为万有特性。
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万有特性曲线一般是以转速n为横坐标，以负荷(平均有 效压力pme)为纵坐标。在图上绘出若干条等油耗曲线和 等功率曲线。
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第五节 发动机与车辆的匹配
发动机与车辆的匹配中，存在着车辆的经济性和动力 性之间的矛盾。 从发动机的排量看：排量越大，动力性越好，而经济 性会较差；排量小，经济性较好，但动力性变差。 理想驱动特性—在运行速度较低时，驱动力较大。 内燃机的速度特性则表明，当转速下降时，其输出转 矩变化并不大。它一般不能直接驱动工作机械运行， 必须通过传动系统装置来输出动力，这就涉及到发动 机选择、传动系统的设计等与工作机械的匹配问题。 这种匹配一般由两个方面进行，即经济性匹配和 动力性匹配。
第六章
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。
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第一节
发动机的工况
第二节
第三节
发动机的负荷特性
发动机的速度特性
第四节
第五节
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（二）每小时耗油量B曲线
转速一定时，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。 增压发动机:负荷增大， 排气量增大，压气机 转速增大，提高进气 密度，油耗线比较平 坦。
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二、汽油机的负荷特性
与柴油机不同的是，汽油机 的负荷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”。 左图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有类似 的变化趋势。
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分析：
1）输出功率与车速ua的关系：在不同挡位时， 发动机输出的最大功率不变，只是各挡发动机 功率曲线所对应的车速不同。低速挡时车速低， 所对应的速度变化区域窄；高速档时车速高， 所对应的车速变化区域宽。 2） 后备功率分析：发动机在某车速下所能发 出的最大功率与部分负荷时的功率之差称为后 备功率。显然，汽车的后备功率越大，汽车的 动力性能越好。汽车选配内燃机时，如果后备 功率大，那么汽车在运行时动力性好，使用经 济性差.
Pe
Pe Ttq n
n
Ttq
Ttq n
高速时:
n
Ttq
Pe
上升缓慢
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3．燃油消耗率曲线变化趋势 k3 1 根据公式 b b
i m
i m
•b在某一中间转速当ηiηm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ηi的下降，使b较高。 •转速较此转速高时ηi、ηm均较低， b增加。
pi
pm
η m 0 负荷
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•随着负荷的进一步增加， α过小，混合气过浓，燃 烧恶化，ηi下降超过ηm 的上升， be升高。 •负荷继续增加，空气量 不足无法燃烧， be快速 升高；达到冒烟极限。 •如果负荷再进一步增大， 柴油机大量冒黑烟，活 塞、燃烧室积碳，发动 机过热，可靠性以及寿 命受到影响。
指标(如:有效功率Pe、转矩Ttq、、燃油消耗率b、每 小时消耗油量B等)随转速n变化的关系。
种类:
外特性（全负荷的速度特性） —节气门全开时的速度特性。 部分负荷速度特性 —节气门部分打开时的速度特性。
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Ttq:曲线呈上凸形状
Pe: n Pe Pe max
be:在某一中间转速时 出现最低值
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1．转矩曲线变化趋势
根据公式
v Ttq K 2 i m
• Ttq随n的变化取决于ηi、ηm、ηv与α 随n的变化。
•节气门开度一定时，过量空气系数可视为常数。
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•充气效率η
因为一定的配气相位仅对一种转 速最适合，其余转速时η v均降低，曲 线为上凸形。
v
•指示热效率ηi
转速低时，进气流速低，紊流弱，使雾 化、混合状态较差，火焰传播速度低， 散热及漏气损失增加，ηi较低; 转速高时，燃烧过程所占曲轴转角较大， 燃烧在较大容积下进行，ηi也较低。但 变化比较平坦，对Ttq影响较小。
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• 作 用：
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。
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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。
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一、柴油机速度特性
定义：Biblioteka Baidu油泵油量调节机构位置固定不动，柴 油机性能指标（主要是功率Pe、转矩Ttq、燃油 消耗率be、耗油量B等）随转速n变化的关系。
外特性（ 全负荷的速度特性 ） --油量调节机构固定在标定循环供油量位置时速
度特性 称为柴油机标定功率速度特性。
部分负荷速度特性 --当油量调节机构固定在小于标定循环供油量各
发动机的万有特性
发动机的选型及与车辆的匹配
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有关定义

发动机的特性：指发动机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。 用来表示特性的曲线称为特性曲线，它是评价内燃机的一 种简单、直观、方便的形式。
n为工作转速，pme为有效平均压力。
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二、发动机的三类典型工况
1 恒速工况 其特点是发动机的功率变化 时，转速几乎保持不变-图中 的曲线1,又称为线工况，例 如，发电用内燃机。 灌溉用内燃机，除了起动和 过渡工况外，在运行过程中 负荷与转速均保持不变，称 为点工况--图中的A点。
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2 螺旋桨工况 其特点是内燃机的功率与 转速接近于幂函数关系， 如图中的曲线2。 当内燃机作为船用主机驱 动螺旋桨时，内燃机所发 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，且与转速成幂函数 Pe n 3 ），这样， 关系（ 内燃机功率就呈现一种十 分有规律的变化。也属于 线工况。
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一、汽车的功率平衡 汽车在行驶过程中的每一瞬间，发动机发出的 功率始终等于机械传动损失与全部运动阻力所消耗 的功率之和。 汽车运动阻力消耗的功率有：滚动阻力功率Pf、 空气阻力功率Pw、坡道阻力功率Pi以及加速阻力功 率Pj，而发动机驱动功率中还有一部分要消耗在传 动系中。 因而有：Pet=(Pf+Pw+Pi+Pj) 将不同挡位下的发动机输出功率Pe、汽车经常遇到 的阻力功率与车速关系绘在一张图上，即可得到汽 车功率平衡图。
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第四节 发动机的万有特性

负荷特性和速度特性只能用来表示某一转速或某一 油量控制机构位置时，内燃机各种参数的变化规律。 而车用内燃机的工况变化范围很广，要分析各种工 况下的性能，就需要多张负荷特性或速度特性图。

为了能在一张图上较全面地表示内燃机各种性能参 数的变化，经常应用多参数的特性曲线，这种特性 就是万有特性。 一、定义：
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。
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种类：部分速度特性与外特性

当油量控制机构在最大位置时，测得的特性为 全负荷速度特性，简称外特性（只有一条，发 动机出厂时都必须提供该特性） ；

油量低于最大位置时的速度特性，称为部分负 荷速度特性（无数条） 。
2 汽油机排温比柴油机高 (汽油机由于压缩比低，膨胀比低， 排气温度自然很高。) 。 19
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
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．
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第一节
发动机的工况
一、定义
发动机实际运行的工作状况，简称工况， 通常指发动机的转速和负荷。
表征内燃机运行工况的参数可由下式给出
Pe Ttq n pme
式中，Pe为有效功率，Ttq为转矩，
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1.有效燃油消耗率be曲线
•当发动机空转时，机 械效率ηm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; •在大负荷时需要浓混 合气，不完全燃烧加剧， 指示热效率下降，燃油 消耗率上升。
η m
η i
0
负荷
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2.燃油消耗量B曲线
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3 车用工况 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， 都属于这种工况。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。 7