发动机特性及点火提前角对性能的影响

a 各转速时最大功率（转矩）限制 线； b 各负荷条件下的最高转速限制线。 都对应最大加速踏板位置工况：汽 油机节气门全开，速度外特性线； 柴油机a—校正外特性线，b—调速 特性线 c 最低稳定工作转速限制线； d 各加速踏板位置下的空转怠速线； e —表示机械损失功率，对应工 况—不正常工作范围，灭火外力倒 拖，或不给油挂档下坡（稳定速 度）。
2.1、柴油机的负荷特性
在转速保持不变，调整到最佳 供油提前角，水温、油温、油压保 持合理状态的情况下测定。即发动 机在正常工作条件下，转速不变时， 发动机的性能指标随负荷变化的特 性。 柴油机负荷调节方法称为“质调 节”。
ηit 总体呈随负荷增加而降低的趋势，与 汽油机相反。负荷减小，喷油量减小， 一是喷油和燃烧时间缩短，导致等容度 有所上升，二是混合气体变稀，两者使 得燃烧效率上升。负荷过小，缸内温度 太低，燃烧恶化；负荷过大，混合气过 浓，混合与燃烧不完善，因此，两端出 现下降趋势。 ηｍ 从零增加，到中负荷后，渐趋平坦。 gb 随负荷线性增加，到达Pemax时，燃烧 恶化导致加速上升。
3.2、汽油机的速度特性 在节气门保持开度不变，调整到最 佳点火提前角，理想的过量空气系数， 水温、油温、油压保持正常稳定的情况 下测定。即发动机在正常工作条件下， 负荷一定时（节气门开度不变），发动 机的性能指标随转速变化的特性。
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。
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
就随负荷的增大而减小，因此，指示热效 率也就随负荷的增大而降低；
3 发动机的速度特性
速度特性：若汽油机保持节气门开度不变或柴 油机保持油量调节杆位置不变，而各工况又在最佳 调节状态时，发动机的特性指标或特性参数随转速 的变化规律称为发动机的速度特性。

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。

1h功率：这一功率为内燃机允许连续运转1h的最大有效功率，适用
于需要一定功率储备以克服突增负荷的工程机械、船舶主机、大型
载货汽车和机车等用途的内燃机。
Ttq主要受φ c和η m的影响，在某
一较低速时取得最大值，然后随 转速增加而急剧下降，部分特性 线下降更剧烈。η it仅在高、低 速时使Ttq值略降低。 Pe先随n增加而加大，当Ttq下降 大于n 的增加时，Pe转而下降， 速度外特性线上的Pemax一般就是 标定功率点。 bi与η it成反比。 be在bi的基础上加上η m因素，随 转速上升而上翘，节气门开度越 小，上翘越厉害。
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内燃机将被 损坏，但无疑将使内燃机的寿命与可靠性受到影响。

2.发动机的性能特性
负荷特性（转速不变）
性 能 特 性
速度特性（油量调节不变）
万有特性（两个有都变化） 调速特性
2.1发动机的负荷特性
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”。
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 水平，燃油经济性 段的线性较好。 明显较差。
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。
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。
每一个油量调节位置对应一条速度特性曲 线，标定工况位置所决定的为全负荷速度特 性曲线，又叫外特性线（只有一条）（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）；其余的为部分负荷 速度特性线，又称部分特性线（无数条）。 发动机的外特性线表示发动机各转速 对应的最大功率和最大转矩，决定了汽车 的最大动力性能，是发动机对整车动力性 能最主要的影响因素。
发动机的特性
目录
发动机的特性 概述
01
02 负荷特性
点火提前角对性 04 能指标的影响
速度特性
03
1.发动机的特性概括
发动机实际运行的工作状况，简称工况。发动机的工 况常用发动机转速和负荷表示，即内燃机的工况是指 在某一转速和负荷状态下的工作状态。
转速表示发动机的工作频率； 负荷（有效功率）表示发动机对外作功的能力，有效 功率Pe和转速n 决定了发动机的工作运行情况。
可以看到输出功率相同，不等于工况 相同，其燃烧放热过程不同，发动机的经 济性和排放特性也就不一样。 当所带动的工作机械的阻力矩、转速 变化时，发动机的工况就会发生变化。 所以需要了解发动机的工况面。 发动机运行工况分为稳定和动态工况。 以负荷和转速为坐标的平面叫发动机的 工况平面。 发动机工况是在最低稳定转速、最高转 速以及在各工作转速下所能输出的最大功 率（转矩）所能包围的范围内。
其中：发动机输出的有效指标通常用平均有效压 力pme、有效扭矩Ttq、有效功率Pe、有效燃油消耗 率be、每小时耗油量B表示。
发动机功率（输出转矩或平均有效压力）、 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。 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。
η it 总体规律与柴油机相反。负荷低时， 节气门开度小，缸内循环进气量小，残余废 气系数Φ r大，燃烧速度较小，加之Φ a相对 过高，燃烧不完全，以及温度下降使燃料气 化条件恶化，单位工质传热量增加，η it下 降；节气门开度大于85%后，Φ a逐渐相对减 小，燃烧不完全，η it也下降。 燃油消耗率b的变化取决于指示热效率η it、 机械效率η m的变化。 η m 与柴油机规律一致。 Φ c 规律与η m相似，当负荷加大温度上升 后，斜率略有下降。
ηit 比柴油机弯曲度更大的上凸曲线： 在低转速时，缸内气流减弱，火焰 传播速度降低同时漏气及散热损失 增加，故ηit下降；在高转速时，燃 烧所占曲轴转角增大，等容度变小， 还可能出现燃烧不完全，故ηit也下 降。 ηm 机械损失、附件消耗、泵气损失 随速度增加。在低负荷时，曲线下 降更加陡峭。另外总体比柴油机陡 峭。 φc 随着速度增加,换气时间缩短,气 体惯性使换气不充分。也是在低负 荷时，曲线下降更加陡峭。 φ a 变化不大，随速度略有增加， 现代汽车（电控汽油喷射带氧传感 器）在相当大的负荷变化范围内均 保持在φ a=1.0。
负荷特性：当发动机保持转速不变时， 稳态性能指标随负荷而变化的规律为发动 机的负荷特性。一般用来分析发动机的燃 油经济性，还可用来分析发动机所能达到 的极限动力性能（不受标定功率的限制）。 负荷特性线比速度特性线更易于测定， 所以发动机的性能研究，多采用负荷特性 线来进行。
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。
3.1、柴油机的速度特性 在油量调节杆保持位置不变， 调整到最佳点火提前角，水温、油温、 油压保持正常稳定的情况下测定。即发 动机在正常工作条件下，负荷一定时 （油量调节杆保持位置不变），发动机 的性能指标随转速变化的特性。
gb在油量调节杆位置不变时,由于进、 回油孔节流和燃油漏泄的影响，它随 转速上升而增加，小负荷时上升斜率 更大；高速时（节流作用加强）曲线 转平或略降。 ηit 呈总体较平坦的上凸曲线：低速时 燃油喷射压力小，不利于混和气的形 成与燃烧，传热损失大，ηit下降；高 速时喷油和燃烧持续加大，Φc下降， gb增加，致使Φa下降，不完全燃烧增 加，ηit也下降。 ηm 机械损失：附件消耗、泵气损失随 速度增加，所以机械效率随转速的提 高而降低。 Ttq 低速上升，负荷越小斜率越大，高速时下降，负荷越大斜率越大。 Pe 随转速增加而增加，但最大转速时有问题。 bi 与ηit成反比。 be和bi图形相似，但由于ηm的影响，上翘度更大。
汽、柴油机速度特性曲线的对比 （1）汽油机Ttq线总体上向下倾斜较大，低负荷 时倾斜更大；而柴油机Ttq线总体变化平坦。 （2）汽油机Pe外特性线的最大值，一般就是标 定功率点；而柴油机可达到的最大值点的转速很 高，所以标定点并非该特性曲线的极值点。 （3）柴油机燃油消耗率be曲线要比汽油机平坦， 低负荷时尤为明显。
动力性指标存在以下关系：
Pe Ttqn pme n
式中，Pe为有效功率，Ttq为转矩， pme 平均有效压力(单位气缸工作容积)， n为工作转速。
因此负荷也可用输出转矩Ttq或平均有效压力 pme来表示。
上述参数中只有2个独立变量，即(n, Pe)、（n, Ttq） 或（n, pme）决定发动机的一个工况点。
随着负荷的进一步增加，过量空气系数Φa 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。
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△b 。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。
2.2 汽油机的负荷特性 在转速保持不变，调整到最佳 点火提前角，理想的过量空气系数， 水温、油温、油压保持在合理范围 之内的情况下测定。即发动机在正 常工作条件下，转速不变时，发动 机的性能指标随负荷变化的特性。

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。
发动机铭牌上规定的最大输出功率Pemax及其对应 转速nn所确定的工况为标定工况，标定工况不是发动 机所能达到的极限功率，是人为规定的一个限制使用 的最大功率点。 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：
发动机特性指在一定条件下，发动机性 能指标与特性参数随参数调整情况或运转工 况变化等各种可变因素的变化规律。其中的 运行特性，即主要的性能指标随工况参数— 转速和负荷的变化规律最为重要。

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。

12h功率：这一功率为内燃机允许连续运转12h的最大有效功率，适 用于需要在12h内连续运转而又需要充分发挥功率的拖拉机、移动 式发电机组、铁道牵引等用途的内燃机。

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。
除持续功率外，其他几种功率均具有间歇性工作的特点，