内燃机特性与匹配

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(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。
(2) 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。 (3) 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。
➢转速低空气涡流减弱,燃 烧不良及散热漏气损失增 加,ηi下降
一、柴油机速度特性
1.扭矩曲线变化趋势
Ttq∝ηiηmΔg
在低速区机械效率ηm变化不大, 而指示热效率ηi和循环喷油量 Δg随转速增加,所以转矩Ttq迅 速增加到最大值;
mL
gb L0
-gb每循环燃料供给量(kg) 柴油机可燃混合气的平均过量 空气系数α将随着减小(混合 气浓);
一、柴油机负荷特性
1、比油耗曲线
be
3.6
e H u
106
i
1
m
柴油机耗油率be取决 于指示热效率ηi和机械 效率ηm。
一、柴油机负荷特性
➢ ηi::负荷增加, ηi减

α
原因:随负荷增加,过
加载原理:转子旋转时, 产生强烈的水涡流,消耗 发动机的能量,产生了对 发动机制动的阻力矩 ;
(1)水力测功器
载荷调控:通过调 节排水量,改变壳内 水层的厚度调节阻力 矩,
机械能-热能:
(1)水力测功器
水力测功器
扭矩测量原理:外壳在水的摩 擦力作用下摆动一个角度,通过 固定的力臂与测力机构,测量发 动机的输出转矩
第四节 内燃机的速度特性
外特性:当油门最大时, 测得的速度特性为全负 荷速度特性或外特性;
部分负荷速度特性:其 它油量位置时的速度特 性。
第四节 内燃机的速度特性
一、柴油机速度特性
速度特性:喷油泵油量调节机 构位置固定不动,柴油机性能指 标(功率Pe、扭距Ttq、燃油消耗 率be)随转速n变化的关系。
➢上边界线为节气门全开(柴:最大供油量)时,不同 转速下内燃机所能发出的最大功率;
➢左侧为最低稳定工作转 速限制线;
➢右侧为最高转速限制线 ,高于它,惯性力增大、 机械摩擦损失加剧、充量 系数下降、工作过程恶化 。
(Pe、n)
§8-2 性能指标的分析式与台架试验
一、内燃机性能指标分析式
pme
evS Hu L0
外特性:油量调节机构固定在 最大供油位置(标定)时速度特 性。
部分负荷速度特性:当油量调 节机构固定在小于最大供油量各 个位置时,所测得的速度特性。
第四节 内燃机的速度特性
一、柴油机速度特性
1.扭矩曲线变化趋势 扭矩定性表达式:
Ttq ∝ηvηiηm/α
gb
mL
L0
vms L0
vVss L0
油率区比汽油机宽;
汽油机和柴油机的指 示热效率ηi随负荷变 化趋势不同
汽油
➢汽抽机的be在中、小负荷区高于 柴油机, bemin比柴油机高;
柴油机bemin比汽油机低, 且曲 线平缓,所以,柴油机的经济 性比汽油机的好。
在功力性满足的前提下, 不宜装功 率过大的发动机, 以求be ,避 免大马拉小车。
3.排气温度tr 负荷↑,排气温度tr ↑
二、汽油机的负荷特性
量调节:通过调节节气门
开度改变进入气缸的混 合气数量改变负荷,负
荷增大时开度大,反之则 减少;
负荷变化时,过量空气 系数α变化不大;
mL
gb L0
-gb每循环燃料供给量(kg)
二、汽油机的负荷特性
1、比油耗曲线
be
3.6
e H u
106
i
1
m
耗油率be取决于指示 热效率ηi和机械效率ηm 。
二、汽油机的负荷特性 节气门小时, 充气效率
,使残余废气系数 ,火
➢ ηi:中间负荷时, ηi最 焰传播速率 ,热效率 。
大 ; 随 负 荷 降 低 , ηi 减 小 ; 接近全负荷时, ηi也下降。
➢ ηm:随负荷增加而上升。
ηm=1-pmm/pmi
柴油机
pme
柴油机和绝热指数K高, 故t及 i高,be低。
第三节 内燃机的负荷特性
柴油机和汽油机负荷特性比较:
2、柴油机、汽油机排气温度的比较
➢ 汽油机排温普遍比柴油机高: 汽油机的低,相应的膨胀 比也低,排温就要。
汽油机的α值较小,混合 气热值大;
Qmix
Hu m1
Hu
L0 1
柴油机 汽油机
第三节 内燃机的负荷特性
➢无论柴油机还是汽油机,在中等 偏大的负荷范围下be最低;在低 负荷和高负荷区,燃油消耗率均升 高。
➢为使内燃机在使用时具有良好的 经济性,希望常用负荷接近中等偏 大的经济负荷。
一、柴油机负荷特性
质调节:改变燃料量来调节负 荷;负荷增大时油量增加,反 之则减少 ;
负荷增加,每循环供油量增加, 循环空气量基本不变:
量空气系数α减小,燃烧
不完全程度增大,使ηi减 小。
➢ ηm:随负荷增加而上升。
ηm=1-pmm/pmi
一、柴油机负荷特性
1、比油耗曲线
be
i
1
m
0-1:随负荷增加,由于ηm迅速增加,且 远大于ηi的减少,使be下降较快。当 负荷增加到1点位置时,be最小。 1-2:再增加负荷,由于ηi下降较ηm上升 的多,使be有所增加。 2:当负荷增加到2点时,排气冒黑烟, 0 达到国标规定负荷限值。
水力测功器具有价廉、工作可靠、体积小等优点,应 用较广泛
动态响应慢,自动化程度不高
内燃机的试验台架
3)电涡流测功器
结构:转子和定子组成, 定子包括外壳、涡流环和励 磁线圈。
加载原理:电涡流产生的 转矩平衡发动机扭矩
负荷调控:改变定子励磁 线圈的电流
特点:这种测功器体
积小,吸收功率大,自
动化程度高,操作简便
1.测功器 -加载装置:产生阻力,用来吸收试验发动机发出的功; -载荷调控装置:改变阻力的大小,即改变发动机负荷及
转速,模拟实际使用的各种工况; -扭矩和转速的测量装置:测定发动机输出扭矩和转速,
则由下面公式求出功率:
Pe
Ttq n 9550
(1)水力测功器
结构:由一架于滚动轴 承上可摆动的定子外壳和 架于主轴上的转子组成。
imv
内燃机动力性、经济性指标的分析式:
Pe
pmeVsin
30
pmen
∝ηvηiηmn/α
动力性指标应从换 气过程指标(ηv)、 燃烧经济性指标 (ηi)、混合气浓 度(α)和机械损失 指标(ηm)随工况 的变化关系来进行 分析;
Ttq
iVs pme
103
∝ηvηiηm/α
be
3.6
e H u
106
➢标准大气状况:
试验目的,试验条件、试验方 法、测量项目及数据整理等
p0-标准大气压力 100kPa T0 -标准温度 298K(25C) 0 -相对湿度 30
3.试验方法
功率标定:指制造企业根据内燃机的设计用途、寿命、可靠性 、维修与使用条件等要求,人为规定该产品在标准试验条件下所 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
2-3:当负荷超过2点时,燃料消耗量增 大,发动机过热,排放污染严重,影 响发动机寿命;
柴油机的最大循环供油量应使烟度 不超过允许值。- “冒烟界限”
bemin
一、柴油机负荷特性
2、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 于每循环燃料供给量gb 。 随负荷增加,每循环供 油量gb增加,B随之增加。
第八章 内燃机的特性与匹配
§8-1 内燃机的工况 §8-2 性能指标的分析式与台架试验 §8-3 内燃机的负荷特性 §8-4 内燃机的速度特性 §8-5 柴油机调速特性 §8-6 内燃机的万有特性 §8-7 内燃机与工作机械的匹配
§8-1 内燃机的工况
常用Ttq、n或Pe、n表征稳定运行的工况点。面工况 内燃机工作区域限定在一定范围内:
负荷特性曲线是在发动机试验台架
上测取的:
➢预热发动机到某稳定转速;
➢调节测功机负荷;
➢调节油门以维持转速不变;
➢读取数据(6-8个数据点)
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
负荷特性曲线提示
内燃机经济性
➢内燃机的最低燃油消耗率越小, 经济性越好;
➢油耗曲线变化越平坦,表示在宽 广的负荷范围内,能保持较好的燃 油经济性,这对于负荷变化较大的 车用发动机尤为重要。
,结构紧凑,运转平稳
,测量精度较高,成本
低于电力测功机。
机械能-热能:
2. 油耗的测量
燃料消耗率: 小时耗油量B
be
B Pe
1000
每小时耗油量B:在稳定工况下通过测量一定时间间 隔内所消耗的燃料量。
典型的燃油消耗量测量方法有容积法和质量法两种。
2. 油耗的测量
汽油机油耗的测量
be
B Pe
i
1
m
经济性指标则应从燃烧过 程经济性指标(ηi)和机 械损失指标(ηm)随工 况的变化关系来进行分析
二、内燃机的台架试验
发动机、测功 机、冷却系统 、燃料供给系 统,通风装置 、消声装置、 测量仪器设备
内燃机的试验台架
内燃机的试验台架
二、内燃机的台架试验
最基本的设备有测功器、油耗仪、转速表以及排放测试设备等
由于负荷特性可以直观地显示内燃机在不同负荷下运转的 经济性能,且比较容易测定,因而在内燃机的研发、调试过 程中,经常用来作为经济性能比较的依据。
由于每一条负荷特性仅对应内
燃机的一种转速,为了满足全面 be
评价性能的需要,常常要测出不 同转速下的多条负荷特性曲线; 其中最有代表性的是标定转速
1500 20002500
2、每小时耗油量B曲线 转速一定时,每小时耗 油量B主要决定于每循环 燃料供给量gb 。 随负荷增加,每循环供 油量gb增加,B随之增加。 。
3.排气温度tr
负荷↑,排气温度tr ↑
第三节 内燃机的负荷特性
柴油机和汽油机负荷特性比较:
1、比油耗曲线
be
➢汽油机的be随负荷变化曲线比柴 油机要陡; 柴油机曲线平坦,低耗
1000
(g/kw.h)
B:每小时油耗(kg/h)
10mL
容积法和质量法
➢容积法 :
15mL
B=3.6Vfρf/t
ρf为燃料的密度(g/mL)
3.试验方法
试验标准(GB/T 18297—2001) 《汽车发动机性能试验
方法》
速度特性试验、负荷特性试验、万有特性试验、机械损失 试验、起动试验、怠速试验、柴油机调速特性试验、各缸 工作均匀性试验、机油消耗量试验、活塞漏气试验
接近全负荷时,混合气加浓, 燃烧不完全,热效率
二、汽油机的负荷特性
1、比油耗曲线
be
i
1
m
1-2:汽油机在中小部分负
荷区,当负荷↑,由于i↑
,m↑,be ↓ ↓ ;(曲线
陡)
be 1
2点: be→min
2-3:大负荷区,由于i↓, be ↑ 。
i-柴油机 i-汽油机机
bemin 23
pme
二、汽油机的负荷特性
1-传统的柱塞式喷油泵 2-采用油量校正后喷油 泵的循环供油量Δg 3-电控高压喷射柴油机
Δg

3 2
一、柴油机速度特性
1.扭矩曲线变化趋势 Ttq∝ηiηmΔg
(3)ηi—指示热效率
➢ηi某一中间转速下ηi最高 ➢转速高,燃烧过程的时间缩 短,混合气形成的条件逐渐 恶化,不完全燃烧现象增加, 致使ηi有所下降
(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。
第三节 内燃机的负荷特性
负荷特性是指当转速不变时,内燃 机的性能指标随负荷而变化的关系。 即燃料消耗率be、小时燃料消耗量 B、排气温度tr、烟度等在转速不变 时与有效功率Pe、转矩Ttq或平均有 效压力pme之间的关系 。 可用曲线表示;
和最大转矩转速负荷特性曲线。
பைடு நூலகம்
pme
第四节 内燃机的速度特性
内燃机速度特性,是指内燃机在 油门(节气门或油量调节机构) 位置保持不变的情况下,主要性 能指标(功率、扭矩、比油耗、 排气温度、烟度等)随内燃机转 速的变化规律。
当汽车油门开度一定,沿阻力 变化的道路行驶时,就是这种 情况
速度特性曲线是在发动机试验台 架上测取的: -预热发动机到正常的热力状 态; -油门位置固定不动,调整测 功器的负荷,内燃机的转速相应 发生变化,然后记录有关数据并 整理绘出曲线。
Ttq∝ηiηmΔg
--每循环喷油量Δg
柴油机扭距随转速的变化趋势决 定于ηi、ηm、Δg随转速n变化 的趋势。
第四节 内燃机的速度特性
一、柴油机速度特性 1.扭矩曲线变化趋势
Ttq∝ηiηmΔg
➢Δg:
随转速n的提高,每循环 供油量变化不大; ➢机械效率ηm: 机械损失功随着转速n的 增加而增加,故ηm随n的 上升而下降;
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