第4-2 发动机负荷特性
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因此，随度负荷的增加， ηi ， ηm 均 增 大 ， 当 负 荷 增 至 85~90% 油门开度时，混合气 加浓， 变小， ηi 下降， be(ge) 又有所上升。
§4-3-3 柴油机各参数随负荷变化的特性分析 —机械式供
油 （1）充气系数ηv：ηv基本不随负荷 而变。
（2）残余废气系数：负荷对m废气 影响不大，m新气基本不变，基本不 变。 （3）每循环供油量Δgb：负荷↑， Δ gb↑（质调节）。高负荷后，燃烧恶 化。 （4）过量空气系数α：m新气基本不 变，负荷↑, gb↑, α↓。
但是速比改变（减小）以后将会产生两个问题： （1）当速比减小时，同一车速所对应的转速下降，Nemax 也要下降（按外特性变化），因此功率储备下降（发动机功 率与行驶阻力功率之差），汽车的动力性能恶化； （2）减速比越小，对汽车的经济性能越有利，那么在维 持动力性能符合要求的前提下，减速比的限度如何？
柴油机的负荷特性与汽油机相比，具有下述特点。 （1）柴油机的最低比油耗较汽油机低，这是由于柴油机的ηi 比汽油机高。 （a）柴油机的λ比汽油机大，λ大，燃烧完全，ηi大 （ b ）柴油机的压缩比 比汽油 机大， 大，膨胀比大，混 合膨胀充分，热量利用率高， η i大 （ 2 ）柴油机的比油耗曲线较 汽油机平坦，这是由于 ηi 曲 线形状上两种机型的差别造 成的（部分负荷下柴油机比 汽油机更省油）。
可以证明，此曲线是汽车的 整车最佳性能曲线，即，如果能 设计出一种无级变速器，使汽车 的车速对应的发动机转速按照此 曲线而随负荷变化，那么汽车就 具有最佳的燃油经济性能。实际 上，还不能设计出如此理想的无 级变速器。汽车采用的是分级变 速，挡位分配也受使用方便性的 限制，在这种情况下， 降低汽车 的传动比以降低同一汽车车速所 对应的发动机转速来提高负荷率 是提高汽车整车经济性能的措施 之一。
3000
3500
4000
小结： 1. 从发动机角度， 采用高压供油系统可以改善发 动机高负荷区域的经济性。 2. 从经济性匹配使用角度，尽量使用中高负荷率 工况，对小负荷工况，在中低转速工况工作。
§4-3-5 发动机负荷特性与汽车燃料经济性能 的关系
车用发动机的工作负荷变化很大，可以在零到最大值之 间变化。汽车在平直路面上行驶，车速基本不变，对应地发 动机的转速 n 基本不变，而其负荷要随路面阻力的变化而变 化，另外，汽车的行驶车速，档位也随路面状况、交通情况 的不同而不同，所以发动机的转速也是时刻变化着的，这就 使得汽车整车的性能分析变得十分复杂。 评价汽车运行经济性能的指标是汽车的百公里油耗值 Q100 。它与发动机功率 Pe ，比油耗 be 以及车速 Va 之间具有下 述关系。 Q100=100Pebe/Va
§4-2 内燃机的负荷特性
内燃机负荷特性是指发动机转速不变的条件下， 其他性能参数（主要是经济性指标）随负荷（油门 或节气门开闭）而变化的关系。汽车在实际运行时， 除超车、爬坡等运行工况下油门全开外，大部分工 况是发动机在中等负荷区工作，车速基本不变，但 由于道路阻力的变化，使得油门（或节气门）开度 随时发生变化，以适应外界阻力的变化，因此，发 动机的负荷特性对汽车运行性能具有重大的影响。 通常用发动机的负荷特性来分析汽车燃料经济性的 好坏，而用发动机的外特性分析汽车的动力性能。 （汽车的动力性能主要用发动机的外特性来反映）。
（5）指示效率ηi：高低负荷两 头均有下降趋势，总体上随负 荷增加而降低。随负荷↑，α↓， 油气混合不均匀度↑，燃烧不完 全↑；燃烧持续时间↑，后燃↑， ηi↓。负荷太小，缸内温度太低， 燃烧反而恶化；负荷过大，混 合气加浓到一定程度后混合与 燃烧均不完善，因此，高低负 荷两头都有下弯的趋势，尤以 超负荷更为严重。
负荷特性 800
700
600
耗 油 率 /(g/kW.h)
500
400
3e+003 300 2e+003 1.5e+003 2.5e+003 200 0 10 20 30 40 油 门 /% 50 60 70 80 3.5e+003
负荷特性 800
速度特性 600
550
700
500
600
450
耗 油 率 /(g/kW.h)
要回答这两个问题需要了解汽车运动动力学，这些内容 将在后续的有关章节详细介绍。
小结：
1. 从发动机角度， 努力提高小负荷和 高负荷工况下的热 效率。 2. 从经济性匹配使用 角度，尽量使用中 等负荷率工况工作。
§4-3-4 柴油机的负荷特性
一、传统供油系统
柴油机的负荷特性与汽油机具有相似的形态，如图4-2所示。
柴油机的负荷调节方式为“质调节”，即通过改变循环 喷油量调节负荷。随着负荷的增加，循环供油量增加，值 减小，柴油机油气混合不均匀度增加，燃烧不完全程度增大， ηi 下降，而且大负荷时，不完全燃烧及补燃增加， ηi 下降较 快，ηm则随负荷的增大而增大，ηi、ηm综合作用使得柴油机 的 be(ge) 曲线在中等负荷区变化较为平缓，负荷较低时， ηm 小，be较大，高负荷时ηi下降迅速，be也会增大。
因此，汽车的燃料经济性能不仅取决于发动机的比油耗 be的高低，而且与汽车的行驶车速Va以及该车速对应的发动 机功率Pe有关。 这里顺便指出，汽车的百公里油耗 Q100 与发动机的最低 比油耗bemin是两个概念。 1）经济性良好的发动机不但要求它的最低比值油耗bemin 值小，更重要的是要求在一个较广的范围内be都较低。 2 ）发动机的有效比油耗指标并不能完全代表汽车的经 济性能指标 Q100，它们之间还有一个最佳的匹配问题（与汽 车底盘参数的匹配）。
§4-3-1 汽油机各参数随负荷变化的特性分析
（ 2）充气系数 ）残余废气函数 （1 （ 3 ηvηi ： （ 4）过量空气系 ）指示效率 ：
废气 新气
数 α ：对于电控汽 m 大，α小， 汽油机量调节，负 小负荷 ： ；小负荷 m 荷↓ ，节气门开度 ↓ ， 油机，在工作温度 燃烧不完全， ηi 低， 进气节流阻力 ↑， 较低时，小负荷应 时， ηv小， m 新气少， 随负荷 ↑，燃烧改 ηv加浓混合气，全负 低，随着负荷 ↑， 善， ηi↑，供给功 大，负荷 ↑，进 ，ηv↑ ， 节气门开度 ↑ 荷如果要提高功率， 率混合气时（ 85% 气阻力 ↓，ηv↑，直 也要加浓混合气； 左右节气门开度 m 新气 ↑ ， m 废气有 至全开， ηv达到最 工作温度正常情况 时），混合气加浓， 大值。 所下，为减少排放， ↓小，燃烧不完全， ，↓，全负荷时 α 过量空气系数基本 ηi又降低。 达最小值。 不变。
§4-3-1 汽油机各参数随负荷变化的特性分析
小结：
1. 从发动机角度， 努力提高小负荷工 况下的热效率。 2. 从经济性匹配使用 角度，尽量使用中 高负荷率工况工作。
§4-3-2 汽油机的负荷特性
汽油机的负荷调节采用的是“量调节方式”，即通过改 变节气门开度以改变进入气缸的混合气量，在部分负荷范围 内混合气浓度 变化不大，因而汽油机的循环进气量，循环 供油量以及输出功率与节气门开度几乎成比例变化（故有的 负荷特性图上以节气门开度作横坐标，有的以功率作横坐 标）。一般多用功率作横坐标（便于绘制万有特性曲线）。 在负荷特性图中，主要描述的是经济性的指标（ B 、 be ） 随负荷而变化的关系，有时根据需要还要测录排气温度 Tr和 排气烟度R曲线（对柴油机）等，排气温度在一定程度上反 映零件的热负荷，而烟度则反映了内燃机工作过程进行的好 坏，因此，负荷特性不仅能给出了内燃机在不同负荷下运转 时的经济性能，而且给出内燃机功率标定提供了依据。
因此， 在发动机的动力性 能允许的条件下，尽可能地提 高发动机的负荷率，即使汽车 运行中所对应的发动机工况点 尽可能向发动机的低转速方向 移动，是改善汽车燃料经济性 能的一项重要措施。
将图4-4 所示各负荷特性上 的比油耗最低点，用一条光滑 的曲线连接起来，就得到了负 荷特性上最低油耗点的经济线 bemin ，发动机功率沿此线变化 时的比油耗最低。
耗 油 率 /(g/kW.h)
Hale Waihona Puke Baidu
500
400
350 20 300 10 10 30
400
3e+003 300 2e+003 1.5e+003 2.5e+003 3.5e+003
250 80 60 40 200
70
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200
0
10
20
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40 油 门 /%
50
60
70
80
1000
1500
2000
2500 转 速 /rpm
通过对发动机进行改进，大幅度地降低发动机各负荷 特性上的比油耗，汽车的整车燃料经济性能也将得到相应的 改善，另一方面，在发动机现有性能条件下，通过对汽车传 动系参数与发动机特性之间的合理匹配 （即根据关系式 Q100=100Pebe/Va ， 改变汽车车速 Va 与所对应的汽车发动机功 率Pe和be之间的关系），也会达到汽车节能的目标。
二、柴油机各参数随负荷变化的特性分析 —高压电控供油
负荷特性 300
250
2e+003 2.5e+003 200 3.5e+003
转 矩 /N.m
150
1.5e+003 100
3e+003
50
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油门开度%
40 转 速 /rpm
50
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二、柴油机各参数随负荷变化的特性分析 —高压电控供油
汽车行驶中档位是经 常变化的，因而所对应的 发动机转速和功率也时刻 在发生变化。一般地，在 同一发动机功率下，发动 机转速越低，其负荷率越 大（因为外特性上 Ne 随 ne 的增大而增大 ， ne 低对应 的Nemax小，则Ne/Nemax大， 即负荷率大），相应的比 油耗也就越低，图 4-4 给出 了比油耗与负荷的关系。
汽车使用油耗在很大程度上取决于发动机最经常使用的 负荷范围的特性，发动机性能的改进应设法使此区域内油 耗得以改善。
图4-3为一台汽油机改进前 后的负荷特性的对比曲线，由 图可以看出，在绝大部分负荷 下，改进后的 be 曲线均低于改 进前，因而就发动机本身而言， 经济性能得到了明显的改善， 但汽车的整车经济性能是否得 到改善，则取决于它的常用工 况范围所对应的发动机负荷范 围，如果是 a 、 b 段，则改进后 的整车性能反而变差。因而发 动机性能的改进并不能确切地 反映汽车使用性能的改善，还 与汽车的使用条件有关。
汽油机负荷特性如图 41 所示。由于汽油机混合气 浓度除怠速与全负荷时较浓 以外，在大部分情况下（中 等油门开度）变化不大，因 此，发动机的循环供油量 （小时耗油量 B ，或 Gf ）与 节气门开度几乎呈线性变化， 大负荷下混合气变浓， B 上 升更快，曲线变陡。
汽油机 ηi 、 ηm随负荷变化 的关系也示于图 4-1 中， ηi 是 一条上凸的曲线，而 ηm 随负 1 荷的增大而提高，由于be∝
m
因此，随度负荷的增加， ηi ， ηm 均 增 大 ， 当 负 荷 增 至 85~90% 油门开度时，混合气 加浓， 变小， ηi 下降， be(ge) 又有所上升。
§4-3-3 柴油机各参数随负荷变化的特性分析 —机械式供
油 （1）充气系数ηv：ηv基本不随负荷 而变。
（2）残余废气系数：负荷对m废气 影响不大，m新气基本不变，基本不 变。 （3）每循环供油量Δgb：负荷↑， Δ gb↑（质调节）。高负荷后，燃烧恶 化。 （4）过量空气系数α：m新气基本不 变，负荷↑, gb↑, α↓。
但是速比改变（减小）以后将会产生两个问题： （1）当速比减小时，同一车速所对应的转速下降，Nemax 也要下降（按外特性变化），因此功率储备下降（发动机功 率与行驶阻力功率之差），汽车的动力性能恶化； （2）减速比越小，对汽车的经济性能越有利，那么在维 持动力性能符合要求的前提下，减速比的限度如何？
柴油机的负荷特性与汽油机相比，具有下述特点。 （1）柴油机的最低比油耗较汽油机低，这是由于柴油机的ηi 比汽油机高。 （a）柴油机的λ比汽油机大，λ大，燃烧完全，ηi大 （ b ）柴油机的压缩比 比汽油 机大， 大，膨胀比大，混 合膨胀充分，热量利用率高， η i大 （ 2 ）柴油机的比油耗曲线较 汽油机平坦，这是由于 ηi 曲 线形状上两种机型的差别造 成的（部分负荷下柴油机比 汽油机更省油）。
可以证明，此曲线是汽车的 整车最佳性能曲线，即，如果能 设计出一种无级变速器，使汽车 的车速对应的发动机转速按照此 曲线而随负荷变化，那么汽车就 具有最佳的燃油经济性能。实际 上，还不能设计出如此理想的无 级变速器。汽车采用的是分级变 速，挡位分配也受使用方便性的 限制，在这种情况下， 降低汽车 的传动比以降低同一汽车车速所 对应的发动机转速来提高负荷率 是提高汽车整车经济性能的措施 之一。
3000
3500
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小结： 1. 从发动机角度， 采用高压供油系统可以改善发 动机高负荷区域的经济性。 2. 从经济性匹配使用角度，尽量使用中高负荷率 工况，对小负荷工况，在中低转速工况工作。
§4-3-5 发动机负荷特性与汽车燃料经济性能 的关系
车用发动机的工作负荷变化很大，可以在零到最大值之 间变化。汽车在平直路面上行驶，车速基本不变，对应地发 动机的转速 n 基本不变，而其负荷要随路面阻力的变化而变 化，另外，汽车的行驶车速，档位也随路面状况、交通情况 的不同而不同，所以发动机的转速也是时刻变化着的，这就 使得汽车整车的性能分析变得十分复杂。 评价汽车运行经济性能的指标是汽车的百公里油耗值 Q100 。它与发动机功率 Pe ，比油耗 be 以及车速 Va 之间具有下 述关系。 Q100=100Pebe/Va
§4-2 内燃机的负荷特性
内燃机负荷特性是指发动机转速不变的条件下， 其他性能参数（主要是经济性指标）随负荷（油门 或节气门开闭）而变化的关系。汽车在实际运行时， 除超车、爬坡等运行工况下油门全开外，大部分工 况是发动机在中等负荷区工作，车速基本不变，但 由于道路阻力的变化，使得油门（或节气门）开度 随时发生变化，以适应外界阻力的变化，因此，发 动机的负荷特性对汽车运行性能具有重大的影响。 通常用发动机的负荷特性来分析汽车燃料经济性的 好坏，而用发动机的外特性分析汽车的动力性能。 （汽车的动力性能主要用发动机的外特性来反映）。
（5）指示效率ηi：高低负荷两 头均有下降趋势，总体上随负 荷增加而降低。随负荷↑，α↓， 油气混合不均匀度↑，燃烧不完 全↑；燃烧持续时间↑，后燃↑， ηi↓。负荷太小，缸内温度太低， 燃烧反而恶化；负荷过大，混 合气加浓到一定程度后混合与 燃烧均不完善，因此，高低负 荷两头都有下弯的趋势，尤以 超负荷更为严重。
负荷特性 800
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耗 油 率 /(g/kW.h)
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3e+003 300 2e+003 1.5e+003 2.5e+003 200 0 10 20 30 40 油 门 /% 50 60 70 80 3.5e+003
负荷特性 800
速度特性 600
550
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耗 油 率 /(g/kW.h)
要回答这两个问题需要了解汽车运动动力学，这些内容 将在后续的有关章节详细介绍。
小结：
1. 从发动机角度， 努力提高小负荷和 高负荷工况下的热 效率。 2. 从经济性匹配使用 角度，尽量使用中 等负荷率工况工作。
§4-3-4 柴油机的负荷特性
一、传统供油系统
柴油机的负荷特性与汽油机具有相似的形态，如图4-2所示。
柴油机的负荷调节方式为“质调节”，即通过改变循环 喷油量调节负荷。随着负荷的增加，循环供油量增加，值 减小，柴油机油气混合不均匀度增加，燃烧不完全程度增大， ηi 下降，而且大负荷时，不完全燃烧及补燃增加， ηi 下降较 快，ηm则随负荷的增大而增大，ηi、ηm综合作用使得柴油机 的 be(ge) 曲线在中等负荷区变化较为平缓，负荷较低时， ηm 小，be较大，高负荷时ηi下降迅速，be也会增大。
因此，汽车的燃料经济性能不仅取决于发动机的比油耗 be的高低，而且与汽车的行驶车速Va以及该车速对应的发动 机功率Pe有关。 这里顺便指出，汽车的百公里油耗 Q100 与发动机的最低 比油耗bemin是两个概念。 1）经济性良好的发动机不但要求它的最低比值油耗bemin 值小，更重要的是要求在一个较广的范围内be都较低。 2 ）发动机的有效比油耗指标并不能完全代表汽车的经 济性能指标 Q100，它们之间还有一个最佳的匹配问题（与汽 车底盘参数的匹配）。
§4-3-1 汽油机各参数随负荷变化的特性分析
（ 2）充气系数 ）残余废气函数 （1 （ 3 ηvηi ： （ 4）过量空气系 ）指示效率 ：
废气 新气
数 α ：对于电控汽 m 大，α小， 汽油机量调节，负 小负荷 ： ；小负荷 m 荷↓ ，节气门开度 ↓ ， 油机，在工作温度 燃烧不完全， ηi 低， 进气节流阻力 ↑， 较低时，小负荷应 时， ηv小， m 新气少， 随负荷 ↑，燃烧改 ηv加浓混合气，全负 低，随着负荷 ↑， 善， ηi↑，供给功 大，负荷 ↑，进 ，ηv↑ ， 节气门开度 ↑ 荷如果要提高功率， 率混合气时（ 85% 气阻力 ↓，ηv↑，直 也要加浓混合气； 左右节气门开度 m 新气 ↑ ， m 废气有 至全开， ηv达到最 工作温度正常情况 时），混合气加浓， 大值。 所下，为减少排放， ↓小，燃烧不完全， ，↓，全负荷时 α 过量空气系数基本 ηi又降低。 达最小值。 不变。
§4-3-1 汽油机各参数随负荷变化的特性分析
小结：
1. 从发动机角度， 努力提高小负荷工 况下的热效率。 2. 从经济性匹配使用 角度，尽量使用中 高负荷率工况工作。
§4-3-2 汽油机的负荷特性
汽油机的负荷调节采用的是“量调节方式”，即通过改 变节气门开度以改变进入气缸的混合气量，在部分负荷范围 内混合气浓度 变化不大，因而汽油机的循环进气量，循环 供油量以及输出功率与节气门开度几乎成比例变化（故有的 负荷特性图上以节气门开度作横坐标，有的以功率作横坐 标）。一般多用功率作横坐标（便于绘制万有特性曲线）。 在负荷特性图中，主要描述的是经济性的指标（ B 、 be ） 随负荷而变化的关系，有时根据需要还要测录排气温度 Tr和 排气烟度R曲线（对柴油机）等，排气温度在一定程度上反 映零件的热负荷，而烟度则反映了内燃机工作过程进行的好 坏，因此，负荷特性不仅能给出了内燃机在不同负荷下运转 时的经济性能，而且给出内燃机功率标定提供了依据。
因此， 在发动机的动力性 能允许的条件下，尽可能地提 高发动机的负荷率，即使汽车 运行中所对应的发动机工况点 尽可能向发动机的低转速方向 移动，是改善汽车燃料经济性 能的一项重要措施。
将图4-4 所示各负荷特性上 的比油耗最低点，用一条光滑 的曲线连接起来，就得到了负 荷特性上最低油耗点的经济线 bemin ，发动机功率沿此线变化 时的比油耗最低。
耗 油 率 /(g/kW.h)
Hale Waihona Puke Baidu
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3e+003 300 2e+003 1.5e+003 2.5e+003 3.5e+003
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通过对发动机进行改进，大幅度地降低发动机各负荷 特性上的比油耗，汽车的整车燃料经济性能也将得到相应的 改善，另一方面，在发动机现有性能条件下，通过对汽车传 动系参数与发动机特性之间的合理匹配 （即根据关系式 Q100=100Pebe/Va ， 改变汽车车速 Va 与所对应的汽车发动机功 率Pe和be之间的关系），也会达到汽车节能的目标。
二、柴油机各参数随负荷变化的特性分析 —高压电控供油
负荷特性 300
250
2e+003 2.5e+003 200 3.5e+003
转 矩 /N.m
150
1.5e+003 100
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40 转 速 /rpm
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二、柴油机各参数随负荷变化的特性分析 —高压电控供油
汽车行驶中档位是经 常变化的，因而所对应的 发动机转速和功率也时刻 在发生变化。一般地，在 同一发动机功率下，发动 机转速越低，其负荷率越 大（因为外特性上 Ne 随 ne 的增大而增大 ， ne 低对应 的Nemax小，则Ne/Nemax大， 即负荷率大），相应的比 油耗也就越低，图 4-4 给出 了比油耗与负荷的关系。
汽车使用油耗在很大程度上取决于发动机最经常使用的 负荷范围的特性，发动机性能的改进应设法使此区域内油 耗得以改善。
图4-3为一台汽油机改进前 后的负荷特性的对比曲线，由 图可以看出，在绝大部分负荷 下，改进后的 be 曲线均低于改 进前，因而就发动机本身而言， 经济性能得到了明显的改善， 但汽车的整车经济性能是否得 到改善，则取决于它的常用工 况范围所对应的发动机负荷范 围，如果是 a 、 b 段，则改进后 的整车性能反而变差。因而发 动机性能的改进并不能确切地 反映汽车使用性能的改善，还 与汽车的使用条件有关。
汽油机负荷特性如图 41 所示。由于汽油机混合气 浓度除怠速与全负荷时较浓 以外，在大部分情况下（中 等油门开度）变化不大，因 此，发动机的循环供油量 （小时耗油量 B ，或 Gf ）与 节气门开度几乎呈线性变化， 大负荷下混合气变浓， B 上 升更快，曲线变陡。
汽油机 ηi 、 ηm随负荷变化 的关系也示于图 4-1 中， ηi 是 一条上凸的曲线，而 ηm 随负 1 荷的增大而提高，由于be∝