发动机原理B-第六、九章-2011刘志恩
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第六章 发动机的特性
第一节 发动机工况
发动机的运行工况
发动机的运行情况（简称工况）是以 其发出的功率Pe和转速n来表示；
只有当发动机发出的转矩与工作机械 消耗的转矩相等时，两者才能在一定 转速下按一定功率稳定工作（A点）；
当工作机械阻力矩增加(TR’)，若发 动机油量控制机构不变，则其转速就 要降低，直至B点达到新的平衡，发 动机再次稳定工作；
由于发动机稳定工作必须满足转矩与 工作机械阻力矩相等的条件，因而 发动机工况变化规律与所带动的工作 机械的工作情况有关。
发动机的使用条件
根据内燃机的用途，其使用条件 大致可分为：
恒速工作(曲线1,线工况)。如 带动发电机工作；
流体阻力负荷(曲线2，螺旋桨 工况)。发动机功率与转速成一 定函数关系，如带动螺旋桨工 作的船用主机；
质量法
试验时操作如下：
• 打开油箱开关，三通阀处于位置A； • 测量前将三通阀旋至位置B，油箱同
时向发动机和量杯供油，直到天平接 近平衡，将三通阀仍置于位置A等待 测量；
• 将天平调平衡； • 测量时，拿去质量为m的砝码。将三
通阀旋至位置C，发动机直接由量杯 供油，并开始计时；
• 量杯油面下降，直至天平再次平衡。 记录所用时间t，同时测量功率Pe 。
纵坐标主要是每小时燃料消耗量B 或燃料消耗率be。
一、汽油机负荷特性
汽油机保持某一转速不变，而逐渐改变节气门开度（同
时调节测功器负荷，以保持转速不变），每小时耗油量B 和耗油率be随功率Pe（或转矩Ttq、平均有效压力pme）变
化的关系称为汽油机负荷特性； 测取前应将化油器、点火提前角调整完好； 测取时应按规定保持冷却水温、润滑油温度在最佳状态； 由于汽油机负荷调节是靠改变节气门开度来直接改变进
四、台架试验综述
台架试验内容十分广泛，我国规定有统一的试验 标准：
• 1984年颁布了机械工业部汽车发动机试验方法的标准（JB3743－84） • 1987年制定了内燃机台架试验方法（GB1105.1～1105.3－87）
发动机使用中的最大功率与下列外界因素有关：
• 发出相应功率的持续时间 • 测定时的大气状况 • 发动机所带附件 • 进气管和空气滤清器阻力、排气背压等
国家标准（GB1105.1－87）规定了一般用途的往复活塞 式柴油机和汽油机的标准环境状况是： 大气压p0=100kPa，相对湿度φ0=30％， 环境温度T0=298K或25℃（Page132）。
第三节 发动机负荷特性
发动机负荷特性
负荷特性是指发动机转速不变，其经济性指标随负荷而 变化的关系；
各标准对上述问题都作了严格规定，并且对测量 仪器的精度、重要参数的测量精度等也有规定。
功率标定
在发动机铭牌上标定的功率，均为使用中允许的最大功 率。国家标准（GB1105.1－87）规定，按用途和使用特 点，功率可分为以下四种：
• 15min功率：可用于汽车、摩托车、摩托艇等发动机的 功率标定；
• 1h功率：可用于拖拉机、工程机械、船舶等发动机的功 率标定；
• 12h功率：可用于拖拉机、农业排灌、电站等发动机的 功率标定；
• 持续功率：可用于农业排灌、电站、船舶、铁路牵引等 发动机的功率标定。
大气修正
大气状况是指发动机运行地点的环境大气压力、大气温 度和相对湿度；
同一台发动机由于在不同大气状况下使用，其性能差别 很大。需要规定一种标准大气状况，并且还应有一种办 法，把在不同大气状况下试验所得的结果，换算成标准 大气状况下的数值；
入气缸的混合气量，α变化不大，故这种负荷调节方法
称为“量调节” 。
汽油机负荷特性曲线
be的变化取决于ηm 和ηi的变化；
1
be
K3
m
i
随着负荷增加，ηm 和ηi的变化
如右图；
逐渐增大节气门开度（负荷增加），
be迅速下降。当节气门开度增至全
开度的80％左右，为了保证最大功
率，供给α=0.8～0.9的浓混合气， 燃烧不完全，使be又重新上升；
v
n
第二节 发动机台架试验
一、台架试验装置
试验台架 辅助系统 各种测量仪
器、仪表及 操纵台
2020/8/29
发动机原理
9
三、耗油率的测量
耗油率的测量可分容积法和质量法：
容积法：通过测定消耗一定容积的燃油所需的时间， 通常用于汽油机的油耗测量；
计算公式：
B3.6VTfຫໍສະໝຸດ Baidu
t
bep Be1000
质量法：通过测量消耗一定质量的燃油所花费的时
间，通常用于柴油机的油耗测量；
计算公式：
B3.6m t be pBe1000
容积法
试验时操作如下：
• 打开油箱开关，三通阀处于位置A； • 测量前将三通阀旋至位置B，油箱同
时向发动机和量瓶供油，直到量瓶油 面高于选定圆球容积的刻线，将三通 阀仍置于位置A等待测量； • 测量时，将三通阀旋至位置C，发动 机直接由量瓶供油，量瓶油面下降， 记录燃油流过所选圆球上下部刻线间 容积VT所用时间t，同时测量功率Pe ； • 将量瓶再次充满燃油（三通阀旋至位 置B）后准备下一次测量。
陆上运输(曲线3，面工况)。发 动机功率和转速都独立地在很 大范围内变化，它们之间没有 特定的关系。如驱动汽车等陆 上运输车辆。
发动机的特性
发动机性能指标随调整情况及运转工况而变化 的关系称为发动机特性；
随调整情况而变化的又称调整特性，如柴油机 供油提前角调整特性、汽油机点火提前角调整 特性、化油器调整特性等；
性能指标随运行工况而变化的又称性能特性；
特性用曲线表示称为特性曲线，它是评价发动 机性能的一种简单、方便、必不可少的形式。
发动机的有效指标
平均有效压力： pmeKi mv
有效功率：
pe K1v mi n
有效转矩：
TtqK2v mi
有效燃油消耗率： 每小时耗油量：
be
K3
1
m i
B
K4
以曲线表示，则称为负荷特性曲线；
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转矩，以 适应外界阻力矩的变化，保持发动机转速不变；
当转速不变时，有效功率Pe与有效转矩Ttq、平均有效压 力pme互为正比，因此负荷特性横坐标——负荷可用Pe、 Ttq或pme表示；
第一节 发动机工况
发动机的运行工况
发动机的运行情况（简称工况）是以 其发出的功率Pe和转速n来表示；
只有当发动机发出的转矩与工作机械 消耗的转矩相等时，两者才能在一定 转速下按一定功率稳定工作（A点）；
当工作机械阻力矩增加(TR’)，若发 动机油量控制机构不变，则其转速就 要降低，直至B点达到新的平衡，发 动机再次稳定工作；
由于发动机稳定工作必须满足转矩与 工作机械阻力矩相等的条件，因而 发动机工况变化规律与所带动的工作 机械的工作情况有关。
发动机的使用条件
根据内燃机的用途，其使用条件 大致可分为：
恒速工作(曲线1,线工况)。如 带动发电机工作；
流体阻力负荷(曲线2，螺旋桨 工况)。发动机功率与转速成一 定函数关系，如带动螺旋桨工 作的船用主机；
质量法
试验时操作如下：
• 打开油箱开关，三通阀处于位置A； • 测量前将三通阀旋至位置B，油箱同
时向发动机和量杯供油，直到天平接 近平衡，将三通阀仍置于位置A等待 测量；
• 将天平调平衡； • 测量时，拿去质量为m的砝码。将三
通阀旋至位置C，发动机直接由量杯 供油，并开始计时；
• 量杯油面下降，直至天平再次平衡。 记录所用时间t，同时测量功率Pe 。
纵坐标主要是每小时燃料消耗量B 或燃料消耗率be。
一、汽油机负荷特性
汽油机保持某一转速不变，而逐渐改变节气门开度（同
时调节测功器负荷，以保持转速不变），每小时耗油量B 和耗油率be随功率Pe（或转矩Ttq、平均有效压力pme）变
化的关系称为汽油机负荷特性； 测取前应将化油器、点火提前角调整完好； 测取时应按规定保持冷却水温、润滑油温度在最佳状态； 由于汽油机负荷调节是靠改变节气门开度来直接改变进
四、台架试验综述
台架试验内容十分广泛，我国规定有统一的试验 标准：
• 1984年颁布了机械工业部汽车发动机试验方法的标准（JB3743－84） • 1987年制定了内燃机台架试验方法（GB1105.1～1105.3－87）
发动机使用中的最大功率与下列外界因素有关：
• 发出相应功率的持续时间 • 测定时的大气状况 • 发动机所带附件 • 进气管和空气滤清器阻力、排气背压等
国家标准（GB1105.1－87）规定了一般用途的往复活塞 式柴油机和汽油机的标准环境状况是： 大气压p0=100kPa，相对湿度φ0=30％， 环境温度T0=298K或25℃（Page132）。
第三节 发动机负荷特性
发动机负荷特性
负荷特性是指发动机转速不变，其经济性指标随负荷而 变化的关系；
各标准对上述问题都作了严格规定，并且对测量 仪器的精度、重要参数的测量精度等也有规定。
功率标定
在发动机铭牌上标定的功率，均为使用中允许的最大功 率。国家标准（GB1105.1－87）规定，按用途和使用特 点，功率可分为以下四种：
• 15min功率：可用于汽车、摩托车、摩托艇等发动机的 功率标定；
• 1h功率：可用于拖拉机、工程机械、船舶等发动机的功 率标定；
• 12h功率：可用于拖拉机、农业排灌、电站等发动机的 功率标定；
• 持续功率：可用于农业排灌、电站、船舶、铁路牵引等 发动机的功率标定。
大气修正
大气状况是指发动机运行地点的环境大气压力、大气温 度和相对湿度；
同一台发动机由于在不同大气状况下使用，其性能差别 很大。需要规定一种标准大气状况，并且还应有一种办 法，把在不同大气状况下试验所得的结果，换算成标准 大气状况下的数值；
入气缸的混合气量，α变化不大，故这种负荷调节方法
称为“量调节” 。
汽油机负荷特性曲线
be的变化取决于ηm 和ηi的变化；
1
be
K3
m
i
随着负荷增加，ηm 和ηi的变化
如右图；
逐渐增大节气门开度（负荷增加），
be迅速下降。当节气门开度增至全
开度的80％左右，为了保证最大功
率，供给α=0.8～0.9的浓混合气， 燃烧不完全，使be又重新上升；
v
n
第二节 发动机台架试验
一、台架试验装置
试验台架 辅助系统 各种测量仪
器、仪表及 操纵台
2020/8/29
发动机原理
9
三、耗油率的测量
耗油率的测量可分容积法和质量法：
容积法：通过测定消耗一定容积的燃油所需的时间， 通常用于汽油机的油耗测量；
计算公式：
B3.6VTfຫໍສະໝຸດ Baidu
t
bep Be1000
质量法：通过测量消耗一定质量的燃油所花费的时
间，通常用于柴油机的油耗测量；
计算公式：
B3.6m t be pBe1000
容积法
试验时操作如下：
• 打开油箱开关，三通阀处于位置A； • 测量前将三通阀旋至位置B，油箱同
时向发动机和量瓶供油，直到量瓶油 面高于选定圆球容积的刻线，将三通 阀仍置于位置A等待测量； • 测量时，将三通阀旋至位置C，发动 机直接由量瓶供油，量瓶油面下降， 记录燃油流过所选圆球上下部刻线间 容积VT所用时间t，同时测量功率Pe ； • 将量瓶再次充满燃油（三通阀旋至位 置B）后准备下一次测量。
陆上运输(曲线3，面工况)。发 动机功率和转速都独立地在很 大范围内变化，它们之间没有 特定的关系。如驱动汽车等陆 上运输车辆。
发动机的特性
发动机性能指标随调整情况及运转工况而变化 的关系称为发动机特性；
随调整情况而变化的又称调整特性，如柴油机 供油提前角调整特性、汽油机点火提前角调整 特性、化油器调整特性等；
性能指标随运行工况而变化的又称性能特性；
特性用曲线表示称为特性曲线，它是评价发动 机性能的一种简单、方便、必不可少的形式。
发动机的有效指标
平均有效压力： pmeKi mv
有效功率：
pe K1v mi n
有效转矩：
TtqK2v mi
有效燃油消耗率： 每小时耗油量：
be
K3
1
m i
B
K4
以曲线表示，则称为负荷特性曲线；
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转矩，以 适应外界阻力矩的变化，保持发动机转速不变；
当转速不变时，有效功率Pe与有效转矩Ttq、平均有效压 力pme互为正比，因此负荷特性横坐标——负荷可用Pe、 Ttq或pme表示；