內(nèi)燃機學課件第九章 文檔資料

1、第九章,內(nèi)燃機的使用特性與匹配,?,內(nèi)燃機的特性是內(nèi)燃機性能的綜合反映。特性的形式有很,多，除了前幾章已經(jīng)介紹的,內(nèi)燃機調(diào)速特性,與,調(diào)整特性,(,如,點火提前角調(diào)整特性、供油提前角調(diào)整特性,),外，本章,將重點介紹內(nèi)燃饑的基本特性，如,負荷特性、速度特性、,萬有特性,等。由于內(nèi)燃機是為其他動力裝置或工作機械提,供動力的，相互之間的配合特性不僅涉及到工作機械的性,能，也與內(nèi)燃機本身的特性密切相關(guān)，為此，本章將介紹,內(nèi)燃機與工作機械的匹配方法。,?,對內(nèi)燃機的特性及其匹配進行研究，不僅是為了,評價內(nèi)燃,機的性能,，為正確、合理地選用內(nèi)燃機提供依據(jù)，同時，,還可以通過對影響內(nèi)燃機特性,各種因素的分

2、析,。提出改進,特性以適應(yīng)匹配要求的各種技術(shù)措施，以優(yōu)化整個動力裝,置的性能。,主要內(nèi)容,?,第一節(jié),內(nèi)燃機的工況,?,第二節(jié),內(nèi)燃機的負荷特性,?,第三節(jié),內(nèi)燃機的速度特性,?,第四節(jié),內(nèi)燃機的萬有特性,?,第五節(jié),內(nèi)燃機的功率標定及大氣修正,?,第六節(jié),內(nèi)燃機與工作機械的匹配,第一節(jié),內(nèi)燃機的工況,內(nèi)燃機工況就是指內(nèi)燃機實際運行的工作狀況。,工況的定義,表示工作頻率的轉(zhuǎn)速,n,表示工作負荷的轉(zhuǎn)矩,T,tq,、功率,P,e,，,T,tq,與,p,me,成正比,e,t,q,m,e,P,Tn,p,n,?,?,內(nèi)燃機的工作區(qū)域,上邊界線,3,為內(nèi)燃機油,量控制機構(gòu)處于最大,位置時，不同轉(zhuǎn)速下,內(nèi)燃

3、機所能發(fā)出的最,大功率,左側(cè)邊界線為內(nèi)燃機最低穩(wěn)定,工作轉(zhuǎn)速,n,min,限制線，低于此,轉(zhuǎn)速時，由于曲軸飛輪等運動,部件儲存能量較小，導致轉(zhuǎn)速,波動大，內(nèi)燃機無法穩(wěn)定工作,右側(cè)邊界線為最高轉(zhuǎn),速,n,max,限制線，受到,轉(zhuǎn)速過高所導致的慣,性力增大、機械摩擦,損失加劇、充量系數(shù),下降、工作過程惡化,等各種不利因素的限,制,內(nèi)燃機的工況分類,點工況：,運行過程中，轉(zhuǎn),速和負荷保持不變，如排,灌所用的水泵的動力,點工況：,運行過程中，轉(zhuǎn),速和負荷保持不變，如排,灌所用的水泵的動力,線工況,2,：,其特點是內(nèi)燃機的,功率與轉(zhuǎn)速接近于冪函數(shù)關(guān),系，如圖中的曲線,2,示的三次,冪函數(shù),( ),。當內(nèi)

4、燃機,作為船用主機驅(qū)動螺旋槳時，,內(nèi)燃機所發(fā)出的功率必須與,螺旋槳吸收的功率相等，而,吸收功率又取決于螺旋槳轉(zhuǎn),速的高低，且與轉(zhuǎn)速成冪函,數(shù)關(guān)系，這樣，內(nèi)燃機功率,就呈現(xiàn)一種十分有規(guī)律的變,化。該類工況常被稱為螺旋,槳工況或推進工況，也屬于,線工況。,3,n,P,e,?,面工況：其特點是功率與轉(zhuǎn),速都在很大范圍內(nèi)變化，它,們之間沒有特定的關(guān)系。汽,車及其他陸地運輸用內(nèi)燃機，,都居于這種工況。此時，內(nèi),燃機的轉(zhuǎn)速決定于行駛速度、,可以從最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速一直變,到最高轉(zhuǎn)速；負荷取決于行,駛阻力，在同一轉(zhuǎn)速下，可,以從零變到全負荷。內(nèi)燃機,可能的工作區(qū)域就是該種類,型內(nèi)燃機的實際工作區(qū)域，,相應(yīng)的上況區(qū)

5、域稱為面工況。,研究內(nèi)燃機特性的必要性,為了評價內(nèi)燃機在不同工況下運行的動,力性指標,(,如功率、轉(zhuǎn)矩、平均有效壓,力等,),、經(jīng)濟性指標,(,燃油消耗率,),、排,放指標以及反映工作過程進行的完善程,度指標,(,如指示熱效率、充量系數(shù)以及,機械效率,),等，就必須研究內(nèi)燃機的特,性。,有關(guān)定義,?,所謂,內(nèi)燃機的特性,，就是指上述性能參數(shù)隨,參數(shù)調(diào)整情況或運轉(zhuǎn)工況變化的規(guī)律。,?,性能指標隨調(diào)整情況變化的特性稱為,調(diào)整特,性,，如點火提前角調(diào)整特性、供油提前角調(diào),整特性等；,?,性能指標隨運行工況變化的特性稱為,性能特,性,，如負荷特性、速度特性和調(diào)速特性等。,?,用來表示特性的曲線稱為,特

6、性曲線,，它是評,價內(nèi)燃機的一種簡單、直觀、方便的形式。,第二節(jié),內(nèi)燃機的負荷特性,?,定義,?,測試方法,?,作用,?,曲線及說明,?,定義,負荷特性,是指當轉(zhuǎn)速不變時，內(nèi)燃機的性能,指標隨負荷而變化的關(guān)系，用曲線的形式表,示出來，就稱為負荷特性曲線。驅(qū)動發(fā)電機、,壓縮機、風機、水泵等動力裝置的內(nèi)燃機，,就是按負荷特性運行的。,測試方法,負荷特性曲線是在發(fā)動機試驗臺架上測取的。,試驗時，調(diào)整測功器負荷的大小，并相應(yīng)調(diào)整油,量調(diào)節(jié)機構(gòu)位置，以保持發(fā)動機的轉(zhuǎn)速不變，待,工況穩(wěn)定后，依次記錄不同負荷下的有關(guān)數(shù)據(jù)，,并整理得到性能曲線。,作,用,由了負荷特性可以直觀地顯示發(fā)動機在不同負荷,下運轉(zhuǎn)的經(jīng)

7、濟性以及排溫等參數(shù)，且比較容易測,定，因而在內(nèi)燃機的調(diào)試過程中，經(jīng)常用來作為,性能比較的依據(jù)。由于每一,條負荷特性僅對應(yīng)內(nèi),燃機的一種轉(zhuǎn)速，為了滿足實際應(yīng)用的要求，需,要側(cè)出不同轉(zhuǎn)速下的多個負荷特性曲線。同時，,根據(jù)這些特性曲線，可以得到發(fā)動機的另外一個,重要的特性,萬有特性。,利用負荷特性評價內(nèi)燃機的燃油經(jīng)濟性,?,在負荷特性曲線圖上，最低燃油消耗率越小，內(nèi)燃,機的經(jīng)濟性越好；,?,燃油消耗率曲線變化越平坦，表示在寬廣的負荷范,圍內(nèi)，能保持較好的燃油經(jīng)濟性，這對于負荷變化,大的內(nèi)燃機來說十分重要。,?,此外，無論是汽油機還是柴油機，都是在中等偏大,的負荷范圍下，燃油消耗率最低。全負荷時，雖然

8、,內(nèi)燃機功率輸出最大，但燃料經(jīng)濟性并不是最好。,在低負荷區(qū)，燃油消耗率顯著升高。,?,為使內(nèi)燃機在實際使用時節(jié)約燃料，希望負荷接近,中等負荷。,對于一條特定的,負荷特性曲線而,言，轉(zhuǎn)速是固定,不變的，這樣有,效功率,Pe,、有效,轉(zhuǎn)矩,Ttq,與平均有,效壓力,p,me,互成,比例關(guān)系，均可,用來表示負荷的,大小。,負荷特性的橫坐標通常是上述三個參數(shù)之一，較為常用,的是有效功率,Pe,或平均有效壓力,p,me,?？v坐標主要是燃,油消耗量,B,、燃油消耗率,be,以及排溫、煙度、機械效率,m,等。圖,8,2,所示的就是典型的負荷特性曲線。,一、柴油機的負荷特性,燃油消耗率曲線的變化趨勢，通過,燃

9、油消耗率曲線的定義式分析如下,(9,2),對于非增壓柴油機而吉，當柴油機,按負荷特性運行時，由于轉(zhuǎn)速不變，,其充量系數(shù)基本保持不變。當負荷,變化時，通過燃料調(diào)節(jié)機構(gòu)調(diào)整循,環(huán)供油量以適應(yīng)負荷的變化，負荷,增大時油量增加，反之則減少。這,樣，過量空氣系數(shù)隨負荷的增加而,減小，這一負荷調(diào)節(jié)過程被稱為,“,變質(zhì)調(diào)節(jié),”,。,m,it,e,b,?,?,1,?,柴油機的負荷特性走勢分析,當負荷為零,(,空載,),時，因無動力輸出，平均有效壓力,p,me,為零，,故機械效率,m,為零，意味著內(nèi)燃機所發(fā)出的功率完全用于自身,消耗，這樣從式,(9,2),可知燃油消耗率,be,為無窮大。當負荷逐,漸增大時，由于

10、平均機械損失壓力,p,mm,在轉(zhuǎn)速不變時變化不大，,而平均有效壓力,p,me,則隨負荷提高而增大，因此機械效率,隨負荷的增大而上升得較快。因此，燃油消耗率,be,，曲線在負,荷增加時下降得很快。并且，到達某一負荷時，,be,達到最低值。,隨著負荷的進一步增加，過量空氣系數(shù),a,變得更小，混合氣形,成與燃燒開始惡化，指示熱效率,it,開始明顯下降，其下降速度,逐漸超過機械效率上升的速度，燃油消耗率開始上升。如果繼,續(xù)增加負荷，則空氣相對不足，燃料無法完全燃燒，從而使燃,油消耗率上升很快，且柴油機大量冒黑煙，導致活塞、燃燒室,積碳,.,，發(fā)動機過熱，可靠性以及壽命受到影響。如超過該極限,再進一步增

11、大負荷，柴油機大量冒黑煙，功率反而下降。,?,?,me,mm,mm,me,me,m,p,p,p,p,p,?,?,?,?,1,1,?,m,it,e,b,?,?,1,?,二、汽油機的負荷特性,與柴油機不同的是，在測,取汽油機的負荷特性時，,油量是通過改變節(jié)氣門的,開度來調(diào)整的，這樣相應(yīng),地改變了進入氣缸的混合,氣數(shù)量，而混合氣的濃度,變化不大，故稱為“變量,調(diào)節(jié)”。,圖,8,2b,是汽油,機的負荷特性。初看起來，,汽油機的負荷特性與柴油,機負荷特性似乎沒什么區(qū),別。,柴油機與汽油機負荷特性的區(qū)別,1),汽油機的燃油消,耗率普遍較高，且,在從空負荷向中、,小負荷段過渡時，,燃油消耗率下降緩,慢，仍維

12、持在較高,水平，燃油經(jīng)濟性,明顯較差,。,2),汽油機排溫,普遍較高，,且與負荷關(guān),系較小。,3),汽油機的燃,油消耗量曲線,彎曲度較大，,而柴油機的燃,油消耗量曲線,在中、小負荷,段的線性較好。,特性差別的解釋（,1,）,因為兩種類型發(fā)動機的機械效率變化情況基本類似，根據(jù)式,(8,2),，造成汽油機與柴油機燃油消耗率差異的主要原因就在,于,指示熱效率,的差異。由于柴油機的壓縮比比汽油機高出較多，,其過量空氣系數(shù)也要比汽油機大，燃燒大部分是在空氣過量的,情況下進行的，所以柴油機的指示熱效率要比汽油機要高。這,樣，,從數(shù)值上看，汽油機的燃油消耗率數(shù)值高于柴油機。,另一,方面，從指示熱效率曲線的變

13、化趨勢上來看，兩者也有比較明,顯的差異。在轉(zhuǎn)速不變的前提下，柴油機進人氣缸的空氣量基,本上不隨負荷大小而變化，而每循環(huán)供油量則隨負荷的增大而,增大，這樣過量空氣系數(shù)就隨負荷的增大而減小，因此，指示,熱效率也就隨負荷的增大而降低；汽油機采用定質(zhì)變量的負荷,調(diào)節(jié)方法，在接近滿負荷時采取加濃混合氣導致指示熱效率明,顯下降，而在低負荷時，由于節(jié)氣門開度小，殘余廢氣系數(shù)較,大，燃燒速率降低，需采用濃混合氣，加之當負荷減小時泵氣,損失增大，導致指示熱效率下降。這樣,汽油機的燃油消耗率在,中、小負荷區(qū)遠高于柴油機。,特性差別的解釋（,2,）,排氣溫度曲線,的差異也可以用上述原因來解釋。,汽油機的壓縮比比柴油

14、機低，相應(yīng)的膨脹比也,低，排溫就要比柴油機高出許多。在負荷變化,時，盡管由于混合氣總量的增加引起加入氣缸,總熱量的增加，使排溫隨負荷的提高而上升，,但由于在大部分區(qū)域內(nèi)過量空氣系數(shù)保持不變，,故排溫上升幅度不大。在柴油機中，隨著負荷,的提高，過量空氣系數(shù)隨之降低，排溫顯著上,升。,第三節(jié),內(nèi)燃機的速度特性,內(nèi)燃機速度特性，是指內(nèi)燃機在油量調(diào)節(jié)機構(gòu),(,油量調(diào)節(jié)齒條、拉桿或節(jié)氣門開度,),保持不變,的情況下，主要性能指標,(,轉(zhuǎn)矩、油耗、功率、,排溫、煙度等,),隨內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。當汽,車沿阻力變化的道路行駛時，若油門位置不變，,轉(zhuǎn)速會因路況的改變而發(fā)生變化，這時內(nèi)燃機,是沿速度特性工作。

15、,定義,測試方法,速度特性也是在內(nèi)燃機試驗臺架上測出的。測,量時，將油量調(diào)節(jié)機構(gòu)位置固定不動，調(diào)整測,功器的負荷，內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速相應(yīng)發(fā)生改變，然,后記錄有關(guān)數(shù)據(jù)并整理繪制出曲線，一般是以,發(fā)動機轉(zhuǎn)速作為橫坐標。,部分速度特性與外特性,當油量控制機構(gòu)在標定位置時，測得的特性為,全負荷速度特性,(,簡稱,外特性,),；油量低于標定位,置時的速度特性，稱為,部分負荷速度特性。,由,于外特性上反映了內(nèi)燃機所能達到的最高性能，,確定了最大功率、最大轉(zhuǎn)矩以及對應(yīng)的轉(zhuǎn)速，因,而是十分重要的，所有發(fā)動機出廠時都必須提供,該特性。,特性曲線,一、柴油機的速度特性,圖,8,3a,是柴油機的速度特性。對圖中主要參數(shù),

16、(,如有效,轉(zhuǎn)矩與燃油消耗率,),的變化趨勢，可作如下分析。,由于轉(zhuǎn)矩,T,tq,正比于平均有效壓力,p,me,，而,p,me,可以表示為,(9,3),式中，,g,b,為每循環(huán)供油量。,可見，在柴油機中，轉(zhuǎn)矩的大小取決于每循環(huán)供油量,g,b,，,指示熱效率,it,以及機械效率,m,，圖,8,4,給出了外特性上主,要參數(shù)的變化情況，其趨勢可分別闡述如下。,m,it,b,m,s,it,m,mi,me,g,V,Q,p,p,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,1,1),對于常用的柱塞式供油泵，,當油量調(diào)節(jié)機構(gòu)位置固定且無,特殊的油量校正裝置時，隨柴,油機轉(zhuǎn)速的下降，通過柱塞與,柱塞套間的燃

17、油泄漏增多，且,柱塞有效行程由了斜槽節(jié)流作,用的減弱而降低，導致每循環(huán),供油量,gb,有所減少，如圖,8,4,中的曲線,1,。加裝校正裝置后,的油泵，其,gb,隨轉(zhuǎn)速的變化趨,勢如圖中的曲線,2,和曲線,3,，即,在轉(zhuǎn)速降低時可以保持供油量,的基本不變或略有上升。曲線,的具體形狀取決于校正方法。,根據(jù)機械效率的分析式，,式中，,A,為一常數(shù)。,當內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速降低,時，平均機械損失壓力,p,mm,將逐漸減少，,it,及,c,有適當?shù)脑黾?，特別,是,p,mm,的下降占主導地位，,故機械效率,m,將隨轉(zhuǎn)速,的降低而提高。,a,it,c,mm,mi,mm,m,A,p,p,p,?,?,?,?,?,?,?

18、,?,?,?,1,1,2),在發(fā)動機轉(zhuǎn)速從最高,轉(zhuǎn)速逐漸降低時，柴油,機的充量系數(shù),c,由于氣,流速度的下降、節(jié)流損,失的降低而逐漸提高，,這對改善燃燒、提高指,示熱效率,it,有好處。然,而，在轉(zhuǎn)速過低時，出,于不能利用氣流慣性進,行過后充氣，,c,出現(xiàn)下,降趨勢，會使得指示熱,效率,it,下降,?,根據(jù)以上分析可知，對于無油量校正,裝置的柴油機，在轉(zhuǎn)速降低時，由于,每循環(huán)供油量的減少，相應(yīng)抵消了機,械效率,m,和熱效率,it,提高的影響。,綜合作用的結(jié)果是使得柴油機外特性,上的轉(zhuǎn)矩,T,tq,曲線很平坦。,?,在部分負荷速度特性上，在轉(zhuǎn)速很低,時充量系數(shù),c,下降，導致了,it,的下,降，

19、且每循環(huán)供油量,g,b,隨轉(zhuǎn)速下降的,幅度較大，使得,it,下降幅度超過了機,械效率,m,隨轉(zhuǎn)速降低而增長的幅度，,因而轉(zhuǎn)矩曲線出現(xiàn)了如圖,8,3,所示的,隨轉(zhuǎn)速下降而降低的趨勢。,柴油機的燃油消耗率,be,曲線在整個,速度特性的變化范圍內(nèi)比較平坦，兩,端略有上翹，同樣可利用式,(8,2),來,解釋。,be,在某一中間轉(zhuǎn)速時最低，,當轉(zhuǎn)速高于此轉(zhuǎn)速時，因,m,和,it,同,時下降而使,be,上升；而當轉(zhuǎn)速低于,此轉(zhuǎn)速時，由于充量系數(shù),c,下降，,加上燃油霧化差，渦流減弱，使得,m,的上升彌補不了,it,的下降幅度，,be,同樣上升。在部分負荷速度特性,上，燃油消耗率整體水平由于,m,較,低而較

20、外特性上的燃油消耗率曲線有,所上升，但隨轉(zhuǎn)速的變化趨勢基本與,外特性相似。,二、汽油機的速度特性,汽、柴速度特性的差別,1),柴油機在各種負荷的速度特性下的轉(zhuǎn)矩曲線都比,較平坦，在中、低負荷區(qū)，轉(zhuǎn)矩甚至隨轉(zhuǎn)速升高而,增大；而汽油機的速度特性則不同，轉(zhuǎn)矩曲線的總,趨勢是隨轉(zhuǎn)速升高而降低，節(jié)氣門開度越小，這種,降低的斜率越大，并導致功率曲線呈上凸形,(,圖中曲,線,3,與,4),，隨著節(jié)氣門開度減小，相應(yīng)的最大功率,和對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降低。,2),柴油機的燃油消耗率曲線在各種負荷的速度特,性下都比較平坦，僅在兩端略有翹起，最經(jīng)濟區(qū),的轉(zhuǎn)速范圍很寬；汽油機則有所不同，其油耗曲,線的翹曲度隨節(jié)氣門開度減小而

21、劇烈增大，相應(yīng),最經(jīng)濟區(qū)的轉(zhuǎn)速范圍越來越窄。,特性差別之分析（走勢分析）,?,對于上述現(xiàn)象，可以通過轉(zhuǎn)矩的分析式來解釋。與柴油,機不同的是，汽油機采用定質(zhì)變量的負荷調(diào)節(jié)方法，故,轉(zhuǎn)矩的變化與吸入氣缸的混合氣數(shù)量有密切的關(guān)系。為,此，根據(jù)充量系數(shù)的定義式，可得,?,?,?,將其代入式,(8,3),，并化簡為,（,8,5,）,?,由前所述可知，汽油機的過量空氣系數(shù),a,基本上不,隨轉(zhuǎn)速而變化，故可將其看成一個定值。這樣，轉(zhuǎn)矩就,取決于指示熱效率,it,、充量系數(shù),c,和機械效率,m,的乘,積。,以下分析三者隨轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律,0,0,1,l,V,l,m,g,a,s,s,c,a,b,?,?,?,?,?

22、,?,m,it,a,c,m,it,b,me,g,p,?,?,?,?,?,?,?,?,(1),指示熱效率,it,在節(jié)氣門全開的情況下,(,外特性曲線,),，發(fā)動機低,速運轉(zhuǎn)時，由于氣缸內(nèi)氣流擾動減弱，火焰?zhèn)鞑?速度降低，傳熱損失以及漏氣損失相對增加，導,致,it,略有下降；而高轉(zhuǎn)速時，由于以曲軸轉(zhuǎn)角計,的燃燒持續(xù)期增大，以及泵吸功增加，對,it,也會,產(chǎn)生不利的影響，故曲線整體呈現(xiàn)馬鞍形的上凸,狀。當節(jié)氣門開度減小后,(,部分負荷,),，隨轉(zhuǎn)速的,提高，節(jié)氣門的節(jié)流作用大大加強，泵氣損失所,占比重增大，導致指示熱效率,it,大大下降，而且,隨節(jié)氣門開度的降低，下降幅度更大。,(2),充量系數(shù),c

23、,圖,8,5a,是汽油機充量系數(shù),c,隨轉(zhuǎn)速的變化情況。圖中,的數(shù)字,1,5,是表示節(jié)氣門不同開度下的,c,曲線，數(shù)字越,大，則開度越小。汽油機沿速度特性運行而節(jié)氣門全開,(,即外特性下,),時，,c,曲線在某一中間轉(zhuǎn)速處呈上凸狀，,低于或高于此轉(zhuǎn)速則有一定幅度的下降,(,圖中曲線,1),。同,樣沿速度特性運行而節(jié)氣門處于部分開度時，由于進氣,節(jié)流嚴重，進氣阻力增加，,c,減小，而且隨轉(zhuǎn)速升高，,c,下降的斜率也增大；轉(zhuǎn)速降低時，進氣阻力減小，節(jié),氣門的節(jié)流作用減弱，,c,增加,(,圖中的曲線,2,、,3,、,4,、,5),。,(3),機械效率,m,?,機械效率,m,隨節(jié)氣門開度的變化規(guī)律，如

24、圖,8,5b,所示。根據(jù)式,(8,4),可知，當汽油機按外特性運行時，由于轉(zhuǎn)速越高，機械損失,壓力,p,mm,越大，故機械效率,m,隨轉(zhuǎn)速的增加而下降。當沿部分負荷,速度特性工作時，節(jié)氣門處于部分開度，,m,隨轉(zhuǎn)速的增加而下降的,斜率比節(jié)氣門全開時大,(,比較圖中曲線,1,與,3),，這是因為,p,mm,與節(jié)氣,門全開時一樣隨轉(zhuǎn)速增加而增加，而充量系數(shù),c,和指示熱效率,it,則,隨轉(zhuǎn)速增加而下降很快，相應(yīng)導致平均指示壓力,p,mi,隨轉(zhuǎn)速增加而急,劇降低。當轉(zhuǎn)速高于某一值后，就會出現(xiàn),p,mi,p,mm,的情況，而使機,械效率為零，意味著內(nèi)燃機在相應(yīng)轉(zhuǎn)速下空車運行,(,無功率輸出，圖,中曲線

25、,4),。節(jié)氣門開度越小，出現(xiàn),m,0,的轉(zhuǎn)速就越低,(,比較曲線,4,與,5),。,根據(jù)以上分析可知，對于汽油機而,言，當節(jié)氣門全開時，轉(zhuǎn)矩曲線將,是一條上凸的曲線，且上凸的位置,在低速區(qū)；而在部分開度時，轉(zhuǎn)矩,隨轉(zhuǎn)速升高而下降，開度越小，曲,線越陡,。,三、適應(yīng)性系數(shù),汽油機的轉(zhuǎn)矩特性，特別適合車用的需要，也就,是說，自動適應(yīng)道路阻力變化的能力較強，行駛,速度比較穩(wěn)定。對此，可以用圖,8,6,來解釋。內(nèi),燃機轉(zhuǎn)矩與外界阻力矩在,a,點是平衡的，內(nèi)燃機將,在,a,點對應(yīng)的轉(zhuǎn)速,n,a,下穩(wěn)定工作。如遇上坡等阻力,增加的情況，內(nèi)燃機從工況,a,過渡到工況,1,、沿速,度特性,1,工作的內(nèi)燃機驅(qū)

26、動轉(zhuǎn)矩增大了T,tq1,，轉(zhuǎn),速相應(yīng)降低了n1。這說明駕駛員不用操作，發(fā),動機自動進行了調(diào)整，轉(zhuǎn)速降低而轉(zhuǎn)矩增大，以,克服外界阻力的變化。對于另一發(fā)動機，其速度,特性如圖中曲線，由于其轉(zhuǎn)矩曲線較平坦，則,從工況,a,過渡到工況,2,時，轉(zhuǎn)速降低較多(,n2,n1,),而轉(zhuǎn)矩增大的幅度并不大(T,tq2,T,tq1,),。這一,結(jié)果說明，內(nèi)燃機轉(zhuǎn)矩曲線越陡，運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性,和操縱性能就越好。因此，汽油機一般不需要配,備調(diào)速裝置，即使當阻力矩突變到零時，汽油機,的轉(zhuǎn)速也不會超速或飛車。柴油機的調(diào)節(jié)過程與,裝置則與汽油機有明顯的不同，需要采用專門設(shè),計的調(diào)速器。,概念引入,?,定義,?,范圍,定,義,

27、?,衡量內(nèi)燃機工作穩(wěn)定性能的指標是轉(zhuǎn)矩適應(yīng)性系數(shù),Tq,和轉(zhuǎn),速適應(yīng)性系數(shù),n,。轉(zhuǎn)矩儲備系數(shù)是指外特性上最大轉(zhuǎn)矩,T,tqmax,與標定轉(zhuǎn)矩,T,tqn,之比，即,?,相應(yīng)地，轉(zhuǎn)速適應(yīng)性系數(shù),n,是指標定轉(zhuǎn)速,n,n,與外特性上最,大轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的轉(zhuǎn)速,n,tq,之比，即,?,?,衡量內(nèi)燃機動力性能對外阻力變化的適應(yīng)能力的指標稱為適,應(yīng)系數(shù),Tqn,Tqn,=,Tq,.,n,m,a,x,t,q,t,q,tq,n,T,T,?,?,n,n,t,q,n,n,?,?,范,圍,汽油機,tq,=1.251.35,n,=1.62.5,柴油機,tq,=1.051.25,n,=1.42.0,說明：,1,、汽油機適

28、應(yīng)性優(yōu)于柴油機；,2,、近年來儲備功率提高，外特性應(yīng)用概率減小，適應(yīng)系數(shù)重要性下降。,第四節(jié),內(nèi)燃機的萬有特性,負荷特性和速度特性只能用來表示某一轉(zhuǎn)速或,某一油量控制機構(gòu)位置時，內(nèi)燃機各種參數(shù)的變,化規(guī)律，而內(nèi)燃機特別是車用內(nèi)燃機的工況變化,范圍很廣，要分析各種工況下的性能，就需要多,張負荷特性或速度特性圖，這樣既不方便，也不,直觀。為了,能在一張圖上較全面地表示內(nèi)燃機各,種性能參數(shù)的變化，經(jīng)常應(yīng)用多參數(shù)的特性曲線，,這種特性就是萬有特性,。,萬有特性曲線一般是以轉(zhuǎn)速,n,為橫坐標，以負荷,(,平均有效,壓力,p,me,),為縱坐標。在圖上繪出若干條,等油耗曲線和等功,率曲線,。兩種類型內(nèi)燃機

29、典型的萬有特性如圖,8,7,所示。,根據(jù)需要，還可在萬有特性曲線上繪出等節(jié)氣門開度線、,等排放線、等過量空氣系數(shù)線等。,（一）萬有特性的繪制方法,根據(jù)發(fā)動機類型的不同，萬有特性有兩種繪制方,法，即,負荷特性法和速度特性法,。,對于柴油機，,一般是依據(jù)不同轉(zhuǎn)速下的負荷特,性，用作圖法求出；,對于汽油機，則根據(jù)不同節(jié)氣門位置的速度特性，,用作圖法求得。,近年來，由于計算機測試技術(shù)以及計算技術(shù)的應(yīng),用，也可采用數(shù)值計算方法對大量的試驗數(shù)據(jù)進,行回歸及等值線的插值運算，從而直接得到萬有,特性。,1,、負荷特性法,（等油耗線作法）,1),將各種轉(zhuǎn)速下的負荷特性,以平均有效壓力,pme,為橫坐標，,be,

30、為縱坐標，以同一比例尺,繪出特性曲線若干張。,2),根據(jù)內(nèi)燃機工作轉(zhuǎn)速范圍，,標出萬有特性橫坐標,n,的標尺，,縱坐標,pme,的標尺則與整理得到,的負荷特性上的,pme,標尺相同。,3),將某一轉(zhuǎn)速的負荷特性旋轉(zhuǎn),90,。,后置于萬有特性縱坐標軸的左側(cè)，,使同樣是平均有效壓力的兩個坐標對齊。在負荷特性圖上引若干條,等燃油消耗率線與,be,線相交，每條線各有一至二個交點；再從每一,個交點引水平線至萬有特性上與負荷特性線相同轉(zhuǎn)速的位置上，獲,得若干新交點。在每一交點上標注出燃油消耗率的數(shù)值。,4),然后，更換另一轉(zhuǎn)速下的內(nèi)燃機,負荷特性，按照與上述同樣的方法，,得到另,轉(zhuǎn)速位置下的若干交點。,在

31、交點上同樣標上相應(yīng)的燃油消耗,率數(shù)值。,5),所有轉(zhuǎn)速下的負荷特性都經(jīng)過,這樣的轉(zhuǎn)換后，依次將,be,值相等,的點連成光滑曲線，即可得到萬,有特性上的等燃油消耗率線。,1,、負荷特性法,（等功率線作法）,等功率曲線是根據(jù)式,(8,1),的變化形式,作出，其中,K,對于一個,給定的內(nèi)燃機為常數(shù)，這樣，在,p,me,n,坐標,中，等功率曲線是一族雙曲線。,?,將內(nèi)燃機全負荷的速度特性線,p,me,f(n),的關(guān),系畫在萬有特性圖上，就構(gòu)成了萬有特性的,上邊界線。,n,p,K,P,m,e,e,?,?,?,2,、速度特性法,1),在第一象限中繪出不同,節(jié)氣門開度下的速度特性,上的轉(zhuǎn)矩曲線,(,以平均有

32、效,壓力,p,me,，表示,),，在曲線尾,端標出相應(yīng)的節(jié)氣門開度。,2),在第四象限繪出相應(yīng),節(jié)氣門開度下的燃油消,耗率,be,曲線，同樣注明,節(jié)氣門開度的百分數(shù)。,3),在,be,的坐標軸上，引若干條等燃,油消耗率的水平線與曲線相交，每,一水平線與,be,曲線族均有一組交點。,通過交點引鉛垂線向上至第一象限，,與相應(yīng)開度的轉(zhuǎn)矩曲線相交，得到,一組新交點，并注明燃油消耗率數(shù),值。此時，同組交點的,be,值是相,等的。,4),將等,be,值的各點連成光滑的等,值線，并標上相應(yīng)的數(shù)值，從而,得到萬有特性上的等燃油消耗率,曲線。這樣，不同節(jié)氣門開度下,的速度特性全部反映在一張圖中，,這對于車用發(fā)動

33、機而言，應(yīng)用十,分方便。,（二）萬有特性的應(yīng)用,?,在萬有特性圖上，最內(nèi)層的等燃油消耗率曲線相當于內(nèi)燃機運轉(zhuǎn),的最經(jīng)濟區(qū)域，等值曲線越向外，經(jīng)濟性越差。,?,等燃油消耗率曲線的形狀與位置對內(nèi)燃機的實際使用經(jīng)濟性能有,重要的影響。,?,如果該曲線的形狀在,橫向上較長,，則表示內(nèi)燃機在負荷變化不大,而轉(zhuǎn)速變化較大的情況下工作時，燃油消耗率變化較小。,?,如果曲線形狀在,縱向較長,，則表示內(nèi)燃機在負荷變化較大而轉(zhuǎn)速,變化不大的情況下工作時，油耗率變化較小。,?,對于,汽車用內(nèi)燃機,，最經(jīng)濟區(qū)域應(yīng)大致在萬有特性的中間位置，,這樣常用轉(zhuǎn)速和負荷就可以落在最經(jīng)濟區(qū)域內(nèi)，并希望等燃油梢,耗率曲線在橫向較長。

34、對于,拖拉機以及工程機械用內(nèi)燃機,，其轉(zhuǎn),速變化范圍較小而負荷變化范圍較大，最經(jīng)濟區(qū)域應(yīng)在標定轉(zhuǎn)速,附近，并沿縱向較長。,（二）萬有特性的應(yīng)用,從萬有特性上可以發(fā)現(xiàn)，兩種類型內(nèi)燃機存在著明顯的,差異,?,首先，汽油機的燃油消耗率比柴油機高；,?,其次，汽油機的最經(jīng)濟區(qū)域處在偏上的位置，即高負荷區(qū)，,隨負荷降低，油耗增加較快，而柴油機的最經(jīng)濟區(qū)則比較,適中，負荷改變時經(jīng)濟性能變化不大。,?,由于車用汽油機常在較低負荷下工作，燃油消耗率較大，,故其使用經(jīng)濟性能不佳。,?,對于車用柴油機而言，由于多數(shù)用于載貨汽車、工程機械、,礦山車輛等場合，負荷率高，從萬有特性上可以看出其使,用經(jīng)濟性較好。,（二）

35、萬有特性的應(yīng)用,如何提高實際使用條件下的燃料經(jīng)濟性，對于實現(xiàn),汽車的節(jié)能具有很大的實際意義，而提高負荷率是,提高汽油機燃料經(jīng)濟性最有效的措施，另一個重要,的措施就是實現(xiàn)內(nèi)燃機與傳動裝置的合理匹配,（二）萬有特性的應(yīng)用,如果內(nèi)燃機的萬有特性不能滿足使用要求，則應(yīng),重新選擇內(nèi)燃機，或者對內(nèi)燃機進行適當?shù)恼{(diào)整，,以改變?nèi)f有特性。,例如，適當改變配氣相位來改變充量系數(shù)特性，,或選擇對轉(zhuǎn)速不太敏感的燃燒系統(tǒng)，可以影響萬有,特性最經(jīng)濟區(qū)域在橫坐標方向的寬度；,降低內(nèi)燃機的機械損失，提高低速、低負荷時冷,卻水溫和機油溫度，都可以降低部分負荷時的燃油,消耗率，在縱坐標方向擴展最經(jīng)濟區(qū)。,第五節(jié),內(nèi)燃機的功率標

36、定及大氣修正,?,一,功率標定,?,二,大氣修正,一,功率標定,?,內(nèi)燃機的功率標定，是指制造企業(yè)根據(jù)內(nèi)燃機,的用途、壽命、可靠性、維修與使用條件等要,求，人為地規(guī)定該產(chǎn)品在標準大氣條件下所輸,出的有效功率以及所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速，即標定功率,與標定轉(zhuǎn)速。世界各國對標定方法的規(guī)定有所,不同。按照國家標準,GBll05,87,內(nèi)燃機臺,架性能試驗方法規(guī)定，我國內(nèi)燃機的功率可,以分為四級；,(1)15min,功率,；,(2)1h,功率,；,(3)12h,功率,；,(4),持續(xù)功率,(1)15min,功率,這一功率為內(nèi)燃機允許連續(xù)運轉(zhuǎn),15min,的最大有,效功率，適用于需要較大功率儲備或瞬時需要,發(fā)出最大

37、功率的轎車、中小型載貨汽車、軍用,車輛、快艇等用途的內(nèi)燃機。,(2)1h,功率,?,這一功率為內(nèi)燃機允許連續(xù)運轉(zhuǎn),1h,的最大有,效功率，適用于需要一定功率儲備以克服突,增負荷的工程機械、船舶主機、大型載貨汽,車和機車等用途的內(nèi)燃機。,(3)12h,功率,?,這一功率為內(nèi)燃機允許連續(xù)運轉(zhuǎn),12h,的最大有,效功率，適用于需要在,12h,內(nèi)連續(xù)運轉(zhuǎn)而又需,要充分發(fā)揮功率的拖拉機、移動式發(fā)電機組、,鐵道牽引等用途的內(nèi)燃機。,(4),持續(xù)功率,?,這一功率為內(nèi)燃機允許長期連續(xù)運轉(zhuǎn)的最大有,效功率，適用于需要長期連續(xù)運轉(zhuǎn)的固定動力、,排灌、電站、船舶等用途的內(nèi)燃機。,?,根據(jù)內(nèi)燃機產(chǎn)品的使用特點，在內(nèi)

38、燃機的銘牌上一般應(yīng),標明上述四種功率的一或兩種功率及其對應(yīng)的轉(zhuǎn)速。同,時，內(nèi)燃機的最大供油量限定在標定功率的位置上。對,于同一種發(fā)動機，用于不同場合時，可以有不同的標定,功率值，其中，,15min,功率最高，持續(xù)功率最低。,?,除持續(xù)功率外，其他幾種功率均具有間歇性工作的特點，,故常被稱為間歇功率。對間歇功率而言，內(nèi)燃機在實際,按標定功率運轉(zhuǎn)時，超出上述限定的時間并不意味著內(nèi),燃機將被損壞，但無疑將使內(nèi)燃機的壽命與可靠性受到,影響。,二、,大氣修正,?,內(nèi)燃機所發(fā)出的功率取決于吸入氣缸的空氣量，而吸入,氣缸的空氣量直接與大氣密度有關(guān)。例如，一臺裝備非,增壓柴油機的汽車，從沿海行駛到海拔,220

39、0m,的西寧市，,大氣密度下降了,21,5,，在保持過量空氣系數(shù)不變的,前提下，柴油機的指示功率也將下降,21,左右。由于負,荷減少引起的機械效率下降，導致有效功率下降的幅度,更大，約為,25,一,27,。同樣，大氣相對濕度的變化也,會影響到實際進入氣缸內(nèi)的干空氣量，對工作過程產(chǎn)生,影響。這意味著大氣狀態(tài)變化將全面影響內(nèi)燃機性能。,因此，在功率標定時，必須規(guī)定標準大氣狀態(tài)條件。,(,二,),大氣修正,?,由于內(nèi)燃機運行現(xiàn)場的大氣條件一般都是非,標準大氣條件，在對內(nèi)燃機產(chǎn)品進行性能考,核試驗時，應(yīng)根據(jù)不同的考核項目，將實測,的功率、油耗、轉(zhuǎn)矩等值按對應(yīng)的修正方法,換算成以標準大氣條件作基準的標準

40、值；或,是根據(jù)現(xiàn)場大氣條件將標定功率值按對應(yīng)的,修正方法換算成實際功率值，并以此值來調(diào),定內(nèi)燃機試驗的運行工況點。,有關(guān)修正參數(shù)見課本和有關(guān)參考資料,第六節(jié),內(nèi)燃機與工作機械的匹配,?,本節(jié)重點介紹內(nèi)燃機與動力機械匹配過程中應(yīng),遵循的,基本原則和主要方法,。,由于工作機械的,形式各異、方式不同，匹配的方法也不盡相同。,其中，汽車的運行工況比較復(fù)雜，其匹配問題,在內(nèi)燃機與工作機械的匹配中具有一定的代表,性，所以本節(jié)介紹的重點是汽車與發(fā)動機的合,理匹配。,一、車用內(nèi)燃機的匹配,（一）動力性匹配,（二）經(jīng)濟性匹配,（一）動力性匹配,?,內(nèi)燃機轉(zhuǎn)矩,T,tq,在汽車驅(qū),動輪上產(chǎn)生的驅(qū)動力,F,t,為：

41、,?,內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速,n,與汽車車,速的關(guān)系：,tq,k,0,t,t,T,i,i,F,r,h,=,a,0,0,.,3,7,7,k,r,n,ii,u,=,i,k,、,i,0,分別為汽車變速器、主減速器傳動比；,t,為傳動系效,率，,r,為驅(qū)動輪工作半徑。,于是，可以得到發(fā)動機外特性轉(zhuǎn)矩曲線,T,tq,(n),得出變速器,不同檔位汽車驅(qū)動特性曲線。,r,f,w,i,j,F,=F,F,F,F,行,駛,阻,力,f,F,m,g,f,c,o,s,m,g,f,滾,動,阻,力,a,=,?,2,w,D,r,1,F,C,A,2,v,空,氣,阻,力,r,=,2,w,D,F,0,.,0,4,7,3,C,a,A,v,=,i

42、,F,s,in,m,g,m,g,i,爬,坡,阻,力,a,=,?,a,j,d,v,F,m,d,t,加,速,阻,力,d,=,t,q,k,0,t,2,a,D,T,ii,d,v,0,.,0,4,7,3,C,r,d,t,a,m,g,f,A,v,m,g,f,m,驅(qū),動,力,和,行,駛,阻,力,的,平,衡,可,以,得,到,汽,車,的,行,駛,方,程,：,h,d,=,+,+,+,不同檔位驅(qū)動力,最大爬坡度,最高車速,最高使用轉(zhuǎn)速,后備驅(qū)動力用于加速,（二）燃油經(jīng)濟性匹配,?,汽車的使用油耗,q,100,(L/100km),可以根據(jù)發(fā),動機的負荷（功率,P,e,或阻力,F,r,）和燃油消耗率,b,e,計算,3,

43、1,0,0,q,2,.,7,8,1,0,r,e,t,f,F,b,hr,-,=,?,0,1,0,0,1,0,0,q,0,.,0,0,8,8,4,s,t,m,e,e,k,a,V,pb,i,i,B,v,r,t,=,=,使用油耗,阻力,比油耗,傳動系效率,燃油密度,使用,發(fā)動機,油耗,汽車,車速,發(fā)動機,排量,平均有,效壓力,比油耗,主傳動器,傳動比,驅(qū)動輪工,作半徑,沖程數(shù),油耗,變速器,傳動比,0,1,0,0,1,0,0,q,0,.,0,0,8,8,4,s,t,m,ee,k,a,V,pb,i,i,B,v,r,t,=,=,?,由上式可見，在其他條件不變的條件下，汽車的使用油耗,q,100,與,成正比

44、，只有當其乘積為最小時，,q,100,才能達,到最小。發(fā)動機在,b,emin,下工作時，汽車的,q,100,不一定最低，,只有在車速和功率都不變，汽車的,q,100,才與發(fā)動機的,b,e,變化,趨勢相同。,?,單純改變傳動比，使發(fā)動機在,p,me,較高而,b,e,較低的工況運行，,并不能降低汽車的,q,100,。應(yīng)該設(shè)法使發(fā)動機的萬有特性的最,低油耗區(qū)移至中等轉(zhuǎn)速、較低符合區(qū)域，即設(shè)法是發(fā)動機的,經(jīng)濟區(qū)位于常用檔位、常用車速區(qū)。這就要求選擇發(fā)動機時，,對其特性提出具體要求，或設(shè)法改變特性，適應(yīng)與汽車匹配,的要求。,0,e,k,b,i,i,0,1,0,0,1,0,0,q,0,.,0,0,8,8,4,s,t,m,ee,k,a,V,pb,i,i,B,v,r,t,=,=,?,汽車用不同的變速器檔位行駛時，,q,100,差異較大。在同一道,路條件與車速下，雖然發(fā)動機發(fā)出的功率不變，但檔位越低,（傳動比越大），后備驅(qū)動力越大，發(fā)動機的負荷率越低，,be,越高，,q,100,也越大。使用高檔位的情況則與此相反。因,此增加變速器的擋位，加大通過選用合適擋位使發(fā)動機處于,經(jīng)濟工況的概率，有利于汽車的節(jié)油。近年來，汽車變速器,檔位有逐漸增加的趨勢，轎車變