第七章發(fā)動機特性

1、第七章 發(fā)動機的特性運行運行特性：發(fā)動機的性能指標隨特性：發(fā)動機的性能指標隨工況參數工況參數 的變化規(guī)律；的變化規(guī)律；調整調整特性：發(fā)動機的性能指標隨特性：發(fā)動機的性能指標隨調整參數調整參數 的變化規(guī)律。的變化規(guī)律。 發(fā)動機的特性：在一定條件下，發(fā)動機發(fā)動機的特性：在一定條件下，發(fā)動機性能指標性能指標或或特性參數特性參數隨各種可變因素的隨各種可變因素的變化規(guī)律。變化規(guī)律。主要內容主要內容 第一節(jié)第一節(jié) 發(fā)動機的特性概述發(fā)動機的特性概述 第二節(jié)第二節(jié) 發(fā)動機的負荷特性發(fā)動機的負荷特性 第三節(jié)第三節(jié) 發(fā)動機的速度特性發(fā)動機的速度特性 第四節(jié)第四節(jié) 發(fā)動機的轉矩適應性發(fā)動機的轉矩適應性 第五節(jié)第五節(jié)

2、 車用柴油機的調速特性車用柴油機的調速特性 第六節(jié)第六節(jié) 發(fā)動機的萬有特性發(fā)動機的萬有特性特性曲線特性曲線分析分析1 1發(fā)動機的工況分類發(fā)動機的工況分類（1 1）第一類工況）第一類工況特點：發(fā)動機的功率變化時，特點：發(fā)動機的功率變化時，轉速幾乎保持不變轉速幾乎保持不變。（固定式發(fā)動機工況）（固定式發(fā)動機工況）實例實例1：發(fā)電用發(fā)動機：發(fā)電用發(fā)動機 實例實例2：灌溉用發(fā)動機：灌溉用發(fā)動機 該工況的變化反映在工該工況的變化反映在工況圖上就是一條垂線，所以況圖上就是一條垂線，所以也稱此工況為也稱此工況為線工況線工況。 該工況的變化反映在工該工況的變化反映在工況圖上就是一個點，所以也況圖上就是一個點，

3、所以也稱此工況為稱此工況為點工況點工況。 第一節(jié)第一節(jié) 發(fā)動機的特性概述發(fā)動機的特性概述一、發(fā)動機的工況一、發(fā)動機的工況Def：發(fā)動機實際運行時的工作狀況。：發(fā)動機實際運行時的工作狀況。 9550nTPtqe發(fā)動機的工況可以由發(fā)動機的工況可以由 和和 來表示來表示ePn（2 2）第二類工況）第二類工況 （發(fā)動機的螺旋槳工況）（發(fā)動機的螺旋槳工況） 特點：發(fā)動機的功率與轉速之間接近于特點：發(fā)動機的功率與轉速之間接近于 冪函數冪函數關系。關系。實例：驅動船舶螺旋槳實例：驅動船舶螺旋槳 的船用主機的船用主機 該工況的變化反映該工況的變化反映在工況圖上就是曲線在工況圖上就是曲線。（3 3）第三類工況）

4、第三類工況 （面工況）（面工況） 實例：車用發(fā)動機實例：車用發(fā)動機 特點：發(fā)動機的功率與轉速特點：發(fā)動機的功率與轉速 都在很大范圍內變化。都在很大范圍內變化。2 2車用發(fā)動機的工況范圍車用發(fā)動機的工況范圍（1 1）上邊界線）上邊界線a 發(fā)動機油量控制機構處于發(fā)動機油量控制機構處于最大位置時，不同轉速下發(fā)最大位置時，不同轉速下發(fā)動機所能發(fā)出的最大功率。動機所能發(fā)出的最大功率。A點為最大功率的標定點。點為最大功率的標定點。 發(fā)動機最高轉速發(fā)動機最高轉速 限限制線。制線。maxn（2 2）右邊界線）右邊界線b b2 2車用發(fā)動機的工況范圍車用發(fā)動機的工況范圍（3 3）左邊界線）左邊界線c c發(fā)動機最

5、低穩(wěn)定發(fā)動機最低穩(wěn)定工作轉速工作轉速 限制線。限制線。 minn（4 4）橫坐標軸上的曲線）橫坐標軸上的曲線d d各個油門位置下的各個油門位置下的空轉速度線?？辙D速度線。miPP 此時此時 。（5 5）曲線）曲線e e 處于功率的負半軸，它是處于功率的負半軸，它是發(fā)動機熄火后，外力倒拖時的發(fā)動機熄火后，外力倒拖時的工況線。此時，倒拖功率與發(fā)工況線。此時，倒拖功率與發(fā)動機熄火后空轉的機械損失功動機熄火后空轉的機械損失功率相等。率相等。二、發(fā)動機的功率標定二、發(fā)動機的功率標定 發(fā)動機的功率標定，是指制造企業(yè)根據發(fā)發(fā)動機的功率標定，是指制造企業(yè)根據發(fā)動機的用途、壽命、可靠性、維修與使用條件動機的用途

6、、壽命、可靠性、維修與使用條件等要求，人為地規(guī)定該產品在等要求，人為地規(guī)定該產品在標準大氣條件標準大氣條件下下所輸出的所輸出的有效功率有效功率以及所以及所對應轉速對應轉速，即，即標定功標定功率率與與標定轉速標定轉速。 我國發(fā)動機的功率標定分為我國發(fā)動機的功率標定分為4個等級：個等級：15分鐘功率分鐘功率 、1小時功率小時功率 、12小時功率、持續(xù)功率。小時功率、持續(xù)功率。 u定義：發(fā)動機允許連續(xù)運轉定義：發(fā)動機允許連續(xù)運轉15分鐘分鐘的最大有效功率。的最大有效功率。（1）15分鐘功率分鐘功率u應用：適用于需要較大功率儲備或瞬時發(fā)出最大功率應用：適用于需要較大功率儲備或瞬時發(fā)出最大功率的轎車、中

7、小型載貨汽車、軍用車輛、快艇等用途的發(fā)的轎車、中小型載貨汽車、軍用車輛、快艇等用途的發(fā)動機。動機。u定義：發(fā)動機允許連續(xù)運轉定義：發(fā)動機允許連續(xù)運轉1小時小時的最大有效功率。的最大有效功率。（2）1小時功率小時功率u應用：適用于需要一定功率儲備以克服突增負荷的工程應用：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發(fā)動機。機械、船舶主機、大型載貨汽車和機車等用途的發(fā)動機。u定義：發(fā)動機允許連續(xù)運轉定義：發(fā)動機允許連續(xù)運轉12小時小時的最大有效功率。的最大有效功率。（3）12小時功率小時功率u應用：適用于需要在較長時間內連續(xù)運轉而又要充分應用：適用于需要在較

8、長時間內連續(xù)運轉而又要充分發(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、鐵道牽引等用途的發(fā)動機。的發(fā)動機。u定義：發(fā)動機允許定義：發(fā)動機允許長期連續(xù)運轉長期連續(xù)運轉的最大有效功率。的最大有效功率。（4）持續(xù)功率）持續(xù)功率u應用：適用于需要長期連續(xù)運轉的固定動力、排灌、電應用：適用于需要長期連續(xù)運轉的固定動力、排灌、電站、船舶等用途的發(fā)動機。站、船舶等用途的發(fā)動機。三、發(fā)動機特性參數分析式 nKPmitace1有效功率有效功率mitactqKT2有效輸出轉矩有效輸出轉矩miteKb13有效燃油消耗率有效燃油消耗率nKBac4每小時耗油量每小時耗油量回憶回憶各變

9、量各變量1/QWiit：）（it1：）（m2imiemPPPP1過量空氣系數過量空氣系數a）（3 Def：發(fā)動機工作過程中，燃燒：發(fā)動機工作過程中，燃燒1kg燃油實際燃油實際供給的空氣量與理論空氣量之比。供給的空氣量與理論空氣量之比。充量系數充量系數c）（4 Def：實際進入氣缸的：實際進入氣缸的與與 進氣狀態(tài)進氣狀態(tài)下下 充滿氣缸工作容積的充滿氣缸工作容積的的比值。的比值。sscVVmm11第二節(jié)第二節(jié) 發(fā)動機的負荷特性發(fā)動機的負荷特性l用曲線的形式表示負荷特性用曲線的形式表示負荷特性l 發(fā)動機的負荷特性發(fā)動機的負荷特性：轉速不變時，發(fā)動機的性能：轉速不變時，發(fā)動機的性能指標隨負荷變化而變化

10、的關系。指標隨負荷變化而變化的關系。ePtqTmep橫坐標：橫坐標：縱坐標：縱坐標： l負荷特性的測取負荷特性的測取：發(fā)動機臺架試驗發(fā)動機臺架試驗 Bebrtm負荷特性曲線負荷特性曲線一、柴油機的負荷特性一、柴油機的負荷特性u Def：當柴油機保持某一轉速不變，移動噴油泵當柴油機保持某一轉速不變，移動噴油泵齒條或拉桿位置，改變每循環(huán)供油量，齒條或拉桿位置，改變每循環(huán)供油量，B、be等隨等隨Pe（或（或Ttq、pme）變化而變化的關系。）變化而變化的關系。 u 柴油機的負荷調節(jié)方式是柴油機的負荷調節(jié)方式是“質調節(jié)質調節(jié)”。 負荷負荷Pec基本不變基本不變a圖圖7-3柴油機各種參數和指標的負荷特性

11、曲線柴油機各種參數和指標的負荷特性曲線 柴油機負荷特性曲線分析柴油機負荷特性曲線分析1 曲線曲線ebmiteKb13eb 的變化主要取決于的變化主要取決于 和和 的變化。的變化。itmit）（1it 變化變化： 隨負荷的增加，先有一緩慢的增加，當到達一隨負荷的增加，先有一緩慢的增加，當到達一定值后，就開始緩慢下降，在某一負荷處開始急劇下降。定值后，就開始緩慢下降，在某一負荷處開始急劇下降。 原因原因：隨負荷：隨負荷 增加，增加， 基本不變，基本不變， 逐漸減小，混合逐漸減小，混合氣逐漸變濃。隨著混合氣濃度的變化，氣逐漸變濃。隨著混合氣濃度的變化， 略有上升趨勢，當略有上升趨勢，當混合氣濃度為最

12、佳時，混合氣濃度為最佳時， 達最大值；此后，混合氣濃度逐漸達最大值；此后，混合氣濃度逐漸過大，過大， 緩慢下降；當混合氣濃度增大到一定程度時，使緩慢下降；當混合氣濃度增大到一定程度時，使得不完全燃燒加劇，得不完全燃燒加劇， 急劇下降。急劇下降。ePcaititititm）（2m變化變化： 隨負荷的增加而增加。隨負荷的增加而增加。 原因原因：當：當 一定時，一定時， 變化不大，變化不大， 隨混隨混合氣濃度的增大而增大。根據合氣濃度的增大而增大。根據 定義式得結論。定義式得結論。nmPiPmimiemPPPP1eb）（3當柴油機空轉時，當柴油機空轉時，miPP 0eP0m eb所以所以 為無窮大。

13、為無窮大。當負荷當負荷 增加時，增加時， ePit 先增加后減小，先增加后減小，m 增加，增加， eb所以所以 先減小后增大，先減小后增大， 當當 的值最大時，的值最大時，itmmineebb 當當 增加到一定程度，增加到一定程度， 急劇上升，此時混合氣過急劇上升，此時混合氣過濃，空氣相對不足，燃料無法完全燃燒，柴油機冒黑煙，濃，空氣相對不足，燃料無法完全燃燒，柴油機冒黑煙，積炭嚴重，發(fā)動機過熱。積炭嚴重，發(fā)動機過熱。ePeb柴油機排氣的柴油機排氣的“冒煙界限冒煙界限”。 2 曲線曲線BnKPbBacee4在在 一定的條件下，一定的條件下， 的變化取決于的變化取決于 和和 的大小。的大小。ca

14、Bn隨著負荷的增加隨著負荷的增加c基本不變基本不變a逐漸減小逐漸減小B增加增加二、汽油機的負荷特性二、汽油機的負荷特性u Def：當汽油機的轉速保持不變，逐漸改變節(jié)氣：當汽油機的轉速保持不變，逐漸改變節(jié)氣門開度，改變每循環(huán)供油量，門開度，改變每循環(huán)供油量，B、be等隨等隨Pe（或（或Ttq、pme）變化而變化的關系。）變化而變化的關系。 u 汽油機的負荷調節(jié)方式是汽油機的負荷調節(jié)方式是“量調節(jié)量調節(jié)”。 節(jié)氣門開度節(jié)氣門開度ca變化不大變化不大圖圖7-4汽油機的各種參數和指標的負荷特性曲線汽油機的各種參數和指標的負荷特性曲線 汽油機負荷特性曲線分析汽油機負荷特性曲線分析1 曲線曲線ebmite

15、Kb13eb 的變化主要取決于的變化主要取決于 和和 的變化。的變化。itmit）（1it 變化變化： 隨負荷的增加，先緩慢增加，然后略有下降。隨負荷的增加，先緩慢增加，然后略有下降。 原因原因：隨著節(jié)氣門開度的增大，氣缸內殘余廢氣量相對隨著節(jié)氣門開度的增大，氣缸內殘余廢氣量相對減少，殘余廢氣系數減小，可燃混合氣燃燒速度增加，且熱減少，殘余廢氣系數減小，可燃混合氣燃燒速度增加，且熱損失減少，這些都使得損失減少，這些都使得 增加。大負荷和全負荷工況時，增加。大負荷和全負荷工況時，混合氣過濃，燃料不完全燃燒加劇，混合氣過濃，燃料不完全燃燒加劇， 略有下降。略有下降。ititm）（2m變化變化： 隨

16、負荷的增加而增加。隨負荷的增加而增加。 原因原因：當：當 一定時，一定時， 變化不大，變化不大， 隨節(jié)氣隨節(jié)氣門開度的增大而增大。根據門開度的增大而增大。根據 的定義式得結論。的定義式得結論。nmPiPmimiemPPPP1eb）（3當汽油機空轉時，當汽油機空轉時，miPP 0eP0m eb所以所以 為無窮大。為無窮大。當負荷當負荷 增加時，增加時， ePit 先緩慢增加，然后略有下降，先緩慢增加，然后略有下降，m 而而 增加，增加， eb所以所以 急劇下降。急劇下降。當當Pe增加到一定程度，大負荷工況下需要濃混合氣，增加到一定程度，大負荷工況下需要濃混合氣，不完全燃燒加劇，不完全燃燒加劇，

17、開始上升。開始上升。eb2 曲線曲線BnKPbBacee4在在 一定的條件下，一定的條件下， 的變化取決于的變化取決于 和和 的大小。的大小。caBn隨著負荷隨著負荷ca變化不大變化不大B增加增加三、柴油機和汽油機負荷特性的對比分析三、柴油機和汽油機負荷特性的對比分析1柴油機和汽油機負荷特性的差異柴油機和汽油機負荷特性的差異汽油機的汽油機的b be e普遍較高，且普遍較高，且在從空負荷向中、小負荷在從空負荷向中、小負荷過渡時，過渡時，b be e下降緩慢，仍下降緩慢，仍維持在較高水平，燃油經維持在較高水平，燃油經濟性明顯較差。濟性明顯較差。汽油機的汽油機的tr普遍較高，普遍較高，且與負荷關系較

18、小。且與負荷關系較小。汽油機的汽油機的B曲線彎曲度較曲線彎曲度較大，而柴油機的大，而柴油機的B曲線在曲線在中小負荷段的線性較好。中小負荷段的線性較好。2 2柴油機和汽油機負荷特性差異的分析柴油機和汽油機負荷特性差異的分析（1 1）汽油機和柴油機的）汽油機和柴油機的 變化情況基本相似，變化情況基本相似，造成兩者造成兩者 差異的主要原因顯然是差異的主要原因顯然是 的不同。的不同。mebit由于柴油機的壓縮比要比汽油機的壓縮比大很多，并由于柴油機的壓縮比要比汽油機的壓縮比大很多，并且其且其 也比汽油機大，燃料大部分是在空氣過量的情也比汽油機大，燃料大部分是在空氣過量的情況下進行的，所以況下進行的，所

19、以柴油機的柴油機的 要比汽油機的高要比汽油機的高。這樣，。這樣，從數值上來看，汽油機的從數值上來看，汽油機的 高于柴油機。高于柴油機。 aiteb從從 曲線的變化趨勢來看，由于柴油機的負荷調曲線的變化趨勢來看，由于柴油機的負荷調節(jié)方式是節(jié)方式是“質調節(jié)質調節(jié)”，所以，所以 隨負荷的增加是逐漸隨負荷的增加是逐漸降低的；而汽油機的負荷調節(jié)方式是降低的；而汽油機的負荷調節(jié)方式是“量調節(jié)量調節(jié)”，所，所以以 隨負荷的增加是逐漸增大。這樣就使得汽油機的隨負荷的增加是逐漸增大。這樣就使得汽油機的在中、小負荷區(qū)在中、小負荷區(qū) 遠高于柴油機。遠高于柴油機。 itebitit（2）汽油機的）汽油機的tr普遍高于

20、柴油機原因普遍高于柴油機原因 汽油機的汽油機的壓縮比壓縮比低于柴油機，因此相應低于柴油機，因此相應的膨脹比也低，并且汽油機的混合氣較濃，的膨脹比也低，并且汽油機的混合氣較濃，所以其所以其t tr r 就要比柴油機高。就要比柴油機高。第三節(jié)第三節(jié) 發(fā)動機的速度特性發(fā)動機的速度特性l用曲線的形式表示速度特性用曲線的形式表示速度特性l 發(fā)動機的速度特性發(fā)動機的速度特性：發(fā)動機在油量調節(jié)機構保持發(fā)動機在油量調節(jié)機構保持不變的情況下，主要性能指標隨發(fā)動機轉速的變化不變的情況下，主要性能指標隨發(fā)動機轉速的變化規(guī)律。規(guī)律。 n橫坐標：橫坐標：縱坐標：縱坐標： eb速度特性曲線速度特性曲線ePtqT全負荷速度

21、特性：全負荷速度特性：當油量調節(jié)機構處于最大位當油量調節(jié)機構處于最大位置時，測得的速度特性。置時，測得的速度特性。部分負荷速度特性：部分負荷速度特性：油量低于最大位置時的速油量低于最大位置時的速度特性。度特性。 又稱外特性又稱外特性 由于外特性上反映了發(fā)動機所能達到的最高性由于外特性上反映了發(fā)動機所能達到的最高性能，確定了最大功率、最大轉矩以及所對應的轉速，能，確定了最大功率、最大轉矩以及所對應的轉速，因而十分重要，所有發(fā)動機出廠時都必須提供該特因而十分重要，所有發(fā)動機出廠時都必須提供該特性。性。注意：注意：根據試驗條件的不同，外特性主要有兩種形式：根據試驗條件的不同，外特性主要有兩種形式：

22、1) 試驗時發(fā)動機試驗時發(fā)動機帶全部附件帶全部附件，所輸出的校正有效，所輸出的校正有效功率稱為凈功率，其特性為使用外特性。功率稱為凈功率，其特性為使用外特性。2) 試驗時發(fā)動機試驗時發(fā)動機僅帶維持運轉所必須的附件僅帶維持運轉所必須的附件，所輸，所輸出的校正有效功率稱為總功率，其特性為外特性。出的校正有效功率稱為總功率，其特性為外特性。 l速度特性測?。核俣忍匦詼y?。喊l(fā)動機臺架試驗發(fā)動機臺架試驗。一、柴油機的速度特性一、柴油機的速度特性 噴油泵的噴油泵的油量調節(jié)機構油量調節(jié)機構（齒條或拉桿）（齒條或拉桿）位位置固定置固定，柴油機的，柴油機的 、 、 以及以及 等性等性能指標隨能指標隨 變化而變化

23、的關系。變化而變化的關系。ePtqTebBn柴油機在全、中、小柴油機在全、中、小3種負荷時的速度特性曲線種負荷時的速度特性曲線 1. 曲線曲線tqTmitactqKT2mittqbKT2 由于柴油機采用由于柴油機采用“質調節(jié)質調節(jié)”，所以在油，所以在油量調節(jié)機構一定的情況下，各種轉速下轉矩量調節(jié)機構一定的情況下，各種轉速下轉矩的大小主要取決于每循環(huán)供油量的大小主要取決于每循環(huán)供油量 的大小。的大小。b（1）b隨發(fā)動機隨發(fā)動機n增加而增加增加而增加。b（2）it 呈上凸形，在某一中間轉速，出現最大值呈上凸形，在某一中間轉速，出現最大值。轉速較高時，轉速較高時， 增加，混合氣過濃，不完全燃燒加增加

24、，混合氣過濃，不完全燃燒加劇，劇， 下降；轉速過低時，缸內氣流弱，燃燒不良，下降；轉速過低時，缸內氣流弱，燃燒不良，燃氣與缸壁接觸時間加長，傳熱損失增大，所以燃氣與缸壁接觸時間加長，傳熱損失增大，所以 也下降。也下降。itbitit（3）m隨發(fā)動機隨發(fā)動機n增加而下降增加而下降。m綜上所述：綜上所述：u在較低轉速范圍內在較低轉速范圍內，隨，隨 的增加，由于的增加，由于 和和 的增加超過的增加超過 下降的影響，從而使下降的影響，從而使 增加；增加；u在較高轉速范圍內在較高轉速范圍內，隨，隨 的增加，的增加， 和和 的下降超過的下降超過 增加的影響，使增加的影響，使 有所下降。有所下降。nnbbi

25、titmmtqTtqTu但總體來說，但總體來說， 的變化還是比較平坦。的變化還是比較平坦。 tqT2. 曲線曲線eP結論：結論： 隨隨n的增加，的增加，Pe迅速上升；迅速上升； 在在Ttqn達最大值時，達最大值時，PePemax； 隨后由于補燃嚴重，隨后由于補燃嚴重， Pe開始下降。開始下降。9550nTPtqe 的變化取決于的變化取決于 和和 的變化，而的變化，而 曲曲線變化平坦，所以線變化平坦，所以 幾乎和幾乎和 成正比增加。成正比增加。ePtqTnntqTeP3 曲線曲線ebmiteKb13eb 的變化主要取決于的變化主要取決于 和和 的變化。的變化。itm 由于由于 隨隨 的增加先緩慢

26、增加，然后再緩的增加先緩慢增加，然后再緩慢下降；而慢下降；而 隨隨 的增加而下降。所以的增加而下降。所以 曲曲線在某一轉速處達最低線在某一轉速處達最低 ，低速和高速，低速和高速時相對而言較高。時相對而言較高。itmnnebmineebb二、汽油機的速度特性二、汽油機的速度特性Def：節(jié)氣門開度一定時節(jié)氣門開度一定時，汽油機汽油機 的的 、 、以及以及 等性能指標隨等性能指標隨 變化而變化的關系。變化而變化的關系。ePtqTebBn速度特性曲線分析：自學速度特性曲線分析：自學三、柴油機和汽油機的速度特性對比三、柴油機和汽油機的速度特性對比第四節(jié)第四節(jié) 發(fā)動機的轉矩適應性發(fā)動機的轉矩適應性 汽車行

27、駛中經常會遇到阻力突然增大的汽車行駛中經常會遇到阻力突然增大的情況，為減少換檔次數，情況，為減少換檔次數，要求要求。 為表明汽車在不換檔的情況下的轉矩自為表明汽車在不換檔的情況下的轉矩自動適應道路阻力變化的能力，引入動適應道路阻力變化的能力，引入適應性系適應性系數數和和轉矩儲備系數轉矩儲備系數。（1）轉矩適應性系數）轉矩適應性系數 KT1適應性系數適應性系數（2）轉速適應性系數）轉速適應性系數 KntqntqTTTKmaxmnnnnK2轉矩儲備系數轉矩儲備系數1maxTtqntqntqKTTT外特性上最大轉矩外特性上最大轉矩標定轉矩標定轉矩標定轉速標定轉速外特性上最大轉矩對外特性上最大轉矩對應的轉速應的轉速 轉矩適應性系數轉矩適應性系數KT 和轉矩儲備系數和轉矩儲備系數 值值越大越大，表明隨著，表明隨著n的降低，的降低，Ttq增加較快，在不增加較快，在不換檔的情況下，爬坡能力、克服短期超載換檔的情況下，爬坡能力、克服短期超載能力能力越強越強。 轉速適應性系數轉速適應性