第六章 發(fā)動機(jī)的特性

1、第六章第六章 發(fā)動機(jī)的特性發(fā)動機(jī)的特性6-16-1 發(fā)動機(jī)工況和性能指標(biāo)分析式發(fā)動機(jī)工況和性能指標(biāo)分析式一、 發(fā)動機(jī)工況 發(fā)動機(jī)的運行情況，簡稱工況。工況以功率 和轉(zhuǎn)速 n 來表示。工況 Ne，轉(zhuǎn)速 n。 發(fā)動機(jī)的工況分為點工況、線工況和面工況。發(fā)動機(jī)穩(wěn)定工作的條件：扭矩與阻力矩相等。二、發(fā)動機(jī)特性二、發(fā)動機(jī)特性發(fā)動機(jī)性能指標(biāo)隨調(diào)整運轉(zhuǎn)工況而變化的關(guān)系稱為發(fā)動機(jī)特性。三、三、 發(fā)動機(jī)性能指標(biāo)分析式1 .pkevim1 2. 汽油機(jī)mivtqkT2 柴油機(jī)bkTmitq23. nkPmive34. miekb145. nkBv56-26-2 發(fā)動機(jī)臺架試驗發(fā)動機(jī)臺架試驗一、試驗臺裝置一、試驗臺裝

2、置 組成、裝配關(guān)系、固定、支承。實驗臺固定于堅固、防震的混凝土基礎(chǔ)上。為保證發(fā)動機(jī)能迅速拆裝和對中，安裝發(fā)動機(jī)的鑄鐵支架和底板常做成可調(diào)節(jié)高度和位置的形式。發(fā)動機(jī)曲軸與測功器轉(zhuǎn)子軸用聯(lián)軸節(jié)連接。通過測功器和轉(zhuǎn)速表所測數(shù)據(jù)，可以計算出被測發(fā)動機(jī)的功率。為保持發(fā)動機(jī)工作時水溫不變，設(shè)有專門可調(diào)水量的冷卻系統(tǒng)。燃料由專用油箱通過油量測量裝置供給發(fā)動機(jī)的燃料供給系。實驗室有特殊的通風(fēng)裝置和消聲裝置，以排出發(fā)動機(jī)的有害排放氣體，降低室內(nèi)噪聲。二、制動測功裝置二、制動測功裝置測功器測功器 1.水力測功器組成：三部分 定子外殼，轉(zhuǎn)子軸，測量機(jī)構(gòu)。定子外殼通過軸承支撐在支架上，外殼可以擺動。定子外殼內(nèi)裝有水。

3、水量可調(diào)。發(fā)動機(jī)曲軸通過連接裝置與轉(zhuǎn)子軸固定一起，同軸旋轉(zhuǎn)。通過測量使外殼擺動的力可知水施加在曲軸上的阻力矩。在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速一定時，該阻力矩即為發(fā)動機(jī)的輸出扭矩。調(diào)節(jié)水量即可改變發(fā)動機(jī)的阻力矩，即改變輸出扭矩。平衡式電力測功器與電渦流測功器測量原理與水利測功器基本相同，所不同的是施加阻力的形式不一樣。二者均為電磁力矩。三、耗油率的測量三、耗油率的測量方法：容積發(fā)，質(zhì)量法。1.1. 容積法：容積法：通過測量消耗一定容積的燃油所花費的時間，然后通過公式計算得到。燃油消耗量按下式計算tmB6 . 31000PeBbe式中 t消耗 V（mL）燃油所需時間（s） ；Pe消耗 V（mL）燃油時測量的有效功率

4、（kW） ；B小時耗油量（kg/h） ；be有效燃油消耗率g/（kWh）。2. 質(zhì)量法通過測量消耗一定質(zhì)量的燃油所花費的時間，然后通過公式計算得到。tmB6 . 31000PeBbe式中 t消耗 m（g）燃油所需時間（s） ；Pe消耗 m（g）燃油時測量的有效功率（kW） ；B小時耗油量（kg/h） ；be有效燃油消耗率g/（kWh）。四、臺架試驗綜述四、臺架試驗綜述（一）概述（一）概述試驗內(nèi)容：新產(chǎn)品或強化、改進(jìn)、變型、轉(zhuǎn)廠生產(chǎn)的發(fā)動機(jī)性能及耐久可靠性試驗；產(chǎn)品出廠前的性能調(diào)整及定期抽查試驗；商業(yè)貿(mào)易中的驗收試驗以及各種研究性的試驗等。 試驗標(biāo)準(zhǔn)：國際標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn)；各國的國家標(biāo)準(zhǔn)。我國的試

5、驗標(biāo)準(zhǔn)我國的試驗標(biāo)準(zhǔn)1984 年頒布機(jī)械工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)汽車發(fā)動機(jī)試驗方法（JB374384），1987 年制定頒布的內(nèi)燃機(jī)臺架性能試驗方法 試驗方法（GB1105.21987），內(nèi)燃機(jī)臺架性能試驗方法 測量方法（GB1105.31987），國家汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)汽車發(fā)動機(jī)性能試驗方法（QC/T5241999），汽車發(fā)動機(jī)可靠性試驗方法（QC/T5251999），汽車發(fā)動機(jī)定型試驗規(guī)程（QC/T5261999），汽車發(fā)動機(jī)性能試驗方法（GB/T182972001），其中對性能試驗、可靠性試驗和現(xiàn)生產(chǎn)的發(fā)動機(jī)抽查試驗等有關(guān)事項，如功率標(biāo)定、性能試驗項目、可靠耐久性試驗規(guī)范、出廠試驗內(nèi)容、測試設(shè)備和精度及試驗

6、方法等都作了詳細(xì)的規(guī)定。 （二）功率標(biāo)定（二）功率標(biāo)定發(fā)動機(jī)銘牌上標(biāo)定的功率，為使用中允許的最大功率。是制造廠根據(jù)具體用途在規(guī)定的額定轉(zhuǎn)速下所規(guī)定的功率。1 1）15MIN15MIN 功率功率 為發(fā)動機(jī)允許連續(xù)運轉(zhuǎn) 15MIN 時的最大有效功率。 2 2）1H1H 功率為發(fā)動機(jī)允許連續(xù)運轉(zhuǎn) 1H 的最大有效功率。3 3）12H12H 功率功率為發(fā)動機(jī)允許連續(xù)運轉(zhuǎn) 12H 的最大有效功率。4 4）持續(xù)功率）持續(xù)功率為發(fā)動機(jī)允許長期連續(xù)運轉(zhuǎn)的最大有效功率。 （三）大氣修正（三）大氣修正大氣狀態(tài)：大氣狀態(tài)：指發(fā)動機(jī)運行地點的環(huán)境大氣壓力、溫度和相對濕度。標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境狀況：標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境狀況：大氣壓 PC=10

7、0KPA，相對濕度為 30%，環(huán)境溫度 T=298K 或 25。大氣修正：大氣修正：把在不同大氣狀況下試驗所得的結(jié)果，換算成標(biāo)準(zhǔn)大氣狀況下的數(shù)值。6-3 發(fā)動機(jī)負(fù)荷特性一、 汽油機(jī)的負(fù)荷特性 轉(zhuǎn)速 n 不變，發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)隨負(fù)荷變化的關(guān)系。 如: 在不換檔情況下，汽車上坡時加大油門，下坡時關(guān)小油門，而維持發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速 n 不變，這時發(fā)動機(jī)沿負(fù)荷特性工作。（一） 定義 轉(zhuǎn)速 n 不變，汽油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)隨負(fù)荷 節(jié)氣門開度變化的關(guān)系。（二） 特性曲線1 曲線eb miekb14 負(fù)荷 節(jié)氣門開度 , 曲線陡。mieb 負(fù)荷 為發(fā)出最大功率 1, 燃燒不完全 。eb2 曲線B 負(fù)荷 B 負(fù)荷，開度

8、 7080%時 化油器中省油器（或多腔分動化油器的副腔）開始起作用, 使混合氣變濃, = 0.80.9 。B二 柴油機(jī)的負(fù)荷特性（一） 定義 轉(zhuǎn)速 n 不變，柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)隨負(fù)荷 油門開度變化的關(guān)系。（二） 特性曲線1 ，曲線im 負(fù)荷 b 燃燒完全程度 。i 負(fù)荷 b , 基本不變 。iPmPimmPP12 曲線eb miekb14 負(fù)荷 b ， 。mige 負(fù)荷 b 燃燒惡化 ， 。mieb 若負(fù)荷 冒黑煙、積炭, 發(fā)動機(jī)過熱, 故障, 壽命。3 曲線上的特征點ge1 點 。mineb2 點 排黑煙, 冒煙界限點。 標(biāo)定功率的選擇： 車用柴油機(jī) 定在冒煙界限處，即 2 點。 拖拉機(jī)柴油

9、機(jī) 定在冒煙界限 2 點以內(nèi)。3 點 點。maxeP 過 3 點 ， 。BebeP 選擇氣道、燃燒室結(jié)構(gòu), 調(diào)整燃料供給系統(tǒng), 常以負(fù)荷特性作為標(biāo)準(zhǔn)。三 汽油機(jī)與柴油機(jī)負(fù)荷特性曲線分析1 同一 n 下：（1） 經(jīng)濟(jì)性好。min, eb（2） 曲線平緩 負(fù)荷變化較廣時, 能保持較好的經(jīng)濟(jì)性。 柴油機(jī)比汽油機(jī)低, 且曲線平緩。min, eb 所以，柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性比汽油機(jī)的好。2 從負(fù)荷特性曲線可知, 小負(fù)荷時, 。eb 所以，在功力性滿足的前提下, 不宜裝功率過大的發(fā)動機(jī), 以求 避eb 免大馬拉小車。3 全面評價經(jīng)濟(jì)性, 應(yīng)作出不同 n 下的許多負(fù)荷特性曲線 萬有特性曲線。6-4 發(fā)動機(jī)速度特性

10、 發(fā)動機(jī)節(jié)氣門開度 （ 或油門開度 ） 不變，發(fā)動機(jī)性能指標(biāo)隨轉(zhuǎn)速 n 變化的關(guān)系。 如：汽車爬坡或阻力變化時, 節(jié)氣門 （ 或油門 ） 開度不變, n 隨外界負(fù)荷的變化而變化。外界負(fù)荷大, n, 外界負(fù)荷小, n, 這時發(fā)動機(jī)沿速度特性工作。一 汽油機(jī)的速度特性（一） 定義 汽油機(jī)節(jié)氣門開度固定不變，汽油機(jī)性能指標(biāo)隨轉(zhuǎn)速 n 變化的關(guān)系。 外特性 （全負(fù)荷的速度特性） 節(jié)氣門全開 （ 100% ）, 測得的速度特性。 部分負(fù)荷速度特性 節(jié)氣門固定在部分開啟位置, 測得的速度特性。（二） 外特性曲線1. Ttq曲線 mivtqkT2 n b （ 不多 ） mivtqkT 2（1） n 氣流慣性

11、 ；n 節(jié)流損失 。vvv（2） n 氣流運動 混合氣形成改善 ；ii n 燃燒時間，燃燒惡化 。i（3） n 。mm（4） Ttq 低速時: v n 使 Ttq變化不大, 略有；i m 高速時: n 使 Ttq。i m2. Pe 曲線 低速時: n Ttq （ 不大 ）, 但 Pe Ttq n Pe； 高速時: n Ttq Pe （ 不大 ）。3. be 曲線 miekb14 低速時: n ，大于 be （ 不大 ）；imim 高速時: n ， be 。im 有一個對應(yīng)的 n, 整個曲線變化不大。min, eb4. B 曲線 nkBv5 低速時: n ，n B （ 不大 ）；v 高速時: n

12、 ，n B。v B 曲線先緩后陡。（三） 外特性的意義1. 后備功率 后備功率大, 爬坡、加速性好。 但后備功率過大, 則常用工況在低負(fù)荷區(qū), 經(jīng)濟(jì)性差。 圖中 A 點，后備功率為零。2 最大 Ttq 時的 n 最大 Me 時的 n 越低, 克服外界阻力能力越強。 A、B 發(fā)動機(jī)的相同，但 A 機(jī)所對應(yīng)的 n 比 B 機(jī)低。當(dāng)外界阻力矩max,tqTmax,tqT為 R1 時，A、B 兩機(jī)均在 n1 下穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。當(dāng)外界阻力矩增大至 R2 時，B 機(jī)發(fā)出最大扭矩在 n2B 下穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，此時 A 機(jī)則在 n2A 下穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。當(dāng)外界阻力矩再增大至 R3 時，A 機(jī)發(fā)出最大扭矩在 n3A 下穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，

13、而 B 機(jī)無法克服外界阻力矩，只能熄火。（四）部分負(fù)荷速度特性負(fù)荷 ，tqeTP,負(fù)荷越 ，越快。ntqeTP,向低速方向移動。emaxmaxP、tqT節(jié)氣門開度的 75%左右時,耗油率最小。超過75%開度，混合氣較濃，燃燒不完全,耗油率較高，低于 75%開度時，殘余廢氣相對增多,燃燒速率下降,使 I 降低，耗油率高，且開度越小，耗油率曲線位置越高。 二 柴油機(jī)的速度特性（一） 定義 油量調(diào)節(jié)機(jī)械 （ 油門拉桿或齒條 ） 位置固定不動, 柴油機(jī)性能指標(biāo)隨轉(zhuǎn)速n 變化的關(guān)系。 外特性 （ 全負(fù)荷的速度特性 ） 油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)固定在標(biāo)定功率循環(huán)油量位置時, 測得的速度特性。 部分負(fù)荷速度特性 油調(diào)節(jié)

14、機(jī)構(gòu)固定在小于標(biāo)定功率循環(huán)供油位置時, 測得的速度特性。（二） 標(biāo)定功率 對于非增壓發(fā)動機(jī)來說, 最大功率要受到平均有效壓力和轉(zhuǎn)速兩方面的限制。一臺發(fā)動機(jī)的功率究竟標(biāo)定多大才適合, 這要根據(jù)發(fā)動機(jī)特性和具體用途、使用特點及壽命和可靠性要求而人為確定, 根據(jù)我國情況, 國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了發(fā)動機(jī)標(biāo)定功率分為下列四級1 15 分鐘功率 允許發(fā)動機(jī)連續(xù)運轉(zhuǎn) 15 分鐘的最大有效功率。2 1 小時功率 允許發(fā)動機(jī)連續(xù)運轉(zhuǎn) 1 小時的最大有效功率。3 12 小時功率 允許發(fā)動機(jī)連續(xù)運轉(zhuǎn) 12 小時的最大有效功率。4 持續(xù)功率 允許發(fā)動機(jī)長期連續(xù)運轉(zhuǎn)的最大有效功率。 每臺發(fā)動機(jī)都應(yīng)按用途在銘牌上標(biāo)明上述四種功率

15、的兩種及相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。 車用 常用 15 分鐘, 1 小時或 12 小時功率中的兩種作為銘牌功率。作為特性實驗時, 應(yīng)把兩種標(biāo)定功率的外特性全做出來。 國家規(guī)定： 車用柴油機(jī), 除作外特性外, 還應(yīng)作標(biāo)定功率的 90%, 75%, 50%, 25%的部分速度特性實驗。 一般柴油機(jī)只作外特性就可以了。 時間越短, 功率值應(yīng)越大。如：15 分鐘功率比 12 小時功率大。（三） 外特性曲線1.Ttq 曲線 mitqbkT2（1） n ；n 。vvv（2） b n b （ 油泵速度特性 ）。（3） n b， 。v（4） n ；n 燃燒時間， 。iii（5） n 。mm（6） Ttq , 不如 快, im

16、vv 使曲線平緩。2kTtq2. Pe 曲線 nTPtqe Ttq 曲線平緩 Me 基本是常數(shù)，則 n Pe 幾乎是成直線關(guān)系。3.曲線eb miekb13 低速時: n ， be （ 不大 ）；im 高速時: n ， be 。im 有一個對應(yīng)的 n, 整個曲線變化不大。min, eb4. B 曲線 nkBv5 低速時: n ， B；v 高速時: n ， B。v整個 B 曲線較陡。（四）部分負(fù)荷速度特性（四）部分負(fù)荷速度特性隨油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)位置向減小供油量方向移動時，循環(huán)供油量減小，使部分負(fù)荷速度特性的Pe、 Ttq值低于外特性。但隨著負(fù)荷減小，循環(huán)供油量隨轉(zhuǎn)速的變化趨勢基本不變，使部分負(fù)荷速度

17、特性的變化趨勢同外特性相似，所以柴油機(jī)的部分負(fù)荷速度性的Pe、Ttq曲線是隨負(fù)荷的減小，大致平行下降。耗油率曲線的變化趨勢基本同外特性。當(dāng)負(fù)荷為 75%左右時，曲線位置最低。（五）扭矩特性1.扭矩儲備系數(shù) 和適應(yīng)性系數(shù) K %100maxtqtqtqTTT tqtqTTKmax, K n時, Ttq快 不換檔情況下, 克服短期超載能力強。2.2.轉(zhuǎn)速儲備系數(shù)轉(zhuǎn)速儲備系數(shù)21nnnn1標(biāo)定工況轉(zhuǎn)速；n2最大扭矩轉(zhuǎn)速。最大扭矩轉(zhuǎn)速 ntq 越低，n 越大，車輛在不換擋的情況下，發(fā)動機(jī)克服阻力增加的潛力越強。 一般，汽油機(jī) n=1.152.0 ，柴油機(jī) n=1.52.0 。6-5 發(fā)動機(jī)萬有特性一

18、特性曲線 以轉(zhuǎn)速 n 為橫坐標(biāo)，以扭矩 Ttq 或平均有效壓力 Pme 為縱坐標(biāo)，在圖上畫出許多等耗油率曲線和等功率曲線，組成發(fā)動機(jī)萬有特性。 外特性曲線 ABCD。A：調(diào)速手柄最大位置，外界阻力矩 R = 0， 最高空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速點。B：發(fā)動機(jī)標(biāo)定功率點，。maxbC：最大或 Ttq 點, 由此可得扭矩儲備系pe數(shù) 和適應(yīng)性系數(shù) K。D：外特性上最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速點。 最低空轉(zhuǎn)點 怠速點, 圖中未標(biāo)出。二 曲線的制取 （一） 等曲線 作圖法eb1 在n 圖上畫出 ABCD 外特性曲線 等曲線不能超出此范圍。peeb2 n 圖上的縱坐標(biāo)與 圖上的縱坐標(biāo)比例尺必須相同。pepeebpepe3 在 圖上做出數(shù)

19、條負(fù)荷特性曲線，做直線 等曲線與這些負(fù)ebpe1 , ebeb 荷特性曲線相切、相交于一點或兩點。從相切、相交點引平行線至n 圖。pe 從n 圖上的相應(yīng) n 點引垂直線與平行線相交。用光滑曲線連接n 圖pepe 上的這些交點，即為萬有特性曲線的等曲線。1 , eb（二） 等曲線 解析法eP npkniVpPehee310302 nkPpee 取一個 Pe 值, 可以做出一條曲線 等 Pe 曲線，再取一個 Pe 值, )(nfpe又可以做出一條等 Pe 曲線 等 Pe 曲線為一組雙曲線。三、 分析1.最內(nèi)層的等曲線相當(dāng)于最經(jīng)濟(jì)的區(qū)域。曲線越向外, 越大。ebeb2.若曲線沿橫向較長, 則說明在負(fù)

20、荷變化不大, 而 n 變化較大的范圍內(nèi), 變化eb 較小。 適于車用, 其最經(jīng)濟(jì)區(qū)大約在萬有特性曲線的中間偏上位置。 若曲線沿縱向較長, 則說明在 n 變化不大, 而負(fù)荷變化較大的范圍內(nèi), 變eb 化較小。 適于拖拉機(jī)用, 其最經(jīng)濟(jì)區(qū)大約在萬有特性曲線的上部。3. 若萬有特性不能滿足使用要求, 則需調(diào)機(jī)或重新選機(jī)。6- 6 發(fā)動機(jī)調(diào)速特性一、 裝調(diào)速器的必要性 為防止高速飛車和低速熄火。二 全程式調(diào)速器 在整個發(fā)動機(jī)工作范圍內(nèi)，調(diào)整扭矩特性。 （一） 工作原理 調(diào)速飛球在推力盤上的導(dǎo)向槽中滾動, 兩球始終相觸, 右邊推力盤沒有左右向移動, 只有轉(zhuǎn)動。共有 12 個飛球, 一邊 6 個, 一共 3 付。1. 當(dāng)發(fā)動機(jī)在某一轉(zhuǎn)速 n 下運行時, 飛球受離心力作用, 對推力盤有一正壓力, 水平方向分力與彈簧力相平衡, 油門拉桿固定在推力盤 5 上, 轉(zhuǎn)速就穩(wěn)定在這 種狀態(tài)下。 n 小球受離心力作用加大, 對推力盤的正壓力加大當(dāng)外界負(fù)荷 使推力盤 5帶動油門拉桿向左移動 供油量b，