第八章內(nèi)燃機的特性與匹配

第八章內(nèi)燃機的使用特性與匹配1第八章內(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)燃機的基本特性，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析。提出改進特性以適應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。2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3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Ttq、功率Pe，與pme成正比一、發(fā)動機工況：三個參數(shù)中，只有兩個獨立變量，即用發(fā)出的功率Pe和轉(zhuǎn)速n來表示或轉(zhuǎn)矩Ttq與轉(zhuǎn)速n

或pme

與轉(zhuǎn)速n來表征內(nèi)燃機穩(wěn)定運行工況。4第一節(jié)內(nèi)燃機的工況二、內(nèi)燃機的工作區(qū)域：左側(cè)邊界線為內(nèi)燃機最低穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速nmin限制線，1.轉(zhuǎn)速范圍限制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nmax限制線轉(zhuǎn)速過高，導致慣性力增大、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。5第一節(jié)內(nèi)燃機的工況二、內(nèi)燃機的工作區(qū)域：2.負荷限制上邊界線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)燃機所能發(fā)出的最大功率

。（外特性功率線）6第一節(jié)內(nèi)燃機的工況三、內(nèi)燃機的工況分類：1、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7第一節(jié)內(nèi)燃機的工況三、內(nèi)燃機的工況分類：2、線工況：固定式工況（線1）螺旋槳工況（線2）8第一節(jié)內(nèi)燃機的工況三、內(nèi)燃機的工況分類：2、線工況：固定式工況（線1）特點：內(nèi)燃機的功率變化時，轉(zhuǎn)速幾乎保持不變。發(fā)電用內(nèi)燃機，其負荷呈階躍式突變，并沒有一定的規(guī)律、然而內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速必須保持穩(wěn)定，以保證輸送電壓和頻率的恒定。9第一節(jié)內(nèi)燃機的工況三、內(nèi)燃機的工況分類：2、線工況：螺旋槳工況（線2）特點：內(nèi)燃機的功率與轉(zhuǎn)速接近于冪函數(shù)關(guān)系。當內(nèi)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。

10第一節(jié)內(nèi)燃機的工況三、內(nèi)燃機的工況分類：3、面工況：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，都屬于這種工況。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，相應的上況區(qū)域稱為面工況。11第一節(jié)內(nèi)燃機的工況四、內(nèi)燃機的特性：內(nèi)燃機性能參數(shù)隨工況變化的規(guī)律，用曲線表示為內(nèi)燃機特性，簡稱特性。1、定義：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。

2、作用：（1）用來評價內(nèi)燃機各方面的性能指標。（2）為選用和改進內(nèi)燃機提供理論依據(jù)。12第一節(jié)內(nèi)燃機的工況四、內(nèi)燃機的特性：3、分類：（1）調(diào)整特性。（2）性能特性(或使用特性)

。性能指標隨調(diào)整情況而變化的關(guān)系稱為調(diào)整特性。性能指標隨運行工況變化的特性。如：柴油機供油提前角調(diào)整特性汽油機點火提前角調(diào)整特性（負荷特性、速度特性、調(diào)速特性、萬有特性、煙度特性、排放特性等。）13第二節(jié)內(nèi)燃機的負荷特性定義測試方法作用柴油機的負荷特性汽油機的負荷特性14第二節(jié)內(nèi)燃機的負荷特性一、定義當轉(zhuǎn)速不變時，內(nèi)燃機的性能指標隨負荷而變化的關(guān)系。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。15第二節(jié)內(nèi)燃機的負荷特性二、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，并相應調(diào)整油量調(diào)節(jié)機構(gòu)位置（油門、節(jié)氣門)與測功器負荷相適應，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。16發(fā)動機臺架試驗基本組成、裝配關(guān)系、固定、支承1.試驗臺裝置:172.制動測功裝置—測功器1.水力測功器2.平衡式電力測功器3.電渦流測功器發(fā)動機臺架試驗18容積法充油發(fā)動機臺架試驗3、耗油率的測量19容積法發(fā)動機臺架試驗3、耗油率的測量測量20容積法發(fā)動機臺架試驗3、耗油率的測量測量消耗容積v的燃油所用時間t21

燃油消耗量按下式計算式中V—球泡容積（mL）；

Pe—發(fā)動機有效功率（kW）;ρf—燃油密度（g/mL）；

t—消耗容積V的燃油所用時間（s）。小時耗油量耗油率22質(zhì)量法發(fā)動機臺架試驗3、耗油率的測量油箱供油23質(zhì)量法發(fā)動機臺架試驗3、耗油率的測量

充油24質(zhì)量法發(fā)動機臺架試驗3、耗油率的測量測量25燃油消耗量按下式計算式中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/（kW·h）]。26第二節(jié)內(nèi)燃機的負荷特性三、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)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內(nèi)燃機的一種轉(zhuǎn)速，為了滿足實際應用的要求，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。27第二節(jié)內(nèi)燃機的負荷特性三、作用確定內(nèi)燃機最佳負荷范圍（Pe大，be?。├秘摵商匦栽u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?！锎送?，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?！餅槭箖?nèi)燃機在實際使用時節(jié)約燃料，希望負荷接近中等負荷。28第二節(jié)內(nèi)燃機的負荷特性四、柴油機的負荷特性過量空氣系數(shù)隨負荷的增加而減小，這一負荷調(diào)節(jié)過程被稱為“質(zhì)調(diào)節(jié)”。對于非增壓柴油機而言，當柴油機按負荷特性運行時：由于轉(zhuǎn)速n不變，其充量系數(shù)基本保持不變，空氣量m1一定。負荷變化時，通過燃料調(diào)節(jié)機構(gòu)調(diào)整循環(huán)供油量以適應負荷的變化，負荷增大時油量增加，反之則減少。29第二節(jié)內(nèi)燃機的負荷特性四、柴油機的負荷特性（1）柴油機負荷曲線分析：燃油消耗率曲線的變化趨勢：a)怠速時：負荷為零(空載)（油耗很高）30四、柴油機的負荷特性（1）柴油機負荷曲線分析：b)小負荷時：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。c)中負荷時：到達某一負荷時，be達到最低值。31四、柴油機的負荷特性（1）柴油機負荷曲線分析：d)大負荷時：燃燒開始惡化如果繼續(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大負荷，柴油機大量冒黑煙，功率反而下降。32四、柴油機的負荷特性（2）標定功率參數(shù)點確定：C目的：（1）給用戶在使用中的限制；（2）確定最佳負荷范圍；Pebe方法：一般是過原點做射線與be曲線相切，切點C就是參考點。因為C點的功率與油耗的比值最大，即考慮油耗又照顧了功率，可作為標定功率參考點，具體在C點前還是C點后，由具體用途最后確定，作為車用：BD；拖拉機：BC。發(fā)電用：CABDA注：進口發(fā)動機都標在BD段，這是由于他們是以功率確定價值。33四、柴油機的負荷特性（3）曲線利用熱電偶測量某一負荷時排氣溫度，作為監(jiān)視比較用。34五、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“量調(diào)節(jié)”。圖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。

35柴油機與汽油機負荷特性的區(qū)別36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。37柴油機與汽油機負荷特性的區(qū)別解釋：1）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。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。38柴油機與汽油機負荷特性的區(qū)別解釋：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機低，相應的膨脹比也低，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。39第三節(jié)內(nèi)燃機的速度特性一、定義：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，如上坡時汽車速度逐漸降低，下坡時速度增加，這時發(fā)動機即沿速度特性工作。40第三節(jié)內(nèi)燃機的速度特性一、定義：全負荷速度特性，或外特性：節(jié)氣門開度最大或噴油泵齒條位置處于最大供油位置時，發(fā)動機的速度特性。部分負荷速度特性：其它位置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。41特性曲線42第三節(jié)內(nèi)燃機的速度特性二、目的確定內(nèi)燃機最有利的工作轉(zhuǎn)速范圍。三、制取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)速相應發(fā)生改變，然后記錄有關(guān)數(shù)據(jù)(Pe,Ttq,be)并整理繪制出曲線，一般是以發(fā)動機轉(zhuǎn)速作為橫坐標。43第三節(jié)內(nèi)燃機的速度特性四、汽油機速度特性1．扭矩曲線變化趨勢由Ttq隨n的變化取決于指示熱效率ηi、機械效率ηm、充氣效率φc與過量空氣系數(shù)φa隨n的變化。44四、汽油機速度特性1．扭矩曲線變化趨勢(1)指示熱效率ηit節(jié)氣門全開(外特性曲線)轉(zhuǎn)速低進氣流速低，紊流減弱，使霧化、混合狀態(tài)較差，火焰?zhèn)鞑ニ俣冉档停峒奥鈸p失增加，ηit較低轉(zhuǎn)速高燃燒過程所占曲軸轉(zhuǎn)角較大，燃燒在較大容積下進行，ηit也較低。但變化比較平坦，對Ttq影響較小。曲線整體呈現(xiàn)馬鞍形的上凸狀。節(jié)氣門開度減?。ú糠重摵桑╇S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ηit大大下降，而且隨節(jié)氣門開度的降低，下降幅度更大。45四、汽油機速度特性1．扭矩曲線變化趨勢(2)充量系數(shù)Φc

節(jié)氣門全開(外特性曲線)節(jié)氣門開度減?。ú糠重摵桑?shù)字越大，則開度越小由于進氣節(jié)流嚴重，進氣阻力增加，Φc減小，而且隨轉(zhuǎn)速升高，Φc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，Φc增加。轉(zhuǎn)速低進氣慣性↓，而殘余廢氣系數(shù)↑Φc

↓轉(zhuǎn)速高進氣阻力↑Φc

↓Φc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。46四、汽油機速度特性1．扭矩曲線變化趨勢(3)機械效率節(jié)氣門全開(外特性曲線)節(jié)氣門開度減小（部分負荷）數(shù)字越大，則開度越小轉(zhuǎn)速↑機械損失壓力pmm↑機械效率ηm↑ηm隨轉(zhuǎn)速的增加而下降的斜率比節(jié)氣門全開時大。？？因為pmm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)Φc和指示熱效率ηit則隨轉(zhuǎn)速增加而下降很快，相應導致平均指示壓力pmi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)pmi＝pmm的情況，而使機械效率為零，意味著內(nèi)燃機在相應轉(zhuǎn)速下空車運行(無功率輸出，圖中曲線4)。節(jié)氣門開度越小，出現(xiàn)ηm＝0的轉(zhuǎn)速就越低。47四、汽油機速度特性1．扭矩曲線變化趨勢節(jié)氣門全開(外特性曲線)節(jié)氣門開度減?。ú糠重摵桑┺D(zhuǎn)矩曲線將是一條上凸的曲線，且上凸的位置在低速區(qū)；轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，開度越小，曲線越陡。48第三節(jié)內(nèi)燃機的速度特性四、汽油機速度特性2．功率變化趨勢當轉(zhuǎn)速由低逐漸升高時，由于Ttq、n同時增加Pe增加很快。在達到最大扭距轉(zhuǎn)速ntq后，再提高轉(zhuǎn)速，由于Ttq有所下降，使Pe上升緩慢。某一轉(zhuǎn)速時Ttq?n達最大值。此后，再增加轉(zhuǎn)速，由于扭距下降超過轉(zhuǎn)速上升的影響，Pe反而下降。49第三節(jié)內(nèi)燃機的速度特性四、汽油機速度特性3．燃油消耗率變化趨勢be在某一中間轉(zhuǎn)速當ηitηm達到最大值時出現(xiàn)最低值。當轉(zhuǎn)速較此轉(zhuǎn)速低時，由于ηit

上升彌補不了ηm的下降，使be增加。轉(zhuǎn)速較此轉(zhuǎn)速高時ηit、ηm均較低，be也增加。50第三節(jié)內(nèi)燃機的速度特性四、汽油機速度特性部分負荷速度特性隨著節(jié)氣門的關(guān)小，節(jié)流損失增大，充氣效率減小，使部分負荷速度特性的Pe、Ttq低于外特性值。且轉(zhuǎn)速越高，充氣效率減小的越多，因此，節(jié)氣門開度越小，隨轉(zhuǎn)速增加，扭距、功率曲線下降得越快，并使最大扭矩及最大功率點向低速方向移動。51第三節(jié)內(nèi)燃機的速度特性四、汽油機速度特性部分負荷速度特性當節(jié)氣門開度的75%左右時，耗油率曲線位置最低。超過75%開度，混合氣較濃，存在燃燒不完全現(xiàn)象，耗油率曲線位置較高，低于75%開度時，殘余廢氣相對增多，燃燒速率下降，使ηit降低，耗油率曲線位置也高，且開度越小，耗油率曲線位置越高。52第三節(jié)內(nèi)燃機的速度特性五、柴油機速度特性速度特性：噴油泵油量調(diào)節(jié)機構(gòu)位置固定不動，柴油機性能指標（主要是功率Pe、扭距Ttq、燃油消耗率be、每小時耗油量B）隨轉(zhuǎn)速n變化的關(guān)系。外特性：油量調(diào)節(jié)機構(gòu)固定在標定循環(huán)供油量位置時速度特性稱為柴油機標定功率速度特性。部分負荷速度特性：當油量調(diào)節(jié)機構(gòu)固定在小于標定循環(huán)供油量各個位置時，所測得的速度特性稱為柴油機。53第三節(jié)內(nèi)燃機的速度特性五、柴油機速度特性（一）外特性曲線變化趨勢1．扭矩曲線變化趨勢柴油機的扭矩曲線比汽油機平坦。柴油機扭矩曲線的變化趨勢，很大程度上決定于每循環(huán)供油量隨轉(zhuǎn)速變化的情況。54五、柴油機速度特性（一）外特性曲線變化趨勢1．扭矩曲線變化趨勢扭矩表達式可定性地寫成：由式可見，柴油機扭距隨轉(zhuǎn)速的變化趨勢決定于ηit、ηm、△b隨轉(zhuǎn)速n變化的趨勢。55五、柴油機速度特性（一）外特性曲線變化趨勢1．扭矩曲線變化趨勢（1）△b—隨轉(zhuǎn)速n的提高，每循環(huán)供油量△b增加。（2）ηv也是在某一中間轉(zhuǎn)速n出現(xiàn)最高值。56（3）ηi—指示熱效率ηi某一中間n稍高ηi轉(zhuǎn)速低空氣渦流減弱，燃燒不良及散熱漏氣損失增加ηi↓轉(zhuǎn)速高ηv↓

、△b↑，使α↓，不完全燃燒嚴重。燃燒占曲軸轉(zhuǎn)角↑，燃燒容積↑五、柴油機速度特性57五、柴油機速度特性（一）外特性曲線變化趨勢2．功率曲線變化趨勢由于扭矩Ttq曲線變化平坦，在一定n范圍內(nèi)，功率Pe幾乎與轉(zhuǎn)速n成正比增加。58五、柴油機速度特性（一）外特性曲線變化趨勢3．燃油消耗率曲線變化趨勢由于柴油機壓縮比高，ηi較高，曲線比汽油機的平坦，最低耗油率值比汽油機相應值低。當ηi、ηm達到最大值時，出現(xiàn)bmin值。59五、柴油機速度特性（二）部分負荷速度特性隨油量調(diào)節(jié)機構(gòu)位置向減小供油量方向移動時，循環(huán)供油量減小，使部分負荷速度特性的Pe、Ttq值低于外特性。但隨著負荷減小，循環(huán)供油量隨轉(zhuǎn)速的變化趨勢基本不變，使部分負荷速度特性的變化趨勢同外特性相似，所以柴油機的部分負荷速度性的Pe、Ttq曲線是隨負荷的減小，大致平行下降。耗油率曲線的變化趨勢基本同外特性。當負荷為75%左右時，曲線位置最低。60柴油機和汽油機的速度特性對比分析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；汽油機的速度特性的轉(zhuǎn)矩曲線的曲率半徑較小，節(jié)氣門開度越小，轉(zhuǎn)矩峰值向低速移動，且隨轉(zhuǎn)速變化的斜率越大。2、汽油機的有效功率外特性線的最大值點，一般在標定功率點；柴油機可以達到的最大值點的轉(zhuǎn)速很高，而標定點要比其低得多。3、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；汽油機其油耗線的翹曲度隨節(jié)氣門開度減小而劇烈增大，相應最經(jīng)濟區(qū)的轉(zhuǎn)速范圍越來越窄。61第三節(jié)內(nèi)燃機的速度特性六、適應性系數(shù)發(fā)動機扭矩特性:(發(fā)動機轉(zhuǎn)矩適應性)要求發(fā)動機的扭矩隨轉(zhuǎn)速的降低而增加。如當汽車上坡時，若油量調(diào)節(jié)拉桿已達最大位置，但所發(fā)出的扭矩仍感不足，車速就要降低，此時需要發(fā)動機隨車速降低而發(fā)出更大扭矩，以克服爬坡阻力。內(nèi)燃機的外特性不但表征內(nèi)燃機的動力性能，而且可根據(jù)外特性曲線判斷內(nèi)燃機的工作轉(zhuǎn)速范圍和工作穩(wěn)定性。62第三節(jié)內(nèi)燃機的速度特性六、適應性系數(shù)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點對應的轉(zhuǎn)速na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)動轉(zhuǎn)矩增大了ΔTtq1，轉(zhuǎn)速相應降低了Δn1。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Ⅱ，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(Δn2＞Δn1)而轉(zhuǎn)矩增大的幅度并不大(ΔTtq2＜ΔTtq1)。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。

63六、適應性系數(shù)評定指標：衡量內(nèi)燃機工作穩(wěn)定性能的指標是轉(zhuǎn)矩適應性系數(shù)φTq和轉(zhuǎn)速適應性系數(shù)φn。1.轉(zhuǎn)矩儲備系數(shù)：指外特性上最大轉(zhuǎn)矩Ttqmax與標定轉(zhuǎn)矩Ttqn之比。2.轉(zhuǎn)速適應性系數(shù):指標定轉(zhuǎn)速nn與外特性上最大轉(zhuǎn)矩對應的轉(zhuǎn)速ntq之比衡量內(nèi)燃機動力性能對外阻力變化的適應能力的指標。3.適應性系數(shù):64汽油機Φtq=1.25~1.35Φn=1.6~2.5柴油機Φtq=1.05~1.25Φn=1.4~2.0說明：1、汽油機適應性優(yōu)于柴油機；2、近年來儲備功率提高，外特性應用概率減小，適應系數(shù)重要性下降。范圍六、適應性系數(shù)65六、適應性系數(shù)評定指標：轉(zhuǎn)矩適應性系數(shù)φTq、轉(zhuǎn)速適應性系數(shù)φn和適應性系數(shù)反映發(fā)動機的超載能力(汽車不換檔，發(fā)動機克服短期超負荷的能力)。發(fā)動機最大扭矩對應的轉(zhuǎn)速對克服阻力的影響例如：Ⅰ和Ⅱ兩臺發(fā)動機，他們的轉(zhuǎn)矩適應性系數(shù)φTq、標定轉(zhuǎn)速相同。但最大扭矩對應的轉(zhuǎn)速不同。外界阻力矩分別為Tc、Tc’、Tc”。（1）外界阻力矩分別為Tc時，Ⅰ和Ⅱ都能適應。（2）外界阻力矩分別為Tc’時，Ⅰ達到最大值，Ⅱ仍有潛力。（3）外界阻力矩分別為Tc”時，Ⅰ不適應，Ⅱ仍達到最大值。最大扭矩轉(zhuǎn)速nm越低，φn越大，車輛在不換擋的情況下，發(fā)動機克服阻力增加的潛力越強。66六、適應性系數(shù)結(jié)論：1、最大扭矩對應的轉(zhuǎn)速越低，φn越大，克服外界阻力的潛力越大。2、扭矩曲線越陡運轉(zhuǎn)越平穩(wěn)（轉(zhuǎn)速下降少）。3、根據(jù)使用要求選擇和調(diào)整扭矩特性。（1）配載重汽車用：要求n低，Pe大，超載能力強，道路差，則轉(zhuǎn)矩適應性系數(shù)φTq大，最大扭矩轉(zhuǎn)速低。（2）配小轎車用：要求n高，Pe大，超載能力強，加速性好，則轉(zhuǎn)矩適應性系數(shù)φTq大，最大扭矩轉(zhuǎn)速高。67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)常應用多參數(shù)的特性曲線，這種特性就是萬有特性。68第四節(jié)內(nèi)燃機的萬有特性一、定義：全面地表示內(nèi)燃機各種性能參數(shù)的關(guān)系。二、目的：了解內(nèi)燃機各種轉(zhuǎn)速、各種負荷下的動力性和經(jīng)濟性。69萬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pme)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。70第四節(jié)內(nèi)燃機的萬有特性三、制取方法：（1）負荷特性法（2）速度特性法柴油機：一般是依據(jù)不同轉(zhuǎn)速下的負荷特性，用作圖法求出；汽油機：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。71第四節(jié)內(nèi)燃機的萬有特性三、制取方法：（1）負荷特性法1)測定各種轉(zhuǎn)速下的負荷特性，以平均有效壓力pme為橫坐標，be為縱坐標，以同一比例尺繪出特性曲線。2)定好作圖坐標，橫坐標pme，縱坐標為n。

3)做等油耗線。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。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。

72第四節(jié)內(nèi)燃機的萬有特性三、制取方法：（1）負荷特性法4)等功率曲線K對于一個給定的內(nèi)燃機為常數(shù)，這樣，在pme—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pme＝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。73第四節(jié)內(nèi)燃機的萬有特性三、制取方法：（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(以平均有效壓力pme，表示)，在曲線尾端標出相應的節(jié)氣門開度。2）在第四象限繪出相應節(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)等燃油消耗線。將等be值的各點連成光滑的等值線，并標上相應的數(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)動機而言，應用十分方便。74第四節(jié)內(nèi)燃機的萬有特性四、曲線討論：（1）等燃油消耗率曲線最內(nèi)層為最經(jīng)濟區(qū)，曲線越向外，經(jīng)濟性越差。（2）等燃油消耗率曲線橫向較長，表示發(fā)動機在負荷變化不大而轉(zhuǎn)速變化較大的情況下燃油消耗率變化較小。常用于中等負荷，中等轉(zhuǎn)速工況的車用發(fā)動機，希望其最經(jīng)濟區(qū)處于萬有特性中部，等燃油消耗率曲線曲線橫向較長。（3）等燃油消耗率曲線縱向較長，則發(fā)動機在負荷變化較大而轉(zhuǎn)速變化較小的情況下的燃油消耗率變化較小。工程機械用發(fā)動機，希望最經(jīng)濟區(qū)在標定轉(zhuǎn)速附近，等燃油消耗率曲線縱向較長些。75

76柴油機的萬有特性的特點：1）最低油耗率一般較低，并且經(jīng)濟區(qū)較寬。2）等油耗率曲線在高、低速均不收斂，變化比較平坦。3）相對汽車變速工況的適應性好。汽油機的萬有特性的特點：1）最低油耗率一般較高，經(jīng)濟區(qū)較小。2）等油耗率曲線在低速區(qū)向大負荷收斂，這說明汽油機在低速低負荷的耗油率隨負荷的減小而急劇增大，在實際使用中，應盡量避免使用這種情況。3）汽油機的轉(zhuǎn)速愈高愈費油，故在實際使用中，當汽車等功率運行時，駕駛員應盡量使用高速檔，以便節(jié)油。77

如果內(nèi)燃機的萬有特性不能滿足使用要求，則應重新選擇內(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)。第四節(jié)內(nèi)燃機的萬有特性曲線調(diào)整：78第五節(jié)內(nèi)燃機的功率標定及大氣修正一、功率標定二、大氣修正

79第五節(jié)內(nèi)燃機的功率標定及大氣修正一、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的轉(zhuǎn)速，即標定功率與標定轉(zhuǎn)速。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

80第五節(jié)內(nèi)燃機的功率標定及大氣修正一、功率標定(1)15min功率；(2)1h功率；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。

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。81第五節(jié)內(nèi)燃機的功率標定及大氣修正一、功率標定(3)12h功率；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

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。82第五節(jié)內(nèi)燃機的功率標定及大氣修正一、功率標定根據(jù)內(nèi)燃機產(chǎn)品的使用特點，在內(nèi)燃機的銘牌上一般應標明上述四種功率的一或兩種功率及其對應的轉(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。83第五節(jié)內(nèi)燃機的功率標定及大氣修正二、大氣修正1.修正的必要性內(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2200m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。84第五節(jié)內(nèi)燃機的功率標定及大氣修正二、大氣修正2.大氣修正的方法(1)將實測的功率、油耗、轉(zhuǎn)矩等值按對應的修正方法換算成以標準大氣條件作基準的標準值；(2)將標定功率值按對應的修正方法換算成實際功率值，等油量法:(適用于車用內(nèi)燃機)即循環(huán)供油量不變，指示熱效率只取決于過量空氣系數(shù)汽油機柴油機標準狀態(tài)下的校正功率實測功率大氣校正系數(shù)85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。86第六節(jié)內(nèi)燃機與工作機械的匹配一、車用內(nèi)燃機的匹配（一）動力性匹配（二）經(jīng)濟性匹配87第六節(jié)內(nèi)燃機與工作機械的匹配一、車用內(nèi)燃機的匹配（一）動力性匹配★內(nèi)燃機轉(zhuǎn)矩Ttq在汽車驅(qū)動輪上產(chǎn)生的驅(qū)動力Ft為：ik、i0分別為汽車變速器、主減速器傳動比；ηt為傳動系效率，r為驅(qū)動輪工作半徑?！飪?nèi)燃機轉(zhuǎn)速n與汽車車速的關(guān)系：于是，可以得到發(fā)動機外特性轉(zhuǎn)矩曲線Ttq(n)得出變速器不同檔位汽車驅(qū)動特性曲線。88第六節(jié)內(nèi)燃機與工作機械的匹配一、車用內(nèi)燃機的匹配（一）動力性匹配89第六節(jié)內(nèi)燃機與工作機械的匹配一、車用內(nèi)燃機的匹配（一）動力性匹配90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)動力用于加速不同檔位發(fā)動機轉(zhuǎn)速與車速關(guān)系線隨道路坡度變化的行駛阻力線91第六節(jié)內(nèi)燃機與工作機械的匹配一、車用內(nèi)燃機的匹配（二）燃油經(jīng)濟性匹配汽車的使用油耗q100(L/100km)可以根據(jù)發(fā)動機的負荷（功率Pe或阻力Fr）和燃油消耗率be計算。使用油耗阻力比油耗傳動系效率燃油密度92第六節(jié)內(nèi)燃機與工作機械的匹配一、車用內(nèi)燃機的匹配（二）燃油經(jīng)濟性匹配使用油耗發(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?jīng)_程數(shù)使用油耗變速器傳動比93由上式可見，在其他條件不變的條件下，汽車的使用油耗q100與成正比，只有當其乘積為最小時，q100才能達到最小。發(fā)動機在bemin下工作時，汽車的q100不一定最低，只有在車速和功率都不變，汽車的q100才與發(fā)動機的be變化趨勢相同。單純改變傳動比，使發(fā)動機在pme較高而be較低的工況運行，并不能降低汽車的q100。應該設(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，適應與汽車匹配的要求。94汽車用不同的變速器檔位行駛時，q100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，q100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，轎車變速器已有5擋，重型貨車甚至達10擋以上。自動控制的無級變速在這方面可達到最優(yōu)化。汽車在中低速行駛時，q100最低。高速行駛時雖然發(fā)動機負荷率較高，但汽車行駛阻力由于空氣阻力與扎成正比而急劇增大，導致q100上升。但低速行車造成生產(chǎn)