内燃机特性.ppt

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1、第七章 内燃机特性 内燃机的特性是内燃机的特性是内燃机性能内燃机性能的综合反映。的综合反映。 特性的形式有很多，除了前几章已经介绍的特性的形式有很多，除了前几章已经介绍的 内燃机调速特性与调整特性内燃机调速特性与调整特性( (如如点火提前角调点火提前角调 整特性、供油提前角调整特性整特性、供油提前角调整特性) )外，本章将重外，本章将重 点介绍内燃机的基本特性，如点介绍内燃机的基本特性，如负荷特性、速负荷特性、速 度特性、万有特性度特性、万有特性等。等。 研究内燃机特性的必要性 为了评价内燃机在不同工况下运行的为了评价内燃机在不同工况下运行的 动力性指标动力性指标( (如如功率、转矩、平均有效

2、压力功率、转矩、平均有效压力等等) ) 、经济性指标、经济性指标( (燃油消耗率燃油消耗率) )、排放指标排放指标以及反以及反 映工作过程进行的完善程度指标映工作过程进行的完善程度指标( (如如指示热效率指示热效率 、充量系数以及机械效率、充量系数以及机械效率) )等，就必须研究内燃等，就必须研究内燃 机的特性。机的特性。 研究发动机运行特性的意 义 1、与汽车进行全工况的合理匹配 由发动机运行特性转化而得的汽车的运行特性 ，如驱动力特性、燃油经济性、运转稳定性、安全性等 2、特性曲线不能满足要求时进行调节和 校正 柴油机调速装置 、点火和喷油提前装置，可变配气 相位系统 电子控制技术使更多的

3、参数有了实 时调控的可能，出现了多种发动机的“可变 ”技术， 有关定义有关定义 所谓内燃机的特性内燃机的特性，就是指上述性能参数随 参数调整情况或运转工况变化的规律。 性能指标随调整情况变化的特性称为调整特调整特 性性，如点火提前角调整特性、供油提前角调整特性等 ； 性能指标随运行工况变化的特性称为性能特性能特 性性，如负荷特性、速度特性和调速特性等。 用来表示特性的曲线称为特性曲线特性曲线，它是评 价内燃机的一种简单、直观、方便的形式。 第一节 内燃机的工况 内燃机工况就是指内燃机实际运行的工作状况。 表征内燃机运行工况的参数可由下式给出 式中，Ne为有效功率，Me为内燃机的转矩，n为内燃

4、机的工作转速。 式中的三个参数中，只有两个是独立变量，换句话 说，当任意两个参数固定后，第三个参数就可以通过该式求出 。比较常用的是用Me与n或者Ne与n两组参数来表征内燃机稳定运 行的工况点，原因在于转速n表示内燃机工作过程进行的速度快 慢，而Me或Ne说明内燃机发出功率或承受负荷能力的大小。 内燃机的负荷，通常是指内燃机所遇到的阻力矩的大 小，由于平均有效压力pe正比于转矩，故有时也用pe来表示负荷 的高低。 内燃机的工作区域内燃机的工作区域 以负荷和转速为坐标的平面叫发动机的 工况平面 点工况运行 （泵站） 线工况运行 （发电机组 、螺旋桨 ） 面工况运行 （汽车） Ne. 左侧边界线为

5、内燃机最低稳定左侧边界线为内燃机最低稳定 工作转速工作转速n nmin min限制线，低于此转 限制线，低于此转 速时，由于曲轴飞轮等运动部速时，由于曲轴飞轮等运动部 件储存能量较小，导致转速波件储存能量较小，导致转速波 动大，内燃机无法稳定工作动大，内燃机无法稳定工作 右侧边界线为最高转右侧边界线为最高转 速速n nmax max限制线，受到 限制线，受到 转速过高所导致的惯转速过高所导致的惯 性力增大、机械摩擦性力增大、机械摩擦 损失加剧、充量系数损失加剧、充量系数 下降、工作过程恶化下降、工作过程恶化 等各种不利因素的限等各种不利因素的限 制制 上边界线上边界线3 3为内燃机油为内燃机油

6、 量控制机构处于最大量控制机构处于最大 位置时，不同转速下位置时，不同转速下 内燃机所能发出的最内燃机所能发出的最 大功率大功率 发动机的工作区域及限制 1) a曲线是各转速时最大功率(转矩)的限制 线，到标定点A为止。 2) b曲线是各负荷条件下的最高转速限制线 。 3) c曲线是发动机最低稳定工作转速限制线 4) d曲线是各个踏板位置下的空转怠速线。 5)输出功率为负值的e曲线是发动机灭火， 外力倒拖时的工况线。 几点说明 1、a b曲线在最大加速踏板位置条件下获得的。汽 油机在节气门全开时获得，称为速度外特性线；对于 柴油机则a为校正外特性线， b曲线则是调速器起作用 的调速特性线。 2

7、、低于c曲线转速时，由于燃烧波动和运动件惯性 过小，发动机无法稳定工作。 3、“加速踏板”与“油门”踏板 ： 对汽油机，控制节气门开度，称为油门是妥当的。 柴油机有时并不直接控制喷油泵的油量调节杆，而 是通过控制调速器起作用，与供油量不呈线性关系。 所以称为“油门”是不妥的 一、内燃机的三类典型工况一、内燃机的三类典型工况 Ne. 第第类工况，其特点是内燃类工况，其特点是内燃 机的功率变化时，转速几乎机的功率变化时，转速几乎 保持不变。该工况又被称为保持不变。该工况又被称为 固定式内燃机工况。例如，固定式内燃机工况。例如， 发电用内燃机，其负荷呈阶发电用内燃机，其负荷呈阶 跃式突变，并没有一定

8、的规跃式突变，并没有一定的规 律、然而内燃机的转速必须律、然而内燃机的转速必须 保持稳定，以保证输送电压保持稳定，以保证输送电压 和频率的恒定，反映在工况和频率的恒定，反映在工况 图上就是图上就是条垂直线条垂直线( (图中的图中的 曲线曲线1 1) )，称为线工况。灌溉，称为线工况。灌溉 用内燃机，除了起动和过渡用内燃机，除了起动和过渡 工况外，在运行过程中负荷工况外，在运行过程中负荷 与转速均保持不变，称为点与转速均保持不变，称为点 工况工况( (图中的图中的A A点点) )。 Ne. 第二类工况，其特点是内燃第二类工况，其特点是内燃 机的功率与转速接近于幂函机的功率与转速接近于幂函 数关系

9、，如图中的曲线数关系，如图中的曲线2 2示的示的 三次幂函数三次幂函数( )( )。 当内燃机作为船用主机驱动当内燃机作为船用主机驱动 螺旋桨时，内燃机所发出的螺旋桨时，内燃机所发出的 功率必须与螺旋桨吸收的功功率必须与螺旋桨吸收的功 率相等，而吸收功率又取决率相等，而吸收功率又取决 于螺旋桨转速的高低，且与于螺旋桨转速的高低，且与 转速成幂函数关系，这样，转速成幂函数关系，这样， 内燃机功率就呈现一种十分内燃机功率就呈现一种十分 有规律的变化。该类工况常有规律的变化。该类工况常 被称为螺旋桨工况或推进工被称为螺旋桨工况或推进工 况，也属于线工况。况，也属于线工况。 Ne. 第三类工况，其特点

10、是功率第三类工况，其特点是功率 与转速都在很大范围内变化与转速都在很大范围内变化 ，它们之间没有特定的关系，它们之间没有特定的关系 。汽车及其他陆地运输用内。汽车及其他陆地运输用内 燃机，都居于这种工况。此燃机，都居于这种工况。此 时，内燃机的转速决定于行时，内燃机的转速决定于行 驶速度、可以从最低稳定转驶速度、可以从最低稳定转 速一直变到最高转速；负荷速一直变到最高转速；负荷 取决于行驶阻力，在同一转取决于行驶阻力，在同一转 速下，可以从零变到全负荷速下，可以从零变到全负荷 。内燃机可能的工作区域就。内燃机可能的工作区域就 是该种类型内燃机的实际工是该种类型内燃机的实际工 作区域，相应的工况

11、区域称作区域，相应的工况区域称 为面工况。为面工况。 工况由转速和曲轴输出功率表示 点工况运行点工况运行 （泵站）（泵站） 线工况运行线工况运行 （发电机组（发电机组 、螺旋桨、螺旋桨 ） 面工况运行面工况运行 （汽车（汽车） 各负荷最高 转速限制线 最低转速限 制线 各转速下最大 功率（油门最 大）限制线 最高转速 倒拖工况线 空转怠速线 二、内燃机有效性能指标与工作过程 参数 之间的函数关系 第二节第二节 内燃机的负荷特性内燃机的负荷特性 定义 作用 测试方法 曲线及说明 定义定义 负荷特性是指当转速n不变时，内燃机的 性能指标（经济性指标ge、GT）随负荷而变化 的关系，用曲线的形式表示

12、出来，就称为负荷 特性曲线。 作作 用用 由于负荷特性可以直观地显示发动机 在不同负荷下运转的经济性以及排温等参数， 且比较容易测定，因而在内燃机的调试过程中 ，经常用来作为性能比较的依据。 由于每一 条负荷特性仅对应内燃机的 一种转速，为了满足实际应用的要求，需要测 出不同转速下的多个负荷特性曲线。同时，根 据这些特性曲线，可以得到发动机的另外一个 重要的特性万有特性。 测试方法测试方法 负荷特性曲线是在发动机试验台架上测 取的。试验时，调整测功器负荷的大小，并相 应调整油量调节机构位置，以保持发动机的转 速不变，待工况稳定后，依次记录不同负荷下 的有关数据，并整理得到性能曲线。 测量与计算

13、参数 测量参数 1 转速n 转速传感器 2 油耗 油耗仪 3 测功器读数 测功器 4 各种温度、压力 5 测量环境的温度、湿度、压力 扭矩测试仪器 台架上都采用吸收式测功器，常用的 有水力测功器、电力测功器、电涡流测功器。 1）水力测功器 水力测功器是一种典型的吸收型测功 器，它将发动机的输出功率转变为热量消耗掉 ，同时在此过程中完成转矩测量。 水力测功器主要有转子和定子（外壳）两部分 组成。它的基本工作原理是利用转子在充满水的定子 中旋转所产生的磨擦阻力来吸收发动机功率，同时通 过与可摆动的外壳相连的测力机构测出转矩。由于转 子的结构不同，水力测功器大体上分为柱销式、盘式 和涡流式3种型式。

14、 内燃机带动测功机 转子旋转, 将水搅向外围, 水与搅棒的摩擦力带动定 子转动。 水环越厚, 摩擦阻力越大, 相当于外界阻力矩越大。 优点：结构简单、价廉、工作可靠、应用范 围广、功率储备大、使用方便； 缺点：测量精度低、排水温度不能太高、精 度依赖供水压力稳定性。 计算参数 1 实测有效扭矩 2 实测有效功率 （kW） 式中：n转速（r/min） Me实测有效扭矩（nm） 3小时耗油量GT 4耗油率 ge=GT/Ne 对于一条特定的对于一条特定的 负荷特性曲线而负荷特性曲线而 言，转速是固定言，转速是固定 不变的，这样有不变的，这样有 效功率效功率N N e e 、有效、有效 转矩转矩M M

15、 e e 与平均有与平均有 效压力效压力p p e e 互成比互成比 例关系，均可用例关系，均可用 来表示负荷的大来表示负荷的大 小。小。 负荷特性的横坐标通常是上述三个参数之一，较为负荷特性的横坐标通常是上述三个参数之一，较为 常用的是有效功率常用的是有效功率P P e e 或平均有效压力或平均有效压力p p e e 。纵坐标主要是。纵坐标主要是 燃油消耗量燃油消耗量G G T T 、燃油消耗率、燃油消耗率g g e e 以及排温、烟度、机械效以及排温、烟度、机械效 率率 m m 等。如图所示的就是典型的负荷特性曲线。等。如图所示的就是典型的负荷特性曲线。 耗油率的测量容积法 容积法仪器 耗

16、油率的测量质量法 质量法 仪器 一 汽油机的负荷特 性 转速n不变，发动 机的经济性指标随负荷变 化的关系。 （一） 定义 转速n不变，汽油 机的经济性指标随负荷 节气门开度变化的关系。 （二） 特性曲线 汽油机 指示效率 、机 械效率、充气效 率、 过量空气系数 、油耗率、总油 耗 随负荷的变化 1 曲线 负荷 节气门开度 , 曲 线陡。 负荷 为发出最大功率 1, 燃烧不完全 。 2 曲线 负荷 负荷，开度7080%时 化油器中省油器（ 或多腔分动化油器的副腔）开始起作用, 使混合气变浓 , = 0.80.9 。 二 柴油机的负荷特 性 （一） 定义 转速n不变，柴油 机的经济性指标随负荷

17、 喷油泵齿条或拉杆位置变 化的关系。 （二） 特性曲线 柴油机 指示效率 、 机械效率、循 环供油量、油 耗率、总油耗 随负荷的变化 1 ， 曲线 负荷 g 燃烧完全程度 。 负荷 g Ni ,Nm 基本不变 m=1- Nm/Ni 。 2 ge曲线 负荷 g m，i ge。 负荷 g 燃烧恶化 m ， i ge 。 若负荷 冒黑烟、积炭, 发动机过热, 故 障, 寿命。 3 ge曲线上的特征点 1点 gemin。 2点 排黑烟, 冒烟界限点。 标定功率的选择： 车用柴油机 定在冒烟界限处，即2点。 拖拉机柴油机 定在冒烟界限2点以内。 3点 Nemax点。 过3点 GT，ge Ne。 选择气道

18、、燃烧室结构, 调整燃料供给系 统, 常以负荷特性作为标准。 三 汽油机与柴油机负荷特性曲线分析 1 同一n下： （1） gemin 经济性好。 （2） 曲线平缓 负荷变化较广时, 能保持较好的经济性。 柴油机比汽油机gemin低, 且曲线平缓。 所以，柴油机的经济性比汽油机的好。 2 从负荷特性曲线可知, 小负荷时, ge。 所以，在功力性满足的前提下, 不宜装功率过大的发 动机, 以求ge 避免大马拉小车。 3 全面评价经济性, 应作出不同n下的许多负荷 特性曲线 万有特性曲线。 汽、柴油机负荷特性曲线的 对比 汽油机有效燃油消耗率汽油机有效燃油消耗率 都比同负荷的柴油机高都比同负荷的柴油

19、机高 中、低负荷处的差值明显中、低负荷处的差值明显 比最低油耗点和标定功率比最低油耗点和标定功率 处大。处大。 1)汽油机有效燃油消耗率都比同负荷的柴油 机高 2)中、低负荷处的差值明显比最低油耗点和 标定功率处大。 统计资料表明，汽、柴油机最低燃油消耗率 的差值约15一30，而综合使用油耗的差值 可达2545 第三节 发动机速度特性 内燃机速度特性，是指内燃机在油量调内燃机速度特性，是指内燃机在油量调 节机构节机构( (油量调节齿条、拉杆或节气门开度油量调节齿条、拉杆或节气门开度) )保保 持不变的情况下，主要性能指标持不变的情况下，主要性能指标( (转矩、油耗、转矩、油耗、 功率、排温、烟

20、度等功率、排温、烟度等) )随内燃机转速的变化规律随内燃机转速的变化规律 。 当汽车沿阻力变化的道路行驶时，若当汽车沿阻力变化的道路行驶时，若 油门位置不变，转速会因路况的改变而发生变油门位置不变，转速会因路况的改变而发生变 化，这时内燃机是沿速度特性工作。化，这时内燃机是沿速度特性工作。 测试方法 速度特性也是在内燃机试验台架上测 出的。 测量时，将油量调节机构位置固定不 动，调整测功器的负荷，内燃机的转速相应发 生改变，然后记录有关数据并整理绘制出曲线 ，一般是以发动机转速作为横坐标。 部分速度特性与外特性 当油量控制机构在标定位置时，测得 的特性为全负荷速度特性(简称外特性外特性)； 油

21、量低于标定位置时的速度特性，称 为部分负荷速度特性部分负荷速度特性。 由于外特性上反映了内燃机所能达到 的最高性能，确定了最大功率、最大转矩以及 对应的转速，因而是十分重要的，所有发动机 出厂时都必须提供该特性。 一 汽油机的速度特性 （一） 定义 汽油机节气门开度固定不变，汽油机性 能指标随转速n变化的关系。 外特性 （全负荷的速度特性） 节 气门全开 （ 100% ）, 测得的速度特性。 部分速度特性 节气门固定在部分开 启位置, 测得的速度特性。 汽油机速度特性 汽油机指示效率 、机械效率、充气效率 、过量空气系数 随速度的变化 （二） 外特性曲线 1 Me曲线 n g （ 不多 ） （

22、1）v n 气流惯性 v ； n 节流损失 v 。 （2） i n 气流运动 混合气 形成改善 i ； n 燃烧时间，所占曲轴转角 i 。 （3） m n m 。 （4） Me 低速时: n v i m 使Me变化不大,略有； 高速时: n v i m 使Me 。 2 Ne曲线 低速时: n Me （ 不大 ）, 但 Ne Me n Ne； 高速时: n Me Ne （ 不大 ） 。 3 ge 曲线 低速时: n i m ， i 大于m ge （ 不大 ）； 高速时: n i ，m ge 。 4 GT 曲线 低速时: n v ，n GT （ 不大 ） ； 高速时: n v ，n GT。 GT

23、曲线先缓后陡。 （三）部分速度特性曲线 二 柴油机的速度特性 （一） 定义 油量调节机械 （ 油门拉杆或齿条 ） 位置固定不动, 柴油机性能指标随转速n变化的 关系。 外特性 （ 全负荷的速度特性 ） 油量调节机构固定在标定功率循环油量位置时, 测得的速度特性。 部分速度特性 油调节机构固定在小 于标定功率循环供油位置时, 测得的速度特性 。 柴油机速度特性 保持油量调节杆位置不变、性能指标随转速的变 化规律 必须说明的是： 油量调节杆位置和加速踏板位置并不一定成 正比。所以保持加速踏板位置不变得到的速度特性线 和保持油量调节杆位置不变得到的速度特性线有区别 。加速踏板位置不变时，各转速对应的

24、油量调节杆位 置往往已经过“校正”或“调速”而有变动。 （二） 标定功率 对于非增压发动机来说, 最大功率要受到平均有 效压力和转速两方面的限制。一台发动机的功率究竟标定 多大才适合, 这要根据发动机特性和具体用途、使用特点 及寿命和可靠性要求而人为确定, 根据我国情况, 国家标 准规定了发动机标定功率分为下列四级 1. 15分钟功率 允许发动机连续运转15分钟的最大 有效功率。 2. 1小时功率 允许发动机连续运转1小时的最大有 效功率。 3. 12小时功率 允许发动机连续运转12小时的最大 有效功率。 4. 持续功率 允许发动机长期连续运转的最大有 效功率。 每台发动机都应按用途在铭牌上标

25、明上述四种功率 的两种及相应的转速。 车用 常用15分钟, 1小时或12小时功率中 的两种作为铭牌功率。作为特性实验时, 应把两种标 定功率的外特性全做出来。 国家规定： 车用柴油机, 除作外特性外, 还应作标定功率 的90%, 75%, 50%, 25%的部分速度特性实验。 一般柴油机只作外特性就可以了。 时间越短, 功率值应越大。如：15分钟功率比 12小时功率大。 车用柴油机是高速柴油机，转速3000转/分 左右，标定功率为15分钟功率。 工程机械柴油机和农业装备柴油机，转速 2000转/分左右，标定功率为12小时功率。 发电机组柴油机，转速1500转/分，保证发 电的频率为50赫兹，标

26、定功率为持续功率。 柴油机指示效率 、机械效率、每循环供 油量 柴油机速度特性 （三） 外特性曲线 1. Me曲线 （1）v n v ；n v 。 （2） g n g( 油泵速 度特性 )。 （3） n g， v 。 （4） i n i ；n 燃烧时间， i 。 （5 ） m n m 。 （6） Me i m , 不如 快, v / 使曲线平缓。 2. Ne曲线 Me曲线平缓 Me 基本是常数，则 n Ne 几乎是成直线关系。 3. ge曲线 低速时: n i ，m ge （ 不大 ）； 高速时: n i ， m ge 。 有一个gemin对应的n, 整个曲线变化不大。 4. GT 曲线 低速

27、时: n v ， GT； 高速时: n v ， GT 。 整个GT曲线较陡。 （四）部分速度特 性 油量调节机构固 定在低于标定功率循环供 油量位置上时，循环供油 量减少，但随n的变化趋势 基本相似，随n的增加而上 升，所以柴油机部分速度 特性Me的变化基本上与外 特性Me平行。 柴油机曲线变化趋势分析 1) 扭矩因gb及 线有相反变化的趋势而使 总体上变化较平坦。 2)功率线总的是随n上升而增大。由于扭矩 线较平坦，所以可达到的最大功率点远离最高 使用转速（图上看不出来）。 3)指示燃油消耗率线为指示效率线的倒数， 变化平坦。 4) 有效燃油消耗率线则是在基础上作了 的修正，随转速上升而上翘

28、度加大。 汽、柴油机速度特性曲线的对 比 1)汽油机线扭矩向下倾斜较大，低负荷时 倾斜更大；而柴油机扭矩线总体变化平坦， 低负荷时甚至上扬。所以： 两种机型配套汽车时动力和运行稳 定性存在巨大差异 2)汽油机外特性功率线的最大值点，一般 就是标定功率点；而柴油机可达到的最大功 率值点的转速很高，标定点并非该特性线的 极值点。 3)柴油机燃油消耗率曲线要比汽油机线 平坦，低负荷时更是如此。 三、 外特性的意义 1 后备功率 后备功率大, 爬坡、加速性好。 但后备功率过大, 则常用工况在低负荷区, 经济性差。 2 最大Me 时的n 最大Me时的n越低, 克服外界阻力能力越强。 发动机速度外特性对汽

29、车动力性能的 影响 汽车动力性能的评价指标： 汽车的最高稳定行驶速度 最大爬坡能力 加速时间 汽车动力性能指标的确定 最高车速： 最低一条水平路面的阻力线与最高挡 第3挡驱动力线的交点“a” 是最高稳定车 速工况点 最大爬坡能力: 最低挡第1挡的驱动力线与某坡度阻 力线的切点“b”就是能克服的最大坡度稳 速工况点。所能克服的最大坡度值是40。 加速时间 汽车的驱动力行驶阻力平衡图 最大坡度稳 定工况点 最高车速稳 定工况点 加速功率 汽车功率平衡图 最高车速稳 定工况点 最高车速 加速时间: 1）据平衡原理，“a”为最高车速vmax工况点 。假定各挡Pt-va线的交点也正是换挡工 况点， 且认

30、为换挡是瞬时完成， 2）则汽车由低速全油门加速到最高车速时， 途经的每个速度点处的功率差值 或转矩 差值 就是该点的加速功率或加速转矩。 3） 称为后备功率。整个加速过程总 的后备功率，可由图上剖面线所示的积分面积 来表示，由此面积可计算出加速时间。 第四节 内燃机转矩特性 一、衡量内燃机转矩特性的参数 1转矩储备系数及转矩适应系数KM 式中：Memax外特性曲线上最大转矩； MeH 标定工况（或最大功率）时的转矩。 , KM n时, Me快 不换档情况下 , 克服短期超载能力强。 2转速适应系数Kn 定义：标定工况（或最大功率）时的转速nH 与最大转矩的转速nT之比称转速适应系数。 A、B发

31、动机的相同，但A 机Memax所对应的n比B机低。 当外界阻力矩为R1时，A、B 两机均在n1下稳定运转。当 外界阻力矩增大至R2时，B 机发出最大扭矩在n2B（nTB ）下稳定运转，此时A机则 在n2A下稳定运转。当外界 阻力矩再增大至R3时，A机 发出最大扭矩在nTA下稳定 运转，而B机无法克服外界 阻力矩，必须换挡。 最大转矩Memax时的转速nT愈低，即转速适应系数（ nH/nT）愈大，在不换档的情况下，内燃机克服阻力增 加的潜力愈强！ 3理想功率特性系数KN 内燃机的理想外特性：内燃机的动力可以保证汽车 在任何行驶阻力矩的条件下，无需变速器而能行驶自 如，在应用车速范围内有良好的经济

32、性，且车速和燃 油消耗率均相对稳定。 随着转速的变化，内燃机 功率为一条水平直线；转矩 为一条等边双曲线（由 Ne=KMen知，若Ne为一常数， 则有Men=常数），这样的动力 曲线即可保证车用发动机在 任意的阻力矩条件下均可行 驶自如；燃油消耗率为一条 水平直线，即可保证在宽广 的转速范围内具有良好的经 济性。 理想功率特性系数KN实际内燃机的功率外特性 曲线与理想外特性的功率曲线之间的逼近程度，用来 综合考虑车用内燃机的动力（功率）储备性能。 平均功率： KN值越大，则说明该内燃 机的功率外特性曲线越逼近 于理想外特性的功率曲线， 其动力储备性能好，故用KN 作为车用内燃机动力储备性 能的

33、综合评价指标是理想的 。 第五节 柴油机调速特性 定义： 在调速器起作用时，柴油机的性能指标（主要 指Me、Ne、ge、GT）随转速或负荷变化的关系。 1）在调速器起作用时，柴油机性能指标随转速变 化的关系，称为速度特性形式的调速特性； 2）在调速器起作用时，柴油机性能指标随负荷变 化的关系，称为负荷特性形式的调速特性； 调速器分为全程式和两极式！ 调速器构造原理 离心推力 弹簧弹力 高速挡钉 低速挡钉 调速手柄 供油拉杆 分泵柱塞 离心飞球 推力盘 调速手柄调速弹簧 调速弹簧 离心飞球 推力盘 驱动板 驱动板供油拉杆分泵柱塞 供油量转速 全程式调速器 在整个发动机工作范围内，调整扭矩特性。

34、（一） 工作原理 调速飞球在推力盘上的导向槽中滚动, 两球始终 相触, 右边推力盘没有左右向移动, 只有转动。共有12个 飞球, 一边6个, 一共3付。 1 当发动机在某一转速n下运行时, 飞球受离心力作用 , 对推力盘有一正压力, 水平方向分力与弹簧力相平衡, 油门拉杆固定在推力盘5上, 转速就稳定在这种状态下。 当外界负荷 n 小球受离心力作用加大, 对推力 盘的正压力加大当外界负荷 使推力盘5带动油门拉杆 向左移动 供油量g，转速就稳定在这一新的状态下 。 当外界负荷 n 供油量g 。 2 调速手柄1调整弹簧2的预紧力 弹簧力平衡点 变化 调速器起作用的转速值改变。一定的预紧力 对应于一

35、定的转速范围。因此，在整个发动机工作范 围内，均可调整扭矩特性。 调速手柄受到怠速螺钉8和限速螺钉9的限制, 也 就限制了柴油机的最高和最低稳定转速。 当调速手柄固定 在转速限制位置时， 由于调速器的作用， 柴油机的转矩曲线得 到改造，它随转速而 急剧变化，可由标定 值变到零或由零变到 标定值，转速却变化 很少，从而保证了柴 油机的工作稳定。 1速度特性形式的调速特性 2负荷特性形式的调速特性 二. 两极式调速器的调速特性 为防止高速飞车和低速熄火。 （一） 工作原理 1 控制怠速转速, n g， 不致过低而造成熄火。 n 受软弹簧作用，W下行 带动1点下行 2为支点，由杠杆原理, 3点左移

36、4点左移，由 4点 4点 5为支点，6点右移 由6点 6点 g n回升, 不致熄火。 n W上行, 当W接触到硬弹簧后, 由于力大, 使W停止上行, g不再, 调速器失去作用, 发动机 按外特性稳定运转。 2 限制飞车, n g，不致过高而造成 飞车。 n 离心力大 于和联合预紧力，W 带动1点上行 3 点右行 4点右行 6点左行 g n回 降, 不致飞车。 5点的左右移动取 决于发动机的负荷, 负 荷 5点右移。 三调速器的工作指标 （一） 调速率 -表示n 波动的大小 1.瞬时调速率1（评定调速器过渡过程的指标） n1 外界阻力突变（突卸负荷）前发动机的稳定转 速； n2 外界阻力突变（突

37、卸负荷）时发动机的最大瞬 时转速； nH 发动机的标定转速。 大 转速波动大, 易游车。 一般 1012%； 发电用 8% 2. 稳定调速率2 n3 突变（突卸负荷）后发动机的稳定转速； n1 突变（突卸负荷）前发动机的稳定转速； nH 发动机的标定转速。 反应Me曲线陡缓程度。 小 Me曲线陡 转速回复到稳定点的能力 强。 （二）不灵敏度 负荷 时, 调速器开始起作用的转速； 负荷 时, 调速器开始起作用的转速； n 平均转速。 E 推力盘上的推力；R 推力盘上的摩擦力 。 取决于摩擦力。 转速稳定性差； 调速器失灵, 易 飞车。 n 一般： 1.2 2%；转速低时, 1013% 。 第六节

38、 内燃机万有特性 负荷特性和速度特性只能用来表示某一 转速或某一油量控制机构位置时，内燃机各种 参数的变化规律，而内燃机特别是车用内燃机 的工况变化范围很广，要分析各种工况下的性 能，就需要多张负荷特性或速度特性图，这样 既不方便，也不直观。为了能在一张图上较全 面地表示内燃机各种性能参数的变化，经常应 用多参数的特性曲线，这种特性就是万有特性 。 万有特性曲线一般是以 转速n为横坐标，以负荷(平 均有效压力pe)为纵坐标。在 图上绘出若干条等油耗曲线 和等功率曲线。 A：调速手柄最大位置，外 界阻力矩R = 0，最高空转 转速点。( 图中未标出) B：发动机标定功率点， gmax。 C：最大

39、或Me 点, 由此可 得扭矩储备系数 和适应 性系数 K。 D：外特性上最低稳定转 速点。最低空转点 怠速 点。 （一）万有特性的绘制方法 根据发动机类型的不同，万有特性有两 种绘制方法，即负荷特性法和速度特性法负荷特性法和速度特性法。 对于柴油机，一般是依据不同转速下的 负荷特性，用作图法求出； 对于汽油机，则根据不同节气门位置的 速度特性，用作图法求得。 近年来，由于计算机测试技术以及计算 技术的应用，也可采用数值计算方法对大量的试 验数据进行回归及等值线的插值运算，从而直接 得到万有特性。 1、负荷特性法 1)将各种转速下的负荷特性 以平均有效压力pe为横坐标 ，ge为纵坐标，以同一比例

40、 尺画在一张坐标图上。 2)在万有特性图的横坐标轴上 以一定比例标出转速数值。而纵 坐标Pe比例应与负荷特性Pe比例 相同。 3)3)将负荷特性图旋转将负荷特性图旋转9090。 。后置于万有特性纵坐标轴的左侧，并将不 后置于万有特性纵坐标轴的左侧，并将不 同转速的负荷特性曲线与某燃油消耗率的各交点移至万有特性图中同转速的负荷特性曲线与某燃油消耗率的各交点移至万有特性图中 的相应转速坐标上，标上记号，再将的相应转速坐标上，标上记号，再将gege值相等的各点连成光滑的曲值相等的各点连成光滑的曲 线，即等燃油消耗率曲线。（各条等燃油消耗率曲线不能相交）线，即等燃油消耗率曲线。（各条等燃油消耗率曲线不

41、能相交） 4)然后，绘制等功率曲线（一组双 曲线） 2、速度特性法 1)在第一象限中绘出不同 节气门开度下的速度特性 上的转矩曲线(以平均有效 压力pe，表示)，在曲线尾 端标出相应的节气门开度 。 2)在第四象限绘出相应 节气门开度下的燃油消 耗率be曲线，同样注明 节气门开度的百分数。 3)在ge的坐标轴上，引若干条等燃 油消耗率的水平线与曲线相交，每 一水平线与ge曲线族均有一组交点 。通过交点引铅垂线向上至第一象 限，与相应开度的转矩曲线相交， 得到一组新交点，并注明燃油消耗 率数值。此时，同组交点的ge值 是相等的。 4)将等ge值的各点连成光滑的等 值线，并标上相应的数值，从而 得

42、到万有特性上的等燃油消耗率 曲线。这样，不同节气门开度下 的速度特性全部反映在一张图中 ，这对于车用发动机而言，应用 十分方便。 （二）万有特性的应用（二）万有特性的应用 在万有特性图上，最内层在万有特性图上，最内层 的等燃油消耗率曲线相当于的等燃油消耗率曲线相当于 内燃机运转的最经济区域，内燃机运转的最经济区域， 等值曲线越向外，经济性越等值曲线越向外，经济性越 差。差。 等燃油消耗率曲线的形状等燃油消耗率曲线的形状 与位置对内燃机的实际使用与位置对内燃机的实际使用 经济性能有重要的影响。经济性能有重要的影响。 如果该曲线的形状在横向如果该曲线的形状在横向 上较长，则表示内燃机在负上较长，则

43、表示内燃机在负 荷变化不大而转速变化较大荷变化不大而转速变化较大 的情况下工作时，燃油消耗的情况下工作时，燃油消耗 率变化较小。率变化较小。 如果曲线形状在纵向较长如果曲线形状在纵向较长 ，则表示内燃机在负荷变化较，则表示内燃机在负荷变化较 大而转速变化不大的情况下工大而转速变化不大的情况下工 作时，油耗率变化较小。作时，油耗率变化较小。 对于汽车用内燃机，最经对于汽车用内燃机，最经 济区域应大致在万有特性的中济区域应大致在万有特性的中 间位置，这样常用转速和负荷间位置，这样常用转速和负荷 就可以落在最经济区域内，并就可以落在最经济区域内，并 希望等燃油消耗率曲线在横向希望等燃油消耗率曲线在横

44、向 较长。对于拖拉机以及工程机较长。对于拖拉机以及工程机 械用内燃机，其转速变化范围械用内燃机，其转速变化范围 较小而负荷变化范围较大，最较小而负荷变化范围较大，最 经济区域应在标定转速附近，经济区域应在标定转速附近， 并沿纵向较长。并沿纵向较长。 改善发动机与汽车经济性 匹配 发动机自身节油是改善整车燃油经济性的基 础 发动机与传动装置的匹配在经济区工作 第七节 大气修正 大气温度t、大气压力p 吸入气缸内干 空气量 Ne, ge 我国标准：t = 25 ；p = 100 kpa ；环境湿度为60%；Pw=1kpa 。其中Pw 该地饱和 蒸汽压力。 试验大气状态： （1）温度：点燃式发动机：

45、288 KT308 K；柴 油机：283 KT313 K （2）气压：80kPas110 kPa 换算方法： 功率校正系数以是用来求得发动机在C5.2条规定的 标准大气状态下的功率。 式中: Ne,0 校正功率（即标准大气状态下的功 率）； a 校正系数； Ne 实测功率（试验功率）。 一、自然吸气式或增压点燃式发动机校正系数 式中： 试验时干空气压； T试验时进气温度，K。 试验室应满足的条件： 若超过此限值，在试验报告中应给出所得到的校正 系数值，并精确地说明试验状态（温度和压力）。 二、柴油机的校正系数d 式中： 大气因子； 每种发动机型式和调整的特性参 数。 （一）大气因子 此因子指出

46、环境状况（压力、温度和湿 度）对发动机吸入空气的影响。大气因子公式随发动 机型式不同而不同。 1 自然吸气和机械增压发动机： 2 装或不装进气中冷的涡轮增压式发动机： 3 涡轮增压带水/空中冷器： （二）发动机因子 式中： 校正的比排量循环供油量； q 比排量循环供油量， mg/L .cycle； r 压缩机出口与压缩机进口的压 力比（对于自然吸气式发动机r = 1）； 值在4065mg/L .cycle之间时，此公式有 效；在值低于40 mg/L .cycle时， 可取恒定值 0.3；在值高于65 mg/L .cycle时， 可取恒定值 1.2。 试验室应满足的条件： 若超过此限值，在试验报告中应给出所得校正系 数值，并精确地说明试验状态（温度和压力）。 END! 油量调节原理 进油孔 进油 压油回油 柱塞 调速器控制原理 转速n离心力调速弹簧弹力调速拉杆 各分泵柱塞角度 供油量 控制手柄 驾驶员 柱塞泵供油特性 供油量Q 转速n 反馈 调速器构造原理 离心推力 弹簧弹力 额定工况调速器工作原理 高速挡钉 低速挡钉 调速手柄