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1、汽车构造与维修 发动机 第一章 发动机 第1部分发动机概论 汽车的组成 汽车的心脏发动机 本章内容 发动机基本组成和常用术语 四冲程发动机工作原理 二冲程发动机工作原理 多缸四冲程发动机的工作顺序 发动机的总体构造 内燃机产品的名称及型号编制规则 三角活塞转子发动机简介 l 发动机：汽车动力来源。 一部转换能量的机器:某种能量 机械能 l 热机:热能 机械能 l 内燃机：燃料与空气混合后在机器内部燃烧而产生热能 ，然后再转变为机械能。 l 往复活塞式内燃机 发动机的定义： 1 1 发动机基本组成和常用术语发动机基本组成和常用术语 车用内燃 机 水冷发动机 风冷发动机 车用内燃机 车用内燃机 车
2、用内燃机 四冲程发动机 二冲程发动机 汽油发动机 柴油发动机 单缸发动机 多缸发动机 化油器式发动机 直接喷射式发动机 车用内燃机 单列式发动机 双列式发动机 1、按照所用燃料分类： 燃机按照所使用燃料的不同可以分为汽油机和柴油机(图1-1)。使用汽油为燃料 的内燃机称为汽油机；使用柴油为燃料的内燃机称为柴油机。汽油机与柴油机比 较各有特点；汽油机转速高，质量小，噪音小，起动容易，制造成本低；柴油机 压缩比大，热效率高，经济性能和排放性能都比汽油机好。 柴油机与汽油机比较，柴油机的压缩比高，热效率 高，燃油消耗率低，同时柴油价格较低，因此，柴 油机的燃料经济性能好，而且柴油机的排气污染少 ，排
3、放性能较好。但它的主要缺点是转速低，质量 大，噪声大，振动大，制造和维修费用高。 2、按照行程分类 ： 内燃机按照完成一个工作循环所需的行程数可分为四行程内燃机和二行 程内燃机(图1-2 )。把曲轴转两圈(720)，活塞在气缸内上下往复运动四 个行程，完成一个工作循环的内燃机称为四行程内燃机；而把曲轴转一 圈(360)，活塞在气缸内上下往复运动两个行程，完成一个工作循环的 内燃机称为二行程内燃机。汽车发动机广泛使用四行程内燃机。 四冲程二冲程 3、按照冷却方式分类 内燃机按照冷却方式不同可以分为水冷发动机和风冷发动机(图1-3)。水 冷发动机是利用在气缸体和气缸盖冷却水套中进行循环的冷却液作为
4、冷 却介质进行冷却的；而风冷发动机是利用流动于气缸体与气缸盖外表面 散热片之间的空气作为冷却介质进行冷却的。水冷发动机冷却均匀，工 作可靠，冷却效果好，被广泛地应用于现代车用发动机。 4、按照气缸数目分类： 内燃机按照气缸数目不同可以分为单缸发动机和多缸发动机(图1-4)。仅有一个 气缸的发动机称为单缸发动机；有两个以上气缸的发动机称为多缸发动机。如双 缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸发动机。现代车用发动 机多采用四缸、六缸、八缸发动机。 5、按照气缸排列方式分类 ： 内燃机按照气缸排列方式不同可以分为单列式和双列式(图1-5)。单列式 发动机的各个气缸排成一列，一般是垂直布
5、置的，但为了降低高度，有 时也把气缸布置成倾斜的甚至水平的；双列式发动机把气缸排成两列， 两列之间的夹角180(一般为90)称为V型发动机，若两列之间的夹角 =180称为对置式发动机。 下一节 6、按照进气系统是否采用增压方式分类： 内燃机按照进气系统是否采用增压方式可以分为自然吸气(非增压)式发动 机和强制进气(增压式)发动机(图1-6)。汽油机常采用自然吸气式；柴油 机为了提高功率有采用增压式的。 1.1.1 单缸发动机结构示意图 1.1发动机基本组成和常用术语 一、发动机结构基本术语 ： v 上止点 v 下止点 v 活塞行程(S) v 曲柄半径(R) v 气缸工作容积(V h ) v 发
6、动机排量(VL) v 燃烧室容积(Vc ) v 气缸总容积(Va ) v 压缩比（） Vh= D2S 10-6/4 （L） VL= V h i D气缸直径mm S活塞行程mm i 气缸数 Va V h Vc Va / Vc1 V / Vc 1.1.2 基本术语 1.1.2 基本术语 l 1.上止点：活塞离曲轴回转中 心最远处，通常指活塞上行到 最高位置。 l 2.下止点：活塞离曲轴回转中 心最近处，通常指活塞下行到 最低位置。 l 3.活塞行程(S)：上、下两止点 间的距离(mm)。 l 4.曲柄半径(R)：与连杆下端( 即连杆大头)相连的曲柄销中心 到曲轴回转中心的距离(mm)。 曲轴每转一
7、转，活塞移动两 个行程。 l 5.气缸工作容积(h)：活塞从 上止点到下止点所让出的空间 容积(L)。 h =D2S/(4106) (L) 式中：D气缸直径(mm)。 l 6.发动机排量(L)：发动机所有气缸工作容 积之和(L)。设发动机的气缸数为i，则 L =h i (L) l 7.燃烧室容积(C)：活塞在上止点时，活塞上 方的空间叫燃烧室，它的容积叫燃烧室容积 (L)。 l 8.气缸总容积(a)：活塞在下止点时，活塞 上方的容积称为气缸总容积(L)。它等于气缸 工作容积与燃烧室容积之和，即 l a =h +C l 9.压缩比()：气缸总容积与燃烧室容积的比值，即 =a /C =(h +C)
8、/ C =1+h /C 它表示活塞由下止点运动到上止点时，气缸内气体被压 缩的程度。压缩比越大，压缩终了时气缸内的气体压力 和温度就越高。一般车用汽油机的压缩比为610，柴油 机的压缩比为1522。 l 10.发动机的工作循环：在气缸内进行的每一次将燃料 燃烧的热能转化为机械能的一系列连续过程(进气、压缩 、作功和排气)称发动机的工作循环。 l 11.二冲程发动机：活塞往复两个行程完成一个工作循 环的称为二冲程发动机。 l 12.四冲程发动机：活塞往复四个行程完成一个工作循 环的称为四冲程发动机。 上止点 下止点 气缸工作容积 活塞行程 燃烧室容积 气缸总容积 发动机排量 压缩比 定义：压缩前
9、气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积 之比称为压缩比。用表示。 现代化油器式发动机压缩 比一般为69(轿车有的达9 11)。上海桑塔纳轿车汽油机 压缩比为8.2。 压缩比 定义：压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积 之比称为压缩比。用表示。 = Va/Vc 现代化油器式发动机压缩 比一般为69(轿车有的达9 11)。上海桑塔纳轿车汽油机 压缩比为8.2。 压缩比过大的不良后果 压缩比过大的不良后果 名称成因现现象后果 爆燃 由于气体压压力和 温度过过高，在燃 烧烧室内离点燃中 心较远处较远处 的末端 可燃混合气自燃 而造成的一种不 正常燃烧烧。 火焰以极高的速 率向外传传播，形 成压
10、压力波，以声 速向前推进进。当 压压力波撞击击燃烧烧 室壁时时就发发出尖 锐锐的敲缸声。 还还会引起发动发动 机过热过热 ，功率下降，燃油消耗 量增加等一系列不良后 果。严严重爆燃时时甚至 造成气门烧门烧 毁、轴轴瓦 破裂，火花塞绝缘绝缘 体 击击穿等。 表面点火 由于燃烧烧室内炽炽 热热表面与炽热处炽热处 (如排气门头门头 ，火 花塞电电极，积积炭 处处)点燃混合气产产 生的另一种不正 常燃烧烧。 伴有强烈的较较沉 闷闷敲击击声。 产产生的高压压会使发动发动 机机件负负荷增加，寿 命降低。 下一节 1.2 四冲程发动机的工作原理 一、四冲程汽油机的工作原 理 1、进气行程 2、压缩行程 3、
11、作功行程 4、排气行程 单缸四冲程汽油机的工作过程 进气行程 排气门关闭 进气门开启 活塞 温度370400 K， 压力0.070.09MPa 大气压力线 P V r a 示功图 上止点 下止点 示功图：表示活塞在不同位置时气缸内气 体压力的变化情况。 压缩行程 进气门关闭 排气门关闭 活塞 压缩比： =Va/Vc P V r a 示功图 大气压力线 c 上止点 下止点 温度600700K， 压力0.61.5 MPa 作功行程 进气门关闭 排气门关闭 活塞 P V r a 示功图 大气压力线 c Z b 上止点 下止点 瞬时最高：温度 22002800 K， 压 力35MPa 作功终了：温度
12、13001600 K， 压 力0.30.5 MPa 排气行程 进气门关闭 排气门打开 活塞 P V r 示功图 大气压力线 c Z b 上止点 下止点 温度9001200 K 压力 0.1050.115 MPa 残余废气 二、四冲程柴油机的工作原理 喷油器 排气行程 进气门 排气门 纯空气 温度300-370K 压力0.0785 0.0932MPa 温度750-1000K 压力3-5 MPa 瞬时：温度2000- 2500K压力6-9 MPa 温度800-1000K 压力0.105- 0.125MPa 终了：温度 12001500k压 力0.2-0.4MPa 吸气行程压缩行程作功行程 四冲程发
13、动机工作状态 状态 行程 温度(K)压力 进气行程3704407590 kPa 压缩行程6008006001500 kPa 作功行程 22002800(瞬时最高 ) 15001700(作功终了 ) 35MPa (瞬时最高) 300500 kPa (作功终了) 排气行程9001200105125 kPa 柴油机工作时各行程状态参数 状态态 行程 温度(K)压压力 进进气行 程 320350800900 kPa 压缩压缩 行 程 800100035MPa 作功行程 22002800(瞬时时最高) 15001700(作功终终了) 35MPa (瞬时时最高) 300500 kPa (作功终终了) 排气
14、行程 8001000105125 kPa 桑塔纳发动机结构示意图 思考 四冲程汽油机和柴油 机的工作循环有什么 相同之处呢？ ？ 共同特点： 1.每个工作循环曲轴转两转(720)每一 行程曲轴转半转(180)，进气行程是进气门开 启，排气行程是排气门开启，其余两个行程进、 排气门均关闭。 2.四个行程中，只有作功行程产生动力 ，其它三个行程是为作功行程做准备工作的辅助 行程，虽然作功行程是主要行程，但其它三个行 程也不可缺少。 3.发动机运转的第一个循环，必须有外 力使曲轴旋转完成进气、压缩行程，着火后，完 成作功行程，依靠曲轴和飞轮贮存的能量便可自 行完成以后的行程，以后的工作循环发动机无需
15、 外力就可自行完成。 思考 四冲程汽油机和柴油 机的工作循环有什么 不同呢？ 不同点 汽油机柴油机 汽油与空气缸外混合，进进 入可燃混合气 进进入气缸的是纯纯空气 电电火花点燃混合气高温气体加热热柴油燃烧烧 有点火系无点火系 无喷喷油器有喷喷油器 下一节 1.3 二冲程发动机的工作原理 l 二冲程汽油发动机工作原理 l 二冲程柴油发动机工作原理 一、二冲程汽油机工作原理 压缩混合气 进气 点火燃烧 排气 换气孔进气孔 排气孔 火花塞 二、二冲程柴油机工作原理 换气燃烧 排气 压缩喷油器 空 气 扫气泵 废 气 排气门 1.四冲程发动机的进、排气是两个 分开的专门过程，而二冲程发动机单 纯的排气
16、(或进气)时间极短，主要是一 个几乎完全重叠的，以新鲜气体清扫 废气的换气过程。这样的换气过程不 可避免地会发生新鲜气体和废气混合 ，造成废气难以排净和新鲜气体随废 气排出的后果。 2.完成一个工作循环，二冲程发动机只 需转一转，而四冲程发动机需要转两 转。因此，当发动机工作容积、压缩 比和转速相等时，从理论上讲，二冲 程发动机的功率应为四冲程发动机功 率的两倍，但实际上，只有1.51.6 倍，这是由于二冲程发动机难以将废 气排净，以及为了安排换气过程而较 多地损失了高压气体的作功能力，另 外还有可燃混合气随废气排出等所致 。 3.当转速相同时，二冲程发动机的 作功次数较四冲程发动机多一倍。
17、因此，二冲程发动机运转较平稳， 这对单缸发动机来说更为明显。 4.由于没有气门或只有排气门 ，也就省去了配气机构或使配气机 构较为简单，简化了发动机的结构 。易受磨损和经常需要修理的运动 部件数量较少。 由于二冲程汽油机有混合气损失 ，故经济性差，在大中型汽车上的 应用受到了限制。但由于它结构简 单、重量轻、制造成本低等优点， 轻便摩托车和微型汽车的小排量发 动机广泛采用。二冲程柴油机由于 换气时进入气缸的是纯空气，没有 燃料损失，为某些汽车所采用。 二冲程发动机与四冲程发动机相比，有何优点？ 从各单缸发动机工作原理可知，只有作功行程产生动力 ，其它三个行程都要消耗动力。为了维持运动，单缸发动
18、 机必须有一个贮备能量较大的飞轮。即使如此，发动机运 转仍然是不平稳的，作功行程快，其它行程慢。 汽车上实际应用的是多缸发动机，它是由若干个 相同的单缸排列在一个机体上共用一根曲轴输出动力所组 成。现代汽车上用的较多是四缸、六缸、八缸发动机。 1.4 多缸四冲程发动机的工作顺序 多缸发动机是在曲轴转角720内(四冲程)或曲轴转角 360内(二冲程)，各缸都要象单缸发动机一样完成一个工作 循环。为了使发动机运转平稳，各缸作功间隔角大都均等。 如四冲程六缸发动机各缸作功间隔角为=720/6=120即 曲轴每转1200就有一个缸作功，各缸作功行程略有搭接，这样 发动机运转较单缸发动机平稳得多。另外，
19、由于各缸的作功 行程为其它缸的准备行程提供动力，所以贮存能量的飞轮也 较单缸发动机小得多。四缸发动机从理论上讲作功冲程就已 连续，而六、八缸发动机都有作功重叠，且缸数越多、重叠 得就越大，发动机运转得就越平稳。 各缸做功行程顺序（据机器平衡性及各缸机械负荷和热负 荷的均匀性）： 直列四缸：1-3-4-2；1-2-4-3 直列六缸：1-5-3-6-2-4 V6发动机发火顺序 1.5 发动机的总体构造 两 大 机 构 曲柄连连杆机构 配气机构 五 大 系 统统 供给给系 点火系 冷却系 润润滑系 起动动系 连杆飞轮曲轴活塞 排气门推杆挺柱 正时齿轮 配气机构 曲柄连杆 机构 进气门 摇臂 凸轮轴凸
20、轮轴 1 曲柄连杆机构) 曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动零件。 它由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成。在作功行程中，活塞承 受燃气压力在气缸内作直线运动，通过连杆转换成曲轴的旋转运动，并 从曲轴对外输出动力。而在进气、压缩和排气行程中，飞轮释放能量又 把曲轴的旋转运动转化成活塞的直线运动。 2 配气机构 配气机构的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程，定时开启和关闭 进气门和排气门，使可燃混合气或空气进入气缸，并使废气从气缸内排 出，实现换气过程。配气机构大多采用顶置气门式配气机构，一般由气 门组、气门传动组和气门驱动组组成。 3 3 燃料供给系统燃料供给系统 汽
21、油机燃料供给系的功用是根据发动机的要求，配制出一定数量和浓度的汽油机燃料供给系的功用是根据发动机的要求，配制出一定数量和浓度的 混合气，供入气缸，并将燃烧后的废气从气缸内排出到大气中去；柴油机混合气，供入气缸，并将燃烧后的废气从气缸内排出到大气中去；柴油机 燃料供给系的功用是把柴油和空气分别供入气缸，在燃烧室内形成混合气燃料供给系的功用是把柴油和空气分别供入气缸，在燃烧室内形成混合气 并燃烧，最后将燃烧后的废气排出。并燃烧，最后将燃烧后的废气排出。 4 点火系统 在汽油机中，气缸内的可燃混合气是靠电火花点燃的，为此在汽油机的 气缸盖上装有火花塞，火花塞头部伸入燃烧室内。能够按时在火花塞电 极间
22、产生电火花的全部设备称为点火系，点火系通常由蓄电池、发电机 、分电器、点火线圈和火花塞等组成。 强制循环式水冷却系示意图强制循环式水冷却系示意图 1-1-百叶窗；百叶窗；2-2-散热器；散热器；3-3-散热器盖；散热器盖；4-4-风扇；风扇；5-5-小循环水管；小循环水管；6-6-水泵水泵 ；7-7-节温器；节温器；8-8-出水管；出水管；9-9-水套；水套；10-10-水温表和传感器；水温表和传感器；11-11-水套放水水套放水 开关；开关；12-12-散热器放水开关散热器放水开关 5 5 冷却系统冷却系统 冷却系的功用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发冷却系的功用是将受热零件吸
23、收的部分热量及时散发出去，保证发 动机在最适宜的温度状态下工作。水冷发动机的冷却系通常由冷却动机在最适宜的温度状态下工作。水冷发动机的冷却系通常由冷却 水套、水泵、风扇、水箱、节温器等组成。水套、水泵、风扇、水箱、节温器等组成。 6 润滑系统 润滑系的功用是向作相 对运动的零件表面输送 定量的清洁润滑油，以 实现液体摩擦，减小摩 擦阻力，减轻机件的磨 损。并对零件表面进行 清洗和冷却。润滑系通 常由润滑油道、机油泵 、机油滤清器和一些阀 门等组成。 桑塔纳发动机润滑系示意图 7 起动系统 要使发动机由静止状态过渡到 工作状态，必须先用外力转动 发动机的曲轴，使活塞作往复 运动，气缸内的可燃混合
24、气燃 烧膨胀作功，推动活塞向下运 动使曲轴旋转。发动机才能自 行运转，工作循环才能自动进 行。因此，曲轴在外力作用下 开始转动到发动机开始自动地 怠速运转的全过程，称为发动 机的起动。完成起动过程所需 的装置，称为发动机的起动系 。 下一节 l 为了便于内燃机的生产管理和使用，国家标准(GB725 82)内燃机产品名称和型号编制规则中对内燃机的名称 和型号作了统一规定。 l 1. 内燃机的名称和型号 l 内燃机名称均按所使用的主要燃料命名，例如汽油机、柴油机、 煤气机等。 l 内燃机型号由阿拉伯数字和汉语拼音字母组成。 l 内燃机型号由以下四部分组成： l 首部：为产品系列符号和换代标志符号，
25、由制造厂根据需要自选 相应字母表示，但需主管部门核准。 l 中部：由缸数符号、冲程符号、气缸排列形式符号和缸径符号等 组成。 后部：结构特征和用途特征符号，以字母表示。 l 尾部：区分符号。同一系列产品因改进等原因需要区分时，由制 造厂选用适当符号表示。 1.6内燃机产品的名称及型号编制规则 2. 内燃机型号的排列顺序及符号所代表的意义 规定如下： 3. 型号编制举例 (1) 汽油机 1E65F： 表示单缸，二行程，缸径65mm，风冷通用型 4100Q： 表示四缸，四行程，缸径100mm，水冷车用 4100Q-4： 表示四缸，四行程，缸径100mm，水冷车用，第四种变型产品 CA6102： 表
26、示六缸，四行程，缸径102mm，水冷通用型，CA表示系列符号 8V100： 表示八缸，四行程、缸径100mm，V型，水冷通用型 TJ376Q： 表示三缸，四行程，缸径76mm，水冷车用，TJ表示系列符号 CA488： 表示四缸，四行程，缸径88mm，水冷通用型，CA表示系列符号 (2) 柴油机 195： 表示单缸，四行程，缸径95mm，水冷通用型 165F： 表示单缸，四行程，缸径65mm，风冷通用型 495Q： 表示四缸，四行程，缸径95mm，水冷车用 6135Q： 表示六缸，四行程，缸径135mm，水冷车用 X4105： 表示四缸，四行程，缸径105mm，水冷通用型，X表示系列代号 下一节
27、 1.7 三角活塞转子发动机简介 进气行程进气行程 压缩行程压缩行程 作功行程作功行程 排气行程排气行程 转子泵与转子式发动机原理相似 下一节 第一章 发动机 第2部分发动机的特性 内容 l 发动机工况及指标 l 发动机台架试验 l 发动机的速度特性 l 发动机的速度特性 l 发动机的万有特性 l 发动机的调整特性 发动机的特性： 汽车行驶时，由于车速与行驶阻力不 断变化，则发动机的转速和负荷亦相应变 化，以适应汽车的需要。随着转速和负荷 的改变，发动机工作过程也会发生变化。 因此，发动机在不同使用条件下具有不同 的动力性与经济性。 第一节 发动机工况 一、工况 发动机的运行情况，简称工况。工
28、况以 功率Pe和转速n来表示，此功率、转速应该与 发动机所带动的工作机械要求的功率、转速 相适应。 只有当发动机发出的扭矩与工作机械消 耗的扭矩相等时，两者才能在一定转速下按 一定功率稳定工作。 二、发动机特性 发动机性能指标随调整运转工况而变化 的关系称为发动机特性。 性能指标 调整情况 运转工况 调整特性 性能特性 特性用曲线表示称为特性曲线，它是评 价发动机性能的一种简单、方便、必不可少 的形式。 三、发动机性能指标与工作过程的关系 发动机输出的有效指标通常用平均有效压 力pme、有效扭矩Ttq、有效功率Pe、有效燃油 消耗率b、每小时耗油量B表示。这些指标与发 动机工作过程参数的关系可
29、以推导如下。 式中 v充量系数； o大气状态下空气密度（kg/m3）； Vs气缸工作容积（m3）； 过量空气系数； hu燃料低热值（kJ/kg）； Lo理论空气量（kg/kg）。 每循环放热量Q（kJ）为 根据平均有效压力pme（kPa）的定义 式中 We每循环有效功（kJ）； e有效热效率。 式中 it指示热效率； m机械效率。 功率 扭矩（汽油机 ） 燃油消耗率 小时耗油量 扭矩（柴油机 ） 下一节 第二节 发动机台架试验 一、试验台装置 基本组成、装配关系、固定、支承 二、制动测功装置测功器 1.水力测功器 2.平衡式电力测功器 3.电涡流测功器 三、耗油率的测量 1.容积法 充油 测量
30、 测量消耗容积v的燃油所用时间t 燃油消耗量按下式计算 式中 V球泡容积（mL）； Pe 发动机有效功率（kW）; f 燃油密度（g/mL）； t消耗容积V的燃油所用时间（s）。 小时耗油量耗油率 2.质量法 油箱供油 充油 测量 燃油消耗量按下式计算 式中 t消耗m（g）燃油所需时间（s）； Pe消耗m（g）燃油时测量的有效功率（kW）； B小时耗油量（kg/h）； be有效燃油消耗率g/（kWh）。 下一节 第 三节 发动机的速度特性 发动机性能指标随转速变化的关系称 为发动机的速度特性。若驾驶员将油 门踏板位置保持一定，由于道路阻力 不同，汽车行驶速度也会改变，上坡 时汽车速度逐渐降低，
31、下坡时速度增 加，这时发动机即沿速度特性工作。 一、汽油机的速度特性 （1）速度特性：汽油机节气门开度 固定不动，其有效功率Pe、扭矩Ttq、燃 油消耗率b、每小时消耗油量B等随转速n 变化的关系。 （2）测取：发动机台架试验。测取 前，应将点火提前角及化油器调整完好； 测取时，应按规定保持冷却水温度、润滑 油温度在最佳状态。 节气门全开时速度特 性称为外特性。节气门部分 打开时的速度特性称为部分 负荷速度特性。由于节气门 的开启可以无限变化，所以 部分负荷速度特性曲线有无 数条，而外特性曲线只能有 一条。 （一）外特性曲 线 1扭矩曲线变 化趋势 随着转速n的增 加，扭距Ttq逐渐增 大，出
32、现最大扭距 Ttqmax后逐渐下降， 且下降程度越来越大 。曲线呈上凸形状。 根据公式 可见，Ttq随n的变化取 决于指示热效率i、机 械效率m、充气效率 v与过量空气系数 随n的变化。 （1）在节气门 开度一定时，过量 空气系数at可视为 常数。 （2）充气效率 v在某一中间转速 时最大。因为一定的 配气相位仅对一种转 速最适合，此转速下 能最好地利用气流惯 性。其余转速时v 均降低，曲线为上凸 形。 （3）指示热效率it 转速低，进气流速 低，紊流减弱，使雾化 、混合状态较差，火焰 传播速度降低，散热及 漏气损失增加，it较低， 转速高时，燃烧过程所 占曲轴转角较大，燃烧 在较大容积下进行
33、，it也 较低。但变化比较平坦 ，对Ttq影响较小。 （4）机械效率 m 转速增加，消 耗于机械损失功增 加。因此，随转速 升高，机械效率m 明显下降。 综合作用的结果是；当转速由低开始上 升时，v，it同时增加的影响大于m下降的 影响，使Ttq增加，对应于某一转速时，Ttq达 到最大值。转速继续增加，由于v、it、m 均下降，因此Ttq随转速升高而较快的下降， 即Ttq曲线变化较陡。 2功率变化趋势 Pe=Ttqn/9550 当转速由低逐渐升高 时，由于Ttq、n同时增加 Pe增加很快。在达到最大 扭距转速ntq后，再提高转 速，由于Ttq有所下降，使 Pe上升缓慢。某一转速时 Ttqn达最
34、大值。此后，再 增加转速，由于扭距下降 超过转速上升的影响，Pe 反而下降。 3燃油消耗率变化趋势 b=k3/itm b在某一中间转速当itm达到最大值时出现 最低值。当转速较此转速低时，由于m上升弥 补不了it的下降，使b增加。转速较此转速高 时it、m均较低，b也增加。 （二）部分负荷速度特性 随着节气门的关小 ，节流损失增大，充气效 率减小，使部分负荷速度 特性的 Pe、Ttq低于外特 性值。且转速越高，充气 效率减小的越多，因此， 节气门开度越小，随转速 增加，扭距、功率曲线下 降得越快，并使最大扭矩 及最大功率点向低速方向 移动。 当节气门开度的75% 左右时，耗油率曲线位置 最低。
35、超过75%开度，混 合气较浓，存在燃烧不完 全现象，耗油率曲线位置 较高，低于75%开度时， 残余废气相对增多，燃烧 速率下降，使it降低，耗 油率曲线位置也高，且开 度越小，耗油率曲线位置 越高。 二、柴油机速度特性 速度特性：喷油泵油量调节机构位置 固定不动，柴油机性能指标（主要是功率 Pe、扭距Ttq、燃油消耗率b、每小时耗油 量B）随转速n变化的关系。 外特性：油量调节机构固定在标定循 环供油量位置时速度特性称为柴油机标定 功率速度特性。 部分负荷速度特性：当油量调节机构 固定在小于标定循环供油量各个位置时， 所测得的速度特性称为柴油机。 （一）外特性曲线变化趋势 1扭矩曲线变化趋 势
36、 柴油机的扭矩曲线比 汽油机平坦。 柴油机扭矩曲线的变 化趋势，很大程度上决定 于每循环供油量随转速变 化的情况。 扭矩表达式可定性 地写成 由式可见，柴油机 扭距随转速的变化趋势 决定于it、m、b随 转速n变化的趋势。 （1）b随转速 n的提高，每循环供油 量b增加。 （2）v也是在某 一中间转速n出现最高 值。 （3）i指示热效率 i某一中间n稍高 i 转速低 空气涡流减 弱，燃烧不 良及散热漏 气损失增加 i 转速高 v 、b ，使， 不完全燃烧严重 燃烧占曲轴转角 ， 燃烧容积 2功率曲线 由于扭矩Ttq曲线 变化平坦，在一定n范 围内，功率Pe几乎与 转速n成正比增加。 3燃油消耗
37、率曲线 由于柴油机压缩比高，i较高，曲线比 汽油机的平坦，最低耗油率值比汽油机相应 值低。当i、m达到最大值时，出现bmin值 。 （二）部分负荷速度特性 随油量调节机构位置向 减小供油量方向移动时，循 环供油量减小，使部分负荷 速度特性的Pe、 Ttq值低于外 特性。但随着负荷减小，循 环供油量随转速的变化趋势 基本不变，使部分负荷速度 特性的变化趋势同外特性相 似，所以柴油机的部分负荷 速度性的Pe、Ttq曲线是随负 荷的减小，大致平行下降。 耗油率曲线的变化趋势 基本同外特性。当负荷为75% 左右时，曲线位置最低。 三、发动机扭矩特性 要求发动机的扭矩随转速的降低而增 加。 如当汽车上坡
38、时，若油量调节拉杆已 达最大位置，但所发出的扭矩仍感不足， 车速就要降低，此时需要发动机随车速降 低而发出更大扭矩，以克服爬坡阻力。因 此，为表明发动机的性能，引入扭距储备 系数和转速储备系数的概念。 1.扭距储备系数 要充分表明发动机的动力性能，除给出标定功 率及其相应的转速外，还要同时考虑发动机的扭矩 特性，从而引入扭距储备系数和适应性系数K的 概念。 式中 Ttqmax外特性曲线上的最大扭矩（Nm）； Ttq标定工况下的扭矩(Nm)。 或K值大，表明两扭矩之差（ Ttqmax - Ttq）值大，即随转速的降低，扭 矩Ttq增大越快，从而在不换档的情况下 ，爬坡能力、克服短期超负荷的能力越
39、强 。 汽油机：值在10%30%范围，K值 在1.21.4。 柴油机：若不予以校正，则值只有 5%10%范围，K值只有1.05左右，难以满 足车辆使用要求。 （二）转速存储设备系数n 转速存储设备系数是标定工况时的转速与 最大扭距转速的比值。 式中 nB标定工况转速； ntq最大扭矩转速 最大扭矩转速ntq越低，n越大，车辆在不 换挡的情况下，发动机克服阻力增加的潜力越 强。 一般，汽油机n=1.152.0 ，柴油机 n=1.52.0 。 （三）柴油机扭矩特性的改善 柴油机扭矩储备系数小的根本原因 是由喷油泵速度特性决定的。因此， 柴油机中都采用油量校正装置来改造 外特性扭矩曲线。 油量校正装
40、置的作用是：当发动机 在标定工况下工作时，如果转速因外 界阻力矩不断增加而下降，则喷油泵 能自动增加循环供油量，以增大低速 时的扭矩，提高扭矩储备系数。 校正方法： （1）出油阀式校正机构。 （2）附加在调速器上的弹簧校正机构。 下一节 负荷特性：转速不变，其经济性指标 随负荷（可用功率Pe、扭矩Ttq或平均有效 压力Pme表示）的变化关系。 当汽车以一定的速度沿阻力变化的道 路行驶时，就是这种情况。此时必须改变 发动机油门来调整有效扭矩，以适应外界 阻力矩的变化，以保持发动机转速不变。 第四节 发动机的负荷特性 一、汽油机负荷特性 1.负荷特性：当汽油机转速不变，而逐 渐改变节气门开度，每小
41、时耗油量B、燃料 消耗率b随负荷（Pe、Ttq或Pme）而变化的关 系。 2.测取：发动机台架试验。测取前应将 化油器、点火提前角调整完好；测取时应按 规定保持冷却水温度、润滑油温度在最佳状 态。 3.汽油机靠改变节气门开度，改变进入 气缸的混合气数量来适应负荷变化。其负荷 的调节方法称为“量调节”。 汽油机负荷特性分析 （一）燃油消耗率曲线 由公式b=k3/itm可 知，燃油消耗率b的变 化取决于it、m的变化 。it、m随负荷的变化 如图所示。 （1）i 转速一定，负荷增加 ，节气门开度加大， 残余废气相对减少， 热负荷增加，从而改 善了燃油雾化、混合 条件，使燃烧速度加 快，散热损失相对
42、减 少，i增加。负荷增 至大负荷，加浓装置 工作，i下降。 （2）m m随负荷的增加而迅速增加。原因是 转速一定而负荷增加时，机械损失功率Pm 变化不大，指示功率Pi成正比增加，使 m=1（Pm /Pi）增加。 当发动机空转（Pe=0）时，指标功率完全用于克 服机械损失，即Pi=Pm，则m=0，耗油率b为无穷大。 随负荷（节气门开度）增大，由于i、m同时上升， 使耗油率曲线迅速下降。当im达到最大值出现最低 耗油率bmin后，随节气门逐渐增至全开，化油器加浓 装置参加工作，供给最大功率混合气，燃烧不完全现 象增加，i下降，使耗油率又有所增加。 （二）每小时耗油量B曲线 B 节气门开度：开度 ，
43、量 混合气成分：除怠速、 全负荷时较浓外，大部 分情况变化不大 B几乎随节气门开度 呈线性变化。当节气门开 度增大至化油器加浓装置 参加工作后，B上升得更 快一些。 二、柴油机负荷特性 1.负荷特性:柴油机转速一定，每 小时耗油量B、有效燃料消耗率b随负 荷（Pe、Ttq或Pme）而变化的关系。 2.测取:台架试验。测取时，应将 柴油机的供油提前角、冷却水温度、 润滑油温度等调整到最佳状态。 3.柴油机负荷调节方法称为“质调 节”。 柴油机负荷特性曲线分析 （一）耗油率曲线 根据公式 柴油机耗油率b随 负荷的变化取决于it和 m。 m：随负荷 增加而上升 。 i： 随负荷增加，每循环供油量b增
44、加 ，过量空气系数减小，燃烧不完全程度增 大，使i减小。大负荷时，混合气过浓，燃 烧恶化，不完全燃烧及补燃增多，使i下降 更快。 综上所述，当Pe=0，m=0时，b趋于无穷大。随 负荷增加，m迅速增加，且远大于i的减少，使b下降 很快。当b增加到1点位置时，b最小。此后再增加负 荷，由于i下降较m上升的多，使b又有所增加。当b 增加到2点时，排气冒黑烟，达到国标规定限值。当 b超过2点时，燃料消耗量增大，排放污染严重，影 响发动机寿命，所以，柴油机的最大循环供油量应在 标定转速下调整，使烟度不超过允许值。 （二）每小时耗油量B曲线 转速一定时，柴油机的每小时耗油量B主 要决定于b。随负荷增加，
45、每循环供油量b 增加，B随之增加。当负荷接近冒烟界限后， 由于燃烧恶化，B上升得更快一些。 由负荷特性可以看出 ， (1)同一转速下最低耗油 率bmin越小，曲线变化越平 坦，经济性越好。柴油机 bmin比汽油机低bmin；而且 燃油消耗率曲线比较平坦 。相比之下，柴油机部分 负荷时低耗油率区比汽油 机宽，因而柴油机比汽油 机节省。(2)耗油率b随负荷 的增加而降低，在接近全 负荷（常在80%负荷率左 右）时b达到最小。 下一节 第五节 发动机的万有特性 万有特性是以转速n为横坐标，以扭矩Ttq或平均 有效压力Pme为纵坐标，在图上画出许多等耗油率曲线 和等功率曲线，组成发动机万有特性。 一、
46、万有特性的制取 根据各种转速下的负荷特性曲线，用作图法可以得到万有特性。 （一）等燃油消耗率曲线 1. 将不同转速的负荷特性转换为以平均有效压力PME或Ttq为横 坐标、燃油消耗率b为纵坐标的负荷特性，并逆时针旋转90。 2. 在万有特性图的横坐标上，以一定比例标出转速数值。纵 坐标Pme的比例应与负荷特性Pme的比例相同。 从b=230g/（kWh）处引一垂线，与 各种转速的b曲线有两个（或一个） 交点。再从交点处引水平线，与从万 有特性横坐标相应转速处引出的垂线 相交，将交点连成圆滑的曲线，即得 到一定燃油消耗率时的等燃油消耗率 曲线，其余b时的等燃油消耗率曲线 作法相同。 （二）等功率曲
47、线 根据公式Pe= kPmen，可画出等功率曲线， 是一组双曲线。 （三）边界线 将外特性中的Ttqn画在万有特性上，构成边 界线。 二、万有特性的应用分析 1.由万有特性可以方便地查到发动机在 任何点（Ttq、n）工作时的Pe、b、Pme，发 动机在任何点（Pe、n）工作时的Ttq、b、 Pme以及发动机最经济负荷和转速。 2. 等燃油消耗率曲线的形状及分布情况 对发动机使用经济性有很大影响。 （1）等燃油消耗率曲线最内层为最经济区，曲线越 向外，经济性越差。 （2）如果等燃油消耗率曲线横向较长，表示发动机 在负荷变化不大而转速变化较大的情况下油耗较小。常 用中等负荷，中等转速工况的车用发动
48、机，希望其最经 济区处于万有特性中部，等燃油消耗率曲线曲线横向较 长。 （3）等燃油消耗率曲线纵向较长，则发动机在负荷 变化较大而转速变化较小的情况下的燃油消耗率较小。 工程机械用发动机，希望最经济区在标定转速附近，等 燃油消耗率曲线纵向较长些。 下一节 第六节 发动机的调整特性 发动机性能指标随调整情况而变化的关系称调整 特性。 一、柴油机装调速器的必要性 保证发动机工作稳定 二、全程式调速器及调速特性 柴油机由最低转速到最高转速的宽广范围内，调 速器都起作用，这种调速器即全程式调速器。 （一）调速器工作原理 各组成件的作用可概括如下。 （1）转速给定元件 驾驶员根据所需转速，通过转动调 速手柄1（实际即油门）可将调速弹簧2压缩到不同位置， 以调整弹簧预紧力，在弹簧作用下，托板6向右移动。 （2）转速变化的感受元件 根据转速的变化，由喷油泵 凸轮轴带动的旋转飞球就产生不同的离心力，离心力轴向 分力抵抗弹簧弹力而作用于执行机构上。 （3）执行机构 它是用来执行感受元件所发生的变化， 从而加油或减油。图中的推力盘5在离心力的作用下，要向 左移动，而其移动又受到弹簧预紧力的抵制，因此推力盘 的位置决定于弹簧弹力与离心力的平衡。推力盘5与油量调 节拉杆4连在一起，所以盘5的位置也