1、第七章第七章 发动机的特性发动机的特性本章要求：本章要求：了解：发动机特性的基本概念。了解：发动机特性的基本概念。理解：发动机特性曲线变化的原因。理解：发动机特性曲线变化的原因。掌握：汽油机、柴油机特性曲线的意义，发动机掌握：汽油机、柴油机特性曲线的意义，发动机速度特性和负荷特性曲线的测定方法。速度特性和负荷特性曲线的测定方法。第第1 1节节 发动机特性概述发动机特性概述 定义：定义：一、发动机的工况一、发动机的工况 发动机的实际运转情况。发动机的实际运转情况。实际上，实际上，发动机工况就是研究不同运转情况下，其功发动机工况就是研究不同运转情况下，其功率、转矩和转速三者间的变化关系。率、转矩和
2、转速三者间的变化关系。1 1、发动机工况的分类、发动机工况的分类 （1 1）点工况）点工况（负荷、转速基本不变）（负荷、转速基本不变）（2 2）线工况）线工况（负荷变化但转速基本不变）（负荷变化但转速基本不变）（3 3）面工况）面工况（负荷、转速在宽广的范围内变化）（负荷、转速在宽广的范围内变化）2 2、车用发动机的工况范围、车用发动机的工况范围 （1 1）上边界线）上边界线a:a:最大油门位置时，不同转最大油门位置时，不同转速下发动机所能发出的最大功速下发动机所能发出的最大功率，率，是发动机功率的极限。是发动机功率的极限。（2 2）右边界线）右边界线b:b:发动机所能承受的最高转发动机所能承
3、受的最高转速极限。速极限。（3 3）左边界线）左边界线c:c:发动机能稳定运转的最低转速。发动机能稳定运转的最低转速。（4 4）水平边界）水平边界d d 不同油门位置的怠速特性，不同油门位置的怠速特性，即发动机指示功率与机械损失即发动机指示功率与机械损失功率相等（功率相等（Pe=0Pe=0）。）。（5 5）下边界）下边界e e 发动机停机后倒拖特性发动机停机后倒拖特性（下坡时的制动能力）。（下坡时的制动能力）。二、发动机功率的标定二、发动机功率的标定 标定功率：标定功率：制造厂根据发动机的使用要求制造厂根据发动机的使用要求（用途、（用途、寿命、可靠性、使用条件等），寿命、可靠性、使用条件等），
4、人为规定的该发动机在人为规定的该发动机在标况下允许输出的最大功率。标况下允许输出的最大功率。我国四个等级的发动机功率标定：我国四个等级的发动机功率标定：1 1、1515分钟功率分钟功率 *思考：人为规定就会存在可高可低的情况，那么思考：人为规定就会存在可高可低的情况，那么汽车用发动机与工程机械用发动机标定时应如何考虑？汽车用发动机与工程机械用发动机标定时应如何考虑？2 2、1 1小时功率小时功率 3 3、1212小时功率小时功率 4 4、持续功率、持续功率 汽车、快艇等汽车、快艇等 工程机械、船舶等工程机械、船舶等 机车、移动发电机组等机车、移动发电机组等 农用机械、固定发电机组等农用机械、固
5、定发电机组等 需要注意的是：实际使用过程中，发动机功率超出标需要注意的是：实际使用过程中，发动机功率超出标定功率或标定功率下超出规定的时间，并不意味着发动机定功率或标定功率下超出规定的时间，并不意味着发动机就会损坏。就会损坏。第第2 2节节 发动机的负荷特性发动机的负荷特性 定义：定义：当转速不变时，发动机性能指标随负荷而变化当转速不变时，发动机性能指标随负荷而变化的关系的关系（通常用负荷特性曲线表示）。（通常用负荷特性曲线表示）。负荷特性（曲线）的测定：负荷特性（曲线）的测定：1 1、发动机稳定运转一段时、发动机稳定运转一段时间，间，使水温、油温为正常值；使水温、油温为正常值；2 2、改变测
6、功器负荷和循环、改变测功器负荷和循环供油量，供油量，保持转速不变；保持转速不变；3 3、测量、测量bebe、PePe、TrTr、等；等；4 4、重复上述操作，并绘制、重复上述操作，并绘制特性曲线。特性曲线。一、柴油机的负荷特性一、柴油机的负荷特性 保持柴油机转速不变，改变循环供油量保持柴油机转速不变，改变循环供油量 b b时，时，B B、bebe、等随负荷（等随负荷（PePe或或TeTe）变化的关系。）变化的关系。定义：定义：特点：特点：因此，柴油机负荷特性的调整过程称为因此，柴油机负荷特性的调整过程称为“质调节质调节”。转速转速n n不变不变充量系数充量系数c c基本不变基本不变循环供油量循
7、环供油量b b改变改变过量空气系数过量空气系数a a或空燃比或空燃比改变改变 1 1、指示热效率、指示热效率i i：柴油机负荷特性曲线柴油机负荷特性曲线 先增大先增大（混合气由稀（混合气由稀变浓，燃烧充分）；变浓，燃烧充分）；后降低后降低（混合气偏浓，（混合气偏浓，燃烧不完全）；燃烧不完全）；2 2、机械效率、机械效率e e：转速不变，摩擦损失不转速不变，摩擦损失不变，变，故其随着指示功故其随着指示功P Pi i（负荷）（负荷）的增大而增大。的增大而增大。当超过最大功率点后，随着燃当超过最大功率点后，随着燃烧急剧恶化，烧急剧恶化，P Pi i下降，下降，P Pm m也下降。也下降。先急剧减小先
8、急剧减小（怠速时为（怠速时为，后随，后随i i、m m的增大而减的增大而减小）；小）；后逐渐升高后逐渐升高（到达最低（到达最低油耗点后，由于燃烧恶化，油耗点后，由于燃烧恶化，油耗随油耗随i i降低而增大）。降低而增大）。3 3、燃油消耗率、燃油消耗率b be e：最低油耗点最低油耗点1 1 冒烟界限冒烟界限2 2（限制超过）（限制超过）最大功率点最大功率点3 3 柴油机负荷特性曲线柴油机负荷特性曲线 二、汽油机的负荷特性二、汽油机的负荷特性 保持汽油机转速不变，改变节气门时，保持汽油机转速不变，改变节气门时，B B、bebe、等随负荷（等随负荷（PePe或或TeTe）变化的关系。）变化的关系。
9、定义：定义：特点：特点：节气门开度节气门开度增大增大充量系数充量系数c c增大增大循环供油量循环供油量b b增大增大浓度基本不变浓度基本不变而数量增大而数量增大 因此，汽油机负荷特性的调整过程称为因此，汽油机负荷特性的调整过程称为“量调节量调节”。汽油机负荷特性曲线汽油机负荷特性曲线 1 1、指示热效率、指示热效率i i：先增大先增大（节气门开度（节气门开度增大，残余废气减少，燃烧增大，残余废气减少，燃烧改善）；改善）；后降低后降低（大负荷混合（大负荷混合气浓，燃烧不完全）；气浓，燃烧不完全）；2 2、机械效率、机械效率e e：转速不变，摩擦损失不转速不变，摩擦损失不变，变，故其随着指示功故其
10、随着指示功P Pi i（负荷）（负荷）的增大而增大。的增大而增大。汽油机负荷特性曲线汽油机负荷特性曲线 先急剧减小先急剧减小（怠速时（怠速时为为，后随，后随i i、m m的增大的增大而减小）；而减小）；后逐渐升高后逐渐升高（随着混（随着混合气变浓，由于燃烧恶化，合气变浓，由于燃烧恶化，油耗随油耗随i i降低而增大）。降低而增大）。3 3、燃油消耗率、燃油消耗率b be e：三、柴油机、汽油机的负荷特性对比三、柴油机、汽油机的负荷特性对比 1 1、柴油机燃油消耗率普遍较、柴油机燃油消耗率普遍较低，且小负荷到中负荷的油耗率低，且小负荷到中负荷的油耗率下降迅速；下降迅速；1 1）柴油机不仅压缩比大，
11、过）柴油机不仅压缩比大，过量空气系数也大；量空气系数也大；原因：原因：2 2）汽油机低负荷时采用浓混）汽油机低负荷时采用浓混合气且残余废气多，加之泵气损合气且残余废气多，加之泵气损失大，故油耗率高；失大，故油耗率高；柴、汽油机负荷特性对比柴、汽油机负荷特性对比 2 2、柴油机低油耗区较汽油机宽；、柴油机低油耗区较汽油机宽；3 3、柴油机排气温度较汽油机普遍较低，且随负荷变化较、柴油机排气温度较汽油机普遍较低，且随负荷变化较大；大；1 1）柴油机压缩比大，故膨胀）柴油机压缩比大，故膨胀比较汽油机大，热效率高；比较汽油机大，热效率高；原因：原因：2 2）柴油机充量基本不变，循）柴油机充量基本不变，
12、循环供油量增大时，放热多，故温环供油量增大时，放热多，故温度升高较快；度升高较快；柴、汽油机负荷特性对比柴、汽油机负荷特性对比 汽油机节气门开度增大时，汽油机节气门开度增大时，虽然供油量增大，但相应进气也虽然供油量增大，但相应进气也多，故温度升高较平坦；多，故温度升高较平坦；第第3 3节节 发动机的速度特性发动机的速度特性 定义：定义：当油量调节机构（油门位置）不变时，发动机当油量调节机构（油门位置）不变时，发动机性能指标随转速而变化的关系性能指标随转速而变化的关系（用速度特性曲线表示）。（用速度特性曲线表示）。速度特性（曲线）的测定：速度特性（曲线）的测定：1 1、发动机稳定运转一段时、发动
13、机稳定运转一段时间，间，使水温、油温为正常值；使水温、油温为正常值；2 2、固定油量调节机构，固定油量调节机构，改改变测功器负荷；变测功器负荷；3 3、测量不同转速下的、测量不同转速下的bebe、PePe、TeTe等；等；外特性：外特性：全负荷（处在最大油量位置）时的速度特性。全负荷（处在最大油量位置）时的速度特性。发动机速度特性曲线发动机速度特性曲线 一、柴油机的速度特性一、柴油机的速度特性 保持柴油机油泵调节机构位置不变，测量保持柴油机油泵调节机构位置不变，测量 Pe Pe、bebe、TeTe、等随转速等随转速n n的变化关系。的变化关系。定义：定义：1 1、指示热效率、指示热效率i i：
14、先增大先增大（转速提高，雾化混（转速提高，雾化混合好、燃烧改善且散热少）；合好、燃烧改善且散热少）；柴油机不同负荷时柴油机不同负荷时i i的速度特性的速度特性 后减小后减小（转速过高，充量降（转速过高，充量降低、燃烧不全与后燃加重）；低、燃烧不全与后燃加重）；*思考：如左图所示，柴油机小负荷思考：如左图所示，柴油机小负荷时指示热效率低，中等负荷时高，而全时指示热效率低，中等负荷时高，而全负荷时介于两者之间，为什么？负荷时介于两者之间，为什么？2 2、机械效率、机械效率m m ：柴油机不同负荷时柴油机不同负荷时m m的速度特性的速度特性 随随n n增大而逐渐减少增大而逐渐减少（转速（转速越高，摩
15、擦损失越大）。越高，摩擦损失越大）。3 3、有效燃油消耗率、有效燃油消耗率b be e ：柴油机不同负荷时柴油机不同负荷时b be e的速度特性的速度特性 *思考：柴油机的思考：柴油机的m为什么随负荷为什么随负荷（油门开度）的增大而增大？（油门开度）的增大而增大？先减小后增大先减小后增大（基本随（基本随i i变变化，但高速转速区由于化，但高速转速区由于m m下降，下降，其升高幅度较大）；其升高幅度较大）；4 4、循环供油量、循环供油量b b：柴油机不同负荷时柴油机不同负荷时b b的速度特性的速度特性 随随n n增大而逐渐增大增大而逐渐增大（转速（转速越高，压油速率增大，供油压力越高，压油速率增
16、大，供油压力提高）。提高）。5 5、有效转矩、有效转矩T Te e与有效功率与有效功率P Pe e：柴油机不同负荷时柴油机不同负荷时b be e的速度特性的速度特性 T Te e：先减小后增大先减小后增大（先随（先随b b增大而增大，后因增大而增大，后因i i和和m m降低而降低而减小）。减小）。P Pe e：先增大后减小先增大后减小（T Te e*n*n，最大值出现在最大值出现在max max（Te*nTe*n）处）。）处）。二、汽油机的速度特性二、汽油机的速度特性 保持节气门开度不变，测量保持节气门开度不变，测量 Pe Pe、bebe、TeTe、等随转速等随转速n n的变化关系。的变化关系
17、。定义：定义：汽油机速度特性汽油机速度特性 三、柴油机、汽油机的速度特性对比三、柴油机、汽油机的速度特性对比 汽油机转矩的速度特性汽油机转矩的速度特性 柴油机转矩的速度特性柴油机转矩的速度特性 柴油机转矩曲线变化较为平坦，而汽油机变化较大，柴油机转矩曲线变化较为平坦，而汽油机变化较大，且节气门开度越小，其峰值向低速移动，变化率也越大。且节气门开度越小，其峰值向低速移动，变化率也越大。*思考：试根据柴油机和汽油机转矩的速度特性，分析它们适应路况思考：试根据柴油机和汽油机转矩的速度特性，分析它们适应路况（行驶阻力）变化的能力如何？（行驶阻力）变化的能力如何？1 1、转矩特性、转矩特性 ：汽油机最大
18、功率点通常在标定功率处，而柴油机最大功汽油机最大功率点通常在标定功率处，而柴油机最大功率点对应的转速很高，因而其标定功率点通常较最大功率点率点对应的转速很高，因而其标定功率点通常较最大功率点低很多。低很多。汽油机功率的速度特性汽油机功率的速度特性 柴油机功率的速度特性柴油机功率的速度特性 2 2、功率特性、功率特性 ：柴油机不同负荷下油耗率曲线变化平坦，且低油耗区宽柴油机不同负荷下油耗率曲线变化平坦，且低油耗区宽广；广；汽油机油耗率曲线随节气门开度减小而变化剧烈，且低汽油机油耗率曲线随节气门开度减小而变化剧烈，且低油耗区窄。油耗区窄。汽油机油耗率的速度特性汽油机油耗率的速度特性 柴油机油耗率的
19、速度特性柴油机油耗率的速度特性 3 3、油耗特性、油耗特性 ：第第4 4节节 发动机的转矩适应性发动机的转矩适应性 定义：定义：当行驶阻力变化时，在不换档和加油门的情况下，当行驶阻力变化时，在不换档和加油门的情况下，发动机自动降速增矩的特性发动机自动降速增矩的特性（常用转矩适应性系数（常用转矩适应性系数K KT T和转速和转速适应性系数适应性系数K Kn n来表示）。来表示）。一、一、K KT T与与K Kn n：发动机转矩的速度特性发动机转矩的速度特性 式中：式中：T Temaxemax、n nm m为外特性上最大转矩和对应的转速；为外特性上最大转矩和对应的转速；T Tn n、n nn n为
20、标定转矩和转速；为标定转矩和转速；二、转矩储备系数二、转矩储备系数：K KT T、值越大，表明值越大，表明转速降低后转矩增加快，转速降低后转矩增加快，发动机适应道路阻力变化发动机适应道路阻力变化的能力就越强。的能力就越强。汽油机、柴油机转矩特性对比汽油机、柴油机转矩特性对比 汽油机：汽油机：=10%-30%=10%-30%柴油机：柴油机：=5%-10%=5%-10%柴油机转矩特性较汽柴油机转矩特性较汽油机差，常需要配专门的油机差，常需要配专门的调速器来改善转矩特性。调速器来改善转矩特性。第第5 5节节 车用柴油机的调速特性车用柴油机的调速特性 一、调速器的必要性一、调速器的必要性 柴油机工作时
21、的最大特点：柴油机工作时的最大特点：随着转速的升高，其循环供随着转速的升高，其循环供油量增加；转速降低时，供油量减少。油量增加；转速降低时，供油量减少。柴油机使用中需要解决的两个问题：柴油机使用中需要解决的两个问题：1、控制怠速稳定、防止易熄火、控制怠速稳定、防止易熄火2、防止高速、防止高速“飞车飞车”调速器的功用调速器的功用 调速器的工作原理：调速器的工作原理：让循环供油量的变化符合充量的变让循环供油量的变化符合充量的变化，化，即转速降低时增加供油量，反之则减少供油量。即转速降低时增加供油量，反之则减少供油量。调速器种类调速器种类 （按功能）（按功能）两极调速两极调速 全程调速全程调速 定义
22、：定义：调速器手柄位置固定（油门位置不变），在调速器调速器手柄位置固定（油门位置不变），在调速器起作用时，柴油机性能指标随转速的变化关系。起作用时，柴油机性能指标随转速的变化关系。二、调速特性：二、调速特性：两极调速特性两极调速特性 1 1、调速率：、调速率：三、调速器的工作指标：三、调速器的工作指标：突然卸负荷的调速过程突然卸负荷的调速过程 调速器调速过程中应具备以下基本性能：调速器调速过程中应具备以下基本性能：1 1）转速波动应收敛，避免长时间不稳定工作而）转速波动应收敛，避免长时间不稳定工作而“游车游车”；2 2）转速波动不能太大，以免影响动力系统正常工作；）转速波动不能太大，以免影响动
23、力系统正常工作；3 3）过渡时间不能太长。）过渡时间不能太长。调速率越小，转速波动越小，柴油机工作就越稳定调速率越小，转速波动越小，柴油机工作就越稳定（通（通常要求调速率在常要求调速率在10%10%以下）。以下）。2 2、过渡时间、过渡时间t tn n：过渡时间越小，调速器反应越迅速过渡时间越小，调速器反应越迅速（通常要求过渡时间（通常要求过渡时间5s5s）。）。3 3、不灵敏度、不灵敏度：由于调速机构存在摩擦等阻力，当负荷（转速）在一定由于调速机构存在摩擦等阻力，当负荷（转速）在一定范围内发生变化时，调速器不一定起反应。范围内发生变化时，调速器不一定起反应。式中：式中：n n2 2 、n n
24、1 1为调速器起作用的上、下限转速转速；为调速器起作用的上、下限转速转速；R R为调速机构的摩擦阻力，为调速机构的摩擦阻力，E E调速器产生的推力。调速器产生的推力。越大，柴油机工作越不稳定越大，柴油机工作越不稳定（通常低速时（通常低速时要大），要大），当当1 1时，调速器将失去作用，易时，调速器将失去作用，易“飞车飞车”。第第6 6节节 发动机的万有特性发动机的万有特性 定义：定义：与转速与转速n n为横坐标，平均有效压力为横坐标，平均有效压力p pmeme为纵坐标，在为纵坐标，在图上画出许多等油耗线和等功率线图上画出许多等油耗线和等功率线。一、万有特性曲线：一、万有特性曲线：二、汽油机与柴
25、油机万有特性对比：二、汽油机与柴油机万有特性对比：1 1、汽油机最低油耗率偏高，且经济区域较小。、汽油机最低油耗率偏高，且经济区域较小。2 2、汽油机等油耗线低速时向大负荷收敛，说明低负荷、汽油机等油耗线低速时向大负荷收敛，说明低负荷、低速时油耗增加较快；而柴油机变化较为平坦。低速时油耗增加较快；而柴油机变化较为平坦。3 3、汽油机等功率曲线变化大，转速越高越耗油；而柴、汽油机等功率曲线变化大，转速越高越耗油；而柴油机对转速变化的适应性较好。油机对转速变化的适应性较好。值得注意的是：不管是汽油机还是柴油机，都要尽量在值得注意的是：不管是汽油机还是柴油机，都要尽量在最接近经济区工作（负荷最接近经济区工作（负荷80%-90%80%-90%，并用高档行驶）。，并用高档行驶）。三、万有特性曲线的绘制：三、万有特性曲线的绘制：负荷特性法和速度特性法负荷特性法和速度特性法 、负荷特性法：、负荷特性法：240 240等油耗线等油耗线240g/(kW.h)240g/(kW.h)等功率线根据：等功率线根据：求得。求得。等功率线（等功率线（50kW50kW）2 2、速度特性法：、速度特性法：240 240等油耗线等油耗线240g/(kW.h)240g/(kW.h)不同油量调节位置时的扭矩曲线不同油量调节位置时的扭矩曲线
