《汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理（第5版）》 課件 顏伏伍 第6、7章 發(fā)動(dòng)機(jī)特性、車用發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣渦輪增壓

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理

2024/10/132024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理2

目錄第一章發(fā)動(dòng)機(jī)的性能第二章發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程第三章燃料與燃燒第四章汽油機(jī)混合氣的形成和燃燒第五章柴油機(jī)混合氣的形成和燃燒第六章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)特性第七章車用發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣渦輪增壓第八章發(fā)動(dòng)機(jī)排氣污染與噪聲控制第九章新型汽車動(dòng)力裝置第十章發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力學(xué)10/13/2024第六章發(fā)動(dòng)機(jī)的特性學(xué)習(xí)目的：了解汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在使用過程中的主要性能指標(biāo)隨工況變化的關(guān)系，為發(fā)動(dòng)機(jī)與車輛匹配提供依據(jù)。6.1發(fā)動(dòng)機(jī)的工況6.2發(fā)動(dòng)機(jī)的臺(tái)架試驗(yàn)6.3發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷特性6.4發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性6.5發(fā)動(dòng)機(jī)的排放特性6.6

發(fā)動(dòng)機(jī)的調(diào)整特性6.7發(fā)動(dòng)機(jī)的萬(wàn)有特性6.8發(fā)動(dòng)機(jī)與車輛的匹配10/13/20242024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理46.1發(fā)動(dòng)機(jī)的工況一、發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行情況（簡(jiǎn)稱工況）是以其發(fā)出的功率Pe和轉(zhuǎn)速n來(lái)表示；只有當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的轉(zhuǎn)矩與工作機(jī)械消耗的轉(zhuǎn)矩相等時(shí)，兩者才能在一定轉(zhuǎn)速下按一定功率穩(wěn)定工作（A點(diǎn)）；當(dāng)工作機(jī)械阻力矩增加(TR’)，若發(fā)動(dòng)機(jī)油量控制機(jī)構(gòu)不變，則其轉(zhuǎn)速就要降低，直至B點(diǎn)達(dá)到新的平衡，發(fā)動(dòng)機(jī)再次穩(wěn)定工作；由于發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工作必須滿足轉(zhuǎn)矩與工作機(jī)械阻力矩相等的條件，因而發(fā)動(dòng)機(jī)工況變化規(guī)律與所帶動(dòng)的工作機(jī)械的工作情況有關(guān)。10/13/20242024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理5發(fā)動(dòng)機(jī)的使用條件根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)用途，其工況大致可分為：恒速工況

(曲線1)。如帶動(dòng)發(fā)電機(jī)工作；螺旋槳工況

(曲線2)。發(fā)動(dòng)機(jī)功率與轉(zhuǎn)速成一定函數(shù)關(guān)系，如帶動(dòng)螺旋槳工作的船用主機(jī)（Pe≈Kn3

）；面工況

(曲線3)。發(fā)動(dòng)機(jī)功率和轉(zhuǎn)速都獨(dú)立地在很大范圍內(nèi)變化，它們之間沒有特定的關(guān)系。如驅(qū)動(dòng)汽車等陸上運(yùn)輸車輛。點(diǎn)工況。轉(zhuǎn)速及功率均近似不變，如內(nèi)燃機(jī)作為排灌動(dòng)力10/13/20242024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理6二、發(fā)動(dòng)機(jī)的特性發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)隨調(diào)整情況及運(yùn)轉(zhuǎn)工況而變化的關(guān)系稱為發(fā)動(dòng)機(jī)特性；

隨調(diào)整情況而變化的又稱調(diào)整特性，如柴油機(jī)供油提前角調(diào)整特性、汽油機(jī)點(diǎn)火提前角調(diào)整特性等；性能指標(biāo)隨運(yùn)行工況而變化的又稱性能特性；特性用曲線表示稱為特性曲線，它是評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的一種簡(jiǎn)單、方便、必不可少的形式。發(fā)動(dòng)機(jī)特性主要有負(fù)荷特性、速度特性、萬(wàn)有特性、調(diào)速特性、煙度特性、排放特性和噪聲特性等10/13/2024三、發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)與工作過程參數(shù)的關(guān)系每循環(huán)加熱量平均有效壓力：Фc——充量系數(shù)2024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理710/13/2024平均有效壓力：有效功率：有效轉(zhuǎn)矩：有效燃油消耗率：每小時(shí)耗油量：2024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理810/13/20246.2發(fā)動(dòng)機(jī)的臺(tái)架試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)是考核發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和工作可靠性以及檢查整機(jī)和零部件的制造質(zhì)量、可靠性和耐磨性等不可缺少的手段，也是研究、設(shè)計(jì)、制造新型發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)必不可少的重要環(huán)節(jié)。發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)是將發(fā)動(dòng)機(jī)與測(cè)功設(shè)備及各種測(cè)試儀器組成一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)，按照規(guī)定的方法和要求（即標(biāo)準(zhǔn)）模擬發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際使用的各種工況所進(jìn)行的試驗(yàn)。發(fā)動(dòng)機(jī)各項(xiàng)性能指標(biāo)、參數(shù)以及各類特性曲線，通常都是在發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架上按規(guī)定的試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)定。10/13/20242024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理10一、臺(tái)架試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)臺(tái)架輔助系統(tǒng)各種測(cè)量?jī)x器、儀表及操縱臺(tái)測(cè)功器10/13/2024二、有效功率的測(cè)量有效功率是發(fā)動(dòng)機(jī)最重要的性能參數(shù)之一，在發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)參數(shù)中大都需要測(cè)量有效功率。發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率的測(cè)定屬于間接測(cè)量，即測(cè)定發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速后，由公式求出功率。通常用測(cè)功器來(lái)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩。測(cè)功器是用來(lái)吸收試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功，改變其負(fù)荷及轉(zhuǎn)速，模擬實(shí)際使用的各種工況。同時(shí)測(cè)定發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩；同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速由各類轉(zhuǎn)速表測(cè)得；功率的計(jì)算公式為：常用測(cè)功器有水力測(cè)功器、直流電力測(cè)功器和電渦流測(cè)功器三種。2024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理1110/13/2024水力測(cè)功器—構(gòu)造及原理測(cè)功器由制動(dòng)器和測(cè)力機(jī)構(gòu)兩部分組成。制動(dòng)器結(jié)構(gòu)包括轉(zhuǎn)子和外殼。外殼可來(lái)回?cái)[動(dòng)，并與測(cè)力機(jī)構(gòu)通過一制動(dòng)臂相連。轉(zhuǎn)子和定子組成偶件，工作時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)通過萬(wàn)向節(jié)使轉(zhuǎn)子與定子產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。有一定壓力的水通過進(jìn)水管進(jìn)入渦殼室，由于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力及轉(zhuǎn)子渦殼的作用，在側(cè)殼與轉(zhuǎn)子之間形成強(qiáng)烈的水渦流，通過水與外殼的摩擦，使外殼擺動(dòng)?？刂婆潘y門開度可調(diào)節(jié)水層厚度，水層越厚，水與轉(zhuǎn)子和外殼的摩擦力矩越大，吸收功越多，此時(shí)外殼擺動(dòng)的角度也越大，測(cè)力機(jī)構(gòu)的讀數(shù)隨之增加。發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能被水吸收變?yōu)闊崮懿⑥D(zhuǎn)矩傳遞到外殼上，通過外殼上的制動(dòng)臂將制動(dòng)力傳遞給拉壓傳感器，經(jīng)電子顯示裝置顯示制動(dòng)力的大小。在轉(zhuǎn)子軸兩端錐部安裝有萬(wàn)向節(jié)4，其中一側(cè)裝有測(cè)速齒輪15，通過測(cè)速傳感器16，轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)速可在數(shù)字顯示表上顯示出來(lái)。水力測(cè)功器的缺點(diǎn)：測(cè)量精度低，不能進(jìn)行反拖試驗(yàn)，試驗(yàn)中能量不能回收。優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格便宜、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、便于維修、體積小，用途：可以用于精度要求不高的測(cè)試或發(fā)動(dòng)機(jī)耐久性測(cè)試。2024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理1210/13/202411—底座2—左右軸承座3—轉(zhuǎn)子軸4—萬(wàn)向節(jié)5—密封組件6—骨架油封7—軸套8、9—雙金屬軸套10—左右軸承外殼11—定子12—轉(zhuǎn)子13—外殼14—封水圈15—測(cè)速齒輪16—測(cè)速傳感器2024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理1310/13/2024測(cè)功器特性是指測(cè)功器吸收的功率或轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系。它是選購(gòu)合適的水力測(cè)功器的依據(jù)。PSI-22型水力測(cè)功器特性如右圖所示，其中幾條曲線含義如下：OA——最大功率線。AB——最大轉(zhuǎn)矩線。BC——額定功率線。CD——最大允許轉(zhuǎn)速線。DO——空載特性線。直流電力測(cè)功器—構(gòu)造直流電力測(cè)功器的工作原理和電機(jī)基本相同，其轉(zhuǎn)子和定子都是以磁通作為傳遞媒介進(jìn)行工作的發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子在定子磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子線圈切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電流。定子外殼受到的電磁力矩與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相同，與發(fā)動(dòng)機(jī)加于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩大小相等。因此，通過外殼擺動(dòng)角度經(jīng)測(cè)力機(jī)構(gòu)可反映發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的大小。在一定轉(zhuǎn)速下，改變定子磁場(chǎng)強(qiáng)度及負(fù)載電阻即可調(diào)節(jié)負(fù)荷大小。平衡電機(jī)既可作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，吸收發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，也可加一換向機(jī)構(gòu)作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行而拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，從而測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的摩擦功率和機(jī)械損失，還可起動(dòng)、磨合。電力測(cè)功器機(jī)構(gòu)較復(fù)雜，價(jià)格昂貴，但它可以回收電能，反拖發(fā)動(dòng)機(jī)，工作靈敏，測(cè)量精度高。2024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理1410/13/2024OA——最大激磁電流時(shí)所能吸收的功率。AB——轉(zhuǎn)子所能承受最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的功率。BC——電樞所產(chǎn)生的電流不能超過允許限值及其對(duì)應(yīng)的最大功率。CD——轉(zhuǎn)子繞組所能承受的離心力及其對(duì)應(yīng)的最高轉(zhuǎn)速。DO——激磁電流為零時(shí)吸收的功率。圖6-7平衡式電機(jī)結(jié)構(gòu)

圖6-8電力測(cè)功器特性曲線n/(r/min)Pe/kW10/13/20241—轉(zhuǎn)子2、6—滾動(dòng)軸承3、5—滑動(dòng)軸承4—定子外殼7—基座電渦流測(cè)功器—構(gòu)造及原理電渦流測(cè)功器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便、轉(zhuǎn)速范圍和功率范圍寬等特點(diǎn)；這種電渦流測(cè)功器是將被測(cè)動(dòng)力機(jī)械的功率所產(chǎn)生的渦電流轉(zhuǎn)換成熱能消耗掉，而不能發(fā)出電力反饋電網(wǎng)。同時(shí)它也不能作為電動(dòng)機(jī)來(lái)反拖動(dòng)力機(jī)械；電渦流測(cè)功器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖：電渦流制動(dòng)器工作原理簡(jiǎn)圖如圖所示，當(dāng)給勵(lì)磁線圈中通以直流電時(shí)，即產(chǎn)生通過外殼、渦流環(huán)、空氣隙和轉(zhuǎn)子盤的磁力線。發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子盤旋轉(zhuǎn)。由于轉(zhuǎn)子盤外周渦流槽的存在，會(huì)在空氣隙處產(chǎn)生密度交變的磁力線，因而在渦流環(huán)內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)而形成渦電流。此電流與產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互作用即形成一定的電磁力矩，從而使渦流環(huán)（擺動(dòng)體）偏轉(zhuǎn)一定角度，由測(cè)力機(jī)構(gòu)可測(cè)出力矩?cái)?shù)值。2024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理1610/13/2024電渦流測(cè)功器的特性O(shè)A——達(dá)到額定吸收功率之前所能夠吸收的最大功率線。AB——所允許吸收的最大功率線（額定功率）。BC——允許的最高轉(zhuǎn)速線。CO——空轉(zhuǎn)吸收功率線，即勵(lì)磁電流為零時(shí)的吸收功率線。OD——達(dá)到額定功率前的最大轉(zhuǎn)矩曲線。DE——允許的最大轉(zhuǎn)矩曲線。n/(r/min)Pe/kW,Ttq/(N·m)曲線II發(fā)動(dòng)機(jī)的選用是正確的圖6-10電渦流測(cè)功器的特性曲線10/13/20242024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理18三、燃油消耗率的測(cè)量燃油消耗率（簡(jiǎn)稱耗油率）的測(cè)量可分容積法和質(zhì)量法：容積法：通過測(cè)定消耗一定容積的燃油所需的時(shí)間，通常用于汽油機(jī)的油耗測(cè)量；計(jì)算公式：質(zhì)量法：通過測(cè)量消耗一定質(zhì)量的燃油所花費(fèi)的時(shí)間，通常用于柴油機(jī)的油耗測(cè)量；計(jì)算公式：10/13/20242024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理19

1.容積法

試驗(yàn)時(shí)操作如下：

?打開油箱開關(guān)，三通閥處于位置A；

?測(cè)量前將三通閥旋至位置B，油箱同時(shí)向發(fā)動(dòng)機(jī)和量瓶供油，直到量瓶油面高于選定圓球容積的刻線，將三通閥仍置于位置A等待測(cè)量；

?測(cè)量時(shí)，將三通閥旋至位置C，發(fā)動(dòng)機(jī)直接由量瓶供油，量瓶油面下降，記錄燃油流過所選圓球上下部刻線間容積VT所用時(shí)間t，同時(shí)測(cè)量功率Pe

；

?將量瓶再次充滿燃油（三通閥旋至位置B）后準(zhǔn)備下一次測(cè)量。10/13/20242024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理202.質(zhì)量法

試驗(yàn)時(shí)操作如下：

?打開油箱開關(guān)，三通閥處于位置A；

?測(cè)量前將三通閥旋至位置B，油箱同時(shí)向發(fā)動(dòng)機(jī)和量杯供油，直到天平接近平衡，將三通閥仍置于位置A等待測(cè)量；

?將天平調(diào)平衡；

?測(cè)量時(shí)，拿去質(zhì)量為m的砝碼。將三通閥旋至位置C，發(fā)動(dòng)機(jī)直接由量杯供油，并開始計(jì)時(shí)；

?量杯油面下降，直至天平再次平衡。記錄所用時(shí)間t，同時(shí)測(cè)量功率Pe

。10/13/20242024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理21四、臺(tái)架試驗(yàn)綜述

臺(tái)架試驗(yàn)內(nèi)容十分廣泛，我國(guó)規(guī)定有統(tǒng)一的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：1984年頒布了機(jī)械工業(yè)部汽車發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)方法的標(biāo)準(zhǔn)（JB3743－84）1987年制定了內(nèi)燃機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)方法（GB1105.1～1105.3－87）2008年頒布了ISO發(fā)動(dòng)機(jī)功率測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)體系，重新制定了試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)使用中的最大功率與下列外界因素有關(guān)：

?發(fā)出相應(yīng)功率的持續(xù)時(shí)間

?測(cè)定時(shí)的大氣狀況

?發(fā)動(dòng)機(jī)所帶附件

?進(jìn)氣管和空氣濾清器阻力、排氣背壓等各標(biāo)準(zhǔn)對(duì)上述問題都作了嚴(yán)格規(guī)定，并且對(duì)測(cè)量?jī)x器的精度、重要參數(shù)的測(cè)量精度等也有規(guī)定。10/13/20242024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理22功率標(biāo)定

在發(fā)動(dòng)機(jī)銘牌上標(biāo)定的功率，均為使用中允許的最大功率。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，按用途和使用特點(diǎn)，功率可分為以下三種：

?

超負(fù)荷功率：在規(guī)定的環(huán)境狀況下，在按持續(xù)功率運(yùn)行后，立即根據(jù)使用情況，以一定的使用持續(xù)時(shí)間和使用頻次，按照每12h運(yùn)行1h的運(yùn)行條件，可以允許發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率。

?

油量限定功率：在對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)用途的規(guī)定時(shí)期內(nèi)，在規(guī)定轉(zhuǎn)速和規(guī)定環(huán)境狀況下，限定發(fā)動(dòng)機(jī)油量，使其功率不能再超出時(shí)所能發(fā)出的功率。

?

持續(xù)功率：在制造廠規(guī)定的正常維護(hù)保養(yǎng)周期內(nèi)，在規(guī)定轉(zhuǎn)速和規(guī)定環(huán)境狀況下，按照制造廠規(guī)定進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，發(fā)動(dòng)機(jī)能夠持續(xù)發(fā)出的功率。10/13/20242024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理23大氣修正

大氣狀況是指發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行地點(diǎn)的環(huán)境大氣壓力、大氣溫度和相對(duì)濕度；同一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)由于在不同大氣狀況下使用，其性能差別很大。需要規(guī)定一種標(biāo)準(zhǔn)大氣狀況，并且還應(yīng)有一種辦法，把在不同大氣狀況下試驗(yàn)所得的結(jié)果，換算成標(biāo)準(zhǔn)大氣狀況下的數(shù)值；國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB21404-2008）規(guī)定了一般用途的往復(fù)活塞式柴油機(jī)和汽油機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境狀況是：

大氣壓p0=100kPa，相對(duì)濕度φ0=30％， 空氣溫度T0=298K或T0=25℃。增壓中冷介質(zhì)溫度Tc0=298K或tc0=25℃。10/13/20246.3發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性負(fù)荷特性是指發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變，其性能指標(biāo)隨負(fù)荷而變化的關(guān)系；以曲線表示，則稱為負(fù)荷特性曲線；當(dāng)汽車以一定的速度沿阻力變化的道路行駛時(shí)，就是這種情況。此時(shí)必須改變發(fā)動(dòng)機(jī)油門來(lái)調(diào)整有效轉(zhuǎn)矩，以適應(yīng)外界阻力矩的變化，保持發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變；當(dāng)轉(zhuǎn)速不變時(shí)，有效功率Pe與有效轉(zhuǎn)矩Ttq、平均有效壓力pme互為正比，因此負(fù)荷特性橫坐標(biāo)——負(fù)荷可用Pe、Ttq或pme表示；縱坐標(biāo)主要是每小時(shí)燃料消耗量B或燃料消耗率be。10/13/20242024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理25一、汽油機(jī)負(fù)荷特性

汽油機(jī)保持某一轉(zhuǎn)速不變，而逐漸改變節(jié)氣門開度（同時(shí)調(diào)節(jié)測(cè)功器負(fù)荷，以保持轉(zhuǎn)速不變），每小時(shí)耗油量B和耗油率be隨功率Pe（或轉(zhuǎn)矩Ttq、平均有效壓力pme）變化的關(guān)系稱為汽油機(jī)負(fù)荷特性；測(cè)取前應(yīng)將點(diǎn)火提前角、過量空氣系數(shù)按理想值調(diào)整；測(cè)取時(shí)應(yīng)按規(guī)定保持冷卻液溫度、潤(rùn)滑油溫度在最佳狀態(tài)；由于汽油機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)是靠改變節(jié)氣門開度來(lái)直接改變進(jìn)入氣缸的混合氣量，?α變化不大，故這種負(fù)荷調(diào)節(jié)方法稱為“量調(diào)節(jié)”。10/13/2024圖6-14汽油機(jī)的ηit、ηm隨負(fù)荷的變化pmeηitηmηit

ηm2024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理26汽油機(jī)負(fù)荷特性曲線

be的變化取決于ηm

和ηi的變化；隨著負(fù)荷增加，ηm

和ηi的變化如右圖；逐漸增大節(jié)氣門開度（負(fù)荷增加），be迅速下降。當(dāng)節(jié)氣門開度增至全開度的80％左右，為了保證最大功率，供給α=0.8～0.9的濃混合氣，燃燒不完全，使be又重新上升；汽油機(jī)負(fù)荷特性實(shí)例如右圖：10/13/20242024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理27二、柴油機(jī)負(fù)荷特性

柴油機(jī)保持某一轉(zhuǎn)速不變，而移動(dòng)噴油泵齒條或拉桿位置，改變每循環(huán)供油量Δb時(shí)，每小時(shí)耗油量B和耗油率be隨功率Pe（或轉(zhuǎn)矩Ttq、平均有效壓力pme）變化的關(guān)系稱為柴油機(jī)負(fù)荷特性；測(cè)取時(shí)，應(yīng)將柴油機(jī)的供油提前角、冷卻液溫度、潤(rùn)滑油溫度等調(diào)整到最佳狀態(tài)；由于柴油機(jī)只是改變循環(huán)供油量（空氣量變化不大）來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)荷，因此，也改變了缸內(nèi)混合氣的濃度，即過量空氣系數(shù)?α，這種負(fù)荷調(diào)節(jié)方法稱為“質(zhì)調(diào)節(jié)”。10/13/20242024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理28柴油機(jī)負(fù)荷特性曲線

be的變化取決于ηm

和ηi的變化；隨著負(fù)荷增加，ηm

和ηi的變化如右圖；逐漸增加供油量，由于ηm迅速上升，be下降；再繼續(xù)增加供油量時(shí)，由于過量空氣系數(shù)α的減少，燃燒惡化，不完全燃燒及補(bǔ)燃增加，致使be升高；柴油機(jī)負(fù)荷特性實(shí)例如右圖。10/13/20242024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理29三、汽、柴油機(jī)負(fù)荷特性比較

負(fù)荷特性是發(fā)動(dòng)機(jī)的基本特性，用以評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)工作的經(jīng)濟(jì)性；由負(fù)荷特性可以看出：由于柴油機(jī)ηi

較高，be

較汽油機(jī)低；汽油機(jī)在低負(fù)荷區(qū)曲線變化得更快一些，汽油機(jī)曲線變化比柴油機(jī)陡。即柴油機(jī)曲線變化較平坦，經(jīng)濟(jì)區(qū)較寬；10/13/20246.4發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性發(fā)動(dòng)機(jī)在供油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(油量調(diào)節(jié)齒條、拉桿或節(jié)氣門開度，下面簡(jiǎn)稱油門)保持不變的情況下，性能指標(biāo)隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系稱為速度特性；以曲線表示，則稱為速度特性曲線；若駕駛員將油門踏板位置保持一定，由于道路阻力不同，汽車行駛速度也會(huì)改變，這時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)即沿速度特性工作；發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速作為速度特性橫坐標(biāo)；縱坐標(biāo)主要有效功率Pe、轉(zhuǎn)矩Ttq、燃油消耗率be、每小時(shí)耗油量B等。10/13/20242024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理31一、汽油機(jī)速度特性

汽油機(jī)節(jié)氣門（油門）開度固定不動(dòng)，其有效功率Pe、轉(zhuǎn)矩Ttq、燃油消耗率be、每小時(shí)耗油量B等隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系稱為汽油機(jī)速度特性；此時(shí)是通過調(diào)整測(cè)功器，如逐漸改變水力測(cè)功器水量，來(lái)改變汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速；測(cè)取前，應(yīng)將點(diǎn)火提前角調(diào)整完好；測(cè)取時(shí)，應(yīng)按規(guī)定保持冷卻液溫度、潤(rùn)滑油溫度在最佳狀態(tài)；節(jié)氣門保持全開，所測(cè)得的速度特性稱為外特性；節(jié)氣門部分開啟時(shí)所測(cè)得的速度特性稱部分速度特性。10/13/20242024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理32汽油機(jī)外特性曲線

Ttq的變化取決于ηm、ηi和ηv/α隨n的變化；be的變化取決于ηm

和ηi的變化；Pe的的變化受Ttq和n的共同影響；隨著轉(zhuǎn)速增加，ηm

、ηi和ηv的變化如右圖；汽油機(jī)外特性實(shí)例如右圖；汽油機(jī)外特性是在節(jié)氣門全開時(shí)測(cè)得，曲線上每一點(diǎn)表示它在此轉(zhuǎn)速下的最大功率及轉(zhuǎn)矩，代表發(fā)動(dòng)機(jī)最高動(dòng)力性能。10/13/2024汽油機(jī)外特性（續(xù)）外特性因試驗(yàn)條件不同而有兩種：①發(fā)動(dòng)機(jī)僅帶維持運(yùn)轉(zhuǎn)所必需的附件時(shí)所輸出的校正有效功率稱總功率。例如，試驗(yàn)時(shí)可不裝風(fēng)扇、打氣泵或空濾器以及消聲器等附件（各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)均有規(guī)定）。我國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)特性數(shù)據(jù)多屬這一種。②試驗(yàn)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)帶全套附件時(shí)所輸出的校正有效功率稱凈功率或使用外特性

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定功率又稱為額定功率，它是制造廠根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)具體用途在規(guī)定的額定轉(zhuǎn)速下所規(guī)定的功率。2024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理3310/13/20242024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理34汽油機(jī)部分速度特性曲線

汽車大部分時(shí)間是在部分負(fù)荷下工作；隨著節(jié)氣門關(guān)小，節(jié)流損失增大，進(jìn)氣終了的壓力pa下降，從而引起?a下降；隨著轉(zhuǎn)速提高，?a下降的速度更快；節(jié)氣門開度愈小，轉(zhuǎn)矩Ttq隨轉(zhuǎn)速增加而下降得愈快，最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)及最大功率點(diǎn)均向低轉(zhuǎn)速方向移動(dòng)。10/13/20242024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理35二、柴油機(jī)速度特性

噴油泵的油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（油門拉桿或齒條）位置固定不動(dòng)，柴油機(jī)性能指標(biāo)（主要是有效功率Pe、轉(zhuǎn)矩Ttq、耗油率be、每小時(shí)耗油量B等）隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系稱為柴油機(jī)速度特性；測(cè)取時(shí)，應(yīng)將供油提前角、冷卻液溫度、潤(rùn)滑油溫度等調(diào)整在最佳狀態(tài)；當(dāng)油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)固定在標(biāo)定（或稱額定）功率循環(huán)供油量位置時(shí)，測(cè)得的速度特性為標(biāo)定功率速度特性，習(xí)慣上亦稱外特性；當(dāng)油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)固定在小于標(biāo)定功率循環(huán)供油量各個(gè)位置時(shí)，所測(cè)得的速度特性稱為部分速度特性。10/13/20242024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理36柴油機(jī)標(biāo)定功率速度特性曲線Ttq的變化取決于ηm、ηi和Δb隨n的變化；be的變化取決于ηm

和ηi的變化；Pe的的變化受Ttq和n的共同影響；隨著轉(zhuǎn)速增加，ηm

、ηi和ηv的變化如右圖；柴油機(jī)速度外特性實(shí)例如右圖；標(biāo)定功率速度特性代表該機(jī)在使用中允許達(dá)到的最高性能。10/13/20242024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理37柴油機(jī)部分速度特性曲線

隨著油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)固定位置的減小，循環(huán)供油量Δb減小，但Δb隨n的變化趨勢(shì)基本相似；柴油機(jī)部分特性Ttq的變化基本與外特性上Ttq平行，即Ttq隨轉(zhuǎn)速變化不大；對(duì)于經(jīng)常在部分負(fù)荷下工作的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，還應(yīng)作負(fù)荷為90％、75％、50％、25％的部分負(fù)荷速度特性或作萬(wàn)有特性。10/13/20242024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理38三、轉(zhuǎn)矩特性

汽車拖拉機(jī)經(jīng)常會(huì)遇到像爬坡這樣阻力突然增大的情況，為減少換檔次數(shù)，要求發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速的降低而增加；要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩有適應(yīng)這種變化的能力，衡量指標(biāo)包括：轉(zhuǎn)矩儲(chǔ)備系數(shù)

轉(zhuǎn)速儲(chǔ)備系數(shù)

由于油泵速度特性，柴油機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線平坦，難以滿足汽車拖拉機(jī)的工作需要，應(yīng)予以校正。10/13/20242024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理391.轉(zhuǎn)矩儲(chǔ)備系數(shù)充分表明發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能，引入轉(zhuǎn)矩儲(chǔ)備系數(shù)μ和適應(yīng)性系數(shù)K的概念：Ttqmax—外特性曲線上的最大轉(zhuǎn)矩（N·m）；Ttq—標(biāo)定工況（或最大功率）時(shí)的轉(zhuǎn)矩（N·m）；

μ或K值大，表明兩轉(zhuǎn)矩之差值大，即隨著轉(zhuǎn)速的降低，轉(zhuǎn)矩Ttq增加較快，從而在不換檔的情況下，爬坡能力、克服短期超載能力強(qiáng)；汽油機(jī)的μ值在10％～30％范圍，K值達(dá)1.2～1.4，可以滿足汽車的使用要求；柴油機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線平坦，若不予以校正，則μ值在5％～10％范圍，K值只有1.05左右，難以滿足汽車拖拉機(jī)的工作需要。10/13/20242024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理402.轉(zhuǎn)速儲(chǔ)備系數(shù)標(biāo)定工況（或最大功率）時(shí)的轉(zhuǎn)速n1與最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)速n2之比稱轉(zhuǎn)速儲(chǔ)備系數(shù)；轉(zhuǎn)速儲(chǔ)備系數(shù)的大小也影響到克服阻力的潛力；例如，有A、B兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，它們的轉(zhuǎn)矩儲(chǔ)備系數(shù)μ和最大功率時(shí)的轉(zhuǎn)速n1相同，但最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)速n2不等，如右圖所示；

發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由于外界阻力的增加而下降；發(fā)動(dòng)機(jī)B可以克服外部阻力矩TR2；發(fā)動(dòng)機(jī)A可以克服外部阻力矩TR3；發(fā)動(dòng)機(jī)A比B克服障礙的潛力大；轉(zhuǎn)速儲(chǔ)備系數(shù)（n1/n2）愈大，在不換檔情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)克服阻力的潛力愈強(qiáng)；汽油機(jī)轉(zhuǎn)速儲(chǔ)備系數(shù)為1.15～2.O，柴油機(jī)在1.5－2.0范圍。10/13/20242024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理413.非電控柴油機(jī)轉(zhuǎn)矩校正為了防止柴油機(jī)的負(fù)荷超過冒煙限值，在噴油泵的油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上均有一觸止裝置，限制每循環(huán)的最大供油量；最大供油量的調(diào)整必須在最大工作轉(zhuǎn)速工況下進(jìn)行。如右圖的A點(diǎn)，以避免在其它轉(zhuǎn)速下超過冒煙界限供油量；曲線1為不同轉(zhuǎn)速下冒煙極限時(shí)Δb隨n變化的關(guān)系。曲線2是未經(jīng)校正的標(biāo)定功率供油量曲線。由于油泵速度特性的影響，未校正的柴油機(jī)在轉(zhuǎn)速降低時(shí)空氣得不到充分利用。曲線3和曲線4為不同油量校正裝置下的循環(huán)供油量Δb隨n變化的關(guān)系。10/13/2024油量校正油量校正裝置的作用是：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在標(biāo)定工況下工作時(shí)，如果轉(zhuǎn)速因外界阻力矩不斷增加而下降，則噴油泵能自動(dòng)增加循環(huán)供油量，以增大低速時(shí)的轉(zhuǎn)矩，提高轉(zhuǎn)矩儲(chǔ)備系數(shù)。常用的轉(zhuǎn)矩校正方法有兩種：①出油閥式校正機(jī)構(gòu)。②附加在調(diào)速器上的彈簧校正機(jī)構(gòu)。柴油機(jī)中都采用油量校正裝置來(lái)改造外特性轉(zhuǎn)矩曲線。10/13/20246.5發(fā)動(dòng)機(jī)排放特性發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)中，排氣中有害氣體含量首先需要分析的通常是CO、HC和NOx等，對(duì)于柴油機(jī)還要分析顆粒物（碳煙）的含量和排氣煙度。隨著排放法規(guī)限值越來(lái)越嚴(yán)格，對(duì)汽油機(jī)的顆粒物（PM）排放也要分析。發(fā)動(dòng)機(jī)的排放性能不是以特性曲線形式進(jìn)行評(píng)估，而是按規(guī)定的測(cè)試工況加權(quán)計(jì)算的比排放量或按規(guī)定的行駛循環(huán)累計(jì)的整車單位里程的排放量評(píng)估的。10/13/2024一、汽油機(jī)排放特性1.CO排放特性圖示為汽油機(jī)CO比排放量的變化趨勢(shì)。圖示表明，在現(xiàn)代車用汽油機(jī)常用的部分負(fù)荷區(qū)，CO排放較低，這是由于過量空氣系數(shù)φa控制在1.0左右，三效催化轉(zhuǎn)化器可以高效工作，有效降低CO排放。在負(fù)荷很低(Pme<0.2MPa)時(shí)，為保證燃燒穩(wěn)定，混合氣適當(dāng)加濃，導(dǎo)致CO排放略有上升。當(dāng)負(fù)荷超過全負(fù)荷的95％左右時(shí)，由于混合氣顯著加濃，CO的比排放量開始急劇上升(絕對(duì)排放濃度和質(zhì)量則上升更快)。10/13/2024一、汽油機(jī)排放特性2.HC排放特性圖示為汽油機(jī)HC比排放量的變化趨勢(shì)。中等負(fù)荷比排放量較小，大負(fù)荷和小負(fù)荷時(shí)相對(duì)增加。與CO不同之處有兩點(diǎn)：一是全負(fù)荷時(shí)HC排放增加不如CO嚴(yán)重；二是小負(fù)荷時(shí)HC比排放隨負(fù)荷的減小增加得比CO更快。排放規(guī)律不同的原因可用CO和HC生成機(jī)理不同來(lái)解釋。大負(fù)荷時(shí)混合氣過濃，主要生成CO，碳?xì)淙剂贤耆谎趸遣淮罂赡艿摹C排放主要來(lái)自淬熄等多項(xiàng)因素，每循環(huán)絕對(duì)排放量變化不大，它的比排放在負(fù)荷增大時(shí)應(yīng)下降。在達(dá)到全負(fù)荷時(shí)HC比排放增大，可能是因?yàn)榕艢庵袊?yán)重缺氧，使未燃HC的后期氧化受阻所致；在負(fù)荷很小時(shí)HC比排放急劇增加。除了因輸出功率減小外，還在于排氣溫度過低，未燃HC后期氧化減弱。10/13/2024一、汽油機(jī)排放特性3.NOx排放特性圖為汽油機(jī)NOx比排放量的變化趨勢(shì)。由圖可見，汽油機(jī)NOx的排放特性與CO、HC截然不同。在中等轉(zhuǎn)速以上當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，NOx比排放隨負(fù)荷增大而下降，而且當(dāng)接近全負(fù)荷時(shí)下降更快。實(shí)際上，在中等負(fù)荷區(qū)域，由于燃燒溫度提高，NOx的絕對(duì)排放量隨負(fù)荷增大而增加，但NOx的增加未與負(fù)荷成正比，所以比排放逐漸下降。此外，當(dāng)負(fù)荷一定時(shí)，NOx的比排放隨轉(zhuǎn)速升高而增大，而絕對(duì)排放量增加更快。由此可知，轉(zhuǎn)速上升造成的燃燒溫度提高，促進(jìn)NOx的生成，這一影響要超過反應(yīng)時(shí)間下降的影響。10/13/2024一、汽油機(jī)排放特性4.PM排放特性汽車尾氣中的顆粒物按照粒徑一般可以分為兩類：核態(tài)顆粒物和積聚態(tài)顆粒物。一般認(rèn)為粒徑小于30nm的顆粒物稱為核態(tài)顆粒物，而粒徑≥30nm的顆粒物稱為積聚態(tài)顆粒物。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣顆粒物的濃度和粒徑分布的測(cè)量分析主要是采用一些成套的分析儀器，如顆粒物快速采樣分析儀（DMS500）、掃描遷移顆粒粒徑分析儀（SMPS）、靜電低壓沖擊儀（ELPI）、懸浮粒子電子分析儀（EAA）和冷凝核計(jì)數(shù)儀（CNC）等。歐洲顆粒物測(cè)量程序提出了一套汽車顆粒物測(cè)試的方法和規(guī)范，并運(yùn)用于歐洲汽車排放法規(guī)中。影響GDI發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒物排放的因素很多，如噴油時(shí)刻、噴油壓力、點(diǎn)火提前角、空燃比、冷卻液和機(jī)油溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷等。10/13/2024一、汽油機(jī)排放特性圖為采用DMS500顆粒物快速采樣分析儀得到的進(jìn)氣道噴射（PFI）汽油機(jī)和缸內(nèi)直噴（GDI）汽油機(jī)在1500r/min，不同負(fù)荷下的顆粒物數(shù)量及粒徑分布特性。如圖所示，在不同負(fù)荷下，PFI汽油機(jī)的顆粒物排放呈現(xiàn)明顯的核態(tài)和積聚態(tài)顆粒物共存的雙峰分布特性，而且核態(tài)顆粒物數(shù)量所占總顆粒物數(shù)量的比重較大。與PFI汽油機(jī)相比，GDI汽油機(jī)的顆粒物排放也表現(xiàn)出類似的雙峰分布特性，但核態(tài)顆粒物所占的比例有所下降。10/13/2024PFI汽油機(jī)PM排放特性

GDI汽油機(jī)PM排放特性

一、汽油機(jī)排放特性不同負(fù)荷下的顆粒物數(shù)量及粒徑分布特性PFI和GDI車用汽油機(jī)的顆粒物總數(shù)量對(duì)比外特性和速度特性下總顆粒物數(shù)濃度二、柴油機(jī)排放特性1.CO排放特性柴油機(jī)在整個(gè)工況范圍內(nèi)排放的CO均很少，在絕大多數(shù)工況下CO比排放量小于5g/(kW·h)，而汽油機(jī)CO比排放量一般為20～100g/(kW·h)，比柴油機(jī)大10～20倍。對(duì)于柴油機(jī)，CO比排放也是中速中負(fù)荷工況最少。接近全負(fù)荷時(shí)，部分燃油因與空氣混合不足而缺氧，造成CO排放急劇增大。當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速很低，由于燃燒室內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)過弱，混合氣形成不均，不完全燃燒產(chǎn)物CO較多。柴油機(jī)負(fù)荷很小時(shí)，單位功率的CO排放量增大。10/13/2024二、柴油機(jī)排放特性2.HC排放特性柴油機(jī)的HC排放比汽油機(jī)低得多，平均來(lái)說，后者約為前者的2～4倍。柴油機(jī)的HC比排放基本上隨負(fù)荷的增大而下降，而絕對(duì)排放量大致不變。這是由于柴油機(jī)HC排放有很大一部分決定于噴嘴的后滴，絕對(duì)量與負(fù)荷無(wú)關(guān)。當(dāng)負(fù)荷不變而轉(zhuǎn)速變化時(shí)，HC比排放變化不大。10/13/2024二、柴油機(jī)排放特性3.NOx排放特性柴油機(jī)在中等偏大負(fù)荷時(shí)NOx比排放最大，因?yàn)檫@時(shí)燃燒溫度高，而且燃?xì)庵泻鹾芏?。?fù)荷再加大，則含氧相對(duì)減少，NOx排放量不再增加甚至略有減少。在中等負(fù)荷區(qū)，當(dāng)負(fù)荷不變而轉(zhuǎn)速提高到中高轉(zhuǎn)速時(shí)，NOx比排放不斷增大，說明NOx絕對(duì)排放量增加更快。在小負(fù)荷區(qū)域，NOx比排放大致不隨轉(zhuǎn)速變化，絕對(duì)排放量基本上與轉(zhuǎn)速成正比。10/13/2024二、柴油機(jī)排放特性4.PM排放特性對(duì)柴油機(jī)顆粒物的排放有重要影響的因素很多，如噴油壓力、噴油時(shí)刻及次數(shù)、外部EGR、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷等。燃料中的硫含量是影響發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒物排放的重要原因。10/13/2024二、柴油機(jī)排放特性對(duì)于不同的燃油，顆粒物最小比排放率均出現(xiàn)在中等負(fù)荷條件。在低負(fù)荷條件下，低的缸內(nèi)溫度導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)較低的燃油熱效率，進(jìn)而導(dǎo)致較高的顆粒物比排放率。在較高負(fù)荷條件下，顆粒物比排放率迅速上升，這是由于顆粒物主要由干碳煙、可溶性有機(jī)物和硫酸鹽組成，其中干碳粒是排氣顆粒最主要的成分，并且大部分的干碳煙是在擴(kuò)散燃燒階段產(chǎn)生的。發(fā)動(dòng)機(jī)高負(fù)荷所增加的燃油消耗主要用于擴(kuò)散燃燒，故比排放率在高負(fù)荷條件下顯著上升。10/13/2024二、柴油機(jī)排放特性采用DMS500顆粒物快速采樣分析儀得到的某高壓共軌柴油機(jī)在1500r/min，不同負(fù)荷下的顆粒物數(shù)量及粒徑分布特性AVL498顆粒計(jì)數(shù)器對(duì)某柴油機(jī)進(jìn)行ESC試驗(yàn)13工況的PN排放試驗(yàn)結(jié)果6.6發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)整特性發(fā)動(dòng)機(jī)的調(diào)整特性一般包括汽油機(jī)點(diǎn)火提前角調(diào)整特性、柴油機(jī)噴油提前角調(diào)整持性和柴油機(jī)調(diào)速特性，其中，汽油機(jī)點(diǎn)火提前角調(diào)整特性在第四章已介紹,本章不再贅述。10/13/2024一、柴油機(jī)噴油提前角調(diào)整持性在柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和噴油泵油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)位置不變的條件下，柴油機(jī)有效功率和有效燃油消耗率隨噴油提前角的變化關(guān)系，稱為噴油提前角調(diào)整特性

10/13/2024一、柴油機(jī)噴油提前角調(diào)整持性

對(duì)應(yīng)每一種工況，均有一最佳的噴油提前角θ0，此時(shí)，有效功率最大，有效燃油消耗率最低。增加噴油提前角過大時(shí)，由于燃料將噴入壓力和溫度都不高的空氣中，著火延遲期增長(zhǎng)，導(dǎo)致速燃期的壓力升高率過大，造成柴油機(jī)工作粗暴，使Pe下降和be增加。噴油提前角過小時(shí)，燃燒推遲到膨脹過程中進(jìn)行，因而使壓力升高率降低，最高壓力大大降低，同時(shí)排氣溫度升高，熱損失增加，熱效率顯著下降，也使Pe下降和be增加。10/13/2024一、柴油機(jī)噴油提前角調(diào)整持性

柴油機(jī)在一定負(fù)荷下以不同轉(zhuǎn)速工作時(shí)，其最佳噴油提前角也是不同的，一般應(yīng)隨轉(zhuǎn)速的提高，適當(dāng)增大噴油提前角。為滿足上述要求，在傳統(tǒng)的柴油機(jī)燃料供給系中，通常裝有離心式噴油角提前器。采用柴油機(jī)電控技術(shù)，能根據(jù)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的變化，及時(shí)并準(zhǔn)確地控制噴油提前角，從而使柴油機(jī)的性能達(dá)到最佳。10/13/2024二、柴油機(jī)裝置調(diào)速器的必要性

發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工作的條件是其發(fā)出的轉(zhuǎn)矩與外界阻力矩相等，如左圖中的A點(diǎn)。如果發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線能隨轉(zhuǎn)速增加而迅速下降，則當(dāng)外界阻力矩有暫時(shí)變化時(shí)，這種曲線便具有自動(dòng)保持穩(wěn)定工作的能力，如果轉(zhuǎn)矩曲線變化平緩，甚至微微上傾，則在阻力變化急劇時(shí)，理論上雖可恢復(fù)穩(wěn)定工作，實(shí)際上轉(zhuǎn)速變化很大，恢復(fù)穩(wěn)定也慢，難以滿足正常工作的需要（右圖）。這樣曲線實(shí)際上不具備自動(dòng)保持穩(wěn)定工作的能力。由速度特性曲線可知，汽油機(jī)工作穩(wěn)定性好，而柴油機(jī)頗差。10/13/2024二、柴油機(jī)裝置調(diào)速器的必要性汽車發(fā)動(dòng)機(jī)還經(jīng)常遇到負(fù)荷突變的情況，就可能引起發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速很快上升，甚至超過允許的限度，即所謂飛車。對(duì)柴油機(jī)來(lái)說，超速很危險(xiǎn)，因轉(zhuǎn)矩曲線平坦，使轉(zhuǎn)速大幅度上升，循環(huán)供油量又隨轉(zhuǎn)速增高而加大，混合氣變濃，工作過程惡化，排氣冒黑煙，零件過熱，同時(shí)由于運(yùn)動(dòng)機(jī)件較重，超速時(shí)產(chǎn)生很大的慣性力，可能引起零件損壞。因此，柴油機(jī)上必須有防止超速的裝置。汽車低速空轉(zhuǎn)時(shí)，噴油泵只供給很少的燃油，這些燃油發(fā)出的能量只能克服發(fā)動(dòng)機(jī)本身運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械損失，這時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性主要取決于發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失與氣缸內(nèi)發(fā)出指示功之間的相互配合關(guān)系。柴油機(jī)由于每循環(huán)供油量是隨轉(zhuǎn)速增加而略有增加，因而pmi也隨之稍有增加。不難看出，如果pm稍有變化，會(huì)引起轉(zhuǎn)速很大的波動(dòng)，柴油機(jī)極易熄火或過速，因此必須有保證怠速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的裝置?？傊瑸榱说∷俜€(wěn)定和高速不飛車，在柴油機(jī)上必須裝置調(diào)速器。調(diào)速器可以根據(jù)外界負(fù)荷的變化，通過轉(zhuǎn)速感應(yīng)元件，自動(dòng)調(diào)節(jié)噴油泵供油量，使柴油機(jī)轉(zhuǎn)速保持在極小的變化范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。10/13/2024三、全程式調(diào)速器的調(diào)速特性

柴油機(jī)裝置全程式調(diào)速器后，在所有的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，調(diào)速器都能根據(jù)外界負(fù)荷的變化，通過轉(zhuǎn)速感應(yīng)元件，自動(dòng)調(diào)節(jié)噴油泵供油量，保證在駕駛員選定的任何轉(zhuǎn)速下，使柴油機(jī)在極小的轉(zhuǎn)速變化范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。在礦區(qū)、林區(qū)、大型建筑工地使用的車輛，所遇到的行駛阻力變化很大，這類車輛宜采用全程式調(diào)速器。調(diào)速特性一般有兩種表達(dá)形式，一種以負(fù)荷作為橫坐標(biāo)，相當(dāng)于負(fù)荷特性的形式；另一種方式是以轉(zhuǎn)速為橫坐標(biāo)的調(diào)速特性，相當(dāng)于速度特性的形式。10/13/2024三、兩極調(diào)速器的調(diào)速特性

兩極調(diào)速器只在柴油機(jī)最低轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速時(shí)起作用，以防止怠速熄火和高速飛車。調(diào)速器在中間轉(zhuǎn)速不起作用，由駕駛員根據(jù)需要直接操縱油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來(lái)控制。只有在最低轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速附近兩個(gè)很小的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，在調(diào)速器的作用下，使柴油機(jī)的轉(zhuǎn)矩曲線產(chǎn)生急劇變化；在中間轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，調(diào)速器不起作用，轉(zhuǎn)矩曲線按速度特性變化。對(duì)于兩極式調(diào)速器，駕駛員直接操縱油泵齒條，達(dá)到新平衡點(diǎn)的加速度小，反應(yīng)快，加速性能好，操縱方便，所以除重型汽車外，一般汽車上常用兩極式調(diào)速器。10/13/2024四、調(diào)速器的工作指標(biāo)

（1）調(diào)速率調(diào)速器的工作好壞，通常用調(diào)速率來(lái)評(píng)定。根據(jù)測(cè)定條件不同，調(diào)速率可分穩(wěn)定調(diào)速率和瞬時(shí)調(diào)速率兩種。1）穩(wěn)定調(diào)速率δ2穩(wěn)定調(diào)速率表明柴油機(jī)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)相對(duì)于全負(fù)荷轉(zhuǎn)速的變化范圍。2）瞬時(shí)調(diào)速率δ1。它是評(píng)定調(diào)速器過渡過程的指標(biāo)。（2）不靈敏度調(diào)速器工作時(shí)，調(diào)速系統(tǒng)中有摩擦存在，需要有一定的力來(lái)克服摩擦，才能移動(dòng)調(diào)整油量機(jī)構(gòu)。10/13/20246.7發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性負(fù)荷特性和速度特性只能表示某一轉(zhuǎn)速或某一齒條位置（或節(jié)氣門開度）時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)間的變化規(guī)律；汽車、拖拉機(jī)的工況變化范圍很廣，要分析各種工況下的性能就需要許多張負(fù)荷特性或速度特性圖，這樣做極不方便；為了能在一張圖上較全面地表示發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，經(jīng)常應(yīng)用多參數(shù)的特性曲線，稱為萬(wàn)有特性；萬(wàn)有特性是以轉(zhuǎn)速為橫坐標(biāo)，以平均有效壓力（或轉(zhuǎn)矩）為縱坐標(biāo)，在圖上畫出許多等耗油率曲線和等功率曲線，根據(jù)需要還可以畫出等過量空氣系數(shù)曲線、等進(jìn)氣管真空度曲線、冒煙極限等。10/13/20242024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理66汽油機(jī)萬(wàn)有特性10/13/20242024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理67萬(wàn)有特性等耗油率曲線的制取

將不同轉(zhuǎn)速的負(fù)荷特性以pme為縱坐標(biāo)，be為橫坐標(biāo)，用同一比例尺畫在一張坐標(biāo)圖上；在萬(wàn)有特性圖的橫坐標(biāo)軸上，以一定比例標(biāo)出轉(zhuǎn)速數(shù)值?？v坐標(biāo)pme的比例應(yīng)與負(fù)荷特性pme的比例相同；將負(fù)荷特性圖橫放在萬(wàn)有特性圖左方，并將與負(fù)荷特性曲線上耗油率be相等的各點(diǎn)移至萬(wàn)有特性圖中，標(biāo)上記號(hào)，再將be值相等的各點(diǎn)連成光滑曲線，即等耗油率線；各條等燃油消耗率曲線是不能相交的。10/13/20242024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理68汽、柴油機(jī)萬(wàn)有特性(經(jīng)濟(jì)性)比較

柴油機(jī)的最低油耗值較小，而且經(jīng)濟(jì)區(qū)范圍較寬（負(fù)荷特性）；汽油機(jī)經(jīng)濟(jì)區(qū)偏上，處于較高負(fù)荷區(qū)；經(jīng)濟(jì)區(qū)在萬(wàn)有特性圖的移動(dòng)。10/13/20242024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理69萬(wàn)有特性的對(duì)比首先，汽油機(jī)的燃油消耗率比柴油機(jī)高；其次，汽油機(jī)的最經(jīng)濟(jì)區(qū)域處在偏上的位置，即高負(fù)荷區(qū)，隨負(fù)荷降低，油耗增加較快，而柴油機(jī)的最經(jīng)濟(jì)區(qū)則比較適中，負(fù)荷改變時(shí)經(jīng)濟(jì)性能變化不大。由于車用汽油機(jī)常在較低負(fù)荷下工作，燃油消耗率較大，故其使用經(jīng)濟(jì)性能不佳。對(duì)于車用柴油機(jī)而言，由于多數(shù)用于載貨汽車、工程機(jī)械、礦山車輛等場(chǎng)合，負(fù)荷率高，從萬(wàn)有特性上可以看出其使用經(jīng)濟(jì)性較好。10/13/20242024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理70萬(wàn)有特性的應(yīng)用在萬(wàn)有特性圖上，最內(nèi)層的等燃油消耗率曲線相當(dāng)于內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的最經(jīng)濟(jì)區(qū)域，等值曲線越向外，經(jīng)濟(jì)性越差。等燃油消耗率曲線的形狀與位置對(duì)內(nèi)燃機(jī)的實(shí)際使用經(jīng)濟(jì)性能有重要的影響。如果該曲線的形狀在橫向上較長(zhǎng)，則表示內(nèi)燃機(jī)在負(fù)荷變化不大而轉(zhuǎn)速變化較大的情況下工作時(shí)，燃油消耗率變化較小。如果曲線形狀在縱向較長(zhǎng)，則表示內(nèi)燃機(jī)在負(fù)荷變化較大而轉(zhuǎn)速變化不大的情況下工作時(shí)，油耗率變化較小。10/13/20246.8發(fā)動(dòng)機(jī)與車輛的匹配發(fā)動(dòng)機(jī)是車輛的一個(gè)總成，是汽車動(dòng)力的來(lái)源；整車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性既取決于發(fā)動(dòng)機(jī)自身的性能，又依賴于發(fā)動(dòng)機(jī)與汽車的合理匹配；發(fā)動(dòng)機(jī)的各種特性，是分析發(fā)動(dòng)機(jī)與車輛匹配的有效工具；本節(jié)主要從兩個(gè)角度改善發(fā)動(dòng)機(jī)與車輛的匹配：從提高動(dòng)力性的角度從提高經(jīng)濟(jì)性的角度2024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理7110/13/2024一、從動(dòng)力性的角度改善發(fā)動(dòng)機(jī)與車輛的匹配(1)汽車的動(dòng)力性可由三方面的指標(biāo)評(píng)價(jià)：

?汽車的最高車速

?汽車的加速時(shí)間

?最大爬坡能力變速器各檔有不同的傳動(dòng)比，可將發(fā)動(dòng)機(jī)外特性轉(zhuǎn)換成不同檔位的驅(qū)動(dòng)力與車速的曲線；由圖看出，該車的最高車速在18Okm／h以上，在1檔能爬上的最大坡度為55％，相應(yīng)地還能計(jì)算其加速時(shí)間；發(fā)動(dòng)機(jī)外特性功率曲線與汽車行駛阻力功率圖，表示發(fā)動(dòng)機(jī)所擁有的后備功率；后備功率愈大，爬坡、加速性能愈好，行駛中負(fù)荷率低，經(jīng)濟(jì)性差。

2024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理7210/13/2024一、從動(dòng)力性的角度改善發(fā)動(dòng)機(jī)與車輛的匹配(2)

不同種類、不同排量的車輛，不可能用驅(qū)動(dòng)力——行駛阻力平衡圖直接比較其動(dòng)力性的好壞，必須把驅(qū)動(dòng)力與汽車質(zhì)量結(jié)合起來(lái)，而且還必須考慮到它們?cè)谛旭傊杏龅降目諝庾枇Φ牟町?；將單位汽車質(zhì)量的受力狀況整理成一個(gè)無(wú)因次量（稱為動(dòng)力因數(shù)D），可用以比較不同車輛的動(dòng)力性；通過選擇合適的比功率與汽車總質(zhì)量的乘積，可以估算出應(yīng)配備的發(fā)動(dòng)機(jī)功率；從結(jié)構(gòu)緊湊性及減輕比質(zhì)量的角度看，汽油機(jī)明顯優(yōu)于柴油機(jī)；提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性（增加升功率、降低比質(zhì)量）的有效措施是采用增壓；此外，采用多氣門機(jī)構(gòu)、汽油噴射等，也是改善發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性的有效措施。2024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理7310/13/2024一、從動(dòng)力性的角度改善發(fā)動(dòng)機(jī)與車輛的匹配(3)

2024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理7410/13/2024二、從經(jīng)濟(jì)性的角度改善發(fā)動(dòng)機(jī)與車輛的匹配(1)

汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性常用按一定行駛規(guī)范行駛百公里的燃油消耗量，或消耗一定量燃油行駛的里程來(lái)衡量；對(duì)車輛進(jìn)行排放限制及燃油消耗的限制本來(lái)是兩個(gè)概念，不過兩者在技術(shù)上常常是相互制約與相互關(guān)聯(lián)的；各國(guó)法規(guī)逐年嚴(yán)格限制有害排放物的同時(shí)，還規(guī)定了對(duì)轎車行駛油耗的限值標(biāo)準(zhǔn)。

2024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理7510/13/2024二、從經(jīng)濟(jì)性的角度改善發(fā)動(dòng)機(jī)與車輛的匹配(2)

從整車技術(shù)的角度看，主要有效的措施：

?降低車輛自身質(zhì)量

?改進(jìn)車輛的外形與結(jié)構(gòu)

?改善傳動(dòng)系與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配

?使用子午線輪胎從車輛對(duì)動(dòng)力選型的角度看，柴油機(jī)轎車比汽油機(jī)轎車節(jié)油25％～35％；柴油機(jī)采用直噴式燃燒系統(tǒng)，并普及增壓及增壓加中冷技術(shù)，以進(jìn)一步提高熱效率及升功率；在汽油機(jī)中提高壓縮比，實(shí)現(xiàn)稀燃，采用電噴技術(shù)，兼顧到高、低負(fù)荷及不同轉(zhuǎn)速工況的可變技術(shù)，減少摩擦損失及附件損耗；改善車輛與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配是節(jié)能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。2024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理7610/13/2024二、從經(jīng)濟(jì)性的角度改善發(fā)動(dòng)機(jī)與車輛的匹配(3)

2024/10/13發(fā)動(dòng)機(jī)原理7710/13/2024END10/13/2024

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理2024/10/1380

目錄第一章發(fā)動(dòng)機(jī)的性能第二章發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程第三章燃料與燃燒第四章汽油機(jī)混合氣的形成和燃燒第五章柴油機(jī)混合氣的形成和燃燒第六章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)特性第七章車用發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣渦輪增壓第八章發(fā)動(dòng)機(jī)排氣污染與噪聲控制第九章新型汽車動(dòng)力裝置第十章發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力學(xué)第七章車用發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣渦輪增壓

發(fā)動(dòng)機(jī)所能發(fā)出的最大功率主要是由氣缸內(nèi)燃料有效燃燒所放出的熱量決定的，而這受到每循環(huán)吸入氣缸內(nèi)實(shí)際空氣量的限制。如果空氣在進(jìn)入氣缸前得到壓縮，從而使其密度增加，則在相同氣缸工作容積條件下，可以獲得更多的新鮮空氣，因而使得發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)供油量增加，最終提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率。第一節(jié)概述一、發(fā)動(dòng)機(jī)增壓簡(jiǎn)介增壓具有的優(yōu)點(diǎn)：①增壓能夠有效提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性能。②增壓可以使發(fā)動(dòng)機(jī)在總質(zhì)量和體積基本保持不變的情況下，輸出功率得到大幅度的提高，升功率、比質(zhì)量功率和比體積功率都有較大增加，因而可以降低單位功率的造價(jià)。③增壓柴油機(jī)一般采用較大的過量空氣系數(shù)，HC、CO和碳煙排放降低。④柴油機(jī)增壓后，缸內(nèi)溫度和壓力水平提高，可以使滯燃期縮短，有利于降低壓力升高率和燃燒噪聲。⑤增壓有利于高原稀薄空氣條件下恢復(fù)功率，因此增壓對(duì)補(bǔ)償高原功率損失十分有利。車用發(fā)動(dòng)機(jī)增壓仍然存在著一些技術(shù)上的難題：①增壓使發(fā)動(dòng)機(jī)主要零部件的機(jī)械負(fù)荷與熱負(fù)荷增高。②要滿足車輛對(duì)轉(zhuǎn)矩適應(yīng)性及瞬變工況的要求，需要大量的研究工作。③增壓發(fā)動(dòng)機(jī)性能的進(jìn)一步優(yōu)化，受到增壓器及中冷器的限制，其中增壓器的問題集中在材料的機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性能、潤(rùn)滑等方面，而對(duì)中冷器的要求是體積小、質(zhì)量輕、效率高。④車用汽油機(jī)增壓在發(fā)動(dòng)機(jī)爆燃、熱負(fù)荷以及增壓器等方面仍需要克服很多技術(shù)難題。二、基本概念

1、增壓度φ

增壓度是指發(fā)動(dòng)機(jī)在增壓后增長(zhǎng)的功率與增壓前的功率之比。增壓度反映了發(fā)動(dòng)機(jī)增壓后功率提高的程度。

四沖程柴油機(jī)可高達(dá)φ=3.0；車用柴油機(jī)φ=0.1～0.6

2、增壓比

增壓比是指增壓器壓氣機(jī)前后的壓力之比，反映了氣體在壓氣機(jī)中的壓縮程度。

三、基本概念內(nèi)燃機(jī)的增壓方式增壓分類的方法有兩種：一種是按增壓比分類，將<1.6的稱為低增壓；

＝1.6～2.5的稱為中增壓；>2.5的稱為高增壓。另一種是根據(jù)壓氣機(jī)能量的來(lái)源分類，可以分為機(jī)械增壓、氣波增壓、廢氣渦輪增壓和復(fù)合增壓（圖7-1）：

圖7-1汽油機(jī)的燃燒過程a）機(jī)械增壓b）渦輪增壓c）氣波增壓d）復(fù)合增壓E—發(fā)動(dòng)機(jī)C—壓氣機(jī)T—渦輪機(jī)1、機(jī)械增壓

發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸直接驅(qū)動(dòng)機(jī)械增壓裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)氣的壓縮。機(jī)械增壓的特點(diǎn)是響應(yīng)速度快，缺點(diǎn)是要消耗發(fā)動(dòng)機(jī)的部分功率。2、氣波增壓

利用排氣系統(tǒng)中的壓力波動(dòng)效應(yīng)來(lái)壓縮進(jìn)氣。氣波增壓的特點(diǎn)是利用了廢氣能量，效率高。3、廢氣渦輪增壓

壓氣機(jī)與渦輪同軸相連，構(gòu)成渦輪增壓器，渦輪帶動(dòng)壓氣機(jī)工作，實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣增壓。廢氣渦輪增壓的特點(diǎn)是回收了原具有一定熱能、壓力能以及噪聲的廢氣能量，缺點(diǎn)是在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)和低速時(shí)響應(yīng)性差、能量回收率差。4、復(fù)合增壓

復(fù)合增壓將上述多種增壓方式加以組合，以獲得更好的增壓效果。第二節(jié)廢氣渦輪增壓器的工作原理與特性渦輪增壓器根據(jù)廢氣在渦輪機(jī)中不同的流通方向，分為徑流式渦輪增壓器與軸流式渦輪增壓器兩類。大中型柴油機(jī)多采用軸流式渦輪增壓器，而車用內(nèi)燃機(jī)則采用徑流式渦輪增壓器，以適應(yīng)高轉(zhuǎn)速及較高響應(yīng)性能的要求。徑流式渦輪增壓器圖7-2徑流式渦輪增壓器結(jié)構(gòu)圖1-壓氣機(jī)蝸殼2-壓氣機(jī)葉輪3-推力軸承4-浮動(dòng)軸承5-渦輪葉輪6-渦輪蝸殼一、離心式壓氣機(jī)的工作原理

1、離心式壓氣機(jī)的結(jié)構(gòu)

如圖7-3所示，離心式壓氣機(jī)主要由進(jìn)氣管1、工作輪2、擴(kuò)壓器3和出氣蝸殼4等組成。離心式壓氣機(jī)比較適合于大流量低壓比的車用發(fā)動(dòng)機(jī)增壓。為了獲得高效率，壓氣機(jī)必須高速旋轉(zhuǎn)，其最高轉(zhuǎn)速可超過10萬(wàn)轉(zhuǎn)/分，因此很適合與排氣渦輪聯(lián)合運(yùn)行。圖7-3離心式壓氣機(jī)簡(jiǎn)圖1—進(jìn)氣管2—工作輪3—擴(kuò)壓器4—出氣蝸殼2、空氣在壓氣機(jī)中的流動(dòng)整個(gè)變化過程如圖7-4所示，并且有以下結(jié)論：1）通過壓氣機(jī)后，氣體的壓力升高

，達(dá)到增加氣體壓力的目的。氣體壓力升高，則密度增加，所以經(jīng)過壓氣機(jī)壓縮的氣體進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道后壓力升高，進(jìn)氣密度增加，達(dá)到增壓的目的。2）壓氣機(jī)出口的氣體溫度升高，不利于氣體密度的提高，故需降低進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道的氣體溫度，所以在壓氣機(jī)出口到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道間可加裝中冷器，冷卻氣體。圖7-4空氣參數(shù)沿壓氣機(jī)通道的變化3、擴(kuò)壓器的工作原理

擴(kuò)壓器通常由無(wú)葉擴(kuò)壓器與葉片擴(kuò)壓器組成（圖7-5）。圖7-5擴(kuò)壓器原理1—工作輪2—無(wú)葉擴(kuò)壓器3—葉片擴(kuò)壓器4—蝸殼4、壓氣機(jī)的熱效率壓氣機(jī)的絕熱效率是評(píng)價(jià)壓氣機(jī)性能的基本指標(biāo)。圖7-6為壓氣機(jī)的壓縮過程。途中的0點(diǎn)表示壓氣機(jī)進(jìn)口處的空氣狀態(tài)；點(diǎn)4’表示空氣按絕熱過程壓縮后壓氣機(jī)出口處的狀態(tài)；點(diǎn)4表示空氣按多變過程壓縮后壓氣機(jī)出口處的狀態(tài)。圖7-6空氣壓縮過程a)p-V圖b)T-S圖(1)壓縮功

按理想情況，將1kg空氣從壓力p0壓縮到壓力p4（pk）耗功最小的為可逆絕熱過程，所需的絕熱壓縮功（J/kg）為：（2）絕熱效率

實(shí)際壓氣機(jī)工作過程完善的程度是通過與理想壓氣機(jī)相比較來(lái)評(píng)定的。通常以絕熱效率

來(lái)評(píng)定，亦即壓縮到同一壓力時(shí)，在理想壓氣機(jī)中壓縮空氣的絕熱壓縮功與在實(shí)際壓氣機(jī)中消耗的實(shí)際壓縮功之比：（3）壓氣機(jī)功率

如果已知1kg空氣的絕熱壓縮功

，空氣的質(zhì)量流量

，壓氣機(jī)的絕熱效率

，則壓氣機(jī)功率

（W）為：5、壓氣機(jī)的特性曲線（1）定義

壓氣機(jī)流量特性指壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)速不變時(shí)，壓氣機(jī)增壓比和絕熱效率

隨空氣流量的變化關(guān)系。將壓氣機(jī)不同轉(zhuǎn)速的流量特性表示在同一幅圖面上，并將效率線轉(zhuǎn)換成等效率線，可得到壓氣機(jī)的特性曲線。圖7-7離心式壓氣機(jī)特性曲線離心式壓氣機(jī)的有效功實(shí)際上與流量無(wú)關(guān)。當(dāng)在壓氣機(jī)沒有損失時(shí)，完全用來(lái)壓縮空氣，因此在任何空氣流量下，壓比不變。但實(shí)際上，必然有一部分有效功要消耗在克服各種損失上。如圖7-8所示，在空氣流過壓氣機(jī)工作輪時(shí)，主要發(fā)生兩種損失：一種是摩擦損失，它是由空氣和工作輪表面產(chǎn)生摩擦而產(chǎn)生的損失，這一損失將隨空氣流量的加大而加大；二是撞擊損失，它是由于實(shí)際流量偏離設(shè)計(jì)而產(chǎn)生的，偏離越大損失也越大。圖7-7壓氣機(jī)特性說明(3)通用特性曲線

由無(wú)因次參數(shù)整理的曲線稱為通用特性曲線（圖7-9）。圖7-9通用特性曲線二、徑流式渦輪機(jī)的工作原理

1、燃?xì)庠跍u輪機(jī)中的流動(dòng)

徑流式渦輪機(jī)主要由進(jìn)氣蝸殼1、噴嘴環(huán)2、工作輪3以及出氣道4等組成，如圖7-10所示。圖7-10空氣壓縮過程徑流式渦輪機(jī)簡(jiǎn)圖1—進(jìn)氣蝸殼2—噴嘴環(huán)3—工作輪4—出氣道由發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管中排出的氣體具有壓力

、溫度

、并以速度經(jīng)進(jìn)氣蝸殼流入噴嘴環(huán)。在噴嘴環(huán)上均勻的安裝了具有一定角度的葉片，這就使燃?xì)饨?jīng)過葉片間的通道后更具有方向性，使氣流更加均勻且有秩序的流入渦輪機(jī)工作輪。葉片間的通道面積是漸縮的，使部分壓力勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的動(dòng)能，即氣體的壓力降低到

，溫度降低到

，氣體流動(dòng)的速度增加到

（見圖7-11）。圖7-11渦輪機(jī)中氣流參數(shù)的變化2、渦輪機(jī)的特性增壓器的渦輪機(jī)是利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的一種動(dòng)力機(jī)械。渦輪機(jī)作變工況運(yùn)行時(shí)，燃?xì)庠跍u輪機(jī)中流動(dòng)，隨著膨脹比增大，流量跟隨增加，當(dāng)膨脹比增加到某一臨界值時(shí)，流量達(dá)到最大值，不再增加，該現(xiàn)象即為渦輪機(jī)的阻塞。一般來(lái)說，渦輪機(jī)流量特性雖然受阻塞現(xiàn)象的限制，但渦輪機(jī)的工作范圍常比壓氣機(jī)大得多，一種渦輪機(jī)可以和多種不同的壓氣機(jī)配套使用。第三節(jié)廢氣能量的利用

一、廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的兩種基本型式1、恒壓系統(tǒng)：如圖7-12a所示，這種增壓系統(tǒng)的特點(diǎn)是渦輪前排氣管內(nèi)壓力基本恒定。2、變壓系統(tǒng)：如圖7-12b所示，這種增壓系統(tǒng)的特點(diǎn)是使排氣管中的壓力產(chǎn)生盡可能大的變動(dòng)。圖7-12渦輪增壓系統(tǒng)的兩種基本形式a)恒壓系統(tǒng)b)變壓系統(tǒng)二、基本概念恒壓增壓系統(tǒng)廢氣能量的利用恒壓系統(tǒng)四沖程渦輪增壓柴油機(jī)的理論示功圖（見圖7-13）說明了發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣能量的利用情況。

圖7-13四沖程增壓柴油機(jī)的理論示功圖三、脈沖增壓系統(tǒng)廢氣能量的利用設(shè)計(jì)變壓系統(tǒng)的目的，就是在于盡量改善面積

那部分能量的利用情況。從圖7-14可以看到，變壓系統(tǒng)比恒壓系統(tǒng)可以較好的利用柴油機(jī)的廢氣能量。排氣管容積較小，廢氣能量利用也就較好。

圖7-14排氣脈沖波a)排氣管容積小b)排氣管容積大四、恒壓系統(tǒng)與脈沖系統(tǒng)的比較恒壓系統(tǒng)及脈沖系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)比較如下所述。①由于脈沖系統(tǒng)部分利用了廢氣的脈沖能量，所以系統(tǒng)的可用能量比恒壓系統(tǒng)大。②脈沖增壓系統(tǒng)對(duì)氣缸中掃氣有明顯的好處。③在脈沖系統(tǒng)中，由于排氣管容積較小，當(dāng)柴油機(jī)負(fù)荷改變時(shí)，排氣的壓力波立刻發(fā)生變化，并迅速傳遞到渦輪機(jī)，引起增壓器轉(zhuǎn)速較快地變動(dòng)，所以脈沖系統(tǒng)的加速性能較好。④從廢氣渦輪的效率來(lái)看，脈沖系統(tǒng)的渦輪平均絕熱效率比恒壓環(huán)境的略低。⑤脈沖系統(tǒng)的廢氣瞬時(shí)流量也是周期性變化的，其瞬時(shí)最大流量比恒壓系統(tǒng)的流量（相當(dāng)于脈沖系統(tǒng)的平均流量）大。第四節(jié)車用增壓柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的性能一、渦輪增壓器與柴油機(jī)聯(lián)合運(yùn)行的基本特點(diǎn)1、特點(diǎn)：

為了使渦輪增壓器與車用發(fā)動(dòng)機(jī)能夠良好地配合，使它們?cè)诟鞣N工況下合理工作，首先是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的特定工況（如額定工況或最大轉(zhuǎn)矩工況）確定其在壓氣機(jī)特性曲線上的位置（即根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)選用合適型號(hào)的增壓器）；其次是要解決發(fā)動(dòng)機(jī)在整個(gè)運(yùn)行區(qū)與增壓器實(shí)現(xiàn)良好的配合。所以選好增壓器是前提，增壓器選擇不當(dāng)，發(fā)動(dòng)機(jī)可能達(dá)不到預(yù)期的增壓效果。例如車用發(fā)動(dòng)機(jī)選配增壓器時(shí)，常以最大轉(zhuǎn)矩工況作為設(shè)計(jì)工況，把最大轉(zhuǎn)矩工況點(diǎn)放在高效率區(qū)，而額定工況常偏離在高效率區(qū)之外（圖7-16）。圖7-16按最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)匹配1—喘振線2—外特性3—最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)每一種渦輪增壓器都有確定的工作范圍。在小流量范圍，壓氣機(jī)受喘振限制；在大流量范圍，壓氣機(jī)因效率下降過多，亦受到限制；在增壓器的高速、高負(fù)荷范圍內(nèi)，可能由于廢氣能量過高，使渦輪增壓器超過機(jī)械強(qiáng)度允許的轉(zhuǎn)速，或者由于排氣溫度過高，超過了渦輪機(jī)葉片所能承受的溫度，使渦輪增壓器受到了超速或超溫的限制。由此可以大致確定渦輪增壓器的工作范圍（圖7-17）。圖7-17渦輪機(jī)增壓器的工作范圍在此允許的工作范圍之內(nèi)，根據(jù)與發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合運(yùn)行的位置，可以判斷增壓器與柴油機(jī)的配合是否良好。圖7-18所示為一臺(tái)車用增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的聯(lián)合運(yùn)行區(qū)。對(duì)于車用增壓發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說，其負(fù)荷與轉(zhuǎn)速都在較大范圍內(nèi)變化，該聯(lián)合運(yùn)行區(qū)在壓氣機(jī)特性曲線上占有面積偏大，配合的困難相對(duì)較大。圖7-18車用增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的聯(lián)合運(yùn)行區(qū)2、根據(jù)特性曲線進(jìn)行匹配根據(jù)特性曲線匹配主要考慮以下因素：①增壓器選型確定，即可得壓氣機(jī)特性曲線（圖7-16）；②將發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性和負(fù)荷特性轉(zhuǎn)換為空氣流量與壓比的關(guān)系，表示到壓氣機(jī)特性曲線上；③壓氣機(jī)的工作范圍（圖7-17）主要考慮以下限制：喘振限制、超速限制和低效率限制；④聯(lián)合運(yùn)行的范圍（圖7-18）主要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的工況范圍應(yīng)在壓氣機(jī)的工作范圍內(nèi)以及發(fā)動(dòng)機(jī)常用工況在高效率區(qū)。為了達(dá)到匹配要求，盡管改變發(fā)動(dòng)機(jī)的某些參數(shù)（如排氣管設(shè)計(jì)、配氣系統(tǒng)參數(shù)等），可以調(diào)整聯(lián)合運(yùn)行區(qū)，但改變渦輪增壓器的某些參數(shù)（如噴嘴環(huán)截面積、壓氣機(jī)有葉擴(kuò)壓器葉片安裝角度等），也可以調(diào)整聯(lián)合運(yùn)行區(qū)和喘振線位置，以滿足匹配要求。匹配一般可采用以下方法：①流量范圍的選擇②聯(lián)合運(yùn)行線調(diào)整③喘振線的調(diào)整④壓氣機(jī)堵塞的控制⑤渦輪增壓器超速和增壓壓力的調(diào)整二、增壓柴油機(jī)在結(jié)構(gòu)上的變動(dòng)

1、增大供油量、調(diào)整供油系

為了增加循環(huán)供油量，如果仍采用非增壓的噴油泵，勢(shì)必