《港口內(nèi)燃機(jī)》第08章

1、1,工程機(jī)械內(nèi)燃機(jī),第八章 內(nèi)燃機(jī)的特性,2,內(nèi)容提綱,第一節(jié) 概述 第二節(jié) 內(nèi)燃機(jī)的負(fù)荷特性 第三節(jié) 內(nèi)燃機(jī)的速度特性,3,第一節(jié) 概述,一、內(nèi)燃機(jī)特性,1定義,內(nèi)燃機(jī)的主要性能指標(biāo)隨運(yùn)轉(zhuǎn)工況和調(diào)整情況而變化的關(guān)系。,內(nèi)燃機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中變化的主要性能參數(shù)為有效功率Pe、轉(zhuǎn)速n和扭矩Ttq。三者關(guān)系如下：,式中：Ttq內(nèi)燃機(jī)曲軸輸出的平均扭矩，Nm n內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min。,（kW）,2主要性能參數(shù),4,第一節(jié) 概述,1固定式工況,發(fā)動(dòng)機(jī)功率變化，但曲軸轉(zhuǎn)速幾乎保持不變。如帶動(dòng)發(fā)電機(jī)、水泵等的發(fā)動(dòng)機(jī)。如轉(zhuǎn)速功率都保持恒定，稱為點(diǎn)工況，如排灌用內(nèi)燃機(jī)，轉(zhuǎn)速恒定，功率也因水流量和揚(yáng)程不變而保持恒

2、定。,二、內(nèi)燃機(jī)工況,5,第一節(jié) 概述,2螺旋槳工況,發(fā)動(dòng)機(jī)功率與轉(zhuǎn)速之間呈近似三次冪函數(shù)關(guān)系，即 Pekn3。如帶動(dòng)螺旋槳工作的船用內(nèi)燃機(jī)即屬此類。對(duì)于螺距不變的螺旋槳，其吸收的功率與螺旋槳轉(zhuǎn)速的三次方成正比，即k為定值。,二、內(nèi)燃機(jī)工況,6,第一節(jié) 概述,3車用工況,發(fā)動(dòng)機(jī)的功率與轉(zhuǎn)速在很大范圍內(nèi)各自獨(dú)立的變化，二者沒有特定的函數(shù)關(guān)系。工程機(jī)械以及汽車和拖拉機(jī)等陸上運(yùn)輸車輛所使用的內(nèi)燃機(jī)屬此類。,二、內(nèi)燃機(jī)工況,7,內(nèi)容提綱,第一節(jié) 概述 第二節(jié) 內(nèi)燃機(jī)的負(fù)荷特性 第三節(jié) 內(nèi)燃機(jī)的速度特性,8,第二節(jié) 內(nèi)燃機(jī)的負(fù)荷特性,內(nèi)燃機(jī)的負(fù)荷特性是指內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，其性能指標(biāo)隨負(fù)荷而變化的規(guī)律。內(nèi)

3、燃機(jī)負(fù)荷特性主要是體現(xiàn)其燃料經(jīng)濟(jì)性的特性。,性能指標(biāo)主要指燃料消耗率，有時(shí)也加上燃料消耗量和排氣溫度。,9,第二節(jié) 內(nèi)燃機(jī)的負(fù)荷特性,1定義,柴油機(jī)在保持某一轉(zhuǎn)速不變時(shí)，其燃油消耗率b、每小時(shí)燃油消耗量B和排氣溫度Tr等性能指標(biāo)隨負(fù)荷而變化的關(guān)系，稱為柴油機(jī)的負(fù)荷特性。,一、柴油機(jī)的負(fù)荷特性,柴油機(jī)負(fù)荷特性的調(diào)節(jié)是通過(guò)改變循環(huán)供油量來(lái)實(shí)現(xiàn)的，由于整個(gè)過(guò)程保持轉(zhuǎn)速不變，故每循環(huán)進(jìn)入氣缸的空氣量基本不變，負(fù)荷增大時(shí)供油量增加，反之則減少，從而改變了氣缸內(nèi)可燃混合氣的濃度。這種調(diào)節(jié)負(fù)荷的方式稱為“質(zhì)調(diào)節(jié)”。,2負(fù)荷調(diào)節(jié)方式,10,第二節(jié) 內(nèi)燃機(jī)的負(fù)荷特性,燃油消耗率 隨著負(fù)荷的增加而迅速減小，當(dāng)供油

4、量增加到點(diǎn)1（最低燃油消耗率點(diǎn)）時(shí)， 達(dá)到最低值。,一、柴油機(jī)的負(fù)荷特性,6135Q型柴油機(jī)負(fù)荷特性曲線,3燃油消耗率曲線分析,11,第二節(jié) 內(nèi)燃機(jī)的負(fù)荷特性,當(dāng)負(fù)荷繼續(xù)增加，每循環(huán)供油量繼續(xù)增加， 過(guò)量空氣系數(shù)進(jìn)一步減小，由于混合氣過(guò)濃，燃燒開始惡化，燃油消耗率隨負(fù)荷增加而不斷上升。,一、柴油機(jī)的負(fù)荷特性,6135Q型柴油機(jī)負(fù)荷特性曲線,3燃油消耗率曲線分析,12,第二節(jié) 內(nèi)燃機(jī)的負(fù)荷特性,當(dāng)供油量超過(guò)點(diǎn)2（冒煙界限，排氣煙度達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)允許值）時(shí)，燃燒進(jìn)一步惡化，排氣明顯冒黑煙。,一、柴油機(jī)的負(fù)荷特性,6135Q型柴油機(jī)負(fù)荷特性曲線,3燃油消耗率曲線分析,13,第二節(jié) 內(nèi)燃機(jī)的負(fù)荷特性,若

5、再增加供油量到點(diǎn)3時(shí)，燃燒嚴(yán)重惡化，嚴(yán)重影響內(nèi)燃機(jī)的可靠性和使用壽命。過(guò)點(diǎn)3再增加供油量，將因燃燒極度惡化，功率反而下降。,一、柴油機(jī)的負(fù)荷特性,6135Q型柴油機(jī)負(fù)荷特性曲線,3燃油消耗率曲線分析,14,第二節(jié) 內(nèi)燃機(jī)的負(fù)荷特性,一、柴油機(jī)的負(fù)荷特性,4柴油機(jī)標(biāo)定供油量的選擇,切點(diǎn)A為通用內(nèi)燃機(jī)確定標(biāo)定供油量的參考點(diǎn)。 為保證柴油機(jī)的可靠性和壽命，通常不允許超過(guò)冒煙界限工作。 工程機(jī)械柴油機(jī)，標(biāo)定供油量常限定在冒煙界限以下。,15,第二節(jié) 內(nèi)燃機(jī)的負(fù)荷特性,一、柴油機(jī)的負(fù)荷特性,5柴油機(jī)功率的選擇,燃油消耗率隨負(fù)荷的增加而下降，在接近全負(fù)荷時(shí)達(dá)到最小。由于在低負(fù)荷區(qū)燃油消耗率隨負(fù)荷的減小顯著

6、升高，變化較快，因此在設(shè)計(jì)工程機(jī)械選配內(nèi)燃機(jī)時(shí)，在滿足動(dòng)力性要求的前提下，不可選用功率過(guò)大的內(nèi)燃機(jī)，以提高內(nèi)燃機(jī)功率的利用率和經(jīng)濟(jì)性。,16,第二節(jié) 內(nèi)燃機(jī)的負(fù)荷特性,1定義,當(dāng)汽油機(jī)保持某一轉(zhuǎn)速不變，而逐漸改變節(jié)氣門的開度，其燃油消耗率b、每小時(shí)燃油消耗量B和排氣溫度Tr等性能指標(biāo)隨負(fù)荷而變化的關(guān)系，稱為汽油機(jī)的負(fù)荷特性。,二、汽油機(jī)的負(fù)荷特性,由于汽油機(jī)負(fù)荷的調(diào)節(jié)是靠改變節(jié)氣門開度直接改變進(jìn)入氣缸的混合氣量，過(guò)量空氣系數(shù)變化不大，這種調(diào)節(jié)負(fù)荷的方法稱為“量調(diào)節(jié)”。,2負(fù)荷調(diào)節(jié)方式,17,第二節(jié) 內(nèi)燃機(jī)的負(fù)荷特性,當(dāng)負(fù)荷很小時(shí)，汽油機(jī)燃燒室中殘余廢氣相對(duì)較多，為保證燃燒穩(wěn)定，必須加濃混合氣，

7、使燃油消耗率較高。,二、汽油機(jī)的負(fù)荷特性,EQ6100型汽油機(jī)負(fù)荷特性曲線,3燃油消耗率曲線分析,18,第二節(jié) 內(nèi)燃機(jī)的負(fù)荷特性,當(dāng)汽油機(jī)負(fù)荷增加時(shí)，節(jié)氣門開度加大，進(jìn)入氣缸的混合氣增多，燃燒速度增加，指示功率隨負(fù)荷成比例加大，使燃油消耗率迅速下降。,二、汽油機(jī)的負(fù)荷特性,EQ6100型汽油機(jī)負(fù)荷特性曲線,3燃油消耗率曲線分析,19,第二節(jié) 內(nèi)燃機(jī)的負(fù)荷特性,當(dāng)節(jié)氣門開度接近全開時(shí)，為了發(fā)出最大功率，采取加濃混合氣的措施，導(dǎo)致燃燒不完全，燃油消耗率上升。在節(jié)氣門的某一中等開度，燃油消耗率最低。,二、汽油機(jī)的負(fù)荷特性,EQ6100型汽油機(jī)負(fù)荷特性曲線,3燃油消耗率曲線分析,20,內(nèi)容提綱,第一節(jié)

8、 概述 第二節(jié) 內(nèi)燃機(jī)的負(fù)荷特性 第三節(jié) 內(nèi)燃機(jī)的速度特性,21,第三節(jié) 內(nèi)燃機(jī)的速度特性,內(nèi)燃機(jī)的速度特性是指內(nèi)燃機(jī)的燃料供給調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)位置一定時(shí)，內(nèi)燃機(jī)的性能指標(biāo)隨轉(zhuǎn)速而變化的關(guān)系。,性能指標(biāo)主要指內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)矩、功率、燃料消耗率和排氣溫度等。,22,第三節(jié) 內(nèi)燃機(jī)的速度特性,當(dāng)供油量固定在標(biāo)定功率位置時(shí)所測(cè)得的速度特性稱為全負(fù)荷速度特性，簡(jiǎn)稱外特性，它表示該內(nèi)燃機(jī)能工作的最大功率界限，當(dāng)供油量固定在標(biāo)定功率以下任意位置時(shí)所測(cè)得的速度特性稱為部分負(fù)荷速度特性，簡(jiǎn)稱部分特性。內(nèi)燃機(jī)外特性是體現(xiàn)其工作能力即動(dòng)力性的特性。,23,第三節(jié) 內(nèi)燃機(jī)的速度特性,一、柴油機(jī)的速度特性,1定義,當(dāng)噴油泵的油量

9、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（油門拉桿或齒條）位置一定時(shí)，柴油機(jī)的性能指標(biāo)（功率Pe、扭矩Ttq、燃油消耗率b、每小時(shí)燃油消耗量B和排氣溫度Tr 等）隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系。,24,第三節(jié) 內(nèi)燃機(jī)的速度特性,一、柴油機(jī)的速度特性,2扭矩曲線Ttq分析,扭矩Ttq與熱效率i、機(jī)械效率m及循環(huán)供油量qf有關(guān)，Ttqkimqf,其曲線形狀主要取決于供油系統(tǒng)的速度特性。自然吸氣柴油機(jī)的Ttq曲線變化平坦，只在某一中等轉(zhuǎn)速有一不很顯著的峰值。,25,第三節(jié) 內(nèi)燃機(jī)的速度特性,一、柴油機(jī)的速度特性,3功率Pe曲線分析,功率Pe的大小正比于扭矩Tt和轉(zhuǎn)速n的乘積。由于Ttq曲線變化平緩，在一定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)Pe幾乎與轉(zhuǎn)速n成正比例增長(zhǎng)

10、，近似于直線關(guān)系。在轉(zhuǎn)速較大時(shí)，由于Ttq曲線略有下降，Pe的增加量相對(duì)減少。,26,第三節(jié) 內(nèi)燃機(jī)的速度特性,一、柴油機(jī)的速度特性,4燃油消耗率b曲線分析,燃油消耗率b的大小主要取決于i和m，并與im成反比。柴油機(jī)在某一中等轉(zhuǎn)速下，可得到最經(jīng)濟(jì)的耗油率。在轉(zhuǎn)速降低時(shí)，燃燒的傳熱損失較大，使熱效率i降低，導(dǎo)致耗油率b緩緩上升；反之，如果轉(zhuǎn)速升高，機(jī)械損失功率增大，使m下降，i也會(huì)下降，導(dǎo)致耗油率b曲線上升。,27,第三節(jié) 內(nèi)燃機(jī)的速度特性,一、柴油機(jī)的速度特性,5扭矩儲(chǔ)備系數(shù),要充分表明柴油機(jī)的動(dòng)力性能，除給出標(biāo)定功率、最大扭矩及它們的相應(yīng)轉(zhuǎn)速外，還要同時(shí)考慮柴油機(jī)的扭矩儲(chǔ)備系數(shù)。,式中：Tt

11、qmax外特性曲線上的最大扭矩； Ttqb標(biāo)定工況時(shí)的扭矩。,tq越大，Ttqmax超出Ttqb越多，隨n的下降， Ttq增加的量越大，即不換擋情況下柴油機(jī)克服短期超負(fù)荷的能力越強(qiáng)。,28,第三節(jié) 內(nèi)燃機(jī)的速度特性,一、柴油機(jī)的速度特性,5扭矩儲(chǔ)備系數(shù),柴油機(jī)的扭矩曲線較平坦，若不校正，tq值只有1.05左右，不能滿足工程機(jī)械的要求。工程機(jī)械所用的柴油機(jī)，外界負(fù)荷變化較大，常在突加載荷或在超負(fù)荷下工作，故希望tq在1.201.30之間，不應(yīng)低于1.15。 工程機(jī)械柴油機(jī)通常采用油量校正，一般采用彈簧校正裝置，校正后的扭矩儲(chǔ)備系數(shù)可達(dá)1.151.24。,29,第三節(jié) 內(nèi)燃機(jī)的速度特性,一、柴油機(jī)

12、的速度特性,6轉(zhuǎn)速儲(chǔ)備系數(shù),內(nèi)燃機(jī)標(biāo)定工況時(shí)的轉(zhuǎn)速nb與最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)速ntq之比稱為轉(zhuǎn)速儲(chǔ)備系數(shù)n。,轉(zhuǎn)速儲(chǔ)備系數(shù)的大小影響到克服阻力的潛力，n越大，在不換擋的情況下，內(nèi)燃機(jī)克服阻力矩的潛力越大。一般工程機(jī)械柴油機(jī)在1.52.0范圍內(nèi)。,30,第三節(jié) 內(nèi)燃機(jī)的速度特性,二、汽油機(jī)的速度特性,1定義,汽油機(jī)的節(jié)氣門固定在某一位置時(shí)，汽油機(jī)的主要性能參數(shù)（有效功率Pe、扭矩Ttq、燃油消耗率b、每小時(shí)燃油消耗量B等）隨轉(zhuǎn)速n而變化的關(guān)系。,節(jié)氣門全開時(shí)的速度特性稱為外特性；節(jié)氣門部分打開時(shí)的速度特性為部分負(fù)荷速度特性。,31,第三節(jié) 內(nèi)燃機(jī)的速度特性,二、汽油機(jī)的速度特性,2扭矩曲線Ttq分析,當(dāng)轉(zhuǎn)速由低速開始上升時(shí)，Ttq有所增加。對(duì)應(yīng)于某一中間轉(zhuǎn)速，Ttq達(dá)到最大值。當(dāng)轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高，下降較快，其曲線變化較柴油機(jī)陡。其扭矩儲(chǔ)備系數(shù)可達(dá)1.11.3，所以汽油機(jī)比柴油機(jī)的扭矩適應(yīng)性要好，而且其轉(zhuǎn)速儲(chǔ)備系數(shù)也較大，可達(dá)1.21.4，即在不換擋的情況下，克服超載的能力較強(qiáng)。,32,第三節(jié) 內(nèi)燃機(jī)的速度特性,二、汽油機(jī)的速度特性,3功率Pe曲線分析,功率Pe的大小正比于扭矩Tt和轉(zhuǎn)速n的乘積。由于Ttq和n同時(shí)增加，Pe迅速上升，在扭矩Ttq達(dá)到最大值后，若繼續(xù)升高轉(zhuǎn)速，由于轉(zhuǎn)速n的上升量占主導(dǎo)地位，雖然扭矩逐漸下降，但