第七章 發(fā)動機的特性.ppt

1、發(fā)動機運行特性,發(fā)動機特性在一定條件下，發(fā)動機性能指標與特性參數隨各種可變因素的變化規(guī)律。 運行特性：即主要的性能指標（功率、扭矩、比油耗、排放等）隨工況參數轉速和負荷的變化規(guī)律,研究發(fā)動機運行特性 的意義,1、與汽車進行全工況的合理匹配 由發(fā)動機運行特性轉化而得的汽車的運行特性，如驅動力特性、燃油經濟性、運轉穩(wěn)定性、安全性等 2、特性曲線不能滿足要求時進行調節(jié)和校正 柴油機調速裝置 、點火和噴油提前裝置，可變配氣相位系統(tǒng) * 電子控制技術使更多的參數有了實時調控的可能，出現了多種發(fā)動機的“可變”技術，,重點闡述的問題,1)發(fā)動機特性速度特性、負荷特性、全特性（萬有特性）的變化規(guī)律 2)發(fā)動機

2、運行特性對汽車的適應性以及汽車與發(fā)動機動力、經濟性的合理匹配 3)柴油機速度特性的調節(jié)與校正 4)汽、柴油機的電子控制與管理,第一節(jié) 發(fā)動機工況,工況由轉速和曲軸輸出功率表示,工況平面與發(fā)動機的工作區(qū)域,以負荷和轉速為坐標的平面叫發(fā)動機的工況平面 點工況運行 （泵站） 線工況運行 （發(fā)電機組 、螺旋槳 ） 面工況運行 （汽車）,發(fā)動機的工作區(qū)域及限制,1) a曲線是各轉速時最大功率(轉矩)的限制線，到標定點A為止。 2) b曲線是各負荷條件下的最高轉速限制線。 3) c曲線是發(fā)動機最低穩(wěn)定工作轉速限制線 4) d曲線是各個踏板位置下的空轉怠速線。 5)輸出功率為負值的e曲線是發(fā)動機滅火，外力倒

3、拖時的工況線。,幾點說明,1、a b曲線在最大加速踏板位置條件下獲得的。汽油機在節(jié)氣門全開時獲得，稱為速度外特性線；對于柴油機則a為校正外特性線， b曲線則是調速器起作用的調速特性線。 2、低于c曲線轉速時，由于燃燒波動和運動件慣性過小，發(fā)動機無法穩(wěn)定工作。 3、“加速踏板”與“油門”踏板 ： 對汽油機，控制節(jié)氣門開度，稱為油門是妥當的。 柴油機有時并不直接控制噴油泵的油量調節(jié)桿，而是通過控制調速器起作用，與供油量不呈線性關系。所以稱為“油門”是不妥的,功率標定,發(fā)動機銘牌上規(guī)定的最大輸出功率 及其對應轉速 所確定的工況叫做標定工 況。 15分鐘功率 1小時功率 12小時功率 持續(xù)功率,發(fā)動機

4、特性的分析方法,1調整特性 ：發(fā)動機在轉速和油量調節(jié)位置(汽油機為節(jié)氣門開度，柴油機是油量調節(jié)桿位置)不變條件下，各種性能指標隨調整參數而變化的規(guī)律。 2、調整參數包括： 汽油機點火提前角 過量空氣系數 柴油機的噴油提前角 包含排氣再循環(huán)在內的殘余廢氣系數。,可調整參數范圍的擴大,另外原來不可調整，但是對性能有明顯影響，也可歸入調整參數： 配氣相位角 氣門升程 進氣管長度 壓縮比 渦輪機噴嘴環(huán)面積,2工況運行特性性能,主要的性能指標（功率、扭矩、比油耗、排放等）隨工況參數轉速和負荷的變化規(guī)律 影響因素,第三節(jié) 速度特性、外特性 與汽車動力性匹配,汽油機保持節(jié)氣門開度不變或柴油機保持油量調節(jié)桿位

5、置不變，發(fā)動機的性能指標隨轉速的變化規(guī)律稱為發(fā)動機的速度特性 標定工況位置所決定的為全負荷速度特性曲線，又叫外特性線；其余的為部分負荷速度特性線,汽油機速度特性,汽油機指示效率 、機械效率、充氣效率、過量空氣系數 隨速度的變化,曲線變化趨勢分析,扭矩線主要受 的影響，在某一較低轉速處有最大值，然后隨轉速上升而較快下降，轉速愈高，降得愈快。部分特性線則隨節(jié)氣門關小更急劇降低。指示效率對曲線的影響不大，僅使高、低轉速處的值略降低。,曲線變化趨勢分析,曲線變化趨勢分析,柴油機速度特性,保持油量調節(jié)桿位置不變、性能指標隨轉速的變化規(guī)律 必須說明的是： 油量調節(jié)桿位置和加速踏板位置并不一定成正比。所以保

6、持加速踏板位置不變得到的速度特性線和保持油量調節(jié)桿位置不變得到的速度特性線有區(qū)別。加速踏板位置不變時，各轉速對應的油量調節(jié)桿位置往往已經過“校正”或“調速”而有變動。,柴油機指示效率 、機械效率、每循環(huán)供油量,柴油機速度特性,柴油機曲線變化趨勢分析,1) 扭矩因gb及 線有相反變化的趨勢而使總體上變化較平坦。 2)功率線總的是隨n上升而增大。由于扭矩線較平坦，所以可達到的最大功率點遠離最高使用轉速（圖上看不出來）。 3)指示燃油消耗率線為指示效率線的倒數，變化平坦。 4) 有效燃油消耗率線則是在基礎上作了 的修正，隨轉速上升而上翹度加大。,汽、柴油機速度特性曲線的對比,1)汽油機線扭矩向下傾斜

7、較大，低負荷時傾斜更大；而柴油機扭矩線總體變化平坦，低負荷時甚至上揚。所以： 兩種機型配套汽車時動力和運行穩(wěn)定性存在巨大差異 2)汽油機外特性扭矩線的最大值點，一般就是標定功率點；而柴油機可達到的最大值點的轉速很高，標定點并非該特性線的極值點。 3)柴油機燃油消耗率曲線要比汽油機線平坦，低負荷時更是如此。,發(fā)動機速度外特性對汽車動力性能的影響,汽車動力性能的評價指標： 汽車的最高穩(wěn)定行駛速度 最大爬坡能力 加速時間,汽車的驅動力行駛阻力平衡圖,汽車功率平衡圖,汽車動力性能指標的確定,最高車速：最低一條水平路面的阻力線與最高擋第3擋驅動力線的交點“a” 是最高穩(wěn)定車速工況點 最大爬坡能力:最低擋

8、第1擋的驅動力線與某坡度阻力線的切點“b”就是能克服的最大坡度穩(wěn)速工況點。所能克服的最大坡度值是40。 加速時間,加速時間: 1）據平衡原理，“a”為最高車速vmax工況點。假定各擋Pt-va線的交點也正是換擋工 況點，且認為換擋是瞬時完成， 2）則汽車由低速全油門加速到最高車速時，途經的每個速度點處的功率差值 或轉矩差值 就是該點的加速功率或加速轉矩。 3） 稱為后備功率。整個加速過程總的后備功率，可由圖上剖面線所示的積分面積來表示，由此面積可計算出加速時間。,外特性曲線的動力適應性與特性校正,汽、柴油機外特性曲線的動力適應性分析,1）同一排擋的加速和克服阻力的能力，相同標定點前提下，汽油機

9、的動力性能明顯優(yōu)于柴油機 2）汽油機不會“飛車”： 因為最高擋可達到的最高轉速是柴油機比汽油機更遠離標定轉速點，這是因為汽油機Ttq線下降急劇，而柴油機比較平緩。,轉矩適應系數,轉速適應系數,柴油機的轉矩校正與校正外特性曲線,1)校正的可能性 不超過煙度限制線 2)校正方法 調速器,柴油機調速裝置與調速特性,柴油機調速器的最基本的功能就是保證柴油機高速不超速飛車而低速能穩(wěn)定運行,兩種基本調速模式,(2)全程調速模式 調速器在任何轉速均能起調速作用的模式為全程調速模式,兩種基本調速模式,(1)兩極調速模式 調速器只在標定轉速以及某一低速起調速作用，而廣大中間轉速不起作用,調速器的結構原理與性能指

10、標,1）轉速給定元件加速踏板 2）轉速感受元件飛錘 3）執(zhí)行機構傳動部分,全程調速器的結構原理,兩極調速器的結構原理,調速器的性能指標,調速率可通過柴油機突變負荷試驗測定。 試驗時，先讓柴油機在標定工況下運轉，然后突卸全部負荷，測定突變負荷前后的轉速。 穩(wěn)定調速率,瞬時調速率,不靈敏度,全程調速器、兩極調速器性能比較,1）轉速控制性能： 全程各工況均可控制轉速在較小范圍內變動 兩極除高速及怠速可控制轉速在較小范圍內變動外，面工況的轉速控制取決于駕駛員的操作，轉速變化較大 2）過渡過程： 全程加速性好，但加、減速時常有不平穩(wěn)及前后顛簸的感覺 全程加速踏板踩到底時，加速性與全程調速器相同。其余情況

11、下過渡平穩(wěn)，無強烈顛簸感。,全程調速器、兩極調速器性能比較,3）操縱性能： 全程：駕駛員直接控制調速彈簧，比較費力，易疲勞，但由于負荷變化時轉速變動小，故不必經常踩換油門踏板位置 兩極：操作輕便，但因轉速隨負荷變化較大，故經常要 變換加速踏板位置 4）排放 全程：加速時易冒黑煙 兩極：除全負荷加速外，其余工況加速時，可控制煙度 在較小范圍內變化,全程調速器、兩極調速器性能比較,作業(yè)效率： 全程滿負荷減速行駛時，只須減小加速踏板 位置即可，不必頻繁換排擋 兩極由于減小加速踏板位置也使油量和扭矩下降，因此只能換低擋運行，作業(yè)效率下降,調速器的附加功能,(1)冷起動加濃： 起動加濃裝置，使油量調節(jié)桿

12、在起動轉速范圍內處于更大油量位置,(2)外特性曲線校正： “正校正”與“負校正” (3)增壓油量補償類似于“負校正”,小結,調速器的功能使“速度特性”產生變化，其實并非速度特性發(fā)生變化，而是油量調節(jié)桿位置不斷改變。 調速特性是在加速踏板位置不變時出現的。容易給人形成油量調節(jié)桿不變的錯覺。 弄清楚加速踏板與油量調節(jié)桿的相互關系和差別，不把二者混為一談，是正確理解調速器和調速特性的一大關鍵,柴油機電子控制,位置控制系統(tǒng) ECU控制執(zhí)行器來改變齒條（或滑套）的位置來改變供油量，兼起電子調速器的作用。 缺點：1）響應慢、精度低、不穩(wěn)定 2）仍是脈沖供油，噴油率不可控。 時間控制系統(tǒng)共軌式、電控泵噴嘴。

13、,油泵改裝,1-后殼 2-執(zhí)行器； 3-后窗蓋板 4-滑套 5-法蘭連接螺栓； 6-搖臂； 7-銷釘 8-連接拉板 9-齒條連接板； 10-齒條延長板 11-銷釘 12-齒條連接螺栓 13-螺紋銷 14滑動銷釘,ECU硬件結構圖,轉速,濾波整形電路,EEPROM,功率驅動,執(zhí)行器,油門位置,齒桿位置,冷卻水溫,增壓后壓力,進氣溫度,模 擬 信 號 處 理 電 路,MC68HC908GP32 單片機,外部WDT,通訊驅動,標定系統(tǒng),開關量 處理電路,剎車開關,巡航開關,電源處理,蓄電池,時間控制系統(tǒng)共軌式,共軌式優(yōu)點,1)噴油壓力與發(fā)動機轉速無關。只取決于共軌腔中按要求調整的壓力，因而徹底解決了

14、傳統(tǒng)噴油泵高、低速時噴油壓力差別過大性能難于兼顧的固有矛盾。 2) 解決了噴油泵脈動供油時輸出的峰值轉矩過大，凸輪軸瞬間轉速變化太快，不能穩(wěn)定控制小噴油量的矛盾。 3) 共軌腔壓力可任意調節(jié)，可靈活控制電磁閥升程，能實現噴油壓力和噴油率的柔性控制。,以電控噴射為主的柴油機電子管理中心的主要功能,(1)目標噴油量控制,ECDU2電控系統(tǒng)油量控制特性(實際測試線與軟件程序編制線基本重合),(2)目標噴油定時控制,(3) 油量、噴油定時的補償控制 包括大氣壓力、大氣溫度、冷卻水溫、柴油油溫 (4)冷起動及怠速穩(wěn)定性控制 (5)過渡性能與煙度控制 (6)噴油規(guī)律與噴油壓力的控制,(7)其它參數及性能的

15、控制,增壓油量與增壓時進氣量的補償控制。 廢氣再循環(huán)控制。 增壓器渦輪機噴口的可變截面控制。 可變氣門定時。 可變進氣渦流。 可變進氣管長度的控制。 暖機時對進、排氣的節(jié)流控制。 部分停缸控制等。 低油壓保護。 增壓器工作狀態(tài)保護。 傳動系統(tǒng)的配套控制。 故障自動診斷功能。,第四節(jié)負荷特性、全特性（萬有特性） 與汽車經濟性匹配,負荷特性：當發(fā)動機保持轉速不變時，性能指標隨負荷而變化的規(guī)律叫做發(fā)動機的負荷特性 全特性（萬有特性）：負荷和轉速都變化時性能參數的變化規(guī)律。,汽油機指示效率 、機械效率、充氣效率、過量空氣系數 、油耗率、總油耗隨負荷的變化,柴油機指示效率 、機械效率、循環(huán)供油量、油耗率