《發(fā)動機的特性》PPT課件

1、第六章,發(fā)動機的特性,第一節(jié) 發(fā)動機工況,發(fā)動機的運行工況,工況：發(fā)動機的運行情況，以其發(fā)出的功率Pe和轉(zhuǎn)速n來表示； 當發(fā)動機發(fā)出的轉(zhuǎn)矩工作機械消耗的轉(zhuǎn)矩時，兩者才能在一定轉(zhuǎn)速下按一定功率穩(wěn)定工作（A點）；,當工作機械阻力矩增加(TR)，若發(fā)動機油量控制機構(gòu)不變，則其轉(zhuǎn)速就要降低，直至B點達到新的平衡，發(fā)動機再次穩(wěn)定工作；,由于發(fā)動機穩(wěn)定工作必須滿足轉(zhuǎn)矩與工作機械阻力矩相等的條件，因而發(fā)動機工況變化規(guī)律與所帶動的工作機械的工作情況有關(guān)。,發(fā)動機的使用條件,根據(jù)內(nèi)燃機的用途，其使用條件大致可分為： 恒速工作：n不變，Pe變； 流體阻力負荷：發(fā)動機功率與轉(zhuǎn)速成一定函數(shù)關(guān)系； 陸上運輸：發(fā)動機功率

2、和轉(zhuǎn)速都獨立地在很大范圍內(nèi)變化，它們之間沒有特定的關(guān)系。,發(fā)動機的特性,發(fā)動機特性：發(fā)動機性能指標隨調(diào)整情況及運轉(zhuǎn)工況而變化的關(guān)系； 調(diào)整特性：隨調(diào)整情況而變化的關(guān)系，如柴油機供油提前角調(diào)整特性、汽油機點火提前角調(diào)整特性、化油器調(diào)整特性等； 性能特性：性能指標隨運行工況而變化的。 特性用曲線表示稱為特性曲線，它是評價發(fā)動機性能的一種簡單、方便、必不可少的形式。,研究發(fā)動機特性的作用,1、評定和比較發(fā)動機性能指標的好壞，最簡單的形式； 2、發(fā)動機選用和配套的依據(jù)； 3、指導(dǎo)運行； 4、分析影響性能的因素改造性能特性。,性能指標與工作過程參數(shù)的關(guān)系,動力性指標 經(jīng)濟性指標,第二節(jié) 發(fā)動機負荷特性,

3、發(fā)動機負荷特性,負荷特性：發(fā)動機轉(zhuǎn)速不變，其經(jīng)濟性指標隨負荷而變化的關(guān)系； 以曲線表示，則稱為負荷特性曲線； 負荷特性橫坐標負荷可用Pe、Ttq或pme表示； 縱坐標每小時燃料消耗量B 或燃料消耗率be。,一、汽油機負荷特性,汽油機保持某一轉(zhuǎn)速不變，而逐漸改變節(jié)氣門開度（同時調(diào)節(jié)測功器負荷，以保持轉(zhuǎn)速不變），每小時耗油量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)系稱為汽油機負荷特性； 測取前應(yīng)將化油器、點火提前角調(diào)整完好； 測取時應(yīng)按規(guī)定保持冷卻水溫、潤滑油溫度在最佳狀態(tài)； 由于汽油機負荷調(diào)節(jié)是靠改變節(jié)氣門開度來直接改變進入氣缸的混合氣量，過量空氣系數(shù)變化不大，故這

4、種負荷調(diào)節(jié)方法稱為“量調(diào)節(jié)” 。,汽油機負荷特性曲線,be的變化取決于m 和i的變化；,隨著負荷增加，m 和i的變化如右圖；,逐漸增大節(jié)氣門開度（負荷增加），be迅速下降。當節(jié)氣門開度增至全開度的80左右，為了保證最大功率，供給0.80.9的濃混合氣，燃燒不完全，使be又重新上升； 汽油機負荷特性實例如右圖。,二、柴油機負荷特性,柴油機保持某一轉(zhuǎn)速不變，而移動噴油泵齒條或拉桿位置，改變每循環(huán)供油量b時，每小時耗油量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)系稱為柴油機負荷特性； 測取時，應(yīng)將柴油機的供油提前角、冷卻水溫度、潤滑油溫度等調(diào)整到最佳狀態(tài)； 由于柴油機只是

5、改變循環(huán)供油量（空氣量變化不大）來調(diào)節(jié)負荷，因此，也改變了缸內(nèi)混合氣的濃度，即過量空氣系數(shù)，這種負荷調(diào)節(jié)方法稱為“質(zhì)調(diào)節(jié)”。,柴油機負荷特性曲線,be的變化取決于m 和i的變化；,隨著負荷增加，m 和i的變化如右圖；,逐漸增加供油量，由于m迅速上升，be下降；再繼續(xù)增加供油量時，由于過量空氣系數(shù)的減少，燃燒惡化，不完全燃燒及補燃增加，致使be升高； 柴油機負荷特性實例如右圖。,三、汽、柴油機負荷特性比較,負荷特性是發(fā)動機的基本特性，用以評價發(fā)動機工作的經(jīng)濟性； 由負荷特性可以看出： 1、汽油機經(jīng)濟性比柴油機差，柴油機be比汽油機低1030。 2、柴油機的B曲線直線性好，汽油機的彎曲度大。 3、

6、部分負荷低油耗區(qū)域柴油機較寬，汽油機較窄。,第三節(jié) 發(fā)動機速度特性,發(fā)動機速度特性,發(fā)動機性能指標隨轉(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，汽車行駛速度也會改變，這時發(fā)動機即沿速度特性工作； 發(fā)動機轉(zhuǎn)速作為速度特性橫坐標； 縱坐標主要有效功率Pe、轉(zhuǎn)矩Ttq、耗油率be、每小時耗油量B 等 。,一、汽油機速度特性,汽油機節(jié)氣門（油門）開度固定不動，其有效功率Pe、轉(zhuǎn)矩Ttq、耗油率be、每小時耗油量B 等隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系稱為汽油機速度特性； 此時是通過調(diào)整測功器，如逐漸改變水力測功器水量，來改變汽油機的轉(zhuǎn)速； 測取前，

7、應(yīng)將點火提前角、化油器調(diào)整完好； 測取時，應(yīng)按規(guī)定保持冷卻水溫度、潤滑油溫度在最佳狀態(tài)； 節(jié)氣門保持全開，所測得的速度特性稱為外特性；節(jié)氣門部分開啟時所測得的速度特性稱部分速度特性。,汽油機外特性曲線,Ttq的變化取決于m、i和 /a隨n的變化； be的變化取決于m 和i的變化； Pe的的變化受Ttq和n 的共同影響； 隨著轉(zhuǎn)速增加，m 、i和 的變化如右圖；,汽油機速度外特性實例如右圖；,汽油機速度外特性是在節(jié)氣門全開時測得，曲線上每一點表示它在此轉(zhuǎn)速下的最大功率及轉(zhuǎn)矩，代表發(fā)動機最高動力性能。,汽油機部分速度特性曲線,汽車大部分時間是在部分負荷下工作； 隨著節(jié)氣門關(guān)小，節(jié)流損失增大，進氣終

8、了的壓力pa下降，從而引起v下降； 隨著轉(zhuǎn)速提高，v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)矩點及最大功率點均向低轉(zhuǎn)速方向移動。,二、柴油機速度特性,柴油機速度特性:噴油泵的油量調(diào)節(jié)機構(gòu)（油門拉桿或齒條）位置固定不動，柴油機性能指標（主要是有效功率Pe、轉(zhuǎn)矩Ttq、耗油率be、每小時耗油量B 等）隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系； 測取時，應(yīng)將供油提前角、冷卻水溫、潤滑油溫度等調(diào)整在最佳狀態(tài)； 當油量調(diào)節(jié)機構(gòu)固定在標定（或稱額定）功率循環(huán)供油量位置時，測得的速度特性為標定功率速度特性，習慣上亦稱外特性； 當油量調(diào)節(jié)機構(gòu)固定在小于標定功率循環(huán)供油量各個位置時，所測得的速度特性稱

9、為部分速度特性。,標定功率,一臺發(fā)動機的功率標定要根據(jù)發(fā)動機特性和具體用途、使用特點及壽命和可靠性要求來確定。 我國國家標準規(guī)定了發(fā)動機標定功率分為下列四級： 15分鐘功率 允許發(fā)動機連續(xù)運轉(zhuǎn)15分鐘的最大有效功率。 1小時功率 允許發(fā)動機連續(xù)運轉(zhuǎn)1小時的最大有效功率。 12小時功率 允許發(fā)動機連續(xù)運轉(zhuǎn)12小時的最大有效功率。 持續(xù)功率 允許發(fā)動機長期連續(xù)運轉(zhuǎn)的最大有效功率。,柴油機標定功率速度特性曲線,Ttq的變化取決于m、i和b隨n的變化； be的變化取決于m 和i的變化； Pe的變化受Ttq和n 的共同影響； 隨著轉(zhuǎn)速增加，m 、i和v的變化如右圖；,柴油機速度外特性實例如右圖；,標定功

10、率速度特性代表該機在使用中允許達到的最高性能 。,柴油機部分速度特性曲線,隨著油量調(diào)節(jié)機構(gòu)固定位置的減小，循環(huán)供油量減小，但b隨n的變化趨勢基本相似； 柴油機部分特性Ttq的變化基本與外特性上Ttq平行，即Ttq隨轉(zhuǎn)速變化不大； 對于經(jīng)常在部分負荷下工作的汽車發(fā)動機，還應(yīng)作負荷為90、75、50、25的部分負荷速度特性或作萬有特性 。,三、柴油機和汽油機的對比分析,柴油機的速度特性曲線中轉(zhuǎn)矩曲線都比較平坦； 柴油機的燃油消耗率曲線經(jīng)濟區(qū)比較寬。,第四節(jié) 萬有特性,一、發(fā)動機萬有特性,為了能在一張圖上較全面地表示發(fā)動機的性能，經(jīng)常應(yīng)用多參數(shù)的特性曲線，稱為萬有特性； 萬有特性是以轉(zhuǎn)速為橫坐標，以

11、平均有效壓力（或轉(zhuǎn)矩）為縱坐標，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、等進氣管真空度曲線、冒煙極限等。,典型萬有特性,等be曲線族由封閉的回線和半封閉甚至不封閉的曲線組成,最內(nèi)層的等be回線對應(yīng)內(nèi)燃機的最經(jīng)濟運行工況區(qū)，等值線越向外，燃油經(jīng)濟性越差,對于車用內(nèi)燃機，最經(jīng)濟區(qū)域落在萬有特性的中間位置，而且對轎車和輕型車偏低速小負荷，貨車和重型車偏高速大負荷,萬有特性等耗油率曲線的制取,將不同轉(zhuǎn)速的負荷特性以pme為橫坐標，be為縱坐標，用同一比例尺畫在一張坐標圖上； 在萬有特性圖的橫坐標軸上，以一定比例標出轉(zhuǎn)速數(shù)值?？v坐標pme的比例應(yīng)與負荷特性pme的比

12、例相同； 將負荷特性圖橫放在萬有特性圖左方，并將與負荷特性曲線上耗油率be相等的各點移至萬有特性圖中，標上記號，再將be值相等的各點連成光滑曲線，即等耗油率線；,萬有特性曲線的作用,1、可清晰了解發(fā)動機在各種工況下，最經(jīng)濟的n和負荷。 2、根據(jù)曲線的形狀和分布，可以合理選用發(fā)動機。 若曲線沿橫向較長, 則說明在負荷變化不大, 而n變化較大的范圍內(nèi),be變化較小。 若曲線沿縱向較長, 則說明在 n 變化不大, 而負荷變化較大的范圍內(nèi),be變化較小。 適于車用, 其最經(jīng)濟區(qū)大約在萬有特性曲線的中間偏上位置，并希望等燃油消耗率曲線在橫向較長。 適于拖拉機及工程機械用, 其最經(jīng)濟區(qū)大約在標定轉(zhuǎn)速附近，

13、并沿縱向較長。,二、汽油機和柴油機油耗特性對比,a.柴油機 b.汽油機,汽油機的be普遍比柴油機高,汽油機的最經(jīng)濟區(qū)域處于偏向高負荷的區(qū)域，且隨負荷的降低，油耗增加較快,柴油機的最經(jīng)濟區(qū)則比較靠近中等負荷，且負荷改變時，油耗增加較慢,三、汽油機的排放特性,a.CO排放特性 b.HC排放特性 c.NOx排放特性,在常用的部分負荷區(qū)，過量空氣系數(shù)控制在1.0左右，CO排放較低,負荷超過全負荷的95%左右時，混合氣顯著加濃， CO的比排放量開始急劇上升,在負荷很小時，混合氣適當加濃，導(dǎo)致CO排放略有上升,HC的變化趨勢與CO有些類似，也是中等負荷比排放量較小，大負荷和小負荷時相對增加,全負荷時HC排

14、放增加不如CO嚴重,小負荷時HC比排放隨負荷的減小增加得比CO更快,在中等轉(zhuǎn)速以上當轉(zhuǎn)速一定時，NOx比排放隨負荷增大而下降，而且當接近全負荷時下降更快,當負荷一定時，NOx的比排放隨轉(zhuǎn)速升高而增大，當然絕對排放量增加更快,汽油機NOX的排放特性與CO、HC截然不同,四、柴油機的排放特性,柴油機在整個工況范圍內(nèi)排放的CO均很少，在絕大多數(shù)工況下遠小于汽油機的CO排放,柴油機的HC排放也比汽油機低得多，平均來說，后者約為前者的24 倍,柴油機的NOx排放略低于汽油機,柴油機排氣煙度SF的變化比較有規(guī)律,五、適應(yīng)性系數(shù),內(nèi)燃機轉(zhuǎn)矩、功率對外界阻力變化的適應(yīng)能力。,適應(yīng)性系數(shù),適應(yīng)性系數(shù),轉(zhuǎn)矩儲備系

15、數(shù),轉(zhuǎn)速儲備系數(shù),汽油機,柴油機,汽油機的適應(yīng)性優(yōu)于柴油機。,第五節(jié) 改善發(fā)動機與車輛的匹配,發(fā)動機與車輛的匹配,發(fā)動機是車輛的一個總成，是汽車動力的來源； 整車的動力性和經(jīng)濟性既取決于發(fā)動機自身的性能，又依賴于發(fā)動機與汽車的合理匹配； 發(fā)動機的各種特性，是分析發(fā)動機與車輛匹配的有效工具； 本節(jié)主要從兩個角度改善發(fā)動機與車輛的匹配： 從提高動力性的角度 從提高經(jīng)濟性的角度,從動力性的角度改善發(fā)動機與車輛的匹配（一）,汽車的動力性可由三方面的指標評價： 汽車的最高車速 汽車的加速時間 最大爬坡能力 變速器各檔有不同的傳動比，可將發(fā)動機外特性轉(zhuǎn)換成不同檔位的驅(qū)動力與車速的曲線；,由圖看出，該車的最

16、高車速在18Okmh以上，在1檔能爬上的最大坡度為55，相應(yīng)地還能計算其加速時間； 發(fā)動機外特性功率曲線與汽車行駛阻力功率圖，表示發(fā)動機所擁有的后備功率；,后備功率愈大，爬坡、加速性能愈好，行駛中負荷率低，經(jīng)濟性差。,從動力性的角度改善發(fā)動機與車輛的匹配（二）,不同種類、不同排量的車輛，不可能用驅(qū)動力行駛阻力平衡圖直接比較其動力性的好壞，必須把驅(qū)動力與汽車質(zhì)量結(jié)合起來，而且還必須考慮到它們在行駛中遇到的空氣阻力的差異； 將單位汽車質(zhì)量的受力狀況整理成一個無因次量（稱為動力因數(shù)D），可用以比較不同車輛的動力性； 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)動機功率； 從結(jié)構(gòu)緊湊性

17、及減輕比質(zhì)量的角度看，汽油機明顯優(yōu)于柴油機； 提高發(fā)動機動力性（增加升功率、降低比質(zhì)量）的有效措施是采用增壓； 此外，采用多氣門機構(gòu)、汽油噴射等，也是改善發(fā)動機動力性的有效措施。,從動力性的角度改善發(fā)動機與車輛的匹配（三）,從經(jīng)濟性的角度改善發(fā)動機與車輛的匹配（一）,汽車的燃油經(jīng)濟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衡量； 對車輛進行排放限制及燃油消耗的限制本來是兩個概念，不過兩者在技術(shù)上常常是相互制約與相互關(guān)聯(lián)的； 各國法規(guī)逐年嚴格限制有害排放物的同時，還規(guī)定了對轎車行駛油耗的限值標準。,從經(jīng)濟性的角度改善發(fā)動機與車輛的匹配（二）,從整車技術(shù)的角度看，主要

18、有效的措施： 降低車輛自身質(zhì)量 改進車輛的外形與結(jié)構(gòu) 改善傳動系與發(fā)動機的匹配 使用子午線輪胎 從車輛對動力選型的角度看，柴油機轎車比汽油機轎車節(jié)油2535； 柴油機采用直噴式燃燒系統(tǒng)，并普及增壓及增壓加中冷技術(shù)，以進一步提高熱效率及升功率； 在汽油機中提高壓縮比，實現(xiàn)稀燃，采用電噴技術(shù)，兼顧到高、低負荷及不同轉(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)動機的匹配是節(jié)能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。,第六節(jié) 發(fā)動機臺架試驗,一、臺架試驗裝置,試驗臺架 輔助系統(tǒng) 各種測量儀器、儀表及操縱臺,二、制動測功裝置測功器,測功器是用來吸收試驗發(fā)動機發(fā)出的功，改變其負荷及轉(zhuǎn)速，模擬實際使用的各種工況，同時

19、測定發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩； 同時發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)速由各類轉(zhuǎn)速表測得； 功率的計算公式為：,常用測功器有水力測功器、直流電力測功器和電渦流測功器三種。,水力測功器構(gòu)造,水力測功器是以水作為工質(zhì)的一種液力測功裝置。其主體為水力制動器； 制動器由轉(zhuǎn)子和外殼組成； 根據(jù)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)不同，水力測功器可分為：, 圓盤式水力測功器, 柱銷式水力測功器, 葉輪式水力測功器, 渦流室式水力測功器,水力測功器的工作范圍如圖；,水力測功器工作范圍,線段A、B、C、D、E所圍成的面積為測功器工作范圍： 線段A為測功器在最大負荷調(diào)節(jié)位置； 線段B相當于測功器轉(zhuǎn)子和軸允許的最大轉(zhuǎn)矩下的強度限制線；, 線段C為測功器出水溫度達到最大允

20、許值的功率限制線； 線段D為受離心力負荷或軸承允許轉(zhuǎn)速所限制的最高轉(zhuǎn)速限制線； 線段E相當于測功器空轉(zhuǎn)時能測量的最小轉(zhuǎn)矩和功率特性。,直流電力測功器構(gòu)造,直流電力測功器的工作原理和電機基本相同，其轉(zhuǎn)子和定子都是以磁通作為傳遞媒介進行工作的； 直流電力測功器的結(jié)構(gòu)簡圖：,被測動力機械的輸出軸與直流電力測功器的轉(zhuǎn)子連接旋轉(zhuǎn)，電機作發(fā)電機運行，以達到測功的目的； 相反，當電樞回路有電流通過時，在磁場中會受到電磁力的作用而產(chǎn)生一個與轉(zhuǎn)向相同的驅(qū)動力矩，這時電機作電動機運行，以達到反拖(測量動力機械的摩擦功)的目的。,電渦流測功器構(gòu)造與工作原理,電渦流測功器具有結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、轉(zhuǎn)速范圍和功率范圍寬等特點； 這種電渦流測功器是將被測動力機械的功率所產(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)。同時它也不能作為電動機來反拖動力機械； 電渦流測功器的結(jié)構(gòu)簡圖：,電渦流測功器產(chǎn)生制動力的原理是：當勵磁繞組通以直流電時，在閉合磁路中產(chǎn)生靜止磁通。當感應(yīng)子旋轉(zhuǎn)時，在渦流環(huán)的表面產(chǎn)生感應(yīng)電動勢而形成渦電流，力圖阻止磁通的變化，從而產(chǎn)生時感應(yīng)于的制動作用。,三、耗油率的測量,耗油率的測量可分容積法和質(zhì)量法： 容積法：通過測定消耗一定容積的燃油所需的時間，通常用于汽油機的油耗測量； 計算公式：,質(zhì)量法：通過測量消耗一定質(zhì)量的燃