第七章 發(fā)動機特性.ppt

1、第七章 發(fā)動機的特性,本章要求： 了解：發(fā)動機特性的基本概念。 理解：發(fā)動機特性曲線變化的原因。 掌握：汽油機、柴油機特性曲線的意義，發(fā)動機速度特性和負荷特性曲線的測定方法。,第1節(jié) 發(fā)動機特性概述,定義：,一、發(fā)動機的工況,發(fā)動機的實際運轉情況。,實際上，發(fā)動機工況就是研究不同運轉情況下，其功率、轉矩和轉速三者間的變化關系。,1、發(fā)動機工況的分類,（1）點工況（負荷、轉速基本不變）,（2）線工況（負荷變化但轉速基本不變）,（3）面工況（負荷、轉速在寬廣的范圍內(nèi)變化）,2、車用發(fā)動機的工況范圍,（1）上邊界線a:,最大油門位置時，不同轉速下發(fā)動機所能發(fā)出的最大功率，是發(fā)動機功率的極限。,（2）

2、右邊界線b:,發(fā)動機所能承受的最高轉速極限。,（3）左邊界線c:,發(fā)動機能穩(wěn)定運轉的最低轉速。,（4）水平邊界d,不同油門位置的怠速特性，即發(fā)動機指示功率與機械損失功率相等（Pe=0）。,（5）下邊界e,發(fā)動機停機后倒拖特性（下坡時的制動能力）。,二、發(fā)動機功率的標定,標定功率：,制造廠根據(jù)發(fā)動機的使用要求（用途、壽命、可靠性、使用條件等），人為規(guī)定的該發(fā)動機在標況下允許輸出的最大功率。,我國四個等級的發(fā)動機功率標定：,1、15分鐘功率,*思考：人為規(guī)定就會存在可高可低的情況，那么汽車用發(fā)動機與工程機械用發(fā)動機標定時應如何考慮？,2、1小時功率,3、12小時功率,4、持續(xù)功率,汽車、快艇等,工

3、程機械、船舶等,機車、移動發(fā)電機組等,農(nóng)用機械、固定發(fā)電機組等,需要注意的是：實際使用過程中，發(fā)動機功率超出標定功率或標定功率下超出規(guī)定的時間，并不意味著發(fā)動機就會損壞。,第2節(jié) 發(fā)動機的負荷特性,定義：,當轉速不變時，發(fā)動機性能指標隨負荷而變化的關系（通常用負荷特性曲線表示）。,負荷特性（曲線）的測定：,1、發(fā)動機穩(wěn)定運轉一段時間，使水溫、油溫為正常值；,2、改變測功器負荷和循環(huán)供油量，保持轉速不變；,3、測量be、Pe、Tr、等；,4、重復上述操作，并繪制特性曲線。,一、柴油機的負荷特性,保持柴油機轉速不變，改變循環(huán)供油量b時，B、be、等隨負荷（Pe或Te）變化的關系。,定義：,特點：,

4、因此，柴油機負荷特性的調(diào)整過程稱為“質(zhì)調(diào)節(jié)”。,轉速n不變,充量系數(shù)c基本不變,循環(huán)供油量b改變,過量空氣系數(shù)a 或空燃比改變,1、指示熱效率i：,柴油機負荷特性曲線,先增大（混合氣由稀變濃，燃燒充分）；,后降低（混合氣偏濃，燃燒不完全）；,2、機械效率e：,轉速不變，摩擦損失不變，故其隨著指示功Pi（負荷）的增大而增大。,當超過最大功率點后，隨著燃燒急劇惡化，Pi下降，Pm也下降。,先急劇減?。ǖ∷贂r為，后隨i、m的增大而減?。?；,后逐漸升高（到達最低油耗點后，由于燃燒惡化，油耗隨i降低而增大）。,3、燃油消耗率be：,最低油耗點1,冒煙界限2（限制超過）,最大功率點3,柴油機負荷特性曲線,

5、二、汽油機的負荷特性,保持汽油機轉速不變，改變節(jié)氣門時，B、be、等隨負荷（Pe或Te）變化的關系。,定義：,特點：,節(jié)氣門開度 增大,充量系數(shù)c增大,循環(huán)供油量b增大,濃度基本不變 而數(shù)量增大,因此，汽油機負荷特性的調(diào)整過程稱為“量調(diào)節(jié)”。,汽油機負荷特性曲線,1、指示熱效率i：,先增大（節(jié)氣門開度增大，殘余廢氣減少，燃燒改善）；,后降低（大負荷混合氣濃，燃燒不完全）；,2、機械效率e：,轉速不變，摩擦損失不變，故其隨著指示功Pi（負荷）的增大而增大。,汽油機負荷特性曲線,先急劇減?。ǖ∷贂r為，后隨i、m的增大而減?。?；,后逐漸升高（隨著混合氣變濃，由于燃燒惡化，油耗隨i降低而增大）。,3、

6、燃油消耗率be：,三、柴油機、汽油機的負荷特性對比,1、柴油機燃油消耗率普遍較低，且小負荷到中負荷的油耗率下降迅速；,1）柴油機不僅壓縮比大，過量空氣系數(shù)也大；,原因：,2）汽油機低負荷時采用濃混合氣且殘余廢氣多，加之泵氣損失大，故油耗率高；,柴、汽油機負荷特性對比,2、柴油機低油耗區(qū)較汽油機寬；,3、柴油機排氣溫度較汽油機普遍較低，且隨負荷變化較大；,1）柴油機壓縮比大，故膨脹比較汽油機大，熱效率高；,原因：,2）柴油機充量基本不變，循環(huán)供油量增大時，放熱多，故溫度升高較快；,柴、汽油機負荷特性對比,汽油機節(jié)氣門開度增大時，雖然供油量增大，但相應進氣也多，故溫度升高較平坦；,第3節(jié) 發(fā)動機的

7、速度特性,定義：,當油量調(diào)節(jié)機構（油門位置）不變時，發(fā)動機性能指標隨轉速而變化的關系（用速度特性曲線表示）。,速度特性（曲線）的測定：,1、發(fā)動機穩(wěn)定運轉一段時間，使水溫、油溫為正常值；,2、固定油量調(diào)節(jié)機構，改變測功器負荷；,3、測量不同轉速下的be、Pe、Te等；,外特性：,全負荷（處在最大油量位置）時的速度特性。,發(fā)動機速度特性曲線,一、柴油機的速度特性,保持柴油機油泵調(diào)節(jié)機構位置不變，測量 Pe 、be、 Te、 等隨轉速n的變化關系。,定義：,1、指示熱效率i：,先增大（轉速提高，霧化混合好、燃燒改善且散熱少）；,柴油機不同負荷時i的速度特性,后減?。ㄞD速過高，充量降低、燃燒不全與后

8、燃加重）；,*思考：如左圖所示，柴油機小負荷時指示熱效率低，中等負荷時高，而全負荷時介于兩者之間，為什么？,2、機械效率m ：,柴油機不同負荷時m的速度特性,隨n增大而逐漸減少（轉速越高，摩擦損失越大）。,3、有效燃油消耗率be ：,柴油機不同負荷時be的速度特性,*思考：柴油機的m為什么隨負荷（油門開度）的增大而增大？,先減小后增大（基本隨i變化，但高速轉速區(qū)由于m下降，其升高幅度較大）；,4、循環(huán)供油量b ：,柴油機不同負荷時b的速度特性,隨n增大而逐漸增大（轉速越高，壓油速率增大，供油壓力提高）。,5、有效轉矩Te與有效功率Pe：,柴油機不同負荷時be的速度特性,Te：,先減小后增大（先

9、隨b增大而增大，后因i和m降低而減?。?。,Pe：,先增大后減小（ Te*n，最大值出現(xiàn)在max （Te*n）處）。,二、汽油機的速度特性,保持節(jié)氣門開度不變，測量 Pe 、be、 Te、 等隨轉速n的變化關系。,定義：,汽油機速度特性,三、柴油機、汽油機的速度特性對比,汽油機轉矩的速度特性,柴油機轉矩的速度特性,柴油機轉矩曲線變化較為平坦，而汽油機變化較大，且節(jié)氣門開度越小，其峰值向低速移動，變化率也越大。,*思考：試根據(jù)柴油機和汽油機轉矩的速度特性，分析它們適應路況（行駛阻力）變化的能力如何？,1、轉矩特性 ：,汽油機最大功率點通常在標定功率處，而柴油機最大功率點對應的轉速很高，因而其標定功

10、率點通常較最大功率點低很多。,汽油機功率的速度特性,柴油機功率的速度特性,2、功率特性 ：,柴油機不同負荷下油耗率曲線變化平坦，且低油耗區(qū)寬廣； 汽油機油耗率曲線隨節(jié)氣門開度減小而變化劇烈，且低油耗區(qū)窄。,汽油機油耗率的速度特性,柴油機油耗率的速度特性,3、油耗特性 ：,第4節(jié) 發(fā)動機的轉矩適應性,定義：,當行駛阻力變化時，在不換檔和加油門的情況下，發(fā)動機自動降速增矩的特性（常用轉矩適應性系數(shù)KT和轉速適應性系數(shù)Kn來表示）。,一、KT與Kn：,發(fā)動機轉矩的速度特性,式中：Temax、nm為外特性上最大轉矩和對應的轉速； Tn 、nn為標定轉矩和轉速；,二、轉矩儲備系數(shù)：,KT、值越大，表明轉

11、速降低后轉矩增加快，發(fā)動機適應道路阻力變化的能力就越強。,汽油機、柴油機轉矩特性對比,汽油機：=10%-30%,柴油機：=5%-10%,柴油機轉矩特性較汽油機差，常需要配專門的調(diào)速器來改善轉矩特性。,第5節(jié) 車用柴油機的調(diào)速特性,一、調(diào)速器的必要性,柴油機工作時的最大特點：,隨著轉速的升高，其循環(huán)供油量增加；轉速降低時，供油量減少。,柴油機使用中需要解決的兩個問題：,1、控制怠速穩(wěn)定、防止易熄火,2、防止高速“飛車”,調(diào)速器的功用,調(diào)速器的工作原理：,讓循環(huán)供油量的變化符合充量的變化，即轉速降低時增加供油量，反之則減少供油量。,調(diào)速器種類,（按功能）,兩極調(diào)速,全程調(diào)速,定義：,調(diào)速器手柄位置

12、固定（油門位置不變），在調(diào)速器起作用時，柴油機性能指標隨轉速的變化關系。,二、調(diào)速特性：,兩極調(diào)速特性,1、調(diào)速率：,三、調(diào)速器的工作指標：,突然卸負荷的調(diào)速過程,調(diào)速器調(diào)速過程中應具備以下基本性能：,1）轉速波動應收斂，避免長時間不穩(wěn)定工作而“游車”； 2）轉速波動不能太大，以免影響動力系統(tǒng)正常工作； 3）過渡時間不能太長。,調(diào)速率越小，轉速波動越小，柴油機工作就越穩(wěn)定（通常要求調(diào)速率在10%以下）。,2、過渡時間tn：,過渡時間越小，調(diào)速器反應越迅速（通常要求過渡時間5s）。,3、不靈敏度：,由于調(diào)速機構存在摩擦等阻力，當負荷（轉速）在一定范圍內(nèi)發(fā)生變化時，調(diào)速器不一定起反應。,式中： n

13、2 、n1為調(diào)速器起作用的上、下限轉速轉速； R為調(diào)速機構的摩擦阻力，E調(diào)速器產(chǎn)生的推力。,越大，柴油機工作越不穩(wěn)定（通常低速時要大），當1時，調(diào)速器將失去作用，易“飛車”。,第6節(jié) 發(fā)動機的萬有特性,定義：,與轉速n為橫坐標，平均有效壓力pme為縱坐標，在圖上畫出許多等油耗線和等功率線。,一、萬有特性曲線：,二、汽油機與柴油機萬有特性對比：,1、汽油機最低油耗率偏高，且經(jīng)濟區(qū)域較小。,2、汽油機等油耗線低速時向大負荷收斂，說明低負荷、低速時油耗增加較快；而柴油機變化較為平坦。,3、汽油機等功率曲線變化大，轉速越高越耗油；而柴油機對轉速變化的適應性較好。,值得注意的是：不管是汽油機還是柴油機，都要盡量在最接近經(jīng)濟區(qū)工作（負荷80%-90%，并用高檔行駛）。,三、萬有特性曲線的繪制：,負荷特性法和速度特性法,、負荷特性法：,240等油耗線 240g/(kW.h),等功率線根據(jù)： 求得。,等功率線（50kW）,2、速度