第八章內(nèi)燃機的特性與匹配

第八章內(nèi)燃機的使用特性與匹配1第八章內(nèi)燃機的使用特性與匹配內(nèi)燃機的特性是內(nèi)燃機性能的綜合反映。特性的形式有很多，除了前幾章已經(jīng)介紹的內(nèi)燃機調(diào)速特性與調(diào)整特性(如點火提前角調(diào)整特性、供油提前角調(diào)整特性)外，本章將重點介紹內(nèi)燃機的基本特性，如負(fù)荷特性、速度特性、萬有特性等。由于內(nèi)燃機是為其他動力裝置或工作機械提供動力的，相互之間的配合特性不僅涉及到工作機械的性能，也與內(nèi)燃機本身的特性密切相關(guān)，為此，本章將介紹內(nèi)燃機與工作機械的匹配方法。對內(nèi)燃機的特性及其匹配進行研究，不僅是為了評價內(nèi)燃機的性能，為正確、合理地選用內(nèi)燃機提供依據(jù)，同時，還可以通過對影響內(nèi)燃機特性各種因素的分析。提出改進特性以適應(yīng)匹配要求的各種技術(shù)措施，以優(yōu)化整個動力裝置的性能。2主要內(nèi)容第一節(jié)內(nèi)燃機的工況第二節(jié)內(nèi)燃機的負(fù)荷特性

第三節(jié)內(nèi)燃機的速度特性第四節(jié)內(nèi)燃機的萬有特性第五節(jié)內(nèi)燃機的功率標(biāo)定及大氣修正第六節(jié)內(nèi)燃機與工作機械的匹配3第一節(jié)內(nèi)燃機的工況內(nèi)燃機工況就是指內(nèi)燃機實際運行的工作狀況。工況的定義表示工作頻率的轉(zhuǎn)速n表示工作負(fù)荷的轉(zhuǎn)矩Ttq、功率Pe，與pme成正比一、發(fā)動機工況：三個參數(shù)中，只有兩個獨立變量，即用發(fā)出的功率Pe和轉(zhuǎn)速n來表示或轉(zhuǎn)矩Ttq與轉(zhuǎn)速n

或pme

與轉(zhuǎn)速n來表征內(nèi)燃機穩(wěn)定運行工況。4第一節(jié)內(nèi)燃機的工況二、內(nèi)燃機的工作區(qū)域：左側(cè)邊界線為內(nèi)燃機最低穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速nmin限制線，1.轉(zhuǎn)速范圍限制由于曲軸飛輪等運動部件儲存能量較小，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速波動大，內(nèi)燃機無法穩(wěn)定工作右側(cè)邊界線為最高轉(zhuǎn)速nmax限制線轉(zhuǎn)速過高，導(dǎo)致慣性力增大、機械摩擦損失加劇、充量系數(shù)下降、工作過程惡化等各種不利因素。5第一節(jié)內(nèi)燃機的工況二、內(nèi)燃機的工作區(qū)域：2.負(fù)荷限制上邊界線3為內(nèi)燃機油量控制機構(gòu)處于最大位置時，不同轉(zhuǎn)速下內(nèi)燃機所能發(fā)出的最大功率

。（外特性功率線）6第一節(jié)內(nèi)燃機的工況三、內(nèi)燃機的工況分類：1、點工況：運行過程中，轉(zhuǎn)速和負(fù)荷保持不變。如排灌所用的水泵的動力7第一節(jié)內(nèi)燃機的工況三、內(nèi)燃機的工況分類：2、線工況：固定式工況（線1）螺旋槳工況（線2）8第一節(jié)內(nèi)燃機的工況三、內(nèi)燃機的工況分類：2、線工況：固定式工況（線1）特點：內(nèi)燃機的功率變化時，轉(zhuǎn)速幾乎保持不變。發(fā)電用內(nèi)燃機，其負(fù)荷呈階躍式突變，并沒有一定的規(guī)律、然而內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速必須保持穩(wěn)定，以保證輸送電壓和頻率的恒定。9第一節(jié)內(nèi)燃機的工況三、內(nèi)燃機的工況分類：2、線工況：螺旋槳工況（線2）特點：內(nèi)燃機的功率與轉(zhuǎn)速接近于冪函數(shù)關(guān)系。當(dāng)內(nèi)燃機作為船用主機驅(qū)動螺旋槳時，內(nèi)燃機所發(fā)出的功率必須與螺旋槳吸收的功率相等，而吸收功率又取決于螺旋槳轉(zhuǎn)速的高低，且與轉(zhuǎn)速成冪函數(shù)關(guān)系，這樣，內(nèi)燃機功率就呈現(xiàn)一種十分有規(guī)律的變化。該類工況常被稱為螺旋槳工況或推進工況，也屬于線工況。

10第一節(jié)內(nèi)燃機的工況三、內(nèi)燃機的工況分類：3、面工況：功率與轉(zhuǎn)速都在很大范圍內(nèi)變化，它們之間沒有特定的關(guān)系。汽車及其他陸地運輸用內(nèi)燃機，都屬于這種工況。此時，內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速決定于行駛速度、可以從最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速一直變到最高轉(zhuǎn)速；負(fù)荷取決于行駛阻力，在同一轉(zhuǎn)速下，可以從零變到全負(fù)荷。內(nèi)燃機可能的工作區(qū)域就是該種類型內(nèi)燃機的實際工作區(qū)域，相應(yīng)的上況區(qū)域稱為面工況。11第一節(jié)內(nèi)燃機的工況四、內(nèi)燃機的特性：內(nèi)燃機性能參數(shù)隨工況變化的規(guī)律，用曲線表示為內(nèi)燃機特性，簡稱特性。1、定義：為了評價內(nèi)燃機在不同工況下運行的動力性指標(biāo)(如功率、轉(zhuǎn)矩、平均有效壓力等)、經(jīng)濟性指標(biāo)(燃油消耗率)、排放指標(biāo)以及反映工作過程進行的完善程度指標(biāo)(如指示熱效率、充量系數(shù)以及機械效率)等，就必須研究內(nèi)燃機的特性。

2、作用：（1）用來評價內(nèi)燃機各方面的性能指標(biāo)。（2）為選用和改進內(nèi)燃機提供理論依據(jù)。12第一節(jié)內(nèi)燃機的工況四、內(nèi)燃機的特性：3、分類：（1）調(diào)整特性。（2）性能特性(或使用特性)

。性能指標(biāo)隨調(diào)整情況而變化的關(guān)系稱為調(diào)整特性。性能指標(biāo)隨運行工況變化的特性。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（負(fù)荷特性、速度特性、調(diào)速特性、萬有特性、煙度特性、排放特性等。）13第二節(jié)內(nèi)燃機的負(fù)荷特性定義測試方法作用柴油機的負(fù)荷特性汽油機的負(fù)荷特性14第二節(jié)內(nèi)燃機的負(fù)荷特性一、定義當(dāng)轉(zhuǎn)速不變時，內(nèi)燃機的性能指標(biāo)隨負(fù)荷而變化的關(guān)系。驅(qū)動發(fā)電機、壓縮機、風(fēng)機、水泵等動力裝置的內(nèi)燃機，就是按負(fù)荷特性運行的。15第二節(jié)內(nèi)燃機的負(fù)荷特性二、測試方法負(fù)荷特性曲線是在發(fā)動機試驗臺架上測取的。試驗時，調(diào)整測功器負(fù)荷的大小，并相應(yīng)調(diào)整油量調(diào)節(jié)機構(gòu)位置（油門、節(jié)氣門)與測功器負(fù)荷相適應(yīng)，保持發(fā)動機的轉(zhuǎn)速不變，待工況穩(wěn)定后，依次記錄不同負(fù)荷下的有關(guān)數(shù)據(jù)，并整理得到性能曲線。16發(fā)動機臺架試驗基本組成、裝配關(guān)系、固定、支承1.試驗臺裝置:172.制動測功裝置—測功器1.水力測功器2.平衡式電力測功器3.電渦流測功器發(fā)動機臺架試驗18容積法充油發(fā)動機臺架試驗3、耗油率的測量19容積法發(fā)動機臺架試驗3、耗油率的測量測量20容積法發(fā)動機臺架試驗3、耗油率的測量測量消耗容積v的燃油所用時間t21

燃油消耗量按下式計算式中V—球泡容積（mL）；

Pe—發(fā)動機有效功率（kW）;ρf—燃油密度（g/mL）；

t—消耗容積V的燃油所用時間（s）。小時耗油量耗油率22質(zhì)量法發(fā)動機臺架試驗3、耗油率的測量油箱供油23質(zhì)量法發(fā)動機臺架試驗3、耗油率的測量

充油24質(zhì)量法發(fā)動機臺架試驗3、耗油率的測量測量25燃油消耗量按下式計算式中t——消耗m（g）燃油所需時間（s）；Pe——消耗m（g）燃油時測量的有效功率（kW）；B——小時耗油量（kg/h）；be——有效燃油消耗率[g/（kW·h）]。26第二節(jié)內(nèi)燃機的負(fù)荷特性三、作用由了負(fù)荷特性可以直觀地顯示發(fā)動機在不同負(fù)荷下運轉(zhuǎn)的經(jīng)濟性以及排溫等參數(shù)，且比較容易測定，因而在內(nèi)燃機的調(diào)試過程中，經(jīng)常用來作為性能比較的依據(jù)。由于每一條負(fù)荷特性僅對應(yīng)內(nèi)燃機的一種轉(zhuǎn)速，為了滿足實際應(yīng)用的要求，需要側(cè)出不同轉(zhuǎn)速下的多個負(fù)荷特性曲線。同時，根據(jù)這些特性曲線，可以得到發(fā)動機的另外一個重要的特性——萬有特性。27第二節(jié)內(nèi)燃機的負(fù)荷特性三、作用確定內(nèi)燃機最佳負(fù)荷范圍（Pe大，be?。├秘?fù)荷特性評價內(nèi)燃機的燃油經(jīng)濟性★在負(fù)荷特性曲線圖上，最低燃油消耗率越小，內(nèi)燃機的經(jīng)濟性越好；★燃油消耗率曲線變化越平坦，表示在寬廣的負(fù)荷范圍內(nèi)，能保持較好的燃油經(jīng)濟性，這對于負(fù)荷變化大的內(nèi)燃機來說十分重要。★此外，無論是汽油機還是柴油機，都是在中等偏大的負(fù)荷范圍下，燃油消耗率最低。全負(fù)荷時，雖然內(nèi)燃機功率輸出最大，但燃料經(jīng)濟性并不是最好。在低負(fù)荷區(qū)，燃油消耗率顯著升高?！餅槭箖?nèi)燃機在實際使用時節(jié)約燃料，希望負(fù)荷接近中等負(fù)荷。28第二節(jié)內(nèi)燃機的負(fù)荷特性四、柴油機的負(fù)荷特性過量空氣系數(shù)隨負(fù)荷的增加而減小，這一負(fù)荷調(diào)節(jié)過程被稱為“質(zhì)調(diào)節(jié)”。對于非增壓柴油機而言，當(dāng)柴油機按負(fù)荷特性運行時：由于轉(zhuǎn)速n不變，其充量系數(shù)基本保持不變，空氣量m1一定。負(fù)荷變化時，通過燃料調(diào)節(jié)機構(gòu)調(diào)整循環(huán)供油量以適應(yīng)負(fù)荷的變化，負(fù)荷增大時油量增加，反之則減少。29第二節(jié)內(nèi)燃機的負(fù)荷特性四、柴油機的負(fù)荷特性（1）柴油機負(fù)荷曲線分析：燃油消耗率曲線的變化趨勢：a)怠速時：負(fù)荷為零(空載)（油耗很高）30四、柴油機的負(fù)荷特性（1）柴油機負(fù)荷曲線分析：b)小負(fù)荷時：因此機械效率隨負(fù)荷的增大而上升得較快。因此，燃油消耗率be，曲線在負(fù)荷增加時下降得很快。c)中負(fù)荷時：到達(dá)某一負(fù)荷時，be達(dá)到最低值。31四、柴油機的負(fù)荷特性（1）柴油機負(fù)荷曲線分析：d)大負(fù)荷時：燃燒開始惡化如果繼續(xù)增加負(fù)荷，則空氣相對不足，燃料無法完全燃燒，從而使燃油消耗率上升很快，且柴油機大量冒黑煙，導(dǎo)致活塞、燃燒室積碳。發(fā)動機過熱，可靠性以及壽命受到影響。如超過該極限再進一步增大負(fù)荷，柴油機大量冒黑煙，功率反而下降。32四、柴油機的負(fù)荷特性（2）標(biāo)定功率參數(shù)點確定：C目的：（1）給用戶在使用中的限制；（2）確定最佳負(fù)荷范圍；Pebe方法：一般是過原點做射線與be曲線相切，切點C就是參考點。因為C點的功率與油耗的比值最大，即考慮油耗又照顧了功率，可作為標(biāo)定功率參考點，具體在C點前還是C點后，由具體用途最后確定，作為車用：BD；拖拉機：BC。發(fā)電用：CABDA注：進口發(fā)動機都標(biāo)在BD段，這是由于他們是以功率確定價值。33四、柴油機的負(fù)荷特性（3）曲線利用熱電偶測量某一負(fù)荷時排氣溫度，作為監(jiān)視比較用。34五、汽油機的負(fù)荷特性與柴油機不同的是，在測取汽油機的負(fù)荷特性時，油量是通過改變節(jié)氣門的開度來調(diào)整的，這樣相應(yīng)地改變了進入氣缸的混合氣數(shù)量，而混合氣的濃度變化不大，故稱為“量調(diào)節(jié)”。圖是汽油機的負(fù)荷特性。初看起來，汽油機的負(fù)荷特性與柴油機負(fù)荷特性似乎沒什么區(qū)別。

35柴油機與汽油機負(fù)荷特性的區(qū)別36柴油機與汽油機負(fù)荷特性的區(qū)別1)汽油機的燃油消耗率普遍較高，且在從空負(fù)荷向中、小負(fù)荷段過渡時，燃油消耗率下降緩慢，仍維持在較高水平，燃油經(jīng)濟性明顯較差。2)汽油機排溫普遍較高，且與負(fù)荷關(guān)系較小。3)汽油機的燃油消耗量曲線彎曲度較大，而柴油機的燃油消耗量曲線在中、小負(fù)荷段的線性較好。37柴油機與汽油機負(fù)荷特性的區(qū)別解釋：1）指示熱效率的差異由于柴油機的壓縮比比汽油機高出較多，其過量空氣系數(shù)也要比汽油機大，燃燒大部分是在空氣過量的情況下進行的，所以柴油機的指示熱效率要比汽油機要高。這樣，從數(shù)值上看，汽油機的燃油消耗率數(shù)值高于柴油機。在轉(zhuǎn)速不變的前提下，柴油機進人氣缸的空氣量基本上不隨負(fù)荷大小而變化，而每循環(huán)供油量則隨負(fù)荷的增大而增大，這樣過量空氣系數(shù)就隨負(fù)荷的增大而減小，因此，指示熱效率也就隨負(fù)荷的增大而降低；汽油機采用定質(zhì)變量的負(fù)荷調(diào)節(jié)方法，在接近滿負(fù)荷時采取加濃混合氣導(dǎo)致指示熱效率明顯下降，而在低負(fù)荷時，由于節(jié)氣門開度小，殘余廢氣系數(shù)較大，燃燒速率降低，需采用濃混合氣，加之當(dāng)負(fù)荷減小時泵氣損失增大，導(dǎo)致指示熱效率下降。這樣,汽油機的燃油消耗率在中、小負(fù)荷區(qū)遠(yuǎn)高于柴油機。38柴油機與汽油機負(fù)荷特性的區(qū)別解釋：2）排氣溫度曲線的差異也可以用上述原因來解釋。汽油機的壓縮比比柴油機低，相應(yīng)的膨脹比也低，排溫就要比柴油機高出許多。在負(fù)荷變化時，盡管由于混合氣總量的增加引起加入氣缸總熱量的增加，使排溫隨負(fù)荷的提高而上升，但由于在大部分區(qū)域內(nèi)過量空氣系數(shù)保持不變，故排溫上升幅度不大。在柴油機中，隨著負(fù)荷的提高，過量空氣系數(shù)隨之降低，排溫顯著上升。39第三節(jié)內(nèi)燃機的速度特性一、定義：指內(nèi)燃機在油量調(diào)節(jié)機構(gòu)(油量調(diào)節(jié)齒條、拉桿或節(jié)氣門開度)保持不變的情況下，主要性能指標(biāo)(轉(zhuǎn)矩、油耗、功率、排溫、煙度等)隨內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。當(dāng)汽車沿阻力變化的道路行駛時，若油門位置不變，轉(zhuǎn)速會因路況的改變而發(fā)生變化，如上坡時汽車速度逐漸降低，下坡時速度增加，這時發(fā)動機即沿速度特性工作。40第三節(jié)內(nèi)燃機的速度特性一、定義：全負(fù)荷速度特性，或外特性：節(jié)氣門開度最大或噴油泵齒條位置處于最大供油位置時，發(fā)動機的速度特性。部分負(fù)荷速度特性：其它位置稱為部分負(fù)荷速度特性。由于外特性上反映了內(nèi)燃機所能達(dá)到的最高性能，確定了最大功率、最大轉(zhuǎn)矩以及對應(yīng)的轉(zhuǎn)速，因而是十分重要的，所有發(fā)動機出廠時都必須提供該特性。41特性曲線42第三節(jié)內(nèi)燃機的速度特性二、目的確定內(nèi)燃機最有利的工作轉(zhuǎn)速范圍。三、制取方法速度特性也是在內(nèi)燃機試驗臺架上測出的。測量時，將油量調(diào)節(jié)機構(gòu)位置固定不動，調(diào)整測功器的負(fù)荷，內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速相應(yīng)發(fā)生改變，然后記錄有關(guān)數(shù)據(jù)(Pe,Ttq,be)并整理繪制出曲線，一般是以發(fā)動機轉(zhuǎn)速作為橫坐標(biāo)。43第三節(jié)內(nèi)燃機的速度特性四、汽油機速度特性1．扭矩曲線變化趨勢由Ttq隨n的變化取決于指示熱效率ηi、機械效率ηm、充氣效率φc與過量空氣系數(shù)φa隨n的變化。44四、汽油機速度特性1．扭矩曲線變化趨勢(1)指示熱效率ηit節(jié)氣門全開(外特性曲線)轉(zhuǎn)速低進氣流速低，紊流減弱，使霧化、混合狀態(tài)較差，火焰?zhèn)鞑ニ俣冉档停峒奥鈸p失增加，ηit較低轉(zhuǎn)速高燃燒過程所占曲軸轉(zhuǎn)角較大，燃燒在較大容積下進行，ηit也較低。但變化比較平坦，對Ttq影響較小。曲線整體呈現(xiàn)馬鞍形的上凸?fàn)?。?jié)氣門開度減?。ú糠重?fù)荷）隨轉(zhuǎn)速的提高，節(jié)氣門的節(jié)流作用大大加強，泵氣損失所占比重增大，導(dǎo)致指示熱效率ηit大大下降，而且隨節(jié)氣門開度的降低，下降幅度更大。45四、汽油機速度特性1．扭矩曲線變化趨勢(2)充量系數(shù)Φc

節(jié)氣門全開(外特性曲線)節(jié)氣門開度減小（部分負(fù)荷）數(shù)字越大，則開度越小由于進氣節(jié)流嚴(yán)重，進氣阻力增加，Φc減小，而且隨轉(zhuǎn)速升高，Φc下降的斜率也增大；轉(zhuǎn)速降低時，進氣阻力減小，節(jié)氣門的節(jié)流作用減弱，Φc增加。轉(zhuǎn)速低進氣慣性↓，而殘余廢氣系數(shù)↑Φc

↓轉(zhuǎn)速高進氣阻力↑Φc

↓Φc曲線在某一中間轉(zhuǎn)速處呈上凸?fàn)?，低于或高于此轉(zhuǎn)速則有一定幅度的下降。46四、汽油機速度特性1．扭矩曲線變化趨勢(3)機械效率節(jié)氣門全開(外特性曲線)節(jié)氣門開度減小（部分負(fù)荷）數(shù)字越大，則開度越小轉(zhuǎn)速↑機械損失壓力pmm↑機械效率ηm↑ηm隨轉(zhuǎn)速的增加而下降的斜率比節(jié)氣門全開時大。？？因為pmm與節(jié)氣門全開時一樣隨轉(zhuǎn)速增加而增加，而充量系數(shù)Φc和指示熱效率ηit則隨轉(zhuǎn)速增加而下降很快，相應(yīng)導(dǎo)致平均指示壓力pmi隨轉(zhuǎn)速增加而急劇降低。當(dāng)轉(zhuǎn)速高于某一值后，就會出現(xiàn)pmi＝pmm的情況，而使機械效率為零，意味著內(nèi)燃機在相應(yīng)轉(zhuǎn)速下空車運行(無功率輸出，圖中曲線4)。節(jié)氣門開度越小，出現(xiàn)ηm＝0的轉(zhuǎn)速就越低。47四、汽油機速度特性1．扭矩曲線變化趨勢節(jié)氣門全開(外特性曲線)節(jié)氣門開度減?。ú糠重?fù)荷）轉(zhuǎn)矩曲線將是一條上凸的曲線，且上凸的位置在低速區(qū)；轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，開度越小，曲線越陡。48第三節(jié)內(nèi)燃機的速度特性四、汽油機速度特性2．功率變化趨勢當(dāng)轉(zhuǎn)速由低逐漸升高時，由于Ttq、n同時增加Pe增加很快。在達(dá)到最大扭距轉(zhuǎn)速ntq后，再提高轉(zhuǎn)速，由于Ttq有所下降，使Pe上升緩慢。某一轉(zhuǎn)速時Ttq?n達(dá)最大值。此后，再增加轉(zhuǎn)速，由于扭距下降超過轉(zhuǎn)速上升的影響，Pe反而下降。49第三節(jié)內(nèi)燃機的速度特性四、汽油機速度特性3．燃油消耗率變化趨勢be在某一中間轉(zhuǎn)速當(dāng)ηitηm達(dá)到最大值時出現(xiàn)最低值。當(dāng)轉(zhuǎn)速較此轉(zhuǎn)速低時，由于ηit

上升彌補不了ηm的下降，使be增加。轉(zhuǎn)速較此轉(zhuǎn)速高時ηit、ηm均較低，be也增加。50第三節(jié)內(nèi)燃機的速度特性四、汽油機速度特性部分負(fù)荷速度特性隨著節(jié)氣門的關(guān)小，節(jié)流損失增大，充氣效率減小，使部分負(fù)荷速度特性的Pe、Ttq低于外特性值。且轉(zhuǎn)速越高，充氣效率減小的越多，因此，節(jié)氣門開度越小，隨轉(zhuǎn)速增加，扭距、功率曲線下降得越快，并使最大扭矩及最大功率點向低速方向移動。51第三節(jié)內(nèi)燃機的速度特性四、汽油機速度特性部分負(fù)荷速度特性當(dāng)節(jié)氣門開度的75%左右時，耗油率曲線位置最低。超過75%開度，混合氣較濃，存在燃燒不完全現(xiàn)象，耗油率曲線位置較高，低于75%開度時，殘余廢氣相對增多，燃燒速率下降，使ηit降低，耗油率曲線位置也高，且開度越小，耗油率曲線位置越高。52第三節(jié)內(nèi)燃機的速度特性五、柴油機速度特性速度特性：噴油泵油量調(diào)節(jié)機構(gòu)位置固定不動，柴油機性能指標(biāo)（主要是功率Pe、扭距Ttq、燃油消耗率be、每小時耗油量B）隨轉(zhuǎn)速n變化的關(guān)系。外特性：油量調(diào)節(jié)機構(gòu)固定在標(biāo)定循環(huán)供油量位置時速度特性稱為柴油機標(biāo)定功率速度特性。部分負(fù)荷速度特性：當(dāng)油量調(diào)節(jié)機構(gòu)固定在小于標(biāo)定循環(huán)供油量各個位置時，所測得的速度特性稱為柴油機。53第三節(jié)內(nèi)燃機的速度特性五、柴油機速度特性（一）外特性曲線變化趨勢1．扭矩曲線變化趨勢柴油機的扭矩曲線比汽油機平坦。柴油機扭矩曲線的變化趨勢，很大程度上決定于每循環(huán)供油量隨轉(zhuǎn)速變化的情況。54五、柴油機速度特性（一）外特性曲線變化趨勢1．扭矩曲線變化趨勢扭矩表達(dá)式可定性地寫成：由式可見，柴油機扭距隨轉(zhuǎn)速的變化趨勢決定于ηit、ηm、△b隨轉(zhuǎn)速n變化的趨勢。55五、柴油機速度特性（一）外特性曲線變化趨勢1．扭矩曲線變化趨勢（1）△b—隨轉(zhuǎn)速n的提高，每循環(huán)供油量△b增加。（2）ηv也是在某一中間轉(zhuǎn)速n出現(xiàn)最高值。56（3）ηi—指示熱效率ηi某一中間n稍高ηi轉(zhuǎn)速低空氣渦流減弱，燃燒不良及散熱漏氣損失增加ηi↓轉(zhuǎn)速高ηv↓

、△b↑，使α↓，不完全燃燒嚴(yán)重。燃燒占曲軸轉(zhuǎn)角↑，燃燒容積↑五、柴油機速度特性57五、柴油機速度特性（一）外特性曲線變化趨勢2．功率曲線變化趨勢由于扭矩Ttq曲線變化平坦，在一定n范圍內(nèi)，功率Pe幾乎與轉(zhuǎn)速n成正比增加。58五、柴油機速度特性（一）外特性曲線變化趨勢3．燃油消耗率曲線變化趨勢由于柴油機壓縮比高，ηi較高，曲線比汽油機的平坦，最低耗油率值比汽油機相應(yīng)值低。當(dāng)ηi、ηm達(dá)到最大值時，出現(xiàn)bmin值。59五、柴油機速度特性（二）部分負(fù)荷速度特性隨油量調(diào)節(jié)機構(gòu)位置向減小供油量方向移動時，循環(huán)供油量減小，使部分負(fù)荷速度特性的Pe、Ttq值低于外特性。但隨著負(fù)荷減小，循環(huán)供油量隨轉(zhuǎn)速的變化趨勢基本不變，使部分負(fù)荷速度特性的變化趨勢同外特性相似，所以柴油機的部分負(fù)荷速度性的Pe、Ttq曲線是隨負(fù)荷的減小，大致平行下降。耗油率曲線的變化趨勢基本同外特性。當(dāng)負(fù)荷為75%左右時，曲線位置最低。60柴油機和汽油機的速度特性對比分析1、柴油機在各種負(fù)荷的速度特性下的轉(zhuǎn)矩曲線都比較平坦；汽油機的速度特性的轉(zhuǎn)矩曲線的曲率半徑較小，節(jié)氣門開度越小，轉(zhuǎn)矩峰值向低速移動，且隨轉(zhuǎn)速變化的斜率越大。2、汽油機的有效功率外特性線的最大值點，一般在標(biāo)定功率點；柴油機可以達(dá)到的最大值點的轉(zhuǎn)速很高，而標(biāo)定點要比其低得多。3、柴油機的燃油消耗率曲線在各種負(fù)荷的速度特性下都比較平坦，僅在兩端略有翹起，最經(jīng)濟區(qū)的轉(zhuǎn)速范圍很寬；汽油機其油耗線的翹曲度隨節(jié)氣門開度減小而劇烈增大，相應(yīng)最經(jīng)濟區(qū)的轉(zhuǎn)速范圍越來越窄。61第三節(jié)內(nèi)燃機的速度特性六、適應(yīng)性系數(shù)發(fā)動機扭矩特性:(發(fā)動機轉(zhuǎn)矩適應(yīng)性)要求發(fā)動機的扭矩隨轉(zhuǎn)速的降低而增加。如當(dāng)汽車上坡時，若油量調(diào)節(jié)拉桿已達(dá)最大位置，但所發(fā)出的扭矩仍感不足，車速就要降低，此時需要發(fā)動機隨車速降低而發(fā)出更大扭矩，以克服爬坡阻力。內(nèi)燃機的外特性不但表征內(nèi)燃機的動力性能，而且可根據(jù)外特性曲線判斷內(nèi)燃機的工作轉(zhuǎn)速范圍和工作穩(wěn)定性。62第三節(jié)內(nèi)燃機的速度特性六、適應(yīng)性系數(shù)內(nèi)燃機轉(zhuǎn)矩與外界阻力矩在a點是平衡的，內(nèi)燃機將在a點對應(yīng)的轉(zhuǎn)速na下穩(wěn)定工作。如遇上坡等阻力增加的情況，內(nèi)燃機從工況a過渡到工況1、沿速度特性1工作的內(nèi)燃機驅(qū)動轉(zhuǎn)矩增大了ΔTtq1，轉(zhuǎn)速相應(yīng)降低了Δn1。這說明駕駛員不用操作，發(fā)動機自動進行了調(diào)整，轉(zhuǎn)速降低而轉(zhuǎn)矩增大，以克服外界阻力的變化。對于另一發(fā)動機，其速度特性如圖中曲線Ⅱ，由于其轉(zhuǎn)矩曲線較平坦，則從工況a過渡到工況2時，轉(zhuǎn)速降低較多(Δn2＞Δn1)而轉(zhuǎn)矩增大的幅度并不大(ΔTtq2＜ΔTtq1)。這一結(jié)果說明，內(nèi)燃機轉(zhuǎn)矩曲線越陡，運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性和操縱性能就越好。因此，汽油機一般不需要配備調(diào)速裝置，即使當(dāng)阻力矩突變到零時，汽油機的轉(zhuǎn)速也不會超速或飛車。柴油機的調(diào)節(jié)過程與裝置則與汽油機有明顯的不同，需要采用專門設(shè)計的調(diào)速器。

63六、適應(yīng)性系數(shù)評定指標(biāo)：衡量內(nèi)燃機工作穩(wěn)定性能的指標(biāo)是轉(zhuǎn)矩適應(yīng)性系數(shù)φTq和轉(zhuǎn)速適應(yīng)性系數(shù)φn。1.轉(zhuǎn)矩儲備系數(shù)：指外特性上最大轉(zhuǎn)矩Ttqmax與標(biāo)定轉(zhuǎn)矩Ttqn之比。2.轉(zhuǎn)速適應(yīng)性系數(shù):指標(biāo)定轉(zhuǎn)速nn與外特性上最大轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的轉(zhuǎn)速ntq之比衡量內(nèi)燃機動力性能對外阻力變化的適應(yīng)能力的指標(biāo)。3.適應(yīng)性系數(shù):64汽油機Φtq=1.25~1.35Φn=1.6~2.5柴油機Φtq=1.05~1.25Φn=1.4~2.0說明：1、汽油機適應(yīng)性優(yōu)于柴油機；2、近年來儲備功率提高，外特性應(yīng)用概率減小，適應(yīng)系數(shù)重要性下降。范圍六、適應(yīng)性系數(shù)65六、適應(yīng)性系數(shù)評定指標(biāo)：轉(zhuǎn)矩適應(yīng)性系數(shù)φTq、轉(zhuǎn)速適應(yīng)性系數(shù)φn和適應(yīng)性系數(shù)反映發(fā)動機的超載能力(汽車不換檔，發(fā)動機克服短期超負(fù)荷的能力)。發(fā)動機最大扭矩對應(yīng)的轉(zhuǎn)速對克服阻力的影響例如：Ⅰ和Ⅱ兩臺發(fā)動機，他們的轉(zhuǎn)矩適應(yīng)性系數(shù)φTq、標(biāo)定轉(zhuǎn)速相同。但最大扭矩對應(yīng)的轉(zhuǎn)速不同。外界阻力矩分別為Tc、Tc’、Tc”。（1）外界阻力矩分別為Tc時，Ⅰ和Ⅱ都能適應(yīng)。（2）外界阻力矩分別為Tc’時，Ⅰ達(dá)到最大值，Ⅱ仍有潛力。（3）外界阻力矩分別為Tc”時，Ⅰ不適應(yīng)，Ⅱ仍達(dá)到最大值。最大扭矩轉(zhuǎn)速nm越低，φn越大，車輛在不換擋的情況下，發(fā)動機克服阻力增加的潛力越強。66六、適應(yīng)性系數(shù)結(jié)論：1、最大扭矩對應(yīng)的轉(zhuǎn)速越低，φn越大，克服外界阻力的潛力越大。2、扭矩曲線越陡運轉(zhuǎn)越平穩(wěn)（轉(zhuǎn)速下降少）。3、根據(jù)使用要求選擇和調(diào)整扭矩特性。（1）配載重汽車用：要求n低，Pe大，超載能力強，道路差，則轉(zhuǎn)矩適應(yīng)性系數(shù)φTq大，最大扭矩轉(zhuǎn)速低。（2）配小轎車用：要求n高，Pe大，超載能力強，加速性好，則轉(zhuǎn)矩適應(yīng)性系數(shù)φTq大，最大扭矩轉(zhuǎn)速高。67第四節(jié)內(nèi)燃機的萬有特性

負(fù)荷特性和速度特性只能用來表示某一轉(zhuǎn)速或某一油量控制機構(gòu)位置時，內(nèi)燃機各種參數(shù)的變化規(guī)律，而內(nèi)燃機特別是車用內(nèi)燃機的工況變化范圍很廣，要分析各種工況下的性能，就需要多張負(fù)荷特性或速度特性圖，這樣既不方便，也不直觀。為了能在一張圖上較全面地表示內(nèi)燃機各種性能參數(shù)的變化，經(jīng)常應(yīng)用多參數(shù)的特性曲線，這種特性就是萬有特性。68第四節(jié)內(nèi)燃機的萬有特性一、定義：全面地表示內(nèi)燃機各種性能參數(shù)的關(guān)系。二、目的：了解內(nèi)燃機各種轉(zhuǎn)速、各種負(fù)荷下的動力性和經(jīng)濟性。69萬有特性曲線一般是以轉(zhuǎn)速n為橫坐標(biāo)，以負(fù)荷(平均有效壓力pme)為縱坐標(biāo)。在圖上繪出若干條等油耗曲線和等功率曲線。兩種類型內(nèi)燃機典型的萬有特性如圖8—7所示。根據(jù)需要，還可在萬有特性曲線上繪出等節(jié)氣門開度線、等排放線、等過量空氣系數(shù)線等。70第四節(jié)內(nèi)燃機的萬有特性三、制取方法：（1）負(fù)荷特性法（2）速度特性法柴油機：一般是依據(jù)不同轉(zhuǎn)速下的負(fù)荷特性，用作圖法求出；汽油機：根據(jù)不同節(jié)氣門位置的速度特性，用作圖法求得。近年來，由于計算機測試技術(shù)以及計算技術(shù)的應(yīng)用，也可采用數(shù)值計算方法對大量的試驗數(shù)據(jù)進行回歸及等值線的插值運算，從而直接得到萬有特性。71第四節(jié)內(nèi)燃機的萬有特性三、制取方法：（1）負(fù)荷特性法1)測定各種轉(zhuǎn)速下的負(fù)荷特性，以平均有效壓力pme為橫坐標(biāo)，be為縱坐標(biāo)，以同一比例尺繪出特性曲線。2)定好作圖坐標(biāo)，橫坐標(biāo)pme，縱坐標(biāo)為n。

3)做等油耗線。在負(fù)荷特性圖上引若干條等燃油消耗率線與be線相交，每條線各有一至二個交點；再從每一個交點引水平線至萬有特性上與負(fù)荷特性線相同轉(zhuǎn)速的位置上，獲得若干新交點。在每一交點上標(biāo)注出燃油消耗率的數(shù)值。依次將be值相等的點連成光滑曲線，即可得到萬有特性上的等燃油消耗率線。

72第四節(jié)內(nèi)燃機的萬有特性三、制取方法：（1）負(fù)荷特性法4)等功率曲線K對于一個給定的內(nèi)燃機為常數(shù)，這樣，在pme—n坐標(biāo)中，等功率曲線是一族雙曲線。將內(nèi)燃機全負(fù)荷的速度特性線pme＝f(n)的關(guān)系畫在萬有特性圖上，就構(gòu)成了萬有特性的上邊界線。73第四節(jié)內(nèi)燃機的萬有特性三、制取方法：（2）速度特性法1)在第一象限中繪出不同節(jié)氣門開度下的速度特性上的轉(zhuǎn)矩曲線(以平均有效壓力pme，表示)，在曲線尾端標(biāo)出相應(yīng)的節(jié)氣門開度。2）在第四象限繪出相應(yīng)節(jié)氣門開度下的燃油消耗率be曲線，同樣注明節(jié)氣門開度的百分?jǐn)?shù)。3)等燃油消耗線。將等be值的各點連成光滑的等值線，并標(biāo)上相應(yīng)的數(shù)值，從而得到萬有特性上的等燃油消耗率曲線。這樣，不同節(jié)氣門開度下的速度特性全部反映在一張圖中，這對于車用發(fā)動機而言，應(yīng)用十分方便。74第四節(jié)內(nèi)燃機的萬有特性四、曲線討論：（1）等燃油消耗率曲線最內(nèi)層為最經(jīng)濟區(qū)，曲線越向外，經(jīng)濟性越差。（2）等燃油消耗率曲線橫向較長，表示發(fā)動機在負(fù)荷變化不大而轉(zhuǎn)速變化較大的情況下燃油消耗率變化較小。常用于中等負(fù)荷，中等轉(zhuǎn)速工況的車用發(fā)動機，希望其最經(jīng)濟區(qū)處于萬有特性中部，等燃油消耗率曲線曲線橫向較長。（3）等燃油消耗率曲線縱向較長，則發(fā)動機在負(fù)荷變化較大而轉(zhuǎn)速變化較小的情況下的燃油消耗率變化較小。工程機械用發(fā)動機，希望最經(jīng)濟區(qū)在標(biāo)定轉(zhuǎn)速附近，等燃油消耗率曲線縱向較長些。75

76柴油機的萬有特性的特點：1）最低油耗率一般較低，并且經(jīng)濟區(qū)較寬。2）等油耗率曲線在高、低速均不收斂，變化比較平坦。3）相對汽車變速工況的適應(yīng)性好。汽油機的萬有特性的特點：1）最低油耗率一般較高，經(jīng)濟區(qū)較小。2）等油耗率曲線在低速區(qū)向大負(fù)荷收斂，這說明汽油機在低速低負(fù)荷的耗油率隨負(fù)荷的減小而急劇增大，在實際使用中，應(yīng)盡量避免使用這種情況。3）汽油機的轉(zhuǎn)速愈高愈費油，故在實際使用中，當(dāng)汽車等功率運行時，駕駛員應(yīng)盡量使用高速檔，以便節(jié)油。77

如果內(nèi)燃機的萬有特性不能滿足使用要求，則應(yīng)重新選擇內(nèi)燃機，或者對內(nèi)燃機進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以改變?nèi)f有特性。例如，適當(dāng)改變配氣相位來改變充量系數(shù)特性，或選擇對轉(zhuǎn)速不太敏感的燃燒系統(tǒng)，可以影響萬有特性最經(jīng)濟區(qū)域在橫坐標(biāo)方向的寬度；

降低內(nèi)燃機的機械損失，提高低速、低負(fù)荷時冷卻水溫和機油溫度，都可以降低部分負(fù)荷時的燃油消耗率，在縱坐標(biāo)方向擴展最經(jīng)濟區(qū)。第四節(jié)內(nèi)燃機的萬有特性曲線調(diào)整：78第五節(jié)內(nèi)燃機的功率標(biāo)定及大氣修正一、功率標(biāo)定二、大氣修正

79第五節(jié)內(nèi)燃機的功率標(biāo)定及大氣修正一、功率標(biāo)定內(nèi)燃機的功率標(biāo)定，是指制造企業(yè)根據(jù)內(nèi)燃機的用途、壽命、可靠性、維修與使用條件等要求，人為地規(guī)定該產(chǎn)品在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下所輸出的有效功率以及所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速，即標(biāo)定功率與標(biāo)定轉(zhuǎn)速。我國內(nèi)燃機的功率可以分為四級：(1)15min功率；(2)1h功率；(3)12h功率；(4)持續(xù)功率

80第五節(jié)內(nèi)燃機的功率標(biāo)定及大氣修正一、功率標(biāo)定(1)15min功率；(2)1h功率；內(nèi)燃機允許連續(xù)運轉(zhuǎn)15min的最大有效功率。適用于需要較大功率儲備或瞬時需要發(fā)出最大功率的轎車、中小型載貨汽車、軍用車輛、快艇等用途的內(nèi)燃機。

內(nèi)燃機允許連續(xù)運轉(zhuǎn)1h的最大有效功率。適用于需要一定功率儲備以克服突增負(fù)荷的工程機械、船舶主機、大型載貨汽車和機車等用途的內(nèi)燃機。81第五節(jié)內(nèi)燃機的功率標(biāo)定及大氣修正一、功率標(biāo)定(3)12h功率；內(nèi)燃機允許連續(xù)運轉(zhuǎn)12h的最大有效功率。適用于需要在12h內(nèi)連續(xù)運轉(zhuǎn)而又需要充分發(fā)揮功率的拖拉機、移動式發(fā)電機組、鐵道牽引等用途的內(nèi)燃機。(4)持續(xù)功率

內(nèi)燃機允許長期連續(xù)運轉(zhuǎn)的最大有效功率。適用于需要長期連續(xù)運轉(zhuǎn)的固定動力、排灌、電站、船舶等用途的內(nèi)燃機。82第五節(jié)內(nèi)燃機的功率標(biāo)定及大氣修正一、功率標(biāo)定根據(jù)內(nèi)燃機產(chǎn)品的使用特點，在內(nèi)燃機的銘牌上一般應(yīng)標(biāo)明上述四種功率的一或兩種功率及其對應(yīng)的轉(zhuǎn)速。同時，內(nèi)燃機的最大供油量限定在標(biāo)定功率的位置上。對于同一種發(fā)動機，用于不同場合時，可以有不同的標(biāo)定功率值，其中，15min功率最高，持續(xù)功率最低。除持續(xù)功率外，其他幾種功率均具有間歇性工作的特點，故常被稱為間歇功率。對間歇功率而言，內(nèi)燃機在實際按標(biāo)定功率運轉(zhuǎn)時，超出上述限定的時間并不意味著內(nèi)燃機將被損壞，但無疑將使內(nèi)燃機的壽命與可靠性受到影響。83第五節(jié)內(nèi)燃機的功率標(biāo)定及大氣修正二、大氣修正1.修正的必要性內(nèi)燃機所發(fā)出的功率取決于吸入氣缸的空氣量，而吸入氣缸的空氣量直接與大氣密度有關(guān)。例如，一臺裝備非增壓柴油機的汽車，從沿海行駛到海拔2200m的西寧市，大氣密度下降了21．5％，在保持過量空氣系數(shù)不變的前提下，柴油機的指示功率也將下降21％左右。由于負(fù)荷減少引起的機械效率下降，導(dǎo)致有效功率下降的幅度更大，約為25％一27％。同樣，大氣相對濕度的變化也會影響到實際進入氣缸內(nèi)的干空氣量，對工作過程產(chǎn)生影響。這意味著大氣狀態(tài)變化將全面影響內(nèi)燃機性能。因此，在功率標(biāo)定時，必須規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)條件。84第五節(jié)內(nèi)燃機的功率標(biāo)定及大氣修正二、大氣修正2.大氣修正的方法(1)將實測的功率、油耗、轉(zhuǎn)矩等值按對應(yīng)的修正方法換算成以標(biāo)準(zhǔn)大氣條件作基準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)值；(2)將標(biāo)定功率值按對應(yīng)的修正方法換算成實際功率值，等油量法:(適用于車用內(nèi)燃機)即循環(huán)供油量不變，指示熱效率只取決于過量空氣系數(shù)汽油機柴油機標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的校正功率實測功率大氣校正系數(shù)85第六節(jié)內(nèi)燃機與工作機械的匹配本節(jié)重點介紹內(nèi)燃機與動力機械匹配過程中應(yīng)遵循的基本原則和主要方法。由于工作機械的形式各異、方式不同，匹配的方法也不盡相同。其中，汽車的運行工況比較復(fù)雜，其匹配問題在內(nèi)燃機與工作機械的匹配中具有一定的代表性，所以本節(jié)介紹的重點是汽車與發(fā)動機的合理匹配。86第六節(jié)內(nèi)燃機與工作機械的匹配一、車用內(nèi)燃機的匹配（一）動力性匹配（二）經(jīng)濟性匹配87第六節(jié)內(nèi)燃機與工作機械的匹配一、車用內(nèi)燃機的匹配（一）動力性匹配★內(nèi)燃機轉(zhuǎn)矩Ttq在汽車驅(qū)動輪上產(chǎn)生的驅(qū)動力Ft為：ik、i0分別為汽車變速器、主減速器傳動比；ηt為傳動系效率，r為驅(qū)動輪工作半徑?！飪?nèi)燃機轉(zhuǎn)速n與汽車車速的關(guān)系：于是，可以得到發(fā)動機外特性轉(zhuǎn)矩曲線Ttq(n)得出變速器不同檔位汽車驅(qū)動特性曲線。88第六節(jié)內(nèi)燃機與工作機械的匹配一、車用內(nèi)燃機的匹配（一）動力性匹配89第六節(jié)內(nèi)燃機與工作機械的匹配一、車用內(nèi)燃機的匹配（一）動力性匹配90不同檔位驅(qū)動力最大爬坡度最高車速最高使用轉(zhuǎn)速后備驅(qū)動力用于加速不同檔位發(fā)動機轉(zhuǎn)速與車速關(guān)系線隨道路坡度變化的行駛阻力線91第六節(jié)內(nèi)燃機與工作機械的匹配一、車用內(nèi)燃機的匹配（二）燃油經(jīng)濟性匹配汽車的使用油耗q100(L/100km)可以根據(jù)發(fā)動機的負(fù)荷（功率Pe或阻力Fr）和燃油消耗率be計算。使用油耗阻力比油耗傳動系效率燃油密度92第六節(jié)內(nèi)燃機與工作機械的匹配一、車用內(nèi)燃機的匹配（二）燃油經(jīng)濟性匹配使用油耗發(fā)動機油耗汽車車速發(fā)動機排量平均有效壓力比油耗主傳動器傳動比驅(qū)動輪工作半徑?jīng)_程數(shù)使用油耗變速器傳動比93由上式可見，在其他條件不變的條件下，汽車的使用油耗q100與成正比，只有當(dāng)其乘積為最小時，q100才能達(dá)到最小。發(fā)動機在bemin下工作時，汽車的q100不一定最低，只有在車速和功率都不變，汽車的q100才與發(fā)動機的be變化趨勢相同。單純改變傳動比，使發(fā)動機在pme較高而be較低的工況運行，并不能降低汽車的q100。應(yīng)該設(shè)法使發(fā)動機的萬有特性的最低油耗區(qū)移至中等轉(zhuǎn)速、較低符合區(qū)域，即設(shè)法是發(fā)動機的經(jīng)濟區(qū)位于常用檔位、常用車速區(qū)。這就要求選擇發(fā)動機時，對其特性提出具體要求，或設(shè)法改變特性，適應(yīng)與汽車匹配的要求。94汽車用不同的變速器檔位行駛時，q100差異較大。在同一道路條件與車速下，雖然發(fā)動機發(fā)出的功率不變，但檔位越低（傳動比越大），后備驅(qū)動力越大，發(fā)動機的負(fù)荷率越低，be越高，q100也越大。使用高檔位的情況則與此相反。因此增加變速器的擋位，加大通過選用合適擋位使發(fā)動機處于經(jīng)濟工況的概率，有利于汽車的節(jié)油。近年來，汽車變速器檔位有逐漸增加的趨勢，轎車變速器已有5擋，重型貨車甚至達(dá)10擋以上。自動控制的無級變速在這方面可達(dá)到最優(yōu)化。汽車在中低速行駛時，q100最低。高速行駛時雖然發(fā)動機負(fù)荷率較高，但汽車行駛阻力由于空氣阻力與扎成正比而急劇增大，導(dǎo)致q100上升。但低速行車造成生產(chǎn)