第11章 運(yùn)行特性

第11章發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性水力測(cè)功器的工作范圍如圖；水力測(cè)功器—工作范圍線段A、B、C、D、E所圍成的面積為測(cè)功器工作范圍：

?線段A為測(cè)功器在最大負(fù)荷調(diào)節(jié)位置；

?線段B相當(dāng)于測(cè)功器轉(zhuǎn)子和軸允許的最大轉(zhuǎn)矩下的強(qiáng)度限制線；?線段C為測(cè)功器出水溫度達(dá)到最大允許值的功率限制線；?線段D為受離心力負(fù)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(dāng)于測(cè)功器空轉(zhuǎn)時(shí)能測(cè)量的最小轉(zhuǎn)矩和功率特性。典型水力測(cè)功器測(cè)功范圍四、臺(tái)架試驗(yàn)綜述

臺(tái)架試驗(yàn)內(nèi)容十分廣泛，我國(guó)規(guī)定有統(tǒng)一的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：?1984年頒布了機(jī)械工業(yè)部汽車發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)方法的標(biāo)準(zhǔn)（JB3743－84）?1987年制定了內(nèi)燃機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)方法（GB1105.1～1105.3－87）發(fā)動(dòng)機(jī)使用中的最大功率與下列外界因素有關(guān)：?發(fā)出相應(yīng)功率的持續(xù)時(shí)間?測(cè)定時(shí)的大氣狀況?發(fā)動(dòng)機(jī)所帶附件?進(jìn)氣管和空氣濾清器阻力、排氣背壓等各標(biāo)準(zhǔn)對(duì)上述問(wèn)題都作了嚴(yán)格規(guī)定，并且對(duì)測(cè)量?jī)x器的精度、重要參數(shù)的測(cè)量精度等也有規(guī)定。功率標(biāo)定

在發(fā)動(dòng)機(jī)銘牌上標(biāo)定的功率，均為使用中允許的最大功率。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB1105.1－87）規(guī)定，按用途和使用特點(diǎn)，功率可分為以下四種：?15min功率：可用于汽車、摩托車、摩托艇等發(fā)動(dòng)機(jī)的功率標(biāo)定；?1h功率：可用于拖拉機(jī)、工程機(jī)械、船舶等發(fā)動(dòng)機(jī)的功率標(biāo)定；?12h功率：可用于拖拉機(jī)、農(nóng)業(yè)排灌、電站等發(fā)動(dòng)機(jī)的功率標(biāo)定；?持續(xù)功率：可用于農(nóng)業(yè)排灌、電站、船舶、鐵路牽引等發(fā)動(dòng)機(jī)的功率標(biāo)定。大氣修正

大氣狀況是指發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行地點(diǎn)的環(huán)境大氣壓力、大氣溫度和相對(duì)濕度；同一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)由于在不同大氣狀況下使用，其性能差別很大。需要規(guī)定一種標(biāo)準(zhǔn)大氣狀況，并且還應(yīng)有一種辦法，把在不同大氣狀況下試驗(yàn)所得的結(jié)果，換算成標(biāo)準(zhǔn)大氣狀況下的數(shù)值；國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB1105.1－87）規(guī)定了一般用途的往復(fù)活塞式柴油機(jī)和汽油機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境狀況是： 大氣壓p0=100kPa，相對(duì)濕度φ0=30％， 環(huán)境溫度T0=298K或25℃（Page132）。發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性

發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)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(huì)改變，這時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)即沿速度特性工作；發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速作為速度特性橫坐標(biāo)；縱坐標(biāo)主要有效功率Pe、轉(zhuǎn)矩Ttq、耗油率be、每小時(shí)耗油量B等。

第四節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性

負(fù)荷特性和速度特性只能表示某一轉(zhuǎn)速或某一齒條位置（或節(jié)氣門開(kāi)度）時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)間的變化規(guī)律；汽車的工況變化范圍很廣，要分析各種工況下的性能就需要許多張負(fù)荷特性或速度特性圖，這樣做極不方便；為了能在一張圖上較全面地表示發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，經(jīng)常應(yīng)用多參數(shù)的特性曲線，稱為萬(wàn)有特性；萬(wàn)有特性是以轉(zhuǎn)速為橫坐標(biāo)，以平均有效壓力（或轉(zhuǎn)矩）為縱坐標(biāo)，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(guò)量空氣系數(shù)曲線、等進(jìn)氣管真空度曲線、冒煙極限等。第四節(jié)萬(wàn)有特性典型萬(wàn)有特性以轉(zhuǎn)速為橫坐標(biāo)以平均有效壓力或扭矩為縱坐標(biāo)等油耗線等功率線等節(jié)氣門開(kāi)度線等

最內(nèi)層的等曲線相當(dāng)于最經(jīng)濟(jì)的區(qū)域。曲線越向外,越大。若曲線沿橫向較長(zhǎng),則說(shuō)明在負(fù)荷變化不大,而n變化較大的范圍內(nèi),油耗變化較小。適于車用、拖拉機(jī),其最經(jīng)濟(jì)區(qū)大約在萬(wàn)有特性曲線的中間偏上位置。萬(wàn)有特性曲線的分析：萬(wàn)有特性的對(duì)比首先，汽油機(jī)的燃油消耗率比柴油機(jī)高；其次，汽油機(jī)的最經(jīng)濟(jì)區(qū)域處在偏上的位置，即高負(fù)荷區(qū)，隨負(fù)荷降低，油耗增加較快，而柴油機(jī)的最經(jīng)濟(jì)區(qū)則比較適中，負(fù)荷改變時(shí)經(jīng)濟(jì)性能變化不大。由于車用汽油機(jī)常在較低負(fù)荷下工作，燃油消耗率較大，故其使用經(jīng)濟(jì)性能不佳。對(duì)于車用柴油機(jī)而言，由于多數(shù)用于載貨汽車、工程機(jī)械、礦山車輛等場(chǎng)合，負(fù)荷率高，從萬(wàn)有特性上可以看出其使用經(jīng)濟(jì)性較好。

萬(wàn)有特性的應(yīng)用在萬(wàn)有特性圖上，最內(nèi)層的等燃油消耗率曲線相當(dāng)于內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的最經(jīng)濟(jì)區(qū)域，等值曲線越向外，經(jīng)濟(jì)性越差。等燃油消耗率曲線的形狀與位置對(duì)內(nèi)燃機(jī)的實(shí)際使用經(jīng)濟(jì)性能有重要的影響。如果該曲線的形狀在橫向上較長(zhǎng)，則表示內(nèi)燃機(jī)在負(fù)荷變化不大而轉(zhuǎn)速變化較大的情況下工作時(shí)，燃油消耗率變化較小。如果曲線形狀在縱向較長(zhǎng)，則表示內(nèi)燃機(jī)在負(fù)荷變化較大而轉(zhuǎn)速變化不大的情況下工作時(shí)，油耗率變化較小。萬(wàn)有特性的應(yīng)用對(duì)于汽車用內(nèi)燃機(jī)，最經(jīng)濟(jì)區(qū)域應(yīng)大致在萬(wàn)有特性的中間位置，這樣常用轉(zhuǎn)速和負(fù)荷就可以落在最經(jīng)濟(jì)區(qū)域內(nèi)，并希望等燃油消耗率曲線在橫向較長(zhǎng)。對(duì)于拖拉機(jī)以及工程機(jī)械用內(nèi)燃機(jī)，其轉(zhuǎn)速變化范圍較小而負(fù)荷變化范圍較大，最經(jīng)濟(jì)區(qū)域應(yīng)在標(biāo)定轉(zhuǎn)速附近，并沿縱向較長(zhǎng)。如何提高實(shí)際使用條件下的燃料經(jīng)濟(jì)性，對(duì)于實(shí)現(xiàn)汽車的節(jié)能具有很大的實(shí)際意義，而提高負(fù)荷率是提高汽油機(jī)燃料經(jīng)濟(jì)性最有效的措施，另一個(gè)重要的措施就是實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)與傳動(dòng)裝置的合理匹配。萬(wàn)有特性的應(yīng)用如果內(nèi)燃機(jī)的萬(wàn)有特性不能滿足使用要求，則應(yīng)重新選擇內(nèi)燃機(jī)，或者對(duì)內(nèi)燃機(jī)進(jìn)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(lái)改變充量系數(shù)特性，或選擇對(duì)轉(zhuǎn)速不太敏感的燃燒系統(tǒng)，可以影響萬(wàn)有特性最經(jīng)濟(jì)區(qū)域在橫坐標(biāo)方向的寬度；降低內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械損失，提高低速、低負(fù)荷時(shí)冷卻水溫和機(jī)油溫度，都可以降低部分負(fù)荷時(shí)的燃油消耗率，在縱坐標(biāo)方向擴(kuò)展最經(jīng)濟(jì)區(qū)。發(fā)動(dòng)機(jī)與車輛的匹配發(fā)動(dòng)機(jī)是車輛的一個(gè)總成，是汽車動(dòng)力的來(lái)源；整車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性既取決于發(fā)動(dòng)機(jī)自身的性能，又依賴于發(fā)動(dòng)機(jī)與汽車的合理匹配；發(fā)動(dòng)機(jī)的各種特性，是分析發(fā)動(dòng)機(jī)與車輛匹配的有效工具；本節(jié)主要從兩個(gè)角度改善發(fā)動(dòng)機(jī)與車輛的匹配：

?從提高動(dòng)力性的角度

?從提高經(jīng)濟(jì)性的角度從動(dòng)力性的角度改善發(fā)動(dòng)機(jī)與車輛的匹配（一）

汽車的動(dòng)力性可由三方面的指標(biāo)評(píng)價(jià)：

?汽車的最高車速

?汽車的加速時(shí)間

?最大爬坡能力變速器各檔有不同的傳動(dòng)比，可將發(fā)動(dòng)機(jī)外特性轉(zhuǎn)換成不同檔位的驅(qū)動(dòng)力與車速的曲線；由圖看出，該車的最高車速在18Okm／h以上，在1檔能爬上的最大坡度為55％，相應(yīng)地還能計(jì)算其加速時(shí)間；發(fā)動(dòng)機(jī)外特性功率曲線與汽車行駛阻力功率圖，表示發(fā)動(dòng)機(jī)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(fù)荷率低，經(jīng)濟(jì)性差。

從動(dòng)力性的角度改善發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)力——行駛阻力平衡圖直接比較其動(dòng)力性的好壞，必須把驅(qū)動(dòng)力與汽車質(zhì)量結(jié)合起來(lái)，而且還必須考慮到它們?cè)谛旭傊杏龅降目諝庾枇Φ牟町?；將單位汽車質(zhì)量的受力狀況整理成一個(gè)無(wú)因次量（稱為動(dòng)力因數(shù)D），可用以比較不同車輛的動(dòng)力性；通過(guò)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(dòng)機(jī)功率；從結(jié)構(gòu)緊湊性及減輕比質(zhì)量的角度看，汽油機(jī)明顯優(yōu)于柴油機(jī)；提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)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(jī)構(gòu)、汽油噴射等，也是改善發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性的有效措施。從動(dòng)力性的角度改善發(fā)動(dòng)機(jī)與車輛的匹配（三）

從經(jīng)濟(jì)性的角度改善發(fā)動(dòng)機(jī)與車輛的匹配（一）

汽車的燃油經(jīng)濟(jì)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(lái)衡量；對(duì)車輛進(jìn)行排放限制及燃油消耗的限制本來(lái)是兩個(gè)概念，不過(guò)兩者在技術(shù)上常常是相互制約與相互關(guān)聯(lián)的；各國(guó)法規(guī)逐年嚴(yán)格限制有害排放物的同時(shí)，還規(guī)定了對(duì)轎車行駛油耗的限值標(biāo)準(zhǔn)。

從經(jīng)濟(jì)性的角度改善發(fā)動(dòng)機(jī)與車輛的匹配（二）

從整車技術(shù)的角度看，主要有效的措施：

?降低車輛自身質(zhì)量

?改進(jìn)車輛的外形與結(jié)構(gòu)

?改善傳動(dòng)系與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配

?使用子午線輪胎從車輛對(duì)動(dòng)力選型的