發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線

167第11章發(fā)動(dòng)機(jī)特性內(nèi)容提要發(fā)動(dòng)機(jī)特性與特性曲線的含義、分類與意義發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)特性的含義、分類與曲線發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速特性發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)的校正11.1基本觀點(diǎn)全面認(rèn)識(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)在所有工況下的性能指標(biāo)的變化，對(duì)合理使用、檢查與維修發(fā)動(dòng)機(jī)，都有很強(qiáng)的合用價(jià)值。發(fā)動(dòng)機(jī)特性與特性曲線1?發(fā)動(dòng)機(jī)特性發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)隨調(diào)整情況及運(yùn)轉(zhuǎn)情況而變化的關(guān)系稱為發(fā)動(dòng)機(jī)特性。發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)主要有功率、轉(zhuǎn)矩、燃料消耗率、排氣溫度、排氣煙度等；調(diào)整情況主要指柴油機(jī)的供油提早角、汽油機(jī)的點(diǎn)火提早角、發(fā)動(dòng)機(jī)燃料等可調(diào)因素對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響；運(yùn)轉(zhuǎn)情況一般指發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷等。2?特性曲線為了直觀顯示發(fā)動(dòng)機(jī)的特性，常以曲線形式表示，稱為發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線。圖11-1為Audi(奧迪)2.4L四缸5氣門汽油機(jī)的外特性曲線。發(fā)動(dòng)機(jī)特性分類發(fā)動(dòng)機(jī)特性分調(diào)節(jié)特性和性能特性兩大類。(1)調(diào)節(jié)特性指發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)隨調(diào)節(jié)情況而變化的關(guān)系。如柴油機(jī)的供油提早角調(diào)節(jié)特性、汽油機(jī)的點(diǎn)火提早角調(diào)節(jié)特性、汽油機(jī)的燃料調(diào)節(jié)特性等。(2)性能特性指內(nèi)燃機(jī)的性能指標(biāo)隨運(yùn)行工況而變化的關(guān)系。如負(fù)荷特性、速度特性、調(diào)速特性、萬(wàn)有特性、螺旋槳

圖11-1發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線(Audi2.4L5氣門V汽油機(jī)外特性)161167特性等。發(fā)動(dòng)機(jī)特性的制取發(fā)動(dòng)機(jī)特性需在特意的試驗(yàn)臺(tái)（俗稱發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架）上進(jìn)行，圖11-2顯示了帶水力測(cè)功器的試驗(yàn)臺(tái)的基本組成。它能夠模擬發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際工況，使其在要求的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷下工作，并能夠同步測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)在各樣工況下的功率、燃料消耗、廢氣排放、氣缸壓力等性能參數(shù)。發(fā)動(dòng)機(jī)特性試驗(yàn)，國(guó)家已有標(biāo)準(zhǔn)，需按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在規(guī)定的條件下進(jìn)行。11.2發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)特性發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)特性對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的正確調(diào)整、使用與維修關(guān)系親密，值得重視。

1H11圖11-2發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)1-發(fā)動(dòng)機(jī)2-數(shù)顯水溫表3-數(shù)顯油壓表4-數(shù)顯排溫表5-油門履行器6-轉(zhuǎn)速表7-負(fù)荷表8-水門履行器9-水溫傳感器10-油壓傳感器11-排溫傳感器12-氣缸壓力傳感器13-油壓傳感器14-針閥升程儀15-電荷放大器16-電荷放大器17-霍爾針閥傳感器18-示波器19-水力測(cè)功器20-轉(zhuǎn)角信號(hào)發(fā)生器21-電荷放大器22-A/D變換板23-微機(jī)24-打印機(jī)25-顯示器柴油機(jī)供油提早角調(diào)節(jié)特性它是指在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速一定和油量控制機(jī)構(gòu)（如噴油泵的供油拉桿）地點(diǎn)一定條件下，其功率、燃料消耗率等性能指標(biāo)隨供油提早角變化而變化的關(guān)系。圖11-3為柴油機(jī)供油提早角調(diào)節(jié)特性曲線。由曲線可見，隨著供油提早角B的改變，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率與燃料消耗率也隨著變化。對(duì)應(yīng)于最大功率和最小燃料消耗率的供油提早角即為最正確供油提早角。發(fā)動(dòng)機(jī)使用維修時(shí)，應(yīng)注意按照使用說(shuō)明書要求，檢查調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)靜態(tài)最正確供油提早角。B-f上最正確供油提早角是隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化里而變化的，它一般由供油提早角自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置來(lái)控制。關(guān)于電控柴油機(jī)，則由ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)Jf缶機(jī)工況精準(zhǔn)控制。LZ孕羊圖11-3柴油機(jī)供油提早角調(diào)汽油機(jī)點(diǎn)火提早角調(diào)節(jié)特性162163燃料消耗率等性能它是指在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和節(jié)氣門開度一定條件下，其功率、指標(biāo)隨點(diǎn)火提早角變化而11-3），可將B視為點(diǎn)火提變化的關(guān)系。點(diǎn)火提早角調(diào)整特性曲線形式與柴油機(jī)近似（圖前角?？梢?，隨著點(diǎn)火提早角的改變，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率與燃料消耗率也隨著變化。對(duì)應(yīng)于最大功率和最小燃料消耗率的點(diǎn)火提前角即為最正確點(diǎn)火提早角。汽油機(jī)的燃料調(diào)節(jié)特性是指在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速一定，節(jié)氣門開-度一定條件三鼻養(yǎng)下，其功率、燃料消耗率等性能指標(biāo)隨混淆氣J濃度而變化的關(guān)系。圖11-4為汽油機(jī)燃料調(diào)節(jié)特性曲線。由圖可見，隨著混淆氣濃度的改變，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率與燃料消耗率也隨著變化。對(duì)應(yīng)于過(guò)度空氣系數(shù)約處，燃料消耗率最低，稱此時(shí)的混淆氣為經(jīng)濟(jì)混淆氣；而對(duì)應(yīng)于約0.93處，發(fā)動(dòng)機(jī)平均有效壓力最大，動(dòng)力性能最高，稱此時(shí)的混淆氣為功率混淆氣。汽油機(jī)應(yīng)根據(jù)工況變化，自動(dòng)調(diào)整其混淆氣濃度在最正確值工作?；推魇桨l(fā)動(dòng)機(jī)靠化油器進(jìn)行大略調(diào)節(jié)，現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)則靠電控燃油噴射系統(tǒng)精準(zhǔn)調(diào)節(jié)控制。

圖11-4汽油機(jī)燃料調(diào)整a-過(guò)度空1氣.15系數(shù)a-空燃比11.3發(fā)動(dòng)機(jī)性能特性與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的性能特性主要有發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性、速度特性、萬(wàn)有特性和調(diào)速特性四種。發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷特性是指在轉(zhuǎn)速一準(zhǔn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)（燃油消耗率、排氣溫度等）隨負(fù)荷（功率、平均有效壓力等）的改變而變化的關(guān)系。相應(yīng)的曲線稱為負(fù)荷特性曲線。它主要被用來(lái)評(píng)論發(fā)動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速一定下，以不同的負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的經(jīng)濟(jì)性，如汽車以一定的速度沿阻力變化的道路行駛。發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性曲線如圖11-5所示。由圖可見，隨著負(fù)荷的增加，燃料消耗率開始時(shí)急劇下降，到A點(diǎn)油耗最低。標(biāo)定轉(zhuǎn)速下的該油耗值被稱為該發(fā)動(dòng)機(jī)的最低燃油消耗率。但此時(shí)并非發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率點(diǎn)。點(diǎn)后，隨著負(fù)荷的增加，發(fā)動(dòng)機(jī)功率增大，燃料消耗率又上漲。負(fù)荷增加到一定值，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣冒煙超標(biāo)，稱為冒煙界線，發(fā)動(dòng)機(jī)工作不允許高出冒煙界線。其適宜的工作地區(qū)應(yīng)當(dāng)在最低油耗點(diǎn)A鄰近。163167有的貨車超載運(yùn)行，將致使燃油消耗急劇上漲，發(fā)動(dòng)164163機(jī)過(guò)熱，壽命下降，排氣冒煙嚴(yán)重，污染大氣。還會(huì)致使動(dòng)距離加長(zhǎng)，容易出現(xiàn)交通事故，這是不可取的。為了兼顧發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力與經(jīng)濟(jì)性能，標(biāo)定功率點(diǎn)一般定在冒煙界線以內(nèi)與最低燃油消耗點(diǎn)之間，可從座標(biāo)原點(diǎn)引負(fù)荷特性燃油消耗率曲線的切線，交點(diǎn)E即作為發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)定工況點(diǎn)。實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)工作中，往往由于負(fù)荷不足（如汽車載貨量少等），而處于部分負(fù)荷下工作，導(dǎo)致燃料消耗率上漲。有經(jīng)驗(yàn)的駕駛員，就會(huì)采取加快滑行法、汽車掛高擋或帶拖車等方法使發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷增加，進(jìn)而達(dá)到節(jié)油的目的。發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性速度特性是指當(dāng)燃料供給調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（汽油機(jī)的節(jié)氣門或柴油機(jī)噴油泵的油量控制拉桿）地點(diǎn)不變時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)（轉(zhuǎn)矩、功率、燃油消耗率等）隨轉(zhuǎn)速的改變而變化的關(guān)系。對(duì)應(yīng)的曲線稱為速度特性曲線。當(dāng)燃料供給調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)固定在全負(fù)荷地點(diǎn)（汽油機(jī)節(jié)氣門全開地點(diǎn)或柴油機(jī)的油量控制拉桿在額定供油量地點(diǎn)）時(shí)，所測(cè)得的速度特性稱外特性或全負(fù)荷速度特性。當(dāng)燃料供給調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)固定在全負(fù)荷以內(nèi)各地點(diǎn)時(shí)，所測(cè)得的速度特性就稱為部分負(fù)荷速度特性。汽車的節(jié)氣門不變，上坡或下坡時(shí)，由于外界負(fù)荷的變化，車速將產(chǎn)生相應(yīng)變化就是屬于速度特性工況。圖11-6為YC6108ZQ柴油機(jī)外特性曲線。從外特性曲線能夠看出該發(fā)動(dòng)機(jī)所能達(dá)到的最大功率、最大轉(zhuǎn)矩、最低燃料消耗率及其對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速，還能夠看出在任一轉(zhuǎn)速下所對(duì)應(yīng)的功率和轉(zhuǎn)矩，若要發(fā)揮最大轉(zhuǎn)矩，則應(yīng)當(dāng)適合降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。在圖上還能夠看出排氣溫度及煙度隨轉(zhuǎn)速、功率、轉(zhuǎn)矩變化而變化的關(guān)系。從外特性曲線還能夠計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩儲(chǔ)備系數(shù)0tq、轉(zhuǎn)速儲(chǔ)備系數(shù)0n和適應(yīng)性系數(shù)6ntq圖11-6發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性曲線temaxTeb蟲n2ntqtq■n式中Temax--------外特性曲線上最大轉(zhuǎn)矩（N，Hi）；165166gb----標(biāo)定工況轉(zhuǎn)矩（N?m）;ni-----標(biāo)定轉(zhuǎn)速（r/min）；n2------最大轉(zhuǎn)矩時(shí)轉(zhuǎn)速（r/min）。0tq、0n和0ntq表征了發(fā)動(dòng)機(jī)的短期超載能力。當(dāng)汽車爬坡，如不換擋，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速就會(huì)下降，從外特性曲線上看，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩會(huì)增加，以戰(zhàn)勝外界阻力。0tq、0n和0ntq越大，不換擋戰(zhàn)勝外界阻力的能力就越強(qiáng)。汽油機(jī)0tq、0n和0ntq值較大，分別可達(dá)1.21.4、1.5?3.8和1.8?5.3;而柴油機(jī)（非增壓）外特性的轉(zhuǎn)矩曲線較為平展，0tq、0n和0ntq值較小，只有1.05、1.5?2.0和1.6?2.1，不能適應(yīng)實(shí)際工作需要，所以柴油機(jī)都安裝有調(diào)速器來(lái)進(jìn)行校正。發(fā)動(dòng)機(jī)的部分負(fù)荷速度特性曲線隨著汽油機(jī)的節(jié)氣門開度或柴油機(jī)的油量控制拉桿地點(diǎn)的減小，功率和轉(zhuǎn)矩曲線幾乎從外特性平行下移。對(duì)汽油機(jī)，負(fù)荷越小，節(jié)氣門開度越小，進(jìn)氣阻力越大，充氣效率下降，使其功率、轉(zhuǎn)矩下降圖11-7發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性越快，所以部分負(fù)荷速度特性曲線也變得越陡（圖11-7）。1-外特性2、3、4-部分負(fù)荷速度特性1JOOnW25DQnA■mb"發(fā)動(dòng)機(jī)的萬(wàn)有特性負(fù)荷特性只能剖析某一轉(zhuǎn)速下發(fā)動(dòng)機(jī)各性能參數(shù)隨負(fù)荷的變化，而速度特性只能剖析在某一油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)地點(diǎn)下的內(nèi)燃機(jī)各性能參數(shù)隨轉(zhuǎn)速的變化。實(shí)際上內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷均在很大范圍內(nèi)變化，要剖析各工況下發(fā)動(dòng)機(jī)的性能就需要很多張圖形，很不方便，亦不清晰。能在一張圖上表示發(fā)動(dòng)機(jī)各性能參數(shù)與轉(zhuǎn)速、負(fù)荷之間的相互關(guān)系就稱為萬(wàn)有特性，也稱為多參數(shù)特性，相應(yīng)的曲線稱為萬(wàn)有特性曲線。萬(wàn)有特性曲線能夠利用發(fā)動(dòng)機(jī)各樣轉(zhuǎn)速下的負(fù)荷特性曲線來(lái)變換作圖。圖11-8為YC6108ZQ四氣門柴油機(jī)萬(wàn)有特性曲線。圖中虛線為等功率曲線，位于上層的等功率曲線的功率大。實(shí)線為等油耗線，最內(nèi)層的等油耗曲線耗油率最低，為最經(jīng)濟(jì)區(qū)，越往外層，經(jīng)濟(jì)性越差；若等油耗線呈橫向拉長(zhǎng)，說(shuō)明發(fā)動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速變化較

1.26鹿490?.ES圖11-8萬(wàn)有特性曲線165167大情況下工作，燃料消耗率變化小，較經(jīng)濟(jì)；若等油耗線呈縱向拉長(zhǎng)，說(shuō)明發(fā)動(dòng)機(jī)在負(fù)荷變化較大情況下工作，燃料消耗率變化小，較經(jīng)濟(jì)。不同用途的發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)萬(wàn)有特性曲線有不同的要求。從圖中能夠清楚看到發(fā)動(dòng)機(jī)在各樣不同轉(zhuǎn)速和負(fù)荷下的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，發(fā)動(dòng)機(jī)要想獲得最低燃料消耗，能夠經(jīng)過(guò)改變發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)。調(diào)速特性調(diào)速特性是指柴油機(jī)噴油泵調(diào)速手柄地點(diǎn)一準(zhǔn)時(shí)，柴油機(jī)性能參數(shù)（轉(zhuǎn)矩、功率、轉(zhuǎn)速、燃油消耗率等）隨負(fù)荷而變化的關(guān)系。對(duì)應(yīng)的曲線稱為調(diào)速特性曲線。它被用來(lái)評(píng)論柴油機(jī)帶調(diào)速器此后的實(shí)際工作性能指標(biāo)，還能夠用來(lái)評(píng)論調(diào)速器的工作性能。圖11-9所示為橫坐標(biāo)是功率的調(diào)速特性曲線。根據(jù)剖析需要，調(diào)速特性曲線也能夠采用轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩為橫坐標(biāo)。曲線剖析能夠看到，從標(biāo)定轉(zhuǎn)速（曲線拐彎點(diǎn)）到最高空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速這一段的曲線，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷變化很大，但轉(zhuǎn)速變化很小，這是因?yàn)椴裼蜋C(jī)噴油泵調(diào)速器起調(diào)速作用的結(jié)果，隨著負(fù)荷增大，自動(dòng)增加供油量，以維持轉(zhuǎn)速基本穩(wěn)定，所以該段是調(diào)速器的調(diào)速區(qū)段。也有稱特殊的負(fù)荷特性段，因?yàn)樗芙朴诎l(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷特性，只是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速略有變化。能夠從這一段曲線進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性剖析及調(diào)速器工作性能（如穩(wěn)定調(diào)速率等）分析。從標(biāo)定工況到最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)的曲線，隨著外界負(fù)荷增加，噴油泵調(diào)速器依賴校正功能而改動(dòng)供油拉桿，少量增加供油量，以知足發(fā)動(dòng)機(jī)短時(shí)間超負(fù)荷的需要。所以該段是調(diào)速器的校正區(qū)段。也有稱特殊的速度特性段，因?yàn)樗芙朴诎l(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性，只是噴油泵供油拉桿略有移動(dòng)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大，如再增加外界負(fù)荷，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速便急劇下降，噴油泵供油拉桿已經(jīng)無(wú)法再移動(dòng)增加供油量，所以發(fā)動(dòng)機(jī)按速度特性曲線規(guī)律變化。隨負(fù)荷的增加發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速急劇下降，功率、轉(zhuǎn)矩下降，耗油率增大。從調(diào)速特性曲線上能夠方便地找到標(biāo)定工況和任一工況下的轉(zhuǎn)速、功率、轉(zhuǎn)矩、燃油消耗率等各樣動(dòng)力、經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)之間的相互關(guān)系。用以比較不同柴油機(jī)的性能優(yōu)劣，指導(dǎo)人們正確地使用和維修柴油機(jī)。還能夠計(jì)算柴油機(jī)的扭矩儲(chǔ)備，以判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的短時(shí)超負(fù)荷能力；計(jì)算出穩(wěn)定調(diào)速率，以判斷調(diào)速器的工作性能。11.4發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)的校正性能指標(biāo)校正的必要性由于大氣狀態(tài)的不同，同一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，在不同地域測(cè)得的性能指標(biāo)就會(huì)產(chǎn)生差別。如天津測(cè)得某發(fā)動(dòng)機(jī)功率為68kW油耗為321g/kW.h。而到拉薩測(cè)得的功167167率變?yōu)?2kW下降了38%;油耗為429g/kW.h，上漲了34%。大氣狀態(tài)（大氣壓力、溫度、相對(duì)濕度）變化，致使發(fā)動(dòng)機(jī)工質(zhì)產(chǎn)生變化。當(dāng)大氣壓力下降、溫度升高或相對(duì)濕度增大，會(huì)致使空氣密度變小，使實(shí)際進(jìn)入氣缸的氧氣量減少