汽車發(fā)動機(jī)原理（第5版） 課件 第八章 內(nèi)燃機(jī)特性

汽車發(fā)動機(jī)原理

（第5版）Contents第二章四沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣過程第三章柴油機(jī)混合氣形成和燃燒第四章汽油機(jī)混合氣形成和燃燒第五章代用燃料發(fā)動機(jī)及新能源汽車第六章內(nèi)燃機(jī)噪聲、排放污染及防治第七章內(nèi)燃機(jī)的廢氣渦輪增壓第八章內(nèi)燃機(jī)特性第一章內(nèi)燃機(jī)性能指標(biāo)及實(shí)際循環(huán)計算方法第八章內(nèi)燃機(jī)特性第一節(jié)內(nèi)燃機(jī)工況第二節(jié)內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷特性第三節(jié)

內(nèi)燃機(jī)速度特性第四節(jié)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)矩特性第五節(jié)柴油機(jī)調(diào)速特性第六節(jié)內(nèi)燃機(jī)萬有特性第七節(jié)內(nèi)燃機(jī)與車輛的匹配第八節(jié)提高內(nèi)燃機(jī)性能指標(biāo)的途徑第九節(jié)內(nèi)燃機(jī)的功率標(biāo)定及大氣修正

第一節(jié)

燃機(jī)工況第一類工況，又稱恒速工況第二類工況，內(nèi)燃機(jī)功率與轉(zhuǎn)速成一定函數(shù)關(guān)系。第三類工況，內(nèi)燃機(jī)功率與轉(zhuǎn)速之間沒有一定的函數(shù)關(guān)系，且功率與轉(zhuǎn)速都獨(dú)立地在很大范圍內(nèi)變化圖8-1內(nèi)燃機(jī)的三類典型工況曲線1.內(nèi)燃機(jī)的三類典型工況

第一節(jié)

燃機(jī)工況

內(nèi)燃機(jī)輸出的有效指標(biāo)通常用平均有效壓力pe、有效轉(zhuǎn)矩Me、有效功率Pe、有效燃料消耗率ge以及每小時耗油量GT表示，這些指標(biāo)與內(nèi)燃機(jī)工作過程參數(shù)的關(guān)系可以推導(dǎo)如下2.內(nèi)燃機(jī)有效性能指標(biāo)與工作過程參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系

第二節(jié)

內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷特性

當(dāng)汽油機(jī)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(fù)荷,如改變水力測功器水量,以保持轉(zhuǎn)速不變),每小時耗油量GT和耗油率ge隨功率Pe(或轉(zhuǎn)矩Me、平均有效壓力pe)變化的關(guān)系稱為汽油機(jī)負(fù)荷特性。1.汽油機(jī)負(fù)荷特性圖8-3汽油機(jī)ηｉ、ηｍ隨負(fù)荷的變化圖8-3

25Y—6100Ｑ型車用汽油機(jī)的負(fù)荷特性

第二節(jié)

內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷特性

當(dāng)柴油機(jī)保持某一定轉(zhuǎn)速不變，而逐漸移動油量調(diào)節(jié)杠桿，改變每循環(huán)供油量Δｇ時，GT、ge隨Pe(或Me、pe)變化的關(guān)系即柴油機(jī)負(fù)荷特性。2.柴油機(jī)負(fù)荷特性圖8-5柴油機(jī)ηｉ、ηｍ隨負(fù)荷的變化圖8-4

6135Ｑ柴油機(jī)負(fù)荷特性

第二節(jié)

內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷特性

由負(fù)荷特性可以看出:(１)同一轉(zhuǎn)速下最低有效燃油消耗率gemin越小,低油耗區(qū)曲線變化越平坦,經(jīng)濟(jì)性越好。(２)有效燃油消耗率ge是隨負(fù)荷增加而降低m在接近全負(fù)荷時(常在80%負(fù)荷左右)mｇｅ達(dá)到最小。2.柴油機(jī)負(fù)荷特性

第三節(jié)

內(nèi)燃機(jī)速度特性汽油機(jī)節(jié)氣門開度固定不動,其有效功率Pe、轉(zhuǎn)矩Me、有效燃油消耗率ge、每小時耗油量GT等隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系稱為汽油機(jī)速度特性。節(jié)氣門保持全開,所測得的速度特性稱為外特性。1.汽油機(jī)速度特性第三節(jié)

內(nèi)燃機(jī)速度特性1.汽油機(jī)速度特性圖8-6

ＢＪ—４９２汽油機(jī)外特性圖8-7

汽油機(jī)ηｉ、ηｖ、ηｍ和ｐｍ隨轉(zhuǎn)速ｎ的變化外特性曲線

汽油機(jī)外特性是在節(jié)氣門全開時測得的,曲線每一點(diǎn)表示它在此轉(zhuǎn)速下的最大功率及轉(zhuǎn)矩,代表內(nèi)燃機(jī)最高動力性能,所有汽油機(jī)均需作外特性曲線。第三節(jié)

內(nèi)燃機(jī)速度特性1.汽油機(jī)速度特性圖8-8

25Ｙ6100Ｑ型車用汽油機(jī)的速度特性１

全負(fù)荷

２75％負(fù)荷、３50％負(fù)荷

４25％負(fù)荷部分速度特性曲線

節(jié)氣門開度越小，轉(zhuǎn)矩Ｍｅ隨轉(zhuǎn)速增加而下降得越快，最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)及最大功率點(diǎn)均向低轉(zhuǎn)速方向。第三節(jié)

內(nèi)燃機(jī)速度特性2.柴油機(jī)速度特性圖8-9

6120Ｑ型柴油機(jī)外特性

柴油機(jī)的油量調(diào)節(jié)杠桿(油門)位置固定不動(說明調(diào)速器不參與工作)，柴油機(jī)性能指標(biāo)(主要是Ｐｅ、Ｍｅ、ＧＴ、ｇｅ)隨轉(zhuǎn)速ｎ變化的關(guān)系稱為柴油機(jī)速度特性。圖8-8

6135柴油機(jī)部分速度特性１

90％負(fù)荷

，２75％負(fù)荷，３25％負(fù)荷第三節(jié)

內(nèi)燃機(jī)速度特性2.柴油機(jī)速度特性標(biāo)定功率速度特性曲線

由圖8-11各參數(shù)的變化趨勢可知，低轉(zhuǎn)速時，隨著轉(zhuǎn)速的增加，Δｇ、ηｉ增加，而ηｍ下降，故Ｍｅ增加。高轉(zhuǎn)速時，由于Δｇ隨轉(zhuǎn)速的增加而上升，抵消了ηｉ、ηｍ下降的影響，因此隨轉(zhuǎn)速上升，柴油機(jī)轉(zhuǎn)矩Ｍｅ下降不明顯。曲線變化平緩，甚至有的是一直微微上傾。圖8-8

柴油機(jī)中ηｉ、ηｍ、ηｖ、Δｇ隨ｎ的變化第三節(jié)

內(nèi)燃機(jī)速度特性2.柴油機(jī)速度特性部分速度特性

油量調(diào)節(jié)杠桿固定在低于標(biāo)定功率循環(huán)供油量位置上時，循環(huán)供油量減小，但Δｇ隨ｎ的變化趨勢基本相似，亦是隨ｎ的增加而上升，所以柴油機(jī)部分速度特性Ｍｅ的變化基本上與外特性Ｍｅ平行，即Ｍｅ隨轉(zhuǎn)速變化不大。第四節(jié)

內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)矩特性

內(nèi)燃機(jī)的性能特性均按照人為設(shè)計的最優(yōu)方案呈現(xiàn)，而不是上述負(fù)荷特性和速度特性的典型形狀。圖8-13

采用電控燃油噴射和可變氣門正時的汽油機(jī)外特性曲線圖8-12重型電控增壓中冷柴油機(jī)外特性曲線第四節(jié)

內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)矩特性1.衡量內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)矩特性的參數(shù)轉(zhuǎn)矩儲備系數(shù)μ及轉(zhuǎn)矩適應(yīng)系數(shù)ＫＭ

要充分表明內(nèi)燃機(jī)的動力性能，除給出標(biāo)定功率及其相應(yīng)轉(zhuǎn)速外，還要同時考慮內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性，而引入轉(zhuǎn)矩儲備系數(shù)μ和轉(zhuǎn)矩適應(yīng)系數(shù)ＫＭ的概念。式中:Ｍｅｍａｘ———外特性曲線上最大轉(zhuǎn)矩N·mＭｅＨ———標(biāo)定工況(或最大功率)時的轉(zhuǎn)矩

N·m第四節(jié)

內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)矩特性1.衡量內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)矩特性的參數(shù)轉(zhuǎn)速適應(yīng)系數(shù)Ｋｎ

標(biāo)定工況(或最大功率)時的轉(zhuǎn)速ｎＨ與最大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)速ｎＴ之比稱轉(zhuǎn)速適應(yīng)系數(shù)。它的大小也影響到克服阻力的潛力。圖8-14最大轉(zhuǎn)矩時的轉(zhuǎn)速對克服阻力增加的影響第四節(jié)

內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)矩特性1.衡量內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)矩特性的參數(shù)理想功率特性系數(shù)ＫＰ

上述轉(zhuǎn)矩適應(yīng)系數(shù)ＫＭ和轉(zhuǎn)速適應(yīng)系數(shù)Ｋｎ這兩個衡量內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)矩特性的參數(shù)，都能各自獨(dú)立地反映車用內(nèi)燃機(jī)的動力儲備能力，但不能說明在汽車行駛阻力增大時，內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速下降與轉(zhuǎn)矩增加(在ｎＴ－ｎＨ范圍內(nèi))之間的變化關(guān)系，而這應(yīng)該是反映車用內(nèi)燃機(jī)動力儲備性能的一個綜合性指標(biāo)，從而引出了一個新的衡量指標(biāo)———理想功率特性系數(shù)ＫＰ。第四節(jié)

內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)矩特性1.衡量內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)矩特性的參數(shù)內(nèi)燃機(jī)的理想外特性及ＫＰ

內(nèi)燃機(jī)的動力可以保證汽車在任何行駛阻力矩的條件下，無須變速器而能行駛自如，在應(yīng)用車速范圍內(nèi)有良好的經(jīng)濟(jì)性，且車速和燃油消耗率均相對穩(wěn)定，這就要求汽車內(nèi)燃機(jī)有所謂的“理想外特性”。圖8-15內(nèi)燃機(jī)的理想外特性圖8-16在(ｎＴ,ｎＨ)范圍內(nèi),內(nèi)燃機(jī)的理想、實(shí)際、平均功率值

根據(jù)定義和圖8-16表示的幾何意義可知:ＫＰ值越大(接近于1),則說明該內(nèi)燃機(jī)的功率外特性曲線越逼近于理想外特性的功率曲線,其動力儲備性能越好,故用ＫＰ作為車用內(nèi)燃機(jī)動力儲備性能的綜合評價指標(biāo)是理想的。第四節(jié)

內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)矩特性2.柴油機(jī)轉(zhuǎn)矩校正在柴油機(jī)機(jī)械控制燃油噴射系統(tǒng)中一般都采用油量校正裝置來實(shí)現(xiàn)。

油量校正裝置的作用是:當(dāng)柴油機(jī)在標(biāo)定工況下工作時，若外界阻力矩再增大，則迫使柴油機(jī)轉(zhuǎn)速下降(在不換擋的情況下)，隨著轉(zhuǎn)速的下降，噴油泵能自動增加循環(huán)供油量，以增大低速時的轉(zhuǎn)矩，改造外特性轉(zhuǎn)矩曲線，提高轉(zhuǎn)矩儲備系數(shù)。第四節(jié)

內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)矩特性2.柴油機(jī)轉(zhuǎn)矩校正油量校正方法:(１)出油閥式校正機(jī)構(gòu).(２)設(shè)置在調(diào)速器上的彈簧校正機(jī)構(gòu).圖8-17全程式調(diào)速器工作原理１調(diào)速手柄、２調(diào)速彈簧、３固定螺母、４油量調(diào)節(jié)拉桿、５推力盤、６托板、７油量調(diào)節(jié)螺釘、８怠速螺釘、９限速螺釘圖8-18彈簧校正器工作原理４油量調(diào)節(jié)拉桿、５推力盤、６托板、７油量調(diào)節(jié)螺釘、１０固定螺母、１１擋頭、１２校正彈簧座、１３校正彈簧圖8-18彈簧校正器作用ａ裝校正彈簧、ｂ未裝校正彈簧第五節(jié)

柴油機(jī)調(diào)速特性1.全程式調(diào)速器的調(diào)速特性當(dāng)調(diào)速手柄固定在轉(zhuǎn)速限制位置(即最大轉(zhuǎn)速)時，調(diào)速彈簧便具有人為的最大預(yù)緊力，其調(diào)速特性如圖8-20中曲線２所示：圖8-216120柴油機(jī)調(diào)速特性１外特性、２~５調(diào)速特性速度特性形式的調(diào)速特性圖8-20調(diào)速特性第五節(jié)

柴油機(jī)調(diào)速特性1.全程式調(diào)速器的調(diào)速特性負(fù)荷特性形式的調(diào)速特性圖8-22

6100柴油機(jī)的調(diào)速特性

Ｍｅ、ｎ、ＧＴ、ｇｅ因外界阻力矩減小，而調(diào)速器參與工作(產(chǎn)生減油動作)時的變化關(guān)系，如圖8-22中四條相應(yīng)曲線上的實(shí)線部分所示，此實(shí)線段即為負(fù)荷特性形式的調(diào)速特性曲線。第五節(jié)

柴油機(jī)調(diào)速特性2.兩極式調(diào)速器的調(diào)速特性圖8-23兩極調(diào)速器的調(diào)速特性

由于兩極式調(diào)速器只有在調(diào)試好的最低轉(zhuǎn)速范圍及最高轉(zhuǎn)速范圍時起作用，故柴油機(jī)的轉(zhuǎn)矩曲線在上述轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，才能在調(diào)速器的作用下，如同全程式調(diào)速器的工作原理一樣，產(chǎn)生急劇變化。第五節(jié)

柴油機(jī)調(diào)速特性3.調(diào)速器的工作指標(biāo)１.調(diào)速率１)瞬時調(diào)速率δ１２)穩(wěn)定調(diào)速率δ２２.不靈敏度第六節(jié)

內(nèi)燃機(jī)萬有特性圖8-25萬有特性曲線的作法內(nèi)燃機(jī)的萬有特性又稱為多參數(shù)(組合)特性。為了能在一張圖上較全面地表示內(nèi)燃機(jī)性能,經(jīng)常應(yīng)用多參數(shù)的特性曲線,稱為萬有特性。圖8-24

NJ422A汽油機(jī)萬有特性曲線ｇｅ單位:有括號為ｇ/(kW·h);無括號為ｇ/(PS·h)第七節(jié)

內(nèi)燃機(jī)與車輛的匹配圖8-26汽車的驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖汽車的行駛阻力Fr按下式計算∶Fr＝Ff＋Fw＋Fi＋Fj式中:Ff———汽車滾動阻力Fw———汽車空氣阻力Fi———坡度阻力Fj———加速阻力據(jù)驅(qū)動力Ft與行駛阻力Fr

的平衡可得汽車的行駛方程如下:1.內(nèi)燃機(jī)外特性與汽車動力性匹配第七節(jié)

內(nèi)燃機(jī)與車輛的匹配(１)如果該曲線的形狀在橫向較長,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,燃油消耗率變化較小。(２)對于車用內(nèi)燃機(jī),希望經(jīng)濟(jì)區(qū)最好在萬有特性的中間位置,使常用轉(zhuǎn)速和負(fù)荷落在最經(jīng)濟(jì)區(qū)域內(nèi),并希望等燃油消耗率曲線沿橫坐標(biāo)方向長些。(３)如果曲線形狀在縱向較長,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,燃油消耗率變化較小。2.內(nèi)燃機(jī)萬有特性與汽車經(jīng)濟(jì)性匹配萬有特性圖分析第七節(jié)

內(nèi)燃機(jī)與車輛的匹配內(nèi)燃機(jī)與汽車傳動系的經(jīng)濟(jì)性匹配如圖8-27所示；(１)內(nèi)燃機(jī)的等功率線就是圖8-27上虛線所示的雙曲線簇。(２)對于大多數(shù)有級傳動的車輛，合理匹配的關(guān)鍵是排擋數(shù)與各擋速比、主傳動比的選擇與分配。(３)從內(nèi)燃機(jī)的角度，如何使萬有特性曲線更好地滿足整車燃油經(jīng)濟(jì)性的要求是合理匹配的另一個重要方面。2.內(nèi)燃機(jī)萬有特性與汽車經(jīng)濟(jì)性匹配汽車經(jīng)濟(jì)性匹配圖8-27內(nèi)燃機(jī)與傳動系的經(jīng)濟(jì)性匹配第八節(jié)

提高內(nèi)燃機(jī)性能指標(biāo)的途徑１.采用增壓技術(shù)、提高進(jìn)氣密度。２.合理組織燃燒過程、提高指示熱效率。３.改善換氣過程，提高充氣效率。４.提高內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速。５.提高內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械效率。６.采用二沖程提高升功率。第九節(jié)

內(nèi)燃機(jī)的功率標(biāo)定及大氣修正

內(nèi)燃機(jī)的功率標(biāo)定，是指生產(chǎn)者根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的用途規(guī)定該機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下輸出的有效功率及對應(yīng)的轉(zhuǎn)速，即額定功率與額定轉(zhuǎn)速。分類：(１)１５ｍｉｎ功率(２)１ｈ功率(３)１２ｈ功率(４)持續(xù)功率這1.內(nèi)燃機(jī)的標(biāo)定功率第九節(jié)

內(nèi)燃機(jī)的功率標(biāo)定及大氣修正國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，內(nèi)燃機(jī)測試的標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)對應(yīng)溫度T0

＝298Ｋ(25℃)，干空氣壓