發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性ppt課件.ppt

1、第七章 發(fā)動(dòng)機(jī)的特性 汽車(chē)行駛時(shí)，由于車(chē)速與行駛阻力不斷變化，則發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷亦相應(yīng)變化，以適應(yīng)汽車(chē)的需要。隨著轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的改變，發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程也會(huì)發(fā)生變化。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)在不同使用條件下具有不同的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性。,1,第一節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)工況 一、工況 發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行情況，簡(jiǎn)稱(chēng)工況。工況以功率Pe和轉(zhuǎn)速n來(lái)表示，此功率、轉(zhuǎn)速應(yīng)該與發(fā)動(dòng)機(jī)所帶動(dòng)的工作機(jī)械要求的功率、轉(zhuǎn)速相適應(yīng)。 只有當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的扭矩與工作機(jī)械消耗的扭矩相等時(shí)，兩者才能在一定轉(zhuǎn)速下按一定功率穩(wěn)定工作。,2,二、發(fā)動(dòng)機(jī)特性 發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)隨調(diào)整運(yùn)轉(zhuǎn)工況而變化的關(guān)系稱(chēng)為發(fā)動(dòng)機(jī)特性。,特性用曲線表示稱(chēng)為特性曲線，它是評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的一種簡(jiǎn)

2、單、方便、必不可少的形式。,3,三、發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)與工作過(guò)程的關(guān)系 發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的有效指標(biāo)通常用平均有效壓力pme、有效扭矩Ttq、有效功率Pe、有效燃油消耗率b、每小時(shí)耗油量B表示。這些指標(biāo)與發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程參數(shù)的關(guān)系可以推導(dǎo)如下。,4,式中 v充量系數(shù)； o大氣狀態(tài)下空氣密度（kg/m3）； Vs氣缸工作容積（m3）； 過(guò)量空氣系數(shù)； hu燃料低熱值（kJ/kg）； Lo理論空氣量（kg/kg）。,5,6,7,第二節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn),一、試驗(yàn)臺(tái)裝置 基本組成、裝配關(guān)系、固定、支承,8,二、制動(dòng)測(cè)功裝置測(cè)功器 1.水力測(cè)功器,9,2.平衡式電力測(cè)功器 3.電渦流測(cè)功器,10,三、耗油率的測(cè)量 1

3、.容積法,充油,11,測(cè)量,12,測(cè)量消耗容積v的燃油所用時(shí)間t,13,14,15,充油,16,測(cè)量,17,18,第 二節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性 發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系稱(chēng)為發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性。若駕駛員將油門(mén)踏板位置保持一定，由于道路阻力不同，汽車(chē)行駛速度也會(huì)改變，上坡時(shí)汽車(chē)速度逐漸降低，下坡時(shí)速度增加，這時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)即沿速度特性工作。,19,一、汽油機(jī)的速度特性 （1）速度特性：汽油機(jī)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度固定不動(dòng)，其有效功率Pe、扭矩Ttq、燃油消耗率b、每小時(shí)消耗油量B等隨轉(zhuǎn)速n變化的關(guān)系。 （2）測(cè)?。喊l(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)。測(cè)取前，應(yīng)將點(diǎn)火提前角及化油器調(diào)整完好；測(cè)取時(shí)，應(yīng)按規(guī)定保持冷卻水溫度、潤(rùn)滑油溫度在

4、最佳狀態(tài)。,20,節(jié)氣門(mén)全開(kāi)時(shí)速度特性稱(chēng)為外特性。節(jié)氣門(mén)部分打開(kāi)時(shí)的速度特性稱(chēng)為部分負(fù)荷速度特性。由于節(jié)氣門(mén)的開(kāi)啟可以無(wú)限變化，所以部分負(fù)荷速度特性曲線有無(wú)數(shù)條，而外特性曲線只能有一條。,21,（一）外特性曲線 1扭矩曲線變化趨勢(shì) 隨著轉(zhuǎn)速n的增加，扭距Ttq逐漸增大，出現(xiàn)最大扭距Ttqmax后逐漸下降，且下降程度越來(lái)越大。曲線呈上凸形狀。,22,根據(jù)公式 可見(jiàn)，Ttq隨n的變化取決于指示熱效率i、機(jī)械效率m、充氣效率v與過(guò)量空氣系數(shù) 隨n的變化。,23,（1）在節(jié)氣門(mén)開(kāi)度一定時(shí)，過(guò)量空氣系數(shù)at可視為常數(shù)。,（2）充氣效率v在某一中間轉(zhuǎn)速時(shí)最大。因?yàn)橐欢ǖ呐錃庀辔粌H對(duì)一種轉(zhuǎn)速最適合，此轉(zhuǎn)速下

5、能最好地利用氣流慣性。其余轉(zhuǎn)速時(shí)v均降低，曲線為上凸形。,24,（3）指示熱效率it 轉(zhuǎn)速低，進(jìn)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?，散熱及漏氣損失增加，it較低，轉(zhuǎn)速高時(shí)，燃燒過(guò)程所占曲軸轉(zhuǎn)角較大，燃燒在較大容積下進(jìn)行，it也較低。但變化比較平坦，對(duì)Ttq影響較小。,25,（4）機(jī)械效率 m 轉(zhuǎn)速增加，消 耗于機(jī)械損失功增加。因此，隨轉(zhuǎn)速升高，機(jī)械效率m明顯下降。,26,綜合作用的結(jié)果是；當(dāng)轉(zhuǎn)速由低開(kāi)始上升時(shí)，v，it同時(shí)增加的影響大于m下降的影響，使Ttq增加，對(duì)應(yīng)于某一轉(zhuǎn)速時(shí)，Ttq達(dá)到最大值。轉(zhuǎn)速繼續(xù)增加，由于v、it、m均下降，因此Ttq隨轉(zhuǎn)速升高而較快的下降，

6、即Ttq曲線變化較陡。,27,2功率變化趨勢(shì) Pe=Ttqn/9550 當(dāng)轉(zhuǎn)速由低逐漸升高時(shí)，由于Ttq、n同時(shí)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(shí)Ttqn達(dá)最大值。此后，再增加轉(zhuǎn)速，由于扭距下降超過(guò)轉(zhuǎn)速上升的影響，Pe反而下降。,28,3燃油消耗率變化趨勢(shì) b=k3/itm b在某一中間轉(zhuǎn)速當(dāng)itm達(dá)到最大值時(shí)出現(xiàn)最低值。當(dāng)轉(zhuǎn)速較此轉(zhuǎn)速低時(shí)，由于m上升彌補(bǔ)不了it的下降，使b增加。轉(zhuǎn)速較此轉(zhuǎn)速高時(shí)it、m均較低，b也增加。,29,（二）部分負(fù)荷速度特性,隨著節(jié)氣門(mén)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

7、、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(mén)開(kāi)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(diǎn)向低速方向移動(dòng)。,30,當(dāng)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度的75%左右時(shí)，耗油率曲線位置最低。超過(guò)75%開(kāi)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(kāi)度時(shí)，殘余廢氣相對(duì)增多，燃燒速率下降，使it降低，耗油率曲線位置也高，且開(kāi)度越小，耗油率曲線位置越高。,31,二、柴油機(jī)速度特性 速度特性：噴油泵油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)位置固定不動(dòng)，柴油機(jī)性能指標(biāo)（主要是功率Pe、扭距Ttq、燃油消耗率b、每小時(shí)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(jī)構(gòu)固定在標(biāo)定循環(huán)供油量位

8、置時(shí)速度特性稱(chēng)為柴油機(jī)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(jī)構(gòu)固定在小于標(biāo)定循環(huán)供油量各個(gè)位置時(shí)，所測(cè)得的速度特性稱(chēng)為柴油機(jī)。,32,（一）外特性曲線變化趨勢(shì),1扭矩曲線變化趨勢(shì) 柴油機(jī)的扭矩曲線比汽油機(jī)平坦。 柴油機(jī)扭矩曲線的變化趨勢(shì)，很大程度上決定于每循環(huán)供油量隨轉(zhuǎn)速變化的情況。,33,扭矩表達(dá)式可定性地寫(xiě)成,由式可見(jiàn)，柴油機(jī)扭距隨轉(zhuǎn)速的變化趨勢(shì)決定于it、m、b隨轉(zhuǎn)速n變化的趨勢(shì)。,34,（1）b隨轉(zhuǎn)速n的提高，每循環(huán)供油量b增加。 （2）v也是在某一中間轉(zhuǎn)速n出現(xiàn)最高值。,35,（3）i指示熱效率,i某一中間n稍高,36,2功率曲線 由于扭矩Ttq曲線變化平坦，在一定n范圍

9、內(nèi)，功率Pe幾乎與轉(zhuǎn)速n成正比增加。,37,3燃油消耗率曲線 由于柴油機(jī)壓縮比高，i較高，曲線比汽油機(jī)的平坦，最低耗油率值比汽油機(jī)相應(yīng)值低。當(dāng)i、m達(dá)到最大值時(shí)，出現(xiàn)bmin值。,38,39,三、發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩特性 要求發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩隨轉(zhuǎn)速的降低而增加。 如當(dāng)汽車(chē)上坡時(shí)，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(chē)速就要降低，此時(shí)需要發(fā)動(dòng)機(jī)隨車(chē)速降低而發(fā)出更大扭矩，以克服爬坡阻力。因此，為表明發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，引入扭距儲(chǔ)備系數(shù)和轉(zhuǎn)速儲(chǔ)備系數(shù)的概念。,40,41,或K值大，表明兩扭矩之差（Ttqmax - Ttq）值大，即隨轉(zhuǎn)速的降低，扭矩Ttq增大越快，從而在不換檔的情況下，爬坡能力、克服短期

10、超負(fù)荷的能力越強(qiáng)。 汽油機(jī)：值在10%30%范圍，K值在1.21.4。 柴油機(jī)：若不予以校正，則值只有5%10%范圍，K值只有1.05左右，難以滿(mǎn)足車(chē)輛使用要求。,42,43,（三）柴油機(jī)扭矩特性的改善 柴油機(jī)扭矩儲(chǔ)備系數(shù)小的根本原因是由噴油泵速度特性決定的。因此，柴油機(jī)中都采用油量校正裝置來(lái)改造外特性扭矩曲線。 油量校正裝置的作用是：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在標(biāo)定工況下工作時(shí)，如果轉(zhuǎn)速因外界阻力矩不斷增加而下降，則噴油泵能自動(dòng)增加循環(huán)供油量，以增大低速時(shí)的扭矩，提高扭矩儲(chǔ)備系數(shù)。,44,校正方法： （1）出油閥式校正機(jī)構(gòu)。 （2）附加在調(diào)速器上的彈簧校正機(jī)構(gòu)。,45,負(fù)荷特性：轉(zhuǎn)速不變，其經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)隨負(fù)荷（

11、可用功率Pe、扭矩Ttq或平均有效壓力Pme表示）的變化關(guān)系。 當(dāng)汽車(chē)以一定的速度沿阻力變化的道路行駛時(shí)，就是這種情況。此時(shí)必須改變發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)來(lái)調(diào)整有效扭矩，以適應(yīng)外界阻力矩的變化，以保持發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變。,第三節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷特性,46,一、汽油機(jī)負(fù)荷特性 1.負(fù)荷特性：當(dāng)汽油機(jī)轉(zhuǎn)速不變，而逐漸改變節(jié)氣門(mén)開(kāi)度，每小時(shí)耗油量B、燃料消耗率b隨負(fù)荷（Pe、Ttq或Pme）而變化的關(guān)系。 2.測(cè)?。喊l(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)。測(cè)取前應(yīng)將化油器、點(diǎn)火提前角調(diào)整完好；測(cè)取時(shí)應(yīng)按規(guī)定保持冷卻水溫度、潤(rùn)滑油溫度在最佳狀態(tài)。 3.汽油機(jī)靠改變節(jié)氣門(mén)開(kāi)度，改變進(jìn)入氣缸的混合氣數(shù)量來(lái)適應(yīng)負(fù)荷變化。其負(fù)荷的調(diào)節(jié)方法稱(chēng)為“量調(diào)節(jié)

12、”。,47,汽油機(jī)負(fù)荷特性分析,（一）燃油消耗率曲線 由公式b=k3/itm可知，燃油消耗率b的變化取決于it、m的變化。it、m隨負(fù)荷的變化如圖所示。,48,（1）i 轉(zhuǎn)速一定，負(fù)荷增加，節(jié)氣門(mén)開(kāi)度加大，殘余廢氣相對(duì)減少，熱負(fù)荷增加，從而改善了燃油霧化、混合條件，使燃燒速度加快，散熱損失相對(duì)減少，i增加。負(fù)荷增至大負(fù)荷，加濃裝置工作，i下降。,49,（2）m m隨負(fù)荷的增加而迅速增加。原因是轉(zhuǎn)速一定而負(fù)荷增加時(shí)，機(jī)械損失功率Pm變化不大，指示功率Pi成正比增加，使m=1（Pm /Pi）增加。,50,當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)（Pe=0）時(shí)，指標(biāo)功率完全用于克服機(jī)械損失，即Pi=Pm，則m=0，耗油率b為無(wú)

13、窮大。隨負(fù)荷（節(jié)氣門(mén)開(kāi)度）增大，由于i、m同時(shí)上升，使耗油率曲線迅速下降。當(dāng)im達(dá)到最大值出現(xiàn)最低耗油率bmin后，隨節(jié)氣門(mén)逐漸增至全開(kāi)，化油器加濃裝置參加工作，供給最大功率混合氣，燃燒不完全現(xiàn)象增加，i下降，使耗油率又有所增加。,51,（二）每小時(shí)耗油量B曲線,B幾乎隨節(jié)氣門(mén)開(kāi)度呈線性變化。當(dāng)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度增大至化油器加濃裝置參加工作后，B上升得更快一些。,52,二、柴油機(jī)負(fù)荷特性 1.負(fù)荷特性:柴油機(jī)轉(zhuǎn)速一定，每小時(shí)耗油量B、有效燃料消耗率b隨負(fù)荷（Pe、Ttq或Pme）而變化的關(guān)系。 2.測(cè)取:臺(tái)架試驗(yàn)。測(cè)取時(shí)，應(yīng)將柴油機(jī)的供油提前角、冷卻水溫度、潤(rùn)滑油溫度等調(diào)整到最佳狀態(tài)。 3.柴油機(jī)負(fù)荷

14、調(diào)節(jié)方法稱(chēng)為“質(zhì)調(diào)節(jié)”。,53,柴油機(jī)負(fù)荷特性曲線分析,54,m：隨負(fù)荷增加而上升。,i： 隨負(fù)荷增加，每循環(huán)供油量b增加，過(guò)量空氣系數(shù)減小，燃燒不完全程度增大，使i減小。大負(fù)荷時(shí)，混合氣過(guò)濃，燃燒惡化，不完全燃燒及補(bǔ)燃增多，使i下降更快。,55,綜上所述，當(dāng)Pe=0，m=0時(shí)，b趨于無(wú)窮大。隨負(fù)荷增加，m迅速增加，且遠(yuǎn)大于i的減少，使b下降很快。當(dāng)b增加到1點(diǎn)位置時(shí)，b最小。此后再增加負(fù)荷，由于i下降較m上升的多，使b又有所增加。當(dāng)b增加到2點(diǎn)時(shí)，排氣冒黑煙，達(dá)到國(guó)標(biāo)規(guī)定限值。當(dāng)b超過(guò)2點(diǎn)時(shí)，燃料消耗量增大，排放污染嚴(yán)重，影響發(fā)動(dòng)機(jī)壽命，所以，柴油機(jī)的最大循環(huán)供油量應(yīng)在標(biāo)定轉(zhuǎn)速下調(diào)整，使煙度

15、不超過(guò)允許值。,56,（二）每小時(shí)耗油量B曲線 轉(zhuǎn)速一定時(shí)，柴油機(jī)的每小時(shí)耗油量B主要決定于b。隨負(fù)荷增加，每循環(huán)供油量b增加，B隨之增加。當(dāng)負(fù)荷接近冒煙界限后，由于燃燒惡化，B上升得更快一些。,57,由負(fù)荷特性可以看出， (1)同一轉(zhuǎn)速下最低耗油率bmin越小，曲線變化越平坦，經(jīng)濟(jì)性越好。柴油機(jī)bmin比汽油機(jī)低bmin；而且燃油消耗率曲線比較平坦。相比之下，柴油機(jī)部分負(fù)荷時(shí)低耗油率區(qū)比汽油機(jī)寬，因而柴油機(jī)比汽油機(jī)節(jié)省。(2)耗油率b隨負(fù)荷的增加而降低，在接近全負(fù)荷（常在80%負(fù)荷率左右）時(shí)b達(dá)到最小。,58,第四節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)的萬(wàn)有特性,萬(wàn)有特性是以轉(zhuǎn)速n為橫坐標(biāo)，以扭矩Ttq或平均有效壓力P

16、me為縱坐標(biāo)，在圖上畫(huà)出許多等耗油率曲線和等功率曲線，組成發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性。,59,60,61,二、萬(wàn)有特性的應(yīng)用分析 1.由萬(wàn)有特性可以方便地查到發(fā)動(dòng)機(jī)在任何點(diǎn)（Ttq、n）工作時(shí)的Pe、b、Pme，發(fā)動(dòng)機(jī)在任何點(diǎn)（Pe、n）工作時(shí)的Ttq、b、Pme以及發(fā)動(dòng)機(jī)最經(jīng)濟(jì)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速。 2. 等燃油消耗率曲線的形狀及分布情況對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)使用經(jīng)濟(jì)性有很大影響。,62,（1）等燃油消耗率曲線最內(nèi)層為最經(jīng)濟(jì)區(qū)，曲線越向外，經(jīng)濟(jì)性越差。 （2）如果等燃油消耗率曲線橫向較長(zhǎng)，表示發(fā)動(dòng)機(jī)在負(fù)荷變化不大而轉(zhuǎn)速變化較大的情況下油耗較小。常用中等負(fù)荷，中等轉(zhuǎn)速工況的車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)，希望其最經(jīng)濟(jì)區(qū)處于萬(wàn)有特性中部，等燃油消耗率

17、曲線曲線橫向較長(zhǎng)。 （3）等燃油消耗率曲線縱向較長(zhǎng)，則發(fā)動(dòng)機(jī)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較小。工程機(jī)械用發(fā)動(dòng)機(jī)，希望最經(jīng)濟(jì)區(qū)在標(biāo)定轉(zhuǎn)速附近，等燃油消耗率曲線縱向較長(zhǎng)些。,63,第五節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)的調(diào)整特性 發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)隨調(diào)整情況而變化的關(guān)系稱(chēng)調(diào)整特性。 一、柴油機(jī)裝調(diào)速器的必要性 保證發(fā)動(dòng)機(jī)工作穩(wěn)定,64,二、全程式調(diào)速器及調(diào)速特性 柴油機(jī)由最低轉(zhuǎn)速到最高轉(zhuǎn)速的寬廣范圍內(nèi)，調(diào)速器都起作用，這種調(diào)速器即全程式調(diào)速器。 （一）調(diào)速器工作原理,65,各組成件的作用可概括如下。 （1）轉(zhuǎn)速給定元件 駕駛員根據(jù)所需轉(zhuǎn)速，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)速手柄1（實(shí)際即油門(mén)）可將調(diào)速?gòu)椈?壓縮到不同位置，以調(diào)整彈簧預(yù)緊力，在彈簧作用下，托板6向右移動(dòng)。 （2）轉(zhuǎn)速變化的感受元件 根據(jù)轉(zhuǎn)速的變化，由噴油泵凸輪軸帶動(dòng)的旋轉(zhuǎn)飛球就產(chǎn)生不同的離心力，離心力軸向分力抵抗彈簧彈力而作用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)上。 （3