但低速转矩特性差。
改善低速特性：配入口截 面较小的涡轮增压器I型； 但高速流动损失，高速性
2. 涡轮增压器与发动机的联合运行特性 分析匹配效果
压气机特性曲线上，绘制 发动机最低转速下的负荷特 性、全负荷速度特性和最高 转速下的负荷特性。
增压器流量 范围偏大时
螺旋桨
分析内容：b符合设计要
动力性cim,1/a
TbBPeteqb3pe3eP1m1H.ee682Vu.03snKpi1m40eV6Kacsi1nKacK3经2ii1济macmn性imim由：pQpmmeecVWVc0LsHas0eeaLu0L00H0HacuVuesQimmLHKu
移动。 小负荷时，Ttq随n变化曲线更陡；
Pemax,Ttqmax点向低速方向移动。
负荷时，r，i随n变化陡；泵损，且Pmnm，
be随n变化曲线更陡，且，同时bemin点向低速区移动。
二、柴油机的速度特性
柴油机进入气缸的是纯空气，输出转矩的大小， 主要取决于每循环实际喷油量b。
• 柴油机： 高，am>1.2i柴> i汽； 质调节无进气节流， c和i随n变化平坦；
柴油机使用转速范围比汽油机低be变化缓慢 • 汽油机：负荷越小，n进气损失，be
7-4 万有特性
特点：在pme~n的平面坐标上，同时表示多种性能 1、万右特性的制取方法： 负荷特性法 1）制取负荷特性 2）万有特性坐标 3）将负荷特性上 的等油耗线移到万 有特性坐标上。
容积法：测量消耗一定 容积Vf燃油所需要的时 间t(s)。
B 3.6 V f f
t
质量法：测量消耗一定质 量m的燃油所需要的时
间t。
B 3.6 m t
be

B Pe
1000
6 7
量瓶
天平
3、排放物的测量
常用的排放分析仪：日本HORIBA多组分排放气体分 析仪；AVL多功能排放分析仪 。
第七章 发动机的特性
7-1 概述 7-2 发动机的负荷特性 7-3 发动机的速度特性 7-4 发动机的万有特性 7.5 涡轮增压器与发动机的匹配 7.6 EGR对发动机性能的影响
§7-1 概述
研究发动机特性的目的： 评价发动机性能，为正确选用动力源提供依据； 为进一步改进发动机性能提供有效途径。
一、汽油机的速度特性
n<n2
1、外特性历程分析： 代表各转速下的最大做功能力。
节气门全开时，性能随转速的变 化规律；只有一条线。
倒流 流损
n<n1 n>n1 n1
分析式：
• (vim)max时
Ttq

K2

im ;
TtqMax(vmax)
• vn:
Pe

pmVS ni 120
外壳 水力测功器：水在涡流室内旋转
水摩擦力作用下外壳摆动与Ttq
转子
成正比的角度测Ttq
23 21 22
24 25
6
26
电力测功器：转子在定子磁场中转动b） 切割磁力线 感应电流其磁场与定子磁场作用电磁力矩Ttq
电涡流测功器：利用涡电流效应将发动机输出功电能 热能。能量吸收部分：制动器转子和定子组成。
7-3 发动机的速度特性
速度特性定义：在正常工作条件下，负荷一定，性能指 标随n的变化规律。
• 正常工作条件：冷却水温Tw、润滑条件正常，点火时期、
a调节最佳。
• 性能指标动力性：Pe、Ttq n 经济性：be n 排放性：NOx，HC，CO n
• 速度特性分类： 根据不同负荷条件：分为外特性和部分速度特性
使be 。
停止氧传感器反
馈控制
m i
B be
二、柴油机负荷特性
be变化历程分析：
• 负荷喷油量Δb ，Pe ， 空气量不变，A/F 质调节
不完全燃烧i ；
中小负荷区：影响不大；
大负荷区：A/F 的，使i ； • m 变化规律与汽油机相同 负荷，m ；
• be历程：im=Max时，beMin 但因i变化不大，所以be随转速变化
平缓柴油机经济性好的原因之一。
b
c
Ttq Pe be
2）部分速度特性
数字化控制后，部分负荷速度特性将喷油量固定在小 于最大喷油量的任一值上时，性能随n的变化规律。很多 条曲线。
负荷对c无影响，部分负荷，喷油
电控化后，喷油量独立设定，不受机械式喷油泵供油速度
特性影响。因此，基于c特性，由目标转矩特性设定最大喷
油量。
在高速区易增压，但低速时增压程 度不够为提高低速转矩喷油量。 外特性上循环喷油量变化特性如图
• Ttq历程Δb受限于c特性
• Pe历程：由PeTtq n，Pe随n，开 始Ttq n Pe 陡，后随n ， Ttq， Pe 缓慢。
n 1.6 ~ 2.5
柴 ：tqn 1.5 ~ 2.5
tq 1.05 ~ 1.25
n 1.4 ~ 2.0
2）最高转速
• 汽油机：c=f(n)变化陡高速区Ttq迅速降低，功率曲
线陡所以限制最高转速；
• 柴油机： c=f(n)变化缓慢功率曲线缓慢最高转速很
高柴油机限速是很重要的问题必设限速MAP 3）经济性：
研究方法：性能指标随发动机工况变化特性来研究
一、发动机工况 指发动机运行状态，常用转速n和负荷表示。
• 转速：表征发动机的工作频率挡位&车速； • 负荷：表征发动机对外做功能力加速踏板：Ttqpme 发动机输出功率：Pe Ttq n 功率相同，工况不同燃烧过程不同性能不同
情况 。
n
二、发动机的台架试验：测试发动机的主要性能指标
冷却系统
油耗仪： 测油耗
测功器： 测转矩
转速表
排放 分析仪
基础：振幅 ≯0.05~0.1mm
1、测功器：测转矩和n Pe Ttq n / 9550
分类：测功器吸收功的原理不同：分为水力测功器、平衡 式直流电力测功器和电涡流测功器三种。
量，空燃比 ；
g
过稀 i
n,促进混合
i
随负荷，A/F n过高，后燃，i
气流
m
三、汽油机/柴油机速度特性比较
1）适应系数 转矩储备系数：
tq
Ttq m ax Ttqn
取决于发动机转矩 的外特性曲线形状
只表示不换档条件下爬坡能力、克服短期超载能力
tq相同，外特性曲线不同，克服
be

3.6
e h
10 6

K3 i
1
m
一、汽油机的负荷特性
be变化历程分析：
• 负荷，节气门开度，进气
量（Pi ），A/F不变，残余 废气系数；
所以，i ，m=(1-pm/pi)
be=K3/(i m ) ;
大负荷时: 加浓A/F=12.5，
燃烧不完全， i ，

Ttqn ; 9550
• in: • mn:
Ttq be
Pe
额定
• TtqnMax时 PeMax
1
be K3 im
• (im)max时
be Min
2、部分速度特性： 节气门开度固定在某一部分开度时，性能随n的变化规律。
负荷时，随n，节流损失，
c ； Ttq(v) 峰值随负荷，向低速区
计算机技术发展：实验数据处理提供方便。如MATLAB或 ORING等可自动处理成万有特性
Pe Kpmen；万有特性上 等功率曲线为双曲线
车用发动机要求经济 区沿n方向越宽越好
非增压
经济区
增压
pme
经济区
n
CO
HC
NOx
万有特性上排放特 性相互间、与经 济区相矛盾
2、万有特性的分析
• 增压器的增压能力nb排气流量和温度 • 排气能量驱动涡轮；涡轮驱动压气机
1）增压比的选择 • 增压度：增压后增长的功率与增压前功率之比
Pez Pe0 Pez 1
Pe0
Pe
车用发动机增压：如何兼顾动力性、经济性和排放性问题 • 根据具体要求选择不同的增压方式，增压度选择合理。
测量内容：CO、HC、NOx、CO2、O2等气体 烟度：用波许烟度计或不透光烟度计来测量
微粒：全稀释风道精确测量设备昂贵。 分流稀释风道：过滤秤重法，测量过滤 纸上的颗粒重量进行分析。
三、发动机特性的分析方法
调整特性：性能指标随调整参数变化的特性 使用特性：性能指标随运行工况变化的特性
分析式：
求? 发动机整个运行工况是否
在高效率区?
流量范围 偏小时
R
3. 涡轮增压器与发动机的匹配方法
B A
• 汽油机：速度特性
c：A>B m：A>B 余废气系数r：A<B
be：A<B
ig：A<B
• 柴油机：
c：A>B m：A>B r：A<B
Pe：A<B
7.5 涡轮增压器与发动机的匹配
增压：提高进气密度，提高单位气缸的工作能力
车用发动机的要求：低速时转矩要大Ttqmax 高速时需大功率Pemax
定子：外壳、涡流环和 励磁线圈。外壳、涡 流环、空气隙和转子构 成磁路。
转子
原理：励磁线圈供电产生磁力 线转子旋转涡流槽和空气隙处 磁力线密度变化涡流环内产生感
应电形成电涡流与磁场作用
电磁转矩。调节励磁电流电涡流 强度。涡流电路有电阻损耗电能
涡流环发热。
转子外缘 涡流槽
2、油耗仪：测量一定时间内所消耗量的燃料量
根据工作机械不同，发动机工况分类为三种：
1. 恒速工况：发动机转速始终保持不变；
功率随负荷变化。发电用发动机