发动机万有特性
(一)外特性曲线变化趋势
1.扭矩曲线变化趋
势 柴油机的扭矩曲线比 汽油机平坦。 柴油机扭矩曲线的变 化趋势,很大程度上决定 于每循环供油量随转速变 化的情况。
扭矩表达式可定性 地写成
Ttq K2imb
由式可见,柴油机 扭距随转速的变化趋势 决定于ηit、ηm、△b随 转速n变化的趋势。
校正方法: (1)出油阀式校正机构。 (2)附加在调速器上的弹簧校正机构。
第三节 发动机的负荷特性
负荷特性:转速不变,其经济性指标 随负荷(可用功率Pe、扭矩Ttq或平均有效 压力Pme表示)的变化关系。 当汽车以一定的速度沿阻力变化的道 路行驶时,就是这种情况。此时必须改变 发动机油门来调整有效扭矩,以适应外界 阻力矩的变化,以保持发动机转速不变。
转速低
2.功率曲线 由于扭矩Ttq曲线 变化平坦,在一定n范 围 内 , 功 率 Pe 几 乎 与 转速n成正比增加。
3.燃油消耗率曲线 由于柴油机压缩比高,ηi较高,曲线比 汽油机的平坦,最低耗油率值比汽油机相应 值低。当 ηi 、 ηm 达到最大值时,出现 bmin 值 。
(二)部分负荷速度特性
(二)转速存储设备系数φn 转速存储设备系数是标定工况时的转速与 最大扭距转速的比值。
nB n ntq
式中 nB——标定工况转速; ntq——最大扭矩转速 最大扭矩转速ntq越低,φn越大,车辆在不 换挡的情况下,发动机克服阻力增加的潜力越 强。 一 般 , 汽 油 机 φn=1.15~2.0 , 柴 油 机 φn=1.5~2.0 。
式中 We——每循环有效功(kJ); ηe——有效热效率。
ev o h h i i pme m——机械效率。
功率
v Pe K1 im n
扭矩(汽油机)
燃油消耗率
be K3 1
(4)机械效率 ηm 转速增加,消 耗于机械损失功增 加。因此,随转速 升高,机械效率ηm 明显下降。
综合作用的结果是;当转速由低开始上 升时,η v,ηit同时增加的影响大于ηm下降的 影响,使Ttq增加,对应于某一转速时,Ttq达 到最大值。转速继续增加,由于η v、ηit、ηm 均下降,因此Ttq随转速升高而较快的下降, 即Ttq曲线变化较陡。
3.燃油消耗率变化趋势 b=k3/ηitηm b在某一中间转速当ηitηm达到最大值时出现 最低值。当转速较此转速低时,由于ηm上升弥 补不了 ηit 的下降,使 b 增加。转速较此转速高 时ηit、ηm均较低,b也增加。
(二)部分负荷速度特性
随着节气门的关小, 节流损失增大,充气效率 减小,使部分负荷速度特 性的 Pe 、 Ttq 低于外特性 值。且转速越高,充气效 率减小的越多,因此,节 气门开度越小,随转速增 加,扭距、功率曲线下降 得越快,并使最大扭矩及 最大功率点向低速方向移 动。
三、发动机扭矩特性 要求发动机的扭矩随转速的降低而增
加。
如当汽车上坡时,若油量调节拉杆已 达最大位置,但所发出的扭矩仍感不足, 车速就要降低,此时需要发动机随车速降 低而发出更大扭矩,以克服爬坡阻力。因 此,为表明发动机的性能,引入扭距储备 系数和转速储备系数的概念。
1.扭距储备系数 要充分表明发动机的动力性能,除给出标定功 率及其相应的转速外,还要同时考虑发动机的扭矩 特性,从而引入扭距储备系数μ 和适应性系数K的 概念。 Ttq max
充油
测量
燃油消耗量按下式计算
m B 3 .6 t
B be 1000 Pe
式中 t——消耗m(g)燃油所需时间(s);
Pe——消耗m(g)燃油时测量的有效功率(kW);
B——小时耗油量(kg/h);
be——有效燃油消耗率[g/(kW· h)]。
第 二节 发动机的速度特性
发动机性能指标随转速变化的关 系称为发动机的速度特性。若驾驶员 将油门踏板位置保持一定,由于道路 阻力不同,汽车行驶速度也会改变, 上坡时汽车速度逐渐降低,下坡时速 度增加,这时发动机即沿速度特性工 作。
im
v Ttq K 2 i m
扭矩(柴油机)
小时耗油量
Ttq K2imb
v B K4 n
第二节 发动机台架试验
一、试验台装置 基本组成、装配关系、固定、支承
二、制动测功装置—测功器
1.水力测功器
2.平衡式电力测功器
3.电涡流测功器
三、耗油率的测量
1.容积法
(三)柴油机扭矩特性的改善 柴油机扭矩储备系数小的根本原因 是由喷油泵速度特性决定的。因此, 柴油机中都采用油量校正装置来改造 外特性扭矩曲线。 油量校正装置的作用是:当发动机 在标定工况下工作时,如果转速因外 界阻力矩不断增加而下降,则喷油泵 能自动增加循环供油量,以增大低速 时的扭矩,提高扭矩储备系数。
2.功率变化趋势 Pe=Ttq·n/9550 当转速由低逐渐升高 时,由于 Ttq 、 n 同时增加 Pe 增加很快。在达到最大 扭距转速ntq后,再提高转 速,由于Ttq有所下降,使 Pe 上升缓慢。某一转速时 Ttq·n 达最大值。此后,再 增加转速,由于扭距下降 超过转速上升的影响, Pe 反而下降。
(一)外特性曲 线
1.扭矩曲线变 化趋势 随着转速 n 的增 加 , 扭 距 Ttq 逐 渐 增 大,出现最大扭距 Ttqmax 后 逐 渐 下 降 , 且下降程度越来越大 。曲线呈上凸形状。
根据公式
v Ttq K 2 i m
可见, Ttq 随 n 的变化取 决于指示热效率 ηi 、机 械 效 率 ηm 、 充 气 效 率 η v与过量空气系数α 随n的变化。
充油
测量
测量消耗容积v的燃油所用时间t
燃油消耗量按下式计算 小时耗油量 耗油率 B v f be 1000 B 3.6 Pe t 式中 V—球泡容积(mL); Pe —发动机有效功率(kW);
ρ f —燃油密度(g/mL);
t—消耗容积V的燃油所用时间(s)。
2.质量法
油 箱 供 油
( 1 )在节气门 开度一定时,过量 空 气 系 数 φat 可 视 为 常数。 (2)充气效率 η v在某一中间转速 时最大。因为一定的 配气相位仅对一种转 速最适合,此转速下 能最好地利用气流惯 性。其余转速时η v 均降低,曲线为上凸 形。
(3)指示热效率ηit 转速低,进气流速 低,紊流减弱,使雾化、 混合状态较差,火焰传 播速度降低,散热及漏 气损失增加,ηit较低,转 速高时,燃烧过程所占 曲轴转角较大,燃烧在 较大容积下进行,ηit也较 低。但变化比较平坦, 对Ttq影响较小。
当节 气 门 开 度 的 75% 左右时,耗油率曲线位置 最低。超过 75% 开度,混 合气较浓,存在燃烧不完 全现象,耗油率曲线位置 较高,低于 75% 开度时, 残余废气相对增多,燃烧 速率下降,使 ηit 降低,耗 油率曲线位置也高,且开 度越小,耗油率曲线位置 越高。
二、柴油机速度特性 速度特性:喷油泵油量调节机构位置 固定不动,柴油机性能指标(主要是功率 Pe 、扭距 Ttq 、燃油消耗率 b 、每小时耗油 量B)随转速n变化的关系。 外特性:油量调节机构固定在标定循 环供油量位置时速度特性称为柴油机标定 功率速度特性。 部分负荷速度特性:当油量调节机构 固定在小于标定循环供油量各个位置时, 所测得的速度特性称为柴油机。
随油量调节机构位置向 减小供油量方向移动时,循 环供油量减小,使部分负荷 速度特性的 Pe 、 Ttq 值低于外 特性。但随着负荷减小,循 环供油量随转速的变化趋势 基本不变,使部分负荷速度 特性的变化趋势同外特性相 似,所以柴油机的部分负荷 速度性的 Pe 、 Ttq 曲线是随负 荷的减小,大致平行下降。 耗油率曲线的变化趋势 基本同外特性。当负荷为75% 左右时,曲线位置最低。
(2)ηm ηm 随负荷的增加而迅速增加。原因是 转速一定而负荷增加时,机械损失功率 Pm 变 化 不 大 , 指 示 功 率 Pi 成 正 比 增 加 , 使 ηm=1—(Pm /Pi)增加。
( 1 )△ b— 随转速 n的提高,每循环供油 量△b增加。 ( 2 ) η v 也是在某 一中间转速n出现最高 值。
(3)ηi—指示热效率 ηi某一中间n稍高
η v 、△b ,使α , 不完全燃烧严重 η 转速高 i 燃烧占曲轴转角 , 燃烧容积
空气涡流减 弱,燃烧不 η 良及散热漏 i 气损失增加
一、汽油机的速度特性
(1)速度特性:汽油机节气门开度 固定不动,其有效功率Pe、扭矩Ttq、、燃 油消耗率b、每小时消耗油量B等随转速n 变化的关系。 (2)测取:发动机台架试验。测取 前,应将点火提前角及化油器调整完好; 测取时,应按规定保持冷却水温度、润滑 油温度在最佳状态。
节气门全开时速度特 性称为外特性。节气门部分 打开时的速度特性称为部分 负荷速度特性。由于节气门 的开启可以无限变化,所以 部分负荷速度特性曲线有无 数条,而外特性曲线只能有 一条。
发动机的特性
汽车行驶时,由于车速与行驶阻 力不断变化,则发动机的转速和负荷 亦相应变化,以适应汽车的需要。随 着转速和负荷的改变,发动机工作过 程也会发生变化。因此,发动机在不 同使用条件下具有不同的动力性与经 济性。
第一节 发动机工况
一、工况 发动机的运行情况,简称工况。工况以 功率Pe和转速n来表示,此功率、转速应该与 发动机所带动的工作机械要求的功率、转速 相适应。 只有当发动机发出的扭矩与工作机械消 耗的扭矩相等时,两者才能在一定转速下按 一定功率稳定工作。
K T T 100% Ttq T
tq max tq tq
K
Ttq max Ttq Ttq
100%
式中 Ttqmax—外特性曲线上的最大扭矩(N·m); Ttq—标定工况下的扭矩(N·m)。
μ 或K值大,表明两扭矩之差 (Ttqmax - Ttq)值大,即随转速的降低, 扭矩 Ttq 增大越快,从而在不换档的情况 下,爬坡能力、克服短期超负荷的能力越 强。 汽油机: μ 值在 10%~30% 范围, K 值 在1.2~1.4。 柴油机:若不予以校正,则μ 值只有 5%~10% 范围, K 值只有 1.05 左右,难以满 足车辆使用要求。