万有特性曲线
发动机的特性曲线分析
发动机的特性曲线分析发动机特性§6-1 发动机⼯况和性能指标分析式⼀发动机⼯况在绪论中我们已经介绍过⼯况的概念。
有效功率Ne 和转速n 决定了发动机的⼯作运⾏情况。
⼯况 — Ne ，转速n 。
发动机的⼯况分为点⼯况、线⼯况和⾯⼯况。
⼆发动机性能指标分析式1 p k e vi m =1ηαηη2 M k e vi m =2ηαηη3 N k n e vi m =3ηαηη4 g k e i m =41ηη 5 G k n T v=5ηα§6-2 发动机速度特性发动机节⽓门开度（或油门开度）不变，发动机性能指标随转速n 变化的关系。
如：汽车爬坡或阻⼒变化时, 节⽓门（或油门）开度不变, n 随外界负荷的变化⽽变化。
外界负荷⼤, n ↓, 外界负荷⼩, n ↑, 这时发动机沿速度特性⼯作。
⼀汽油机的速度特性（⼀）定义汽油机节⽓门开度固定不变，汽油机性能指标随转速n 变化的关系。
外特性（全负荷的速度特性） — 节⽓门全开（ 100% ）, 测得的速度特性。
部分速度特性 — 节⽓门固定在部分开启位置, 测得的速度特性。
（⼆）外特性曲线1 Me 曲线M k e vi m =2ηαηη n ↑→ ?g ↑→α↓（不多）M k e v i m =2'ηηη（1）ηv — n ↑→⽓流惯性↑→ηv ↑；n ↑↑→节流损失↑→ηv ↓。
（2）ηi — n ↑→⽓流运动↑→混合⽓形成改善→ηi ↑； n ↑↑→燃烧时间↓，燃烧恶化→ηi ↓。
（3）ηm — n ↑→ηm ↓。
（4） Me — 低速时: ηv ↑n ↑→ηi ↑使Me 变化不⼤, 略有↑；ηm ↓⾼速时: →ηv ↓n ↑→ηi ↓使Me ↓↓。
ηm ↓2 Ne 曲线低速时: n ↑→ Me ↑（不⼤）, 但 Ne ∝ Me ↑ ? n ↑→ Ne ↑↑；⾼速时: n ↑→ Me ↓→ Ne ↑（不⼤）。
3 g e 曲线g k e i m=41ηη低速时: n ↑→ηi ↑，ηm ↓，ηi ↑⼤于ηm ↓→ g e ↓（不⼤）；⾼速时: n ↑→ηi ↓，ηm ↓→ g e ↑↑。
万有特性曲线
当内燃机在油量调节机构（油量调节或节气门）保持不变的情况下，主要性能指标随着内燃 机转速的变化规律叫做发动机的速度特性曲线。 当油量调节机构开到最大或者节气门的开度 最大时， 发动机的主要性能指标随发动机转速的变化成为发动机的外特性曲线， 它反映了发 动机的最大功率、 最大转矩和最低油耗所对应的转速。 油量调节机构低于最大位置或者节气 门没有开到最大程度时， 发动机的主要性能指标随发动机转速的变化规律称为发动机的部分 负荷特性曲线。 柴油机速度特性分析： 1） 循环供油量������������ 曲线随 n 增大而增大，根据油量调节杆位置不变时，由于进油孔节流和 燃料泄露的影响，������������ 随 n 的增加而增加，只有在转速很高转速时，曲线才会转平。 2） 知识热效率������������������ ，两头低，中间高。低速时，燃油压力低，缸内的气流运动小，这是混 合气形成及燃烧不利，同时传热损失增大，������������������ 下降。高速时，喷油量及燃烧持续角增 大，同时ϕc 下降，������������ 升高，������������������ 。 3） ������������ 随着 n 的升高而降低。 柴油机无节气门的流动损失,所以在各种富负荷下大致相同， 但 4） Te 曲线，因为������������ 和������������ （上升、下降）的影响，故总体比较平坦，但������������������ 使其端下垂。 5） Pe 随 n 增大而增大，由于 Te 比较平坦，所以 Pe 随着 n 持续增大，当增大到一定值后 由于机械损失的增大而降低。 6） be∝ ������
（二） 柴油机、汽油机速度特性比较: 1) 柴油机在各种负荷下，其 Te 曲线都比较平坦，在中低负荷下，Te 随转速的升高而增 大。汽油机在各种负荷下，其 Te 曲线都比较窄，在中低负荷下，Te 随转速的升高而 降低。 2) 柴油机的最佳经济油耗区比较宽，汽油机节气门开度越小，be 的翘起程度越大，的最 佳经济油耗区比较窄。 ������1 ϕc ������ ������ ������������ ������������ = = ϕ������ ������0 ϕ������ ������������������ ∝ ������������ ������������������ ������������ ∝ ϕc ������ ������ ϕ������ ������������ ������
基于MATLAB语言的发动机万有特性曲线的绘制
Plotting of Engine Univer sal Char acter istics Cur ve Based on MATLAB
HUANG Meimei, ZHAO Zhiwei，JIN Hualei, JIA Yantao,SUN Haipeng
低 。其 实 质 是 以 二 维 的 图 形 方 式 表 达 三 维 的 信 息 ，不 直 观
并且难以保证对数据进行深刻分析。
随着 ＭＡＴＬＡＢ 语言的广泛应用，因为其强大的数据处
理和三维曲线绘图功 能 ，可 进 行 工 程 计 算 、建 模 仿 真 和 数
据分析处理等。本文则利用 ＭＡＴＬＡＢ 强大的功能，提出了
[3] 易 雪 梅 ，吴 伶 . 用 MATLAB 语 言 绘 制 发 动 机 万 有 特 性 的 两 种 方法 [J]. 北京汽车, 2005, 5: 33- 35
[4] 李 金 辉 ，徐 立 友 . 基 于 MATLAB 语 言 的 发 动 机 特 性 研 究 [J]. 汽车科技, 2005, 3: 40- 42
参考文献
[1] 杨 丽 娟 ，赵 丹 平 . 基 于 MATLAB 基 础 上 的 发 动 机 万 有 特 性 曲 线的建立 [J]. 汽车节能, 2010, 1: 32- 33
[2] 薛 定 宇 ，陈 阳 泉 . 基 于 MATLAB/Simulink 的 系 统 仿 真 与 应 用 [M]. 北京: 清华大学出版社 .2002
Key words: straight welded pipe, burr, broach, hydraulic system
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
多项式插值法绘制发动机万有特性曲线_李小华
∫∫ L [b
me
n
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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( n , p me ) ]I d pme
0 引 言
发动机作为其他工作机械的动力装置 , 其万有特性 曲线可直观地反映发动机工作范围内的动力 性、 经济 性 , 不仅可以为正确地选用发动机提供依据 , 还可为适 应匹配要求、 优化整个动力装置性能提供依据。 传统的作图法制取万有特性工作量大 , 同时由于用 人工处理这些数据 , 还经常会出现数据差错和图形畸 变 。 随着计算机技术的发展 , 人们处理发动机特性参数 时总结出了很多处理方法 , 提高了万有特性曲线制取精 度 , 如利用张量积插值法解决多元数据的曲面拟合问题 就得出了很多结果 ; 从一元样条非张量积形式推广到薄 板样条能较好光顺曲面 [ 2, 3] ; 利用线性最小二乘法对多 维数据进行曲面拟合 [ 4- 6] , 这些方法最终归结于求解方 程组的系数矩阵 , 一旦拟合条件增加 , 系数矩阵有可能 会出现病态 , 从而导致数据噪声 , 干扰对事物特性的正 [7, 8 ] 常判断 , 因此处理方法的选取直接影响结果分析 ; 另 外 , 神经网络技术发展也为发动机实验数据的处理提供 了新的方法 , 取得了不错的效果 [9 ]。 本文采用三次多项式插值法绘制发动机万有特性 曲线。
设 已 知 函 数 be ( n , pme ) 在 各 点 数 值 为 be ( 0, 0)、 be ( 1, 0) 及 be ( 1, 1)。 其中: n—— 发动机转速 ; pm e—— 平
收稿日期 : 2004-02-06 修订日期 : 2004-04-30 基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 ( 50176016) 作者简介 : 李小华 ( 1971) ,男 ,江苏 南通人 ,博士生 ,镇 江市 江苏大 学汽车与交通工程学院 , 212013
如何深度理解发动机特性曲线？
如何深度理解发动机特性曲线？在说明这个问题之前，我们⾸先来了解⼏个基本概念。
1、发动机有效功率：发动机在单位时间对外输出的有效功称为有效功率。
发动机功率是发动机性能最重要的指标，汽车的最⾼车速就是由发动机功率决定的。
通常⽤⼤写的字母P来表⽰。
2、有效转矩：在发动机飞轮上对外输出的转矩称为有效转矩。
⼀般发动机的扭矩越⼤，它的加速能⼒和爬坡能⼒越强。
通常⽤⼤写的字母M来表⽰。
3、发动机转速：发动机曲轴每分钟的回转数称为发动机转速。
发动机转速的⾼低，关系到单位时间内作功次数的多少。
通常⽤⼩写的字母n来表⽰。
4、有效燃油消耗率：发动机每输出 1kW 的有效功所消耗的燃油量称为有效燃油消耗率。
显然，有效燃油消耗率越低，发动机的经济性越好。
通常⽤⼩写的字母g来表⽰。
以上这⼏个参数，是发动机重要的性能指标，可以⽤来表⽰发动机的⼯作状况，简称⼯况。
它们之间有如下的关系：P=M*n/9550由于汽车发动机的⼯况变化范围很⼤，所以这⼏个参数也可以在很⼤的范围内变化，⽽研究它们之间的变化规律，可以找出提⾼发动机动⼒性和经济性的有效途径。
这就是所说的发动机特性。
所谓的发动机特性，是指发动机的性能指标随发动机调整情况和运转⼯况⽽变化的规律。
表⽰其变化规律的曲线称为发动机特性曲线。
⼀般发动机有速度特性、负荷特性、调整特性、万有特性这⼏个特性。
由于柴油机和汽油机有很⼤的区别，所以它的特性曲线也有所不同。
下⾯我们以最常见的汽油机分别来说说这⼏个特性。
⼀、汽油机的速度特性所谓的速度特性，是指在发动机点⽕系统和燃油供给系统调整到最佳的条件下，在节⽓门开度不变时，发动机的有效功率、有效扭矩、有效燃油消耗率随发动机转速⽽变化的关系。
表述上述关系的曲线称为速度特性曲线。
当节⽓门全开时的速度特性称为发动机的外特性，它表⽰发动机的最⾼性能；节⽓门部分开启时的速度特性称为发动机部分特性。
部分特性曲线位于外特性曲线之下，有⽆限多条。
由于汽车发动机经常在部分负荷下⼯作，所以研究部分特性曲线更有实际意义，⼀般发动机要做出标定功率的90%、75%、50%、25%的速度特性。
汽车发动机万有特性曲线数字化的研究与分析
本方法的数字化原理为：将万有特性曲线图放
大，然后用鼠标沿着等油耗线点击读取数据，利用
计算机图形学原理转换坐标，将计算机界面坐标转
化为万有特性坐标系坐标。如图ｌ所示，将万有特
性曲线的图片读人计算机，在用户坐标系中，制定
一矩形区域以显示图形，设该区域的左边界为工。，
右边界而，上边界Ｙ。，下边界ｙ２。同时，设万有特性
（６８６，４８），其工程值为２ ２００ ｒ／ｒａｉｎ，ｌ ４６０ Ｎ·ｍ，
万方数据
常州工学院学报
２０１０年
则屏幕坐标系每单位对应的值为： 对于转速：Ａｓ。＝（２ ２００一ｌ ０００）／（６８６—
１１０）＝２．０８（ｒ／ｒａｉｎ） 对于扭矩：ＡｓＬ＝（１ ４６０－２３６）／（５３０—４８）＝
２．５４（Ｎ·ｍ） 其相对于整个坐标系每单位的百分比为： 对于转速：２．０８／１ ２００＝Ｏ．１７％ 对于扭矩：２．５４／１ ２２４＝０．２１％ 当用鼠标在万有特性图片上选取坐标点时，
第２３卷第５期 ２０１０年ｌＯ月
常州工学院学报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖ０１．２３ Ｎｏ．５ Ｏｃｔ．２０１０
汽车发动机万有特性曲线数字化的研究与分析
张录鹤
（安徽国防科技职业学院，安徽六安２３７０１１）
摘要：通过对汽车发动机万有特性曲线进行数字化处理和应用，可以准确、快速地建立发动机
万方数据
３２
常州工学院学报
２０１０年
慧击百虿童妻鬟董箜亳譬雾娶镳罢了譬圣的臀长竺长度２一为翌”喜嚣砒有０特设葛其考耋比鬻发言森动经沅过数黼值淼计算荔处巍理，薹得磊到
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基于MATLAB基础上的发动机万有特性曲线的建立
基于MATLAB基础上的发动机万有特性曲线的建立杨丽娟;赵丹平【摘要】发动机性能的好坏直接影响着整车运行的平顺性、安全性、稳定性等,要全面评价发动机性能,万有特性曲线则是一个很好的工具.万有特性曲线是以发动机转速为横坐标,以扭矩或平均有效压力为纵坐标,在坐标系内画出等燃油消耗率曲线和等功率曲线[1].绘制万有特性曲线的方法有很多种,MATLAB语言是其中之一.本文利用强大的MATLAB绘图工具,绘制了发动机的万有特性曲线,经分析,该方法是一个有效的精确度较高的方法.【期刊名称】《交通节能与环保》【年(卷),期】2010(000)001【总页数】3页(P32-33,48)【关键词】MATLAB;发动机;万有特性【作者】杨丽娟;赵丹平【作者单位】内蒙古工业大学,内蒙古,赤峰,010051;内蒙古工业大学,内蒙古,赤峰,010051【正文语种】中文0 引言发动机是汽车的动力源，发动机性能的好坏直接影响着整车的动力性与经济性。
汽车的运行工况是个随机的过程，受到很多因素的影响，如道路条件、交通流量、气候条件以及汽车自身技术性能的变化等等。
在所有的运行工况下，发动机都应能够与传动系实现最佳匹配，以使整车动力性、经济性、排放性和噪声污染等方面均处于最佳状态。
然而，对发动机性能的分析与研究是保证整车性能达到最佳的重要前提。
MATLAB语言是一个功能强大的仿真软件，可以完成复杂的数学运算，实现对动态系统的建模仿真等，在工程计算中应用非常广泛。
本文利用MATLAB的强大的绘图功能，建立了发动机的输出转矩模型、油耗模型及万有特性曲线。
通过输出转矩模型，由当前发动机节气门开度及转速既可得到与之相对应的发动机的转出转矩，从而为分析发动机性能奠定基础；发动机油耗模型反应了其有效燃油消耗率与转速和转矩之间的关系，发动机在不同工况下运行时，由此模型既可得到不同工况下发动机的比油耗，从而为分析整车燃油经济性提供数据支持；万有特性曲线是在由发动机转速和转矩构成的坐标系内，绘制出等油耗曲线、等功率曲线、外特性曲线等，通过万有特性曲线既可较全面地了解发动机在不同工况下的性能指标。
MATLAB的发动机万有特性曲线绘制方法程序
%不同转速下的燃油消耗率与扭矩的曲线拟合clear allbe仁[222.8,220.4,232.4,228.5,227.8,232.6,248.5,245.9,272.4,329.7];Ttq仁[399.8,354.1,318.5,278.1,236.2,203.6,185.3,157.2,117.2,80.8];T1=80:320/9:400;%转换矩阵格式Be仁in terp1(Ttq1,be1,T1,'spli ne');% n=1400r/mi n 时燃油消耗率与扭矩的曲线拟合be2=[222.0,221.7,235.4,226.5,230.5,236.8,249.1,276.1,407.9,487.0];Ttq2=[409.1,365.7,328.3,284.1,243.7,203.2,164.3,123.9,83.5,39.7];T2=39:371/9:410;Be2=i nterp1(Ttq2,be2,T2,'spl in e');be3=[226.0,225.3,226.4,233.9,242.1,283.3,253.9,271.4,323.5,468.6];Ttq3=[408.3,368.3,328.3,289.0,244.4,208.8,167.7,132.1,89.5,46.1];T3=46:363/9:409;Be3=i nterp1(Ttq3,be3,T3,'spl in e');be4=[206.5,231.1,231.1,233.0,242.0,244.9,265.0,299.8,398.0,596.8];Ttq4=[425.6,380.3,332.7,290.9,244.4,205.1,160.2,114.5,68.8,30.7];T4=30:396/9:426;Be4=i nterp1(Ttq4,be4,T4,'spl in e');be5=[234.7,259.8,235.5,237.6,242.8,292.3,277.9,308.7,396.2,605.9];Ttq5=[420.7,379.6,334.6,291.6,244.4,202.8,157.5,116.0,74.1,37.8];T5=37:384/9:421;Be5=i nterp1(Ttq5,be5,T5,'spl in e');be6=[174.2,242.2,252.1,287.4,253.6,263.6,290.6,316.8,378.0,518.8];Ttq6=[404.6,360.5,322.7,283.0,243.3,205.5,162.1,124.7,86.8,52.4];T6=52:353/9:405;Be6=i nterp1(Ttq6,be6,T6,'spl in e');be7=[256.9,253.7,253.5,260.0,303.8,280.7,300.6,346.6,435.6,812.9];Ttq7=[378.0,344.7,310.3,264.3,226.1,186.8,154.2,115.3,76334.1];T7=34:344/9:378;Be7=i nterp1(Ttq7,be7,T7,'spl in e');be8=[257.9,295.3,282.4,288.7,301.9,329.7,357.0,475.4,580.3,1080.1];Ttq8=[315.6,275.5,242.5,210.3,178.5,145.6,118.6,72.6,52.8,22.4];T8=22:294/9:316;Be8=i nterp1(Ttq8,be8,T8,'spl in e');B=[Be1';Be2';Be3';Be4';Be5';Be6';Be7';Be8'];N=[1400*o nes(10,1);1600*o nes(10,1);1800*o nes(10,1);2000*o nes(10,1);2200* on es(10,1);2400*o nes(10,1);2600*o nes(10,1);2800*o nes(10,1)];Ttq n=[T1';T2';T3';T4';T5';T6';T7';T8'];G=[o nes(80,1),N,Ttq n,N.A2,N.*Tt qn ,Ttq n. A2];A=G\B;%A 为6*1 矩阵[n,Ttq]=meshgrid(1400:2800,100:600);% 生成n-Ttq 平面上的自变量“格点”矩阵be=A(1)+n. *A (2)++Ttq*A(3)+n.A2*A(4)+n.*Ttq*A(5)+Ttq.A2*A(6);Pe=Ttq.* n/9550;%外特性实验数据拟合Nw=[1403,1597,1797,1986,2102,2199,2303,2400,2507,2598,2700,2802];Ttqw=[474,497,515,526,528.8,522.8,509.5,492.2,471.2,448.4,408.3,357.4]; n0=1400:2800; Ttqw_N=i nterp1(Nw,Ttqw ,n 0,'spli ne');h=repmat(Ttqw_N,501,1);ii=find(Ttq>h);%确定超出边界的“格点”下标be(ii)=NaN;%强制为非数Pe(ii)=NaN;%强制为非数%绘制等燃油消耗率曲线和等功率曲线三维拟合图subplot(1,2,1);mesh( n, Ttq,be);hold on;mesh( n,Ttq,Pe);axis([1000,3000,100,600,0,500]);hold on;xlabel(' n(r/mi n)')ylabel('Ttq(N*m)')zlabel('Pe(KW) be(g/(KW*h))')title('等燃油消耗曲线和等功率曲线的三维拟合图')%绘制边界线(外特性曲线)subplot(1,2,2);plot( nO,Ttqw_N,'Li neWidth',2);axis([1400,2800,100,550]);xlabel(' n(r/mi n)');ylabel('Ttq(N*m)');title('万有特性曲线');hold on;%绘制等油耗率曲线的二维图B=contour(n,Ttq,be,11);%画等位线，并给出标识数据clabel(B);%把“等位值”沿等位线随机标识hold on;%绘制等功率曲线的二维图P=contour(n,Ttq,Pe,11);%画等位线，并给出标识数据clabel(P);%把“等位值”沿等位线随机标识lege nd('等油耗曲线','等功率曲线','外特性曲线')hold off。