原理讲义(第6章)

第六章 发动机的特性§第一节 发动机工况一、发动机工况：发动机的运行情况（简称工况）用功率e P 和转速n 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=工作机械消耗的扭矩时，两者才能在一定转速下按一定功率稳定工作。

大致可分为以下三类。

1、恒速工作：转速不变，而功率改变。

例如，带动发电机工作时，为保证频率的稳定性，要求发动机转速基本不变，功率则随电机负荷大小，可由零变到最大。

2、螺旋桨工作：功率与转速接近三次幂函数关系，3n e K =P ，K 为比例常数。

带动螺旋桨工作的船用机即属此类，故称螺旋桨工况，如图个2中曲线2所示。

3、陆上运输：功率和转速都独立地在很大范围内变化。

其运行情况是：①转速决定车速，可以从最低稳定转速一直变到最高转速； ②扭矩取决于行驶阻力，在同一转速下，可由零变到全负荷；③当需要发动机制动时，如汽车下长坡，发动机是由底盘倒拖而做负功。

阴影面的上限是发动机在各种转速下所能发出的最大功率（曲线3），左面对应于最低稳定转速，右面对应于最大额定转速，下面是制动时倒拖发动机所需功率。

特性二、发动机特性：而变化的关系。

性能指标：平均有效压力me p 、有效扭矩tq T 、有效功率e P 、有效燃料消耗率e b 以及每小时耗油量B 表示。

调整特性 性能特性 调整工况 运转工况每循环加热量Q （kJ ）为：00L h V Q S v αρημ=；其中：0L h Q mix αμ=为混合气热值（KJ/Kmol ）或理解为0L V g S v b αρη=（g/s ）一个循环的喷油量 v m i v m i s e s e me K L h V Q V W p ηηαηηηαηρημ====00 （ 注：m i e ηηη=ie i m i h b P P ⨯⨯=μηη6106.3 =i e i h B P P ⨯P ⨯μ6106.3μμh b h B e e66106.3106.3⨯=P ⨯==e η）式中 v η——充气效率； 0L ——理论空气量；0ρ——大气状态下空气密度（kg ／m 3）； e W ——每循环有效功（kJ ）； Vs ——工作容积（m 3）； e η——有效热效率；α——过量空气系数； m η——机械效率；μh ——燃料低热值； i η——指示热效率。

n K V i n p m i V S me e ηηαη1120==P m i V S me tq K V ip ηηαητ20314.0==Tmi e e K h b ηηημ36106.3=⨯=n K b B ve e αη4=P = 其中：K 、1K 、2K 、3K 、4K 为比例常数。

由此可见上述性能指标只取决于i η,m η,v η,α和n 五个参数。

§6-2 发动机的负荷待性、负荷特性：转速不变，经济性指标随负荷而变化的关系，以曲线表示，则称为负荷特性曲线。

()e P f B = ，()e e P f b =一、汽油机负荷特性1、制取条件：将供油系、点火提前角调整好；水温、油温最佳（85±5℃）。

2、制取方法：①当汽油机保持某一稳定转速后，逐渐改变节气门开度（由小到大），测量功率、小时耗油量B ，排气温度等参数。

②加大节气门开度，同时调节测功机负荷保持转速不变，稳定后测量第二点的功率小时耗油量B ，排气温度等参数。

③如此依次一直作到节气门全开，一般不少于8点。

④把测量数据画在以e P 为横坐标的坐标系内、并连成曲线即得汽油机负荷特性曲线。

3、曲线历程分析（1）be 曲线：mi e K b ηη3=主要取决于mi ηη和的变化。

关于m η的变化：①（空转时）0=P e ，0=P P =iem η； ②当n 恒定时，m P 基本不变，↑P P-=↓→P P ↑→P ↑→P ∴)]1([im m i m i e η； 关于i η的变化：①e P ↑→↑→↓→αγ↑→i η；②e P 接近全开时，为了保证最大功率，供给=α0.8～0.9的浓混合气，燃烧不完全→i η↓。

因此：怠速（空转时）0=P e ，0=P P =iem η；e b ∞→；随着负荷增加m i ηη和燃烧完全；↑→T U 燃烧及时性↑同时增加e b 急剧下降。

当(m i ηη⨯)max 时e b 最小。

当负荷再↑→ ↑↓→e i b η曲线上翘。

（2）B 曲线当转速一定，e P ↑→节气门开度↑→↑→0L α B ↑，直至混合气成分变浓后，B 上升更快一些。

二、柴油机的负荷特性1、制取条件：将供油提前角调整完好；水温、油温度最佳（85±5℃）。

2、制取方法：①将柴油机调到给定转速（由小到大）稳定后，测量tq T 、B ，r T 和b R 等参数。

②增加供油量，同时调节测功机保持转速不变，稳定后测量第二点的功率小时耗油量B ，排气温度和排气烟度等参数。

③如此依次一直作到全负荷，一般不少于8点。

④把记录的数据通过计算，画在以e P 为横坐标的坐标系内、并连成曲线即得柴油机负荷特性曲线。

3、曲线历程分析（1）e b 曲线：mi e K b ηη3=主要取决于m i ηη和的变化。

关于m η的变化：ee b B P=当①怠速时（空转）i m P =P ，0=m η； ②n 恒定时，v η基本不变，↑↑→P ↑→P ∴m i e η（im i e m P P-=P P =1η↓）； 关于i η的变化： n 恒定时，m P 基本不变，↓→↑→↑→P ∴αb e g↓→i η因此，e P ↑→↑m η，↓i η下降但变化不大↓→e b ；当(m i ηη⨯)max 时e b 最小点1；当负荷再↑由于↑↑→↓e m i b ηη 曲线上翘。

到2点开始冒烟，称为冒烟点，油量再↑→ e b ↑较快、达到max e P 点3；油量继续增加由于燃烧恶化e P 不但不增加反而下降。

所以柴油机的负荷特性也是柴油机的燃料调整特性，可根据柴油机用途确定全负荷供油量。

如，拖拉机、工程机械经常在大负荷或超负荷工作，一般油量可调整在最低油耗点1。

汽车发动机经常在中小负荷工作，偶尔全负荷，油量可调整在冒烟点，也可采用切线法确定全负荷油量，从坐标原点作e b 曲线的切线，切点油量可作为该转速下全负荷油量。

这时是功率和油耗的最低折中。

小结：负荷特性主要用于评价发动机的经济性①同一转速下的最低耗油率min e b 愈小，曲线愈平坦，经济性愈好。

②比较柴油机和汽油机负荷特性曲线可知，柴油机经济性好ⅰ、min e b 比汽油机低20-30%（柴油机αεηt 大）；ⅱ、柴油机e b 曲线比汽油机曲线平坦（因i η的变化趋势相反）；ⅲ、汽油机B 曲线弯曲度较大，柴油机B 曲线在中小负荷接近直线。

③在低负荷区耗油率高。

因此，选用发动机时，再满足动力性要求前提下，不宜装功率过大的发动机以提高功率利用率和使用经济性。

燃烧不完全燃烧持续期↑§6-3 发动机的速度特性1、速度特性：发动机性能指标随转速变化的关系。

()n f e =P ； ()n f T Tq =； ()n f B =；()n f b e =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，这称部分速度特性。

2、外特性（全负荷特性曲线）曲线 外特性：油门全开时的速度特性。

（由于节气门的开启可以无限变化，所以部分速度特性曲线有无数条。

）一、汽油机的速度特性1、制取条件：将供油系、点火提前角调整好；水温、油温最佳（85±5℃）。

2、制取方法：①汽油机节气门固定在全开位置，调整测功机负荷使其稳定在标定转速，测量tq T 、B ，排气温度等参数。

②节气门开度不变，加大测功机负荷，使发动机转速降低，稳定后测量第二点的tq T 、B 、排气温度等参数。

③如此依次一直作到节气门全开，一般不少于8点。

④把测量数据画在以n 为横坐标的坐标系内、并连成曲线即得汽油机的外特性曲线。

3、曲线历程分析（1）tq T 曲线：m i V S me tq K V ip ηηαητ20314.0==T由于外特性油门不变=α常数，所以tq T 主要取决于v η、m i ηη和的变化。

①关于v η的变化： 某一中间转速v η最大↓→n (进气倒流)v η↓→↑→再n 进气阻力↑→ v η↓。

②关于i η的变化：i η也是中间高两头低↓→n 涡流弱、↓T U 、传热、漏气损失↓↑→i η；↑→n 燃烧所占曲轴转角↑→燃烧速率↓↓→i η，但比较平坦。

③关于m η的变化：↑↑→m p n 而i p 变化不大∴（i m i e m P P-=P P =1η↓）； 所以、tqT 曲线：↑T ↓→↑↑→tq m v i n ηηη )( 直到tq T 达到最大点，而后n 再↑→（v η、m i ηη和）↓↓↓T →tq 。

（2）e P 曲线：n KT tq e =P（n +tq T ）↑↑↑P →e ，当tq T 达到最大后↑P ↑→↑→e tq T n 较缓；直到Pemax 而后↓P ↑∴↓↑→e tq n T n 。

（3）be 曲线：mi e K b ηη3=。

再某一中间转速有()min max e m i b →ηη点，从此开始：↑↓→⨯↑→e i m b n ηη较快； ↑↓→↑↓→e i m b n ηη 较缓。

（4）B 曲线：n K b B ve e αη4=P = ↑↑→↑→B n v η较快当v η达到最大后↑↓→↑→B n v η较缓。

二、柴油机的速度特性喷油泵的油量调节机构（油门拉杆或齿条）位置固定不动，柴油机性能指标随转速n 变化的关系称为柴油机速度特性。

()n f e =P ； ()n f T Tq =； ()n f B =；()n f b e = 1、制取条件：2、制取方法：略 3、曲线历程分析（1）tq T 曲线：m i V S me tq K V ip ηηαητ20314.0==Tb s v g L V 00αρη=b bs v Ag g V L==→0ραη m i b tq g K ηη2'=T ∴，所以tq T 主要取决于b g 、m i ηη和的变化。

①关于b g 的变化：由油泵速度特性决定↑→n b g ↑②关于i η的变化：i η也是中间高两头低↓→n 涡流弱、↓T U 、传热、漏气损失↓↑→i η；↑→n ↓↑→↓→αηb v g 燃烧持续期↑→燃烧不完全↓→i η。

③关于m η的变化：↑↑→m p n 而i p 变化不大∴（im i e m P P-=P P =1η↓）。

综合三个参数的影响（b g ↑抵消了m η↓）使柴油机tq T 曲线变化比较平坦。