汽车节能减排技术 第三章 燃油汽车发动机节能技术

汽车节能减排技术
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章
概述 燃油汽车整车节能技术 燃油汽车发动机节能技术 汽车使用节能技术 汽车排放污染物及控制技术 新能源汽车节能减排技术
第三章
活燃塞连油杆汽组车故发障动诊机断节与能修技复术
燃油汽车发动机以其良好的技术成熟度、可靠性及耐久性，在未来较 长一段时间内将仍然为汽车主要动力装置。在石油能源日益减少、环保要求 不断提高的背景下，世界各国不断加大对环保节能型汽车的研发力度，其中 发动机是研发的重点。燃烧燃料以产生动力是发动机工作的前提，为了充分 燃烧燃料、提高发动机效率、实现节能减排的目标，必须积极研发和推广应 用发动机节能技术，实现发动机节能降耗。采用稀薄燃烧控制技术、进气增 压技术、可变压缩比技术、可变配气相位控制技术、燃油喷射电子控制技术 等节能技术，能有效地解决发动机能耗问题。
二、发动机特性
2.发动机负荷特性
负荷特性是指发动机转速不变时，其经济性指标随负荷而变化的关系。负 荷特性曲线表明了在发动机某一转速时，不同Pe或U下的有效燃消耗率，如图 3-2所示。
图3-2 发动机负荷特性曲线
二、发动机特性
2.发动机负荷特性
当节气门开度（或油量调节机构所决定的循环供油量）由怠速逐渐增大时 ，ge迅速下降；当节气门开度增至全开度的80%左右时，ge最低；此后，若再 增大节气门开度，ge又重新上升。同一转速下的最低燃油消耗率值越小，曲线 变化越平，发动机的经济性越好。负荷特性用以评价发动机工作的经济性。
1.发动机速度特性
发动机的有效功率（Pe）、有效转矩（Te）和有效燃油消耗率（ge）随曲 轴转速（n）变化的曲线，称为发动机的速度特性曲线，如图3-1所示。节气门 开度全开时的发动机速度特性曲线，称为发动机外特性曲线，代表发动机最高 动力性能；节气门部分开启（或部分供油量位置）时的速度特性曲线，称为发 动机部分负荷特性曲线。
一、发动机性能指标
3.运行品质指标
发动机运转性能指标主要包括排气品质、噪声、起动性能等，这些性能指 标会影响到汽车综合性能，也会对人类赖以生存的环境产生重要影响。发动机 采用节能技术时，必须充分考虑上述影响因素。
二、发动机特性
发动机性能指标随着调整状况及运行工况而变化的关系称为发动机特性， 包括速度特性、负荷特性和万有特性。
二、发动机特性
3.发动机万有特性
发动机的速度特性和负荷特性只能分别表示某一节气门开度或某一转速时 发动机性能参数间的变化规律。而车用发动机的转速和负荷变化范围很广，需 要许多转速特性或负荷特性图，以分析各种工况下的性能。在一张图上较全面 地展示发动机的性能，常应用多参数的特性曲线，即万有特性曲线。
二、发动机特性
2.发动机负荷特性
当发动机转速不变时，有效功率、有效转矩和平均有效压力都可表示发动 机负荷。另外，由于负荷率能更好地反映发动机的经济性规律，还常用负荷率 表示负荷大小。也可根据需要用节气门开度（或油量调节机构所决定的循环供 油量）表示负荷。
负荷率（U）指发动机在一定转速下节气门部分打开时，实际输出的功率P′ 与节气门全开时所能发出的最大功率P′1之比的百分数，即：
1.指示性能指标
以工质在汽缸内对活塞做功为计算基准的指标称为指示性能指标，简称指 示指标。指示指标不受动力输出过程中机械摩擦和附件消耗等因素影响，直接 反映热功转换程度。
2.有效性能指标
以发动机曲轴输出功为计算基准的指标称为有效性能指标，简称有效指标。 有效指标用于直接评定发动机实际工作性能的优劣，主要包括有效功率、有效 转矩和燃油消耗率。
一、发动机性能指标
2.有效性能指标
（1）有效功率。发动机通过飞轮对外输出的功率，称为有效功率，用Pe表示， 其计算方法：
式中：Te——有效转矩，N·m； n——曲轴转速，r/min。
有效功率也可按下式计算：
式中：i——发动机的汽缸数； Vh——每个汽缸的工作容积，L； Pme——发动机的平均有效压力，MPa； τ——完成一个工作循环的冲程数。
第一节
活塞发连动杆机组性故能障指诊标与断性与能修特复性
发动机性能主要包括动力性、经济性、排放性和运行品质等，其中动 力性和经济性与节能的关系最为密切，其相互关联，又相互制约，因此必须 在满足动力性要求的前提下，提高发动机的经济性。
一、发动机性能指标
发动机动力性和经济性指标包括指示性能指标和有效性能指标两类。
二、发动机特性
1.发动机速度特性
图3-1 汽油机不同节气门开度时的速度特性曲线
二、发动机特性
1.发动机速度特性
可见，部分特性曲线的变化趋势与外特性基本一致。随着发动机转速的升 高，Te逐渐增至Temax；此后逐渐下降，且下降程度逐渐加快。随着转速升高， 开始时，Pe曲线上升很快；但达到最大转矩转速后，转速再增大，Pe增长减慢 ；当达到Pemax后，Pe又随转速的增大而下降。ge曲线则为一条凹形曲线，只有 在某一经济转速时ge最小。车用发动机很少在节气门全开的工况下工作，主要 以部分负荷运转。汽油发动机最大功率比其外特性的最大功率小15%左右，货 车和轿车（含轻型汽车）的柴油发动机则分别小10%和5%左右。
一、发动机性能指标
2.有效性能指标
（1）有效功率。 平均有效压力中：K1——常系数，MPa； ηV——发动机的充气效率； ηi——发动机的指示热效率； ηm——发动机的机械效率； α——过量空气系数。
一、发动机性能指标
2.有效性能指标
（2）有效转矩。发动机通过飞轮对外输出的转矩，称为有效转矩，用Te表示。 有效转矩与外界施加于发动机曲轴上的阻力矩相平衡，可用测功机测定。 （3）平均有效压力。单位汽缸工作容积发出的有效功，称为平均有效压力，用 pme表示。 （4）有效燃油消耗率。发动机每发出1kW的有效功率，在1h内所消耗的燃油 的质量（g），称为有效燃油消耗率，用ge表示。ge越低，发动机的经济性越好。 ge计算方法为：
式中：Qt——发动机在单位时间内的燃油消耗，kg/h。 燃油消耗率也可按下式计算：
式中：Wj——燃料热值，kJ/kg。
一、发动机性能指标
2.有效性能指标
（5）有效热效率。燃料燃烧产生的热量Q1转化为有效功We的百分数，称为有 效热效率，用ηe表示。为获得一定量的有效功所消耗的热量越少，ηe越高，发 动机的经济性越好。