发动机运行特性.pptx

发动机的特性发动机的特性发动机运行特性发动机运行特性 发发动动机机特特性性在一定条件下，发动机性能指标与特性参数随各种可变因素的变化规律。运运行行特特性性：即主要的性能指标（功率、扭矩、比油耗、排放等）随工工况况参数转速转速和负荷负荷的变化规律 研究发动机运行特性研究发动机运行特性 的意义的意义1、与汽车进行全工与汽车进行全工况的合理匹配况的合理匹配 由由发发动动机机运运行行特特性性转转化化而而得得的的汽汽车车的的运运行行特特性性，如如驱动力特性、燃油经济性、运驱动力特性、燃油经济性、运转稳定性、安全性转稳定性、安全性等等 2、特性曲线不能满足要求时进行调节和校正特性曲线不能满足要求时进行调节和校正 柴油机调速装置柴油机调速装置 、点火和喷油提前装置，可变配气相位系统点火和喷油提前装置，可变配气相位系统 *电电子子控控制制技技术术使使更更多多的的参参数数有有了了实实时时调调控控的的可能，出现了多种可能，出现了多种发动机的发动机的“可变可变”技术，技术，第一节第一节 发动机工况发动机工况工况由转速和曲轴输出功率表示 工况平面与发动机的工作区域工况平面与发动机的工作区域 以负荷和转速为坐标的平面叫发动机的工况平面 点工况运行（泵站）线工况运行（发电机组、螺旋桨）面工况运行（汽车）发动机的工作区域及限制发动机的工作区域及限制1)1)a曲曲线线是是各各转转速速时时最最大大功功率率(转转矩矩)的的限限制制线，到标定点线，到标定点A为止。为止。2)2)b曲线是各负荷条件下的最高转速限制线。曲线是各负荷条件下的最高转速限制线。3)3)c曲线是发动机最低稳定工作转速限制线曲线是发动机最低稳定工作转速限制线4)d曲线是各个踏板位置下的空转怠速线。曲线是各个踏板位置下的空转怠速线。5)5)输输出出功功率率为为负负值值的的e e曲曲线线是是发发动动机机灭灭火火，外外力倒拖时的工况线。力倒拖时的工况线。1、a b曲曲线线在最大加速踏板位置条件下获得的。汽油机在节气门全开时获得，称为速速度度外外特特性性线线；对于柴油机则a为校正外特性线，b曲线则是调速器起作用的调速特性调速特性线线。2 2、低于c曲曲线线转速时，由于燃烧波动和运动件惯性过小，发动机无法稳定工作。3、“加速踏板”与“油门”踏板：对汽油机，控制节气门开度，称为油门是妥当的。柴油机有时并不直接控制喷油泵的油量调节杆，而是通过控制调速器起作用，与供油量不呈线性关系。所以称为“油门”是不妥的 功率标定功率标定 发动机铭牌上规定的最大输出功率 及其对应转速 所确定的工况叫做标定工 况。15分钟功率 1小时功率12小时功率 持续功率 发动机特性的分析方法发动机特性的分析方法1 1调整特性调整特性：发动机在转速和油量调节位置(汽油机为节气门开度，柴油机是油量调节杆位置)不变条件下，各种性能指标随调整参数而变化的规律。2、调整参数包括：汽油机点火提前角过量空气系数柴油机的喷油提前角包含排气再循环在内的残余废气系数。可调整可调整参数范围的扩大参数范围的扩大另外原来不可调整，但是对性能有明显影响，也可归入调整参数：配气相位角气门升程进气管长度压缩比涡轮机喷嘴环面积2 2工况运行特性工况运行特性性能性能主要的性能指标（功率、扭矩、比油耗、排放等）随工况工况参数转速转速和负荷负荷的变化规律影响因素第二节第二节 发动机台架试验发动机台架试验1 1水力测功器水力测功器2 2平衡式电力测功器平衡式电力测功器3.3.电涡流测功器电涡流测功器耗油率的测量耗油率的测量容积法容积法容积法容积法仪器仪器耗油率的测量耗油率的测量质量法质量法质量法仪器质量法仪器台架试验综述台架试验综述统一的试验标准汽车发动机试验方法的标准(JB374384)，内燃机台架试验方法(GBll0511105387)最大功率的影响因素最大功率的影响因素发出相应功率的持续时间。测定时的大气状况。发动机所带附件。进气管和空气滤清器阻力、排气背压大气修正大气修正 大气状况大气状况是指发动机运行地点的环境大气压力、大气温度和相对湿度。当：当大气压力降低、当大气压力降低、大气温度升高大气温度升高相对湿度增大相对湿度增大 吸入气缸的干空气量都要降低，所以功率会降低。有效功率的校正有效功率的校正燃油消耗率的校正燃油消耗率的校正汽车发动机校正方法P133速度特性速度特性、外特性与汽车动力性匹配外特性与汽车动力性匹配汽油机保持节气门开度不变或柴油机保持油量汽油机保持节气门开度不变或柴油机保持油量调节杆位置不变，发动机的性能指标随转速的调节杆位置不变，发动机的性能指标随转速的变化规律称为发动机的速度特性变化规律称为发动机的速度特性标定工况位置所决定的为全负荷速度特性曲线，标定工况位置所决定的为全负荷速度特性曲线，又叫外特性线；其余的为部分负荷速度特性线又叫外特性线；其余的为部分负荷速度特性线汽油机汽油机指示效率指示效率 、机械效率、充气效率、过量空、机械效率、充气效率、过量空气系数气系数 随速度的变化随速度的变化汽汽油油机机速速度度特特性性曲线变化趋势曲线变化趋势分析分析扭矩扭矩线线主主要要受受 的的影影响响，在在某某一一较较低低转转速速处处有有最最大大值值，然然后后随随转转速速上上升升而而较较快快下下降降，转转速速愈愈高高，降降得得愈愈快快。部部分分特特性性线线则则随随节节气气门门关关小小更更急急剧剧降降低低。指指示示效效率率对对曲曲线线的的影响不大，仅使高、低转速处的值略降低。影响不大，仅使高、低转速处的值略降低。有效功率曲线有效功率曲线 当转速提高时，开始转矩增加，所以功率当转速提高时，开始转矩增加，所以功率迅速上升；转矩达到最大值以后，随转速的上迅速上升；转矩达到最大值以后，随转速的上升变得较平缓，当升变得较平缓，当 达最大值时，功率开始达最大值时，功率开始下降下降。指示燃油消耗率曲线指示燃油消耗率曲线 与指示热效率成反比，故中间平，两头抬高与指示热效率成反比，故中间平，两头抬高有效燃油消耗率有效燃油消耗率曲线曲线 综合综合 、的变化的变化 ，使随转速上升上翘幅，使随转速上升上翘幅度越大，油门开度越小，弯曲度越厉害。度越大，油门开度越小，弯曲度越厉害。柴油机速度特性柴油机速度特性 保持油量调节杆位置不变、性能指标随转速的变化保持油量调节杆位置不变、性能指标随转速的变化规律规律必须说明的是：必须说明的是：油量调节杆位置和加速踏板位置并不一定成正油量调节杆位置和加速踏板位置并不一定成正比。所以保持加速踏板位置不变得到的速度特性线比。所以保持加速踏板位置不变得到的速度特性线和保持油量调节杆位置不变得到的速度特性线有区和保持油量调节杆位置不变得到的速度特性线有区别。加速踏板位置不变时，各转速对应的油量调节别。加速踏板位置不变时，各转速对应的油量调节杆位置往往已经过杆位置往往已经过“校正校正”或或“调速调速”而有变动。而有变动。柴油机指示效率柴油机指示效率 、机械效率、每循环供油量、机械效率、每循环供油量柴油机速度特性柴油机速度特性柴油机柴油机曲线变化趋势曲线变化趋势分析分析 1)扭矩因gb及 线有相反变化的趋势而使总体上变化较平坦。2)功率线总的是随n上升而增大。由于扭矩线较平坦，所以可可达达到到的的最最大大功功率率点点远远离离最最高高使使用转速用转速（图上看不出来）。3)指示燃油消耗率线为指指示示效效率率线的倒数，变化平坦。4)有效燃油消耗率线则是在基础上作了 的修正，随转速上升而上翘度加大。汽、柴油机速度特性曲线的对比汽、柴油机速度特性曲线的对比 1)汽油机线扭矩向下倾斜较大，低负荷时倾斜更大；而柴油机扭矩线总体变化平坦，低负荷时甚至上扬。所以：两两种种机机型型配配套套汽汽车车时时动动力力和和运运行行稳稳定定性存在巨大差异性存在巨大差异2)汽油机外特性扭矩线的最大值点，一般就是标定功率点；而柴油机可达到的最大值点的转速很高，标定点并非该特性线的极值点。3)柴油机燃油消耗率曲线要比汽油机线平坦，低负荷时更是如此。发动机速度外特性对汽车动力性能的影响发动机速度外特性对汽车动力性能的影响 汽车动力性能的评价指标：汽车动力性能的评价指标：汽车的最高稳定行驶速度 最大爬坡能力 加速时间 4.4.发动机外特性与汽车动力性匹配发动机外特性与汽车动力性匹配 汽车驱动轮上产生的驱动力汽车驱动轮上产生的驱动力 汽车行驶速度汽车行驶速度 (kmh)与发动机转速的关系与发动机转速的关系 汽车的行驶阻力汽车的行驶阻力 汽车的行驶方程汽车的行驶方程 汽车的驱动力汽车的驱动力行驶阻力平衡图行驶阻力平衡图 汽车动力性能指标的确定汽车动力性能指标的确定最高车速最高车速：最低一条水平路面的阻力线与最高挡第3挡驱动力线的交点“a”是最高稳定车速工况点 最大爬坡能力最大爬坡能力:最低挡第1挡的驱动力线与某坡度阻力线的切点“b”就是能克服的最大坡度稳速工况点。所能克服的最大坡度值是40。加速时间加速时间在给定行驶速度和变速器挡位下，最大驱动力与行驶阻力之差，就是后备驱动力，可用于加速汽车功汽车功率平衡图率平衡图 加速时间加速时间:1 1）据平衡原理，）据平衡原理，“a a”为最高车速为最高车速v vmaxmax工况点。工况点。假定各挡假定各挡Pt-vPt-va a线的交点也正是换挡工线的交点也正是换挡工 况点，况点，且认为换挡是瞬时完成，且认为换挡是瞬时完成，2 2）则汽车由低速全油门加速到最高车速时，途）则汽车由低速全油门加速到最高车速时，途经的每个速度点处的功率差值经的每个速度点处的功率差值 或转矩或转矩差值差值 就是该点的加速功率或加速转矩。就是该点的加速功率或加速转矩。3 3）称为后备功率。整个加速过程总的称为后备功率。整个加速过程总的后备功率，可由图上剖面线所示的积分面积来后备功率，可由图上剖面线所示的积分面积来表示，由此面积可计算出加速时间。表示，由此面积可计算出加速时间。外特性曲线的动力适应性与特性校正外特性曲线的动力适应性与特性校正 汽、柴油机外特性曲线的动力适应性分析汽、柴油机外特性曲线的动力适应性分析1 1）同一排挡的加速和克服阻力的能力，相同标）同一排挡的加速和克服阻力的能力，相同标定点前提下，汽油机的动力性能明显优于柴定点前提下，汽油机的动力性能明显优于柴油机油机 2 2）汽油机不会汽油机不会“飞车飞车”：因因为为最最高高挡挡可可达达到到的的最最高高转转速速是是柴柴油油机机比比汽汽油油机机更更远远离离标标定定转转速速点点，这这是是因因为为汽油机汽油机Ttq线下降急剧，而柴油机比较平缓线下降急剧，而柴油机比较平缓。汽汽油油机机的的外外特特性性线线比比柴柴油油机机的的动动力力适适应应性性好好，所所以以汽汽油油机机一一不不进进行行外外特特性性线线的的改改造造；而而柴柴油油机机要要在在低低于于标标定定转转速速段段进进行行“校校正正”，加加大扭矩；在高于标定转速段进行大扭矩；在高于标定转速段进行“调速调速”，防止超速飞车。，防止超速飞车。转矩适应系数转矩适应系数 转速适应系数转速适应系数三条转矩外特性曲线中，哪一条线的动力适应性最好三条转矩外特性曲线中，哪一条线的动力适应性最好？扭矩适应系数扭矩适应系数 转速适应转速适应系数系数汽：汽：1.251.35 1.62.5柴：小于柴：小于1.05 1.42.0柴油机的转矩校正与校正外特性曲线柴油机的转矩校正与校正外特性曲线 1)校正的可能性 不超过烟度限制线 2)校正方法 调速器柴油机调速装置与调速特性柴油机调速装置与调速特性柴油机调速器的最基本的功能就是保证柴油机高速不超速飞车而低速能稳定运行 两种基本调速模式两种基本调速模式(2)全程调速模式 调速器在任何转速均能起调速作用的模式为全程调速模式 两种基本调速模式两种基本调速模式(1)两极调速模式 调速器只在标定转速以及某一低速起调速作用，而广大中间转速不起作用 调速器的结构原理与性能指标调速器的结构原理与性能指标 1 1）转速给定元件）转速给定元件加速踏板加速踏板2 2）转速感受元件）转速感受元件飞锤飞锤3 3）执行机构）执行机构传动部分传动部分全程调速器的全程调速器的结构原理结构原理两极调速器两极调速器的结构原理的结构原理调速器的性能指标调速器的性能指标调速率可通过柴油机突变负荷试验测定。试验时，先让柴油机在标定工况下运转，然后突卸全部负荷，测定突变负荷前后的转速。稳定调速率稳定调速率瞬时调速率瞬时调速率不灵敏度不灵敏度全程调速器、两极调速器性能比较全程调速器、两极调速器性能比较1 1）转速控制性能：）转速控制性能：全程全程各工况均可控制转速在较小范围内变动两极两极除高速及怠速可控制转速在较小范围内变动外，面工况的转速控制取决于驾驶员的操作，转速变化较大2 2）过渡过程：）过渡过程：全程全程加速性好，但加、减速时常有不平稳及前后颠簸的感觉全程全程加速踏板踩到底时，加速性与全程调速器相同。其余情况下过渡平稳，无强烈颠簸感。全程调速器、两极调速器性能比较全程调速器、两极调速器性能比较3 3）操纵性能：）操纵性能：全程：全程：驾驶员直接控制调速弹簧，比较费力，易疲劳，但由于负荷变化时转速变动小，故不必经常踩换油门踏板位置两极：两极：操作轻便，但因转速随负荷变化较大，故经常要 变换加速踏板位置4 4）排放）排放全程：全程：加速时易冒黑烟两极：两极：除全负荷加速外，其余工况加速时，可控制烟度在较小范围内变化全程调速器、两极调速器性能比较全程调速器、两极调速器性能比较作业效率：作业效率：全程全程满负荷减速行驶时，只须减小加速踏板位置即可，不必频繁换排挡两极两极由于减小加速踏板位置也使油量和扭矩下降，因此只能换低挡运行，作业效率下降小结小结调速器的功能调速器的功能使使“速度特性速度特性”产生变化，其实产生变化，其实并非速度特性发生变化，而是油量调节杆位置并非速度特性发生变化，而是油量调节杆位置不断改变。不断改变。调速特性调速特性是在加速踏板位置不变时出现的。容是在加速踏板位置不变时出现的。容易给人形成油量调节杆不变的错觉。易给人形成油量调节杆不变的错觉。弄清楚加速踏板与油量调节杆的相弄清楚加速踏板与油量调节杆的相互关系和差别，不把二者混为一谈，是正确理互关系和差别，不把二者混为一谈，是正确理解调速器和调速特性的一大关键解调速器和调速特性的一大关键负荷特性、万有特性负荷特性、万有特性 与汽车经济性匹配与汽车经济性匹配负荷特性：负荷特性：当发动机保持转速不变时，当发动机保持转速不变时，性能指标随负荷而变化的规律叫做发动性能指标随负荷而变化的规律叫做发动机的负荷特性机的负荷特性全特性（万有特性）：全特性（万有特性）：负荷和转速负荷和转速都变化时性能参数的变化规律。都变化时性能参数的变化规律。汽油机汽油机指示效率指示效率 、机械效率、机械效率、充气效率、充气效率、过量空气系数过量空气系数 、油耗率、油耗率、总油耗总油耗随负荷的变化随负荷的变化柴油机柴油机指示效率指示效率 、机械效率、机械效率、循环供油量循环供油量、油耗率、油耗率、总油耗总油耗随负荷的变化随负荷的变化汽、柴油机负荷特性曲线的对比汽、柴油机负荷特性曲线的对比 汽、柴油机负荷特性曲线的对比汽、柴油机负荷特性曲线的对比1)1)汽汽油油机机有有效效燃燃油油消消耗耗率率都都比比同同负负荷荷的的柴柴油机高油机高 2)2)中中、低低负负荷荷处处的的差差值值明明显显比比最最低低油油耗耗点点和标定功率处大。和标定功率处大。统统计计资资料料表表明明，汽汽、柴柴油油机机最最低低燃燃油油消消耗耗率率的的差差值值约约15 15一一3030，而而综综合合使用油耗的差值可达使用油耗的差值可达25254545 发动机的全特性发动机的全特性(万有特性万有特性)发动机的全特性发动机的全特性(万有特性万有特性)图图发动机的全特性发动机的全特性(万有特性万有特性)图图改善发动机与汽车经济性匹配改善发动机与汽车经济性匹配发动机自身节油是改善整车燃油经济性的基础发动机自身节油是改善整车燃油经济性的基础发动机与传动装置 的匹配在经济区工作