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1、第七章第七章 发动机的特性发动机的特性第一节第一节 发动机工况发动机工况1、发动机工况定义：、发动机工况定义：以发动机输出功率即以发动机输出功率即有效功率有效功率Pe和和发动机发动机转速转速n来表示。来表示。2、发动机工况稳定条件：、发动机工况稳定条件：uu发动机输出扭矩即发动机输出扭矩即有效扭矩有效扭矩Ttq和和工作机械阻工作机械阻力矩力矩TR相等相等uu发动机输出扭矩随发动机转速的变化率发动机输出扭矩随发动机转速的变化率小于工作机械阻力矩小于工作机械阻力矩uu 工作机械阻力矩增大，工作机械阻力矩增大，工作机械阻力矩增大，工作机械阻力矩增大，发动机转速下降，但发动发动机转速下降，但发动发动机
2、转速下降，但发动发动机转速下降，但发动机输出扭矩大于阻力矩，机输出扭矩大于阻力矩，机输出扭矩大于阻力矩，机输出扭矩大于阻力矩，结果发动机转速又升高到结果发动机转速又升高到结果发动机转速又升高到结果发动机转速又升高到原来的工作转速。原来的工作转速。原来的工作转速。原来的工作转速。工作机械阻力矩减小，发工作机械阻力矩减小，发工作机械阻力矩减小，发工作机械阻力矩减小，发动机转速输出扭矩，结果动机转速输出扭矩，结果动机转速输出扭矩，结果动机转速输出扭矩，结果发动机转速又降低到原来发动机转速又降低到原来发动机转速又降低到原来发动机转速又降低到原来升高，但阻力矩大于发动升高，但阻力矩大于发动升高，但阻力矩
3、大于发动升高，但阻力矩大于发动机的工作转速。机的工作转速。机的工作转速。机的工作转速。3、发动机的各种工况、发动机的各种工况 按使用条件分为以下三类：按使用条件分为以下三类：uu固定工况固定工况发动机转速发动机转速不变，负荷可从零变到最不变，负荷可从零变到最大。如发电机组用途。大。如发电机组用途。uu螺旋桨工况螺旋桨工况发动机输发动机输出功率与发动机转速成一出功率与发动机转速成一定函数关系，定函数关系，Pe Kn3，一一般用于流体动力负荷。般用于流体动力负荷。uu面工况面工况发动机功率和发动机功率和转速都独立地在很大范围转速都独立地在很大范围内变化，一般用于陆上运内变化，一般用于陆上运输。输。
4、4、发动机主要特性、发动机主要特性uu发动机特性发动机特性发动机性能指标随调整情况及发动机性能指标随调整情况及运转工况而变化的关系称为发动机特性。如运转工况而变化的关系称为发动机特性。如负荷特性、速度特性、万有特性、调速特性、负荷特性、速度特性、万有特性、调速特性、烟度特性、排放特性和噪声特性等。烟度特性、排放特性和噪声特性等。uu调整特性调整特性发动机特性中随调整情况而变化发动机特性中随调整情况而变化的称为调整特性。如柴油机供油提前角调整的称为调整特性。如柴油机供油提前角调整特性、汽油机点火提前角调整特性、化油器特性、汽油机点火提前角调整特性、化油器调整特性等。调整特性等。uu特性曲线特性曲
5、线发动机特性用曲线表示，称为特发动机特性用曲线表示，称为特性曲线。性曲线。5、发动机有关性能指标与工作过程主要参数的、发动机有关性能指标与工作过程主要参数的相互关系（分析曲线变化规律）：相互关系（分析曲线变化规律）：uu平均有效压力平均有效压力pme uu发动机有效功率发动机有效功率Pe uu曲轴输出扭矩曲轴输出扭矩Ttq uu有效燃油消耗率有效燃油消耗率be uu每小时耗油量每小时耗油量B 第二节第二节 发动机台架试验发动机台架试验1、试验台架、试验台架uu发动机与测功器用联轴节连接。发动机与测功器用联轴节连接。uu发动机与测功器通过各自支架安装在铸铁发动机与测功器通过各自支架安装在铸铁T型
6、导轨底板上，可调节高度和位置，以便迅型导轨底板上，可调节高度和位置，以便迅速拆装和调节同轴度。速拆装和调节同轴度。uuT型导轨底板布置在钢筋混凝土试验台上，型导轨底板布置在钢筋混凝土试验台上，用地脚螺栓固定，混凝土试验台下面一般用用地脚螺栓固定，混凝土试验台下面一般用多个弹簧，吸收发动机传来的振动，混凝土多个弹簧，吸收发动机传来的振动，混凝土试验台四周设隔振沟，避免墙基受振动。试验台四周设隔振沟，避免墙基受振动。2、辅助系统、辅助系统uu专门可调水流量的冷却系统专门可调水流量的冷却系统 目的有二：目的有二：t t控制强制水冷却方式的发动机在稳定工况工控制强制水冷却方式的发动机在稳定工况工作时冷
7、却水温不变作时冷却水温不变t t水力测功器工作用水或电涡流测功器冷却水水力测功器工作用水或电涡流测功器冷却水循环式水冷却系统有水箱、水塔（冷却作用）循环式水冷却系统有水箱、水塔（冷却作用）uu燃料供给系统燃料供给系统t t专用油箱通过油量测量装置供给发动机的燃专用油箱通过油量测量装置供给发动机的燃料供给系统料供给系统t t油箱安全问题（不允许在发动机试验间内）油箱安全问题（不允许在发动机试验间内）uu发动机排气系统发动机排气系统t t试验室外竖排气烟囱，带抽气用途的鼓风机试验室外竖排气烟囱，带抽气用途的鼓风机（汽油机试验室的鼓风机应是防爆电机）（汽油机试验室的鼓风机应是防爆电机）t t简易的方
8、法是经消声地坑排出简易的方法是经消声地坑排出uu发动机试验间通风系统发动机试验间通风系统t t室内进气系统（鼓风机通过矩形管道向室内室内进气系统（鼓风机通过矩形管道向室内鼓风）鼓风）t t室内抽气系统（鼓风机通过矩形管道向室外室内抽气系统（鼓风机通过矩形管道向室外抽气）抽气）t t进气口和抽气口尽可能距离远进气口和抽气口尽可能距离远3 3、各种测量仪器、仪表及操纵台、各种测量仪器、仪表及操纵台、各种测量仪器、仪表及操纵台、各种测量仪器、仪表及操纵台一一一一 、测功机、测功机、测功机、测功机 测功器作为发动机的负载吸收发动机输出的功率，测功器作为发动机的负载吸收发动机输出的功率，测功器作为发动机
9、的负载吸收发动机输出的功率，测功器作为发动机的负载吸收发动机输出的功率，当测功器所耗功率与发动机输出功率相等时，发动机工当测功器所耗功率与发动机输出功率相等时，发动机工当测功器所耗功率与发动机输出功率相等时，发动机工当测功器所耗功率与发动机输出功率相等时，发动机工况稳定，通过测量测功器的扭矩和发动机的转速，间接况稳定，通过测量测功器的扭矩和发动机的转速，间接况稳定，通过测量测功器的扭矩和发动机的转速，间接况稳定，通过测量测功器的扭矩和发动机的转速，间接测出发动机的输出功率大小。测出发动机的输出功率大小。测出发动机的输出功率大小。测出发动机的输出功率大小。P Pe e=T=Ttqtqn/9550
10、n/9550 常见测功器有水力测功器、平衡式直流电力测功器和常见测功器有水力测功器、平衡式直流电力测功器和常见测功器有水力测功器、平衡式直流电力测功器和常见测功器有水力测功器、平衡式直流电力测功器和电涡流测功器三种，其中，水力测功器常用于柴油机，电涡流测功器三种，其中，水力测功器常用于柴油机，电涡流测功器三种，其中，水力测功器常用于柴油机，电涡流测功器三种，其中，水力测功器常用于柴油机，电涡流测功器常用于汽油机，直流电力测功器常用于可电涡流测功器常用于汽油机，直流电力测功器常用于可电涡流测功器常用于汽油机，直流电力测功器常用于可电涡流测功器常用于汽油机，直流电力测功器常用于可倒拖发动机的试验场
11、合。倒拖发动机的试验场合。倒拖发动机的试验场合。倒拖发动机的试验场合。（）水力测功器（）水力测功器（）水力测功器（）水力测功器 水力测功器由制动器和测力机构组成。水力测功器由制动器和测力机构组成。水力测功器由制动器和测力机构组成。水力测功器由制动器和测力机构组成。uu制动器的工作原理制动器的工作原理制动器的工作原理制动器的工作原理 测功器轴测功器轴测功器轴测功器轴8 8通过滚动轴承通过滚动轴承通过滚动轴承通过滚动轴承5 5安装在外壳安装在外壳安装在外壳安装在外壳1 1内，转子内，转子内，转子内，转子4 4固定固定固定固定在测功器轴上，可以与轴一起在外壳内旋转，外壳又通在测功器轴上，可以与轴一起
12、在外壳内旋转，外壳又通在测功器轴上，可以与轴一起在外壳内旋转，外壳又通在测功器轴上，可以与轴一起在外壳内旋转，外壳又通过滚动轴承过滚动轴承过滚动轴承过滚动轴承6 6架于轴承座架于轴承座架于轴承座架于轴承座9 9上，则外壳可以相对于上，则外壳可以相对于上，则外壳可以相对于上，则外壳可以相对于轴承座自由摆动。在转轴承座自由摆动。在转轴承座自由摆动。在转轴承座自由摆动。在转子的外圆柱面上，装有子的外圆柱面上，装有子的外圆柱面上，装有子的外圆柱面上，装有搅水棒搅水棒搅水棒搅水棒3 3，而在外壳的内，而在外壳的内，而在外壳的内，而在外壳的内壁上装有阻水柱壁上装有阻水柱壁上装有阻水柱壁上装有阻水柱2 2。
13、外壳。外壳。外壳。外壳上部有进水管上部有进水管上部有进水管上部有进水管1010，下部，下部，下部，下部有排水管有排水管有排水管有排水管1111，通过开关，通过开关，通过开关，通过开关或手轮调节进、出水量。或手轮调节进、出水量。或手轮调节进、出水量。或手轮调节进、出水量。（2）平衡式电力测功器的一般工作原理）平衡式电力测功器的一般工作原理 当发动机带动发电机发电时，发动机发出的当发动机带动发电机发电时，发动机发出的机械功率应该等于发电机输出的电功率，这样，机械功率应该等于发电机输出的电功率，这样，就可以根据仪表所指示的发电机输出的电压、电就可以根据仪表所指示的发电机输出的电压、电流值，求出其电功
14、率。但是，由于发电机工作时流值，求出其电功率。但是，由于发电机工作时有损失（如线圈发热的铜损耗、铁心由于磁滞和有损失（如线圈发热的铜损耗、铁心由于磁滞和电涡流的铁损耗以及轴承和风扇的机械损耗等），电涡流的铁损耗以及轴承和风扇的机械损耗等），而且这些损失是随发动机负荷和转速的改变而变而且这些损失是随发动机负荷和转速的改变而变化的，所以影响测量的准确性。为了使测量准确，化的，所以影响测量的准确性。为了使测量准确，常用的方法是将发电机的外壳（定子）用轴承通常用的方法是将发电机的外壳（定子）用轴承通过支座架起来，做成平衡式电力测功器。过支座架起来，做成平衡式电力测功器。（）电涡流测功器（）电涡流测功器
15、 电涡流测功器是利用涡电流效应将被试发动电涡流测功器是利用涡电流效应将被试发动机的机械能转变为电能，继而又转变为热能的过机的机械能转变为电能，继而又转变为热能的过程。电涡流测功器由吸收功率（制动器）和测力程。电涡流测功器由吸收功率（制动器）和测力机构等组成。机构等组成。二、耗油率的测量二、耗油率的测量 柴油机用质量法（称重法）测量燃油消耗率，柴油机用质量法（称重法）测量燃油消耗率，汽油机因汽油容易汽化，只能用容积法测量燃油汽油机因汽油容易汽化，只能用容积法测量燃油消耗率。消耗率。uu质量法质量法质量法是通过测量消耗一定质量质量法是通过测量消耗一定质量m的燃油所花费的燃油所花费的时间的时间t，然
16、后按下式计算：然后按下式计算：B=3.6 m/t be=B/Pe 1000式中，式中，m单位（克）；单位（克）；t单位（秒）；单位（秒）；Pe单位（千瓦）；单位（千瓦）；be单位单位 克克/（千瓦（千瓦 小时）小时）t t油箱至发动机和油杯的管路中设置一个三通阀油箱至发动机和油杯的管路中设置一个三通阀油箱至发动机和油杯的管路中设置一个三通阀油箱至发动机和油杯的管路中设置一个三通阀t t三通阀置于三通阀置于三通阀置于三通阀置于A A位置时，左侧油箱的燃油向发动机供油位置时，左侧油箱的燃油向发动机供油位置时，左侧油箱的燃油向发动机供油位置时，左侧油箱的燃油向发动机供油t t三通阀置于三通阀置于三通
17、阀置于三通阀置于B B位置时，燃油向发动机和天平左测称盘上位置时，燃油向发动机和天平左测称盘上位置时，燃油向发动机和天平左测称盘上位置时，燃油向发动机和天平左测称盘上的油杯内供油，直至油杯充满燃油，三通阀置于的油杯内供油，直至油杯充满燃油，三通阀置于的油杯内供油，直至油杯充满燃油，三通阀置于的油杯内供油，直至油杯充满燃油，三通阀置于A A位置。位置。位置。位置。t t在天平右侧称盘上放置适当在天平右侧称盘上放置适当在天平右侧称盘上放置适当在天平右侧称盘上放置适当重量的砝码，天平指针对零。重量的砝码，天平指针对零。重量的砝码，天平指针对零。重量的砝码，天平指针对零。t t准备测量，撤去天平右侧称
18、准备测量，撤去天平右侧称准备测量，撤去天平右侧称准备测量，撤去天平右侧称盘上一定重量盘上一定重量盘上一定重量盘上一定重量m m克的砝码，克的砝码，克的砝码，克的砝码，将三通阀置于将三通阀置于将三通阀置于将三通阀置于C C位置，只有油位置，只有油位置，只有油位置，只有油杯内的燃油向发动机供油，杯内的燃油向发动机供油，杯内的燃油向发动机供油，杯内的燃油向发动机供油，同时按动秒表，当天平指针同时按动秒表，当天平指针同时按动秒表，当天平指针同时按动秒表，当天平指针重新指向零刻度位置时，按重新指向零刻度位置时，按重新指向零刻度位置时，按重新指向零刻度位置时，按停秒表，测量所耗时间。停秒表，测量所耗时间。
19、停秒表，测量所耗时间。停秒表，测量所耗时间。t t三通阀重置于三通阀重置于三通阀重置于三通阀重置于A A位置。位置。位置。位置。uu容积法容积法 容积法是通过测量消耗容积法是通过测量消耗一定容积一定容积Vt（毫升）的燃毫升）的燃油所需的时间油所需的时间t（秒），秒），然后按下式计算：然后按下式计算：B=3.6 Vt.f/t Be=B/Pe 1000 式中，式中，f 为燃油密度（克为燃油密度（克/毫升），其余同上。毫升），其余同上。测量装置如图所示，玻璃量瓶测量装置如图所示，玻璃量瓶5由几个油泡组成，由几个油泡组成，在细颈处均有刻度，各刻线之间的容积都经过校在细颈处均有刻度，各刻线之间的容积都经
20、过校准。油箱到发动机和量瓶之间装有三通阀。准。油箱到发动机和量瓶之间装有三通阀。、台架试验综述、台架试验综述（1）概述）概述uu发动机用途不同，试验方法和项目也不完全发动机用途不同，试验方法和项目也不完全相同，所用标准也不一样（是否带排气消声器、相同，所用标准也不一样（是否带排气消声器、冷却风扇、水泵等附件，一般为裸机）。应事冷却风扇、水泵等附件，一般为裸机）。应事先选择相应标准，制定出试验大纲，严格按试先选择相应标准，制定出试验大纲，严格按试验大纲要求试验。验大纲要求试验。uu发动机使用中允许的最大功率与下列外界因发动机使用中允许的最大功率与下列外界因素有关：素有关：t t发出相应功率的持续
21、时间发出相应功率的持续时间t t测量时的大气状况测量时的大气状况t t发动机所带附件发动机所带附件t t进气管和空气滤清器阻力、排气背压等进气管和空气滤清器阻力、排气背压等（2）功率标定（发动机铭牌功率）功率标定（发动机铭牌功率）uu15分钟功率分钟功率适用于汽车、摩托车、摩托艇适用于汽车、摩托车、摩托艇uu1小时功率小时功率适用于拖拉机、工程机械、船舶适用于拖拉机、工程机械、船舶uu12小时功率小时功率适用于拖拉机、农业排灌、电站适用于拖拉机、农业排灌、电站uu持续功率持续功率适用于农业排灌、电站、船舶、适用于农业排灌、电站、船舶、铁路牵引铁路牵引（3 3）大气修正）大气修正）大气修正）大气
22、修正 大气状况指大气状况指大气状况指大气状况指环境大气压力环境大气压力环境大气压力环境大气压力P P、大气温度大气温度大气温度大气温度T T和和和和相对相对相对相对湿度湿度湿度湿度 。当。当。当。当P P降低、降低、降低、降低、T T升高、升高、升高、升高、增大时，吸入气缸增大时，吸入气缸增大时，吸入气缸增大时，吸入气缸的干空气质量都要减少，所以发动机功率会减少。的干空气质量都要减少，所以发动机功率会减少。的干空气质量都要减少，所以发动机功率会减少。的干空气质量都要减少，所以发动机功率会减少。必须将不同大气状况下的发动机性能试验结果换必须将不同大气状况下的发动机性能试验结果换必须将不同大气状况
23、下的发动机性能试验结果换必须将不同大气状况下的发动机性能试验结果换算成标准大气状况下的试验结果，才能进行比较。算成标准大气状况下的试验结果，才能进行比较。算成标准大气状况下的试验结果，才能进行比较。算成标准大气状况下的试验结果，才能进行比较。uu对于汽车发动机，按部颁标准对于汽车发动机，按部颁标准对于汽车发动机，按部颁标准对于汽车发动机，按部颁标准JB3743-84JB3743-84规定：规定：规定：规定：t t进气温度进气温度进气温度进气温度T0=298K（或（或（或（或t0=25 C）t t相对湿度相对湿度相对湿度相对湿度 0=30%，据此，据此水蒸气分压水蒸气分压 0PW0=1kPa，进
24、气总压，进气总压P0=100kPa,进气干空进气干空气压力气压力P0 0PW0=99kPauu油门全开时有效扭矩、有效功率的修正油门全开时有效扭矩、有效功率的修正油门全开时有效扭矩、有效功率的修正油门全开时有效扭矩、有效功率的修正t t实测有效扭矩实测有效扭矩实测有效扭矩实测有效扭矩T Ttqtq（NmNm）、）、）、）、有效功率有效功率有效功率有效功率Pe（kW），换换换换算成标准环境状况下的有效扭矩算成标准环境状况下的有效扭矩算成标准环境状况下的有效扭矩算成标准环境状况下的有效扭矩T Ttq0 tq0（NmNm）、有、有、有、有效功率效功率效功率效功率Pe0（kW），），满足下列关系：满足
25、下列关系：满足下列关系：满足下列关系：uu油门全开时汽油机油门全开时汽油机燃油消耗率不进行校正燃油消耗率不进行校正饱饱和和水水蒸蒸汽汽压压力力psw是是温温度度的的单单值值函函数数，在在t=0t=05050范围内，可按下式计算：范围内，可按下式计算：psw =0.6133+4.31210-2t+1.62810-3t2+1.49210-5t3+5.77310-7 t4 kPakPa 也可根据温度也可根据温度T T和相对湿度和相对湿度 查表插值计算。查表插值计算。此此 式式 仅仅 当当 a在在 0.93 1.07、进进 气气 温温 度度 T在在288K（15）308K（35）、进进气气干干空空气气
26、压压ps(p psw)在在80 kPa（600Hg）110 kPa（825Hg）范围内才适用范围内才适用。例例：一一台台非非增增压压汽汽油油机机在在试试验验现现场场环环境境状状况况下下发发出出64kW有有效效功功率率，试试问问在在标标准准环环境境状状况况下下可可输输出出多多少少 有有 效效 功功 率率？（试试 验验 现现 场场 环环 境境 状状 况况：p=98kPa;T=303K;=0.8）答答：当当T=303K（30），=0.8时时，由由上上表表查查出出：psw=3.4 kPa，因因此此进进气气干干空空气气压压力力ps=p psw=98 3.4=94.6 kPa，而而 功功 率率 修修 正正
27、 系系 数数 a=（99/94.6）1.2（303/298）0.6=1.068因此，在标准环境状况下输出的有效功率因此，在标准环境状况下输出的有效功率Pe0=aPe=1.06864=68.352 kW。第三节第三节 发动机的负荷特性发动机的负荷特性 负荷特性是指负荷特性是指发动机转速不变发动机转速不变，其，其燃油燃油经济性能指标随负荷而变化经济性能指标随负荷而变化的关系，以曲的关系，以曲线表示，就是负荷特性曲线。线表示，就是负荷特性曲线。负荷特性横坐标负荷特性横坐标-负荷，可用有效功率负荷，可用有效功率Pe、有效扭矩有效扭矩Ttq或平均有效压力或平均有效压力Pme表示。表示。负荷特性纵坐标负荷
28、特性纵坐标-主要是每小时燃料消主要是每小时燃料消耗量耗量B或燃料消耗率或燃料消耗率be，根据需要，还可以根据需要，还可以绘出排气温度绘出排气温度tr、烟度烟度、机械效率机械效率 m等曲线。等曲线。一、汽油机负荷特性一、汽油机负荷特性一、汽油机负荷特性一、汽油机负荷特性 由由由由 ，b b b be e e e的变化曲线取决于的变化曲线取决于的变化曲线取决于的变化曲线取决于 i i、m m的变化。的变化。的变化。的变化。随着负荷增加，节气门开度加大，气缸内残余废气量相随着负荷增加，节气门开度加大，气缸内残余废气量相随着负荷增加，节气门开度加大，气缸内残余废气量相随着负荷增加，节气门开度加大，气缸
29、内残余废气量相对减少，燃烧速度增加，而且由于相对散热损失减少及对减少，燃烧速度增加，而且由于相对散热损失减少及对减少，燃烧速度增加，而且由于相对散热损失减少及对减少，燃烧速度增加，而且由于相对散热损失减少及燃料汽化条件改善，均使燃料汽化条件改善，均使燃料汽化条件改善，均使燃料汽化条件改善，均使 i i i i增大增大增大增大。当转速一定，负荷增加时，机当转速一定，负荷增加时，机械损失功率械损失功率Pm变化不大，但指变化不大，但指示功率示功率Pi随负荷成比例增加，随负荷成比例增加，根据根据 m=1-Pm/Pi，m随随负荷增负荷增加而增大，发动机怠速工况时，加而增大，发动机怠速工况时，m=0。门开
30、度逐渐增大，门开度逐渐增大，门开度逐渐增大，门开度逐渐增大，因因因因i、m 同同同同时上升，时上升，时上升，时上升，be迅速下降。当节气门迅速下降。当节气门迅速下降。当节气门迅速下降。当节气门开度增大到开度增大到开度增大到开度增大到80%80%80%80%左右时，化油器左右时，化油器左右时，化油器左右时，化油器加浓系统开始提供偏浓的功率加浓系统开始提供偏浓的功率加浓系统开始提供偏浓的功率加浓系统开始提供偏浓的功率混合气成分，燃烧不完全，混合气成分，燃烧不完全，混合气成分，燃烧不完全，混合气成分，燃烧不完全，i下下下下降，使降，使降，使降，使be又重新上升。又重新上升。又重新上升。又重新上升。当
31、节气门开度增大时，充入当节气门开度增大时，充入当节气门开度增大时，充入当节气门开度增大时，充入气缸内的混合气数量增多，气缸内的混合气数量增多，气缸内的混合气数量增多，气缸内的混合气数量增多，B B B B也也也也随之增加，直至混合气成分突随之增加，直至混合气成分突随之增加，直至混合气成分突随之增加，直至混合气成分突然加浓后，然加浓后，然加浓后，然加浓后，B B B B上升更快一些。上升更快一些。上升更快一些。上升更快一些。根据根据根据根据i、m随负荷增加而变化的曲线，分析汽油机负荷随负荷增加而变化的曲线，分析汽油机负荷随负荷增加而变化的曲线，分析汽油机负荷随负荷增加而变化的曲线，分析汽油机负荷
32、特性曲线如下特性曲线如下特性曲线如下特性曲线如下：当发动机处于空转时，因当发动机处于空转时，因当发动机处于空转时，因当发动机处于空转时，因m=0，be无限大，无限大，无限大，无限大，随着节气随着节气二、柴油机的负荷特性二、柴油机的负荷特性（）uu当转速一定时，随着负当转速一定时，随着负荷增加，每循环的供油荷增加，每循环的供油量增加，过量空气系数量增加，过量空气系数 值减小，超过一定负值减小，超过一定负荷后，荷后，值再减小就会值再减小就会引起燃烧完善程度下降，引起燃烧完善程度下降，i也随着降低，高负荷也随着降低，高负荷时下降的速度更快。时下降的速度更快。m随负荷增加而上升，随负荷增加而上升，柴油
33、机空转时，柴油机空转时，m=0。uu当柴油机空转时，当柴油机空转时，be为为无限大，逐渐增加每循无限大，逐渐增加每循环供油量，由于环供油量，由于 m迅速迅速上升，上升，be迅速降低至点迅速降低至点1，be达到最低点。再继达到最低点。再继续增加供油量，由于续增加供油量，由于 的的减小引起了燃烧过程的减小引起了燃烧过程的恶化，恶化，i下降较快，而下降较快，而 m上升平缓，因此，上升平缓，因此，be升高，至点升高，至点2时，排气冒时，排气冒黑烟，黑烟，be急剧升高。急剧升高。三、负荷特性的意义三、负荷特性的意义1、评价不同类型的发动机的经济性、评价不同类型的发动机的经济性 经济性好的要求：经济性好的
34、要求：（1）gemin较小；较小；（2）负荷特性曲线在）负荷特性曲线在gemin附近要平坦。附近要平坦。柴油机经济性比汽油机好，柴油机经济性比汽油机好，gemin大约低大约低20-30%。2 2、找出提高汽车经济性的途径、找出提高汽车经济性的途径 提高汽车的负荷率。提高汽车的负荷率。在在动动力力性性足足够够时时，尽尽量量提提高高发发动动机机工工作作时时的的负荷率，选用功率较小的发动机。负荷率，选用功率较小的发动机。3 3、柴油机功率标定、柴油机功率标定 对车用柴油机，其功率标定应在冒烟界限对车用柴油机，其功率标定应在冒烟界限点点2 2；对工程机械用柴油机，其功率标定在最低对工程机械用柴油机，其
35、功率标定在最低油耗点油耗点1 1。uu比较汽油机负荷特性和柴油机负荷特性（分析比较汽油机负荷特性和柴油机负荷特性（分析 i m变化趋势变化趋势）可知，柴油机耗油率）可知，柴油机耗油率be曲线较曲线较汽油机的汽油机的be曲线平缓。曲线平缓。第四节第四节 发动机的速度特性发动机的速度特性 速度特性指发动机的油量调节机构（节气门或速度特性指发动机的油量调节机构（节气门或速度特性指发动机的油量调节机构（节气门或速度特性指发动机的油量调节机构（节气门或调节齿杆）的位置一定时，发动机的性能参数调节齿杆）的位置一定时，发动机的性能参数调节齿杆）的位置一定时，发动机的性能参数调节齿杆）的位置一定时，发动机的性
36、能参数（T Ttqtq、b be e、P Pe e等）随转速的关系，以曲线表示就是等）随转速的关系，以曲线表示就是等）随转速的关系，以曲线表示就是等）随转速的关系，以曲线表示就是速度特性曲线。速度特性曲线。速度特性曲线。速度特性曲线。速度特性曲线横坐标是发动机转速速度特性曲线横坐标是发动机转速速度特性曲线横坐标是发动机转速速度特性曲线横坐标是发动机转速n n，纵坐标纵坐标纵坐标纵坐标是发动机有效扭矩是发动机有效扭矩是发动机有效扭矩是发动机有效扭矩T Ttqtq、有效功率有效功率有效功率有效功率P Pe e、平均有效压力平均有效压力平均有效压力平均有效压力p pmeme、有效燃油消耗率有效燃油消
37、耗率有效燃油消耗率有效燃油消耗率b be e、每小时耗油量每小时耗油量每小时耗油量每小时耗油量B B、排气温排气温排气温排气温度度度度t tr r等。等。等。等。一、汽油机速度特性一、汽油机速度特性uu汽油机节气门开度一定，其有效功率汽油机节气门开度一定，其有效功率Pe、扭矩扭矩Ttq、耗油率耗油率be、每小时耗油量每小时耗油量B等等随转速变化的关系称为汽油机的速度特随转速变化的关系称为汽油机的速度特性。性。uu节气门全开时的速度特性称为汽油机的节气门全开时的速度特性称为汽油机的外特性，其余开度时的速度特性称为部外特性，其余开度时的速度特性称为部分负荷速度特性。分负荷速度特性。1 1、外特性曲
38、线、外特性曲线、外特性曲线、外特性曲线 由由由由T Ttqtq=K=K2 2 i i m m V V /可知，可知，可知，可知，T Ttqtq 随转速随转速随转速随转速n n的变化的变化的变化的变化决定于决定于决定于决定于 i i 、m m、V V/随随随随n n的的的的变化。变化。变化。变化。uu i i变化平缓，中间转速略微凸变化平缓，中间转速略微凸变化平缓，中间转速略微凸变化平缓，中间转速略微凸起：低转速时，气缸内气流扰起：低转速时，气缸内气流扰起：低转速时，气缸内气流扰起：低转速时，气缸内气流扰动减弱，火焰传播速度减低，动减弱，火焰传播速度减低，动减弱，火焰传播速度减低，动减弱，火焰传
39、播速度减低，散热损失及漏气损失增加，使散热损失及漏气损失增加，使散热损失及漏气损失增加，使散热损失及漏气损失增加，使 i i 下降；高转速时，燃烧持续下降；高转速时，燃烧持续下降；高转速时，燃烧持续下降；高转速时，燃烧持续角增加，后燃损失增大，泵气角增加，后燃损失增大，泵气角增加，后燃损失增大，泵气角增加，后燃损失增大，泵气损失也增加，也使损失也增加，也使损失也增加，也使损失也增加，也使 i i 下降。下降。下降。下降。uu V中间转速最高，转速过中间转速最高，转速过低，不能很好利用气流惯低，不能很好利用气流惯性进气，转速过高，进气性进气，转速过高，进气时间不足，均使气缸内进时间不足，均使气缸
40、内进气量减少，气量减少，V 下降。在下降。在节气门开度一定时，节气门开度一定时，值值基本不随转速基本不随转速n变化。变化。uu因机械损失功率因机械损失功率pm随转随转速升高而增加，因此速升高而增加，因此 m随随转速升高而下降。转速升高而下降。uu由于由于 i、V/在中间转在中间转速较高，速较高，m下降平缓，下降平缓，因此，有效扭矩因此，有效扭矩Ttq 在中在中间转速偏低一侧最高，随间转速偏低一侧最高，随后，随着转速继续升高，后，随着转速继续升高，由于由于 m、V 下降较快，下降较快，Ttq 迅速降低。迅速降低。uu在最大在最大Ttq点点 之前，功率之前，功率Pe随转速升高迅速增加，随转速升高迅
41、速增加，随后，因随后，因Ttq下降而增加下降而增加缓慢，至某一转速后，因缓慢，至某一转速后，因Ttqn开始下降，因此开始下降，因此Pe随后下降，该转速为标定转速，对应标定功率。随后下降，该转速为标定转速，对应标定功率。uu耗油率耗油率be曲线在中间转曲线在中间转速时最低，随着转速进速时最低，随着转速进一步降低，一步降低，i下降较下降较 m的升高更快，因此，耗的升高更快，因此，耗油率油率be增大；随着转速增大；随着转速进一步升高，进一步升高，i、m同同时下降，因此，耗油率时下降，因此，耗油率 be迅速增大。注意，迅速增大。注意，耗耗油率油率 be的外特性曲线较的外特性曲线较负荷特性曲线平缓的多。
42、负荷特性曲线平缓的多。2、部分（负荷）速度特性曲线部分（负荷）速度特性曲线uu随着节气门开度减小，节流损失增大，随着节气门开度减小，节流损失增大，v下降：下降：uu低转速时，不同节气门开度下的低转速时，不同节气门开度下的 v差别较小；差别较小；高转速时差别较大。高转速时差别较大。uu转速上升，转速上升，m下降；节气门开度减小，泵气损下降；节气门开度减小，泵气损失增大，失增大，m下降。下降。uu i在中间转速时略在中间转速时略 有凸起。有凸起。uu 基本不变。基本不变。uu扭矩扭矩Ttq曲线主要取决于随曲线主要取决于随着着 i、m的变化。的变化。uu节气门开度减小，节气门开度减小，扭矩扭矩Ttq
43、随转速的升高下降得更快。随转速的升高下降得更快。因此功率因此功率Pe曲线在小负荷曲线在小负荷时甚至很快与横坐标轴相时甚至很快与横坐标轴相交，不会发生汽油机飞车交，不会发生汽油机飞车现象，并且最大扭矩点和现象，并且最大扭矩点和最大功率点随节气门开度最大功率点随节气门开度减小而逐渐移向低速工况。减小而逐渐移向低速工况。uu最低耗油率最低耗油率 be点，随节气门开度减小逐渐移向低点，随节气门开度减小逐渐移向低 速工况，并且，最低耗油率值速工况，并且，最低耗油率值be增加。增加。二、柴油机的速度特性二、柴油机的速度特性二、柴油机的速度特性二、柴油机的速度特性uu喷油泵的油门拉杆或齿条位置固定不动，柴油
44、机性喷油泵的油门拉杆或齿条位置固定不动，柴油机性喷油泵的油门拉杆或齿条位置固定不动，柴油机性喷油泵的油门拉杆或齿条位置固定不动，柴油机性能指标（主要是能指标（主要是能指标（主要是能指标（主要是P Pe e、T Ttqtq、B B、b be e）随转速随转速随转速随转速n n变化的关系变化的关系变化的关系变化的关系称为柴油机速度特性。称为柴油机速度特性。称为柴油机速度特性。称为柴油机速度特性。uu当喷油泵的油门拉杆或齿条在最大循环供油量位置当喷油泵的油门拉杆或齿条在最大循环供油量位置当喷油泵的油门拉杆或齿条在最大循环供油量位置当喷油泵的油门拉杆或齿条在最大循环供油量位置时，测得的速度特性为柴油机
45、外特性（标定功率速度时，测得的速度特性为柴油机外特性（标定功率速度时，测得的速度特性为柴油机外特性（标定功率速度时，测得的速度特性为柴油机外特性（标定功率速度特性），其它小于最大循环供油量的各个位置，测得特性），其它小于最大循环供油量的各个位置，测得特性），其它小于最大循环供油量的各个位置，测得特性），其它小于最大循环供油量的各个位置，测得的速度特性为柴油机部分负荷速度特性。的速度特性为柴油机部分负荷速度特性。的速度特性为柴油机部分负荷速度特性。的速度特性为柴油机部分负荷速度特性。1、柴油机标定功率速度特性、柴油机标定功率速度特性uu由于扭矩由于扭矩Ttq正比于平均有效压力正比于平均有效压力P
46、me，因此，可因此，可从分析平均有效压力从分析平均有效压力Pme着手。着手。uu由由uu当油量调节机构位置一定时，在没有油量校正机当油量调节机构位置一定时，在没有油量校正机构时，每循环供油量随转速升高而增大。构时，每循环供油量随转速升高而增大。uu转速下降时，充气效率转速下降时，充气效率 v增加，对改善燃烧过程，增加，对改善燃烧过程，提高指示效率提高指示效率 i有些好处，但转速过低，由于气有些好处，但转速过低，由于气流惯性得不到很好利用，流惯性得不到很好利用，v出现下降的趋势，转出现下降的趋势，转速过高，燃烧持续角拉长，后燃损失增加速过高，燃烧持续角拉长，后燃损失增加，使，使 i也有下降趋势，
47、但也有下降趋势，但 i曲线变化较平坦。曲线变化较平坦。uu机械效率机械效率机械效率机械效率 m m随转速上升因机械随转速上升因机械随转速上升因机械随转速上升因机械损失功率增加而下降。损失功率增加而下降。损失功率增加而下降。损失功率增加而下降。uu平均有效压力平均有效压力平均有效压力平均有效压力P Pmeme随转速上升下随转速上升下随转速上升下随转速上升下降不明显。降不明显。降不明显。降不明显。uu功率功率功率功率P Pe e几乎随转速几乎随转速几乎随转速几乎随转速n n成比例增长，成比例增长，成比例增长，成比例增长，只是在高转速时，增长缓慢。只是在高转速时，增长缓慢。只是在高转速时，增长缓慢。
48、只是在高转速时，增长缓慢。uu最低耗油率最低耗油率最低耗油率最低耗油率b be e发生在中间转速，发生在中间转速，发生在中间转速，发生在中间转速，转速过低，由于转速过低，由于转速过低，由于转速过低，由于 i略有下降而略有下降而使使使使b be e升高；转速过高，由于升高；转速过高，由于升高；转速过高，由于升高；转速过高，由于 m m下降而使下降而使下降而使下降而使b be e也升高。但也升高。但也升高。但也升高。但b be e外特外特外特外特性曲线较平坦。性曲线较平坦。性曲线较平坦。性曲线较平坦。2、柴油机部分速度特性、柴油机部分速度特性uu负荷降低，每循环供油量减少，负荷降低，每循环供油量减
49、少，但随转速变化趋势基本相似。但随转速变化趋势基本相似。uu负荷降低，机械效率负荷降低，机械效率 m下降。下降。但随转速变化趋势基本类似。但随转速变化趋势基本类似。uu负荷降低，负荷降低，指示热效率指示热效率 i升高，升高，但随转速变化趋势基本类似。但随转速变化趋势基本类似。uu充气效率充气效率 v与与负荷变化无关。负荷变化无关。uu过量空气系数过量空气系数 随负荷降低而随负荷降低而增大。增大。uu因此，因此，柴油机部分速度特性各柴油机部分速度特性各曲线变化趋势差别不大。曲线变化趋势差别不大。第六节第六节 调速特性调速特性一、为什么柴油机必须装置调速器而汽油机却不需一、为什么柴油机必须装置调速
50、器而汽油机却不需要装置调速器？要装置调速器？一、柴油机上安装调速性的必要性一、柴油机上安装调速性的必要性 1 1、怠速转速不稳；、怠速转速不稳；2 2、怠速易熄火；、怠速易熄火；3 3、高速易飞车高速易飞车 造造成成上上述述问问题题的的根根本本原原因因是是gg随随转转速速的的增增加加而而增增加加，所所以以调调速速器器工工作作时时，gg应应随随转转速速的的增增加加而减少而减少。二、全程式调速器和调速特性二、全程式调速器和调速特性n n调速器的作用是可以根据外界负荷的变化，通过调速器的作用是可以根据外界负荷的变化，通过转速感应元件，自动调节喷油泵供油量，使柴油转速感应元件，自动调节喷油泵供油量，使