发动机万有特性

式中 We——每循环有效功（kJ）； ηe——有效热效率。
ev o h h i i pme o mv K mv Lo Lo
式中 ηit——指示热效率； ηm——机械效率。
功率
v Pe K1 im n
扭矩（汽油机）
燃油消耗率
be K3 1
充油
测量
测量消耗容积v的燃油ห้องสมุดไป่ตู้用时间t
燃油消耗量按下式计算 小时耗油量 耗油率 B v f be 1000 B 3.6 Pe t 式中 V—球泡容积（mL）； Pe —发动机有效功率（kW）;
ρ f —燃油密度（g/mL）；
t—消耗容积V的燃油所用时间（s）。
2.质量法
油 箱 供 油
（二）转速存储设备系数φn 转速存储设备系数是标定工况时的转速与 最大扭距转速的比值。
nB n ntq
式中 nB——标定工况转速； ntq——最大扭矩转速 最大扭矩转速ntq越低，φn越大，车辆在不 换挡的情况下，发动机克服阻力增加的潜力越 强。 一 般 ， 汽 油 机 φn=1.15~2.0 ， 柴 油 机 φn=1.5~2.0 。
（一）外特性曲线变化趋势
1．扭矩曲线变化趋
势 柴油机的扭矩曲线比 汽油机平坦。 柴油机扭矩曲线的变 化趋势，很大程度上决定 于每循环供油量随转速变 化的情况。
扭矩表达式可定性 地写成
Ttq K2imb
由式可见，柴油机 扭距随转速的变化趋势 决定于ηit、ηm、△b随 转速n变化的趋势。
（1）△b—随转速 n的提高，每循环供油 量△b增加。 （2）η v 也是在某 一中间转速n出现最高 值。
（3）ηi—指示热效率 ηi某一中间n稍高
η v 、△b ，使α ， 不完全燃烧严重 η 转速高 i 燃烧占曲轴转角 ， 燃烧容积
空气涡流减 弱，燃烧不 η 良及散热漏 i 气损失增加
转速低
3．燃油消耗率变化趋势 b=k3/ηitηm b在某一中间转速当ηitηm达到最大值时出现 最低值。当转速较此转速低时，由于ηm上升弥 补不了ηit 的下降，使b增加。转速较此转速高 时ηit、ηm均较低，b也增加。
（二）部分负荷速度特性
随着节气门的关小， 节流损失增大，充气效率 减小，使部分负荷速度特 性的 Pe 、Ttq 低于外特性 值。且转速越高，充气效 率减小的越多，因此，节 气门开度越小，随转速增 加，扭距、功率曲线下降 得越快，并使最大扭矩及 最大功率点向低速方向移 动。
im
v Ttq K 2 i m
扭矩（柴油机）
小时耗油量
Ttq K2imb
v B K4 n
第二节 发动机台架试验
一、试验台装置 基本组成、装配关系、固定、支承
二、制动测功装置—测功器
1.水力测功器
2.平衡式电力测功器
3.电涡流测功器
三、耗油率的测量
1.容积法
2．功率曲线 由于扭矩Ttq曲线 变化平坦，在一定n范 围 内 ， 功 率 Pe 几 乎 与 转速n成正比增加。
3．燃油消耗率曲线 由于柴油机压缩比高，ηi较高，曲线比 汽油机的平坦，最低耗油率值比汽油机相应 值低。当ηi 、ηm 达到最大值时，出现bmin 值 。
（二）部分负荷速度特性
随油量调节机构位置向 减小供油量方向移动时，循 环供油量减小，使部分负荷 速度特性的Pe 、 Ttq 值低于外 特性。但随着负荷减小，循 环供油量随转速的变化趋势 基本不变，使部分负荷速度 特性的变化趋势同外特性相 似，所以柴油机的部分负荷 速度性的Pe 、Ttq 曲线是随负 荷的减小，大致平行下降。 耗油率曲线的变化趋势 基本同外特性。当负荷为75% 左右时，曲线位置最低。

K T Ttq T T 100%
tq max tq tq
K
Ttq max Ttq Ttq
100%
式中 Ttqmax—外特性曲线上的最大扭矩（N·m）； Ttq—标定工况下的扭矩(N·m)。
μ 或K值大，表明两扭矩之差 （Ttqmax - Ttq）值大，即随转速的降低， 扭矩Ttq 增大越快，从而在不换档的情况 下，爬坡能力、克服短期超负荷的能力越 强。 汽油机：μ 值在10%~30%范围，K值 在1.2~1.4。 柴油机：若不予以校正，则μ 值只有 5%~10%范围，K值只有1.05左右，难以满 足车辆使用要求。
第七章 发动机的特性
汽车行驶时，由于车速与行驶阻 力不断变化，则发动机的转速和负荷 亦相应变化，以适应汽车的需要。随 着转速和负荷的改变，发动机工作过 程也会发生变化。因此，发动机在不 同使用条件下具有不同的动力性与经 济性。
第一节 发动机工况
一、工况 发动机的运行情况，简称工况。工况以 功率Pe和转速n来表示，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与工作机械消 耗的扭矩相等时，两者才能在一定转速下按 一定功率稳定工作。
（2）ηm ηm 随负荷的增加而迅速增加。原因是 转速一定而负荷增加时，机械损失功率Pm 变 化 不 大 ， 指 示 功 率 Pi 成 正 比 增 加 ， 使 ηm=1—（Pm /Pi）增加。
当发动机空转（Pe=0）时，指标功率完全用于克 服机械损失，即Pi=Pm，则ηm=0，耗油率b为无穷大。 随负荷（节气门开度）增大，由于ηi、ηm同时上升， 使耗油率曲线迅速下降。当ηiηm达到最大值出现最低 耗油率bmin后，随节气门逐渐增至全开，化油器加浓 装置参加工作，供给最大功率混合气，燃烧不完全现 象增加，ηi下降，使耗油率又有所增加。
2．功率变化趋势 Pe=Ttq·n/9550 当转速由低逐渐升高 时，由于Ttq 、n同时增加 Pe 增加很快。在达到最大 扭距转速ntq后，再提高转 速，由于Ttq有所下降，使 Pe 上升缓慢。某一转速时 Ttq·n达最大值。此后，再 增加转速，由于扭距下降 超过转速上升的影响，Pe 反而下降。
汽油机负荷特性分析
（一）燃油消耗率曲线
由公式b=k3/ηitηm可 知，燃油消耗率b的变 化取决于ηit、ηm的变化 。ηit、ηm随负荷的变化 如图所示。
（1）ηi 转速一定，负荷增加， 节气门开度加大，残 余废气相对减少，热 负荷增加，从而改善 了燃油雾化、混合条 件，使燃烧速度加快， 散热损失相对减少， ηi 增 加 。 负 荷 增 至 大 负荷，加浓装置工作， ηi下降。
（1）在节气门 开度一定时，过量 空 气 系 数 φat 可 视 为 常数。 （2）充气效率 η v在某一中间转速 时最大。因为一定的 配气相位仅对一种转 速最适合，此转速下 能最好地利用气流惯 性。其余转速时η v 均降低，曲线为上凸 形。
（3）指示热效率ηit 转速低，进气流速 低，紊流减弱，使雾化、 混合状态较差，火焰传 播速度降低，散热及漏 气损失增加，ηit较低，转 速高时，燃烧过程所占 曲轴转角较大，燃烧在 较大容积下进行，ηit也较 低。但变化比较平坦， 对Ttq影响较小。
（一）外特性曲 线
1．扭矩曲线变 化趋势 随着转速n的增 加 ， 扭 距 Ttq 逐 渐 增 大，出现最大扭距 Ttqmax 后 逐 渐 下 降 ， 且下降程度越来越大 。曲线呈上凸形状。
根据公式
v Ttq K 2 i m
可见，Ttq 随n的变化取 决于指示热效率ηi 、机 械 效 率 ηm 、 充 气 效 率 η v与过量空气系数α 随n的变化。
充油
测量
燃油消耗量按下式计算
m B 3 .6 t
B be 1000 Pe
式中 t——消耗m（g）燃油所需时间（s）；
Pe——消耗m（g）燃油时测量的有效功率（kW）；
B——小时耗油量（kg/h）；
be——有效燃油消耗率[g/（kW· h）]。
第 二节 发动机的速度特性
发动机性能指标随转速变化的关 系称为发动机的速度特性。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，这时发动机即沿速度特性工 作。
当节 气 门 开 度 的 75% 左右时，耗油率曲线位置 最低。超过75%开度，混 合气较浓，存在燃烧不完 全现象，耗油率曲线位置 较高，低于75%开度时， 残余废气相对增多，燃烧 速率下降，使ηit 降低，耗 油率曲线位置也高，且开 度越小，耗油率曲线位置 越高。
二、柴油机速度特性 速度特性：喷油泵油量调节机构位置 固定不动，柴油机性能指标（主要是功率 Pe 、扭距Ttq 、燃油消耗率b、每小时耗油 量B）随转速n变化的关系。 外特性：油量调节机构固定在标定循 环供油量位置时速度特性称为柴油机标定 功率速度特性。 部分负荷速度特性：当油量调节机构 固定在小于标定循环供油量各个位置时， 所测得的速度特性称为柴油机。
一、汽油机负荷特性
1.负荷特性：当汽油机转速不变，而逐 渐改变节气门开度，每小时耗油量B、燃料 消耗率b随负荷（Pe、Ttq或Pme）而变化的关 系。 2.测取：发动机台架试验。测取前应将 化油器、点火提前角调整完好；测取时应按 规定保持冷却水温度、润滑油温度在最佳状 态。 3.汽油机靠改变节气门开度，改变进入 气缸的混合气数量来适应负荷变化。其负荷 的调节方法称为“量调节”。
三、发动机扭矩特性 要求发动机的扭矩随转速的降低而增
加。
如当汽车上坡时，若油量调节拉杆已 达最大位置，但所发出的扭矩仍感不足， 车速就要降低，此时需要发动机随车速降 低而发出更大扭矩，以克服爬坡阻力。因 此，为表明发动机的性能，引入扭距储备 系数和转速储备系数的概念。
1.扭距储备系数 要充分表明发动机的动力性能，除给出标定功 率及其相应的转速外，还要同时考虑发动机的扭矩 特性，从而引入扭距储备系数μ 和适应性系数K的 概念。 Ttq max
二、发动机特性
发动机性能指标随调整运转工况而变化 的关系称为发动机特性。
性能指标
调整情况 运转工况
调整特性 性能特性
特性用曲线表示称为特性曲线，它是评 价发动机性能的一种简单、方便、必不可少 的形式。
三、发动机性能指标与工作过程的关系
发动机输出的有效指标通常用平均有效压 力pme 、有效扭矩Ttq 、有效功率Pe 、有效燃油 消耗率b、每小时耗油量B表示。这些指标与发 动机工作过程参数的关系可以推导如下。
一、汽油机的速度特性
（1）速度特性：汽油机节气门开度 固定不动，其有效功率Pe、扭矩Ttq、、燃 油消耗率b、每小时消耗油量B等随转速n 变化的关系。 （2）测取：发动机台架试验。测取 前，应将点火提前角及化油器调整完好； 测取时，应按规定保持冷却水温度、润滑 油温度在最佳状态。
节气门全开时速度特 性称为外特性。节气门部分 打开时的速度特性称为部分 负荷速度特性。由于节气门 的开启可以无限变化，所以 部分负荷速度特性曲线有无 数条，而外特性曲线只能有 一条。
每循环放热量Q（kJ）为
v vs v h Q Lo
式中 ηv——充量系数；
ρo——大气状态下空气密度（kg/m3）；
Vs——气缸工作容积（m3）；
α ——过量空气系数；
hu——燃料低热值（kJ/kg）；
Lo——理论空气量（kg/kg）。
根据平均有效压力pme（kPa）的定义
pme
We eQ vs vs
（三）柴油机扭矩特性的改善 柴油机扭矩储备系数小的根本原因 是由喷油泵速度特性决定的。因此， 柴油机中都采用油量校正装置来改造 外特性扭矩曲线。 油量校正装置的作用是：当发动机 在标定工况下工作时，如果转速因外 界阻力矩不断增加而下降，则喷油泵 能自动增加循环供油量，以增大低速 时的扭矩，提高扭矩储备系数。
（4）机械效率 ηm 转速增加，消 耗于机械损失功增 加。因此，随转速 升高，机械效率ηm 明显下降。
综合作用的结果是；当转速由低开始上 升时，η v，ηit同时增加的影响大于ηm下降的 影响，使Ttq增加，对应于某一转速时，Ttq达 到最大值。转速继续增加，由于η v、ηit、ηm 均下降，因此Ttq随转速升高而较快的下降， 即Ttq曲线变化较陡。
校正方法： （1）出油阀式校正机构。 （2）附加在调速器上的弹簧校正机构。
第三节 发动机的负荷特性
负荷特性：转速不变，其经济性指标 随负荷（可用功率Pe、扭矩Ttq或平均有效 压力Pme表示）的变化关系。 当汽车以一定的速度沿阻力变化的道 路行驶时，就是这种情况。此时必须改变 发动机油门来调整有效扭矩，以适应外界 阻力矩的变化，以保持发动机转速不变。