发动机的特性(精)

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 K 3 1
第六章 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。
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。
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。
第一节 发动机工况
分类 恒速工况 转速不变，功率改变。 流体阻力工况（螺旋桨工况） 发动机功 率与转速呈一定的函数关系。 陆上运输工况 转速和负荷在很大的范围 内变化，它们之间没有特定的关系。
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
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
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。
式中：P为测功器读数 [kgf]
2 有效功率
M e n 0.7162 Pn Ne 0.001Pn 716.2 716.2
[Ps]
式中：0.7162 [m]为测功器常数，即测功器定子杆长。
3 有效比油耗
3600 100 be N et
[g / Ps· h]
式中：100 [ml]所用时间t [s]。
4 每小时耗油量
3.6 100 GT t
[kg/h]
二、制动测功装置—测功器
1.水力测功器
1 吸收发动机功率。 2 测力P。 发动机带动测功机，转子旋转，将水搅向外围，水 与搅棒的摩擦力带动定子转动。水环越厚，摩擦阻力 越大，相当于外界阻力矩越大。
2.平衡式电力测功器
利用电磁感应现象将机械能转换为电能。 可以作为发电机运行,也可用做电动机. 机构复杂,价格贵,反拖发动机，测量精度高。
im
v Ttq K 2 im
扭矩（柴油机）
小时耗油量
Ttq K 2im b
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
测量与计算参数
一 测量参数 1 转速n：数字式转速表 [r/min]。 2 油耗：容积式油耗仪、四活塞流量计，测量 消耗 100 [ml] 油所用时间t [s]。 3 测功器读数P：测功器 [kgf]。 二 计算参数 1 扭矩 m] Me 0.7162 P [kgf·
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）每小时耗油量B曲线 转速一定时，柴油机的每小时耗油量B主 要决定于△b。随负荷增加，每循环供油量△b 增加，B随之增加。当负荷接近冒烟界限后， 由于燃烧恶化，B上升得更快一些。
由负荷特性可以看出， (1) 同一转速下最低耗油率 bmin越小，曲线变化越平坦， 经济性越好。柴油机bmin比 汽油机低；而且燃油消耗 率曲线比较平坦。相比之 下，柴油机部分负荷时低 耗油率区比汽油机宽，因 而柴油机比汽油机节省。 (2)耗油率b随负荷的增加而 降低，在接近全负荷（常 在 80% 负荷率左右）时 b 达 到最小。
（二）每小时耗油量B曲线 B
节气门开度：开度 ，量
混合气成分：除怠速、 全负荷时较浓外，大部 分情况变化不大
B几乎随节气门开度 呈线性变化。当节气门开 度增大至化油器加浓装置 参加工作后， B 上升得更 快一些。
二、柴油机负荷特性
1.负荷特性:柴油机转速一定，每 小时耗油量B、有效燃料消耗率b随负 荷（Pe、Ttq或Pme）而变化的关系。 2.测取:台架试验。测取时，应将 柴油机的供油提前角、冷却水温度、 润滑油温度等调整到最佳状态。 3.柴油机负荷调节方法称为“质调 节”。
柴油机负荷特性曲线分析
（一）耗油率曲线 根据公式
be K3
1
im
柴油机耗油率b随 负荷的变化取决于ηi和 ηm。
ηi： 随负荷增加，每循环供油量△b增加， 过量空气系数α 减小，燃烧不完全程度增大， 使 ηi减小。大负荷时，混合气过浓，燃烧恶 化，不完全燃烧及补燃增多，使ηi下降更快。
ηm：随负荷 增加而上升。
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。
每循环放热量Q（kJ）为
v vs v h Q Lo
式中 ηv——充气效率；
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
外特性
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。
（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。
（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。
（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。
综上所述，当 Pe=0 ， ηm=0 时， b 趋于无穷大。随 负荷增加，ηm迅速增加，且远大于ηi的减少，使b 下降 很快。当△b增加到1点位置时，b最小。此后再增加负 荷，由于ηi下降较ηm上升的多，使b又有所增加。当△b 增加到 2 点时，排气冒黑烟，达到国标规定限值。当 △ b 超过 2 点时，燃料消耗量增大，排放污染严重，影 响发动机寿命，所以，柴油机的最大循环供油量应在 标定转速下调整，使烟度不超过允许值。
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。
（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。
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”。
3.电涡流测功器
利用涡电流效应将机械能转变为电能，再转为热 能。
结构简单，运转平稳，精度较高。
Hale Waihona Puke Baidu、耗油率的测量
1.容积法
测量消耗 一定容积 的燃油所 用时间。
充油
测量
测量消耗容积v的燃油所用时间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）;
第 三节 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。
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。
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。
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。
（ 1 ）在节气门 开度一定时，过量 空气系数α 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。