第4-3 內(nèi)燃機速度特性

1、4-3 內(nèi)燃機的速度特性內(nèi)燃機的速度特性反映的是內(nèi)燃機的性能指標隨轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系。在汽車行駛過程中，若司機將油門踏板位置保持一定，由于道路阻力不同，汽車的行駛速度就會改變，上坡時汽車速度逐漸降低，下坡時速度增加，這時內(nèi)燃機即沿速度特性工作。 4-2-1 汽油機各參數(shù)隨轉(zhuǎn)速變化的汽油機各參數(shù)隨轉(zhuǎn)速變化的特性分析特性分析 （1）充氣系數(shù)充氣系數(shù)v：曲線呈上凸形，v在某一中間轉(zhuǎn)速時最大，此時能最好地利用“慣性進氣”，n，進氣“回流”，n，流動阻力（“節(jié)流”）。 （2）排氣壓力排氣壓力pr；n，排氣節(jié)流阻力，排氣終了pr （3）過量空氣系數(shù)過量空氣系數(shù)：一般其隨轉(zhuǎn)速變化很小。 （4）指示效率指示效率i

2、：低速和高速時i均有所降低，低速時，進氣流速低，油氣混合和霧化不勻，缸內(nèi)擾流也低，燃燒緩慢，散熱增加，i下降，隨轉(zhuǎn)速n有所改善，轉(zhuǎn)速很高時，充氣效率下降，殘余廢氣量增加，燃燒時間延長，后燃燒增多，i下降。 （5）平均指示壓力平均指示壓力pi：pi ，低速時，v，i均低，pi較小，隨著轉(zhuǎn)速，pi，n很高時，v和i都明顯降低，pi也降低。 （6）平均有效壓力平均有效壓力pe： pe ，低速時，v、i均低，但m高，pe較大，隨著n，v和i，m下降很少，pe有所增大，在高n下，v、i、m均，pe很快。vimvi小結(jié)：從發(fā)動機角度， 提高低速段和高速段的熱效率和充氣效率。怎樣提高？2. 從經(jīng)濟性匹配使用

3、角度，使發(fā)動機盡量工作在中等轉(zhuǎn)速范圍。4-2-2 汽油機的速度特性汽油機的速度特性 汽油機節(jié)氣門（油門）開度固定不動，其動力性能與經(jīng)濟性能隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系稱為。它包括全負荷時的速度特性（它包括全負荷時的速度特性（）和部）和部分負荷時的速度特性（分負荷時的速度特性（）兩大類）兩大類，節(jié)氣保持全開時所測得的速度特性即為外特性，節(jié)氣門部分開啟時所測得的速度特性則為部分（速度）特性。部分特性曲線有無數(shù)條，而外特性只能有一個。 一、外特性一、外特性 汽油機外特性曲線上的每一點表示發(fā)動機在此轉(zhuǎn)速下所能發(fā)出的最大功率和最大扭矩，所以代表著發(fā)動機的最高動力性能。外特性根據(jù)試驗條件的不同可分為兩種： （1）試驗

4、時發(fā)動機不裝風扇，空氣壓縮機，空氣濾清器及消聲器等附件，僅帶維持運轉(zhuǎn)時所必須的附件時所輸出的功率稱為總功率總功率，此時測得的全負荷速度特性稱為。國產(chǎn)發(fā)動機的特性數(shù)據(jù)大多是采用這種方法測得的。 （2）試驗時，發(fā)動機帶全套附件時所輸出的功率稱為有效功率或凈功率凈功率。此時測得的全負荷速度特性則稱為。 下面對汽油機外特性的幾條特性曲線（Ttq、Ne、ben）的形狀及其影響因素進行簡要分析。圖圖3-1 汽油機不同節(jié)氣門開度（負荷）時的速度特性曲線汽油機不同節(jié)氣門開度（負荷）時的速度特性曲線 1、扭矩曲線、扭矩曲線Ttq=fm(n) 如圖3-1所示，扭矩曲線是一條上凸的曲線，在n=nm時，扭矩達到最大值

5、，根據(jù)公式 ，可知Ttq隨轉(zhuǎn)速n的變化決定于 隨n的變化。 vmitqKT2vmi 指示熱效率指示熱效率i 的變化是在某一的變化是在某一中間轉(zhuǎn)速略為凸起，高速與低速時中間轉(zhuǎn)速略為凸起，高速與低速時i 均有所降低均有所降低。低速時，進氣流速低，油氣混合和霧化不均勻，缸內(nèi)氣流擾動減弱，火焰?zhèn)鞑ニ俣冉档?，散熱及漏氣損失增加，造成i下降，此現(xiàn)象隨轉(zhuǎn)速的增加而改善，因此，轉(zhuǎn)速增高i增大，但當轉(zhuǎn)速很高時，燃燒所占的曲軸轉(zhuǎn)角大，后燃增多，燃燒效率低，所以i反而降低。 隨著轉(zhuǎn)速的增加，由于化油器主量孔等處的節(jié)流作用等因素的影響而使也有所增加，因而i/隨轉(zhuǎn)速而變化的幅度很小。 充氣效率充氣效率v曲線也是上凸形曲

6、線也是上凸形，在某一中間轉(zhuǎn)速時最大，此時能最好地利用慣性充氣，當轉(zhuǎn)速高于或低于此轉(zhuǎn)速時，v都將降低。低速：進氣回流。高速：流動損失“節(jié)流”。 機械效率機械效率m隨轉(zhuǎn)速的上升而下降隨轉(zhuǎn)速的上升而下降。因為隨著轉(zhuǎn)速增加，機械損失功近似正比于n而增大，因而m下降。 綜合起來，機械效率綜合起來，機械效率m和充氣效率和充氣效率v的共同作用決定了的共同作用決定了發(fā)動機扭矩隨轉(zhuǎn)速而變化的特性。發(fā)動機扭矩隨轉(zhuǎn)速而變化的特性。當轉(zhuǎn)速較低時，扭矩曲線與充氣效率曲線相似，而轉(zhuǎn)速較高時，機械效率m下降過多而使扭矩曲線相對于充氣效率向下偏離較遠。 2、功率曲線、功率曲線Ne=f(n) 發(fā)動機功率與其扭矩有直接關(guān)系 。當

7、轉(zhuǎn)速從很低值增加時，由于Ttq和n同時增加，Ne迅速增加，直至扭矩達到最高點再繼續(xù)提高轉(zhuǎn)速，由于Ttq有所下降，Ne上升逐漸變慢，至某一轉(zhuǎn)速后，Ttqn達最大值，Ne不能再增加，若再增加轉(zhuǎn)速，由于Ttq的降低已超過n的上升，功率Ne反而下降。（汽油機的功率特性曲線會出現(xiàn)低頭的現(xiàn)象）9550nTNetq 3、比油耗曲線、比油耗曲線be=f(n) 比油耗曲線是一條形如魚鉤的曲線。 在低速區(qū)i較低，m影響較小，be較大，在某一中間轉(zhuǎn)速時，達到最小值，當轉(zhuǎn)速提高時，m迅速減小，從而使得be線很快上升。 外特性be曲線的最低點的油耗值代表發(fā)動機經(jīng)濟性能水平，是發(fā)動機設(shè)計的一個重要指標。miueeKHb1

8、106 . 336 二、部分速度特性二、部分速度特性 汽車大部分時間是在部分負荷下工作的，因此，發(fā)動機的部分負荷速度特性對汽車的經(jīng)濟性有非常重要的影響。 隨著節(jié)氣門關(guān)小，進氣節(jié)流損失增大，進氣終了時壓力pa下降，從而引起v下降，而且隨著轉(zhuǎn)速的提高，節(jié)流作用也會加強，使得充氣效率v更快地下降。圖圖3-2 v、m隨節(jié)氣門開度和轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系隨節(jié)氣門開度和轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系 機械效率m也是隨著節(jié)氣門的關(guān)小而急劇下降的，因為m=1 ，同一轉(zhuǎn)速下pm的變化隨節(jié)氣門關(guān)小的變化不大，而pi則隨節(jié)氣門關(guān)小急劇下降，因而m也急劇下降，如圖3-2所示。 節(jié)氣門關(guān)小以后，充氣系數(shù)下降，殘余廢氣系數(shù)增大，燃燒期延長，相對

9、熱損失增加，因而指示熱效率i下降。其變化情況還與化油器的調(diào)整特性有關(guān)。汽油機部分速度特性如圖3-1所示，節(jié)氣門開度減小，扭矩節(jié)氣門開度減小，扭矩Ttq隨轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)速n增加而迅速增加而迅速下降，下降，比油耗be（ ）則視實際情況而變動。同時，由于節(jié)氣門關(guān)小時i和m隨n變化的速率增加，使（i，m）max點向低速區(qū)移動，因而使得部分特性圖上的有效比油耗最低點部分特性圖上的有效比油耗最低點向左移動，同樣，最大功率點和最大扭矩點也均向低速方向向左移動，同樣，最大功率點和最大扭矩點也均向低速方向移動移動。 imppmi1 4-4-2-3 柴油機各參數(shù)隨轉(zhuǎn)速變化的特性分析柴油機各參數(shù)隨轉(zhuǎn)速變化的特性分析機械式

10、供油機械式供油 （1）殘余廢氣函數(shù)殘余廢氣函數(shù) ：高低速時廢氣新氣的比例基本保持不變，不變。 （2）充氣系數(shù)充氣系數(shù)v：也存在“慣性充氣”，“回流”和“節(jié)流”現(xiàn)象。無節(jié)流閥，v比汽油機高，而且隨轉(zhuǎn)速變化不明顯，總的趨熱與汽油機基本相同。 4-4-2-3 柴油機各參數(shù)隨轉(zhuǎn)速變化的特性分析柴油機各參數(shù)隨轉(zhuǎn)速變化的特性分析機械式供油機械式供油 （3）每循環(huán)供油量每循環(huán)供油量gb（g）：隨轉(zhuǎn)速增加而增大，由油泵供油特性所決定。n，燃油節(jié)流，（回油時）gb。 （4）過量空氣系數(shù)過量空氣系數(shù)：新氣量隨轉(zhuǎn)速變化不大。 n， gb， （裝有油量校正裝置時，按校正特性變化）。 （5）指示效率指示效率i：n低，油

11、壓低，霧化度、貫穿度小，散熱時間長，i降低，i隨n而。 但n過高時燃燒時間相對變慢，后燃加重，導致i 。 （6）平均指示壓力平均指示壓力pi：piig，低速時，i與g，n，i、g，pi。高速時i，pi緩慢下降 （7）平均有效壓力平均有效壓力pe：pe=mpi，n，m，pi, pe變化不明顯。低中速時， n ，pi快，m少，pe隨n而；高n、m快，pe。 小結(jié)：從發(fā)動機角度， 提高低速段和高速段的熱效率。2. 從經(jīng)濟性匹配使用角度，使發(fā)動機盡量工作在中等轉(zhuǎn)速范圍。4-4-2-4 柴油機的速度特性柴油機的速度特性 柴油機的噴油泵油量調(diào)節(jié)機構(gòu)（油門拉桿或齒條）位置固定不動時其各項性能參數(shù)隨轉(zhuǎn)速的變化

12、關(guān)系稱為，它也包括標定功率速度特性（亦稱外特性）和部分速度特性兩大類。 標定功率標定功率是使用中允許的最大功率，它一般應(yīng)根據(jù)用途、使用負荷的情況而定，其油量調(diào)節(jié)機構(gòu)的位置按燃料調(diào)節(jié)特其油量調(diào)節(jié)機構(gòu)的位置按燃料調(diào)節(jié)特性確定性確定。對一具體使用柴油機的標定功率速度特性亦只有一條，它代表該機在使用中允許達到的最高性能。 由于柴油機負載調(diào)節(jié)的方式為質(zhì)調(diào)節(jié)，與汽油機（量調(diào)節(jié)）有根本的區(qū)別，這就使得柴油機的速度特性與汽油機速度特性表現(xiàn)出較大的差別，下面對柴油機的速度特性曲線進行分析，并與汽油機速度特性曲線作一比較。 一、標定功率速度特性曲線（外特性曲線）一、標定功率速度特性曲線（外特性曲線） 柴油機的外特

13、性與部分負荷時速度特性（如圖3-3所示） 1、扭矩曲線、扭矩曲線Ttq=fm(n) 與汽油相比，柴油機的扭矩曲線較為平坦。 Ttq=K2 柴油機的扭矩特性很大程度上決定于循環(huán)供油量gb（g），并不直接依賴于充氣效率v。因為每循環(huán)充氣量的大小即v的大小只不過提供產(chǎn)生多大扭矩的可能性，但各種轉(zhuǎn)速下，究竟能發(fā)出多大的扭矩，主要看循環(huán)供油量g的多少。當油量調(diào)節(jié)機構(gòu)位置一定時，柱塞泵的循環(huán)供油量g隨轉(zhuǎn)速的變化由油泵速度特性決定，隨著轉(zhuǎn)速的增加，g也增加。mivmigK2圖圖3-3 柴油機速度特性圖柴油機速度特性圖 指示熱效率i的變化是某一中間轉(zhuǎn)速時稍有凸起，轉(zhuǎn)速低時噴射壓力低，燃料霧化度、貫穿不夠，空氣

14、渦流弱，燃燒不良，傳熱漏氣損失較大，i較低，隨著轉(zhuǎn)速的升高，i有所增大，但轉(zhuǎn)速過高時，燃燒相對變慢，使大量燃料在后燃期燃燒，導致i下降，一般的柴油機，當轉(zhuǎn)速增加時，由于g和i（高速時下降）的上升，常可與m的下降相抗衡而使Ttq曲線很平坦。 2、功率曲線、功率曲線Ne=f(n) 柴油機的功率曲線與汽油機相似 Ne=K1Men=K1gim n 在某一高轉(zhuǎn)速時盡管im隨轉(zhuǎn)速的增加而下降很多，但仍然可能由于未能抵消g*n的增加而使Ne繼續(xù)增加，實際上，柴油機的功率曲線在標定轉(zhuǎn)速以下工作時是一條不柴油機的功率曲線在標定轉(zhuǎn)速以下工作時是一條不“低頭低頭”的曲線。的曲線。 3、油耗曲線、油耗曲線be=f(n

15、) 柴油機的比油耗曲線也是一條下凹的曲線柴油機的比油耗曲線也是一條下凹的曲線。當轉(zhuǎn)速從最高轉(zhuǎn)速下降時，i和m均有所增加，所以be隨轉(zhuǎn)速的下降而略有降低，轉(zhuǎn)速過低時，i下降較多（i的下降彌補不了m的上升），因此be稍有升高，但整個曲線變化并不很大。 二、部分速度特性二、部分速度特性 柴油機的部分速度特性與汽油機相差較大。柴油機的負荷降低只是減小供油量，對空氣量的影響不大（v基本不變），同時循環(huán)供油量g、指示效率i及機械損失功率隨轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系都很少受負荷的影響，因而不同負荷（油量調(diào)節(jié)機構(gòu)位置）時的扭矩曲線、功率曲線和比油耗曲線都幾乎是平行的。 三、柴油機各參數(shù)隨轉(zhuǎn)速變化的特性分析三、柴油機各參數(shù)

16、隨轉(zhuǎn)速變化的特性分析高壓電控供高壓電控供油油15002000250030003500050100150200250300101020304050607080轉(zhuǎn) 速 /rpm轉(zhuǎn)矩/N.m速 度 特 性外 特 性 6、柴油機各參數(shù)隨轉(zhuǎn)速變化的特性分析、柴油機各參數(shù)隨轉(zhuǎn)速變化的特性分析高壓電控供油高壓電控供油1000150020002500300035004000200250300350400450500550600101020304050607080轉(zhuǎn) 速 /rpm耗油率/(g/kW.h)速 度 特 性小結(jié)：1. 從經(jīng)濟性匹配使用角度，對小負荷工況，在中低轉(zhuǎn)速工況工作。4-4-2-5 內(nèi)燃機的扭矩

17、特性內(nèi)燃機的扭矩特性 汽車發(fā)動機的動力儲備是指發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降時（例如外汽車發(fā)動機的動力儲備是指發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降時（例如外界阻力的增加），其扭矩自動增加的性能界阻力的增加），其扭矩自動增加的性能。正是由于這種動力儲備的存在，才能使汽車不換擋的情況下適應(yīng)道路狀況的變化，得以正常的行駛，因此，車用內(nèi)燃機必須具備這種扭矩特性，這也是車用內(nèi)燃機動力性能的一個重要方面。 一、扭矩儲備系數(shù)一、扭矩儲備系數(shù) 用外特性扭矩曲線上的若干特征點，可以表達發(fā)動機扭矩的適應(yīng)性 ： 扭矩儲備系數(shù)： maxmnTKTmaxnnTTT Km或是評價內(nèi)燃機扭矩特性的重要指標。 Km或越大，表明兩扭矩之差（MmaxMn）值越大，隨

18、著轉(zhuǎn)速的降低，扭矩Ttq（Me）增加越快，因而在不換擋的情況下，克服短期超負荷（阻力矩變化增加）的能力就越強。 汽油機的外特性扭矩曲線隨轉(zhuǎn)速增加而下降較快，其值為1030%，Km值達1.21.4，因而可以滿足汽車的使用要求。 柴油機扭矩曲線較為平坦，值較小，Km值一般不超過1.05，所以若不予以校正，較難以滿足汽車拖拉機工作需要，如果采用相應(yīng)的校正措施，則可大大地提高值，例如用出油閥校正器，可使值達到5%，用斜面校正器，值可達12%，采用彈簧校正器時，值可達1524%，當然這樣大的扭矩儲備系數(shù)是以犧牲標定功率為前提的。實際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)需要來進行扭矩特性的校正。 上述對電子控制柴油機適用嗎？上述

19、對電子控制柴油機適用嗎？ 二、轉(zhuǎn)速適應(yīng)性系數(shù)二、轉(zhuǎn)速適應(yīng)性系數(shù) Kn的大小也影響到發(fā)動機克服阻力的潛力，與最大扭矩Ttqmax（Memax）相應(yīng)的轉(zhuǎn)速nm越低，即Kn越大，在不換檔的情況下，克服阻力矩增加的潛力也就越大，它實際上是反映發(fā)動機利用內(nèi)部運動機件來克服阻力的能力。 一般地汽油機Kn為1.153.80，柴油機為1.22.0。 綜合考慮扭矩適應(yīng)性與轉(zhuǎn)速適應(yīng)性，得出 K=KmKn 顯然，K值越大表明發(fā)動機不換擋時所能克服的阻力矩能力愈大，不同用途的內(nèi)燃機對扭矩的要求不同，應(yīng)根據(jù)其使用特點選擇合適的扭矩特性。 mnnnnK TtqR阻力矩，阻力矩，Ttq驅(qū)動力矩驅(qū)動力矩曲線曲線1、2、3三種

20、發(fā)動機轉(zhuǎn)三種發(fā)動機轉(zhuǎn)矩速度特性，矩速度特性，哪一種的負載哪一種的負載適應(yīng)性最好？適應(yīng)性最好？ 拖拉機：負載變化大而急劇，要求較大扭矩儲備的扭矩曲線。 市內(nèi)公汽：加速性能對車速影響不大，應(yīng)選有一定扭矩儲備的扭矩特性。 中高級轎車：要求高速性能，高速大扭矩，選用最大扭矩出現(xiàn)在高轉(zhuǎn)速下的扭矩特性。4-4-2-6 汽車發(fā)動機速度特性的調(diào)整汽車發(fā)動機速度特性的調(diào)整 汽車要在道路情況變化的條件下行駛時保持相對的穩(wěn)定性，要求汽車在不換擋的情況下具有克服短期阻力變化的能力，而且還要求汽車能在寬廣的動力與轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)具有低的燃油耗量，以使汽車具有良好的動力性與燃料經(jīng)濟性。 要滿足這種要求，汽車發(fā)動機的速度特性應(yīng)該

21、如圖3-4所示，這樣的速度特性即為，圖中，發(fā)動機功率為一條水平直線，扭矩曲線則為一條單邊雙曲線發(fā)動機功率為一條水平直線，扭矩曲線則為一條單邊雙曲線（Ne=Ttqn），這樣的動力曲線能夠保證車用發(fā)動機在任意阻力條件下行駛自如，變速箱也可以取消。同樣，比油耗曲線比油耗曲線為水平直線為水平直線，能保證在寬廣的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)汽車具有良好的經(jīng)濟性。圖圖3-4 汽車發(fā)動機理想的速度特性汽車發(fā)動機理想的速度特性 理想的汽車動力理想的汽車動力特性應(yīng)該是什么特性應(yīng)該是什么樣的？試畫出來。樣的？試畫出來。 顯然，不管是汽油機，還是柴油機，要實現(xiàn)汽車發(fā)動機的這種理想速度特性是非常困難的，對于汽油機，由于其量調(diào)節(jié)的特點，使其空燃比隨轉(zhuǎn)速而變化很小，因而其上凸的充氣效率曲線基本上確定了它的扭矩曲線的形狀，對于柴油機，雖然可以通過控制供油特性來保證理想的扭矩曲線，但在低速時噴射過多的燃油必將引起發(fā)動機冒黑煙，經(jīng)濟性顯著下降，因此，無論哪種發(fā)動機，要保證水平的油耗線都是困難的，要滿足汽車經(jīng)濟性的要求，只能通過合理地匹配汽車底盤與發(fā)動機之間的參數(shù)，使汽車的常用工況