紅興隆北雁現代化農機
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第11章 發動機特性收藏
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第11章 發動機特性
內容提要
1.發動機特性與特性曲線的含義、分類與意義
2.發動機調節特性的含義、分類與曲線
3.發動機負荷特性
4.發動機速度特性
5. 發動機萬有特性
6. 發動機調速特性
7. 發動機性能指標的校正 |
11.1基本概念
全面了解發動機在所有工況下的性能指標的變化，對合理使用、檢查與維修發動機，都有很強的適用價值。
11.1.1 發動機特性與特性曲線
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圖11-1 發動機特性曲線
（Audi 2.4L5氣門V6汽油機外特性） |
2．特性曲線 為了直觀顯示發動機的特性，常以曲線形式表示，稱為發動機特性曲線。圖11-1為Audi（奧迪） 2.4L四缸5氣門汽油機的外特性曲線。
3.發動機特性分類
發動機特性分調節特性和性能特性兩大類。
（1）調節特性 指發動機的性能指標隨調節情況而變化的關系。如柴油機的供油提前角調節特性、汽油機的點火提前角調節特性、汽油機的燃料調節特性等。
（2）性能特性 指內燃機的性能指標隨運行工況而變化的關系。如負荷特性、速度特性、調速特性、萬有特性、螺旋槳特性等。
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圖11-2 發動機試驗臺
1-發動機 2-數顯水溫表 3-數顯油壓表 4-數顯排溫表 5-油門執行器 6-轉速表 7- 負荷表 8-水門執行器 9-水溫傳感器 10-油壓傳感器 11-排溫傳感器 12-氣缸壓力傳感器 13-油壓傳感器 14-針閥升程儀 15-電荷放大器 16-電荷放大器 17-霍爾針閥傳感器 18-示波器 19-水力測功器 20-轉角信號發生器 21-電荷放大器 22-Ａ/Ｄ轉換板 23-微機 24-打印機 25-顯示器 |
發動機特性需在專門的試驗臺（俗稱發動機臺架）上進行，圖11-2顯示了帶水力測功器的試驗臺的基本組成。它可以模擬發動機的實際工況，使其在要求的轉速和負荷下工作，并可以同步測量發動機在各種工況下的功率、燃料消耗、廢氣排放、氣缸壓力等性能參數。
發動機特性試驗，國家已有標準，需按有關標準，在規定的條件下進行。
11.2 發動機調節特性
發動機調節特性對發動機的正確調整、使用與維修關系密切，值得重視。
11.2.1 柴油機供油提前角調節特性
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圖11-3 柴油機供油提前角調節特性曲線 |
圖11-3為柴油機供油提前角調節特性曲線。由曲線可見，隨著供油提前角θ的改變，發動機的功率與燃料消耗率也隨著變化。對應于**大功率和**小燃料消耗率的供油提前角即為**佳供油提前角。發動機使用維修時，應注意按照使用說明書要求，檢查調整發動機靜態**佳供油提前角。
**佳供油提前角是隨著發動機的轉速變化而變化的，它一般由供油提前角自動調節裝置來控制。對于電控柴油機，則由ECU根據發動機工況精確控制。
11.2.2 汽油機點火提前角調節特性
它是指在發動機轉速和節氣門開度一定條件下，其功率、燃料消耗率等性能指標隨點火提前角變化而變化的關系。
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φα-過量空氣系數 α-空燃比 |
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圖11-4 汽油機燃料調整特性曲線 |
11.2.3 汽油機的燃料調節特性
是指在發動機轉速一定， 節氣門開度一定條件下，其功率、燃料消耗率等性能指標隨混合氣濃度而變化的關系。
圖11-4為汽油機燃料調節特性曲線。由圖可見，隨著混合氣濃度的改變，發動機的功率與燃料消耗率也隨著變化。對應于過量空氣系數約1.15處，燃料消耗率**低，稱此時的混合氣為經濟混合氣；而對應于約0.93處，發動機平均有效壓力**大，動力性能**高，稱此時的混合氣為功率混合氣。汽油機應根據工況變化，自動調整其混合氣濃度在**佳值工作。化油器式發動機靠化油器進行粗略調節，現代汽車發動機則靠電控燃油噴射系統精確調節控制。
11.3 發動機性能特性
與汽車發動機有關的性能特性主要有發動機負荷特性、速度特性、萬有特性和調速特性四種。
11.3.1 發動機的負荷特性
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圖11-5 發動機負荷特性曲線 |
發動機負荷特性曲線如圖11-5所示。由圖可見，隨著負荷的增加，燃料消耗率開始時急劇下降，到A點油耗**低。標定轉速下的該油耗值被稱為該發動機的**低燃油消耗率。但此時并非發動機的**大功率點。
A點后，隨著負荷的增加，發動機功率增大，燃料消耗率又回升。負荷增加到一定值，發動機排氣冒煙超標，稱為冒煙界限，發動機工作不允許超出冒煙界限。其適宜的工作區域應該在**低油耗點A附近。有的貨車超載運行，將導致燃油消耗急劇上升，發動機過熱，壽命下降，排氣冒煙嚴重，污染大氣。還會導致動距離加長，容易出現交通事故，這是不可取的。
為了兼顧發動機的動力與經濟性能，標定功率點一般定在冒煙界限以內與**低燃油消耗點之間，可從座標原點引負荷特性燃油消耗率曲線的切線，交點E即作為發動機的標定工況點。
實際發動機工作中，往往由于負荷不足（如汽車載貨量少等），而處于部分負荷下工作，導致燃料消耗率上升。有經驗的駕駛員，就會采取加速滑行法、汽車掛高擋或帶拖車等方法使發動機負荷增加，從而達到節油的目的。
11.3.2 發動機的速度特性
速度特性是指當燃料供給調節機構（汽油機的節氣門或柴油機噴油泵的油量控制拉桿）位置不變時，發動機性能指標（轉矩、功率、燃油消耗率等）隨轉速的改變而變化的關系。對應的曲線稱為速度特性曲線。
當燃料供給調節機構固定在全負荷位置（汽油機節氣門全開位置或柴油機的油量控制拉桿在額定供油量位置）時，所測得的速度特性稱外特性或全負荷速度特性。當燃料供給調節機構固定在全負荷以內各位置時，所測得的速度特性就稱為部分負荷速度特性。
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圖11-6 發動機速度特性曲線（YC6108ZQ柴油機） |
圖11-6為YC6108ZQ柴油機外特性曲線。從外特性曲線可以看出該發動機所能達到的**大功率、**大轉矩、**低燃料消耗率及其對應的轉速，還可以看出在任一轉速下所對應的功率和轉矩，若要發揮**大轉矩，則應該適當降低發動機轉速。在圖上還可以看出排氣溫度及煙度隨轉速、功率、轉矩變化而變化的關系。
從外特性曲線還可以計算出發動機的轉矩儲備系數φtq、轉速儲備系數φn和適應性系數φntq
式中 Temax——外特性曲線上**大轉矩（N·m）；
Teb——標定工況轉矩（N·m）；
n1——標定轉速（r/min）；
n2——**大轉矩時轉速（r/min）。
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1-外特性 2、3、4-部分負荷速度特性 |
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圖11-7 發動機速度特性（汽油機） |
汽油機φtq、φn和φntq值較大，分別可達1.2～1.4、1.5～3.8和1.8～5.3；而柴油機（非增壓）外特性的轉矩曲線較為平坦，φtq、φn和φntq值較小，只有1.05、1.5～2.0和1.6～2.1，不能適應實際工作需要，所以柴油機都安裝有調速器來進行校正。
發動機的部分負荷速度特性曲線隨著汽油機的節氣門開度或柴油機的油量控制拉桿位置的減小，功率和轉矩曲線幾乎從外特性平行下移。對汽油機，負荷越小，節氣門開度越小，進氣阻力越大，充氣效率下降，使其功率、轉矩下降越快，所以部分負荷速度特性曲線也變得越陡（圖11-7）。
11.3.3 發動機的萬有特性
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圖11-8 萬有特性曲線（YC6108ZQ柴油機） |
萬有特性曲線可以利用發動機各種轉速下的負荷特性曲線來轉換作圖。圖11-8為YC6108ZQ四氣門柴油機萬有特性曲線。圖中虛線為等功率曲線，位于上層的等功率曲線的功率大。實線為等油耗線，**內層的等油耗曲線耗油率**低，為**經濟區，越往外層，經濟性越差；若等油耗線呈橫向拉長，說明發動機在轉速變化較大情況下工作，燃料消耗率變化小，較經濟；若等油耗線呈縱向拉長，說明發動機在負荷變化較大情況下工作，燃料消耗率變化小，較經濟。不同用途的發動機對萬有特性曲線有不同的要求。
從圖中可以清楚看到發動機在各種不同轉速和負荷下的動力性和經濟性，發動機要想獲得**低燃料消耗，可以通過改變發動機的轉速來調節。
11.3.4 調速特性
調速特性是指柴油機噴油泵調速手柄位置一定時，柴油機性能參數（轉矩、功率、轉速、燃油消耗率等）隨負荷而變化的關系。對應的曲線稱為調速特性曲線。它被用來評價柴油機帶調速器以后的實際工作性能指標，還可以用來評價調速器的工作性能。
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圖11-9 柴油機調速特性 |
曲線分析可以看到，從標定轉速（曲線拐彎點）到**高空轉轉速這一段的曲線，發動機負荷變化很大，但轉速變化很小，這是因為柴油機噴油泵調速器起調速作用的結果，隨著負荷增大，自動增加供油量，以維持轉速基本穩定，所以該段是調速器的調速區段。也有稱特殊的負荷特性段，因為它很類似于發動機的負荷特性，只是發動機轉速略有變化。可以從這一段曲線進行經濟性分析及調速器工作性能（如穩定調速率等）分析。
從標定工況到**大轉矩點的曲線，隨著外界負荷增加，噴油泵調速器依靠校正功能而變動供油拉桿，少量增加供油量，以滿足發動機短時間超負荷的需要。所以該段是調速器的校正區段。也有稱特殊的速度特性段，因為它很類似于發動機的速度特性，只是噴油泵供油拉桿略有移動。
當發動機轉矩達到**大，如再增加外界負荷，發動機轉速便急劇下降，噴油泵供油拉桿已經無法再移動增加供油量，所以發動機按速度特性曲線規律變化。隨負荷的增加發動機轉速急劇下降，功率、轉矩下降，耗油率增大。
從調速特性曲線上可以方便地找到標定工況和任一工況下的轉速、功率、轉矩、燃油消耗率等各種動力、經濟性能指標之間的相互關系。用以比較不同柴油機的性能優劣，指導人們正確地使用和維修柴油機。還可以計算柴油機的扭矩儲備，以判定發動機的短時超負荷能力；計算出穩定調速率，以判斷調速器的工作性能。
11.4 發動機性能指標的校正
11.4.1 性能指標校正的必要性
由于大氣狀態的不同，同一臺發動機，在不同地區測得的性能指標就會產生差異。如天津測得某發動機功率為68kW，油耗為321g/kW.h。而到拉薩測得的功率變為42kW，下降了38％；油耗為429g/kW.h ，上升了34％。
大氣狀態（大氣壓力、溫度、相對濕度）變化，導致發動機工質產生變化。當大氣壓力下降、溫度升高或相對濕度增大，會導致空氣密度變小，使實際進入氣缸的氧氣量減少，從而使發動機功率下降，油耗升高。
試驗表明，在海拔150m以上地區，每升高300m，發動機（非增壓）功率下降3.5%；當進氣溫度在29.4℃以上，每增5.5℃，功率下降2%。
11.4.2 校正方法
根據GB/T 17692-1999規定，車用發動機凈功率采用以下公式修正
P0=α×P
式中 P0——-校正功率（即標準大氣狀態下的功率）；
α——-校正系數（汽油機用αa，柴油機用αd）；
P——-實測功率（試驗功率）。
標準大氣狀態是指大氣溫度25℃、大氣壓100kPa、相對濕度60％。
對于汽油機，可用下式求得校正系數αa
發表于 @ 2008年06月05日 10:46:00 |點擊數（）
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