紅興隆北雁現(xiàn)代化農(nóng)機
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第11章 發(fā)動機特性收藏
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第11章 發(fā)動機特性
內(nèi)容提要
1.發(fā)動機特性與特性曲線的含義、分類與意義
2.發(fā)動機調(diào)節(jié)特性的含義、分類與曲線
3.發(fā)動機負荷特性
4.發(fā)動機速度特性
5. 發(fā)動機萬有特性
6. 發(fā)動機調(diào)速特性
7. 發(fā)動機性能指標的校正 |
11.1基本概念
全面了解發(fā)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(fā)動機，都有很強的適用價值。
11.1.1 發(fā)動機特性與特性曲線
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圖11-1 發(fā)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(fā)動機的特性，常以曲線形式表示，稱為發(fā)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(fā)動機特性分類
發(fā)動機特性分調(diào)節(jié)特性和性能特性兩大類。
（1）調(diào)節(jié)特性 指發(fā)動機的性能指標隨調(diào)節(jié)情況而變化的關(guān)系。如柴油機的供油提前角調(diào)節(jié)特性、汽油機的點火提前角調(diào)節(jié)特性、汽油機的燃料調(diào)節(jié)特性等。
（2）性能特性 指內(nèi)燃機的性能指標隨運行工況而變化的關(guān)系。如負荷特性、速度特性、調(diào)速特性、萬有特性、螺旋槳特性等。
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圖11-2 發(fā)動機試驗臺
1-發(fā)動機 2-數(shù)顯水溫表 3-數(shù)顯油壓表 4-數(shù)顯排溫表 5-油門執(zhí)行器 6-轉(zhuǎn)速表 7- 負荷表 8-水門執(zhí)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(zhuǎn)角信號發(fā)生器 21-電荷放大器 22-Ａ/Ｄ轉(zhuǎn)換板 23-微機 24-打印機 25-顯示器 |
發(fā)動機特性需在專門的試驗臺（俗稱發(fā)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(fā)動機的實際工況，使其在要求的轉(zhuǎn)速和負荷下工作，并可以同步測量發(fā)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(shù)。
發(fā)動機特性試驗，國家已有標準，需按有關(guān)標準，在規(guī)定的條件下進行。
11.2 發(fā)動機調(diào)節(jié)特性
發(fā)動機調(diào)節(jié)特性對發(fā)動機的正確調(diào)整、使用與維修關(guān)系密切，值得重視。
11.2.1 柴油機供油提前角調(diào)節(jié)特性
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圖11-3 柴油機供油提前角調(diào)節(jié)特性曲線 |
圖11-3為柴油機供油提前角調(diào)節(jié)特性曲線。由曲線可見，隨著供油提前角θ的改變，發(fā)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(fā)動機使用維修時，應注意按照使用說明書要求，檢查調(diào)整發(fā)動機靜態(tài)**佳供油提前角。
**佳供油提前角是隨著發(fā)動機的轉(zhuǎn)速變化而變化的，它一般由供油提前角自動調(diào)節(jié)裝置來控制。對于電控柴油機，則由ECU根據(jù)發(fā)動機工況精確控制。
11.2.2 汽油機點火提前角調(diào)節(jié)特性
它是指在發(fā)動機轉(zhuǎn)速和節(jié)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(guān)系。
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φα-過量空氣系數(shù) α-空燃比 |
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圖11-4 汽油機燃料調(diào)整特性曲線 |
11.2.3 汽油機的燃料調(diào)節(jié)特性
是指在發(fā)動機轉(zhuǎn)速一定， 節(jié)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(guān)系。
圖11-4為汽油機燃料調(diào)節(jié)特性曲線。由圖可見，隨著混合氣濃度的改變，發(fā)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(shù)約1.15處，燃料消耗率**低，稱此時的混合氣為經(jīng)濟混合氣；而對應于約0.93處，發(fā)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(jù)工況變化，自動調(diào)整其混合氣濃度在**佳值工作。化油器式發(fā)動機靠化油器進行粗略調(diào)節(jié)，現(xiàn)代汽車發(fā)動機則靠電控燃油噴射系統(tǒng)精確調(diào)節(jié)控制。
11.3 發(fā)動機性能特性
與汽車發(fā)動機有關(guān)的性能特性主要有發(fā)動機負荷特性、速度特性、萬有特性和調(diào)速特性四種。
11.3.1 發(fā)動機的負荷特性
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圖11-5 發(fā)動機負荷特性曲線 |
發(fā)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(zhuǎn)速下的該油耗值被稱為該發(fā)動機的**低燃油消耗率。但此時并非發(fā)動機的**大功率點。
A點后，隨著負荷的增加，發(fā)動機功率增大，燃料消耗率又回升。負荷增加到一定值，發(fā)動機排氣冒煙超標，稱為冒煙界限，發(fā)動機工作不允許超出冒煙界限。其適宜的工作區(qū)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(fā)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(xiàn)交通事故，這是不可取的。
為了兼顧發(fā)動機的動力與經(jīng)濟性能，標定功率點一般定在冒煙界限以內(nèi)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(fā)動機的標定工況點。
實際發(fā)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(jīng)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(fā)動機負荷增加，從而達到節(jié)油的目的。
11.3.2 發(fā)動機的速度特性
速度特性是指當燃料供給調(diào)節(jié)機構(gòu)（汽油機的節(jié)氣門或柴油機噴油泵的油量控制拉桿）位置不變時，發(fā)動機性能指標（轉(zhuǎn)矩、功率、燃油消耗率等）隨轉(zhuǎn)速的改變而變化的關(guān)系。對應的曲線稱為速度特性曲線。
當燃料供給調(diào)節(jié)機構(gòu)固定在全負荷位置（汽油機節(jié)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(diào)節(jié)機構(gòu)固定在全負荷以內(nèi)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(fā)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(fā)動機所能達到的**大功率、**大轉(zhuǎn)矩、**低燃料消耗率及其對應的轉(zhuǎn)速，還可以看出在任一轉(zhuǎn)速下所對應的功率和轉(zhuǎn)矩，若要發(fā)揮**大轉(zhuǎn)矩，則應該適當降低發(fā)動機轉(zhuǎn)速。在圖上還可以看出排氣溫度及煙度隨轉(zhuǎn)速、功率、轉(zhuǎn)矩變化而變化的關(guān)系。
從外特性曲線還可以計算出發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩儲備系數(shù)φtq、轉(zhuǎn)速儲備系數(shù)φn和適應性系數(shù)φntq
式中 Temax——外特性曲線上**大轉(zhuǎn)矩（N·m）；
Teb——標定工況轉(zhuǎn)矩（N·m）；
n1——標定轉(zhuǎn)速（r/min）；
n2——**大轉(zhuǎn)矩時轉(zhuǎn)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(fā)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(zhuǎn)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(diào)速器來進行校正。
發(fā)動機的部分負荷速度特性曲線隨著汽油機的節(jié)氣門開度或柴油機的油量控制拉桿位置的減小，功率和轉(zhuǎn)矩曲線幾乎從外特性平行下移。對汽油機，負荷越小，節(jié)氣門開度越小，進氣阻力越大，充氣效率下降，使其功率、轉(zhuǎn)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(fā)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(fā)動機各種轉(zhuǎn)速下的負荷特性曲線來轉(zhuǎn)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(nèi)層的等油耗曲線耗油率**低，為**經(jīng)濟區(qū)，越往外層，經(jīng)濟性越差；若等油耗線呈橫向拉長，說明發(fā)動機在轉(zhuǎn)速變化較大情況下工作，燃料消耗率變化小，較經(jīng)濟；若等油耗線呈縱向拉長，說明發(fā)動機在負荷變化較大情況下工作，燃料消耗率變化小，較經(jīng)濟。不同用途的發(fā)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(fā)動機在各種不同轉(zhuǎn)速和負荷下的動力性和經(jīng)濟性，發(fā)動機要想獲得**低燃料消耗，可以通過改變發(fā)動機的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)。
11.3.4 調(diào)速特性
調(diào)速特性是指柴油機噴油泵調(diào)速手柄位置一定時，柴油機性能參數(shù)（轉(zhuǎn)矩、功率、轉(zhuǎn)速、燃油消耗率等）隨負荷而變化的關(guān)系。對應的曲線稱為調(diào)速特性曲線。它被用來評價柴油機帶調(diào)速器以后的實際工作性能指標，還可以用來評價調(diào)速器的工作性能。
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圖11-9 柴油機調(diào)速特性 |
曲線分析可以看到，從標定轉(zhuǎn)速（曲線拐彎點）到**高空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速這一段的曲線，發(fā)動機負荷變化很大，但轉(zhuǎn)速變化很小，這是因為柴油機噴油泵調(diào)速器起調(diào)速作用的結(jié)果，隨著負荷增大，自動增加供油量，以維持轉(zhuǎn)速基本穩(wěn)定，所以該段是調(diào)速器的調(diào)速區(qū)段。也有稱特殊的負荷特性段，因為它很類似于發(fā)動機的負荷特性，只是發(fā)動機轉(zhuǎn)速略有變化。可以從這一段曲線進行經(jīng)濟性分析及調(diào)速器工作性能（如穩(wěn)定調(diào)速率等）分析。
從標定工況到**大轉(zhuǎn)矩點的曲線，隨著外界負荷增加，噴油泵調(diào)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(fā)動機短時間超負荷的需要。所以該段是調(diào)速器的校正區(qū)段。也有稱特殊的速度特性段，因為它很類似于發(fā)動機的速度特性，只是噴油泵供油拉桿略有移動。
當發(fā)動機轉(zhuǎn)矩達到**大，如再增加外界負荷，發(fā)動機轉(zhuǎn)速便急劇下降，噴油泵供油拉桿已經(jīng)無法再移動增加供油量，所以發(fā)動機按速度特性曲線規(guī)律變化。隨負荷的增加發(fā)動機轉(zhuǎn)速急劇下降，功率、轉(zhuǎn)矩下降，耗油率增大。
從調(diào)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(zhuǎn)速、功率、轉(zhuǎn)矩、燃油消耗率等各種動力、經(jīng)濟性能指標之間的相互關(guān)系。用以比較不同柴油機的性能優(yōu)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(fā)動機的短時超負荷能力；計算出穩(wěn)定調(diào)速率，以判斷調(diào)速器的工作性能。
11.4 發(fā)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(tài)的不同，同一臺發(fā)動機，在不同地區(qū)測得的性能指標就會產(chǎn)生差異。如天津測得某發(fā)動機功率為68kW，油耗為321g/kW.h。而到拉薩測得的功率變?yōu)?2kW，下降了38％；油耗為429g/kW.h ，上升了34％。
大氣狀態(tài)（大氣壓力、溫度、相對濕度）變化，導致發(fā)動機工質(zhì)產(chǎn)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(fā)動機功率下降，油耗升高。
試驗表明，在海拔150m以上地區(qū)，每升高300m，發(fā)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(jù)GB/T 17692-1999規(guī)定，車用發(fā)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(tài)下的功率）；
α——-校正系數(shù)（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(tài)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(shù)αa
發(fā)表于 @ 2008年06月05日 10:46:00 |點擊數(shù)（）
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