紅興隆北雁現代化農機
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第11章 發(fā)動(dòng)機特性收藏
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第11章 發(fā)動(dòng)機特性
內容提要
1.發(fā)動(dòng)機特性與特性曲線(xiàn)的含義、分類(lèi)與意義
2.發(fā)動(dòng)機調節特性的含義、分類(lèi)與曲線(xiàn)
3.發(fā)動(dòng)機負荷特性
4.發(fā)動(dòng)機速度特性
5. 發(fā)動(dòng)機萬(wàn)有特性
6. 發(fā)動(dòng)機調速特性
7. 發(fā)動(dòng)機性能指標的校正 |
11.1基本概念
全面了解發(fā)動(dòng)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(dòng)機，都有很強的適用價(jià)值。
11.1.1 發(fā)動(dòng)機特性與特性曲線(xiàn)
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圖11-1 發(fā)動(dòng)機特性曲線(xiàn)
（Audi 2.4L5氣門(mén)V6汽油機外特性） |
2．特性曲線(xiàn) 為了直觀(guān)顯示發(fā)動(dòng)機的特性，常以曲線(xiàn)形式表示，稱(chēng)為發(fā)動(dòng)機特性曲線(xiàn)。圖11-1為Audi（奧迪） 2.4L四缸5氣門(mén)汽油機的外特性曲線(xiàn)。
3.發(fā)動(dòng)機特性分類(lèi)
發(fā)動(dòng)機特性分調節特性和性能特性?xún)纱箢?lèi)。
（1）調節特性 指發(fā)動(dòng)機的性能指標隨調節情況而變化的關(guān)系。如柴油機的供油提前角調節特性、汽油機的點(diǎn)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(guān)系。如負荷特性、速度特性、調速特性、萬(wàn)有特性、螺旋槳特性等。
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圖11-2 發(fā)動(dòng)機試驗臺
1-發(fā)動(dòng)機 2-數顯水溫表 3-數顯油壓表 4-數顯排溫表 5-油門(mén)執行器 6-轉速表 7- 負荷表 8-水門(mén)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(fā)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(fā)動(dòng)機特性需在專(zhuān)門(mén)的試驗臺（俗稱(chēng)發(fā)動(dòng)機臺架）上進(jìn)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(dòng)機的實(shí)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(fā)動(dòng)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(fā)動(dòng)機特性試驗，國家已有標準，需按有關(guān)標準，在規定的條件下進(jìn)行。
11.2 發(fā)動(dòng)機調節特性
發(fā)動(dòng)機調節特性對發(fā)動(dòng)機的正確調整、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節特性
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圖11-3 柴油機供油提前角調節特性曲線(xiàn) |
圖11-3為柴油機供油提前角調節特性曲線(xiàn)。由曲線(xiàn)可見(jiàn)，隨著(zhù)供油提前角θ的改變，發(fā)動(dòng)機的功率與燃料消耗率也隨著(zhù)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(dòng)機使用維修時(shí)，應注意按照使用說(shuō)明書(shū)要求，檢查調整發(fā)動(dòng)機靜態(tài)**佳供油提前角。
**佳供油提前角是隨著(zhù)發(fā)動(dòng)機的轉速變化而變化的，它一般由供油提前角自動(dòng)調節裝置來(lái)控制。對于電控柴油機，則由ECU根據發(fā)動(dòng)機工況精確控制。
11.2.2 汽油機點(diǎn)火提前角調節特性
它是指在發(fā)動(dòng)機轉速和節氣門(mén)開(kāi)度一定條件下，其功率、燃料消耗率等性能指標隨點(diǎn)火提前角變化而變化的關(guān)系。
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φα-過(guò)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(xiàn) |
11.2.3 汽油機的燃料調節特性
是指在發(fā)動(dòng)機轉速一定， 節氣門(mén)開(kāi)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為汽油機燃料調節特性曲線(xiàn)。由圖可見(jiàn)，隨著(zhù)混合氣濃度的改變，發(fā)動(dòng)機的功率與燃料消耗率也隨著(zhù)變化。對應于過(guò)量空氣系數約1.15處，燃料消耗率**低，稱(chēng)此時(shí)的混合氣為經(jīng)濟混合氣；而對應于約0.93處，發(fā)動(dòng)機平均有效壓力**大，動(dòng)力性能**高，稱(chēng)此時(shí)的混合氣為功率混合氣。汽油機應根據工況變化，自動(dòng)調整其混合氣濃度在**佳值工作?；推魇桨l(fā)動(dòng)機靠化油器進(jìn)行粗略調節，現代汽車(chē)發(fā)動(dòng)機則靠電控燃油噴射系統精確調節控制。
11.3 發(fā)動(dòng)機性能特性
與汽車(chē)發(fā)動(dòng)機有關(guān)的性能特性主要有發(fā)動(dòng)機負荷特性、速度特性、萬(wàn)有特性和調速特性四種。
11.3.1 發(fā)動(dòng)機的負荷特性
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圖11-5 發(fā)動(dòng)機負荷特性曲線(xiàn) |
發(fā)動(dòng)機負荷特性曲線(xiàn)如圖11-5所示。由圖可見(jiàn)，隨著(zhù)負荷的增加，燃料消耗率開(kāi)始時(shí)急劇下降，到A點(diǎn)油耗**低。標定轉速下的該油耗值被稱(chēng)為該發(fā)動(dòng)機的**低燃油消耗率。但此時(shí)并非發(fā)動(dòng)機的**大功率點(diǎn)。
A點(diǎn)后，隨著(zhù)負荷的增加，發(fā)動(dòng)機功率增大，燃料消耗率又回升。負荷增加到一定值，發(fā)動(dòng)機排氣冒煙超標，稱(chēng)為冒煙界限，發(fā)動(dòng)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(diǎn)A附近。有的貨車(chē)超載運行，將導致燃油消耗急劇上升，發(fā)動(dòng)機過(guò)熱，壽命下降，排氣冒煙嚴重，污染大氣。還會(huì )導致動(dòng)距離加長(cháng)，容易出現交通事故，這是不可取的。
為了兼顧發(fā)動(dòng)機的動(dòng)力與經(jīng)濟性能，標定功率點(diǎn)一般定在冒煙界限以?xún)扰c**低燃油消耗點(diǎn)之間，可從座標原點(diǎn)引負荷特性燃油消耗率曲線(xiàn)的切線(xiàn)，交點(diǎn)E即作為發(fā)動(dòng)機的標定工況點(diǎn)。
實(shí)際發(fā)動(dòng)機工作中，往往由于負荷不足（如汽車(chē)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(huì )采取加速滑行法、汽車(chē)掛高擋或帶拖車(chē)等方法使發(fā)動(dòng)機負荷增加，從而達到節油的目的。
11.3.2 發(fā)動(dòng)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(mén)或柴油機噴油泵的油量控制拉桿）位置不變時(shí)，發(fā)動(dòng)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(guān)系。對應的曲線(xiàn)稱(chēng)為速度特性曲線(xiàn)。
當燃料供給調節機構固定在全負荷位置（汽油機節氣門(mén)全開(kāi)位置或柴油機的油量控制拉桿在額定供油量位置）時(shí)，所測得的速度特性稱(chēng)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?xún)雀魑恢脮r(shí)，所測得的速度特性就稱(chēng)為部分負荷速度特性。
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圖11-6 發(fā)動(dòng)機速度特性曲線(xiàn)（YC6108ZQ柴油機） |
圖11-6為YC6108ZQ柴油機外特性曲線(xiàn)。從外特性曲線(xiàn)可以看出該發(fā)動(dòng)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(fā)揮**大轉矩，則應該適當降低發(fā)動(dòng)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(guān)系。
從外特性曲線(xiàn)還可以計算出發(fā)動(dòng)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(xiàn)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(shí)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(fā)動(dòng)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(xiàn)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(shí)際工作需要，所以柴油機都安裝有調速器來(lái)進(jìn)行校正。
發(fā)動(dòng)機的部分負荷速度特性曲線(xiàn)隨著(zhù)汽油機的節氣門(mén)開(kāi)度或柴油機的油量控制拉桿位置的減小，功率和轉矩曲線(xiàn)幾乎從外特性平行下移。對汽油機，負荷越小，節氣門(mén)開(kāi)度越小，進(jìn)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(xiàn)也變得越陡（圖11-7）。
11.3.3 發(fā)動(dòng)機的萬(wàn)有特性
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圖11-8 萬(wàn)有特性曲線(xiàn)（YC6108ZQ柴油機） |
萬(wàn)有特性曲線(xiàn)可以利用發(fā)動(dòng)機各種轉速下的負荷特性曲線(xiàn)來(lái)轉換作圖。圖11-8為YC6108ZQ四氣門(mén)柴油機萬(wàn)有特性曲線(xiàn)。圖中虛線(xiàn)為等功率曲線(xiàn)，位于上層的等功率曲線(xiàn)的功率大。實(shí)線(xiàn)為等油耗線(xiàn)，**內層的等油耗曲線(xiàn)耗油率**低，為**經(jīng)濟區，越往外層，經(jīng)濟性越差；若等油耗線(xiàn)呈橫向拉長(cháng)，說(shuō)明發(fā)動(dòng)機在轉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(xiàn)呈縱向拉長(cháng)，說(shuō)明發(fā)動(dòng)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(dòng)機對萬(wàn)有特性曲線(xiàn)有不同的要求。
從圖中可以清楚看到發(fā)動(dòng)機在各種不同轉速和負荷下的動(dòng)力性和經(jīng)濟性，發(fā)動(dòng)機要想獲得**低燃料消耗，可以通過(guò)改變發(fā)動(dòng)機的轉速來(lái)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(shí)，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(guān)系。對應的曲線(xiàn)稱(chēng)為調速特性曲線(xiàn)。它被用來(lái)評價(jià)柴油機帶調速器以后的實(shí)際工作性能指標，還可以用來(lái)評價(jià)調速器的工作性能。
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圖11-9 柴油機調速特性 |
曲線(xiàn)分析可以看到，從標定轉速（曲線(xiàn)拐彎點(diǎn)）到**高空轉轉速這一段的曲線(xiàn)，發(fā)動(dòng)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(zhù)負荷增大，自動(dòng)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(chēng)特殊的負荷特性段，因為它很類(lèi)似于發(fā)動(dòng)機的負荷特性，只是發(fā)動(dòng)機轉速略有變化?？梢詮倪@一段曲線(xiàn)進(jìn)行經(jīng)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(diǎn)的曲線(xiàn)，隨著(zhù)外界負荷增加，噴油泵調速器依靠校正功能而變動(dòng)供油拉桿，少量增加供油量，以滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機短時(shí)間超負荷的需要。所以該段是調速器的校正區段。也有稱(chēng)特殊的速度特性段，因為它很類(lèi)似于發(fā)動(dòng)機的速度特性，只是噴油泵供油拉桿略有移動(dòng)。
當發(fā)動(dòng)機轉矩達到**大，如再增加外界負荷，發(fā)動(dòng)機轉速便急劇下降，噴油泵供油拉桿已經(jīng)無(wú)法再移動(dòng)增加供油量，所以發(fā)動(dòng)機按速度特性曲線(xiàn)規律變化。隨負荷的增加發(fā)動(dòng)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(xiàn)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(dòng)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(dòng)機的短時(shí)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(fā)動(dòng)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(dòng)機，在不同地區測得的性能指標就會(huì )產(chǎn)生差異。如天津測得某發(fā)動(dòng)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(dòng)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(huì )導致空氣密度變小，使實(shí)際進(jìn)入氣缸的氧氣量減少，從而使發(fā)動(dòng)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(fā)動(dòng)機（非增壓）功率下降3.5%；當進(jìn)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(chē)用發(fā)動(dòng)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（汽油機用αa，柴油機用αd）；
P——-實(shí)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αa
發(fā)表于 @ 2008年06月05日 10:46:00 |點(diǎn)擊數（）
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