第11章 發(fā)動(dòng)機(jī)特性
內(nèi)容提要
1.發(fā)動(dòng)機(jī)特性與特性曲線的含義,、分類與意義
2.發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)特性的含義,、分類與曲線
3.發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性
4.發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性
5. 發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性
6. 發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速特性
7. 發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)的校正 |
11.1基本概念
全面了解發(fā)動(dòng)機(jī)在所有工況下的性能指標(biāo)的變化,對(duì)合理使用,、檢查與維修發(fā)動(dòng)機(jī),,都有很強(qiáng)的適用價(jià)值。
11.1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)特性與特性曲線
圖11-1 發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線
(Audi 2.4L5氣門V6汽油機(jī)外特性) |
1.發(fā)動(dòng)機(jī)特性 發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)隨調(diào)整情況及運(yùn)轉(zhuǎn)情況而變化的關(guān)系稱為發(fā)動(dòng)機(jī)特性,。發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)主要有功率,、轉(zhuǎn)矩、燃料消耗率,、排氣溫度,、排氣煙度等;調(diào)整情況主要指柴油機(jī)的供油提前角,、汽油機(jī)的點(diǎn)火提前角,、發(fā)動(dòng)機(jī)燃料等可調(diào)因素對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響;運(yùn)轉(zhuǎn)情況一般指發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷等,。
2.特性曲線 為了直觀顯示發(fā)動(dòng)機(jī)的特性,,常以曲線形式表示,稱為發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線,。圖11-1為Audi(奧迪) 2.4L四缸5氣門汽油機(jī)的外特性曲線,。
3.發(fā)動(dòng)機(jī)特性分類
發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)隨調(diào)節(jié)情況而變化的關(guān)系,。如柴油機(jī)的供油提前角調(diào)節(jié)特性,、汽油機(jī)的點(diǎn)火提前角調(diào)節(jié)特性、汽油機(jī)的燃料調(diào)節(jié)特性等,。
(2)性能特性 指內(nèi)燃機(jī)的性能指標(biāo)隨運(yùn)行工況而變化的關(guān)系,。如負(fù)荷特性、速度特性,、調(diào)速特性,、萬(wàn)有特性、螺旋槳特性等,。
圖11-2 發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)
1-發(fā)動(dòng)機(jī) 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(fù)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(cè)功器 20-轉(zhuǎn)角信號(hào)發(fā)生器 21-電荷放大器 22-A/D轉(zhuǎn)換板 23-微機(jī) 24-打印機(jī) 25-顯示器 |
11.1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)特性的制取
發(fā)動(dòng)機(jī)特性需在專門的試驗(yàn)臺(tái)(俗稱發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架)上進(jìn)行,,圖11-2顯示了帶水力測(cè)功器的試驗(yàn)臺(tái)的基本組成。它可以模擬發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際工況,,使其在要求的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷下工作,,并可以同步測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)特性試驗(yàn),,國(guó)家已有標(biāo)準(zhǔn),,需按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),,在規(guī)定的條件下進(jìn)行。
11.2 發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)特性
發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)特性對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)供油提前角調(diào)節(jié)特性
圖11-3 柴油機(jī)供油提前角調(diào)節(jié)特性曲線 |
它是指在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速一定和油量控制機(jī)構(gòu)(如噴油泵的供油拉桿)位置一定條件下,,其功率,、燃料消耗率等性能指標(biāo)隨供油提前角變化而變化的關(guān)系。
圖11-3為柴油機(jī)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(dòng)機(jī)的功率與燃料消耗率也隨著變化,。對(duì)應(yīng)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(jī)使用維修時(shí),應(yīng)注意按照使用說(shuō)明書要求,,檢查調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)靜態(tài)**佳供油提前角,。
**佳供油提前角是隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化而變化的,它一般由供油提前角自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置來(lái)控制,。對(duì)于電控柴油機(jī),,則由ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況精確控制。
11.2.2 汽油機(jī)點(diǎn)火提前角調(diào)節(jié)特性
它是指在發(fā)動(dòng)機(jī)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(biāo)隨點(diǎn)火提前角變化而變化的關(guān)系。
圖11-4 汽油機(jī)燃料調(diào)整特性曲線 |
點(diǎn)火提前角調(diào)整特性曲線形式與柴油機(jī)類似(圖11-3),,可將θ視為點(diǎn)火提前角,。可見,,隨著點(diǎn)火提前角的改變,,發(fā)動(dòng)機(jī)的功率與燃料消耗率也隨著變化。對(duì)應(yīng)于**大功率和**小燃料消耗率的點(diǎn)火提前角即為**佳點(diǎn)火提前角,。
11.2.3 汽油機(jī)的燃料調(diào)節(jié)特性
是指在發(fā)動(dòng)機(jī)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(biāo)隨混合氣濃度而變化的關(guān)系,。
圖11-4為汽油機(jī)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(dòng)機(jī)的功率與燃料消耗率也隨著變化,。對(duì)應(yīng)于過量空氣系數(shù)約1.15處,,燃料消耗率**低,,稱此時(shí)的混合氣為經(jīng)濟(jì)混合氣;而對(duì)應(yīng)于約0.93處,,發(fā)動(dòng)機(jī)平均有效壓力**大,,動(dòng)力性能**高,稱此時(shí)的混合氣為功率混合氣,。汽油機(jī)應(yīng)根據(jù)工況變化,,自動(dòng)調(diào)整其混合氣濃度在**佳值工作?;推魇桨l(fā)動(dòng)機(jī)靠化油器進(jìn)行粗略調(diào)節(jié),,現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)則靠電控燃油噴射系統(tǒng)精確調(diào)節(jié)控制。
11.3 發(fā)動(dòng)機(jī)性能特性
與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)有關(guān)的性能特性主要有發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性,、速度特性,、萬(wàn)有特性和調(diào)速特性四種。
11.3.1 發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷特性
圖11-5 發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性曲線 |
是指在轉(zhuǎn)速一定時(shí),,發(fā)動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)(燃油消耗率,、排氣溫度等)隨負(fù)荷(功率、平均有效壓力等)的改變而變化的關(guān)系,。相應(yīng)的曲線稱為負(fù)荷特性曲線,。它主要被用來(lái)評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速一定下,以不同的負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的經(jīng)濟(jì)性,,如汽車以一定的速度沿阻力變化的道路行駛,。
發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性曲線如圖11-5所示。由圖可見,,隨著負(fù)荷的增加,,燃料消耗率開始時(shí)急劇下降,到A點(diǎn)油耗**低,。標(biāo)定轉(zhuǎn)速下的該油耗值被稱為該發(fā)動(dòng)機(jī)的**低燃油消耗率,。但此時(shí)并非發(fā)動(dòng)機(jī)的**大功率點(diǎn)。
A點(diǎn)后,,隨著負(fù)荷的增加,,發(fā)動(dòng)機(jī)功率增大,燃料消耗率又回升,。負(fù)荷增加到一定值,,發(fā)動(dòng)機(jī)排氣冒煙超標(biāo),稱為冒煙界限,,發(fā)動(dòng)機(jī)工作不允許超出冒煙界限,。其適宜的工作區(qū)域應(yīng)該在**低油耗點(diǎn)A附近。有的貨車超載運(yùn)行,,將導(dǎo)致燃油消耗急劇上升,,發(fā)動(dòng)機(jī)過熱,,壽命下降,排氣冒煙嚴(yán)重,,污染大氣,。還會(huì)導(dǎo)致動(dòng)距離加長(zhǎng),容易出現(xiàn)交通事故,,這是不可取的,。
為了兼顧發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力與經(jīng)濟(jì)性能,標(biāo)定功率點(diǎn)一般定在冒煙界限以內(nèi)與**低燃油消耗點(diǎn)之間,,可從座標(biāo)原點(diǎn)引負(fù)荷特性燃油消耗率曲線的切線,,交點(diǎn)E即作為發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)定工況點(diǎn)。
實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)工作中,,往往由于負(fù)荷不足(如汽車載貨量少等),,而處于部分負(fù)荷下工作,導(dǎo)致燃料消耗率上升,。有經(jīng)驗(yàn)的駕駛員,,就會(huì)采取加速滑行法、汽車掛高擋或帶拖車等方法使發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷增加,,從而達(dá)到節(jié)油的目的,。
11.3.2 發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性
速度特性是指當(dāng)燃料供給調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(汽油機(jī)的節(jié)氣門或柴油機(jī)噴油泵的油量控制拉桿)位置不變時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)(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(duì)應(yīng)的曲線稱為速度特性曲線,。
當(dāng)燃料供給調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)固定在全負(fù)荷位置(汽油機(jī)節(jié)氣門全開位置或柴油機(jī)的油量控制拉桿在額定供油量位置)時(shí),,所測(cè)得的速度特性稱外特性或全負(fù)荷速度特性。當(dāng)燃料供給調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)固定在全負(fù)荷以內(nèi)各位置時(shí),,所測(cè)得的速度特性就稱為部分負(fù)荷速度特性,。
圖11-6 發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性曲線(YC6108ZQ柴油機(jī)) |
汽車的節(jié)氣門不變,上坡或下坡時(shí),,由于外界負(fù)荷的變化,,車速將產(chǎn)生相應(yīng)變化就是屬于速度特性工況。
圖11-6為YC6108ZQ柴油機(jī)外特性曲線,。從外特性曲線可以看出該發(fā)動(dòng)機(jī)所能達(dá)到的**大功率,、**大轉(zhuǎn)矩、**低燃料消耗率及其對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速,,還可以看出在任一轉(zhuǎn)速下所對(duì)應(yīng)的功率和轉(zhuǎn)矩,,若要發(fā)揮**大轉(zhuǎn)矩,則應(yīng)該適當(dāng)降低發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩儲(chǔ)備系數(shù)φtq,、轉(zhuǎn)速儲(chǔ)備系數(shù)φn和適應(yīng)性系數(shù)φntq
式中 Temax——外特性曲線上**大轉(zhuǎn)矩(N·m),;
Teb——標(biāo)定工況轉(zhuǎn)矩(N·m),;
n1——標(biāo)定轉(zhuǎn)速(r/min),;
n2——**大轉(zhuǎn)矩時(shí)轉(zhuǎn)速(r/min)。
1-外特性 2,、3,、4-部分負(fù)荷速度特性 |
圖11-7 發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性(汽油機(jī)) |
φtq、
φn和
φntq表征了發(fā)動(dòng)機(jī)的短期超載能力,。當(dāng)汽車爬坡,,如不換擋,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速就會(huì)下降,,從外特性曲線上看,,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩會(huì)增加,以克服外界阻力,。
φtq,、
φn和
φntq越大,不換擋克服外界阻力的能力就越強(qiáng),。
汽油機(jī)φtq,、φn和φntq值較大,分別可達(dá)1.2~1.4,、1.5~3.8和1.8~5.3,;而柴油機(jī)(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(yīng)實(shí)際工作需要,,所以柴油機(jī)都安裝有調(diào)速器來(lái)進(jìn)行校正。
發(fā)動(dòng)機(jī)的部分負(fù)荷速度特性曲線隨著汽油機(jī)的節(jié)氣門開度或柴油機(jī)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(duì)汽油機(jī),負(fù)荷越小,,節(jié)氣門開度越小,,進(jìn)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(fù)荷速度特性曲線也變得越陡(圖11-7)。
11.3.3 發(fā)動(dòng)機(jī)的萬(wàn)有特性
圖11-8 萬(wàn)有特性曲線(YC6108ZQ柴油機(jī)) |
負(fù)荷特性只能分析某一轉(zhuǎn)速下發(fā)動(dòng)機(jī)各性能參數(shù)隨負(fù)荷的變化,,而速度特性只能分析在某一油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)位置下的內(nèi)燃機(jī)各性能參數(shù)隨轉(zhuǎn)速的變化,。實(shí)際上內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷均在很大范圍內(nèi)變化,,要分析各工況下發(fā)動(dòng)機(jī)的性能就需要許多張圖形,,很不方便,亦不清晰,。能在一張圖上表示發(fā)動(dòng)機(jī)各性能參數(shù)與轉(zhuǎn)速,、負(fù)荷之間的相互關(guān)系就稱為萬(wàn)有特性,也稱為多參數(shù)特性,,相應(yīng)的曲線稱為萬(wàn)有特性曲線,。
萬(wàn)有特性曲線可以利用發(fā)動(dòng)機(jī)各種轉(zhuǎn)速下的負(fù)荷特性曲線來(lái)轉(zhuǎn)換作圖。圖11-8為YC6108ZQ四氣門柴油機(jī)萬(wàn)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(shí)線為等油耗線,,**內(nèi)層的等油耗曲線耗油率**低,,為**經(jīng)濟(jì)區(qū),越往外層,,經(jīng)濟(jì)性越差,;若等油耗線呈橫向拉長(zhǎng),說(shuō)明發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì);若等油耗線呈縱向拉長(zhǎng),,說(shuō)明發(fā)動(dòng)機(jī)在負(fù)荷變化較大情況下工作,,燃料消耗率變化小,較經(jīng)濟(jì),。不同用途的發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)萬(wàn)有特性曲線有不同的要求,。
從圖中可以清楚看到發(fā)動(dòng)機(jī)在各種不同轉(zhuǎn)速和負(fù)荷下的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性,發(fā)動(dòng)機(jī)要想獲得**低燃料消耗,,可以通過改變發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié),。
11.3.4 調(diào)速特性
調(diào)速特性是指柴油機(jī)噴油泵調(diào)速手柄位置一定時(shí),柴油機(jī)性能參數(shù)(轉(zhuǎn)矩,、功率,、轉(zhuǎn)速、燃油消耗率等)隨負(fù)荷而變化的關(guān)系。對(duì)應(yīng)的曲線稱為調(diào)速特性曲線,。它被用來(lái)評(píng)價(jià)柴油機(jī)帶調(diào)速器以后的實(shí)際工作性能指標(biāo),,還可以用來(lái)評(píng)價(jià)調(diào)速器的工作性能。
圖11-9所示為橫坐標(biāo)是功率的調(diào)速特性曲線,。根據(jù)分析需要,,調(diào)速特性曲線也可以采用轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩為橫坐標(biāo)。
曲線分析可以看到,,從標(biāo)定轉(zhuǎn)速(曲線拐彎點(diǎn))到**高空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速這一段的曲線,,發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷變化很大,但轉(zhuǎn)速變化很小,,這是因?yàn)椴裼蜋C(jī)噴油泵調(diào)速器起調(diào)速作用的結(jié)果,,隨著負(fù)荷增大,,自動(dòng)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(fù)荷特性段,,因?yàn)樗茴愃朴诎l(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷特性,,只是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速略有變化??梢詮倪@一段曲線進(jìn)行經(jīng)濟(jì)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(biāo)定工況到**大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)的曲線,隨著外界負(fù)荷增加,,噴油泵調(diào)速器依靠校正功能而變動(dòng)供油拉桿,,少量增加供油量,,以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)短時(shí)間超負(fù)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?yàn)樗茴愃朴诎l(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性,只是噴油泵供油拉桿略有移動(dòng),。
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩達(dá)到**大,,如再增加外界負(fù)荷,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)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(jī)按速度特性曲線規(guī)律變化。隨負(fù)荷的增加發(fā)動(dòng)機(jī)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(biāo)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(dòng)力,、經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)之間的相互關(guān)系。用以比較不同柴油機(jī)的性能優(yōu)劣,,指導(dǎo)人們正確地使用和維修柴油機(jī),。還可以計(jì)算柴油機(jī)的扭矩儲(chǔ)備,以判定發(fā)動(dòng)機(jī)的短時(shí)超負(fù)荷能力,;計(jì)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(dòng)機(jī)性能指標(biāo)的校正
11.4.1 性能指標(biāo)校正的必要性
由于大氣狀態(tài)的不同,,同一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī),,在不同地區(qū)測(cè)得的性能指標(biāo)就會(huì)產(chǎn)生差異。如天津測(cè)得某發(fā)動(dòng)機(jī)功率為68kW,,油耗為321g/kW.h,。而到拉薩測(cè)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(duì)濕度)變化,導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)工質(zhì)產(chǎn)生變化,。當(dāng)大氣壓力下降,、溫度升高或相對(duì)濕度增大,會(huì)導(dǎo)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(jī)功率下降,,油耗升高,。
試驗(yàn)表明,在海拔150m以上地區(qū),,每升高300m,,發(fā)動(dòng)機(jī)(非增壓)功率下降3.5%,;當(dāng)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(jù)GB/T 17692-1999規(guī)定,車用發(fā)動(dòng)機(jī)凈功率采用以下公式修正
P0=α×P
式中 P0——-校正功率(即標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)下的功率),;
α——-校正系數(shù)(汽油機(jī)用αa,,柴油機(jī)用αd);
P——-實(shí)測(cè)功率(試驗(yàn)功率),。
標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)是指大氣溫度25℃,、大氣壓100kPa、相對(duì)濕度60%,。
對(duì)于汽油機(jī),,可用下式求得校正系數(shù)αa
發(fā)表于 @ 2008年06月06日 07:24:00 |點(diǎn)擊數(shù)()