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

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

圖11-1  發(fā)動機特性曲線
(Audi 2.4L5氣門V6汽油機外特性)
1.發(fā)動機特性  發(fā)動機性能指標隨調整情況及運轉情況而變化的關系稱為發(fā)動機特性。發(fā)動機性能指標主要有功率、轉矩、燃料消耗率、排氣溫度、排氣煙度等;調整情況主要指柴油機的供油提前角、汽油機的點火提前角、發(fā)動機燃料等可調因素對發(fā)動機性能的影響;運轉情況一般指發(fā)動機轉速和負荷等。

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)動機特性分調節(jié)特性和性能特性兩大類。
(1)調節(jié)特性  指發(fā)動機的性能指標隨調節(jié)情況而變化的關系。如柴油機的供油提前角調節(jié)特性、汽油機的點火提前角調節(jié)特性、汽油機的燃料調節(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系。如負荷特性、速度特性、調速特性、萬有特性、螺旋槳特性等。

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
11.1.2  發(fā)動機特性的制取

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,需按有關標準,在規(guī)定的條件下進行。
 
11.2  發(fā)動機調節(jié)特性
發(fā)動機調節(jié)特性對發(fā)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(jié)特性

圖11-3  柴油機供油提前角調節(jié)特性曲線
它是指在發(fā)動機轉速一定和油量控制機構(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隨供油提前角變化而變化的關系。

圖11-3為柴油機供油提前角調節(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)動機的轉速變化而變化的,它一般由供油提前角自動調節(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節(jié)特性
它是指在發(fā)動機轉速和節(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系。

φα-過量空氣系數(shù)  α-空燃比
圖11-4  汽油機燃料調整特性曲線
點火提前角調整特性曲線形式與柴油機類似(圖11-3),可將θ視為點火提前角??梢?,隨著點火提前角的改變,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**小燃料消耗率的點火提前角即為**佳點火提前角。

11.2.3  汽油機的燃料調節(jié)特性
是指在發(fā)動機轉速一定, 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系。
圖11-4為汽油機燃料調節(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)精確調節(jié)控制。
11.3  發(fā)動機性能特性
與汽車發(fā)動機有關的性能特性主要有發(fā)動機負荷特性、速度特性、萬有特性和調速特性四種。
11.3.1  發(fā)動機的負荷特性

圖11-5  發(fā)動機負荷特性曲線
是指在轉速一定時,發(fā)動機的性能參數(shù)(燃油消耗率、排氣溫度等)隨負荷(功率、平均有效壓力等)的改變而變化的關系。相應的曲線稱為負荷特性曲線。它主要被用來評價發(fā)動機在轉速一定下,以不同的負荷運轉的經(jīng)濟性,如汽車以一定的速度沿阻力變化的道路行駛。

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節(jié)機構(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(jié)機構固定在全負荷位置(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。當燃料供給調節(jié)機構固定在全負荷以內(nèi)各位置時,所測得的速度特性就稱為部分負荷速度特性。

圖11-6  發(fā)動機速度特性曲線(YC6108ZQ柴油機)
汽車的節(jié)氣門不變,上坡或下坡時,由于外界負荷的變化,車速將產(chǎn)生相應變化就是屬于速度特性工況。

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(fā)動機的轉矩儲備系數(shù)φtq、轉速儲備系數(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)。

1-外特性  2、3、4-部分負荷速度特性
圖11-7  發(fā)動機速度特性(汽油機)
φtqφnφntq表征了發(fā)動機的短期超載能力。當汽車爬坡,如不換擋,發(fā)動機轉速就會下降,從外特性曲線上看,發(fā)動機轉矩會增加,以克服外界阻力。φtqφnφntq越大,不換擋克服外界阻力的能力就越強。

汽油機φtq、φnφntq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、φnφntq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(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

圖11-8  萬有特性曲線(YC6108ZQ柴油機)
負荷特性只能分析某一轉速下發(fā)動機各性能參數(shù)隨負荷的變化,而速度特性只能分析在某一油量調節(jié)機構位置下的內(nèi)燃機各性能參數(shù)隨轉速的變化。實際上內(nèi)燃機的轉速、負荷均在很大范圍內(nèi)變化,要分析各工況下發(fā)動機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)動機各性能參數(shù)與轉速、負荷之間的相互關系就稱為萬有特性,也稱為多參數(shù)特性,相應的曲線稱為萬有特性曲線。

萬有特性曲線可以利用發(fā)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(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)動機的轉速來調節(jié)。
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(shù)(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。

圖11-9  柴油機調速特性
圖11-9所示為橫坐標是功率的調速特性曲線。根據(jù)分析需要,調速特性曲線也可以采用轉速和轉矩為橫坐標。

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(fā)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(wěn)定,所以該段是調速器的調速區(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)動機轉速略有變化??梢詮倪@一段曲線進行經(jīng)濟性分析及調速器工作性能(如穩(wěn)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(fā)動機短時間超負荷的需要。所以該段是調速器的校正區(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)動機轉矩達到**大,如再增加外界負荷,發(fā)動機轉速便急劇下降,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(jīng)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(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)定調速率,以判斷調速器的工作性能。
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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