第八章  内燃机的特性与匹配 内燃机的特性是内燃机性能的综合反映。特性的形式有很多，除了前几章已经介绍的内燃机调速特性与调整特性(如点火提前角调整特性、供油提前角调整特性)外，本章将重点介绍内燃饥的基本特性，如负荷特性、速度特性、万有特性等。由于内燃机是为其他动力装置或工作机械提供动力的，相互之间的配合特性不仅涉及到工作机械的性能，也与内燃机本身的特性密切相关，为此，本章将介绍内燃机与工作机械的匹配方法。 对内燃机的特性及其匹配进行研究，不仅是为了评价内燃机的性能，为正确、合理地选用内燃机提供依据，同时，还可以通过对影响内燃机特性各种因素的分析。提出改进特性以适应匹配要求的各种技术措施，以优化整个动力装置的性能。 主要内容 第一节  内燃机的特性  第二节  内燃机与工作机械的匹配 第一节  内燃机的特性 一、内燃机的工况 二、内燃机的负荷特性  三、内燃机的速度特性  四、万有特性  五、内燃机的功率标定及大气修正 一、内燃机的工况 内燃机工况就是指内燃机实际运行的工作状况。 表征内燃机运行工况的参数可由下式给出                                          （8—1） 式中，Pe为有效功率，Ttq为内燃机的转矩，n为内燃机的工作转速。 式(8—1)中的三个参数中，只有两个是独立变量，换句话说，当任意两个参数固定后，第三个参数就可以通过该式求出。比较常用的是用Ttq与n或者Pe与n两组参数来表征内燃机稳定运行的工况点，原因在于转速n表示内燃机工作过程进行的速度快慢，而Ttq或Pe说明内燃机发出功率或承受负荷能力的大小。内燃机的负荷，通常是指内燃机所遇到的阻力矩的大小，由于平均有效压力pme正比于转矩，故有时也用pme来表示负荷的高低。 内燃机的工作区域 内燃机的工况分类 研究内燃机特性的必要性    为了评价内燃机在不同工况下运行的动力性指标(如功率、转矩、平均有效压力等)、经济性指标(燃油消耗率)、排放指标以及反映工作过程进行的完善程度指标(如指示热效率、充量系数以及机械效率)等，就必须研究内燃机的特性。  有关定义 所谓内燃机的特性，就是指上述性能参数随参数调整情况或运转工况变化的规律。 性能指标随调整情况变化的特性称为调整特性，如点火提前角调整特性、供油提前角调整特性等； 性能指标随运行工况变化的特性称为性能特性，如负荷特性、速度特性和调速特性等。 用来表示特性的曲线称为特性曲线，它是评价内燃机的一种简单、直观、方便的形式。 二、内燃机的负荷特性 定义 测试方法 作用 曲线及说明  定义    负荷特性是指当转速不变时，内燃机的性能指标随负荷而变化的关系，用曲线的形式表示出来，就称为负荷特性曲线。驱动发电机、压缩机、风机、水泵等动力装置的内燃机，就是按负荷特性运行的。  测试方法    负荷特性曲线是在发动机试验台架上测取的。试验时，调整测功器负荷的大小，并相应调整油量调节机构位置，以保持发动机的转速不变，待工况稳定后，依次记录不同负荷下的有关数据，并整理得到性能曲线。  作  用   由了负荷特性可以直观地显示发动机在不同负荷下运转的经济性以及排温等参数，且比较容易测定，因而在内燃机的调试过程中，经常用来作为性能比较的依据。由于每一条负荷特性仅对应内燃机的一种转速，为了满足实际应用的要求，需要侧出不同转速下的多个负荷特性曲线。同时，根据这些特性曲线，可以得到发动机的另外一个重要的特性——万有特性。  (一)柴油机的负荷特性 柴油机的负荷特性走势分析 （二）汽油机的负荷特性 柴油机与汽油机负荷特性的区别 特性差别的解释（1）     因为两种类型发动机的机械效率变化情况基本类似，根据式(8—2)，造成汽油机与柴油机燃油消耗率差异的主要原因就在于指示热效率的差异。由于柴油机的压缩比比汽油机高出较多，其过量空气系数也要比汽油机大，燃烧大部分是在空气过量的情况下进行的，所以柴油机的指示热效率要比汽油机要高。这样，从数值上看，汽油机的燃油消耗率数值高于柴油机。另一方面，从指示热效率曲线的变化趋势上来看，两者也有比较明显的差异。在转速不变的前提下，柴油机进人气缸的空气量基本上不随负荷大小而变化，而每循环供油量则随负荷的增大而增大，这样过量空气系数就随负荷的增大而减小，因此，指示热效率也就随负荷的增大而降低；汽油机采用定质变量的负荷调节方法，在接近满负荷时采取加浓混合气导致指示热效率明显下降，而在低负荷时，由于节气门开度小，残余废气系数较大，燃烧速率降低，需采用浓混合气，加之当负荷减小时泵气损失增大，导致指示热效率下降。这样, 汽油机的燃油消耗率在中、小负荷区远高于柴油机。 特性差别的解释（2）    排气温度曲线的差异也可以用上述原因来解释。汽油机的压缩比比柴油机低，相应的膨胀比也低，排温就要比柴油机高出许多。在负荷变化时，尽管由于混合气总量的增加引起加入气缸总热量的增加，使排温随负荷的提高而上升，但由于在大部分区域内过量空气系数保持不变，故排温上升幅度不大。在柴油机中，随着负荷的提高，过量空气系数随之降低，排温显著上升。 三、内燃机的速度特性    内燃机速度特性，是指内燃机在油量调节机构(油量调节齿条、拉杆或节气门开度)保持不变的情况下，主要性能指标(转矩、油耗、功率、排温、烟度等)随内燃机转速的变化规律。当汽车沿阻力变化的道路行驶时，若油门位置不变，转速会因路况的改变而发生变化，这时内燃机是沿速度特性工作。  测试方法   速度特性也是在内燃机试验台架上测出的。测量时，将油量调节机构位置固定不动，调整测功器的负荷，内燃机的转速相应发生改变，然后记录有关数据并整理绘制出曲线，一般是以发动机转速作为横坐标。  部分速度特性与外特性    当油量控制机构在标定位置时，测得的特性为全负荷速度特性(简称外特性)；油量低于标定位置时的速度特性，称为部分负荷速度特性。由于外特性上反映了内燃机所能达到的最高性能，确定了最大功率、最大转矩以及对应的转速，因而是十分重要的，所有发动机出厂时都必须提供该特性。  特性曲线 (一)柴油机的速度特性 根据以上分析可知，对于无油量校正装置的柴油机，在转速降低时，由于每循环供油量的减少，相应抵消了机械效率ηm和热效率ηit提高的影响。综合作用的结果是使得柴油机外特性上的转矩Ttq曲线很平坦。 在部分负荷速度特性上，在转速很低时充量系数Φc下降，导致了ηit的下降，且每循环供油量gb随转速下降的幅度较大，使得ηit下降幅度超过了机械效率ηm随转速降低而增长的幅度，因而转矩曲线出现了如图8—3所示的随转速下降而降低的趋势。 (二)汽油机的速度特性 特性差别之分析（走势分析） 对于上述现象，可以通过转矩的分析式来解释。与柴油机不同的是，汽油机采用定质变量的负荷调节方法，故转矩的变化与吸入气缸的混合气数量有密切的关系。为此，根据充量系数的定义式，可得   将其代入式(8—3)，并化简为                                                                          （8—5）     由前所述可知，汽油机的过量空气系数Φa基本上不随转速而变化，故可将其看成一个定值。这样，转矩就取决于指示热效率ηit、充量系数Φc和机械效率ηm的乘积。                    以下分析三者随转速变化的规律 (1)指示
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