【正文】 第七章 內(nèi)燃機(jī)特性 內(nèi)燃機(jī)的特性是 內(nèi)燃機(jī)性能 的綜合反映。特性的形式有很多，除了前幾章已經(jīng)介紹的內(nèi)燃機(jī)調(diào)速特性與調(diào)整特性 (如 點(diǎn)火提前角調(diào)整特性、供油提前角調(diào)整特性 )外，本章將重點(diǎn)介紹內(nèi)燃機(jī)的基本特性，如 負(fù)荷特性、速度特性、萬有特性 等。 研究內(nèi)燃機(jī)特性的必要性 為了評價內(nèi)燃機(jī)在不同工況下運(yùn)行的動力性指標(biāo) (如 功率、轉(zhuǎn)矩、平均有效壓力 等 )、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo) (燃油消耗率 )、 排放指標(biāo) 以及反映工作過程進(jìn)行的完善程度指標(biāo) (如 指示熱效率、充量系數(shù)以及機(jī)械效率 )等，就必須研究內(nèi)燃機(jī)的特性。 研究發(fā)動機(jī)運(yùn)行特性的意義 與汽車進(jìn)行全工況的合理匹配 由發(fā)動機(jī)運(yùn)行特性轉(zhuǎn)化而得的汽車的運(yùn)行特性 ， 如驅(qū)動力特性 、 燃油經(jīng)濟(jì)性 、 運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性 、 安全性 等 特性曲線不能滿足要求時進(jìn)行調(diào)節(jié)和校正 柴油機(jī)調(diào)速裝置 、 點(diǎn)火和噴油提前裝置 ， 可變配氣相位系統(tǒng) 電子控制技術(shù)使更多的參數(shù)有了 實(shí)時調(diào)控 的可能 ， 出現(xiàn)了多種發(fā)動機(jī)的 “ 可變 ”技術(shù) ， 有關(guān)定義 所謂 內(nèi)燃機(jī)的特性 ，就是指上述性能參數(shù)隨參數(shù)調(diào)整情況或運(yùn)轉(zhuǎn)工況變化的規(guī)律。 性能指標(biāo)隨調(diào)整情況變化的特性稱為 調(diào)整特性 ，如點(diǎn)火提前角調(diào)整特性、供油提前角調(diào)整特性等； 性能指標(biāo)隨運(yùn)行工況變化的特性稱為 性能特性 ，如 負(fù)荷特性 、 速度特性 和 調(diào)速特性 等。 用來表示特性的曲線稱為 特性曲線 ， 它是評價內(nèi)燃機(jī)的一種簡單、直觀、方便的形式。 第一節(jié) 內(nèi)燃機(jī)的工況 內(nèi)燃機(jī)工況就是指內(nèi)燃機(jī)實(shí)際運(yùn)行的工作狀況。 表征內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行工況的參數(shù)可由下式給出 式中， Ne為有效功率， Me為內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)矩， n為內(nèi)燃機(jī)的工作轉(zhuǎn)速。 式中的三個參數(shù)中，只有兩個是獨(dú)立變量，換句話說，當(dāng)任意兩個參數(shù)固定后，第三個參數(shù)就可以通過該式求出。比較常用的是用 Me與 n或者 Ne與 n兩組參數(shù)來表征內(nèi)燃機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的工況點(diǎn)，原因在于轉(zhuǎn)速 n表示內(nèi)燃機(jī)工作過程進(jìn)行的速度快慢，而 Me或 Ne說明內(nèi)燃機(jī)發(fā)出功率或承受負(fù)荷能力的大小。 內(nèi)燃機(jī)的負(fù)荷，通常是指內(nèi)燃機(jī)所遇到的阻力矩的大小，由于平均有效壓力 pe正比于轉(zhuǎn)矩，故有時也用 pe來表示負(fù)荷的高低。 eeN M n?內(nèi)燃機(jī)的工作區(qū)域 ? 以負(fù)荷和轉(zhuǎn)速為坐標(biāo)的平面叫發(fā)動機(jī)的工況平面 ? 點(diǎn)工況運(yùn)行 （泵站） ? 線工況運(yùn)行 （發(fā)電機(jī)組 、螺旋槳 ） ? 面工況運(yùn)行 （汽車） Ne. 左側(cè)邊界線為內(nèi)燃機(jī)最低穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速 nmin限制線，低于此轉(zhuǎn)速時，由于曲軸飛輪等運(yùn)動部件儲存能量較小，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速波動大，內(nèi)燃機(jī)無法穩(wěn)定工作 右側(cè)邊界線為最高轉(zhuǎn)速 nmax限制線，受到轉(zhuǎn)速過高所導(dǎo)致的慣性力增大、機(jī)械摩擦損失加劇、充量系數(shù)下降、工作過程惡化等各種不利因素的限制 上邊界線 3為內(nèi)燃機(jī)油量控制機(jī)構(gòu)處于最大位置時，不同轉(zhuǎn)速下內(nèi)燃機(jī)所能發(fā)出的最大功率 發(fā)動機(jī)的工作區(qū)域及限制 1) a曲線是各轉(zhuǎn)速時最大功率 (轉(zhuǎn)矩 )的限制線 ，到標(biāo)定點(diǎn) A為止 。 2) b曲線是各負(fù)荷條件下的最高轉(zhuǎn)速限制線 。 3) c曲線是發(fā)動機(jī)最低穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速限制線 4) d曲線是各個踏板位置下的空轉(zhuǎn)怠速線 。 5)輸出功率為負(fù)值的 e曲線是發(fā)動機(jī)滅火 ， 外力倒拖時的工況線 。 幾點(diǎn)說明 a b曲線在最大加速踏板位置條件下獲得的 。 汽油機(jī)在節(jié)氣門全開時獲得 ， 稱為 速度外特性 線；對于柴油機(jī)則 a為校正外特性線 ， b曲線則是調(diào)速器起作用的 調(diào)速特性 線 。 低于 c曲線轉(zhuǎn)速時 ， 由于燃燒波動和運(yùn)動件慣性過小 ， 發(fā)動機(jī)無法穩(wěn)定工作 。 “ 加速踏板 ” 與 “ 油門 ” 踏板 ： ? 對汽油機(jī) ， 控制節(jié)氣門開度 ， 稱為油門是妥當(dāng)?shù)?。 ? 柴油機(jī)有時并不直接控制噴油泵的油量調(diào)節(jié)桿 ， 而是通過控制調(diào)速器起作用 ， 與供油量不呈線性關(guān)系 。所以稱為 “ 油門 ” 是不妥的 一、內(nèi)燃機(jī)的三類典型工況 Ne. 第 — 類工況，其特點(diǎn)是內(nèi)燃機(jī)的功率變化時，轉(zhuǎn)速幾乎保持不變。該工況又被稱為固定式內(nèi)燃機(jī)工況。例如，發(fā)電用內(nèi)燃機(jī)，其負(fù)荷呈階躍式突變，并沒有一定的規(guī)律、然而內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速必須保持穩(wěn)定，以保證輸送電壓和頻率的恒定，反映在工況圖上就是 — 條垂直線 (圖中的曲線 1)，稱為線工況。灌溉用內(nèi)燃機(jī)，除了起動和過渡工況外，在運(yùn)行過程中負(fù)荷與轉(zhuǎn)速均保持不變，稱為點(diǎn)工況 (圖中的 A點(diǎn) )。 Ne. 第二類工況，其特點(diǎn)是內(nèi)燃機(jī)的功率與轉(zhuǎn)速接近于冪函數(shù)關(guān)系，如圖中的曲線 2示的三次冪函數(shù) ( )。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)作為船用主機(jī)驅(qū)動螺旋槳時，內(nèi)燃機(jī)所發(fā)出的功率必須與螺旋槳吸收的功率相等，而吸收功率又取決于螺旋槳轉(zhuǎn)速的高低，且與轉(zhuǎn)速成冪函數(shù)關(guān)系，這樣，內(nèi)燃機(jī)功率就呈現(xiàn)一種十分有規(guī)律的變化。該類工況常被稱為螺旋槳工況或推進(jìn)工況，也屬于線工況。 3eNn?Ne. 第三類工況，其特點(diǎn)是功率與轉(zhuǎn)速都在很大范圍內(nèi)變化，它們之間沒有特定的關(guān)系。汽車及其他陸地運(yùn)輸用內(nèi)燃機(jī)，都居于這種工況。此時，內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速決定于行駛速度、可以從最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速一直變到最高轉(zhuǎn)速；負(fù)荷取決于行駛阻力，在同一轉(zhuǎn)速下，可以從零變到全負(fù)荷。內(nèi)燃機(jī)可能的工作區(qū)域就是該種類型內(nèi)燃機(jī)的實(shí)際工作區(qū)域，相應(yīng)的工況區(qū)域稱為面工況。 ? 工況由轉(zhuǎn)速和曲軸輸出功率表示 ① 點(diǎn)工況運(yùn)行 （泵站） ②線工況運(yùn)行 （發(fā)電機(jī)組 、螺旋槳 ） ③面工況運(yùn)行 （汽車 ） 各負(fù)荷最高轉(zhuǎn)速限制線 最低轉(zhuǎn)速限制線 各轉(zhuǎn)速下最大功率（油門最大）限制線 最高轉(zhuǎn)速 倒拖工況線 空轉(zhuǎn)怠速線 二、內(nèi)燃機(jī)有效性能指標(biāo)與工作過程參數(shù) 之間的函數(shù)關(guān)系 ve i mpk? ????M ke v i m? 2 ?? ? ?1ve i mN k n? ????31eimgk??? 4 vTG k n???第二節(jié) 內(nèi)燃機(jī)的負(fù)荷特性 ? 定義 ? 作用 ? 測試方法 ? 曲線及說明 定義 負(fù)荷特性是 指當(dāng)轉(zhuǎn)速 n不變時 ，內(nèi)燃機(jī)的 性能指標(biāo)（經(jīng)濟(jì)性指標(biāo) ge、 GT） 隨 負(fù)荷 而變化的關(guān)系，用曲線的形式表示出來，就稱為負(fù)荷特性曲線。 作 用 由于負(fù)荷特性可以直觀地顯示發(fā)動機(jī)在不同負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)的經(jīng)濟(jì)性以及排溫等參數(shù)，且比較容易測定，因而在內(nèi)燃機(jī)的調(diào)試過程中，經(jīng)常用來作為性能比較的依據(jù)。 由于 每一 條負(fù)荷特性僅對應(yīng)內(nèi)燃機(jī)的一種轉(zhuǎn)速， 為了滿足實(shí)際應(yīng)用的要求，需要測出不同轉(zhuǎn)速下的多個負(fù)荷特性曲線。同時，根據(jù)這些特性曲線，可以得到發(fā)動機(jī)的另外一個重要的特性 —— 萬有特性。 測試方法 負(fù)荷特性曲線是在發(fā)動機(jī)試驗(yàn)臺架上測取的。試驗(yàn)時，調(diào)整測功器負(fù)荷的大小，并相應(yīng)調(diào)整油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)位置，以保持發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，待工況穩(wěn)定后，依次記錄不同負(fù)荷下的有關(guān)數(shù)據(jù)，并整理得到性能曲線。 測量與計算參數(shù) ? 測量參數(shù) ? 1 轉(zhuǎn)速 n — 轉(zhuǎn)速傳感器 ? 2 油耗 — 油耗儀 ? 3 測功器讀數(shù) — 測功器 ? 4 各種溫度、壓力 ? 5 測量環(huán)境的溫度、濕度、壓力 扭矩測試儀器 臺架上都采用吸收式測功器，常用的有水力測功器、電力測功器、電渦流測功器。 1）水力測功器 水力測功器是一種典型的吸收型測功器，它將發(fā)動機(jī)的輸出