第4-3 内燃机速度特性.

柴 油 机 的 扭 矩 特 性 很 大 程 度 上 决 定 于 循 环 供 油 量 gb （Δg），并不直接依赖于充气效率 ηv。因为每循环充气量的 大小即ηv的大小只不过提供产生多大扭矩的可能性，但各种 转速下，究竟能发出多大的扭矩，主要看循环供油量Δg的多 少。当油量调节机构位置一定时，柱塞泵的循环供油量Δg随 转速的变化由油泵速度特性决定，随着转速的增加，Δg也增 加。
i Ttq=K’2 m v K 2 g i m
图3-3 柴油机速度特性图
指示热效率ηi的变化是某一中间转速时稍有凸起，转速 低时喷射压力低，燃料雾化度、贯穿不够，空气涡流弱，燃 烧不良，传热漏气损失较大，ηi较低，随着转速的升高，ηi 有所增大，但转速过高时，燃烧相对变慢，使大量燃料在后 燃期燃烧，导致ηi下降，一般的柴油机，当转速增加时，由 于Δg和ηi（高速时下降）的上升，常可与ηm的下降相抗衡而 使Ttq曲线很平坦。
一、外特性
汽油机外特性曲线上的每一点表示发动机在此转速下所 能发出的最大功率和最大扭矩，所以代表着发动机的最高动 力性能。外特性根据试验条件的不同可分为两种： （1）试验时发动机不装风扇，空气压缩机，空气滤清器及消 声器等附件，仅带维持运转时所必须的附件时所输出的功率 称为 总功率 ，此时测得的全负荷速度特性称为 外特性 。国产 发动机的特性数据大多是采用这种方法测得的。 （2）试验时，发动机带全套附件时所输出的功率称为有效功 率或 净功率 。此时测得的全负荷速度特性则称为 使用外特性 。 下面对汽油机外特性的几条特性曲线（ Ttq 、 Ne 、 be~n ） 的形状及其影响因素进行简要分析。
汽车发动机的动力储备是指发动机转速下降时（例如外 界阻力的增加），其扭矩自动增加的性能。正是由于这种动 力储备的存在，才能使汽车不换挡的情况下适应道路状况的 变化，得以正常的行驶，因此，车用内燃机必须具备这种扭 矩特性，这也是车用内燃机动力性能的一个重要方面。 一、扭矩储备系数 用外特性扭矩曲线上的若干特征点，可以表达发动机扭 矩的适应性 扭矩适应性系数： 扭矩储备系数：
§4-3 内燃机的速度特性
内燃机的速度特性反映的是内燃机的性能指标 随转速的变化关系。在汽车行驶过程中，若司机将 油门踏板位置保持一定，由于道路阻力不同，汽车 的行驶速度就会改变，上坡时汽车速度逐渐降低， 下坡时速度增加，这时内燃机即沿速度特性工作。
§4-2-1 汽油机各参数随转速变化的 特性分析
i （5）平均指示压力pi：pi∝ v ，
低速时，ηv，ηi均低，pi较小， 随着转速↑，pi↑，n很高时，ηv和 ηi都明显降低，pi也降低。
（6）平均有效压力pe： pe∝ ，低速时，ηv、ηi均 i 高， v m 低，但 η pe较大，随着n↑， m ηv和ηi↑，ηm下降很少，pe有所增 大，在高n下，ηv、ηi、ηm均↓， pe↓很快。
2、功率曲线Ne=f(n) 柴油机的功率曲线与汽油机相似 Ne=K1Men=K1Δgηiηm n
在某一高转速时尽管 ηiηm 随转速的增加而下降很多，但 仍然可能由于未能抵消Δg*n的增加而使Ne继续增加，实际上， 柴油机的功率曲线在标定转速以下工作时是一条不“低头” 的曲线。 3、油耗曲线be=f(n) 柴油机的比油耗曲线也是一条下凹的曲线 。当转速从最 高转速下降时，ηi 和ηm均有所增加，所以 be 随转速的下降而 略有降低，转速过低时，ηi下降较多（ηi的下降弥补不了ηm的 上升），因此be稍有升高，但整个曲线变化并不很大。
二、部分速度特性
柴油 机 的 部 分 速度特性 与汽油机相差较大。柴油机 的负荷降低只是减小供油量， 对空气量的影响不大（ ηv 基 本不变），同时循环供油量 Δg 、指示效率 ηi 及机械损失 功率随转速的变化关系都很 少受负荷的影响，因而不同 负荷（油量调节机构位置） 时的扭矩曲线、功率曲线和 比油耗曲线都几乎是平行的。
（3）每循环供油量gb （Δg）：随转速增加而增大， 由油泵供油特性所决定。n↑， 燃油节流↑，（回油时）gb↑。
（4）过量空气系数α：新气 量随转速变化不大。 n↑， gb↑，α ↓ （装有油量校正装 置时，按校正特性变化）。
（5）指示效率ηi：n低，油压低， 雾化度、贯穿度小，散热时间长， ηi降低，ηi随n↑而↑。 但n过高时燃 烧时间相对变慢，后燃加重，导致 ηi ↓ 。 （6）平均指示压力pi：pi∝ηiΔg， 低速时，ηi与Δg↓，n↑，ηi、Δg↑， pi↑。高速时ηi↓，pi缓慢下降 （7）平均有效压力pe：pe=ηmpi，n↑， ηm↓，pi↑, pe变化不明显。低中速时， n↑ ，pi↑快，ηm↓少，pe随n↑而↑；高 n、ηm↓快，pe↓。
Tmax Tn T T max n Tn Km
Km或μ是评价内燃机扭矩特性的重要指标。 Km或μ越大，表明两扭矩之差（Mmax－Mn）值越大，随 着转速的降低，扭矩 Ttq（Me）增加越快，因而在不换挡的 情况下，克服短期超负荷（阻力矩变化增加）的能力就越强。 汽油机的外特性扭矩曲线随转速增加而下降较快，其μ 值为 10 ～ 30% ， Km值达 1.2 ～ 1.4 ，因而可以满足汽车的使用 要求。 柴油机扭矩曲线较为平坦，μ 值较小，Km值一般不超过 1.05，所以若不予以校正，较难以满足汽车拖拉机工作需要， 如果采用相应的校正措施，则可大大地提高 μ 值，例如用出 油阀校正器，可使μ值达到5%，用斜面校正器，μ值可达12%， 采用弹簧校正器时，μ值可达15～24%，当然这样大的扭矩储 备系数是以牺牲标定功率为前提的。实际应用中应根据需要 来进行扭矩特性的校正。
T n
3、比油耗曲线be=f(n)
比油耗曲线是一条形如鱼钩的曲线。
3.6 106 1 be K3 e H u i m
在低速区 ηi 较低， ηm 影响较小， be 较大，在某一中间转 速时，达到最小值，当转速提高时，ηm迅速减小，从而使得 be线很快上升。 外特性 be 曲线的最低点的油耗值代表发动机经济性能水 平，是发动机设计的一个重要指标。
机械损失功近似正比于n而增大，因而ηm下降。
综合起来，机械效率ηm和充气效率ηv的共同作用决定了 发动机扭矩随转速而变化的特性。当转速较低时，扭矩曲线 与充气效率曲线相似，而转速较高时，机械效率ηm下降过多 而使扭矩曲线相对于充气效率向下偏离较远。
2、功率曲线Ne=f(n)
tq 发动机功率与其扭矩有直接关系 Ne 9550 。当转速从很低 值增加时，由于Ttq和n同时增加，Ne迅速增加，直至扭矩达 到最高点再继续提高转速，由于 Ttq 有所下降， Ne 上升逐渐 变慢，至某一转速后，Ttqn达最大值，Ne不能再增加，若再 增加转速，由于Ttq的降低已超过n的上升，功率Ne反而下降。 （汽油机的功率特性曲线会出现低头的现象）
550
500
450
耗 油 率 /(g/kW.h)
400
350 20 300 10 10 250 80 60 40 200 70 50 30
小结：
1000
1500
2000
2500 转 速 /rpm
3000
3500
4000
1. 从经济性匹配使用角度，对小负荷工况，在中 低转速工况工作。
§4-2-5 内燃机的扭矩特性
小结：
1. 从发动机角度， 提高低速段和高速 段的热效率。 2. 从经济性匹配使用 角度，使发动机尽 量工作在中等转速 范围。
§4-2-4 柴油机的速度特性
柴油机的喷油泵油量调节机构（油门拉杆或齿条）位置 固定不动时其各项性能参数随转速的变化关系称为柴油机速 度特性，它也包括标定功率速度特性（亦称外特性）和部分 速度特性两大类。 标定功率是使用中允许的最大功率，它一般应根据用途、 使用负荷的情况而定，其油量调节机构的位置按燃料调节特 性确定。对一具体使用柴油机的标定功率速度特性亦只有一 条，它代表该机在使用中允许达到的最高性能。
二、部分速度特性
汽车大部分时间是在部分负荷下工作的，因此，发动 机的部分负荷速度特性对汽车的经济性有非常重要的影响。 随着节气门关小， 进气节流损失增大，进气 终了时压力pa下降，从而 引起ηv下降，而且随着转 速的提高，节流作用也会 加强，使得充气效率ηv更 快地下降。
图3-2 ηv、பைடு நூலகம்m随节气门开度和转速的变化关系
由于柴油机负载调节的方式为质调节，与汽油机（量调 节）有根本的区别，这就使得柴油机的速度特性与汽油机速 度特性表现出较大的差别，下面对柴油机的速度特性曲线进 行分析，并与汽油机速度特性曲线作一比较。
一、标定功率速度特性曲线（外特性曲线） 柴油机的外特性与部分负荷时速度特性（如图3-3所示） 1、扭矩曲线Ttq=fm(n) 与汽油相比，柴油机的扭矩曲线较为平坦。
三、柴油机各参数随转速变化的特性分析—高压电控供 油
速度特性 300
外 特 性
250
80 60
40
70
200 50
转 矩 /N.m
150 30 20 100 10 10 50
0
1500
2000
2500 转 速 /rpm
3000
3500
6、柴油机各参数随转速变化的特性分析—高压电控供油
速度特性 600
（1）充气系数ηv：曲线呈上凸形，ηv在某 一中间转速时最大，此时能最好地利用“惯 性进气”，n↓，进气“回流”，n↑，流动阻 力↑（“节流”）。 （2）排气压力pr；n↑，排气节流阻力↑， 排气终了pr↑ （3）过量空气系数α：一般其随转速变化 很小。 （4）指示效率ηi：低速和高速时ηi均有所 降低，低速时，进气流速低，油气混合和雾 化不匀，缸内扰流也低，燃烧缓慢，散热增 加，ηi下降，随转速n↑有所改善，转速很高 时，充气效率下降，残余废气量增加，燃烧 时间延长，后燃烧增多，ηi下降。
机械效率ηm也是随着节气门的关小而急剧下降的，因为