第43内燃机速度特性

内燃机原理名词解释上/下止点：活塞顶离曲轴中心最远/近处压缩比：气缸总容积与燃烧室容积之比发动机排量：发动机所有气缸工作容积的总和四冲程发动机：曲轴旋转两周，活塞上下止点间往返四次完成一个工作循环爆燃：由于压缩比过高导致压缩终了时气体的温度、压力过高，在火花塞点火之后燃烧室内离点燃中心较远处的末端可燃混合气自燃，而引起不正常燃烧的现象；表面点火：在火花塞点火之前，燃烧室内灼热表面点燃可燃混合气而引起的另一种不正常燃烧的现象；发动机负荷：发动机在某一转速下输出的实际功率与同一转速下能输出的最大功率之比；发动机速度特性：发动机的有效转矩、有效功率、有效燃油消耗率随发动机转速的变化关系；发动机热效率：发动机的有效功率与燃料燃烧释放热量之比；充气系数：在进气行程中，实际进入气缸内的新鲜气体质量与在标准大气压状态下充满气缸的新鲜气体质量之比；过量空气系数：燃烧过程中实际供给的空气质量与理论上完全燃烧时所需要的空气质量之比点火提前角：火花塞点火时与活塞位于压缩上止点时分别的曲轴曲拐位置之间的夹角；第一章循环热效率：工质做循环功与循环加热量之比，用以评定循环经济性；循环平均压力：单位气缸容积所做的循环功；泵气损失：工质流动时，需要克服进、排气阻力而消耗的功；●指示指标(i)：以工质对活塞所做之功为计算基础的指标；指示功：气缸完成一个工作循环所得到的有用功；平均指示压力：单位气缸容积一个循环所做的指示功；指示功率：单位时间内做的指示功指示热效率：发动机实际循环指示功与所消耗的燃料热值的比值指示燃油消耗率：单位指示功的耗油量●有效指标(e)：以曲轴输出功为计算基础的指标有效功、有效功率、有效转矩、平均有效压力●经济指标：有效热效率-----实际循环的有效功与得到此有效功所消耗的热量的比值；有效燃油消耗率-----发动机每输出1kw.h的有效功所消耗的燃油量；●强化指标(me)：声功率-----发动机每升工作容积所发出的有效功率；比质量-----发动机的质量与所给出的标定功率之比；强化系数-----平均有效压力与活塞平均速度的乘积，与活塞单位面积的功率成正比机械效率：有效效率和指示效率的比值；第二章排气损失：从排气门打开起，直到进气过程开始、缸内压力达到大气压力之前，所损失的循环功；充量系数：每缸每循环实际吸入新鲜空气的质量与进气状态下理论计算充满气缸工作容积的空气质量的比值；进气状态：指空气滤清器后进气管内的气体状态，即进入气缸前气体的热力学状态，如温度与压力等。

发动机速度特性曲线测试与分析（指导书）一、实验目的1、了解发动机测试台架及其装置的构造和工作原理，并掌握其使用方法2、了解发动机速度特性曲线的意义3、掌握发动机速度特性的测定方法4、掌握试验数据处理与速度特性曲线拟合的方法二、实验原理及方法1、发动机速度特性曲线的概念内燃机的速度特性，是指内燃机在油量调节机构(油量调节齿条、拉杆或节气门)保持不变的情况下，主要性能指标(转矩、油耗、功率、排气温度、烟度等)随内燃机转速的变化关系。

当油量调节机构固定在标定位置时，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，测得的特性称为部分特性。

由于外特性反映了内燃机所能达到的最高动力性能，确定了最大功率、最大转矩以及对应的转速，因此在速度特性中最为重要。

内燃机在出厂时必须提供此特性。

2、发动机测试台架的工作原理和系统框图发动机测试台架是发动机性能试验的一种主要设备。

发动机测试台架需要完成动力性、经济性相关特性的测试；也需要为被测发动机提供一个标准的测试条件。

台架由各种传感器和测试仪器组成。

测功机控制电路基本原理是将测功机的转速实际值与可调的设定值进行比较，比较后的差值经过PID放大器放大，用于调节涡流制动器的励磁电流，从而改变发动机的转速，使其等于设定值。

3、发动机速度特性测试方法在发动机试验台架上，运行发动机，使发动机油温、水温和油压等参数达正常值。

保持节气门或油门开度固定不变，调整测功机负荷, 使转速达到预定值, 测量计算G T 、g e 、Ne 和Me，在特性曲线图上标出该点。

再调节测功机负荷，使转速达到第二个预定值, 再测量计算G T 、g e 、Ne 和Me，并在特性曲线图上标出该点… 将所有点用一条光滑曲线连接。

4、数据处理方法运用最小二乘法对实验数据进行拟合（取5~8个点），按拟合结果绘制光滑的特性曲线。

三、实验仪器和设备1、电涡流测功机电涡流测功机的主机是一台电涡流制动器,主要由转子部分,摆动部分和固定部分组成, 如图。

第二章内燃机的性能指标一．指示性指标：内燃机的指示性指标是以工质对活塞做功为基础的性能指标。

1.指示功是指内燃机完成一个工作循环工质向活塞传递的有用功W i。

2.平均指示压力是指单位气缸容积一个循环所做的指示功。

P mi。

3.指示功率：内燃机单位时间内所作的指示功称为指示功率Pi。

4.指示热效率是发动机实际循环指示功与所消耗的燃料热量的比值。

5.指示燃油消耗率是指单位指示功的耗油量。

单位[g/(kW·h)]二．有效性指标：以曲轴对外做功为基础的性能指标为内燃机的有效性能指标。

（功率、转矩、平均有效压力、升功率、有效热效率和有效燃油消耗率）1.平均有效压力：与平均指示压力相似，平均有效压力（Pme）也可以看作是一个假象的、平均不变的压力作用在活塞顶上，使活塞移动一个行程所做的功等于每循环所做的有效功。

2.升功率：升功率P L（kW/L）是指在额定工况下，发动机每升气缸工作容积所发出的有效功率。

P L值越大，发动机的强化程度越高，发动机的动力性能就越好，或对应于一定功率的发动机的尺寸就可以越小。

三．机械效率与机械损失1.有效功率与指示功率之比称为机械效率。

内燃机中机械损失表现在以下3 个方面：①将新鲜充量吸入气缸和将燃气排出缸外所消耗的机械功（泵气损失功)；②克服各种摩擦所消耗的机械功；③驱动内燃机正常运转所必需的附件功耗。

2.内燃机中各部分的机械损失情况：（1）缸套与活塞及环组的摩擦损失；轴承与气门机构的摩擦损失；风阻损失；驱动附件的功率消耗；驱动扫气泵及增压器的损失；泵气损失。

3.提高内燃机动力性与经济性的途径：（1）采用增压技术；（2）合理组织燃烧过程；（3）改善换气过程；（4）提高发动机的转速；（5）提高内燃机的机械效率；（6）采用二冲程提高升功率。

4.若把内燃机每缸每循环吸人气缸的空气量换算成进气管状态(PsTs)的体积V1，其值一般要比活塞排量VS小，两者的比值定义为充量系数，用符号Φc表示。

第二章思考题与习题2-1 内燃机的动力性能和经济性能指标为什么要分为指示指标和有效指标两大类？表示动力性能的指标有哪些？它们的物理意义是什么？它们之间的关系是什么？表示经济性能的指标有哪些？它们的物理意义是什么？它们之间的关系是什么？2-2 怎样求取发动机的指示功率、有效功率、平均指示压力和平均有效压力?2-3 机械效率的定义是什么?2-4 平均有效压力和升功率在作为评定发动机的动力性能方面有何区别?2-5 充量系数的定义是什么? Φc的高低反映了发动机哪些方面性能的好坏？2-6 试推导由吸入的空气量来计算平均有效压力的解析式及升功率的解析式，并分析提高发动机升功率的途径。

2-7 影响be的因素有哪些？降低be的途径有哪些？2-8 过量空气系数Φa的定义是什么？在实际发动机上怎样求得?2-9 内燃机的机械损失由哪些部分组成?详细分析内燃机机械损失的测定方法，其优、缺点及适用场合。

2-10 要设计一台六缸四冲程高速柴油机，设平均指示压力Pmi＝0.85 MPa，平均机械损失压力Pmm=0.15 MPa，希望在2000r／min时能发出的功率为73.5kW。

1)为将活塞平均速度控制在8m／s，缸径行程比取多大合适？2)为使缸径行程比为1：1.2，缸径与行程取多大?2-11 有一台6135Q－1柴油机，D×S＝135mm×140 mm，6缸，在2200r／min时，发动机发出的有效功率为154kW。

be＝217g／(kW·h)。

1) 求发动机的Pme、Ttq、和ηet。

2) 当ηm＝0.75时，试求bi、ηit、Pi和Pm的值。

3) 当ηit、Φc、Φa均未变，ηm由0.75提高到0.8，此时PL、Pe和be的值。

4) 若通过提高Φc使Pe提高到160kW，而ηit、Pm均未变化，则Pi、ηm、be值是多大?5) 通过以上计算，你可以得出哪些结论?第三章思考题与习题3-1 研究理论循环的目的是什么?柴油机的理论循环与实际循环有何区别？3-2 试推导混合加热理论循环热效率的表达式。

第9章发动机特性内容提要1 .发动机特性与特性曲线的含义、分类与意义2 .发动机调整特性的含义、分类与曲线3 .发动机负荷特性4 .发动机速度特性5 .发动机方有特性6 .发动机调速特性7 .发动机性能指标的校正9.1基本概念全面了解发动机在全部工况下的性能指标的变化，对合理使用、检查与修理发动机，都有很强的适用价值。

10.LI发动机特性与特性曲线1 .发动机特性发动机性能指标随调整状况及运转状况而变化的关系称为发动机特性。

发动机性能指标主要有功率、转矩、燃料消耗率、排气温度、排气烟度等；调整状况主要指柴油机的供油提前角、汽油机的点火提前角、发动机燃料等可调因素对发动机性能的影响；运转状况一般指发动机转速和负荷等。

2 .特性曲线为了直观显示发动机的特性，常以曲线形式表示，称为发动机特性曲i线。

图97为AUdi(奥迪)2.4L四缸5气式门汽油机的外特性曲线。

3 .发动机特性分类发动机特性分调整特性和性能特性两大类。

(1)调整特性指发动机的性能指标随调整状况而变化的关系。

如柴油机的供油提前角调整特性、汽油机的点火提前角调整特图9T发动机特性曲线性、汽油机的燃料调整特性等。

(Audi2.4L5气门V6汽油机外特性)(2)性能特性指内燃机的性能指标随运行工况而变化的关系。

如负荷特性、速度特性、调速特性、万有特性、螺旋桨特性等。

9.1.2 发动机特性的制取发动机特性需在特地的试验台（俗称发动机台架）上进行，图9-2显示了带水力测功器的试验台的基本组成。

它可以模拟发动机的实际工况，使其在要求的转速和负荷下工作，并可以同步测量发动机在各种工况下的功率、燃料消耗、废气排放、气缸压力等性能参数。

发动机特性试验，我国已有标准，需按有关标准，在规定的条件下进行。

9-水温传感器Io-油压传感器11-排温传感器12-气缸压力传感器13-油压传感器14-针阀升程仪15-电 荷放大器16-电荷放大器17-霍尔针阀传感器18-示 波器19-水力测功器20-转角信号发生器21-电荷放 大器22-A/D 转换板23-微机24-打印机25-显示器它是指在发动机转速肯定和油量掌握机构条件下，其功率、燃料消耗率等性能指标随供油提前角变化而变化的关系。

平均有效压力：每循环的功除以每循环的气缸工作容积，表示的是内燃机做功能力的程度，不是气缸中实际的压力值。

平均有效压力：是相当于内燃机在一个循环中每个单位气缸工作容积在内燃机曲轴上所输出的有效功。

升功率：单位气缸工作容积内燃机所具有的标定功率.
内燃机扫气：在气门重叠期间进气管与排气管之间的压力差可使新鲜充量进入气缸把缸内的燃气驱除出去
泵气功：四冲程内燃机在进气行程时活塞由上止点向下止点运动，缸内气体压力对活塞的作用力与活塞的运动方向一致，气体对活塞做正功，排气行程中活塞由下止点向上止点运动，气体的压力抵抗活塞的运动，气体对活塞做负功，在这两个行程中缸内气体对活塞做功的代数和称泵气功
内燃机增压：增加进入内燃机气缸之前的空气压力，即增加进气密度，以增加进入气缸的空气质量，提高内燃机的升功率，因而也提高了整机功率。

或利用增压器将空气或可燃混合气进行预压缩再送入气缸的过程。

增压度：增压后与增压前的内燃机功率比值，即增压后与增压前标定工况下平均有效压力之比值。

表示增压后内燃机功率增加程度
速度特性：内燃机在循环供油量保持不变的情况下，其主要性能参数随转速变化的规律。

充气效率:进气行程结束时实际进入气缸的新鲜空气质量与进气状态下能充满气缸工作容积的新鲜空气质量之比。

负荷特性：内燃机转速保持不变的情况下，改变内燃机负荷时，其主要性能参数随负荷变化而变化的规律。

速度特性曲线中空燃比关系
速度特性曲线是指在内燃机的不同转速下，发动机进气量与空燃比的关系曲线。

空燃比（AFR）是指进入发动机燃烧室的混合气中燃料和空气的比例。

在速度特性曲线中，通常会绘制不同转速下的空燃比曲线。

随着转速的增加，发动机的进气需求也会增加，因此需要调整燃料供给量来保持适当的空燃比。

通常，不同的发动机设计会对应不同的最佳空燃比范围。

具体空燃比的关系取决于发动机的设计和使用条件。

一般来说，在低负荷或轻载工况下，为了提高燃烧效率和节省燃料，通常会采用较高的空燃比。

而在高负荷或重载工况下，为了保证足够的动力输出，可能会采用较低的空燃比。

空燃比的调整通常由发动机管理系统或燃油系统控制。

通过传感器获取进气量、氧气含量等参数，并根据预先设定的算法来控制燃油喷射量，从而实现适应不同工况下的最佳空燃比。

需要注意的是，空燃比的调整需要遵循国家相关法规和标准，以确保发动机在合法环保和安全的范围内运行。

第一章内燃机的循环及性能评价指标1内燃机是在气缸内将燃料的化学能通过燃烧转为热能，再通过曲柄连杆机构将热能转化为机械的动力装置.根据完成一次能量转换所需的行程数不同，内燃机分四冲程机和二冲程机2内燃机对外输出功需要的环节：第一环节：混合气的形成并导入气缸的过程.第二环节:燃烧放热过程.第三环节:能过量的传递过程。

3三种理论循环：等容丶等压丶混合加热循环，①当加热量和压缩比相同时放热Qp>Qm>Q v ②.加热量和最高压力一定时，Qv>Qm>Qp③最高压力和最高温度一定时Qv=Qm=Qp4四冲程内燃机的实际循环热效率取决于混合气形成方式和燃烧放热规律，以及压缩比的最佳匹配.汽油机是均匀混合气以火焰传播形式迅速燃烧，柴油机根据混合气的形成特点家燃烧分预混合燃烧和扩散燃烧5论循环的评价:常用循环热效率（是指热力循环所获得的理论功与为获得该理论功所加入的总热量之比）评价动力机械设备在能量转换过程中所遵循理论循环的经济性，用循环平均压力(是指单位气缸工作容积所做的循环功)评价循环的做工能力. 6四冲程内燃机的实际循环：由进气行程（过程）丶压缩行程（过程）丶做功行程（燃烧过程和膨胀过程）以及排气过程（过程）4个行程5个过程组成。

评价指标：内燃机性能评价指标有两大类，即以活塞做功为基础评价气缸内热功转换的完善程度的指示指标；和以曲轴飞轮端对外输出的有效功为基础，从实用角度评价对外做功的有效指标。

实际循环做功能力的评价指标主要有平均指示压力（定义为单位气缸工作容积所做的指示功）和指示功率（指发动机单位时间所做的指示功）。

实际循环的经济指标有指示热效率和指示燃油消耗率。

7内燃机有效性能指标：①动力性指标a有效功率（克服运动件的摩擦损失功率以及驱动冷却风扇丶机油泵等附件所消耗的功率损失后，经曲轴对外输出的有用功。

称指示功率在传递过程中所有内部消耗功率的总和为机械损失功率）b平均有效压力（单位气缸工作容积输出的有效功）②经济性指标a有效热效率（实际循环对外输出的有效功与未获得此有效功率所消耗的热量之比）③排放指标8机械损失:内燃机的机械损失①摩擦损失62%-75%②驱动附件的损失10%-20%③泵气损失9机械损失的测定a倒拖法b示功图法c灭缸法10 排气提前角如何影响发动机性能？①如果加大排气提前角，排气初期缸内压力和温度更高，超临界排气声速更高。