柴油机特性课件.ppt

1、目标与要求目标与要求掌握柴油机供油提前角调节特性的含义与特性曲线分析；掌握柴油机供油提前角调节特性的含义与特性曲线分析；掌握柴油机速度特性的含义及特性曲线分析；掌握柴油机速度特性的含义及特性曲线分析；掌握柴油机负荷特性的含义与特性曲线分析；掌握柴油机负荷特性的含义与特性曲线分析；掌握柴油机万有特性的含义与特性分析；掌握柴油机万有特性的含义与特性分析；了解柴油机性能指标的修正。了解柴油机性能指标的修正。理论学习理论学习 采油机的特性与特性曲线 一、发动机的性能指标随调整情况和使用工况而变化的关系称为发动机特性。通常用曲线表示它们之间的关系，称为特性曲线。发动机的特性又可分为发动机调节特性（如柴油

2、机供油提前角调节特性）和发动机性能特性（如发动机速度特性、负荷特性与万有特性等）两种。发动机特性及特性曲线可在专门的试验台上通过试验得到。常见的发动机试验台有水力测功器和电涡流测功器两种。在测功器上可以模拟发动机的实际工况，使发动机在要求的转速与负荷下工作；并在其他一些辅助仪器的配合下，可以同时测量扭矩、功率、燃油消耗等工况参数和性能参数。通过对特性曲线的分析，可以评价发动机在不同工况下的动力性、经济性及其他运转性能，为合理选择、有效利用发动机，以及评价发动机维修后的质量好坏提供依据。供油提前角调节特性供油提前角调节特性1.柴油机供油提前角调节特性是指在发动机转速与负荷（即油门位置）一定的情况

3、下，其功率、燃油消耗率等性能指标随供油提前角变化而变化的关系。图6-1所示为柴油机在某给定工况下的供油提前角调节特性曲线。图中横坐标为供油提前角，即高压油泵开始供油时刻所对应的曲轴位于上止点前的角度。由曲线可见，随着供油提前角由小变大，发动机的有效功率逐渐增大，燃油消耗率逐渐降低，直到同时达到一个最佳值；然后若供油提前角继续增大，则由于发动机供油过早、燃烧条件不充分及压缩负功增大等，发动机的有效功率逐渐减小，燃油消耗率逐渐增大。所以在发动机使用与维修时，应注意按照规范要求调整好供油提前角。图图6-1 6-1 柴油机供油提前角调节特性曲线柴油机供油提前角调节特性曲线P Pe e功率；功率；b b

4、e e燃料消耗率；燃料消耗率；供油提前角；供油提前角；bestbest最佳供油提前角；最佳供油提前角；BB小时耗油量小时耗油量 最佳供油提前角主要随发动机转速的变化而变化，传统柴油机的高压油泵上常有一个供油提前角自动调节装置，该装置可以随着发动机转速的变化调整供油提前角。速度特性速度特性2.在燃油泵供油拉杆位置一定的条件下，发动机的有效功率Pe、有效转矩Me、有效耗油率ge随发动机转速变化的规律，称为发动机的速度特性。燃油泵供油拉杆处于标定功率的循环供油量位置（全开度）时测得的速度特性，称为外特性；燃油泵供油拉杆处于小于标定功率的循环供油量的任意位置时（部分开度）测得的速度特性，称为部分特性。

5、燃油泵供油拉杆（齿条）位置固定时，每循环的供油量理论上是不变的，但实际每循环的供油量随转速的升高而有所增大，这是因为燃油在溢流时通过油孔时会有节流。例如，供油时，理论上只有当柱塞上行完全关闭油孔时才开始压油，但由于节流作用，被柱塞排挤的油量来不及通过油孔流出，使泵油室内的压力升高，出油阀提前开启；同样，当供油终了时，柱塞下行，其边缘开启油孔但通道尚未足够大时，由于节流作用，泵油室内的燃油不能立即回到低压系统中而仍维持较高压力，使出油阀推迟关闭。发动机转速越高，柱塞运动的速度就越快，油孔的节流作用也越大，出油阀早开晚关的现象越明显。此外，转速升高时，喷油压力也增高，即高压油管内的燃油压力也较高，

6、因此当泵油室内压力下降时，出油阀的关闭较快，高压油管内燃油经出油阀流回泵油室的燃油减少，高压油管内残存压力较高，所以总的影响是供油量会随转速的升高而有所增加。在对柴油机的外特性曲线（见图6-2）进行分析的时候，应注意到机械效率随着发动机转速的升高而逐渐降低；同样，对一般非增压柴油机，由于转速的升高、换气的时间缩短，充气效率也不断下降。图图6-2 6-2 柴油机外特性曲线柴油机外特性曲线 发动机的有效功率Pe可以用以下公式来表示。Pe=Pim=Kgbim 式中，K为常数；Pi为指示功率；m为机械效率；gb为每循环喷油量；i为指示效率。（1）输出转矩曲线。在低速范围内，随着发动机转速的升高，每循环

7、喷油量有所增大，虽然机械效率有所降低，但充气效率在初期会有所提高，加上转速升高后加剧了气缸内空气的扰动，促进了混合气的形成而改善了缸内的燃烧过程，使指示效率有所提高，因此发动机输出转矩Me随发动机转速增加而缓慢增加，到某一中等转速时达到最大；发动机转速进一步升高，由于充气效率和机械效率有所降低，进入气缸的空气量相对减少，使燃烧变差，因此指示效率i逐渐下降，使得Me随转速的升高而降低，总的来说柴油机的输出转矩随转速的变化曲线比较平缓，这对柴油机运转的稳定性和克服超载能力是不利的。为此，柴油机必须通过调速器中的油量校正装置来改善柴油机外特性转矩曲线。（2）有效功率曲线。由于不同转速时输出转矩Me变

8、化不大，在一定转速范围内，有效功率Pe几乎随转速上升成正比增加。当转速大到一定数值时，Pe虽然有所上升，但由于循环供油量增加，充气减少，燃烧恶化，黑烟严重，因此柴油机的标定功率会受到排放标准的限制，其最高转速须由调速器来限制。启动性能启动性能4.（3）有效耗油率曲线。在低转速时，因进入的空气流速较低，燃油喷射压力也较低，影响了混合气的形成和燃烧，指示效率i下降，因而有效油耗率ge稍高；而转速提高后，充气效率有所提高，燃烧改善，因此指示效率有所提高，有效耗油率ge略有下降，直到一个最低点；当转速进一步提高时，指示效率i和充气效率v又趋向下降，加之机械效率m的降低而使油耗率ge再度回升。ge曲线的

9、变化趋势与汽油机相似，但较平坦，说明柴油机在较大的转速范围内都有比较好的经济性。载荷特性载荷特性3.逐渐改变燃油泵供油拉杆位置，同时调节发动机负荷以保持发动机转速一定，此时，发动机每小时耗油量Gt、有效耗油率ge随有效功率Pe（或有效转矩Me）变化而变化的关系，称为发动机的负荷特性。负荷特性可用来评定在不同确定转速下，不同负荷时发动机的经济性。图图6-3 6-3 柴油机负荷特性曲线柴油机负荷特性曲线 （1）每小时耗油量曲线。由图分析可知，由最初Pe较小，到Pe增大到全负荷的85时，每小时耗油量GT均随Pe增大而增大并近似沿直线上升。当负荷继续增大到全负荷的90以后，由于供油量增加，空气渐显不足

10、，燃烧恶化，GT则迅速增大，曲线明显变陡。（2）有效耗油率曲线。有效耗油率ge在怠速时趋向无穷大，随着Pe提高ge下降，当Pe增大到全负荷的90时，ge达到最小值，再增加负荷，ge上升至曲线点2时，柴油机排放黑烟，至曲线点3时，柴油机发出最大功率，但排放大量黑烟，达到所谓的炭烟极限。若再增加供油量，功率反而会下降。为防止燃烧室严重积炭和发动机过热，同时为了避免由排放黑烟而引起的环境污染，不允许柴油机在炭烟极限下工作。通常采用由调速器来控制标定的循环供油量，可使标定功率限制在曲线点2以内。从负荷特性曲线上可以看出，在接近全负荷时ge最低，因此，为了提高柴油机的燃料经济性，柴油机应处于ge较低而负

11、荷又较大的经济负荷区运行。万有特性万有特性4.负荷特性只能分析某一转速下发动机各性能参数随负荷的变化，而速度特性只能分析在某一油量调节机构位置下的发动机各性能参数随转速的变化。实际上，发动机的转速与负荷均在很大范围内变化，要想分析各种工况下的发动机性能就需要许多特性曲线，这样既不方便也不清晰。在同一张特性图上表示发动机各性能参数与转速和负荷之间的相互关系的曲线称为万有特性曲线，YC6108四气门柴油机万有特性曲线如图6-4所示。图图6-4 YC61086-4 YC6108四气门柴油机万有特性曲线四气门柴油机万有特性曲线P Pe e发动机功率发动机功率;b be e燃料消耗率燃料消耗率;nn转速

12、转速;PmPme e平均有效压力平均有效压力 图中横坐标为转速n，纵坐标为平均有效压力Pme。坐标图中虚线为等功率曲线，实线为等油耗曲线。若等油耗曲线呈横向拉长，说明发动机在较大转速范围内都具有较好的经济性；若纵向拉长，则说明发动机在较大负荷范围内具有较好的经济性。了解了发动机的万有特性，就可以方便地根据发动机的用途与运行特点选用合适的发动机。柴油机性能指标的修正 二、同一台发动机在不同大气条件（大气压力、温度与湿度）下测得的功率与燃油消耗可能大不一样。这是因为在不同的大气压力、温度与湿度条件下，进入气缸的空气密度发生了变化，亦即进入气缸的氧气量发生了变化，这就直接影响到燃油在气缸内的燃烧。在

13、供油量相同的情况下，如果进入气缸的氧气量减少，发动机的功率就会下降，油耗就会升高。试验表明，在海拔150 m以上地区，海拔每升高300 m，非增压发动机的功率约下降35%；当进气温度在29.4 以上时，气温每增高5.5，功率约下降2%。为了使在试验台架上测得的性能参数具有可比性，必须对在非标准状态下测得的性能参数进行修正。标准大气状态是指大气温度为25、大气压为100 kPa、相对湿度为60%的状态。根据GB/T 176921999规定，车用柴油机的净功率修正公式如下。Po=dP （6-1）式中，Po为校准功率，即标准状态下的功率；d 为校正系数；P为实测功率。d=fafm （6-2）式中，f

14、a为大气因子；fm 为发动机因子，其值随机型和调整的特征参数变化。对自然吸气和机械增压柴油机，大气因子fa用下式计算。fa=（99/Ps）(T/298)0.7 （6-3）对涡轮增压柴油机，fa用下式计算。fa=（99/Ps）0.7(T/298)1.5 （6-4）式中，Ps为试验时的干空气压（kPa）,即总气压减去水蒸气分压。发动机因子fm是qc的函数，可由下式计算。fm=0.036qc-1.14 （6-5）式中，qc为校正比排量循环供油量，qc=Q/r;r为涡轮增压器压气机出口与压气机进口的压力比;Q为比排量循环供油量mg/(L循环)。式（6-5）中，当qc值为4065时，公式有效；当qc值小于40时，fm取0.3；当qc值大于65时，fm取1.2。