[科普中國]-速度特性

簡述

發(fā)動機速度特性是指發(fā)動機節(jié)氣門開度或油門開度不變，發(fā)動機性能指標隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系。速度特性包括外特性和部分速度特性，目的是研究發(fā)動機的動力性。速度特性是用實驗方法在內(nèi)燃機試驗臺上測定的。1

（1）外特性

發(fā)動機外特性曲線是當(dāng)發(fā)動機節(jié)氣門開度為100%時測得的發(fā)動機輸出功率（扭矩）隨轉(zhuǎn)速變化的曲線。它表現(xiàn)的曲線特征是∶功率曲線和扭矩曲線都呈現(xiàn)凸形曲線，但兩者表現(xiàn)是不一樣的。在汽油發(fā)動機外特性曲線中：功率曲線在較低轉(zhuǎn)速下數(shù)值很小，但隨轉(zhuǎn)速增加而迅速增長，轉(zhuǎn)速增加到一定區(qū)間后，功率增長速度變緩，直至最大值后就會下降，盡管此時轉(zhuǎn)速仍會繼續(xù)增長

（2）部分速度特性

當(dāng)汽油機節(jié)氣門部分開啟時所測得的速度特性稱為部分速度特性。當(dāng)柴油機油量調(diào)節(jié)機構(gòu)在小于標定功率循環(huán)供油量各個位置時，所測得的速度特性稱為部分速度特性。

汽油機速度特性汽油機節(jié)氣門開度固定不動，其有效功率Pe、轉(zhuǎn)矩Me、有效燃油消耗率ge、每小時耗油量Gt等隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系，稱為汽油機的速度特性。它包括全負荷時的速度特性（外特性）和部分負荷時的速度特性（部分特性）兩大類，節(jié)氣保持全開時所測得的速度特性即為外特性，節(jié)氣門部分開啟時所測得的速度特性則為部分（速度）特性。部分特性曲線有無數(shù)條，而外特性只能有一個。1

外特性汽油機外特性曲線上的每一點表示發(fā)動機在此轉(zhuǎn)速下所能發(fā)出的最大功率和最大扭矩，所以代表著發(fā)動機的最高動力性能。外特性根據(jù)試驗條件的不同可分為兩種：1

（1）試驗時發(fā)動機不裝風(fēng)扇，空氣壓縮機，空氣濾清器及消聲器等附件，僅帶維持運轉(zhuǎn)時所必須的附件時所輸出的功率稱為總功率，此時測得的全負荷速度特性稱為外特性。國產(chǎn)發(fā)動機的特性數(shù)據(jù)大多是采用這種方法測得的。

（2）試驗時，發(fā)動機帶全套附件時所輸出的功率稱為有效功率或凈功率。此時測得的全負荷速度特性則稱為使用外特性。

1．扭矩曲線變化趨勢

隨著轉(zhuǎn)速n的增加，扭距Ttq逐漸增大，出現(xiàn)最大扭距Ttqmax后逐漸下降，且下降程度越來越大。曲線呈上凸形狀。

（1）在節(jié)氣門開度一定時，過量空氣系數(shù)φat可視為常數(shù)。

（2）充氣效率ηv在某一中間轉(zhuǎn)速時最大。因為一定的配氣相位僅對一種轉(zhuǎn)速最適合，此轉(zhuǎn)速下能最好地利用氣流慣性。其余轉(zhuǎn)速時ηv均降低，曲線為上凸形。

（3）指示熱效率ηit

轉(zhuǎn)速低，進氣流速低，紊流減弱，使霧化、混合狀態(tài)較差，火焰?zhèn)鞑ニ俣冉档停峒奥鈸p失增加，ηit較低，轉(zhuǎn)速高時，燃燒過程所占曲軸轉(zhuǎn)角較大，燃燒在較大容積下進行，ηit也較低。但變化比較平坦，對Ttq影響較小。

（4）機械效率 ηm

轉(zhuǎn)速增加，消耗于機械損失功增加。因此，隨轉(zhuǎn)速升高，機械效率ηm明顯下降。

綜合作用的結(jié)果是：當(dāng)轉(zhuǎn)速由低開始上升時，ηv，ηit同時增加的影響大于ηm下降的影響，使Ttq增加，對應(yīng)于某一轉(zhuǎn)速時，Ttq達到最大值。轉(zhuǎn)速繼續(xù)增加，由于ηv、ηit、ηm均下降，因此Ttq隨轉(zhuǎn)速升高而較快的下降，即Ttq曲線變化較陡。

2．功率變化趨勢

Pe=Ttq?n/9550

當(dāng)轉(zhuǎn)速由低逐漸升高時，由于Ttq、n同時增加Pe增加很快。在達到最大扭距轉(zhuǎn)速ntq后，再提高轉(zhuǎn)速，由于Ttq有所下降，使Pe上升緩慢。某一轉(zhuǎn)速時Ttq?n達最大值。此后，再增加轉(zhuǎn)速，由于扭距下降超過轉(zhuǎn)速上升的影響，Pe反而下降。

3．燃油消耗率變化趨勢

b=k3/ηitηm

b在某一中間轉(zhuǎn)速當(dāng)ηitηm達到最大值時出現(xiàn)最低值。當(dāng)轉(zhuǎn)速較此轉(zhuǎn)速低時，由于ηm上升彌補不了ηit的下降，使b增加。轉(zhuǎn)速較此轉(zhuǎn)速高時ηit、ηm均較低，b也增加。2

部分速度特性汽車大部分時間是在部分負荷下工作的，因此，發(fā)動機的部分負荷速度特性對汽車的經(jīng)濟性有非常重要的影響。隨著節(jié)氣門關(guān)小，進氣節(jié)流損失增大，進氣終了時壓力pa下降，從而引起ηv下降，而且隨著轉(zhuǎn)速的提高，節(jié)流作用也會加強，使得充氣效率更快地下降。

柴油機速度特性速度特性：噴油泵油量調(diào)節(jié)機構(gòu)位置固定不動，柴油機性能指標（主要是功率Pe、扭距Ttq、燃油消耗率b、每小時耗油量B）隨轉(zhuǎn)速n變化的關(guān)系。

外特性：油量調(diào)節(jié)機構(gòu)固定在標定循環(huán)供油量位置時速度特性稱為柴油機標定功率速度特性。

部分負荷速度特性：當(dāng)油量調(diào)節(jié)機構(gòu)固定在小于標定循環(huán)供油量各個位置時，所測得的速度特性稱為柴油機部分負荷速度特性。1

外特性曲線變化趨勢1.扭矩曲線變化趨勢

柴油機的扭矩曲線比汽油機平坦。柴油機扭矩曲線的變化趨勢，很大程度上決定于每循環(huán)供油量隨轉(zhuǎn)速變化的情況。

扭矩表達式可定性地寫成 ：Ttq=K2ηiηm△b。

由式可見，柴油機扭距隨轉(zhuǎn)速的變化趨勢決定于ηit、ηm、△b隨轉(zhuǎn)速n變化的趨勢。

（1）△b—隨轉(zhuǎn)速n的提高，每循環(huán)供油量△b增加。

（2）ηv也是在某一中間轉(zhuǎn)速n出現(xiàn)最高值。

（3）ηi—指示熱效率，ηi某一中間n稍高，轉(zhuǎn)速高。

2．功率曲線

由于扭矩Ttq曲線變化平坦，在一定n范圍內(nèi)，功率Pe幾乎與轉(zhuǎn)速n成正比增加。

3．燃油消耗率曲線

由于柴油機壓縮比高，ηi較高，曲線比汽油機的平坦，最低耗油率值比汽油機相應(yīng)值低。當(dāng)ηi、ηm達到最大值時，出現(xiàn)bmin值。2

改變?nèi)f有特性經(jīng)濟區(qū)的形狀及位置的途徑如果內(nèi)燃機的萬有特性不能滿足使用要求，則應(yīng)重新選擇內(nèi)燃機，或者對內(nèi)燃機進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以改變?nèi)f有特性。例如，適當(dāng)改變配氣相位來改變充量系數(shù)特性，或選擇對轉(zhuǎn)速不太敏感的燃燒系統(tǒng)，可以影響萬有特性最經(jīng)濟區(qū)域在橫坐標方向的寬度；降低內(nèi)燃機的機械損失，提高低速、低負荷時冷卻水溫和機油溫度，都可以降低部分負荷時的燃油消耗率，在縱坐標方向擴展最經(jīng)濟區(qū)。2

測試方法速度特性是用實驗方法在內(nèi)燃機試驗臺上測定的。測量時，將油量調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)位置固定不動，調(diào)整測功器的負荷，內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速相應(yīng)發(fā)生變化，然后記錄有關(guān)數(shù)據(jù)并整理繪制曲線。一般是以發(fā)動機轉(zhuǎn)速作為橫坐標。1