当前课程知识点：汽车发动机原理 > 第五章：运行特性与整车匹配 > 5.4 发动机负荷特性 > Video
同学们好
这一节课我们学习
发动机的负荷特性
当发动机转速不变时
其稳态性能指标
随负荷变化的规律
叫发动机的负荷特性
负荷特性曲线的横坐标是负荷
纵坐标主要是燃料消耗率指标
因此负荷特性一般用于
分析发动机的燃油经济性
首先来看汽油机的负荷特性曲线
测定汽油机的负荷特性曲线时
除了保持转速不变外
各工况均须调到最佳点火提前角
和保持理想的过量空气系数
并按规定保持水温 油温和油压
等参数在合理的范围之内
由有效燃料消耗率的表达式可知
有效燃料消耗率
只取决于指示效率
和机械效率的变化规律
由整机燃料消耗率的表达式可知
整机燃料消耗率只与充量系数
过量空气系数的变化有关
为此
在图中示意作出转速不变时
指示效率 机械效率
充量系数和过量空气系数等
各特性参数随负荷的变化曲线
指示效率曲线
在高低负荷两头均有下降
总体上则随负荷下降而变小
这是因为
随着节气门开度的减小
缸内循环进气量下降
而使残余废气系数加大
从而燃烧速度下降
加上负荷变小时
过量空气系数变浓
燃烧不完全
以及燃料气化条件恶化
和单位工质传热量增加等因素
均使指示效率逐渐减小
但是节气门开度高于85%左右时
由于功率混合气的要求
过量空气系数
将逐渐加浓到0.85～0.90
因燃烧不完全
使指示效率也降低
机械效率曲线
由机械效率表达式可知
怠速时
有效功率为零
因此机械效率也为零
随着负荷即有效功率增加
机械效率上升
到中负荷后趋于平坦
充量系数曲线
随节气门开度加大
充量系数大致呈正比上升
但在大负荷工况下
随着负荷加大
进气温度上升
进气充量系数增幅略有下降
过量空气系数曲线
按理想混合气要求
大负荷供给偏浓的功率混合气
过量空气系数在0.85～0.90之间
中负荷供给偏稀的经济混合气
过量空气系数在1.05～1.10之间
低 怠速时
过量空气系数加浓到0.90～0.60
带氧传感器和三效催化转化器的
现代电控汽油机
则要求大部分负荷
供给过量空气系数为1.0的
化学计量比混合气
以上四条曲线的变化规律
决定了图中指示燃料消耗率
有效燃料消耗率
和整机燃料消耗率
三条负荷特性曲线的形状和特点
指示燃料消耗率曲线
由指示效率的倒数决定
总体上呈两端上翘形状
在中 低负荷区
随负荷上升而下降
有效燃料消耗率线
在指示燃料消耗率线上
叠加机械效率的影响而得到
怠速时为无穷大
之后随负荷上升而急剧下降
大约在80%～85%负荷时达最低值
随着负荷继续增大
由于混合气加浓又有所回升
整机燃料消耗率曲线正比于
进气充量系数与过量空气系数之比
主要是由过量空气系数线的影响
而呈凹升的趋势
接下来
我们探讨柴油机的负荷特性曲线
测定柴油机的负荷特性曲线时
除保持转速不变外
各工况均须调到最佳喷油提前角
并按规定保持水温 油温 油压
等参数在合理的范围之内
由有效燃料消耗率公式
和整机燃料消耗率公式可知
有效燃料消耗率和
整机燃料消耗率的负荷特性
只取决于指示效率
机械效率和循环喷油量
随负荷的变化规律
为此
在图中先示意作出指示效率
机械效率和循环喷油量
随负荷的变化曲线
指示效率曲线在高 低负荷两头
均呈下降趋势
总体上随负荷降低而增加
此趋势与汽油机正好相反
这是因为
作为质调节的柴油机
一方面负荷减小
意味着喷油量下降
喷油及燃烧持续时间都缩短
也就是等容度有所上升
另一方面喷油量下降
意味着混合气变稀
以上两方面的因素
都使热效率上升
但是负荷太低
缸内温度太低
燃烧反而会恶化
而负荷过大
混合气加浓到一定程度后
混合与燃烧均不完全
因此
高 低负荷指示效率
两头都呈下降趋势
尤其以超负荷时更为严重
机械效率曲线的变化趋势
及原因与汽油机的相同
循环喷油量曲线
总体上随负荷加大
近似线性增加
但高负荷后
由于燃烧恶化
循环喷油量会加速上升
以上三条曲线的变化规律
决定了图中指示燃料消耗率
有效燃料消耗率和
整机燃料消耗率
三条负荷特性曲线的形状与特点
指示燃料消耗率曲线
由指示效率的倒数所决定
总体上随负荷上升而加大
两头则呈上翘趋势
大功率时增长较快
有效燃料消耗率曲线
由指示燃料消耗率线
叠加机械效率曲线而得到
从总趋势上看
与汽油机有相似之处
但值得注意的是
由于指示效率线和
机械效率线的总变化趋势正好相反
因此在中负荷区
有较宽阔的平缓段
接近80%～90%负荷率时达最低值
之后因负荷增大
燃烧恶化而上升
有效燃料消耗率线
还有一个明显的特点
也就是过额定功率点后
若继续增大油量
则随着燃烧的恶化
有效燃料消耗率线
继续上升到烟度限制功率点
再增大油量
燃烧更加恶化
有效燃料消耗率线持续上升
直到柴油机的极限功率点
若再增大油量
有效功率反而会下降
这就是图上各曲线
出现折返拐点的原因
整机燃料消耗率曲线
由于循环喷油量线
与负荷基本保持线性关系
所以整机燃料消耗率线的
大部分区段近似线性变化
但是大负荷后有凹升趋势
这就是第3章讲过的
柴油机可以应用油耗线法
测机械效率的理论依据
汽油机由于其整机燃料消耗率曲线
不与负荷呈线性关系
所以无法应用油耗线法测机械效率
将额定功率及转速接近的
汽 柴油机负荷特性曲线进行对比
如图所示
其主要差别体现在以下几个方面
(1) 汽油机的有效燃料消耗率
都比同负荷的柴油机高
这是由于两种机型的混合气形成
着火燃烧以及
负荷调节方式不同造成的
(2) 中、低负荷处
有效燃料消耗率的差值
明显比最低油耗点
和额定功率点的大
如图所示
这是因为汽油机
有效燃料消耗率线过于陡尖
而柴油机有效燃料消耗率线
有较宽的平坦段
形成这种差别的理论依据
在第3章中我们已经作了详细的介绍
统计资料表明
汽 柴油机最低有效燃料消耗率
的差值约为15%～30%
而综合使用油耗的差值
可达25%～45%
这是由于汽车大多
在中 低负荷工况下运行所致
由以上两点可知
若单纯从燃油经济性考虑
进行汽车动力的选择
自然是柴油机优于汽油机
这是柴油机最明显的优势
实际选配发动机时
不可能只考虑这一个因素
需要综合考虑
发动机的结构紧凑性
振动噪声水平以及排放特性等等
此外
无论是汽油机还是柴油机
都希望尽可能提高负荷率
提高机械效率
使其经常处于最经济的
80%～90%负荷率区工作
这一点对汽油机尤为重要
已成为改善发动机燃油经济性
降低实际使用油耗的
一个极为重要的原则
关于汽油机和柴油机的
负荷特性及其对比就介绍到这里
同学们 再见
-0.1 总论
--Video
-0.2 车用发动机的种类
--Video
-1.1 示功图及其测取
--Video
-1.2 四冲程发动机示功图分析
--Video
-1.3 二冲程发动机示功图分析
--Video
-1.4 性能指标分类与循环指示功
--Video
-1.5 动力、经济性能指标与测定换算
--Video
-1.6 影响动力、经济性能指标的环节和因素
--Video
-第一章习题(计入课程成绩)--作业
-2.0 导论
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-2.1 燃料的分类
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-2.2 汽油、柴油的炼制
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-2.3 汽油的理化特性
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-2.4 柴油的理化特性
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-2.5 燃料构成与理化特性
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-2.6 汽油、柴油质量标准
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-2.7 燃料与发动机工作模式
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-2.8 工质主要热力参数
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-2.9 燃烧热化学
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-第二章习题(计入课程成绩)--作业
-3.0 导论
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-3.1 热力过程与热机循环的简化
--Video
-3.2 理论循环分类及循环热效率
--Video
-3.3 理论循环热力参数对热效率的影响
--Video
-3.4 工质对循环热效率的影响
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-3.5 真实循环对热效率的影响
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-3.6 机械损失的构成
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-3.7 机械损失的测量方法
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-3.8 机械效率的影响因素
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-3.9 发动机的能量分配与转化效率
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-3.10 发动机的节能途径与技术
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-第三章：工作循环与能量利用--第三章习题(计入课程成绩)
-4.0 导论
--Video
-4.1 四冲程发动机换气系统及换气过程
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-4.2 配气相位对发动机性能的影响
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-4.3 充量系数的解析式
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-4.4 进气阻力对充量系数的影响
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-4.5 其他因素对充量系数的影响
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-4.6 充量系数的速度特性
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-4.7 压力波及其传播特性
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-4.8 单缸机的进排气动态效应
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-4.9 多缸机的进排气动态效应与进气不均匀性
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-4.10 四冲程发动机增压系统及性能
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-4.11 二冲程发动机的换气过程与换气质量
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-第四章习题(计入课程成绩)--作业
-5.0 导论
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-5.1 发动机运行工况
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-5.2 发动机特性曲线分类
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-5.3 发动机速度特性
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-5.4 发动机负荷特性
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-5.5 发动机全特性
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-5.6 发动机外特性与整车动力性
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-5.7 发动机全特性与整车经济性
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-5.8 混合动力专用发动机及其运行特性
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-第五章习题(计入课程成绩)--作业
-期中考试（只有一次答题机会！）--期中测试题（占30%总分）
-6.0 导论
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-6.1 燃烧现象及其分类
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-6.2 可燃混合气的着火与着火理论
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-6.3 湍流及其在燃烧中的作用
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-6.4 均质混合气中的火焰传播
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-6.5 液体燃料的雾化
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-6.6 油滴的蒸发与燃烧
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-6.7 示功图与燃烧放热率
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-第六章习题(计入课程成绩)--作业
-7.1 柴油机燃烧过程分析
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-7.2 柴油机燃烧放热规律
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-7.3 柴油机燃油喷射系统
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-7.4 柴油机喷油过程
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-7.5 柴油机缸内气流运动
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-7.6 柴油机燃烧室的分类及其特性
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-7.7 柴油机混合气形成方式
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-7.8 柴油机粗暴燃烧与燃烧噪声
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-第七章习题(计入课程成绩)--作业
-8.1 汽油机燃烧过程分析
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-8.2 汽油机的不正常燃烧：爆燃和表面点火
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-8.3 汽油机的不规则燃烧：循环波动和各缸不均匀性
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-8.4 汽油机燃油喷射系统及其演变
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-8.5 非直喷汽油机燃烧室及其特性
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-8.6 汽油机进气道喷射与混合气形成
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-8.7 汽油机缸内直喷与混合气形成
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-第八章习题(计入课程成绩)--作业
-9.1 有害排放物种类及其危害
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-9.2.1 NO的生成机理
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-9.2.2 CO和HC的生成机理
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-9.2.3 PM和Soot的生成机理
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-9.3 有害排放物生成的影响因素
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-9.4 汽油机机内净化技术
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-9.5 柴油机机内净化技术
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-9.6 汽油机后处理技术
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-9.7 柴油机后处理技术
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-第九章习题(计入课程成绩)--作业
-10.1 燃烧模式及其分类
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-10.2 汽油机均质混合气压燃（HCCI）模式
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-10.3 柴油机均质混合气压燃（HCCI）模式
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-10.4 内燃机部分预混压燃（PCCI）模式
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-10.5 均质混合气引燃（HCII）模式
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-10.6 天然气发动机
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-10.7 氢燃料发动机
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-10.8 二甲醚发动机
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-10.9 甲醇发动机
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-10.10 乙醇发动机
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-10.11 生物柴油发动机
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-第十章习题(计入课程成绩)--作业
-期末考试--期末测试题（占30%总分）
