《港口内燃机》第08章.ppt

工程机械内燃机工程机械内燃机第八章第八章 内燃机的特性内燃机的特性1内容提纲内容提纲第一节第一节 概述概述 第二节第二节 内燃机的负荷特性内燃机的负荷特性 第三节第三节 内燃机的速度特性内燃机的速度特性 2第一节第一节 概述概述 一、内燃机特性一、内燃机特性1定义定义内燃机的主要性能指标随运转工况和调整情况而内燃机的主要性能指标随运转工况和调整情况而变化的关系。变化的关系。内燃机在运转过程中变化的主要性能参数为有效内燃机在运转过程中变化的主要性能参数为有效功率功率Pe、转速、转速n和扭矩和扭矩Ttq。三者关系如下：。三者关系如下：式中：式中：Ttq内燃机曲轴输出的平均扭矩，内燃机曲轴输出的平均扭矩，N Nm m n内燃机转速，内燃机转速，r/minr/min。（kW）2主要性能参数主要性能参数3第一节第一节 概述概述 1固定式工况固定式工况发动机功率变化，但曲轴发动机功率变化，但曲轴转速几乎保持不变。如带转速几乎保持不变。如带动发电机、水泵等的发动动发电机、水泵等的发动机。如转速功率都保持恒机。如转速功率都保持恒定，称为点工况，如排灌定，称为点工况，如排灌用内燃机，转速恒定，功用内燃机，转速恒定，功率也因水流量和扬程不变率也因水流量和扬程不变而保持恒定。而保持恒定。二、内燃机工况二、内燃机工况4第一节第一节 概述概述 2螺旋桨工况螺旋桨工况发动机功率与转速之间呈发动机功率与转速之间呈近似三次幂函数关系，即近似三次幂函数关系，即 Pekn3。如带动螺旋桨工。如带动螺旋桨工作的船用内燃机即属此类。作的船用内燃机即属此类。对于螺距不变的螺旋桨，对于螺距不变的螺旋桨，其吸收的功率与螺旋桨转其吸收的功率与螺旋桨转速的三次方成正比，即速的三次方成正比，即k为为定值。定值。二、内燃机工况二、内燃机工况5第一节第一节 概述概述 3车用工况车用工况发动机的功率与转速在很发动机的功率与转速在很大范围内各自独立的变化，大范围内各自独立的变化，二者没有特定的函数关系。二者没有特定的函数关系。工程机械以及汽车和拖拉工程机械以及汽车和拖拉机等陆上运输车辆所使用机等陆上运输车辆所使用的内燃机属此类。的内燃机属此类。二、内燃机工况二、内燃机工况6内容提纲内容提纲第一节第一节 概述概述 第二节第二节 内燃机的负荷特性内燃机的负荷特性 第三节第三节 内燃机的速度特性内燃机的速度特性 7第二节第二节 内燃机的负荷特性内燃机的负荷特性 内燃机的负荷特性内燃机的负荷特性是指内燃机转速一定时，是指内燃机转速一定时，其性能指标随负荷而变化的规律。内燃机其性能指标随负荷而变化的规律。内燃机负荷特性主要是体现其负荷特性主要是体现其燃料经济性燃料经济性的特性。的特性。性能指标主要指性能指标主要指燃料消耗率燃料消耗率，有时也加上燃料消，有时也加上燃料消耗量和排气温度。耗量和排气温度。8第二节第二节 内燃机的负荷特性内燃机的负荷特性 1定义定义柴油机在保持某一转速不变时，其燃油消耗率柴油机在保持某一转速不变时，其燃油消耗率b、每小时燃油消耗量每小时燃油消耗量B和排气温度和排气温度Tr等性能指标随负等性能指标随负荷而变化的关系，称为柴油机的负荷特性。荷而变化的关系，称为柴油机的负荷特性。一、柴油机的负荷特性一、柴油机的负荷特性柴油机负荷特性的调节是通过改变循环供油量来实柴油机负荷特性的调节是通过改变循环供油量来实现的，由于整个过程保持转速不变，故每循环进入现的，由于整个过程保持转速不变，故每循环进入气缸的空气量基本不变，负荷增大时供油量增加，气缸的空气量基本不变，负荷增大时供油量增加，反之则减少，从而改变了气缸内可燃混合气的浓度。反之则减少，从而改变了气缸内可燃混合气的浓度。这种调节负荷的方式称为这种调节负荷的方式称为“质调节质调节”。2负荷调节方式负荷调节方式9第二节第二节 内燃机的负荷特性内燃机的负荷特性 燃油消耗率燃油消耗率 随着负荷随着负荷的增加而迅速减小，当的增加而迅速减小，当供油量增加到点供油量增加到点1（最（最低燃油消耗率点）时，低燃油消耗率点）时，达到最低值。达到最低值。一、柴油机的负荷特性一、柴油机的负荷特性6135Q型柴油机负荷特性曲线型柴油机负荷特性曲线3燃油消耗率曲线分析燃油消耗率曲线分析10第二节第二节 内燃机的负荷特性内燃机的负荷特性 当负荷继续增加，每当负荷继续增加，每循环供油量继续增加，循环供油量继续增加，过量空气系数进一步减过量空气系数进一步减小，由于混合气过浓，小，由于混合气过浓，燃烧开始恶化，燃油消燃烧开始恶化，燃油消耗率随负荷增加而不断耗率随负荷增加而不断上升。上升。一、柴油机的负荷特性一、柴油机的负荷特性6135Q型柴油机负荷特性曲线型柴油机负荷特性曲线3燃油消耗率曲线分析燃油消耗率曲线分析11第二节第二节 内燃机的负荷特性内燃机的负荷特性 当供油量超过点当供油量超过点2（冒烟界限，排气烟度（冒烟界限，排气烟度达到国家标准允许值）达到国家标准允许值）时，燃烧进一步恶化，时，燃烧进一步恶化，排气明显冒黑烟。排气明显冒黑烟。一、柴油机的负荷特性一、柴油机的负荷特性6135Q型柴油机负荷特性曲线型柴油机负荷特性曲线3燃油消耗率曲线分析燃油消耗率曲线分析12第二节第二节 内燃机的负荷特性内燃机的负荷特性 若再增加供油量到点若再增加供油量到点3时，燃烧严重恶化，时，燃烧严重恶化，严重影响内燃机的可靠严重影响内燃机的可靠性和使用寿命。过点性和使用寿命。过点3再增加供油量，将因燃再增加供油量，将因燃烧极度恶化，功率反而烧极度恶化，功率反而下降。下降。一、柴油机的负荷特性一、柴油机的负荷特性6135Q型柴油机负荷特性曲线型柴油机负荷特性曲线3燃油消耗率曲线分析燃油消耗率曲线分析13第二节第二节 内燃机的负荷特性内燃机的负荷特性 一、柴油机的负荷特性一、柴油机的负荷特性4柴油机标定供油量的柴油机标定供油量的选择选择切点切点A为通用内燃机确定为通用内燃机确定标定供油量的参考点。标定供油量的参考点。为保证柴油机的可靠性为保证柴油机的可靠性和寿命，通常不允许超过和寿命，通常不允许超过冒烟界限工作。冒烟界限工作。工程机械柴油机，标定工程机械柴油机，标定供油量常限定在冒烟界限供油量常限定在冒烟界限以下。以下。14第二节第二节 内燃机的负荷特性内燃机的负荷特性 一、柴油机的负荷特性一、柴油机的负荷特性5柴油机功率的选择柴油机功率的选择燃油消耗率随负荷的增加而下降，在接近全负荷燃油消耗率随负荷的增加而下降，在接近全负荷时达到最小。由于在低负荷区燃油消耗率随负荷时达到最小。由于在低负荷区燃油消耗率随负荷的减小显著升高，变化较快，因此在设计工程机的减小显著升高，变化较快，因此在设计工程机械选配内燃机时，在满足动力性要求的前提下，械选配内燃机时，在满足动力性要求的前提下，不可选用功率过大的内燃机，以提高内燃机功率不可选用功率过大的内燃机，以提高内燃机功率的利用率和经济性。的利用率和经济性。15第二节第二节 内燃机的负荷特性内燃机的负荷特性 1定义定义当汽油机保持某一转速不变，而逐渐改变节气门的当汽油机保持某一转速不变，而逐渐改变节气门的开度，其燃油消耗率开度，其燃油消耗率b、每小时燃油消耗量、每小时燃油消耗量B和排和排气温度气温度Tr等性能指标随负荷而变化的关系，称为汽等性能指标随负荷而变化的关系，称为汽油机的负荷特性。油机的负荷特性。二、汽油机的负荷特性二、汽油机的负荷特性由于汽油机负荷的调节是靠改变节气门开度直接改由于汽油机负荷的调节是靠改变节气门开度直接改变进入气缸的混合气量，过量空气系数变化不大，变进入气缸的混合气量，过量空气系数变化不大，这种调节负荷的方法称为这种调节负荷的方法称为“量调节量调节”。2负荷调节方式负荷调节方式16第二节第二节 内燃机的负荷特性内燃机的负荷特性 当负荷很小时，汽油机燃当负荷很小时，汽油机燃烧室中残余废气相对较多，烧室中残余废气相对较多，为保证燃烧稳定，必须加浓为保证燃烧稳定，必须加浓混合气，使燃油消耗率较高。混合气，使燃油消耗率较高。二、汽油机的负荷特性二、汽油机的负荷特性EQ6100型汽油机负荷特性曲线型汽油机负荷特性曲线3燃油消耗率曲线分析燃油消耗率曲线分析17第二节第二节 内燃机的负荷特性内燃机的负荷特性 当汽油机负荷增加时，节当汽油机负荷增加时，节气门开度加大，进入气缸的气门开度加大，进入气缸的混合气增多，燃烧速度增加，混合气增多，燃烧速度增加，指示功率随负荷成比例加大，指示功率随负荷成比例加大，使燃油消耗率迅速下降。使燃油消耗率迅速下降。二、汽油机的负荷特性二、汽油机的负荷特性EQ6100型汽油机负荷特性曲线型汽油机负荷特性曲线3燃油消耗率曲线分析燃油消耗率曲线分析18第二节第二节 内燃机的负荷特性内燃机的负荷特性 当节气门开度接近全开时，当节气门开度接近全开时，为了发出最大功率，采取加为了发出最大功率，采取加浓混合气的措施，导致燃烧浓混合气的措施，导致燃烧不完全，燃油消耗率上升。不完全，燃油消耗率上升。在节气门的某一中等开度，在节气门的某一中等开度，燃油消耗率最低。燃油消耗率最低。二、汽油机的负荷特性二、汽油机的负荷特性EQ6100型汽油机负荷特性曲线型汽油机负荷特性曲线3燃油消耗率曲线分析燃油消耗率曲线分析19内容提纲内容提纲第一节第一节 概述概述 第二节第二节 内燃机的负荷特性内燃机的负荷特性 第三节第三节 内燃机的速度特性内燃机的速度特性 20第三节第三节 内燃机的速度特性内燃机的速度特性 内燃机的速度特性内燃机的速度特性是指内燃机的燃料供给是指内燃机的燃料供给调节机构位置一定时，内燃机的性能指标调节机构位置一定时，内燃机的性能指标随转速而变化的关系。随转速而变化的关系。性能指标主要指内燃机的转矩、功率、燃料消耗性能指标主要指内燃机的转矩、功率、燃料消耗率和排气温度等。率和排气温度等。21第三节第三节 内燃机的速度特性内燃机的速度特性 当供油量固定在标定功率位置时所测得的速度特当供油量固定在标定功率位置时所测得的速度特性称为性称为全负荷速度特性全负荷速度特性，简称，简称外特性外特性，它表示该，它表示该内燃机能工作的最大功率界限，当供油量固定在内燃机能工作的最大功率界限，当供油量固定在标定功率以下任意位置时所测得的速度特性称为标定功率以下任意位置时所测得的速度特性称为部分负荷速度特性，简称部分特性。内燃机外特部分负荷速度特性，简称部分特性。内燃机外特性是体现其工作能力即性是体现其工作能力即动力性动力性的特性。的特性。22第三节第三节 内燃机的速度特性内燃机的速度特性 一、柴油机的速度特性一、柴油机的速度特性1定义定义当喷油泵的油量调节机构（油门拉杆或齿条）位置当喷油泵的油量调节机构（油门拉杆或齿条）位置一定时，柴油机的性能指标（功率一定时，柴油机的性能指标（功率Pe、扭矩、扭矩Ttq、燃、燃油消耗率油消耗率b、每小时燃油消耗量、每小时燃油消耗量B和排气温度和排气温度Tr 等）等）随转速变化的关系。随转速变化的关系。23第三节第三节 内燃机的速度特性内燃机的速度特性 一、柴油机的速度特性一、柴油机的速度特性2扭矩曲线扭矩曲线Ttq分析分析 扭矩扭矩Ttq与热效率与热效率i、机械、机械效率效率m及循环供油量及循环供油量qf有有关，关，Ttqkimqf,其曲其曲线形状主要取决于供油系线形状主要取决于供油系统的速度特性。自然吸气统的速度特性。自然吸气柴油机的柴油机的Ttq曲线变化平坦，曲线变化平坦，只在某一中等转速有一不只在某一中等转速有一不很显著的峰值。很显著的峰值。24第三节第三节 内燃机的速度特性内燃机的速度特性 一、柴油机的速度特性一、柴油机的速度特性3功率功率Pe曲线分析曲线分析 功率功率Pe的大小正比于扭矩的大小正比于扭矩Tt和转速和转速n的乘积。由于的乘积。由于Ttq曲线变化平缓，在一定的曲线变化平缓，在一定的转速范围内转速范围内Pe几乎与转速几乎与转速n成正比例增长，近似于直成正比例增长，近似于直线关系。在转速较大时，线关系。在转速较大时，由于由于Ttq曲线略有下降，曲线略有下降，Pe的增加量相对减少。的增加量相对减少。25第三节第三节 内燃机的速度特性内燃机的速度特性 一、柴油机的速度特性一、柴油机的速度特性4燃油消耗率燃油消耗率b曲线分析曲线分析 燃油消耗率燃油消耗率b的大小主要取决的大小主要取决于于i和和m，并与，并与im成反比。成反比。柴油机在某一中等转速下，可柴油机在某一中等转速下，可得到最经济的耗油率。在转速得到最经济的耗油率。在转速降低时，燃烧的传热损失较大，降低时，燃烧的传热损失较大，使热效率使热效率i降低，导致耗油率降低，导致耗油率b缓缓上升；反之，如果转速升缓缓上升；反之，如果转速升高，机械损失功率增大，使高，机械损失功率增大，使m下降，下降，i也会下降，导致耗油也会下降，导致耗油率率b曲线上升。曲线上升。26第三节第三节 内燃机的速度特性内燃机的速度特性 一、柴油机的速度特性一、柴油机的速度特性5扭矩储备系数扭矩储备系数 要充分表明柴油机的动力性能，除给出标定功率、要充分表明柴油机的动力性能，除给出标定功率、最大扭矩及它们的相应转速外，还要同时考虑柴最大扭矩及它们的相应转速外，还要同时考虑柴油机的扭矩储备系数。油机的扭矩储备系数。式中：式中：Ttqmax外特性曲线上的最大扭矩；外特性曲线上的最大扭矩；Ttqb标定工况时的扭矩。标定工况时的扭矩。tq越大，越大，Ttqmax超出超出Ttqb越多，随越多，随n的下降，的下降，Ttq增加的量越大，增加的量越大，即不换挡情况下柴油机克服短期超负荷的能力越强。即不换挡情况下柴油机克服短期超负荷的能力越强。27第三节第三节 内燃机的速度特性内燃机的速度特性 一、柴油机的速度特性一、柴油机的速度特性5扭矩储备系数扭矩储备系数 柴油机的扭矩曲线较平坦，若不校柴油机的扭矩曲线较平坦，若不校正，正，tq值只有值只有1.05左右，不能满足工左右，不能满足工程机械的要求。工程机械所用的柴油程机械的要求。工程机械所用的柴油机，外界负荷变化较大，常在突加载机，外界负荷变化较大，常在突加载荷或在超负荷下工作，故希望荷或在超负荷下工作，故希望tq在在1.201.30之间，不应低于之间，不应低于1.15。工程机械柴油机通常采用油量校正，工程机械柴油机通常采用油量校正，一般采用弹簧校正装置，校正后的扭一般采用弹簧校正装置，校正后的扭矩储备系数可达矩储备系数可达1.151.24。28第三节第三节 内燃机的速度特性内燃机的速度特性 一、柴油机的速度特性一、柴油机的速度特性6转速储备系数转速储备系数 内燃机标定工况时的转速内燃机标定工况时的转速nb与最大转矩时的转速与最大转矩时的转速ntq之比称为转速储备系数之比称为转速储备系数n。转速储备系数的大小影响到克服阻力的潜力，转速储备系数的大小影响到克服阻力的潜力，n越大，在越大，在不换挡的情况下，内燃机克服阻力矩的潜力越大。一般工不换挡的情况下，内燃机克服阻力矩的潜力越大。一般工程机械柴油机在程机械柴油机在1.52.0范围内。范围内。29第三节第三节 内燃机的速度特性内燃机的速度特性 二、汽油机的速度特性二、汽油机的速度特性1定义定义汽油机的节气门固定在某一位置时，汽油机的主要汽油机的节气门固定在某一位置时，汽油机的主要性能参数（有效功率性能参数（有效功率Pe、扭矩、扭矩Ttq、燃油消耗率、燃油消耗率b、每小时燃油消耗量每小时燃油消耗量B等）随转速等）随转速n而变化的关系。而变化的关系。节气门全开时的速度特性称为节气门全开时的速度特性称为外特性外特性；节气门部分；节气门部分打开时的速度特性为打开时的速度特性为部分负荷速度特性部分负荷速度特性。30第三节第三节 内燃机的速度特性内燃机的速度特性 二、汽油机的速度特性二、汽油机的速度特性2扭矩曲线扭矩曲线Ttq分析分析 当转速由低速开始上升时，当转速由低速开始上升时，Ttq有所增加。对应于某一中间转有所增加。对应于某一中间转速，速，Ttq达到最大值。当转速继达到最大值。当转速继续升高，下降较快，其曲线变续升高，下降较快，其曲线变化较柴油机陡。其扭矩储备系化较柴油机陡。其扭矩储备系数可达数可达1.11.3，所以汽油机比，所以汽油机比柴油机的扭矩适应性要好，而柴油机的扭矩适应性要好，而且其转速储备系数也较大，可且其转速储备系数也较大，可达达1.21.4，即在不换挡的情况，即在不换挡的情况下，克服超载的能力较强。下，克服超载的能力较强。31第三节第三节 内燃机的速度特性内燃机的速度特性 二、汽油机的速度特性二、汽油机的速度特性3功率功率Pe曲线分析曲线分析 功率功率Pe的大小正比于扭矩的大小正比于扭矩Tt和转和转速速n的乘积。由于的乘积。由于Ttq和和n同时增加，同时增加，Pe迅速上升，在扭矩迅速上升，在扭矩Ttq达到最大达到最大值后，若继续升高转速，由于转值后，若继续升高转速，由于转速速n的上升量占主导地位，虽然的上升量占主导地位，虽然扭矩逐渐下降，但功率扭矩逐渐下降，但功率Pe仍保持仍保持上升势头，并在某一转速达到最上升势头，并在某一转速达到最大值。如果转速大值。如果转速n继续升高，摩继续升高，摩擦功率急剧增大，扭矩急剧下降，擦功率急剧增大，扭矩急剧下降，使功率使功率Pe迅速下降。迅速下降。32第三节第三节 内燃机的速度特性内燃机的速度特性 二、汽油机的速度特性二、汽油机的速度特性4燃油消耗率燃油消耗率b曲线分析曲线分析 燃油消耗率燃油消耗率b与与im成成反比，反比，b在某一中间转速时在某一中间转速时最低，当转速高于此转速最低，当转速高于此转速时，时，m和和i均下降，均下降，b上升。上升。总之，与柴油机一样，燃总之，与柴油机一样，燃油消耗率曲线是一较平坦油消耗率曲线是一较平坦的凹形曲线。的凹形曲线。33第三节第三节 内燃机的速度特性内燃机的速度特性 二、汽油机的速度特性二、汽油机的速度特性34