[科普中国]-速度特性

简述

发动机速度特性是指发动机节气门开度或油门开度不变，发动机性能指标随转速变化的关系。速度特性包括外特性和部分速度特性，目的是研究发动机的动力性。速度特性是用实验方法在内燃机试验台上测定的。1

（1）外特性

发动机外特性曲线是当发动机节气门开度为100%时测得的发动机输出功率（扭矩）随转速变化的曲线。它表现的曲线特征是∶功率曲线和扭矩曲线都呈现凸形曲线，但两者表现是不一样的。在汽油发动机外特性曲线中：功率曲线在较低转速下数值很小，但随转速增加而迅速增长，转速增加到一定区间后，功率增长速度变缓，直至最大值后就会下降，尽管此时转速仍会继续增长

（2）部分速度特性

当汽油机节气门部分开启时所测得的速度特性称为部分速度特性。当柴油机油量调节机构在小于标定功率循环供油量各个位置时，所测得的速度特性称为部分速度特性。

汽油机速度特性汽油机节气门开度固定不动，其有效功率Pe、转矩Me、有效燃油消耗率ge、每小时耗油量Gt等随转速变化的关系，称为汽油机的速度特性。它包括全负荷时的速度特性（外特性）和部分负荷时的速度特性（部分特性）两大类，节气保持全开时所测得的速度特性即为外特性，节气门部分开启时所测得的速度特性则为部分（速度）特性。部分特性曲线有无数条，而外特性只能有一个。1

外特性汽油机外特性曲线上的每一点表示发动机在此转速下所能发出的最大功率和最大扭矩，所以代表着发动机的最高动力性能。外特性根据试验条件的不同可分为两种：1

（1）试验时发动机不装风扇，空气压缩机，空气滤清器及消声器等附件，仅带维持运转时所必须的附件时所输出的功率称为总功率，此时测得的全负荷速度特性称为外特性。国产发动机的特性数据大多是采用这种方法测得的。

（2）试验时，发动机带全套附件时所输出的功率称为有效功率或净功率。此时测得的全负荷速度特性则称为使用外特性。

1．扭矩曲线变化趋势

随着转速n的增加，扭距Ttq逐渐增大，出现最大扭距Ttqmax后逐渐下降，且下降程度越来越大。曲线呈上凸形状。

（1）在节气门开度一定时，过量空气系数φat可视为常数。

（2）充气效率ηv在某一中间转速时最大。因为一定的配气相位仅对一种转速最适合，此转速下能最好地利用气流惯性。其余转速时ηv均降低，曲线为上凸形。

（3）指示热效率ηit

转速低，进气流速低，紊流减弱，使雾化、混合状态较差，火焰传播速度降低，散热及漏气损失增加，ηit较低，转速高时，燃烧过程所占曲轴转角较大，燃烧在较大容积下进行，ηit也较低。但变化比较平坦，对Ttq影响较小。

（4）机械效率 ηm

转速增加，消耗于机械损失功增加。因此，随转速升高，机械效率ηm明显下降。

综合作用的结果是：当转速由低开始上升时，ηv，ηit同时增加的影响大于ηm下降的影响，使Ttq增加，对应于某一转速时，Ttq达到最大值。转速继续增加，由于ηv、ηit、ηm均下降，因此Ttq随转速升高而较快的下降，即Ttq曲线变化较陡。

2．功率变化趋势

Pe=Ttq·n/9550

当转速由低逐渐升高时，由于Ttq、n同时增加Pe增加很快。在达到最大扭距转速ntq后，再提高转速，由于Ttq有所下降，使Pe上升缓慢。某一转速时Ttq·n达最大值。此后，再增加转速，由于扭距下降超过转速上升的影响，Pe反而下降。

3．燃油消耗率变化趋势

b=k3/ηitηm

b在某一中间转速当ηitηm达到最大值时出现最低值。当转速较此转速低时，由于ηm上升弥补不了ηit的下降，使b增加。转速较此转速高时ηit、ηm均较低，b也增加。2

部分速度特性汽车大部分时间是在部分负荷下工作的，因此，发动机的部分负荷速度特性对汽车的经济性有非常重要的影响。随着节气门关小，进气节流损失增大，进气终了时压力pa下降，从而引起ηv下降，而且随着转速的提高，节流作用也会加强，使得充气效率更快地下降。

柴油机速度特性速度特性：喷油泵油量调节机构位置固定不动，柴油机性能指标（主要是功率Pe、扭距Ttq、燃油消耗率b、每小时耗油量B）随转速n变化的关系。

外特性：油量调节机构固定在标定循环供油量位置时速度特性称为柴油机标定功率速度特性。

部分负荷速度特性：当油量调节机构固定在小于标定循环供油量各个位置时，所测得的速度特性称为柴油机部分负荷速度特性。1

外特性曲线变化趋势1.扭矩曲线变化趋势

柴油机的扭矩曲线比汽油机平坦。柴油机扭矩曲线的变化趋势，很大程度上决定于每循环供油量随转速变化的情况。

扭矩表达式可定性地写成 ：Ttq=K2ηiηm△b。

由式可见，柴油机扭距随转速的变化趋势决定于ηit、ηm、△b随转速n变化的趋势。

（1）△b—随转速n的提高，每循环供油量△b增加。

（2）ηv也是在某一中间转速n出现最高值。

（3）ηi—指示热效率，ηi某一中间n稍高，转速高。

2．功率曲线

由于扭矩Ttq曲线变化平坦，在一定n范围内，功率Pe几乎与转速n成正比增加。

3．燃油消耗率曲线

由于柴油机压缩比高，ηi较高，曲线比汽油机的平坦，最低耗油率值比汽油机相应值低。当ηi、ηm达到最大值时，出现bmin值。2

改变万有特性经济区的形状及位置的途径如果内燃机的万有特性不能满足使用要求，则应重新选择内燃机，或者对内燃机进行适当的调整，以改变万有特性。例如，适当改变配气相位来改变充量系数特性，或选择对转速不太敏感的燃烧系统，可以影响万有特性最经济区域在横坐标方向的宽度；降低内燃机的机械损失，提高低速、低负荷时冷却水温和机油温度，都可以降低部分负荷时的燃油消耗率，在纵坐标方向扩展最经济区。2

测试方法速度特性是用实验方法在内燃机试验台上测定的。测量时，将油量调节结构位置固定不动，调整测功器的负荷，内燃机的转速相应发生变化，然后记录有关数据并整理绘制曲线。一般是以发动机转速作为横坐标。1