08第八章 内燃机的特性与匹配难点.doc

第八章 内燃机的特性与匹配 内燃机的特性是内燃机性能的综合反映。特性的形式有很多，除了前几章已经介绍的内燃机调速特性与调整特性(如点火提前角调整特性、供油提前角调整特性)外，本章将重点介绍内燃饥的基本特性，如负荷特性、速度特性、万有特性等。由于内燃机是为其他动力装置或工作机械提供动力的，相互之间的配合特性不仅涉及到工作机械的性能，也与内燃机本身的特性密切相关，为此，本章将介绍内燃机与工作机械的匹配方法。 对内燃机的特性及其匹配进行研究，不仅是为了评价内燃机的性能，为正确、合理地选用内燃机提供依据，同时，还可以通过对影响内燃机特性各种因素的分析．提出改进特性以适应匹配要求的各种技术措施，以优化整个动力装置的性能。 第一节 内燃机的特性 一、内燃机的工况 在研究内燃机的特性之前，首先应对内燃机的工况分类、不同用途内燃机工况的变化特点有所了解。顾名思义，内燃机工况就是指内燃机实际运行的工作状况。 从第二章可知，表征内燃机运行工况的参数可由下式给出 （8—1） 式中，Pe为有效功率，Ttq为内燃机的转矩，n为内燃机的工作转速。 式(8—1)中的三个参数中，只有两个是独立变量，换句话说，当任意两个参数固定后，第三个参数就可以通过该式求出。比较常用的是用Ttq与n或者Pe与n两组参数来表征内燃机稳定运行的工况点，原因在于转速n表示内燃机工作过程进行的速度快慢，而Ttq或Pe说明内燃机发出功率或承受负荷能力的大小。内燃机的负荷，通常是指内燃机所遇到的阻力矩的大小，由于平均有效压力Pm正比于转矩，故有时也用Pme来表示负荷的高低。 以Pe—n为坐标绘出内燃机可能运行的工况图，如图8—1所示。显然，内燃机的工作区域被限定在一定范围内，其边界限制线包括：上边界线3为内燃机油量控制机构处于最大位置时，不同转速下内燃机所能发出的最大功串；左侧边界线为内燃机最 低稳定工作转速nmin限制线，低于此转速时，由于曲轴飞轮等运动部件储存能量较小，导致转速波动大，内燃机无法稳定工作；右侧边界线为最高转速nmax限制线，它受到转速过高所导致的惯性力增大、机械摩擦损失加剧、充量系数下降、工作过程恶化等各种不利因素的限制。因此，内燃机可能的工作区域就是上述边界线加上横坐标轴所围成的区域。 内燃机的工作区域取决于内燃机的用途。用途不同时，工作区域将有很大的差异，为了位于讨论，通常把内燃机的工况分为三类： 第—类工况，其特点是内燃机的功率变化时，转速几乎保持不变。该工况又被称为固定式内燃机工况。例如，发电用内燃机，其负荷呈阶跃式突变，并没有一定的规律、然而内燃机的转速必须保持稳定，以保证输送电压和频率的恒定，反映在工况图上就是—条垂直线(图8—1中的曲线1)，称为线工况。灌溉用内燃机，除了起动和过渡工况外，在运行过程中负荷与转速均保持不变，称为点工况(图8—1中的A点)。 第二类工况，其特点是内燃机的功率与转速接近于幂函数关系，如图8—1中的曲线2示的三次幂函数()。当内燃机作为船用主机驱动螺旋桨时，内燃机所发出的功率必须与螺旋桨吸收的功率相等，而吸收功率又取决于螺旋桨转速的高低，且与转速成幂函数关系，这样，内燃机功率就呈现一种十分有规律的变化。该类工况常被称为螺旋桨工况或推进工况，也属于线工况。 第三类工况，其特点是功率与转速都在很大范围内变化，它们之间没有特定的关系。汽车及其他陆地运输用内燃机，都居于这种工况。此时，内燃机的转速决定于行驶速度、可以从最低稳定转速一直变到最高转速；负荷取决于行驶阻力，在同一转速下，可以从零变到全负荷。内燃机可能的工作区域就是该种类型内燃机的实际工作区域，相应的上况区域称为面工况。 为了评价内燃机在不同工况下运行的动力性指标(如功率、转矩、平均有效压力等)、经济性指标(燃油消耗率)、排放指标以及反映工作过程进行的完善程度指标(如指示热效率、充量系数以及机械效率)等，就必须研究内燃机的特性。所谓内燃机的特性，就是指上述性能参数随参数调整情况或运转工况变化的规律。其中，性能指标随调整情况变化的特性称为调整特性，如点火提前角调整特性、供油提前角调整特性等；而性能指标随运行工况变化的特性称为性能特性，如负荷特性、速度特性和调速特性等。用来表示特性的曲线称为特性曲线，它是评价内燃机的一种简单、直观、方便的形式。本章将重点介绍有关内燃机的经 济性、动力性等有关的特性。 需要说明的是，上述有关特性的讨论均是针对内燃机的稳态工况而进行的。换句话说，只有在内燃机工况稳定时，功率、转速和转矩这些基本量才有确定的关系，才能满足关系式(8—1)；而当内燃机处于非稳态工况时，也就是当内燃机处于两个稳态工况之间的过渡状态时，至少有一个基本参数值呈变化状态，此时上述关系