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北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文
畢業(yè)設計報告(論文)
報告(論文)題目： 某型渦輪增壓柴油發(fā)動機
特性分析研究
作者所在系部： 機電工程學院
作者所在專業(yè)： 車輛工程
作者所在班級： B13141
作 者 姓 名 ： 楊國明
作 者 學 號 ： 201322195
指導教師姓名： 臧繼嵩
完 成 時 間 ： 2017.5
北華航天工業(yè)學院教務處制
北華航天工業(yè)學院
本科生畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性及知識產(chǎn)權聲明
本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文）
某型渦輪增壓柴油發(fā)動機特性分析研究
是本人在指導教師的指導下，獨立進行研究工作取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本設計（論文）不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對本設計（論文）的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。因本畢業(yè)設計（論文）引起的法律結(jié)果完全由本人承擔。
本畢業(yè)設計（論文）成果歸北華航天工業(yè)學院所有。本人遵循北華航天工業(yè)學院有關畢業(yè)設計（論文）的相關規(guī)定，提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本。本人同意北華航天工業(yè)學院有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以營利為目的的前提下，可以公布非涉密畢業(yè)設計（論文）的部分或全部內(nèi)容。
特此聲明
畢業(yè)設計（論文）作者： 指導教師：
年 月 日 年 月
北華航天工業(yè)學院
畢業(yè)設計(論文)任務書(理工類)
學生姓名： 楊國明 專 業(yè)： 車輛工程 班 級： B13141 學 號： 201322195
指導教師： 臧繼嵩 職 稱： 實驗師 完成時間： 2017-03
畢業(yè)設計(論文)題目：
某型渦輪增壓柴油發(fā)動機特性分析研究
題目來源
教師科研課 題
縱向課題（?。?
題目類型
理論研究（√）
注：請直接在所屬項目括號內(nèi)打“√”
橫向課題（?。?
應用研究（?。?
教師自擬課題（√?。?
應用設計（ ）
學生自擬課題（?。?
其 他（?。?
總體設計要求及技術要點：
通過測功機對指定渦輪增壓發(fā)動機進行相關試驗，得出動力性相關數(shù)據(jù)，然后進行分析發(fā)動機特性。
工作環(huán)境及技術條件：
發(fā)動機測功機一臺、指定渦輪增壓柴油發(fā)動機一臺、熟讀《發(fā)動機原理》和《汽車理論》
工作內(nèi)容及最終成果：
1. 試驗目標：通過數(shù)據(jù)測量，分析指定發(fā)動機特性。
2.試驗要求：通過學生自己動手操作測功機，測量相關數(shù)據(jù)，進行處理分析。系統(tǒng)地說明做這個試驗的相關背景，研究的意義。
3.劃出發(fā)動機特性曲線、實驗設備相關簡圖，明確試驗流程圖，數(shù)據(jù)處理后結(jié)合用圖表進行分析。文字說明簡明通順。計算過程只需列出已知條件、計算公式，將有關數(shù)據(jù)代入公式，省略計算過程，直接寫出計算結(jié)果。
4.任務完成驗收時提供材料：完整的試驗數(shù)據(jù)，畢業(yè)論文（學術論文標準）。
時間進度安排：
廣泛查閱參考資料，重點閱讀重要參考文獻 ；
試驗設備的調(diào)試研究；
試驗操作；
試驗數(shù)據(jù)分析；
撰寫論文，準備答辯。
指導教師簽字： 2017 年 月 日
教研室主任意見：
教研室主任簽字： 2017 年 月 日
摘 要
本文通過測功機對渦輪增壓柴油發(fā)動機進行實驗，由得出的實驗數(shù)據(jù)分析指定柴油發(fā)動機特性。關于發(fā)動機的特性分析，主要是根據(jù)發(fā)動機各項性能指標，包括動力性指標（輸出功率Pe、輸出轉(zhuǎn)矩Ttq、平均有效壓力Pme）以及經(jīng)濟性指標（燃油消耗率be等）隨各種工況的變化來進行分析研究。發(fā)動機的特性不僅包括發(fā)動機的速度特性、負荷特性，還包括了萬有特性等等。本文主要分析速度特性（反應動力性）與負荷特性（反應經(jīng)濟性），同時闡述了改善柴油機動力性與經(jīng)濟性的一些措施。
關鍵詞: 柴油機 性能指標 動力性 經(jīng)濟性
Abstract
Based on the experimental data, the characteristics of the diesel engine are analyzed according to the experimental results of the dynamometer. The characteristics of the engine, mainly through the engine performance indicators with the changing characteristics of the working conditions. The engine performance index includes Power Index (output power PE, output torque TTQ, average effective pressure PME) and economic Index (fuel consumption rate being etc), engine characteristics include engine load characteristic, speed characteristic and universal characteristic. This paper mainly analyzes the characteristics of speed and load, and expounds the measures to improve the power and economy of diesel engine.
Key words : Diesel Performance indicators Dynamic performance and economic
performance
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第1章 ?緒論 1
1.1 研究背景和意義 1
1.2 論文研究內(nèi)容與方法 3
第2章 渦輪增壓柴油機與實驗裝置測功機 4
2.1 柴油機工作原理： 4
2.2 廢氣渦輪增壓器 4
2.3電力測功機 5
第3章 柴油發(fā)動機特性實驗 6
3.1 柴油發(fā)動機速度特性實驗步驟 6
3.2 柴油發(fā)動機負荷特性實驗步驟 6
第4章 實驗研究數(shù)據(jù)的對比分析 8
4.1 柴油機的速度特性 8
第5章 結(jié)論 20
5.1 結(jié)論 20
5.1.1 柴油機與汽油機的對比： 20
5.1.2 柴油發(fā)動機的優(yōu)點 21
5.1.3 柴油發(fā)動機的缺點 21
5.2 提高柴油發(fā)動機動力性與經(jīng)濟性的方式 21
致 謝 23
參考文獻 24
第1章 ?緒論
1.1 研究背景和意義
發(fā)動機作為一種動力機械，主要為其它的工作機械提供最為關鍵的動力。對汽車來說，發(fā)動機作為其核心，它的輸出特性將會在很大程度上決定著車輛的行駛特性。因此，熟練地了解和全面掌握發(fā)動機的性能，對有效利用動力源，以及提高整車性能具有重要意義。而發(fā)動機的輸出特性主要通過其動力性指標、經(jīng)濟性指標以及排放性能指標等隨發(fā)動機使用工況的變化特性來表現(xiàn)出來。所以為什么要研究發(fā)動機的特性？就在于為了能夠正確的對發(fā)動機的特性進行評價，而后不僅能為汽車更能為各種工作機械選擇使用發(fā)動機提供參考和標準。與此同時，若能正確的評價、分析發(fā)動機特性，那就可以找到方向途徑去改善提高發(fā)動機的各項性能。整車性能與發(fā)動機性能也可以進行良好的匹配。而柴油機作為發(fā)動機重要的一大類，也極具有研究意義。
在這100多年里，柴油機應用涉及范圍越發(fā)廣泛，各項相關技術也有了很大程度的發(fā)展。已有各項研究成果確切表示：在當今各領域應用的各類動力機械中，柴油機是能量利用率最佳、最節(jié)能、熱效率最高的機型。從技術進步的層面來看，在結(jié)構(gòu)、傳動裝置效率、柴油機熱效率、功率上它們都獲得了很大的提升：配備了最先進技術的柴油機，燃油消耗率最低可至198g/kWh，升功率可達到30～50kWh/L，標定功率油耗可達到204g/kWh，扭矩儲備系數(shù)可達到0.35之上;內(nèi)燃機車用柴油機一直在隨時代發(fā)展不斷進步，正向高強化柴油機進軍。
世界汽車工業(yè)發(fā)達的各國對柴油機技術的發(fā)展也相當重視，在燃料供應、稅收等方面給予便利促進柴油機的普及與發(fā)展。我國1958年成功生產(chǎn)了第一臺內(nèi)燃機車，在之后短暫的不到70年里，為滿足我國鐵路現(xiàn)代化建設和國民經(jīng)濟持續(xù)增長帶動的市場運輸需求，科學研究人員以及技術人員持續(xù)鉆研：從最開始的只能照搬仿制到后來也能自主研發(fā)創(chuàng)新，我國的柴油機生產(chǎn)制造技術已經(jīng)可以說是一步步逼近國際上的柴油機先進制造技術水平。近30年來，我國的柴油內(nèi)燃機車的不斷發(fā)展。有關數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，柴油機的整體性能在不斷優(yōu)化中。內(nèi)燃機車用柴油機獲得了成足的發(fā)展，目前已經(jīng)有了自己的東風4等15種新機型。從最開始1984年誕生的DF8到隨后生產(chǎn)的DF4D、DF8B（DF11）至HXN5，都可以感受到各組成部件與其性能，都得到了比之前更為精確的掌控，比如柴油機的缸徑；檢修機率在提高，平均有效壓力和強化系數(shù)在穩(wěn)步增加，燃油消耗率不斷下降，單位功率質(zhì)量也在下降，強化系數(shù)環(huán)比增長率基本保持在每年10%左右。不僅延長了核心機群的使用壽命，也在不斷加長它的可行行程。
很久以前，柴油車居然被大家嫌棄甚至拋棄過一段時間，因為它有很多缺點，比如：體積過大、發(fā)出氣味超難聞、噪聲又高。柴油機在乘用車上的應用廣度遠遠不如汽油機，就是因為噪音和振動比汽油機大很多?，F(xiàn)在的柴油機技術不斷地發(fā)展,噪聲這個環(huán)境環(huán)保方面的問題，已引起大家的重視。隨著振動噪聲治理技術的持續(xù)改進發(fā)展，柴油機的這個缺陷正在被人們不斷改正優(yōu)化。柴油機關于噪音方面的缺陷現(xiàn)如今已經(jīng)不成問題，轎車上用的柴油機噪音已經(jīng)獲得控制，甚至降低到跟汽油機的噪音所差不多。即使柴油機在高速上噪音比汽油機噪音大,也在可接受的范圍內(nèi)。
柴油機被普遍應用于車輛動力、灌溉、發(fā)電、船舶動力等各項領域。在車用動力這一塊，柴油機的優(yōu)勢最為突出。柴油發(fā)動機被廣泛應用，已然坐穩(wěn)了所屬產(chǎn)業(yè)鏈中核心的位置之一。歷經(jīng)發(fā)展10來年，一系列的零部件配套公司伴隨著柴油發(fā)動機生產(chǎn)業(yè)的紅火而生成，大部分的柴油發(fā)動機公司更多是作為總承裝配者的角色存在著，對于柴油發(fā)動機的比較關鍵的這些零部件：凸輪曲柄、連桿、氣缸套、活塞已分化給專業(yè)的公司制造。而專業(yè)化分工的好處：它令柴油發(fā)動機廠商可以更加充分發(fā)揮自身的優(yōu)勢，集中精力來研究柴油發(fā)動機的設計和制造。柴油發(fā)動機主要還是配套最后的整車產(chǎn)品，例如大功率高速柴油機就用來配套船舶、工程機械、大型客車、重型汽車、發(fā)電機組等等。所以，有關終端整車產(chǎn)品的市場情況直觀反應著柴油機行業(yè)的發(fā)展情況。而當今各國統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，使用轉(zhuǎn)速為900～1 000 r/min的四沖程、中速柴油機的內(nèi)燃機車仍然是占據(jù)絕大部分。全世界車用動力"柴油化"趨勢已大體形成。在歐洲柴油轎車早已被廣泛采用和接納，要知道它的市場占有率已經(jīng)超過50%。據(jù)統(tǒng)計歐洲汽車總銷量的40%是柴油車，而在美國，柴油車在市場上的銷售量也在逐年遞增。據(jù)報導，美國市場2002年的柴油轎車的銷售量超過31220輛，比2001年還要增加了足足35%。寶馬、大眾、通用、福特和戴姆勒-克萊斯勒等多家國際汽車行業(yè)的大公司大企業(yè)都對美國的柴油車市場表示出濃厚強烈的興趣，更具體來說應該是柴油轎車市場。以上所說的都是指現(xiàn)代的綠色柴油機。采用柴油發(fā)動機是一種可行的過渡性技術解決方案。在乘用車應用方面柴油機正逐步發(fā)展，歷經(jīng)這數(shù)十年來，當今的柴油機毫無疑問已然成為了一種既可排放清潔又達到節(jié)約能源的目的的動力機械：不僅柴油的污染性比汽油污染性小，而且柴油機的熱效率比汽油機熱效率高，根據(jù)相關學者預測，在往后二十年，甚至在很長的一段時間里，世界車用動力的主流將一直是柴油機。
在農(nóng)用柴油機方面的發(fā)展，預測全世界農(nóng)用柴油機的市場將呈現(xiàn)快速增長的勢頭：一是由于全球人口的迅速增長還有老舊設備的更新?lián)Q代都導致對農(nóng)用柴油機的需求較大。二是由于在發(fā)展中國家的農(nóng)用柴油機市場的迅速增長將抵消發(fā)達國家市場的衰落帶來的影響；
對于航空發(fā)動機方面的發(fā)展，發(fā)動機產(chǎn)業(yè)作為航空工業(yè)的核心細分子行業(yè)，毫無疑問未來的發(fā)展勢頭將十分迅猛。
綜合以上對各個方面領域的了解分析，我覺得全球柴油發(fā)動機的發(fā)展將保持持續(xù)的增長，穩(wěn)步向前。
1.2 論文研究內(nèi)容與方法
在發(fā)動機的動力性與經(jīng)濟性的研究分析之前，要求我們掌握發(fā)動機性能指標的測量方法，了解發(fā)動機的各類使用工況。查閱資料，操作測功機，主要測量出輸出轉(zhuǎn)矩Ttq，同時測量發(fā)動機轉(zhuǎn)速n。根據(jù)《發(fā)動機原理》一書描述，有：
由此可求得發(fā)動機的輸出功率Pe，在此基礎上根據(jù)功率和平均有效壓力的關系式，平均有效壓力Pme也可輕易計算出。發(fā)動機輸出的功會被測功器吸收，利用這一特點有規(guī)律地調(diào)節(jié)發(fā)動機的負荷Ttq和轉(zhuǎn)速n，這就模擬出了發(fā)動機的各種使用工況，即可進行實驗測量。
明確試驗流程，通過動手操作測功機，測量柴油發(fā)動機的相關性能指標數(shù)據(jù)，并進行處理分析，系統(tǒng)地說明做這個實驗的相關背景，實驗目的及研究的意義。根據(jù)實驗所得數(shù)據(jù)進行處理分析，客觀說明實驗對象指定柴油發(fā)動機的特性。
試驗計算結(jié)果校正：由于試驗的環(huán)境等因素會導致實驗結(jié)果會產(chǎn)生偏差，為統(tǒng)一標準，按照國家有關標準對大氣進行校正。
國家規(guī)定標準大氣壓狀態(tài)為：大氣壓力p0=99kPa，環(huán)境溫度為：t0=25℃（T0=298K）,相對濕度?0=30%。
根據(jù)修正后的數(shù)據(jù)（測功機上直接讀取）畫出發(fā)動機特性曲線圖，數(shù)據(jù)處理后結(jié)合用圖表進行分析。文字說明簡明通順。計算過程只需列出已知條件、計算公式，將有關數(shù)據(jù)代入公式，省略計算過程，直接寫出計算結(jié)果。數(shù)據(jù)處理后，圖表結(jié)合進行分析，文字表述說明結(jié)論。
第2章 渦輪增壓柴油機與實驗裝置測功機
2.1 柴油機工作原理：
四沖程柴油機的工作原理是：
（1）進氣沖程——進氣門開啟、排氣門關閉，活塞在曲軸、連桿的帶動下，從上止點向下止點運動，把新鮮空氣吸進氣缸，活塞到達下止點，進氣沖程結(jié)束；
（2）壓縮沖程——進排氣門關閉，活塞在曲軸、連桿的帶動下，從下止點向上止點運動，吸進氣缸的空氣被壓縮成高溫、高壓氣體，活塞到達上止點時，壓縮沖程結(jié)束；
（3）做功沖程——壓縮沖程結(jié)束后，（進排氣門仍處于關閉狀態(tài)）噴油器將燃油噴進氣缸，在高溫、高壓氣體的作用下，燃油被壓燃，氣缸內(nèi)產(chǎn)生巨大的能量，推動活塞從上止點向下止點運動，曲軸飛輪組儲存和輸出能量，活塞到達下止點時，做功沖程結(jié)束；
（4）排氣沖程——進氣門關閉，排氣門開啟，活塞在曲軸、連桿的帶動下，從下止點向上止點運動，將氣缸內(nèi)燃燒后的廢氣排出，活塞到達上止點時，排氣沖程結(jié)束。
在進氣、壓縮、做功、排氣四個沖程中，只有做功沖程產(chǎn)生能量，其他三個沖程都是靠曲軸、飛輪的慣性完成的。柴油機燃點低，無火花塞采用壓燃，工作過程中活塞向下吸入空氣然后進氣門和排氣門關閉活塞向上把氣體壓縮只35~50個大氣壓，溫度生高。這時噴油嘴噴油，柴油遇到高壓空氣猛烈燃燒。把活塞推下。排氣門打開活塞向上排出廢氣。
2.2 廢氣渦輪增壓器
發(fā)動機燃燒燃料產(chǎn)生的能量（化學能轉(zhuǎn)化來的內(nèi)能——溫度、壓力、氣體膨脹速度等）有大約1/3通過傳動轉(zhuǎn)化為機械能還有1/3進入冷卻系統(tǒng)另外1/3隨廢氣排出。
渦輪增壓器做的事情，就是把最后那排出的1/3轉(zhuǎn)化一部分到發(fā)動機進氣中去 對氣體進行“預處理”，利用發(fā)動機燃油廢氣的動能將空氣泵入汽缸，從而節(jié)約一部分能量。此時發(fā)動機的表現(xiàn)為：進入的空氣已經(jīng)進過壓縮，擁有了一定的溫度和壓力（內(nèi)能增加）更有利于在氣缸中與燃料噴霧充分混合，從而使燃料燃燒更充分，降低了雜質(zhì)（不然全燃燒產(chǎn)生的碳顆粒及其化合物）的同時提高了燃燒效率，提高發(fā)動機效率。
廢氣增壓利用尾氣推動渦輪高速轉(zhuǎn)動，渦輪帶動泵輪向發(fā)動機泵送空氣，從而提高進氣壓力，增加每個循環(huán)中的進氣，使可燃混合氣接近于空燃比小于1的稀薄燃燒。這樣，在不增加發(fā)動機排量的情況下可以提高輸出功率，同時也降低了燃油消耗率。但是經(jīng)過泵輪的空氣會變熱，會使實際的充量系數(shù)小于理論系數(shù)，因此現(xiàn)在的渦輪增加一般都配備有中冷器。
大家可能會覺得渦輪增壓裝置非常復雜，其實并不復雜，渦輪增壓裝置主要是由渦輪室和增壓器組成。首先是渦輪室的進氣口與發(fā)動機排氣歧管相連，排氣口則接在排氣管上。然后增壓器的進氣口與空氣濾清器管道相連，排氣口接在進氣歧管上，最后渦輪和葉輪分別裝在渦輪室和增壓器內(nèi)，二者同軸剛性聯(lián)接。這樣一個整體的渦輪增壓裝置就做好，你的發(fā)動機就好像電腦CPU一樣被“超頻”了。
2.3電力測功機
電力測功機采用交流變頻回饋加載，加載能量通過交流負載發(fā)電機回饋電網(wǎng)；轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速通過傳感器直接測量；電量綜合測量儀表檢測電流、電壓、頻率、功率因數(shù)等；計算機自動檢測、顯示并完成數(shù)據(jù)處理、報表及各種曲線。利用電機測量各種動力機械軸上輸出的轉(zhuǎn)矩，并結(jié)合轉(zhuǎn)速以確定設備的功率。因為被測量的動力機械可能有不同轉(zhuǎn)速，所以用作電力測功機的電機必須是可以平滑調(diào)速的電機。電力測功機分直流電力測功機和交流電力測功機，目前用得較多的是交流電力測功機。我們實驗所用的DL110測功機就是交流電力測功機。
電力測功機是目前市面上最先進的加載測功設備，尤其在中小功率以及微小功率的動力機械加載測功試驗中，可以兼顧各動力機械的低速及高速加載測功試驗，相對其它類型測功加載設備而言，在性能、可靠性、維護難易程度等方面都有比較明顯的優(yōu)勢；尤其在低速機械的加載測功方面，則更是其它方法無可比擬的，它幾乎可以從0轉(zhuǎn)速開始就可以提供電力測功機的額定轉(zhuǎn)矩；當然，交流電力測功機還有一個最大的優(yōu)點是能源回饋功能，它可以將被測機械發(fā)出的能量以電能的型式回饋給電網(wǎng)，供其他設備使用，而不是將能量轉(zhuǎn)換成熱能消耗掉，從這一點來說，交流測功機在建成后使用經(jīng)濟性是其他測功機無法比擬的，因為節(jié)約了能源，也就等于產(chǎn)生了經(jīng)濟效益。特別在這個能源越來越緊張的年代，節(jié)約已經(jīng)被越來越多的企業(yè)所重視。
第3章 柴油發(fā)動機特性實驗
3.1 柴油發(fā)動機速度特性實驗步驟
在實驗過程中，若把油門開度置于最大位置，則所測特性為外特性；否則便是部分負荷速度特性，因此，制取速度特性時應把油門開度置于某一確定的位置。維持發(fā)動機的冷卻水溫、機油溫度和機油壓力在正常的工作范圍內(nèi)。
a. 按照《發(fā)動機臺架試驗安全操作規(guī)范》做好試驗前的準備工作。確認發(fā)動機臺架系統(tǒng)（含發(fā)動機和測功機等）油、水、電工作連接正常。
b. 啟動內(nèi)燃機，并預熱之，待內(nèi)燃機冷卻液溫度和潤滑油溫度均達到規(guī)定范圍內(nèi)才可開始實驗。
c. 逐漸開大油門，同時配合調(diào)整測功機，以增加內(nèi)燃機負荷，直至油門全開，內(nèi)燃機在最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)。
d. 將噴油提前角調(diào)整至最佳的位置。
e. 調(diào)整內(nèi)燃機油門至預定開度并固定（柴油機固定供油拉桿），調(diào)整內(nèi)燃機負荷，使之穩(wěn)定運轉(zhuǎn)于可能達到的最低轉(zhuǎn)速。待平穩(wěn)后，測定并記錄待測參數(shù)和監(jiān)視參數(shù)。
f. 減少測功機負荷并固定平穩(wěn)后，使內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速逐步增加（一般每次轉(zhuǎn)速以200~500r/min左右遞增），在內(nèi)燃機工作范圍內(nèi)，適應順次地取8個左右測量點進行測量。
g.在試驗過程中，以轉(zhuǎn)速n為橫坐標，以轉(zhuǎn)矩、輸出功率和油耗率be為縱坐標，繪制監(jiān)督曲線，檢查試驗的準確性。如果有不規(guī)則數(shù)據(jù)點，應及時重新測量該工況。
h.實驗完畢后，應逐漸減小測功機負荷至發(fā)動機空負荷，配合減小油門開度，再低速運轉(zhuǎn)數(shù)分鐘，待溫度降低后，方可熄火。抄錄整理實驗數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)計入實驗記錄表，做好保養(yǎng)清理工作。
3.2 柴油發(fā)動機負荷特性實驗步驟
a. 按照《發(fā)動機臺架試驗安全操作規(guī)范》，做好試驗前的準備工作。確認發(fā)動機臺架系統(tǒng)油、水、電連接正常。
b. 起動發(fā)動機。發(fā)動機數(shù)控試驗臺油門上電、勵磁上電，預熱發(fā)動機至發(fā)動機冷卻水出水溫度為80±5℃。同時了解發(fā)動機數(shù)控試驗臺基本工作原理。
c. 預熱完成后，調(diào)節(jié)發(fā)動機油門開度至最小，發(fā)動機回到怠速。
d. 改變測功機設定轉(zhuǎn)速為負荷特性實驗轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)發(fā)動機油門開度的大小，使之處于最大位置。待發(fā)動機工況穩(wěn)定后，測量其燃油消耗量B（g），測量二次，同時測量該工況下的發(fā)動機扭矩Ttq和發(fā)動機轉(zhuǎn)速n，并記錄保存實驗數(shù)據(jù)。
式中，m為消耗的燃油質(zhì)量（g）；t為消耗燃料所需要的時間（s）。
e. 根據(jù)發(fā)動機在該轉(zhuǎn)速下輸出的最大扭矩計算并確定發(fā)動機扭矩Ttq調(diào)節(jié)量的大小，保證實驗工況不少于7個點，以便繪制發(fā)動機負荷特性曲線。
f. 依次減小發(fā)動機油門開度的大?。ù藭r測功機自動調(diào)整發(fā)動機的負荷大小，保持發(fā)動機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定）使發(fā)動機扭矩（測功機讀數(shù)）Ttq每次降低的差額相同，重復實驗步驟e，記錄并保存實驗數(shù)據(jù)。直至測功機的讀數(shù)接近為0。
g. 以發(fā)動機輸出功率Pe為橫坐標，油耗量B與燃油消耗率be為縱坐標繪制監(jiān)督曲線。
h. 實驗完畢后，將發(fā)動機空負荷，低俗運轉(zhuǎn)數(shù)分鐘后停車，并抄錄整理實驗數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)記入實驗記錄表，作好保養(yǎng)清理工作。
第4章 實驗研究數(shù)據(jù)的對比分析
發(fā)動機的性能是決定汽車效率的關鍵性因素?！白罡咻敵龉β蔖e”和最高輸出轉(zhuǎn)矩Ttq”這兩個關鍵的發(fā)動機性能指標在大部分汽車的產(chǎn)品說明書上都有顯示，而且還用曲線圖表達出發(fā)動機特性。當發(fā)動機工作，若使用工況改變，輸出功率、輸出轉(zhuǎn)矩和耗油量這三個基本的發(fā)動機性能指標都會隨之而改變。發(fā)動機性能指標的變化是有跡可循的，發(fā)動機的特性曲線圖就是將這些有規(guī)律的數(shù)據(jù)生成曲線。生成的各種發(fā)動機特性曲線，就是用來正確的理解和判斷發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性的具體表現(xiàn)。
4.1 柴油機的速度特性
速度特性直觀地影響到柴油機所能輸出的功率，速度特性不同會造成不同的柴油機在拉貨物時表現(xiàn)出差異：有的能跑80有的卻只能跑60。
速度特性曲線直接反映發(fā)動機工作運轉(zhuǎn)情況。發(fā)動機的速度特性曲線走勢特征顯現(xiàn)了輸出功率Pe（kw）、轉(zhuǎn)矩Ttq（N×m）、燃油消耗率be（g/kw×h）隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速n改變而發(fā)生的具體變化。這時就要說明速度特性的定義：當供給的油量確定不變時，柴油機的各項性能指標比如Ttq、Pe、be隨轉(zhuǎn)速n改變而改變的關系。速度特性包括外特性以及部分負荷速度特性。在柴油機的油量供給達到最大時，所測出來的速度特性，它就是外特性。在油量供給小于最大供給油量，并且保持不變，所測量的速度特性就是部分負荷速度特性。
實驗所用的柴油發(fā)動機的速度特性我們是在測功機上測量得出的。通過測功機操作調(diào)整，保持油門開度不變即是保持柴油發(fā)動機的節(jié)氣門開度一定值不變，等轉(zhuǎn)速n的值穩(wěn)定之后，在測功機上讀取在這一固定的使用工況下的轉(zhuǎn)矩、功率、燃油消耗率等讀數(shù)，然后通過改變柴油發(fā)動機的載荷（轉(zhuǎn)矩變化），調(diào)整發(fā)動機的轉(zhuǎn)速n，就可獲得穩(wěn)定轉(zhuǎn)速n下的功率、燃油消耗率和轉(zhuǎn)矩等另外一組數(shù)據(jù)。連續(xù)均勻有規(guī)律的從最高轉(zhuǎn)速降低固定差額，按次序重復以上的操作，最后就獲得各個轉(zhuǎn)速下的一組組數(shù)據(jù)，把這些數(shù)據(jù)進行列表，而后在圖上描繪出每一個點，再相互連成平滑的曲線，最后就成功生成功率、轉(zhuǎn)矩和燃油消耗率三種關于n的變化曲線，這三項數(shù)據(jù)自然會與相應的轉(zhuǎn)速區(qū)域?qū)?
油門開度100%外特性實驗數(shù)據(jù)表4-1
輸出轉(zhuǎn)速
輸出轉(zhuǎn)矩
輸出功率
油耗量
油耗率
修正功率
修正轉(zhuǎn)矩
修正油耗率
油門開度
2800
254.5
74.6
20.922
280.4
75.3
256.7
278
100
2600
280.7
76.4
17.905
234.3
77.1
283
232.4
100
2400
291.3
73.2
16.802
229.6
73.8
293.7
227.6
100
2300
301.9
72.7
16.345
224.7
73.3
304.5
222.9
100
2200
309.1
71.2
15.525
218
71.8
311.7
216.2
100
2100
310.7
68.3
14.927
218.5
68.9
313.3
216.7
100
2000
310.7
65.1
14.326
220.2
65.6
313.3
218.3
100
1900
305.6
60.8
13.025
214.3
61.3
308.2
212.5
100
1800
290.3
54.7
12.273
224.3
55.2
292.7
222.4
100
1700
279.4
49.7
10.734
215.8
50.1
281.7
214
100
1600
278.2
46.6
9.906
212.5
47
280.5
210.7
100
1400
293.4
43
9.328
216.9
43.4
295.9
215.1
100
1200
284.2
35.7
8.518
238.5
36
286.6
236.5
100
1000
264.4
27.7
6.915
249.8
27.9
266.6
247.7
100
800
220.4
18.5
5.134
278.1
18.6
222.3
275.8
100
圖4-1 外特性曲線
當柴油機油門開度處于100%時，所測出的速度特性，稱為發(fā)動機的外特性，它明確地表示出發(fā)動機所能輸出的最大動力。這是個特殊的特性曲線，所以我們單獨出來分析。在汽車產(chǎn)品說明書上，雖然大都繪制出了發(fā)動機的外特性曲線圖，但卻只顯示了功率以及轉(zhuǎn)矩關于轉(zhuǎn)速n的特性曲線。外特性曲線中我們可以看出柴油機各項性能所能達到的最高指標。從外特性實驗數(shù)據(jù)列表及外特性曲線上可以得出發(fā)動機輸出的所能達到的最大功率、最大轉(zhuǎn)矩以及它們對應的轉(zhuǎn)速和燃油消耗量：
最大功率≈77.1 kw 最大轉(zhuǎn)矩≈313.3 N·m
100%油門開度時，發(fā)動機發(fā)出最大功率，處于最佳的工作狀態(tài)下。由上圖可以看出外特性曲線的特征是∶從整體走勢來看，Pe-n曲線和Ttq-n曲線都是凸形曲線，都是先增后減，但兩者的具體細節(jié)狀況是不相同的。
接下來我們具體分析：在轉(zhuǎn)矩的曲線中，就可看出Ttq-n曲線整體的波動都屬于較平坦，在各個轉(zhuǎn)速區(qū)域波動量都不大，說明動力平穩(wěn)。理論上，在Pe-n的曲線中，輸出功率Pe應該隨著轉(zhuǎn)速n增大而增大，即使到了轉(zhuǎn)速n的最高限值（標定轉(zhuǎn)速）曲線的最高點仍未出現(xiàn)；實際上從圖中可以看出，除了最后一點有誤差基本符合理論；在be-n曲線中，它是一個微凹形曲線，終點值>起點值>中間值；
固定油門開度之后，觀察燃油消耗率be隨轉(zhuǎn)速n的變化：可以觀察出曲線的最低點都是在中間區(qū)域。而中間區(qū)域的轉(zhuǎn)速也剛好是車用的常用工況。因此中間區(qū)域的經(jīng)濟性非常重要，需要我們優(yōu)先保證。只有提高優(yōu)化這個區(qū)域的經(jīng)濟性，才能使柴油發(fā)動機創(chuàng)造更高的輸出價值。為了使這個區(qū)間范圍更廣，使得在更廣泛的區(qū)域內(nèi)，柴油發(fā)動機經(jīng)濟性都能夠極佳，所以科研人員以及技術人員研發(fā)推廣VVT，增壓器等技術，并被采用到生產(chǎn)當中。雖然只分析了指定的這一款YN38CRD2型柴油發(fā)動機，其它各種型號的柴油發(fā)動機所呈現(xiàn)出來的外特性曲線也不會全部相同，但卻是小異大同，基本趨勢變化是差不多的。
油門開度90%外特性實驗數(shù)據(jù)表4-2
輸出轉(zhuǎn)速
輸出轉(zhuǎn)矩
輸出功率
油耗量
油耗率
修正功率
修正轉(zhuǎn)矩
修正油耗率
油門開度
2800
258.9
75.9
18.386
242.2
76.6
261.1
240.2
90.1
2597
284.4
77.3
18.172
235
78
286.7
233.1
90.1
2396
294.8
73.9
17.444
235.9
74.6
297.2
233.9
90.1
2200
310.7
71.6
17.421
243.4
72.2
313.3
241.4
90.1
1999
305.9
64
14.266
222.8
64.6
308.4
220.9
90.1
1800
290.6
54.8
11.395
208.1
55.2
293
206.3
90.1
1599
275.3
46.1
10.62
230.4
46.5
277.6
228.5
90.1
1400
290.4
42.6
8.959
210.4
42.9
292.8
208.7
90.1
1199
287.1
36
8.864
245.9
36.3
289.5
243.9
90.1
998
263.6
27.5
6.362
231
27.8
265.8
229.1
90.1
油門開度80%外特性實驗數(shù)據(jù)表4-3
輸出轉(zhuǎn)速
輸出轉(zhuǎn)矩
輸出功率
油耗量
油耗率
修正功率
修正轉(zhuǎn)矩
修正油耗率
油門開度
2798
256.6
75.2
16.62
221.1
75.8
258.7
219.2
80.5
2598
283.6
77.2
16.62
215.4
77.8
286
213.6
80.5
2398
295.5
74.2
16.62
224
74.8
298
222.1
80.5
2199
309.7
71.3
16.62
233.1
71.9
312.3
231.1
80.5
2000
305.6
64
15.684
245
64.6
308.2
243
80.5
1806
294.1
55.6
12.359
222.2
56.1
296.6
220.3
80.5
1600
273.9
45.9
10.641
231.9
46.3
276.2
230
80.5
1397
288.4
42.2
9.155
217
42.6
290.8
215.1
80.5
1199
285.1
35.8
8.214
229.5
36.1
287.5
227.6
80.5
998
258.1
27
6.669
247.2
27.2
260.3
245.1
80.5
800
228.2
19.1
5.003
261.8
19.3
230.1
259.6
80.5
油門開度70%外特性實驗數(shù)據(jù)表4-4
輸出轉(zhuǎn)速
輸出轉(zhuǎn)矩
輸出功率
油耗量
油耗率
修正功率
修正轉(zhuǎn)矩
修正油耗率
油門開度
2800
258.6
75.8
17.775
234.5
76.4
260.8
232.5
70
2603
284.2
77.5
18.073
233.3
78.1
286.6
231.4
70
2401
294.1
73.9
16.985
229.7
74.6
296.6
227.8
70
2199
310
71.4
16.768
234.9
72
312.6
232.9
70
1999
305.5
64
16.768
262.2
64.5
308
260
70
1800
292.6
55.1
16.481
298.9
55.7
295.7
295.7
70
1599
273.9
45.9
10.834
236.2
46.3
276.2
234.2
70
1399
288.6
42.3
9.235
218.5
42.6
291
216.7
70
1199
284.5
35.7
8.168
228.7
36
286.9
226.8
70
998
262.7
27.4
6.848
249.6
27.7
264.9
247.5
70
801
231
19.4
5.156
266.2
19.5
232.9
264
70
油門開度60%外特性實驗數(shù)據(jù)表4-5
輸出轉(zhuǎn)速
輸出轉(zhuǎn)矩
輸出功率
油耗量
油耗率
修正功率
修正轉(zhuǎn)矩
修正油耗率
油門開度
2798
182.5
53.5
13.564
253.7
53.9
184
251.6
60.3
2604
216.3
59
13.564
230
59.5
218.1
228.1
60.3
2396
238.2
59.8
14.174
237.1
60.3
240.2
235.2
60.3
2193
241.8
55.5
13.569
244.4
56
243.8
242.4
60.3
1997
245.4
51.3
11.734
228.6
51.8
247.4
226.7
60.3
1801
233.7
44.1
10.423
236.4
44.5
235.7
234.5
60.3
1599
234.1
39.2
9.129
232.8
39.5
236.1
230.9
60.3
1399
244.1
35.8
8.154
228.1
36.1
246.1
226.2
60.3
1200
260.6
32.8
7.526
229.8
33
262.8
227.9
60.3
1004
269.1
28.3
6.56
231.9
28.5
271.4
230
60.3
794
230.9
19.2
5.424
282.7
19.3
232.8
280.4
60.3
油門開度50%外特性實驗數(shù)據(jù)表4-6
輸出轉(zhuǎn)速
輸出轉(zhuǎn)矩
輸出功率
油耗量
油耗率
修正功率
修正轉(zhuǎn)矩
修正油耗率
油門開度
2802
62.2
18.3
7.379
404.3
18.4
62.7
401
50.6
2598
80.4
21.9
7.35
336
22.1
81.1
333.2
50.6
2408
123.6
31.2
7.455
239.3
31.4
124.6
237.3
50.6
2200
153.9
35.4
8.298
234.1
35.7
155.2
232.1
50.6
2000
166.2
34.8
8.152
234.2
35.1
167.6
232.2
50.6
1799
158
29.8
7.345
246.8
30
159.3
244.8
50.6
1599
159.8
26.8
6.331
236.6
27
161.2
234.6
50.6
1400
196.5
28.8
6.131
212.8
29
198.1
211.1
50.6
1200
193.5
24.3
5.36
220.4
24.5
195.1
218.6
50.6
1000
181.5
19
4.424
232.9
19.2
183
230.9
50.6
圖4-1 轉(zhuǎn)矩Ttq與轉(zhuǎn)速n
將油門開度從100%到50%的所有的Ttq與轉(zhuǎn)速n的曲線放到一個圖表里，可以看出除了個別差異太大的數(shù)值外，轉(zhuǎn)矩的曲線基本上在低轉(zhuǎn)速區(qū)800-1400（r/min）之間隨著n增加，Ttq增大；并在轉(zhuǎn)速區(qū)域為1400-2000（r/min）內(nèi)持續(xù)增大達到最大值之后開始減小。
隨后n從2000直到2800r/min，Ttq持續(xù)減小?？煽闯鯰tq-n曲線整體的波動都屬于較平坦，在各個轉(zhuǎn)速區(qū)域波動量都不大，說明動力平穩(wěn)。
圖4-2 輸出功率Pe與轉(zhuǎn)速n
將油門開度從100%到50%的所有的Pe與轉(zhuǎn)速n的曲線放到一個圖表里，可以看出除了個別差異太大的數(shù)值外，在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，Pe幾乎與n成線性增長?；旧显谵D(zhuǎn)速為2600（r/min）時達到最大值，但在達到額定轉(zhuǎn)速時，功率Pe下降了一點點。根據(jù)式
可知，Pe主要取決于Ttq與n的乘積，由于Ttq隨n變化平坦，那么Pe與n才有了以上的線性關系。
圖4-3 燃油消耗率be與轉(zhuǎn)速n
將油門開度從100%到50%的所有的油耗率be與轉(zhuǎn)速n的曲線放到一個圖表里，可以看出除了個別差異太大的數(shù)值外，油耗率的曲線基本上在低轉(zhuǎn)速區(qū)800-1400（r/min）之間隨著n增加，be下降；并在轉(zhuǎn)速區(qū)域為1400-2000（r/min）內(nèi)持續(xù)減小達到最小值之后增大。在隨后2000直到2800（r/min），持續(xù)增大。油耗率be整體的變化波動相對而言較小，這就是柴油機經(jīng)濟性好的原因之一。 4.2 柴油機的負荷特性
發(fā)動機在不同的負荷下工作運轉(zhuǎn)，表現(xiàn)出來的燃料經(jīng)濟性也是有差別的，這一點就需要通過負荷特性來了解。換種說法，研究分析燃料經(jīng)濟性主要還是要根據(jù)負荷特性。發(fā)動機負荷特性的定義：固定發(fā)動機的轉(zhuǎn)速n，其各項性能指標隨負荷的改變（即油門開度）而改變的關系。柴油機負荷特性又被稱作燃油調(diào)整特性。柴油機調(diào)節(jié)負荷的方式是通過調(diào)整噴油量來達到目的的。借著噴油量變化去控制混合氣成份含量。
在實際使用中，發(fā)動機轉(zhuǎn)速n總是需要改變的。所以要全面地分析判斷柴油發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性，就需要讓柴油發(fā)動機處于多個轉(zhuǎn)速下并且不同負荷，測量發(fā)動機的負荷特性。在實驗測量負荷特性時，前提是一定要固定轉(zhuǎn)速n不變。即：固定發(fā)動機轉(zhuǎn)速n不變，固定間隔使節(jié)氣門開度緩慢從最大逐步減小，油耗量B、燃料消耗率be隨輸出功率Pe變化的關系。在測功機上進行試驗，并且讀取發(fā)動機負荷特性各項數(shù)據(jù)：開始階段，啟動柴油發(fā)動機，使油門開度處于最大（操作時注意是連續(xù)均勻逐步增大油門開度），保持柴油發(fā)動機在某一轉(zhuǎn)速下穩(wěn)步工作運轉(zhuǎn)，固定轉(zhuǎn)速n不變（通過調(diào)節(jié)載荷來實現(xiàn)，注意與油門開度調(diào)節(jié)同時進行），在此工況下可以從測功機上讀取柴油發(fā)動機輸出功率Pe和燃油消耗量B。接著調(diào)節(jié)油門開度逐步減小，并且調(diào)整載荷使發(fā)動機轉(zhuǎn)速n穩(wěn)定之后再次讀取相關數(shù)據(jù)。按次序重復以上的操作，得到一定轉(zhuǎn)速下不同負荷的燃油消耗量。改變至另一轉(zhuǎn)速n并固定，重復以上操作，連續(xù)均勻有規(guī)律的使油門開度逐步降低，直到發(fā)動機能保持穩(wěn)定工作的最小油門開度，又可得到一組數(shù)據(jù)。最后就獲得各個轉(zhuǎn)速下的一組組數(shù)據(jù)，把這些數(shù)據(jù)進行列表，而后在圖上描繪出每一個點，再相互連成平滑的曲線，最后就成功生成燃油消耗量和燃油消耗率關于Pe的變化曲線，曲線中的B和be自然會與相應的功率區(qū)域?qū)?
2700r/min負荷特性實驗數(shù)據(jù)表4-7
輸出轉(zhuǎn)速
輸出轉(zhuǎn)矩
輸出功率
油耗量
油耗率
修正功率
修正轉(zhuǎn)矩
修正油耗率
油門開度
2695
265
74.8
17.737
237.2
75.4
267.2
235.2
98.2
2716
238.5
67.8
17.73
261.5
68.4
240.5
259.3
65.1
2720
215
61.2
15.207
248.4
61.7
216.8
246.3
62.9
2733
186.5
53.4
13.783
258.3
53.8
188.1
256.1
60.1
2745
162.6
46.8
12.525
269.2
47.2
164
266.9
58.9
2707
132.4
37.5
10.926
291.2
37.8
133.5
288.8
56.3
2696
102.4
28.9
9.758
337.8
29.1
103.2
335
53.7
2701
80.5
22.8
7.915
352
23
81.2
349.1
50.4
2705
53.7
15.2
6.933
455.4
15.3
54.2
451.7
47.5
2500r/min負荷特性實驗數(shù)據(jù)表4-8
輸出轉(zhuǎn)速
輸出轉(zhuǎn)矩
輸出功率
油耗量
油耗率
修正功率
修正轉(zhuǎn)矩
修正油耗率
油門開度
2511
288.6
75.9
17.212
226.8
76.5
291.1
224.9
99.9
2412
259.3
65.5
16.888
258.4
66
261.4
256.3
66.2
2520
231
61
15.01
246.2
61.5
232.9
244.1
62.6
2510
206.5
54.3
15.01
276.6
54.7
208.2
274.3
58.7
2480
171.3
44.5
12.119
272.4
44.9
172.8
270.1
55.9
2512
144.6
38
10.516
276.7
38.4
145.8
274.4
52.7
2421
112.3
28.5
9.588
337.2
28.7
113.3
334.4
50.7
2494
83.6
21.8
7.891
362.3
22
84.3
359.3
49.2
2497
52.8
13.8
6.378
462.7
13.9
53.2
458.8
45.7
2300r/min負荷特性實驗數(shù)據(jù)表4-9
輸出轉(zhuǎn)速
輸出轉(zhuǎn)矩
輸出功率
油耗量
油耗率
修正轉(zhuǎn)矩
修正油耗率
負荷開度
油門開度
2296
301.5
72.5
15.865
218.8
304
217
54.7
97.3
2385
263.9
65.9
15.35
233
266.1
231.1
50.3
64.8
2296
218.4
52.5
13.17
251.5
220.2
249.4
38.6
59.2
2302
199.3
48.1
13.015
270.9
201
268.7
35.2
57.9
2291
166.2
39.9
10.609
266.1
167.6
263.9
28.4
54.1
2312
141.1
34.2
9.082
267.6
142.3
265.4
24.3
50.7
2302
106.6
25.7
7.961
309.9
107.5
307.4
17.3
48.4
2291
77.9
18.7
6.672
357.7
78.6
354.7
11.7
43.6
2292
50.7
12.2
5.514
452.9
51.2
449.1
6.5
38.8
2100r/min負荷特性實驗數(shù)據(jù)表4-10
輸出轉(zhuǎn)速
輸出轉(zhuǎn)矩
輸出功率
油耗量
油耗率
修正功率
修正轉(zhuǎn)矩
修正油耗率
油門開度
2098
309.2
67.9
14.631
215.4
68.5
311.8
213.6
84.7
1953
269.9
55.2
13.999
253.5
55.7
272.2
251.4
66.4
2108
245.5
54.2
11.961
220.8
54.6
247.5
218.9
62.2
2190
223.2
51.2
10.768
210.4
51.6
225.1
208.7
57.9
2101
185
40.7
9.838
241.8
41
186.5
239.8
54.1
2107
154
34
8.265
243.2
34.3
155.3
241.2
50.7
2107
122.6
27
7.023
259.7
27.3
123.6
257.5
46.5
2098
92.6
20.4
5.926
291.1
20.5
93.4
288.7
42.4
2092
61.9
13.6
4.774
352
13.7
62.4
349.1
35.2
2100
29.4
6.5
3.561
550.7
6.5
29.7
546.1
30
1900r/min負荷特性實驗數(shù)據(jù)表4-11
輸出轉(zhuǎn)速
輸出轉(zhuǎn)矩
輸出功率
油耗量
油耗率
修正功率
修正轉(zhuǎn)矩
修正油耗率
油門開度
1907
305.4
61
13.058
214.1
61.5
307.9
212.4
100
1933
282.7
57.2
12.207
213.3
57.7
285.1