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2023-06-28
发动机性能曲线优化方法
【摘要】：发动机性能曲线显示了发动机输出功率、转速n、转矩Te、净平均有效压力pm，s和燃料消耗率be之间的关系。图3-8 发动机性能曲线净功率与转矩Te和转速n的乘积成正比。对应发动机的负荷和应对负荷变化的不是最大输出功率（或转速），而是转矩，即以良好的燃烧状态来应对负荷条件。发动机的转矩随空气燃料混合气的量和点火时刻的不同而会发生变化。
发动机性能曲线显示了发动机输出功率
、转速n、转矩Te、净平均有效压力pm，s和燃料消耗率be之间的关系。
发动机输出功率
由前述的式（3.13）表示为
首先，上式中转矩与输出功率之间的关系为
转矩在理论上与输出功率成正比，与转速成反比，但如图3-8a所示，实际上在中转速ntm时达到最大。这是因为在中转速时进气时间较长，容积效率较好，燃烧可以达到最大压力所致。高转速时，进气门开启保持时间较短，致使容积效率降低，同时摩擦损失增加，并且燃烧速度与活塞速度不能协调，导致推动活塞的力量减少。低转速时，在进气行程中气流的惯性效果降低，致使容积效率降低，这些因素导致输出转矩比中转速时小。
其次，在上式中转矩与净平均有效压力之间的关系为
Te∝pm，eVh （3.42）
发动机的转矩Te与净平均有效压力pm，e成正比。因此，转矩和净平均有效压力相对转速n趋于相同的形态。
净平均有效压力pm，e与燃料消耗率be之间的关系，如同在式（3.23）中看到的be∝1/pm，e，成反比。以此，平均有效压力pm，e或转矩Te达到最大的位置，在理论上表示燃料消耗率最低。转矩（或平均有效压力）最大的位置就是气缸内燃烧最佳的状态。但是，如图3-8b所示，实际发动机的最佳燃料消耗率出现在比最大转矩对应转速大的一侧。
图3-8 发动机性能曲线
净功率
与转矩Te和转速n的乘积成正比。如图中显示，虽然随着转速的增大而增加，但到了高转速范围因摩擦损失增加和容积效率降低，在某一限度转速ntm以上其输出功率降低。在往复式内燃机中，此值定义为瞬间最大输出功率
。
出现最大转矩Te的转速ntm与出现最大输出功率的转速nwm不同，这意味着最大转矩Te，max即平均有效压力最大的位置肯定不是出现最大输出功率
的位置。对应发动机的负荷和应对负荷变化的不是最大输出功率（或转速），而是转矩（或平均有效压力），即以良好的燃烧状态来应对负荷条件。这说明，通常汽车的运行范围不是输出功率最大的位置，而是在对负荷和外部条件的应对相对较灵活的最大转矩Te，max的转速ntm和最大输出功率
的转速nwm之间。
发动机的转矩随空气燃料混合气的量和点火时刻的不同而会发生变化。发动机在实际设计时通常把出现最大转矩的转速设定在稍微低于2000r/min的位置。
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