1.2.4 发动机特性

发动机性能指标随着调整情况和使用工况而变化的关系，称为发动机特性。通常用曲线表示，称为特性曲线。发动机特性可以分为调整特性和使用特性。发动机性能指标随调整状况变化而变化的关系，称为调整特性，如汽油机的点火提前角调整特性、柴油机喷油提前角调整特性、柴油机调速特性等；发动机性能指标随使用工况变化的关系，称为使用特性，如速度特性、负荷特性等。本节着重介绍发动机的速度特性、负荷特性和调整特性。

1.发动机的速度特性

发动机的速度特性是指汽油机（或柴油机）燃料供给系统和点火系统（汽油机）调整为最佳，节气门位置不变时，其性能指标有效功率P_e、有效转矩T_e和有效燃油消耗率b_e随发动机转速n变化的关系。发动机速度特性通过试验测得，节气门全开时测得的速度特性称为外特性，节气门部分开启时测得的速度特性称为部分负荷特性。图1-12为发动机速度特性曲线图。图中M_e曲线是一条上凸的曲线，直接影响发动机的动力性能；P_e曲线则表示有效功率随转速变化的关系，由于P_e和M_e及n之间的关系为，P_e存在一最大值，故P_e为一条抛物线；b_e曲线则表示有效燃油消耗率与转速之间的关系，从图中可以看出，并不是节气门全开时b_e曲线最低，因为此时采用浓混合气，存在燃烧不完全现象，试验证明：在节气门开度为80%左右时，b_e曲线最低，此时汽车运行最省油。

图1-12 发动机的速度特性

1—外特性 2、3、4—节气门开度分别为75%、50%、25%的部分速度特性

由于外特性曲线上的每一点都代表在此转速下的最大功率及最大转矩，所以外特性是最重要的速度特性。发动机的额定功率、额定转矩的标定就是以外特性为依据的。图1-13和图1-14分别为汽油机和柴油机的外特性，从图中可以看出，汽油机的转矩特性曲线与柴油机的转矩特性曲线有着明显的不同。

图1-13 汽油机外特性

图1-14 柴油机外特性

2.发动机的负荷特性

发动机负荷特性是指在转速一定时，发动机的性能参数（燃油消耗率、排气温度等）随负荷（有效功率、平均有效压力等）的改变而变化的关系。相应的曲线称为负荷特性曲线。它主要被用来评价发动机在转速一定下，以不同的负荷运转的经济性，如汽车以一定的速度沿阻力变化的道路行驶时，负荷变化将引起耗油量变化。

发动机负荷特性曲线如图1-15所示。由图可见，随着负荷的增加，燃料消耗率开始时急剧下降，到1点油耗最低。标定转速下的该油耗值被称为该发动机的最低燃油消耗率。但此时并非发动机的最大功率点。1点后，随着负荷的增加，发动机功率增大，燃料消耗率又回升。负荷增加到一定值，即图1-15的2点时，发动机排气冒烟超标，称为冒烟界限，发动机工作不允许超出冒烟界限。其适宜的工作区域应该在最低油耗点1附近。有的货车超载运行，将导致燃油消耗急剧上升，发动机过热，寿命下降，排气冒烟严重，污染大气，还会导致滑动距离加长，容易出现交通事故，这是不可取的。当负荷增加到图1-15的3点以后，负荷再继续增加，燃烧条件将极度恶化，有效燃油消耗率增加，发动机功率反而降低。

图1-15 发动机负荷特性曲线（柴油机）

为了兼顾发动机的动力与经济性能，标定功率点一般定在冒烟界限以内与最低燃油消耗点之间，可从坐标原点引负荷特性燃油消耗率曲线的切线，交点即作为发动机的标定工况点。

实际发动机工作中，往往由于负荷不足（如汽车载货量少等），而处于部分负荷下工作，导致燃料消耗率上升。有经验的驾驶员，就会采取加速滑行法、汽车挂高档或带拖车等方法使发动机负荷增加，从而达到节油的目的。

3.柴油机的调速特性

图1-16为汽油机与柴油机全负荷时的速度特性图，从图中可以看出柴油机的转矩曲线比汽油机的转矩曲线平坦，转矩储备系数低，因此当阻力矩由R₁变化到R₂时，柴油机转速的变化范围远大于汽油机，也就是说柴油机如果没有调速装置，其转速相当不稳定，怠速运转时极易熄火，为保持转速稳定，必须人为地控制供油量来适应外界负荷，这将造成驾驶员疲劳度上升。此外当发动机突然卸去负荷，由于M_e曲线平坦，将造成发动机转速急剧上升，而油泵的速度特性决定了供油量随转速n的上升而上升，从而极易导致柴油机转速失去控制而发生飞车事故，造成机件损坏。

图1-16 汽油机与柴油机工作稳定性比较

为了防止柴油机低速熄火和高速飞车现象的出现，必须加装调速器。调速器可以根据负荷的变化，自动调节供油量，保持柴油机工作稳定。调速器有全程式和两级式两种。柴油机的调速特性即是指调速器起作用时，柴油机的性能指标随转速或负荷变化的关系。

（1）全程式调速器的调速特性 全程式调速器的特点是在柴油机所有转速范围内，调速器都能根据外界负荷的变化自动调节喷油泵喷油量，保证驾驶员在选定的任何转速下，使柴油机在极小的转速变化范围内稳定运转。比较适合于使用在矿区、林区、大型建筑工地的各种车辆。

图1-17为装有全程式调速器的柴油机的调速特性图。

从图中可以看出，柴油机在某一工况下稳定运转时，若外界阻力矩减少，由于转速上升，调速器将带动供油量调节装置使供油量减少，柴油机输出转矩迅速减少；如外界阻力矩增大，由于转速下降，调速器使循环供油量增加，柴油机的输出的有效转矩迅速增加。也就是说，装有全程式调速器的柴油机，不仅能够保持怠速稳定和限制最高车速，而且能够保证柴油机在任何转速下都能保持稳定运转。

（2）两级式调速器的调速特性 两级式调速器的特点是柴油机只能在最低转速和最高转速范围内起作用，中间转速由驾驶员根据需要操纵油量调节机构来控制。主要针对的是怠速熄火和高速飞车现象。因此比较适合于应用在市区的一些货运柴油车或轿车上。

图1-18为装有两级式调速器的柴油机调速特性图。

图1-17 装有全程式调速器的柴油机调速特性

1—外特性 2～5—不同负荷时的速度特性

图1-18 装有两级式调速器的柴油机调速特性

1～4—不同负荷时的速度特性

由图可见，只有在最低转速和最高转速的附近的两个很小的转速范围内，可以使柴油机的转矩曲线产生急剧变化，中间转速范围内，调速器不起作用，转矩曲线按速度特性变化。