1.2.4 發(fā)動(dòng)機(jī)特性

發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)隨著調(diào)整情況和使用工況而變化的關(guān)系，稱為發(fā)動(dòng)機(jī)特性。通常用曲線表示，稱為特性曲線。發(fā)動(dòng)機(jī)特性可以分為調(diào)整特性和使用特性。發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)隨調(diào)整狀況變化而變化的關(guān)系，稱為調(diào)整特性，如汽油機(jī)的點(diǎn)火提前角調(diào)整特性、柴油機(jī)噴油提前角調(diào)整特性、柴油機(jī)調(diào)速特性等；發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)隨使用工況變化的關(guān)系，稱為使用特性，如速度特性、負(fù)荷特性等。本節(jié)著重介紹發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性、負(fù)荷特性和調(diào)整特性。

1.發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性

發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性是指汽油機(jī)（或柴油機(jī)）燃料供給系統(tǒng)和點(diǎn)火系統(tǒng)（汽油機(jī)）調(diào)整為最佳，節(jié)氣門位置不變時(shí)，其性能指標(biāo)有效功率P_e、有效轉(zhuǎn)矩T_e和有效燃油消耗率b_e隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n變化的關(guān)系。發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性通過試驗(yàn)測得，節(jié)氣門全開時(shí)測得的速度特性稱為外特性，節(jié)氣門部分開啟時(shí)測得的速度特性稱為部分負(fù)荷特性。圖1-12為發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性曲線圖。圖中M_e曲線是一條上凸的曲線，直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能；P_e曲線則表示有效功率隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系，由于P_e和M_e及n之間的關(guān)系為，P_e存在一最大值，故P_e為一條拋物線；b_e曲線則表示有效燃油消耗率與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，從圖中可以看出，并不是節(jié)氣門全開時(shí)b_e曲線最低，因?yàn)榇藭r(shí)采用濃混合氣，存在燃燒不完全現(xiàn)象，試驗(yàn)證明：在節(jié)氣門開度為80%左右時(shí)，b_e曲線最低，此時(shí)汽車運(yùn)行最省油。

圖1-12 發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性

1—外特性 2、3、4—節(jié)氣門開度分別為75%、50%、25%的部分速度特性

由于外特性曲線上的每一點(diǎn)都代表在此轉(zhuǎn)速下的最大功率及最大轉(zhuǎn)矩，所以外特性是最重要的速度特性。發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率、額定轉(zhuǎn)矩的標(biāo)定就是以外特性為依據(jù)的。圖1-13和圖1-14分別為汽油機(jī)和柴油機(jī)的外特性，從圖中可以看出，汽油機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性曲線與柴油機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性曲線有著明顯的不同。

圖1-13 汽油機(jī)外特性

圖1-14 柴油機(jī)外特性

2.發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷特性

發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性是指在轉(zhuǎn)速一定時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)（燃油消耗率、排氣溫度等）隨負(fù)荷（有效功率、平均有效壓力等）的改變而變化的關(guān)系。相應(yīng)的曲線稱為負(fù)荷特性曲線。它主要被用來評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速一定下，以不同的負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的經(jīng)濟(jì)性，如汽車以一定的速度沿阻力變化的道路行駛時(shí)，負(fù)荷變化將引起耗油量變化。

發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性曲線如圖1-15所示。由圖可見，隨著負(fù)荷的增加，燃料消耗率開始時(shí)急劇下降，到1點(diǎn)油耗最低。標(biāo)定轉(zhuǎn)速下的該油耗值被稱為該發(fā)動(dòng)機(jī)的最低燃油消耗率。但此時(shí)并非發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率點(diǎn)。1點(diǎn)后，隨著負(fù)荷的增加，發(fā)動(dòng)機(jī)功率增大，燃料消耗率又回升。負(fù)荷增加到一定值，即圖1-15的2點(diǎn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣冒煙超標(biāo)，稱為冒煙界限，發(fā)動(dòng)機(jī)工作不允許超出冒煙界限。其適宜的工作區(qū)域應(yīng)該在最低油耗點(diǎn)1附近。有的貨車超載運(yùn)行，將導(dǎo)致燃油消耗急劇上升，發(fā)動(dòng)機(jī)過熱，壽命下降，排氣冒煙嚴(yán)重，污染大氣，還會(huì)導(dǎo)致滑動(dòng)距離加長，容易出現(xiàn)交通事故，這是不可取的。當(dāng)負(fù)荷增加到圖1-15的3點(diǎn)以后，負(fù)荷再繼續(xù)增加，燃燒條件將極度惡化，有效燃油消耗率增加，發(fā)動(dòng)機(jī)功率反而降低。

圖1-15 發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性曲線（柴油機(jī)）

為了兼顧發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力與經(jīng)濟(jì)性能，標(biāo)定功率點(diǎn)一般定在冒煙界限以內(nèi)與最低燃油消耗點(diǎn)之間，可從坐標(biāo)原點(diǎn)引負(fù)荷特性燃油消耗率曲線的切線，交點(diǎn)即作為發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)定工況點(diǎn)。

實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)工作中，往往由于負(fù)荷不足（如汽車載貨量少等），而處于部分負(fù)荷下工作，導(dǎo)致燃料消耗率上升。有經(jīng)驗(yàn)的駕駛員，就會(huì)采取加速滑行法、汽車掛高檔或帶拖車等方法使發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷增加，從而達(dá)到節(jié)油的目的。

3.柴油機(jī)的調(diào)速特性

圖1-16為汽油機(jī)與柴油機(jī)全負(fù)荷時(shí)的速度特性圖，從圖中可以看出柴油機(jī)的轉(zhuǎn)矩曲線比汽油機(jī)的轉(zhuǎn)矩曲線平坦，轉(zhuǎn)矩儲(chǔ)備系數(shù)低，因此當(dāng)阻力矩由R₁變化到R₂時(shí)，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的變化范圍遠(yuǎn)大于汽油機(jī)，也就是說柴油機(jī)如果沒有調(diào)速裝置，其轉(zhuǎn)速相當(dāng)不穩(wěn)定，怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)極易熄火，為保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，必須人為地控制供油量來適應(yīng)外界負(fù)荷，這將造成駕駛員疲勞度上升。此外當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)突然卸去負(fù)荷，由于M_e曲線平坦，將造成發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速急劇上升，而油泵的速度特性決定了供油量隨轉(zhuǎn)速n的上升而上升，從而極易導(dǎo)致柴油機(jī)轉(zhuǎn)速失去控制而發(fā)生飛車事故，造成機(jī)件損壞。

圖1-16 汽油機(jī)與柴油機(jī)工作穩(wěn)定性比較

為了防止柴油機(jī)低速熄火和高速飛車現(xiàn)象的出現(xiàn)，必須加裝調(diào)速器。調(diào)速器可以根據(jù)負(fù)荷的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)供油量，保持柴油機(jī)工作穩(wěn)定。調(diào)速器有全程式和兩級(jí)式兩種。柴油機(jī)的調(diào)速特性即是指調(diào)速器起作用時(shí)，柴油機(jī)的性能指標(biāo)隨轉(zhuǎn)速或負(fù)荷變化的關(guān)系。

（1）全程式調(diào)速器的調(diào)速特性 全程式調(diào)速器的特點(diǎn)是在柴油機(jī)所有轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，調(diào)速器都能根據(jù)外界負(fù)荷的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)噴油泵噴油量，保證駕駛員在選定的任何轉(zhuǎn)速下，使柴油機(jī)在極小的轉(zhuǎn)速變化范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。比較適合于使用在礦區(qū)、林區(qū)、大型建筑工地的各種車輛。

圖1-17為裝有全程式調(diào)速器的柴油機(jī)的調(diào)速特性圖。

從圖中可以看出，柴油機(jī)在某一工況下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，若外界阻力矩減少，由于轉(zhuǎn)速上升，調(diào)速器將帶動(dòng)供油量調(diào)節(jié)裝置使供油量減少，柴油機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩迅速減少；如外界阻力矩增大，由于轉(zhuǎn)速下降，調(diào)速器使循環(huán)供油量增加，柴油機(jī)的輸出的有效轉(zhuǎn)矩迅速增加。也就是說，裝有全程式調(diào)速器的柴油機(jī)，不僅能夠保持怠速穩(wěn)定和限制最高車速，而且能夠保證柴油機(jī)在任何轉(zhuǎn)速下都能保持穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

（2）兩級(jí)式調(diào)速器的調(diào)速特性 兩級(jí)式調(diào)速器的特點(diǎn)是柴油機(jī)只能在最低轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)起作用，中間轉(zhuǎn)速由駕駛員根據(jù)需要操縱油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來控制。主要針對(duì)的是怠速熄火和高速飛車現(xiàn)象。因此比較適合于應(yīng)用在市區(qū)的一些貨運(yùn)柴油車或轎車上。

圖1-18為裝有兩級(jí)式調(diào)速器的柴油機(jī)調(diào)速特性圖。

圖1-17 裝有全程式調(diào)速器的柴油機(jī)調(diào)速特性

1—外特性 2～5—不同負(fù)荷時(shí)的速度特性

圖1-18 裝有兩級(jí)式調(diào)速器的柴油機(jī)調(diào)速特性

1～4—不同負(fù)荷時(shí)的速度特性

由圖可見，只有在最低轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速的附近的兩個(gè)很小的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，可以使柴油機(jī)的轉(zhuǎn)矩曲線產(chǎn)生急劇變化，中間轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，調(diào)速器不起作用，轉(zhuǎn)矩曲線按速度特性變化。