1.2.4 發動機特性

發動機性能指標隨著調整情況和使用工況而變化的關系，稱為發動機特性。通常用曲線表示，稱為特性曲線。發動機特性可以分為調整特性和使用特性。發動機性能指標隨調整狀況變化而變化的關系，稱為調整特性，如汽油機的點火提前角調整特性、柴油機噴油提前角調整特性、柴油機調速特性等；發動機性能指標隨使用工況變化的關系，稱為使用特性，如速度特性、負荷特性等。本節著重介紹發動機的速度特性、負荷特性和調整特性。

1.發動機的速度特性

發動機的速度特性是指汽油機（或柴油機）燃料供給系統和點火系統（汽油機）調整為最佳，節氣門位置不變時，其性能指標有效功率P_e、有效轉矩T_e和有效燃油消耗率b_e隨發動機轉速n變化的關系。發動機速度特性通過試驗測得，節氣門全開時測得的速度特性稱為外特性，節氣門部分開啟時測得的速度特性稱為部分負荷特性。圖1-12為發動機速度特性曲線圖。圖中M_e曲線是一條上凸的曲線，直接影響發動機的動力性能；P_e曲線則表示有效功率隨轉速變化的關系，由于P_e和M_e及n之間的關系為，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速之間的關系，從圖中可以看出，并不是節氣門全開時b_e曲線最低，因為此時采用濃混合氣，存在燃燒不完全現象，試驗證明：在節氣門開度為80%左右時，b_e曲線最低，此時汽車運行最省油。

圖1-12 發動機的速度特性

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

由于外特性曲線上的每一點都代表在此轉速下的最大功率及最大轉矩，所以外特性是最重要的速度特性。發動機的額定功率、額定轉矩的標定就是以外特性為依據的。圖1-13和圖1-14分別為汽油機和柴油機的外特性，從圖中可以看出，汽油機的轉矩特性曲線與柴油機的轉矩特性曲線有著明顯的不同。

圖1-13 汽油機外特性

圖1-14 柴油機外特性

2.發動機的負荷特性

發動機負荷特性是指在轉速一定時，發動機的性能參數（燃油消耗率、排氣溫度等）隨負荷（有效功率、平均有效壓力等）的改變而變化的關系。相應的曲線稱為負荷特性曲線。它主要被用來評價發動機在轉速一定下，以不同的負荷運轉的經濟性，如汽車以一定的速度沿阻力變化的道路行駛時，負荷變化將引起耗油量變化。

發動機負荷特性曲線如圖1-15所示。由圖可見，隨著負荷的增加，燃料消耗率開始時急劇下降，到1點油耗最低。標定轉速下的該油耗值被稱為該發動機的最低燃油消耗率。但此時并非發動機的最大功率點。1點后，隨著負荷的增加，發動機功率增大，燃料消耗率又回升。負荷增加到一定值，即圖1-15的2點時，發動機排氣冒煙超標，稱為冒煙界限，發動機工作不允許超出冒煙界限。其適宜的工作區域應該在最低油耗點1附近。有的貨車超載運行，將導致燃油消耗急劇上升，發動機過熱，壽命下降，排氣冒煙嚴重，污染大氣，還會導致滑動距離加長，容易出現交通事故，這是不可取的。當負荷增加到圖1-15的3點以后，負荷再繼續增加，燃燒條件將極度惡化，有效燃油消耗率增加，發動機功率反而降低。

圖1-15 發動機負荷特性曲線（柴油機）

為了兼顧發動機的動力與經濟性能，標定功率點一般定在冒煙界限以內與最低燃油消耗點之間，可從坐標原點引負荷特性燃油消耗率曲線的切線，交點即作為發動機的標定工況點。

實際發動機工作中，往往由于負荷不足（如汽車載貨量少等），而處于部分負荷下工作，導致燃料消耗率上升。有經驗的駕駛員，就會采取加速滑行法、汽車掛高檔或帶拖車等方法使發動機負荷增加，從而達到節油的目的。

3.柴油機的調速特性

圖1-16為汽油機與柴油機全負荷時的速度特性圖，從圖中可以看出柴油機的轉矩曲線比汽油機的轉矩曲線平坦，轉矩儲備系數低，因此當阻力矩由R₁變化到R₂時，柴油機轉速的變化范圍遠大于汽油機，也就是說柴油機如果沒有調速裝置，其轉速相當不穩定，怠速運轉時極易熄火，為保持轉速穩定，必須人為地控制供油量來適應外界負荷，這將造成駕駛員疲勞度上升。此外當發動機突然卸去負荷，由于M_e曲線平坦，將造成發動機轉速急劇上升，而油泵的速度特性決定了供油量隨轉速n的上升而上升，從而極易導致柴油機轉速失去控制而發生飛車事故，造成機件損壞。

圖1-16 汽油機與柴油機工作穩定性比較

為了防止柴油機低速熄火和高速飛車現象的出現，必須加裝調速器。調速器可以根據負荷的變化，自動調節供油量，保持柴油機工作穩定。調速器有全程式和兩級式兩種。柴油機的調速特性即是指調速器起作用時，柴油機的性能指標隨轉速或負荷變化的關系。

（1）全程式調速器的調速特性 全程式調速器的特點是在柴油機所有轉速范圍內，調速器都能根據外界負荷的變化自動調節噴油泵噴油量，保證駕駛員在選定的任何轉速下，使柴油機在極小的轉速變化范圍內穩定運轉。比較適合于使用在礦區、林區、大型建筑工地的各種車輛。

圖1-17為裝有全程式調速器的柴油機的調速特性圖。

從圖中可以看出，柴油機在某一工況下穩定運轉時，若外界阻力矩減少，由于轉速上升，調速器將帶動供油量調節裝置使供油量減少，柴油機輸出轉矩迅速減少；如外界阻力矩增大，由于轉速下降，調速器使循環供油量增加，柴油機的輸出的有效轉矩迅速增加。也就是說，裝有全程式調速器的柴油機，不僅能夠保持怠速穩定和限制最高車速，而且能夠保證柴油機在任何轉速下都能保持穩定運轉。

（2）兩級式調速器的調速特性 兩級式調速器的特點是柴油機只能在最低轉速和最高轉速范圍內起作用，中間轉速由駕駛員根據需要操縱油量調節機構來控制。主要針對的是怠速熄火和高速飛車現象。因此比較適合于應用在市區的一些貨運柴油車或轎車上。

圖1-18為裝有兩級式調速器的柴油機調速特性圖。

圖1-17 裝有全程式調速器的柴油機調速特性

1—外特性 2～5—不同負荷時的速度特性

圖1-18 裝有兩級式調速器的柴油機調速特性

1～4—不同負荷時的速度特性

由圖可見，只有在最低轉速和最高轉速的附近的兩個很小的轉速范圍內，可以使柴油機的轉矩曲線產生急劇變化，中間轉速范圍內，調速器不起作用，轉矩曲線按速度特性變化。