1基本概念
全面了解發(fā)動(dòng)機在所有工況下的性能指標的變化，對合理使用、檢查與維修發(fā)動(dòng)機，都有很強的適用價(jià)值。
1.1 發(fā)動(dòng)機特性與特性曲線(xiàn)
1．發(fā)動(dòng)機特性 發(fā)動(dòng)機性能指標隨調整情況及運轉情況而變化的關(guān)系稱(chēng)為發(fā)動(dòng)機特性。發(fā)動(dòng)機性能指標主要有功率、轉矩、燃料消耗率、排氣溫度、排氣煙度等；調整情況主要指柴油機的供油提前角、汽油機的點(diǎn)火提前角、發(fā)動(dòng)機燃料等可調因素對發(fā)動(dòng)機性能的影響；運轉情況一般指發(fā)動(dòng)機轉速和負荷等。
2．特性曲線(xiàn) 為了直觀(guān)顯示發(fā)動(dòng)機的特性，常以曲線(xiàn)形式表示，稱(chēng)為發(fā)動(dòng)機特性曲線(xiàn)。圖11-1為Audi（奧迪） 2.4L四缸5氣門(mén)汽油機的外特性曲線(xiàn)。
3.發(fā)動(dòng)機特性分類(lèi)
發(fā)動(dòng)機特性分調節特性和性能特性?xún)纱箢?lèi)。
（1）調節特性 指發(fā)動(dòng)機的性能指標隨調節情況而變化的關(guān)系。如柴油機的供油提前角調節特性、汽油機的點(diǎn)火提前角調節特性、汽油機的燃料調節特性等。
（2）性能特性 指內燃機的性能指標隨運行工況而變化的關(guān)系。如負荷特性、速度特性、調速特性、萬(wàn)有特性、螺旋槳特性等。
1.2 發(fā)動(dòng)機特性的制取
發(fā)動(dòng)機特性需在專(zhuān)門(mén)的試驗臺（俗稱(chēng)發(fā)動(dòng)機臺架）上進(jìn)行，圖11-2顯示了帶水力測功器的試驗臺的基本組成。它可以模擬發(fā)動(dòng)機的實(shí)際工況，使其在要求的轉速和負荷下工作，并可以同步測量發(fā)動(dòng)機在各種工況下的功率、燃料消耗、廢氣排放、氣缸壓力等性能參數。
發(fā)動(dòng)機特性試驗，國家已有標準，需按有關(guān)標準，在規定的條件下進(jìn)行。
2發(fā)動(dòng)機調節特性
發(fā)動(dòng)機調節特性對發(fā)動(dòng)機的正確調整、使用與維修關(guān)系密切，值得重視。
2.1 柴油機供油提前角調節特性
它是指在發(fā)動(dòng)機轉速一定和油量控制機構（如噴油泵的供油拉桿）位置一定條件下，其功率、燃料消耗率等性能指標隨供油提前角變化而變化的關(guān)系。
圖11-3為柴油機供油提前角調節特性曲線(xiàn)。由曲線(xiàn)可見(jiàn)，隨著(zhù)供油提前角θ的改變，發(fā)動(dòng)機的功率與燃料消耗率也隨著(zhù)變化。對應于最大功率和最小燃料消耗率的供油提前角即為最佳供油提前角。發(fā)動(dòng)機使用維修時(shí)，應注意按照使用說(shuō)明書(shū)要求，檢查調整發(fā)動(dòng)機靜態(tài)最佳供油提前角。
最佳供油提前角是隨著(zhù)發(fā)動(dòng)機的轉速變化而變化的，它一般由供油提前角自動(dòng)調節裝置來(lái)控制。對于電控柴油機，則由ECU根據發(fā)動(dòng)機工況精確控制。
2.2 汽油機點(diǎn)火提前角調節特性
它是指在發(fā)動(dòng)機轉速和節氣門(mén)開(kāi)度一定條件下，其功率、燃料消耗率等性能指標隨點(diǎn)火提前角變化而變化的關(guān)系。
點(diǎn)火提前角調整特性曲線(xiàn)形式與柴油機類(lèi)似（圖11-3），可將θ視為點(diǎn)火提前角?？梢?jiàn)，隨著(zhù)點(diǎn)火提前角的改變，發(fā)動(dòng)機的功率與燃料消耗率也隨著(zhù)變化。對應于最大功率和最小燃料消耗率的點(diǎn)火提前角即為最佳點(diǎn)火提前角。
2.3 汽油機的燃料調節特性
是指在發(fā)動(dòng)機轉速一定， 節氣門(mén)開(kāi)度一定條件下，其功率、燃料消耗率等性能指標隨混合氣濃度而變化的關(guān)系。
圖11-4為汽油機燃料調節特性曲線(xiàn)。由圖可見(jiàn)，隨著(zhù)混合氣濃度的改變，發(fā)動(dòng)機的功率與燃料消耗率也隨著(zhù)變化。對應于過(guò)量空氣系數約1.15處，燃料消耗率最低，稱(chēng)此時(shí)的混合氣為經(jīng)濟混合氣；而對應于約0.93處，發(fā)動(dòng)機平均有效壓力最大，動(dòng)力性能最高，稱(chēng)此時(shí)的混合氣為功率混合氣。汽油機應根據工況變化，自動(dòng)調整其混合氣濃度在最佳值工作?；推魇桨l(fā)動(dòng)機靠化油器進(jìn)行粗略調節，現代汽車(chē)發(fā)動(dòng)機則靠電控燃油噴射系統精確調節控制。
3 發(fā)動(dòng)機性能特性
與汽車(chē)發(fā)動(dòng)機有關(guān)的性能特性主要有發(fā)動(dòng)機負荷特性、速度特性、萬(wàn)有特性和調速特性四種。
3.1 發(fā)動(dòng)機的負荷特性
是指在轉速一定時(shí)，發(fā)動(dòng)機的性能參數（燃油消耗率、排氣溫度等）隨負荷（功率、平均有效壓力等）的改變而變化的關(guān)系。相應的曲線(xiàn)稱(chēng)為負荷特性曲線(xiàn)。它主要被用來(lái)評價(jià)發(fā)動(dòng)機在轉速一定下，以不同的負荷運轉的經(jīng)濟性，如汽車(chē)以一定的速度沿阻力變化的道路行駛。
發(fā)動(dòng)機負荷特性曲線(xiàn)如圖11-5所示。
由圖可見(jiàn)，隨著(zhù)負荷的增加，燃料消耗率開(kāi)始時(shí)急劇下降，到A點(diǎn)油耗最低。標定轉速下的該油耗值被稱(chēng)為該發(fā)動(dòng)機的最低燃油消耗率。但此時(shí)并非發(fā)動(dòng)機的最大功率點(diǎn)。
A點(diǎn)后，隨著(zhù)負荷的增加，發(fā)動(dòng)機功率增大，燃料消耗率又回升。負荷增加到一定值，發(fā)動(dòng)機排氣冒煙超標，稱(chēng)為冒煙界限，發(fā)動(dòng)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(diǎn)A附近。有的貨車(chē)超載運行，將導致燃油消耗急劇上升，發(fā)動(dòng)機過(guò)熱，壽命下降，排氣冒煙嚴重，污染大氣。還會(huì )導致動(dòng)距離加長(cháng)，容易出現交通事故，這是不可取的。
為了兼顧發(fā)動(dòng)機的動(dòng)力與經(jīng)濟性能，標定功率點(diǎn)一般定在冒煙界限以?xún)扰c最低燃油消耗點(diǎn)之間，可從座標原點(diǎn)引負荷特性燃油消耗率曲線(xiàn)的切線(xiàn)，交點(diǎn)E即作為發(fā)動(dòng)機的標定工況點(diǎn)。
實(shí)際發(fā)動(dòng)機工作中，往往由于負荷不足（如汽車(chē)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(jīng)驗的駕駛員，就會(huì )采取加速滑行法、汽車(chē)掛高擋或帶拖車(chē)等方法使發(fā)動(dòng)機負荷增加，從而達到節油的目的。
3.2 發(fā)動(dòng)機的速度特性
速度特性是指當燃料供給調節機構（汽油機的節氣門(mén)或柴油機噴油泵的油量控制拉桿）位置不變時(shí)，發(fā)動(dòng)機性能指標（轉矩、功率、燃油消耗率等）隨轉速的改變而變化的關(guān)系。對應的曲線(xiàn)稱(chēng)為速度特性曲線(xiàn)。
當燃料供給調節機構固定在全負荷位置（汽油機節氣門(mén)全開(kāi)位置或柴油機的油量控制拉桿在額定供油量位置）時(shí)，所測得的速度特性稱(chēng)外特性或全負荷速度特性。當燃料供給調節機構固定在全負荷以?xún)雀魑恢脮r(shí)，所測得的速度特性就稱(chēng)為部分負荷速度特性。
汽車(chē)的節氣門(mén)不變，上坡或下坡時(shí)，由于外界負荷的變化，車(chē)速將產(chǎn)生相應變化就是屬于速度特性工況。
圖11-6為YC6108ZQ柴油機外特性曲線(xiàn)。從外特性曲線(xiàn)可以看出該發(fā)動(dòng)機所能達到的最大功率、最大轉矩、最低燃料消耗率及其對應的轉速，還可以看出在任一轉速下所對應的功率和轉矩，若要發(fā)揮最大轉矩，則應該適當降低發(fā)動(dòng)機轉速。在圖上還可以看出排氣溫度及煙度隨轉速、功率、轉矩變化而變化的關(guān)系。
從外特性曲線(xiàn)還可以計算出發(fā)動(dòng)機的轉矩儲備系數φtq、轉速儲備系數φn和適應性系數φntq
式中
Temax——外特性曲線(xiàn)上最大轉矩（N·m）；
Teb——標定工況轉矩（N·m）；
n1——標定轉速（r/min）；
n2——最大轉矩時(shí)轉速（r/min）。
φtq、φn和φntq表征了發(fā)動(dòng)機的短期超載能力。當汽車(chē)爬坡，如不換擋，發(fā)動(dòng)機轉速就會(huì )下降，從外特性曲線(xiàn)上看，發(fā)動(dòng)機轉矩會(huì )增加，以克服外界阻力。φtq、φn和φntq越大，不換擋克服外界阻力的能力就越強。
汽油機φtq、φn和φntq值較大，分別可達1.2～1.4、1.5～3.8和1.8～5.3；而柴油機（非增壓）外特性的轉矩曲線(xiàn)較為平坦，φtq、φn和φntq值較小，只有1.05、1.5～2.0和1.6～2.1，不能適應實(shí)際工作需要，所以柴油機都安裝有調速器來(lái)進(jìn)行校正。
發(fā)動(dòng)機的部分負荷速度特性曲線(xiàn)隨著(zhù)汽油機的節氣門(mén)開(kāi)度或柴油機的油量控制拉桿位置的減小，功率和轉矩曲線(xiàn)幾乎從外特性平行下移。 對汽油機，負荷越小，節氣門(mén)開(kāi)度越小，進(jìn)氣阻力越大，充氣效率下降，使其功率、轉矩下降越快，所以部分負荷速度特性曲線(xiàn)也變得越陡（圖11-7）。
3.3 發(fā)動(dòng)機的萬(wàn)有特性
負荷特性只能分析某一轉速下發(fā)動(dòng)機各性能參數隨負荷的變化，而速度特性只能分析在某一油量調節機構位置下的內燃機各性能參數隨轉速的變化。實(shí)際上內燃機的轉速、負荷均在很大范圍內變化，要分析各工況下發(fā)動(dòng)機的性能就需要許多張圖形，很不方便，亦不清晰。能在一張圖上表示發(fā)動(dòng)機各性能參數與轉速、負荷之間的相互關(guān)系就稱(chēng)為萬(wàn)有特性，也稱(chēng)為多參數特性，相應的曲線(xiàn)稱(chēng)為萬(wàn)有特性曲線(xiàn)。
萬(wàn)有特性曲線(xiàn)可以利用發(fā)動(dòng)機各種轉速下的負荷特性曲線(xiàn)來(lái)轉換作圖。圖11-8為YC6108ZQ四氣門(mén)柴油機萬(wàn)有特性曲線(xiàn)。圖中虛線(xiàn)為等功率曲線(xiàn)，位于上層的等功率曲線(xiàn)的功率大。實(shí)線(xiàn)為等油耗線(xiàn)，最內層的等油耗曲線(xiàn)耗油率最低，為最經(jīng)濟區，越往外層，經(jīng)濟性越差；若等油耗線(xiàn)呈橫向拉長(cháng)，說(shuō)明發(fā)動(dòng)機在轉速變化較大情況下工作，燃料消耗率變化小，較經(jīng)濟；若等油耗線(xiàn)呈縱向拉長(cháng)，說(shuō)明發(fā)動(dòng)機在負荷變化較大情況下工作，燃料消耗率變化小，較經(jīng)濟。不同用途的發(fā)動(dòng)機對萬(wàn)有特性曲線(xiàn)有不同的要求。
從圖中可以清楚看到發(fā)動(dòng)機在各種不同轉速和負荷下的動(dòng)力性和經(jīng)濟性，發(fā)動(dòng)機要想獲得最低燃料消耗，可以通過(guò)改變發(fā)動(dòng)機的轉速來(lái)調節。
3.4 調速特性
調速特性是指柴油機噴油泵調速手柄位置一定時(shí)，柴油機性能參數（轉矩、功率、轉速、燃油消耗率等）隨負荷而變化的關(guān)系。對應的曲線(xiàn)稱(chēng)為調速特性曲線(xiàn)。它被用來(lái)評價(jià)柴油機帶調速器以后的實(shí)際工作性能指標，還可以用來(lái)評價(jià)調速器的工作性能。
圖11-9所示為橫坐標是功率的調速特性曲線(xiàn)。根據分析需要，調速特性曲線(xiàn)也可以采用轉速和轉矩為橫坐標。
曲線(xiàn)分析可以看到，從標定轉速（曲線(xiàn)拐彎點(diǎn)）到最高空轉轉速這一段的曲線(xiàn)，發(fā)動(dòng)機負荷變化很大，但轉速變化很小，這是因為柴油機噴油泵調速器起調速作用的結果，隨著(zhù)負荷增大，自動(dòng)增加供油量，以維持轉速基本穩定，所以該段是調速器的調速區段。也有稱(chēng)特殊的負荷特性段，因為它很類(lèi)似于發(fā)動(dòng)機的負荷特性，只是發(fā)動(dòng)機轉速略有變化?？梢詮倪@一段曲線(xiàn)進(jìn)行經(jīng)濟性分析及調速器工作性能（如穩定調速率等）分析。
從標定工況到最大轉矩點(diǎn)的曲線(xiàn)，隨著(zhù)外界負荷增加，噴油泵調速器依靠校正功能而變動(dòng)供油拉桿，少量增加供油量，以滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機短時(shí)間超負荷的需要。所以該段是調速器的校正區段。也有稱(chēng)特殊的速度特性段，因為它很類(lèi)似于發(fā)動(dòng)機的速度特性，只是噴油泵供油拉桿略有移動(dòng)。
當發(fā)動(dòng)機轉矩達到最大，如再增加外界負荷，發(fā)動(dòng)機轉速便急劇下降，噴油泵供油拉桿已經(jīng)無(wú)法再移動(dòng)增加供油量，所以發(fā)動(dòng)機按速度特性曲線(xiàn)規律變化。隨負荷的增加發(fā)動(dòng)機轉速急劇下降，功率、轉矩下降，耗油率增大。
從調速特性曲線(xiàn)上可以方便地找到標定工況和任一工況下的轉速、功率、轉矩、燃油消耗率等各種動(dòng)力、經(jīng)濟性能指標之間的相互關(guān)系。用以比較不同柴油機的性能優(yōu)劣，指導人們正確地使用和維修柴油機。還可以計算柴油機的扭矩儲備，以判定發(fā)動(dòng)機的短時(shí)超負荷能力；計算出穩定調速率，以判斷調速器的工作性能。
4 發(fā)動(dòng)機性能指標的校正
4.1 性能指標校正的必要性
由于大氣狀態(tài)的不同，同一臺發(fā)動(dòng)機，在不同地區測得的性能指標就會(huì )產(chǎn)生差異。如天津測得某發(fā)動(dòng)機功率為68kW，油耗為321g/kW.h。而到拉薩測得的功率變?yōu)?2kW，下降了38％；油耗為429g/kW.h ，上升了34％。
大氣狀態(tài)（大氣壓力、溫度、相對濕度）變化，導致發(fā)動(dòng)機工質(zhì)產(chǎn)生變化。當大氣壓力下降、溫度升高或相對濕度增大，會(huì )導致空氣密度變小，使實(shí)際進(jìn)入氣缸的氧氣量減少，從而使發(fā)動(dòng)機功率下降，油耗升高。
試驗表明，在海拔150m以上地區，每升高300m，發(fā)動(dòng)機（非增壓）功率下降3.5%；當進(jìn)氣溫度在29.4℃以上，每增5.5℃，功率下降2%。
4.2 校正方法
根據GB/T 17692-1999規定，車(chē)用發(fā)動(dòng)機凈功率采用以下公式修正
P0=α×P
式中 P0——-校正功率（即標準大氣狀態(tài)下的功率）；
α——-校正系數（汽油機用αa，柴油機用αd）；
P——-實(shí)測功率（試驗功率）。
標準大氣狀態(tài)是指大氣溫度25℃、大氣壓100kPa、相對濕度60％。
對于汽油機，可用下式求得校正系數αa
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