内燃机特性characteristics of internal combustion engine

内燃机主要性能参数在一定条件下随工况或调节参数改变而变化的规律。常以曲线表示，称为特性曲线。它是了解内燃机性能情况的重要依据，可据此对内燃机选定合理的工作区域和调整数据，以充分发挥其效能。特性曲线通过台架试验测得。
内燃机的工况按使用条件大致可分为三类：❶转速近似于不变，但功率是变化的。例如内燃机与水泵、植保机械、发电机和压气机配套工作时，即属此类(图1中直线1)。若功率亦不变，则内燃机在固定工况下工作，如大型泵站(图1中A点)。
❷功率与转速之间有一定依赖关系。例如内燃机作为船用主机，通过齿轮箱或直接与螺旋桨连接时，内燃机发出的功率总是与螺旋桨吸收的功率相对应，因此功率与转速的变化规律必然与螺旋桨的特性曲线相似(图1中曲线2)。
❸功率和转速分别在很大的范围内变化。例如配拖拉机、联合收割机、汽车用的内燃机，其功率Ne和转速n由使用情况而定，可以在图1中最低工作稳定转速nmin、最大许用转速n_max以及最大功率曲线3所包围的范围内任何一种工况下工作。农用内燃机的使用工况主要是第一类和第三类。

图1 内燃机各种工况

速度特性 燃料调节机构位置不变时，内燃机主要性能参数随转速改变而变化的规律。试验时，柴油机应将喷油泵调节齿杆的位置保持不变，汽油机应将化油器节气门的位置保持不变，对于带有调速器的内燃机，应使调速器不起作用。然后调节负荷，在不同转速下分别测定内燃机的主要性能指标，据此绘出速度特性曲线。对应于燃料调节机构的每一位置都有一速度特性曲线。当燃料调节机构固定在全负荷位置时，测得的速度特性曲线称为全负荷速度特性曲线，又称外特性曲线(图2)；当燃料调节机构固定在部分负荷各位置时，测得的速度特性曲线称为部分负荷速度特性曲线。外特性表征了内燃机在不同转速下所能产生的最大扭矩和最大功率。内燃机产品铭牌上标明的功率、扭矩及其相应的转速，都是以外特性为依据的。外特性曲线的典型形状应是：最大功率时的转速高于最低燃油消耗率时的转速，这可使变速变负荷内燃机的运行有较好的燃油消耗；最大扭矩时的转速应低于最大功率时的转速，这一特点在实际使用中有很大意义。因为内燃机在最大功率工况工作时，如遇到负荷突然增加，则转速便会下降，若此时扭矩恰恰有所增加，就有助于克服阻力，使内燃机始终处于稳定工作状态，从而避免熄火。

图2 外特性曲线

tr排气温度；M扭矩；R烟度；gc燃油消耗率；n_b标定转速；M_emax.最大扭矩； M_eb标定工况扭矩

内燃机的使用转速应在最大许用转速n_max与最低工作稳定转速nmin之间。当工作转速超过nmax时，内燃机的经济性、动力性及可靠性等指标将恶化；当工作转速低于nmin时，内燃机将不能稳定工作。通常用适应性系数表示内燃机对外界阻力变化的适应能力，它是扭矩适应性系数和转速适应性系数之积。前者又称扭矩储备系数，其大小为μm=Memax/Meb(式中Me_max为最大扭矩，Me_b为标定工况扭矩); 后者又称转速储备系数，其大小为μ_n＝nb/nMma_x(式中n_b为标定转速，nMma_x为最大扭矩转速)。这些参数对汽车、拖拉机、工程机械用的内燃机具有重要意义。汽油机的扭矩储备系数为1.10～1.30，而柴油机的为1.05～1.10。因此柴油机常采用供油量校正器，使循环供油量随着转速的降低而增加，从而使扭矩储备系数提高到1.10～1.25，甚至更高。拖拉机用柴油机的转速储备系数为1.25～1.40；车用汽油机则为1.15～3.80。
负荷特性 在转速不变时，内燃机主要性能参数随负荷改变而变化的规律。试验时，在不同负荷条件下，改变燃料调节机构的位置，使内燃机的功率与负荷相平衡，以此保持转速不变。在不同转速下会有不同的负荷特性，通常只测定标定转速下的负荷特性(图3)。内燃机的负荷特性表示出不同负荷下的经济性(通常以单位功率每小时所耗的燃油量表示，称为燃油消耗率。内燃机每小时消耗的燃油量则称为燃油消耗量G_f)，在空载（怠速）时，燃油消耗率ge=∞，随着负荷增大，ge逐渐降低；当负荷增大到一定程度时，ge达到最小值。进一步增加负荷时，由于燃烧条件逐渐变差，ge值亦逐渐上升。如果继续增加供油量，即使功率可能有所增加，但因燃烧不完全，排气开始冒烟。对于固定式内燃机，在标定转速下测定负荷特性，即可评定不同负荷下的经济性；对于非固定转速工作的内燃机，则需要测定不同转速下的负荷特性，才能全面评定各种转速和负荷时的经济性。负荷特性曲线上最低点的燃油消耗率gemin越低，最低点附近的曲线越平坦，则内燃机的工作经济性越好。

图3 负荷特性曲线

调速特性 在调速器控制下，内燃机主要性能参数随负荷改变而变化的规律。试验时，调速器手柄固定在某一工况位置，卸去负荷至空车转速，然后逐渐增加负荷，恢复至原来工况，其间由调速器自动控制供油量或可燃混合气量。由于调速器在起作用，所以转速的变化范围很小(图4)。内燃机的转速稳定，使得被驱动的机械也能稳定地运转，这对于拖拉机在田间作业或内燃机发电机组来说，十分重要。

图4 调速特性曲线

万有特性 以内燃机的转速为横坐标，平均有效压力Pe或扭矩Me为纵坐标，画出等功率、等燃油消耗率、等排气温度等曲线，必要时还画出速度特性、调速特性等曲线，这种表示内燃机各主要性能参数之间相互关系的综合性曲线称为万有特性曲线(图5)。为绘制等燃油消耗率曲线，需要测量几种不同转速下的负

图5 万有特性曲线

荷特性。等燃油消耗率曲线呈近似同心的曲线族，当中是最经济区域。该处燃油消耗率最低，越向外，经济性越差。最经济区域的位置和形状，对内燃机使用性能有重要影响。所以按万有特性可确定内燃机的最佳使用工况。
调节特性 内燃机主要性能参数随某些可以调节的参数改变而变化的规律。试验时，通常只改变一个调节参数，内燃机的工况及热力状态应尽量保持不变，通过测定主要性能参数绘制出相应的调节特性曲线。一般说来，汽油机、煤气机需按混合气浓度或点火提前角进行调节，柴油机需按喷油提前角进行调节。根据试验结果确定最佳的调节参数值。内燃机工作时，其经济性和动力性与某些部件的调节有关，所以调节特性试验一般安排在测定前面所述各种工作特性之前进行。

内燃机特性characteristics of internal combustion engine

内燃机有效功率、扭矩、平均有效压力、比油耗等性能指标随工况的变化关系。以曲线形式表示。这些参数随工况变化的规律，称为内燃机的特性曲线。根据特性曲线，可以评价内燃机在不同工况下的动力性和经济性、分析影响特性的因素和寻找改进内燃机特性的途径，对产品调整、改进和合理使用有重要意义。主要的特性有负荷特性、速度特性、万有特性和调速特性。