一 发动机工况
    发动机的运行情况(简称工况)是以其发出的功率PB和转速n来表示。此功率、转速应该与发动机所带动的工作机械要求的功率、转速相适应。只有当发动机发出的转矩与工作机械消耗的转矩相等时，两者才能在一定转速下按一定功率稳定工作。如图所示，TR曲线为工作机械所消耗转矩随转速的变化，Ttp曲线是发动机油量控制机构一定时，转矩随转速的变化，此时发动机只能在TR, Ttp曲线相交的A点，即转矩TtpA=TRA，转速为nA的工况下稳定工作。当然，工作机械阻力矩和转速是会变化的，其变化规律取决于不同用途。
发动机和从动机配合工 发动机的各种工况
    根据内燃机的用途，其使用条件大致可分为以下三类：
    (1)恒速工况:发动机转速近似保持不变，而功率改变。
    (2)流体阻力工况:发动机功率与转速成一定函数关系，常见为接近三次幂函数关系, K为比例常数。
    (3)陆上运输工况:驱动汽车等陆上运输车辆时，都属于此类。
    二 发动机工况特点
    当发动机工况(即功率和转速)为适应需要而变化时，其性能(包括动力性、经济性、排放性、噪声、烟度等)也随之而变，因此，评价和选用发动机时就必须考察它在各种工况下的性能，才能全面判断它能否满足要求，对于工况在很大范围内变化的车用发动机尤其是这样。
    1．发动机性能指标
    1）调整特性
    发动机性能指标随调整情况及运转工况而变化的关系称为发动机特性，其中随调整情况而变化的又称调整特性
    (1) 柴油机供油提前角特性
    (2) 汽油机点火提前角特性
    (3) 化油器调整特性
    2）性能特性
    性能指标随运行工况而变化的又称性能特性。特性用曲线表示称为特性曲线，它是评价发动机性能的一种简单、方便、必不可少的形式
    2．发动起输出的有效指标
    1) 平均有效压力PmB
    2) 有效转矩Ttp
    3) 有效功率PB
    4) 有效燃料消耗率bB
    5) 每小时耗油量B
    3．过程参数的推导
    1) 每循环加热量
    式中— 充气效率；— 大气状态下空气密度(kg/m3)；— 工作容积(m3)；— 过量空气系数；— 燃料低热值；—理论空气量(kg/kg)。
    2) 平均有效压力PmB(kPa)
    根据平均有效压力定义：
    式中— 每循环有效功(KJ)；— 有效热效率。
    式中— 指示热效率；— 机械效率。
    式中—比例常数。
    上述公式将发动机重要性能指标与工作过程主要参数联系起来。
    三 发动机负荷特性
    负荷特性是指发动机转速不变，其经济性指标随负荷而变化的关系，以曲线表示，则称为负荷特性曲线，当汽车以一定的速度沿阻力变化的道路行驶时，就是这种情况。此时必须改变发动机油门来调整有效转矩，以适应外界阻力矩的变化，保持发动机转速不变。
    1．汽油机的负荷特性
    当汽油机保持某一转速不变，而逐渐改变节气门开度(同时调节测功器负荷，如改变水力测功器水量，以保持转速不变)，每小时耗油量B和耗油率bB随功率PB(或转矩Ttp，平均有效压力PmB)变化的关系称为汽油机负荷特性。
    (1)曲线：
    负荷节气门开度曲线陡
    负荷为发出最大功率<1，燃烧不完全
    (2) 每小时燃油消耗量B曲线：
    负荷 B
    负荷，开度70～80%时化油器中省油器（或多腔分动化油器的副腔）开始起作用, 使混合气变浓, a = 0.8～0.9B
    2．柴油机的负荷特性
    当柴油机保持某一转速不变，而移动喷油泵齿条或拉杆位置，改变每循环供油量 时，B、 随(或Ttq、PmB)变化的关系即柴油机负荷特性。
    、 曲线
    负荷燃烧完全程度
    负荷基本不变
    曲线：
    负荷
    负荷燃烧恶化
    负荷黑烟、积碳，发动机过热，故障，寿命
6153Q柴油机负荷特性
    曲线的特征点：
    1 — 2 — 排黑烟，冒烟界限点 3 —
    过3点B，
    标定功率的选择：
    车用柴油机 — 定在冒烟界限处，即2点。
    拖拉机柴油机 — 定在冒烟界限2点以内。
    3. 汽油机、柴油机负荷特性曲线的区别
    1) 柴油机负荷特性曲线比较平坦，经济性好于汽油机；
    2) 柴油机最低耗油率也低于汽油机。
    这些区别表明柴油机在全负荷和较宽广的负荷变化范围内经济性好于汽油机。
    四 发动机的速度特性
    发动机性能指标随转速变化的关系称为速度特性。若驾驶员将油门踏板位置保持一定，由于道路阻力不同，汽车行驶速度也会改变，上坡时汽车速度逐渐降低，下坡时速度增加，这时发动机即沿速度特性工作。
    1.汽油机的速度特性
    汽油机节气门（油门）开度固定不动，其有效功率 、扭矩 、耗油率 、每小时耗油量B等随转速变化的关系称为汽油机的速度特性。
    节气门全开时测得的速度特性称为外特性。节气门部分开启是所测得的速度特性称为部分速度特性。
    1）外特性曲线
    根据以上四个公式可得到节气门全开时转矩、功率、油耗随工作过程主要参数的变化关系。下图就是汽油机外特性曲线。
    汽油机外特性是在节气门全开时测得，曲线上每一点表示它在此转速下的最大功率及转矩值，所以代表发动机最高动力性能，所有汽油机均须作外特性曲线。
    外特性因试验条件不同而有两种：(1)发动机仅带维持运转所必需的附件时所输出的校正有效功率称总功率。(2)试验时发动机带全套附件时所输出的校正有效功率称净功率或使用外特性。
    曲线：
    （不多）
    对于气流惯性节流损失
    对于 气流运动混合气形成改善；
                燃烧时间，燃烧恶化
    对于
    低速时变化不大，略有升高；
    高速时
    曲线：
    如上图，转速变化高于的变化，所以有效功率一般始终随转速的增加而增加，只有到很高转速时，稍有下降。
    曲线：
    低速时：，且（不大）
    高速时：
    B曲线：
    低速时：，（不大）
    高速时：
    外特性的意义
    (1) 后备功率
    后备功率大，爬坡、急速性好。但后备功率过大，则常用工况在低负荷区域，经济性差。
    (2) 最大 时的n
    最大时的n越低，克服外界阻力能力越强。
    2) 部分负荷速度曲线
    汽车大部分时间是在部分负荷下工作，随着节气门关小，节流损失增大，进气终了的压力Pa下降，从而引起 下降；随着转速提高，下降的速度更快。因此，节气门开度愈小，转矩随转速增加而下降得愈快，最大转矩点及最大功率点均向低转速方向移动。
    2.柴油机速度特性曲线
    喷油泵的油量调节机构(油门拉杆或齿条)位置固定不动，柴油机性能指标(主要是)随转速n变化的关系称为柴油机速度特性。
    1) 额定功率速度特性曲线
    当油量调节机构固定在标定(或称额定)功率循环供油量位置时，测得的速度特性为标定功率速度特性，习惯上亦称外特性。
    国家规定车用柴油机, 除作外特性外, 还应作标定功率的90%, 75%, 50%, 25%的部分速度特性实验。一般柴油机只作外特性就可以了。
    在柴油机中，每循环充气量的大小(即的大小)只不过提供产生多大转矩的可能,在各种转速下究竟能发出多大转矩，主要取决于每循环供油量 的多少。因此，柴油机转矩曲线的变化趋势，很大程度上决定于每循环供油量随转速变化的情况。
    可以改写为
    变化情况如下图：
    曲线：
    对于
    对于 （油泵速度特性）
    对于
    对于 燃烧时间
    对于
    对于 ： 、 、 不如 快，所以曲线相对平缓
    曲线：
    曲线平缓，
    曲线：
    低速时：（不大）
    高速时：
    B曲线：
    低速时：B
    高速时：
    2) 部分速度特性曲线
    随着油量调节机构固定位置的减小，循环供油量减小，但随n的变化趋势基本相似，亦是随n的增加而上，所以柴油机部分特性的变化基本与外特性上平行，即随转速变化不大。
6135型柴油机部分速度特性
    五 发动机转矩特性
    汽车拖拉机经常会遇到像爬坡这样阻力突然增大的情况，为减少换档次数，要求发动机的转矩随转速的降低而增加。例如．当汽车上坡时，若油量调节拉杆已达最大位置，但所发出的转矩仍感不足，车速就要降低，此时需要发动机随车速降低而能发出更大转矩、以克服爬坡阻力。拖拉机负荷变化更大，任何土壤表面的起伏以及土壤组织的不均，都可能引起短期超负荷的情况。因此，要求发动机转矩有适应这种变化的能力。
    1）扭矩储备系数
    式中 — 外特性曲线上的最大扭矩(N·m);
    — 标定工况(或最大功率)时的扭矩(N·m);
    或K值大，随着转速的降低，转矩增加较快，从而在不换档的情况下，爬坡能力、克服短期超载能力强。
    2）转速储备系数
    标定工况(或最大功率)时的转速n1与最大转矩时的转速n2之比称转速储备系数。它的大小也影响到克服阻力的潜力。转速储备系数越大，发动机克服阻力的潜力越强，可以减少换挡。
    转速储备系数
    汽油机： 1.15～2.0
    柴油机： 1.5～2.0
    3）柴油机的转矩校正
    为了防止柴油机的负荷超过冒烟限值，在喷油泵的油量调节机构上均有触止装置，限制每循环的最大供油量。这个最大供油量的调整，必须在最大工作转速工况下进行。如下图的A点，以避免在其它转速下超过冒烟界限供油量。冒烟界限时随n变化的关系如图的曲线1，它相当于不同转速下的负荷特性上冒烟界限的连线，其变化趋势与随n的变化近似(每一点大致相同)。
油量校正装置对循环供油量 的影响
1 — 冒烟极限 2 — 未校正的标定功率供油量曲线
3 — 用弹簧校正器的供油量曲线 4 — 带阀式校正器的供油量曲线
    曲线2是未经校正的标定功率供油量曲线。可以看出，由于油泵速度特性的影响，曲线2在转速降低时空气得不到充分利用，使按充气量来计算可能发出的转矩没能发挥出来，而且它的变化趋势也不适应汽车拖拉机对转矩储备的要求。上述问题的产生是由油泵速度特性造成的，因此，柴油机中部采用油量校正装置来改造外特性转矩曲线。
    油量校正装置的作用是：
    当发动机在标定工况下工作时，如果转速因外界阻力矩不断增加而下降，则喷油泵能自动增加循环供油量，以增大低速时的转矩，提高转矩储备系数。
    有两种校正方法：
    (1)出油阀式校正机构。
    (2)附加在调速器上的弹簧校正机构。
    六 发动的烟度特性
    烟度标准取决于视觉允许的排烟界限，这个界限是人为的，各国根据自己的交通情况、柴油机制造水平、环境保护政策等许多因素综合考虑确定。烟度标准与它的测量方法紧密联系。
    不同测量方法的主要区别在于：
    (1) 采用何种测量仪器；
    (2) 测量时柴油机处于何种工况。
    1．测量仪器
    测量仪器分两种：透光式烟度计; 滤纸式烟度计
    1) 透光式烟度计
    在一定长度烟路A的一端装有固定发射光源的灯泡5，光源通过透镜变成一道平行光线。烟路另一端装一个硒光电池1作为光电传感器，当烟路中烟的浓度不同时，光线通过它后,明暗程度也不相同，光电传感器感应出的电流也不同。此电流经电路放大，传至相应刻度的表头或数字显示器。当烟路内通过清洁的空气时，表头刻度为0，全黑时为100，中间各值作均匀分度或对数分度。透光式烟度计可以记录烟度瞬时值，适合测定变工况时的排烟浓度，但由于排气中油雾及水气同样对通过的光线有吸收作用，故测量结果有时不稳定，也不能将黑、白、蓝烟区别开，另外，其结构、操作较复杂，造价较高。透光式烟度计已被国际标准定为标准烟度计。
    2) 滤纸式烟度计(Bosch烟度计)
    从柴油机排气管中抽出一定容量的废气，使之通过一张白色滤纸，废气中的碳烟存留在滤纸上．将滤纸染黑；然后用光电仪测定滤纸的染黑度即代表排气烟度。滤纸染黑度由0～10R(波许)表示，规定白色滤纸的R值为0，全黑滤纸的R值为10。从0～10之间均匀分度。滤纸性能和取样容积是影响测量值的主要因素.这种烟度计最好只用来测量稳定工况的烟度值，对变工况很容易产生误差，因此要严格控制取样时间。但它操作方便．成本低廉，测量结果重复性好。
    2．试验方法
    1) 全负荷烟度测量方法
    它规定柴油机在全负荷稳定运转时，自最低转速至额定转速之间，选取6～7个转速进行烟度测量。其中包括最大转矩转速和最大功率转速，最低转速是指45％额定转速或1000r／min中较高的一个，这样可得一条烟度曲线，如图所示。
    2) 自由加速烟度测量方法
    发动机处于怠速工况(离合器处于接合位置、油门踏板位于松开位置；装机械式或半自动变速器时，选择器在停车或空挡位置)，将油门踏板迅速踏到底，维持数秒钟后松开。由油门开始动作时测烟度，测量整个加速过程中所产生的黑烟 。
    它是为了补充前法所不能包括的外特性上1000r/min以下工况的烟度以及加速时齿条过量运动时的烟度，是衡量烟度的一个极端情况，只适用于工况复杂的柴油机汽车。
    七 发动机调整特性
    1．柴油机装置调速器的必要性
    对柴油机来说．超速很危险，因转矩曲线平坦，使转速大幅度上升，循环供油量又随转速增高而加大，混合气变浓，工作过程恶化，排气冒黑烟，零件过热，同时由于运动机件较重，超速时产生很大的惯性力，可能引起零件损坏。因此，柴油机上必须有防止超速的装置。
    2. 调速器
    为了怠速稳定和高速不飞车，在柴油机上必须装置调速器。调速器可以根据外界负荷的变化，自动调节喷油泵供油量，使柴油机转速保持在极小的变化范围内稳定工作，调速器分为全程式和两极式两种。
    1) 全程调速器
    由于调速器的作用而使柴油机的转矩曲线得到改造，在调速手柄确定的某一转速范围内，可由最大到零或由零变到最大，转速却变化很小，从而保证了柴油机工作稳定。这种调速器从怠速到最大工作转速都起作用，故称为全程式调速器。
1-调速手柄 2-调速弹簧 3-固定螺母 4-油量调节拉杆 5-推力盘 6-托板
7-油量调节螺钉 8-怠速螺钉 9-限速螺钉
全程是调速器结构示意图
全程式调速器调整特性
    全程式调速器工作原理：
    驾驶员通过调速手柄可改变弹簧预紧力，对于不同的预紧力，与之平衡的离心力也不同，则调速器起作用的转速不同，预紧力小，克服弹簧力所需离心力小，调速器起作用的转速便低。因此，驾驶员只要根据工作需要改变调速手柄的位置，就可得到不同转速下的调速特性。调速飞球在推力盘上的导向槽中滚动，两球始终相触，右边推力盘没有左右向移动，只有转动。共有12个飞球，一边6个，一共3付。
    当发动机在某一转速 n下运行时, 飞球受离心力作用，对推力盘有一正压力，水平方向分力与弹簧力相平衡，油门拉杆固定在推力盘5上，转速就稳定在这种状态下。
    当外界负荷降低，n随之下降，小球受离心力作用加大，对推力盘的正压力加大，使推力盘5带动油门拉杆向左移动，从而使供油量减少，转速就稳定在这一新的状态下。
    反之，负荷升高，n下降，供油量升高，也可以稳定在一个转速。
    调速手柄1调整弹簧2的预紧力从而引起弹簧力平衡点变化，使调速器起作用的转速值改变。一定的预紧力对应于一定的转速范围。因此，在整个发动机工作范围内，均可调整转矩特性。调速手柄受到怠速螺钉8和限速螺钉9的限制, 也就限制了柴油机的最高和最低稳定转速。
    2) 两极调速器
    两极调速器是只在最低转速和最高转速时调速器起作用，以防止柴油机怠速不稳或飞车。调速器在中间转速不起作用，由驾驶员根据需要直接操纵油量调节机构。这种调速器是专为汽车而用，
    两极调速器工作原理
    飞锤的径向移动通过弯臂杠杆1、2、3传递到驱动油量调节的杠杆4、5、6上，5点的位置随驾驶控制装置而变。调速器工作时，飞块得离心力可分别与两组预压弹簧S1，S2的作用力平衡。低速工作时，飞锤顶住软的外弹簧S1，调速器起作用，控制最低转速；在最低转速和最高转速之间，由于硬弹簧S2的阻止作用，飞锤进一步移动受到限制，这时柴油机转速由驾驶员之间控制；只有转速达到最大工作转速时，飞锤才产生足够的离心力开始压缩内弹簧S2，带动油量调节拉杆6，减小油量，调速器再次起作用，控制最高转速。
    3.调速器的工作指标
    1) 调速率
    (1) 稳定调速率
    式中n1 — 突变负荷前柴油机的转速(r/mi);
    n3— 突变负荷时柴油机的稳定转速(r/min);
    n标定— 柴油机的标定转速(r/min).
    稳定调速率表明柴油机实际运转时的转速波动相对于全负荷转速的变化范围。如果稳定调速率太大，不仅对工作机械的稳定工作不利，而且对于空转时柴油机零件的磨损也是有害的。
    (2) 瞬时调速率
    式中n1— 突变负荷前柴油机的转速(r/min);
    n2— 突变负荷时柴油机的最大（或最小）瞬时转速(r/min);
    n标定— 柴油机的标定转速(r/min).
    2) 不灵敏度
    调速器工作时，调速系统中有摩擦存在，需要有一定的力来克服摩擦，才能移动调整油量机构。不论柴油机转速增大或减小，调速器都不会立即得到反应以改变供油量，因为机构中的摩擦力阻止着推力盘的运动。例如，发动机转速为2000r／min时，调速器可能对转速n1＝1970r/min到n2＝2030r/min范围内的变动都不起反应，这样两个起作用的极限转速之差对发动机平均转速之比就称为调速器的不灵敏度。
    式中n2— 当柴油机负荷减小时，调速器开始起作用的曲轴转速(r/min);
    n1— 当柴油机负荷增大时，调速器开始起作用的曲轴转速(r/min);
    n— 柴油机的平均转速(r/min)。
    另一种表示
    式中 — 调速器起作用时，作用在推力盘上的推动力；
    — 调速器推力盘移动时所受的摩擦力。
    八 发动机万有特性
    为了能在一张图上较全面的表示发动机的性能，经常应用多参数的特性曲线称为万有特性。应用最广的万有特性是以转速为横坐标，以平均有效压力（或扭矩）为纵坐标，在图上画出许多等耗油率曲线，根据需要还可以画出等过量空气系数曲线、等进气管真空度曲线、冒烟极限等。
    等耗油率曲线可以根据各种转速下的负荷特性曲线用作图法得到。见下图。
    1. 将不同转速的负荷特性以为横坐标， 为纵坐标，用同一比例尺画在一张坐标图上。
    2. 在万有特性图的横坐标轴上，一定比例标出转速数值。纵坐标的比例应与负荷特性的比例相同。
    3. 将负荷特性图横放在万有特性图左方，并将负荷特性曲线上耗油率相等的各点移至万有特性图中，标上记号，再将值相等的各点连成光滑曲线，即等耗油率线。各条等耗油率是不能相交的。
    4. 等功率曲线根据公式作出，在中，它是一组双曲线。将外特性（或标定功率速度特性）中的（或）曲线画在万有特性图上，构成上边界曲线。
    要想获得光滑的万有特性曲线图，必须在测录各种转速的负荷特性中，保持发动机水温和全损耗系统用油的温度稳定，大气条件尽可能接近。