发动机工况

7.1　发动机工况

发动机实际运行的工作状况，简称发动机工况。表征发动机工况的参数有表示工作频率的转速n以及表示工作负荷的转矩T _tq、功率P _e等。由于T _tq与发动机的平均有效压力p _me成正比，所以也经常用p _me表示内燃机的负荷(p _me与内燃机的尺寸无关，便于比较不同内燃机真正的负荷水平)。这些工况参数之间有下列关系:

可见，在P_e、T _tq、(p_me)和n三个工况参数中，只有两个是独立的，即当其中两个参数确定时，第三个参数即可求出，发动机的工况也就确定了。于是通常用平面直角坐标系的两个坐标轴分别代表两个工况参数，坐标平面上的一个点便能代表发动机的一个工况，而发动机的一个工况也能在坐标平面内找到一个相应的点，这为讨论发动机的特性带来很大的方便。

发动机在运转中，经常变负荷、变转速工作，其变化的规律取决于发动机的用途。如图7－1所示，发动机在正常工作时，将在一定的转速范围即在最低稳定工作转速n _min(左侧边界线)与最高工作转速n _min(右侧边界线)之间运行;在某一转速下，有效功率或转矩可以由零变到可能发出的最大值(上边界线3)，因此发动机的工况范围是3条边界线加上横坐标轴所围成的区域。根据发动机用途的不同，其典型的工况一般可分为3类。

图7－1　发动机各种工况和工作范围

第一类:恒速工况。发动机转速近似保持不变，而发出的功率改变。例如，发动机带动发电机、水泵等机械工作时，为保证频率的稳定性，要求发动机转速基本不变，功率则随负荷由零变化到最大许可值。如图7－1曲线1所示。

第二类:流体阻力工况(螺旋桨工况)。发动机在运行中所发出的功率和转速成一定函数关系，常见的为接近三次函数关系，即P _e≈K n³，K为比例常数。带动螺旋桨工作的船用主机即属此类，故又称螺旋桨工况。如图7－1中曲线2所示。

第三类:面工况。发动机功率与转速在很大范围内各自独立地变化，两者之间没有特定的关系。车用发动机即属此类工况。其运行情况是:发动机的转速取决于行车速度，可以从最低稳定转速一直变到最高转速。转矩取决于行驶阻力，在同一转速下，可由零变到全负荷。当汽车下长坡需采用发动机制动时，发动机由汽车传动装置倒拖而做负功。上述运行工况如图7－1中曲线3下面的阴影面积所示，称为面工况。

上述发动机性能参数随工况的变化规律是在稳定工况下得到的。所谓稳定工况是指发动机性能参数在该工况下不随时间而变。发动机在实际工作中，由于自身或作业对象的工作条件发生短暂变化，稳定工况有可能受到破坏。

发动机不借助控制机构恢复平衡工况的能力称为稳定性，它取决于发动机自身的特性和耗能装置的特性以及两者之间的相互关系。