发动机工况及用途分析

汽车是在负荷、速度及道路情况变化的条件下使用的。因此，发动机必须适应汽车的需要，在负荷和转速经常变化下工作。发动机的运行情况（简称工况）是以其发出的功率Pe和转速n来表示的，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。发动机在一定转速下按一定功率稳定工作的条件是发动机发出的转矩与工作机械消耗的转矩相等。

如图4.1所示，TR曲线为工作机械所消耗转矩随转速的变化，Ttq曲线是在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Ttq、TR曲线相交的A点，即转矩TtqA=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。例如，当工作机械阻力矩增加（如图中T′R曲线）时，若发动机油量控制机构不变，则其转速将降低，直至Ttq与T′R曲线相交的B点，即转矩TtqB=TRB，转速为nB时才达到新的平衡，发动机再次稳定工作。可见，由于稳定工作必须满足转矩相等的条件，工作机械阻力矩或转速变化就引起与发动机配合的运行工况发生变化，因而发动机工况变化规律与所带动机械的工作情况有关。

根据发动机的用途，其工况大致可分为以下几类。

1.恒速工况

恒速工况是指发动机转速近似保持不变而功率随负荷变化，又称为线工况，如图4.2所示（曲线1）。例如，带动发电机工作时，为保证频率的稳定性，要求发动机转速基本不变，功率则随电机负荷大小可由零变到最大。

图4.1　发动机和从动机配合工作

图4.2　发动机的各种工况

2.螺旋桨工况(www.xing528.com)

发动机功率与转速成一定函数关系，常见的为接近三次幂函数关系Pe=Kn3，K为比例常数，如图4.2所示（曲线2）。

3.面工况

驱动汽车在陆地上运输时，发动机功率和转速都独立地在很大范围内变化，它们之间没有特定的关系。其运行情况是：转速决定于行车速度，可以从最低稳定转速一直变到最高转速。转速取决于行驶阻力，在同一转速下可由零变到全负荷。当需要发动机制动时，如汽车下长坡时，发动机由底盘倒拖而做负功，运行工况如图4.2所示（阴影面）。阴影面的上限曲线3是发动机在各种转速下所能发出的最大功率，左面对应最低稳定转速nmin，右面对应最大许用转速nmax，下面是在制动时倒拖发动机所需功率。

4.点工况

发动机的转速及功率均近似不变，如发动机作为排灌动力。至于汽车用发动机功率和转速的具体变化情况，则因汽车种类和使用条件而异。一般来说，汽车在平坦路面上，尤其在城市公路上行驶时，起动和制动频繁，发动机经常在部分负荷的中、低速和怠速情况下工作，而很少在满负荷下以最高车速行驶，因此发动机仅偶尔以最大功率工作。长途运输车高负荷、高速行驶情况较多，例如车辆在高速公路上行驶，长时间高速连续行驶的情况就大大增加了。

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）也随之而变化，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。