第七章发动机特性汇总
《发动机的特性》课件
从根本上解决发动机的排放问题。
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燃油消耗率
表示发动机每千瓦时消耗的燃油量， 单位为克每千瓦时（g/kW·h）。燃油 消耗率越低，发动机的经济性越好， 车辆的油耗越低。
排放性能
机油消耗率
表示发动机每千瓦时消耗的机油量， 单位为毫升每千瓦时（ml/kW·h）。 机油消耗率越低，发动机的润滑效果 越好，磨损越小。
表示发动机排放废气的质量，单位为 克每千瓦时（g/kW·h）。排放性能越 低，发动机对环境的影响越小。
通过精确控制燃油喷射和点火时刻，降低燃油消耗和减少有害物质 生成。
发动机燃烧优化技术
通过优化发动机的燃烧过程，提高燃油利用率，减少有害物质生成 。
排放法规与标准
欧共体法规
对汽车尾气排放设定了严 格的限制，要求汽车制造 商必须遵守。
美国环保局标准
对在美国销售的汽车尾气 排放设定了限制，要求汽 车制造商必须遵守。
02 发动机的工作原理
四冲程内燃机工作原理
吸气冲程
进气门打开，活塞向下 移动，吸入空气和燃料
混合物。
压缩冲程
进气门和排气门关闭， 活塞向上移动，压缩空
气和燃料混合物。做Fra bibliotek冲程火花塞点燃压缩混合物 ，产生高温高压气体，
推动活塞向下移动。
排气冲程
排气门打开，活塞向上 移动，排除燃烧后的废
气。
外燃机工作原理
燃油经济性
在一定转速和功率下，发动机每单位功率的 燃油消耗量。
燃油消耗率曲线形状
反映了发动机在不同转速和功率下的燃油经 济性表现。
最低燃油消耗率转速
对应于燃油消耗率曲线的最低点，是发动机 最省油的转速。
扭矩曲线
内燃机原理名词解释
内燃机原理名词解释上/下止点：活塞顶离曲轴中心最远/近处压缩比：气缸总容积与燃烧室容积之比发动机排量：发动机所有气缸工作容积的总和四冲程发动机：曲轴旋转两周，活塞上下止点间往返四次完成一个工作循环爆燃：由于压缩比过高导致压缩终了时气体的温度、压力过高，在火花塞点火之后燃烧室内离点燃中心较远处的末端可燃混合气自燃，而引起不正常燃烧的现象；表面点火：在火花塞点火之前，燃烧室内灼热表面点燃可燃混合气而引起的另一种不正常燃烧的现象；发动机负荷：发动机在某一转速下输出的实际功率与同一转速下能输出的最大功率之比；发动机速度特性：发动机的有效转矩、有效功率、有效燃油消耗率随发动机转速的变化关系；发动机热效率：发动机的有效功率与燃料燃烧释放热量之比；充气系数：在进气行程中，实际进入气缸内的新鲜气体质量与在标准大气压状态下充满气缸的新鲜气体质量之比；过量空气系数：燃烧过程中实际供给的空气质量与理论上完全燃烧时所需要的空气质量之比点火提前角：火花塞点火时与活塞位于压缩上止点时分别的曲轴曲拐位置之间的夹角；第一章循环热效率：工质做循环功与循环加热量之比，用以评定循环经济性；循环平均压力：单位气缸容积所做的循环功；泵气损失：工质流动时，需要克服进、排气阻力而消耗的功；●指示指标(i)：以工质对活塞所做之功为计算基础的指标；指示功：气缸完成一个工作循环所得到的有用功；平均指示压力：单位气缸容积一个循环所做的指示功；指示功率：单位时间内做的指示功指示热效率：发动机实际循环指示功与所消耗的燃料热值的比值指示燃油消耗率：单位指示功的耗油量●有效指标(e)：以曲轴输出功为计算基础的指标有效功、有效功率、有效转矩、平均有效压力●经济指标：有效热效率-----实际循环的有效功与得到此有效功所消耗的热量的比值；有效燃油消耗率-----发动机每输出1kw.h的有效功所消耗的燃油量；●强化指标(me)：声功率-----发动机每升工作容积所发出的有效功率；比质量-----发动机的质量与所给出的标定功率之比；强化系数-----平均有效压力与活塞平均速度的乘积，与活塞单位面积的功率成正比机械效率：有效效率和指示效率的比值；第二章排气损失：从排气门打开起，直到进气过程开始、缸内压力达到大气压力之前，所损失的循环功；充量系数：每缸每循环实际吸入新鲜空气的质量与进气状态下理论计算充满气缸工作容积的空气质量的比值；进气状态：指空气滤清器后进气管内的气体状态，即进入气缸前气体的热力学状态，如温度与压力等。
摩托车发动机的特性.
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二、制动测功装置—测功器
1.水力测功器
2018/9/3
摩托车发动机原理
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2.平衡式电力测功器
3.电涡流测功器
2018/9/3
摩托车发动机原理
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三、耗油率的测量
1.容积法
充油
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测量
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测量消耗容积v的燃油所用时间t
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摩托车发动机原理
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燃油消耗量按下式计算 小时耗油量 耗油率 B v f be 1000 B 3.6 Pe t 式中 V—球泡容积（mL）； Pe —发动机有效功率（kW）;
ρ f —燃油密度（g/mL）；
t—消耗容积V的燃油所用时间（s）。
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2.质量法
发动机性能指标随调整运转工况而变化 的关系称为发动机特性。
性能指标
调整情况 运转工况
调整特性 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。
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三、发动机性能指标与工作过程的关系
发动机输出的有效指标通常用平均有效压 力 pme 、有效扭矩 Ttq 、有效功率 Pe 、有效燃油 消耗率b、每小时耗油量B表示。这些指标与发 动机工作过程参数的关系可以推导如下。
2018油机的速度特性
（1）速度特性：汽油机节气门开度 固定不动，其有效功率Pe、扭矩Ttq、、燃 油消耗率b、每小时消耗油量B等随转速n 变化的关系。 （2）测取：发动机台架试验。测取 前，应将点火提前角及化油器调整完好； 测取时，应按规定保持冷却水温度、润滑 油温度在最佳状态。
发动机特性
第9章发动机特性内容提要1 .发动机特性与特性曲线的含义、分类与意义2 .发动机调整特性的含义、分类与曲线3 .发动机负荷特性4 .发动机速度特性5 .发动机方有特性6 .发动机调速特性7 .发动机性能指标的校正9.1基本概念全面了解发动机在全部工况下的性能指标的变化，对合理使用、检查与修理发动机，都有很强的适用价值。
10.LI发动机特性与特性曲线1 .发动机特性发动机性能指标随调整状况及运转状况而变化的关系称为发动机特性。
发动机性能指标主要有功率、转矩、燃料消耗率、排气温度、排气烟度等；调整状况主要指柴油机的供油提前角、汽油机的点火提前角、发动机燃料等可调因素对发动机性能的影响；运转状况一般指发动机转速和负荷等。
2 .特性曲线为了直观显示发动机的特性，常以曲线形式表示，称为发动机特性曲i线。
图97为AUdi(奥迪)2.4L四缸5气式门汽油机的外特性曲线。
3 .发动机特性分类发动机特性分调整特性和性能特性两大类。
(1)调整特性指发动机的性能指标随调整状况而变化的关系。
如柴油机的供油提前角调整特性、汽油机的点火提前角调整特图9T发动机特性曲线性、汽油机的燃料调整特性等。
(Audi2.4L5气门V6汽油机外特性)(2)性能特性指内燃机的性能指标随运行工况而变化的关系。
如负荷特性、速度特性、调速特性、万有特性、螺旋桨特性等。
9.1.2 发动机特性的制取发动机特性需在特地的试验台（俗称发动机台架）上进行，图9-2显示了带水力测功器的试验台的基本组成。
它可以模拟发动机的实际工况，使其在要求的转速和负荷下工作，并可以同步测量发动机在各种工况下的功率、燃料消耗、废气排放、气缸压力等性能参数。
发动机特性试验，我国已有标准，需按有关标准，在规定的条件下进行。
9-水温传感器Io-油压传感器11-排温传感器12-气缸压力传感器13-油压传感器14-针阀升程仪15-电 荷放大器16-电荷放大器17-霍尔针阀传感器18-示 波器19-水力测功器20-转角信号发生器21-电荷放 大器22-A/D 转换板23-微机24-打印机25-显示器它是指在发动机转速肯定和油量掌握机构条件下，其功率、燃料消耗率等性能指标随供油提前角变化而变化的关系。
第七章 发动机的特性
ηm ηi
B be
二、柴油机负荷特性 负荷↑ 喷油量 负荷↑⇒喷油量∆b ↑，Pe ↑， 空气量不变， 空气量不变，A/F ↓⇒质调节 ⇒不完全燃烧⇒ηi ↓； 不完全燃烧⇒ 中小负荷区，影响不大； 中小负荷区，影响不大； 大负荷区， 大负荷区，A/F 的↓，使ηi ⇓ ；
ηm 变化规律与汽油机相同
在高速区易增压， 在高速区易增压，但低速时增 压程度不够⇒为提高低速转矩⇑ 压程度不够⇒为提高低速转矩⇑ 喷油量。 喷油量。∴外特性上循环喷油量 变化特性如图 Ttq历程∝∆g 历程∝ 历程 受限于φc特性 特性 Pe历程：由Pe∝Ttq n，Pe随n⇑， 历程： 历程 ∝ ， 随 ⇑ 开始T 开始 tq⇑ n⇑⇒ Pe ⇑陡，后随 ⇑⇒ n⇑ ， Ttq⇓，∴ Pe ⇑缓慢。 缓慢。 ⇑ be历程：ηiηm=Max时，be⇒Min 历程： 历程 时 ⇒ 变化不大，所以be随转速 但因ηi变化不大，所以 随转速 变化平缓⇒ 变化平缓⇒柴油机经济性好的 原因之一。 原因之一。
转子
转子外缘 涡流槽
2、油耗仪：测量一定时间内所消耗量的燃料量 、油耗仪： 容积法： 容积法：测量消耗一 定容积V 定容积 f燃油所需要 的时间t(s)。 的时间 。
B = 3.6 Vf ρ f t
质量法： 质量法：测量消耗一 定质量m的燃油所需要 定质量 的燃油所需要 的时间t 的时间 。
m B = 3 .6 t
电涡流测功器：利用涡电流效应将发动机输出功 电涡流测功器： 电能⇒热能。能量吸收部分：制动器⇒ ⇒电能⇒热能。能量吸收部分：制动器⇒转子和定 子组成。 子组成。 原理：励磁线圈供电⇒ 原理：励磁线圈供电⇒产生磁力
定子：外壳、 定子：外壳、涡流环和 励磁线圈。 外壳、 励磁线圈。⇒外壳、涡 流环、 流环、空气隙和转子构 成磁路。 成磁路。 线⇒转子旋转⇒涡流槽和空气隙处 转子旋转⇒涡流槽和空气隙处 磁力线密度变化⇒ 磁力线密度变化⇒涡流环内产生感 应电⇒ 与磁场作用⇒ 应电⇒形成电涡流⇒与磁场作用⇒ 电磁转矩。调节励磁电流⇒ 电磁转矩。调节励磁电流⇒电涡流 强度。涡流电路有电阻⇒ 强度。涡流电路有电阻⇒损耗电能 涡流环发热。 ⇒涡流环发热。
发动机原理第七章发动机特性.
三、外特性的意义
( 一 ) 评价发动 机的动力性
最大功率 后备功率
后 备 功 率
(二)评价发动机的工作稳定性
1、扭矩储备系 数 m
m
M e max M e 100% Me
Memax－最大扭矩 Me－标定工况下的扭矩
(1)评价汽车不换档， 发动机克服短期超负 荷的能力。 (2)m大，工作越稳定。 (汽油机Me陡，稳定性优于柴油机。汽10~30%；柴5~10%)
2、找出提高汽车经济性的途径
提高汽车的负荷率。
在动力性足够时，尽量提高发动机工作时的 负荷率，选用功率较小的发动机。
3、柴油机功率标定
对车用柴油机，其功率标定应在冒烟界限 点2 ； 对工程机械用柴油机，其功率标定在最低 油耗点1。
第二节
本节的主要内容：
速度特性
1. 汽油机的速度特性－外特性曲线 2. 柴油机的速度特性－外特性曲线 3. 外特性的意义－后备功率、扭矩储备系数、 和转速储备系数
要求：
1、负荷特性、速度特性的定义， 曲线特征及意义，懂得特性曲线的变 化原因。 2 、了解柴油机油量校正，调速器 工作原理及调速特性，理解柴油机安 装调速器的必要性。 3 、了解万有特性图的制取方法及 意义。
第一节
定义：
负荷特性
转速不变时，其经济性指标随负荷而变化 的关系。 用曲线表示→负荷特性曲线。 负荷率：发动机发出的扭矩与在该转速下 最大扭矩之比，用百分数表示。
一、概述
1、速度特性定义
发动机的燃油供给调节机构位置一定时，发 动机的性能指标（Me、Ne、ge）随转速而变化的 关系。
2、全负荷速度特性（或称外特性）
节气门开度最大或喷油泵齿条位置处于标 定功率循环供油量位置时发动机的速度特性。 **其它称为部分负荷速度特性
第七章发动机特性
be
K3
1
itm
柴油机耗油率be随 负荷的变化取决于ηit 和ηm。
（1）ηit：随负荷增加，每循环供油量△b增加，而转速不变，充
量系数φc变化不大，过量空气系数φa减小，燃烧不完全程度增大， 使ηit减小。大负荷时，混合气过浓，燃烧恶化，不完全燃烧及补 燃增多，使ηit下降更快。 （2）ηm：随负荷增加而上升。
2）从指示热效率曲线的变化趋势上来看，在转速不变的前提下， 柴油机指示热效率随负荷的增大而降低；汽油机采用定质变 量的负荷调节方法，在接近满负荷时采用加浓混合气导致指 示热效率明显下降，而在低负荷时，由于节气门开度小，残 余废气系数较大，燃烧速率降低，需采用浓混合气，加之当 负荷减小时泵气损失增大，导致指示热效率下降。这样，汽 油机的燃油消耗率在中小负荷远高于柴油机。
15分钟功率的标定最高，持续功率的标 定最低。1）、2）、3）称为间歇功率，对于 他们来讲，发动机按其运转时，超出其规定 时间并不意味着发动机破坏，但发动机寿命 和可靠性受到影响。
三、发动机特性参数间的关系 发动机特性参数之间的内在关系，是分析
发动机特性的主要基础，也是解释发动机特 性曲线的依据。
第七章 发动机的特性
发动机的特性：发动机性能指标（经济、 动力、排放性能指标、反映工作过程进行的完善 程度指标）随调整、运转工况变化而变化的关系。
发动机的运行特性:是发动机的性能指标随 工况参数的变化规律；
发动机的调整特性:是发动机性能指标随调 整参数变化而变化的关系。
第一节 发动机的特性概述 第二节 发动机的负荷特性 第三节 发动机的速度特性 第四节 发动机转矩适应性（扭矩特性） 第五节 车用柴油机的调速特性 第六节 发动机的万有特性
综上所述，当Pe=0，ηm=0时，be趋于无穷大。随 负荷增加，ηm迅速增加，且远大于ηit的减少，使be 下降很快。当△b增加到1点位置时，be最小。此后再 增加负荷，由于ηit下降较ηm上升的多，使b又有所增 加。当△b增加到2点时，排气冒黑烟，达到国标规定 限值。当△b超过2点时，燃料消耗量增大，排放污染 严重，影响发动机寿命，所以，柴油机的最大循环供 油量应在标定转速下调整，使烟度不超过允许值。
发动机特性
发动机特性
一、概念：发动机的性能指标随着调整情况和使用工况而 变化的关系。特性用曲线表示称为特性曲线。 通过特性曲线可以分析在不同使用工况下，发动机特性 变化的规律及影响因素，评价发动机的性能，从而提出 改善发动机性能的途径。 1、发动机的性能指标： 1）动力性指标 有效转矩：发动机通过飞轮对外输出的转矩称为有效转矩， 用Te表示。 有效功率：发动机通过飞轮对外输出的功率。用Pe表示。 Pe=Te*2πn/60 转速：n 2）经济性指标：燃油消耗率ge（发动机每发出1kw的功率， 在1h内所消耗的燃油质量）
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四、汽油机点火提前角的调整特性
• 节气门保持在全开位置，转速保持不变， 燃料供给系调整适当时，发动机的有效 功率和有效燃油消耗率随点火提前角变 化的关系，称为点火提前角调整特性。
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• 1、发动机外特性
• 当节气门保持开度最大时，所测得的速度特性，，称为发动 机的外特性。外特性代表了发动机所能达到的最高动力性和 经济性。一般发动机铭牌上标注的Pe，Me及相应的n都是以 外特性为依据。 有效转矩主要取决于指示热效率 ηi,，充气效率ηv，机械效率ηm， 随着n增大，热效率在某一中间 转速时最大，充气效率也在在某 一中间转速时最大，机械效率随 着n增大而明显下降。 所以，M曲线随着n增大，到达 一个中等转速时达到最大，然后 再减小。
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(2)线工况 当发动机发出的功率与曲轴转速之间有一定的函 数关系时，属于线工况发动机。 例如当发动机作为船用主机驱动螺旋桨时，发动机所发出的 功率必须与螺旋桨消耗的功率相等。电用的发动机，其负 荷变化没有一定的规律，然而发动机的转速必须保持稳定 ，以保证输出电压和频率的恒定，反映在工况图上就是一 条垂直线 • (3)面工况 当发动机作为汽车及其他陆地运输和作业机 械的动力时，它的转速取决于车辆的行驶速度，而它的功 率则取决于车辆的行驶阻力，而行驶阻力不仅与车辆的行 驶速度有关，更主要地取决于道路的情况或土壤的条件等， 功率都独立地在很大的范围内变化。这时，发动机的可能 工作范围就是它的实际工作范围。这种发动机称为面工况 发动机
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发动机的特性
汽车行驶时，由于行驶速度与道路阻力不断变
化，则发动机的转速和负荷亦相应变化，以适应汽
车的需要。随着转速和负荷的改变，发动机工作过
程也会发生变化。因此，发动机在不同使用条件下
具有不同的动力性与经济性。
第一节
发动机的特性概述
特性曲线分析
第 二节 发动机的负荷特性 第 三节 发动机的速度特性
负荷特性：转速不变，其经济性指标随负 荷（可用功率Pe、扭矩Ttq或平均有效压力Pme表 示）的变化关系。 如：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 机油门来调整有效扭矩，以适应外界阻力矩的 变化，以保持发动机转速不变。
•用曲线的形式表示负荷特性
负荷特性曲线
•测取：发动机台架试验 调整测功器负荷的大
两种作为铭牌功率。
除持续功率外，其他几种功率均具有间歇
性工作的特点，故常被称为间歇功率。对
间歇功率而言，内燃机在实际按标定功率
运转时，超出上述限定的时间并不意味着
内燃机将被损坏，但无疑将使内燃机的寿
命与可靠性受到影响。
三、发动机性能指标与工作过程的关系
发动机输出的有效指标通常用平均有效
压力 pme 、有效扭矩 Ttq 、有效功率 Pe 、有效燃
第四节 发动机的转矩适应性
第五节 车用柴油机的调速特性
第六节 发动机的万有特性
作业题
第一节
发动机的特性概述
一、发动机的工况
发动机实际运行的工作状况，简称工况。 表征内燃机运行工况的参数可由下式给出
Pe µ Ttq n
式中，Pe为有效功率，Ttq为转矩，
n为工作转速。
有效功率Pe和转速n 决定了发动机的 工作运行情况。工况以功率Pe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。
参数调整情况或运转工况变化的规律。
性能指标随调整情况变化的特性称为调整特
性，如点火提前角调整特性、供油提前角调
整特性等；
性能指标随运行工况变化的特性称为性能特
性，如负荷特性、速度特性和调速特性等。
用来表示特性的曲线称为特性曲线，它是
评价发动机性能的一种简单、方便、必不可少
的形式。
通过特性曲线可以分析在不同适用工况下 ，
发动机特性变化的规律及影响因素,评价发动机
性能，从而提出改善发动机性能的途径．Βιβλιοθήκη 二、发动机的功率标定
内燃机的功率标定，是指制造企业根据内燃
机的用途、寿命、可靠性、维修与使用条件
等要求，人为地规定该产品在标准大气条件
下所输出的有效功率以及所对应的转速，即
标定功率与标定转速。世界各国对标定方法
的规定有所不同。按照国家标准GBll05——
第二类工况，其特点是内燃机的
功率与转速接近于幂函数关系， 如图8—1中的曲线2示的三次幂函
3 数( P )。当内燃机作为船用主 µ n e 机驱动螺旋桨时，内燃机所发出
的功率必须与螺旋桨吸收的功率 相等，而吸收功率又取决于螺旋 桨转速的高低，且与转速成幂函
数关系，这样，内燃机功率就呈
现一种十分有规律的变化。该类 工况常被称为螺旋桨工况或推进
油消耗率 be 、每小时耗油量 B表示。这些指标 与发动机工作过程参数的关系如下式所示。 发动机性能指标分析式
有效功率
燃油消耗率
j Pe = K1 j
c a
hith m n
1 be = K3 hithm
小时耗油量
有效输出转矩
j Ttq = K 2 j
c a
hithm
j B = K4 j
c a
n
第二节 发动机的负荷特性
只有当发动机发出的扭矩与工作机械 消耗的扭矩相等时，两者才能在一定转速 下按一定功率稳定工作。
1.发动机的工况分类
第—类工况，其特点是发动机 的功率变化时，转速几乎保持 不变。该工况又被称为固定式内 燃机工况。例如，发电用内燃机， 其负荷呈阶跃式突变，并没有一 定的规律、然而内燃机的转速必 须保持稳定，以保证输送电压和 频率的恒定，反映在工况图上就 是—条垂直线(图8—1中的曲线 1)，称为线工况。灌溉用内燃机， 除了起动和过渡工况外，在运行 过程中负荷与转速均保持不变， 称为点工况(图8—1中的A点)。
效功率，适用于需要一定功率储备以克服突 增负荷的工程机械、船舶主机、大型载货汽 车和机车等用途的内燃机。
(3)12h功率
这一功率为内燃机允许连续运转12h的最大有
效功率，适用于需要在12h内连续运转而又需
要充分发挥功率的拖拉机、移动式发电机组、
铁道牵引等用途的内燃机。
(4)持续功率
这一功率为内燃机允许长期连续运转的最大 有效功率，适用于需要长期连续运转的固定
小，并相应调整油量调节机构位置，以保持发 动机的转速不变，待工况稳定后，依次记录不 同负荷下的有关数据，并整理得到性能曲线。
动力、排灌、电站、船舶等用途的内燃机。
根据内燃机产品的使用特点，在内燃机的铭
牌上一般应标明上述四种功率的一或两种功
率及其对应的转速。同时，内燃机的最大供
油量限定在标定功率的位置上。对于同一种
发动机，用于不同场合时，可以有不同的标
定功率值，其中，15min功率最高，持续功率
最低。
车用 — 常用15分钟, 1小时或12小时功率中的
域称为面工况。
2. 研究发动机特性的必要性
为了评价内燃机在不同工况下运行的动
力性指标(如功率、转矩、平均有效压力等)、
经济性指标(燃油消耗率)、排放指标以及反映
工作过程进行的完善程度指标(如指示热效率、
充量系数以及机械效率)等，就必须研究内燃
机的特性。
有关定义
所谓发动机的特性，就是指上述性能参数随
87《内燃机台架性能试验方法》规定，我国 内燃机的功率可以分为四级：
(1)15min功率
这一功率为内燃机允许连续运转15min的 最大有效功率，适用于需要较大功率储备或 瞬时需要发出最大功率的轿车、中小型载货 汽车、军用车辆、快艇等用途的内燃机。
(2)1h功率
这一功率为内燃机允许连续运转1h的最大有
工况，也属于线工况。
第三类工况，其特点是功率与转 速都在很大范围内变化，它们之 间没有特定的关系。汽车及其他
陆地运输用内燃机，都居于这种
工况。此时，内燃机的转速决定 于行驶速度、可以从最低稳定转 速一直变到最高转速；负荷取决 于行驶阻力，在同一转速下，可 以从零变到全负荷。内燃机可能 的工作区域就是该种类型内燃机 的实际工作区域，相应的上况区