引言發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力特性，系指發(fā)動(dòng)機(jī)本身在最大扭矩轉(zhuǎn)速和最大功率轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)克服負(fù)荷阻力和適應(yīng)負(fù)荷變化的能力以及這兩種能力的合理分配關(guān)系。它與可靠性和經(jīng)濟(jì)性一樣，亦是評(píng)定和選擇發(fā)動(dòng)機(jī)的重要依據(jù)。

　　發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力特性是以其功率（扭矩）與轉(zhuǎn)速的關(guān)系式來(lái)表達(dá)的。為實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的程序控制，建立動(dòng)力裝置動(dòng)力性能的計(jì)算方法，都必須掌握發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力特性。在試驗(yàn)數(shù)據(jù)完整的情況下，這個(gè)關(guān)系式可用擬合的方法得到。在只知最大功率等少數(shù)參數(shù)的情況下，可以采用本文導(dǎo)出的一套較為精確實(shí)用的公式計(jì)算。發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力特性，不僅以其動(dòng)力性能（加速能力）和適應(yīng)能力的高低來(lái)評(píng)價(jià)，而且還以這兩方面的分配合理性來(lái)評(píng)價(jià)。

　　作為適應(yīng)性，雖早已給定了評(píng)價(jià)指標(biāo)，但其計(jì)算公式卻未能達(dá)意。作為動(dòng)力性，不僅沒(méi)有給以明確的定義，而且更沒(méi)有建立其評(píng)價(jià)指標(biāo)。升功率和升扭矩的高低只能反映發(fā)動(dòng)機(jī)的強(qiáng)化程度，說(shuō)明其設(shè)計(jì)和制造水平的高低。它們根本不能體現(xiàn)動(dòng)力性能的好壞。相反，個(gè)別過(guò)份強(qiáng)化的發(fā)動(dòng)機(jī)，在技術(shù)不過(guò)關(guān)的情況下，不僅可靠性差，而且加速性能和適應(yīng)能力都很差。作為分配合理性，必須看到動(dòng)力性和適應(yīng)性這二者是相互聯(lián)系而又相互制約的。加強(qiáng)某一方面，必然削弱另一方面。一個(gè)動(dòng)力特性較好的發(fā)動(dòng)機(jī)不僅兩大指標(biāo)要高，而且必須分配合理。

　　1動(dòng)力特性表達(dá)式1.1參數(shù)因子發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n（r/min）、扭矩T和功率這3個(gè)參數(shù)之間有著T的內(nèi)在關(guān)系。而三參數(shù)各自在最大扭矩點(diǎn)和最大功率點(diǎn)的6個(gè)數(shù)值卻有著更為深刻的內(nèi)涵。它們既可用作動(dòng)力特性計(jì)算的參數(shù)，也可用作動(dòng)力性指標(biāo)和適應(yīng)性指標(biāo)的構(gòu)成因子。

　　1.1.1轉(zhuǎn)速因子轉(zhuǎn)速因子e（亦稱(chēng)轉(zhuǎn)速適應(yīng)性系數(shù)）在一定程度上決定著發(fā)動(dòng)機(jī)的適應(yīng)性能。其數(shù)值越大，適應(yīng)性就越好。它可用式（1）計(jì)算：n為最大功率轉(zhuǎn)速，r/min；n為最大扭矩轉(zhuǎn)速，的數(shù)值一般在1.2～2.5之間。其平均值柴油機(jī)約為1.6，汽油機(jī)約為1.65，n內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)汽油機(jī)僅為1.46.

　　1.1.2功率因子功率因子是決定發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能的重要因素。其數(shù)值越大，動(dòng)力性能就越好。它可用式式中：P為最大功率，kW；P為最大扭矩點(diǎn)的功率，的數(shù)值一般在0.47～0.90之間。其平均值，柴油機(jī)約為0.75，汽油機(jī)約為0.72，高速汽油機(jī)則約為1.1.3扭矩因子扭矩因子e（亦稱(chēng)扭矩適應(yīng)性系數(shù)）是發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力特性的標(biāo)志。它既影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能，又影響發(fā)動(dòng)機(jī)的適應(yīng)性能。在P和均相同的兩種發(fā)動(dòng)機(jī)中，e大者，必然是T轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)的功率總量和扭矩總量都較大者。因此，一般說(shuō)來(lái)，e值大，動(dòng)力特性就好。它可用式（3）計(jì)算：式中：T為最大扭矩，N？m；T為最大功率點(diǎn)的扭一般在1.00～1.38之間。其平均值，柴油機(jī)約為1.18，汽油機(jī)約為1.16，高速汽油機(jī)則僅為和e三因子之間還存在式（4）的內(nèi)在關(guān)系：式（4）暗含著動(dòng)力特性在動(dòng)力性和適應(yīng)性?xún)蓚€(gè)方面的分配關(guān)系。參見(jiàn)下文。

　　1.2動(dòng)力特性計(jì)算式發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力外特性的計(jì)算式，就是功率（扭矩）與轉(zhuǎn)速的關(guān)系式。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，這一關(guān)系可用一個(gè)多次方程來(lái)表達(dá)。在已知最大功率P、最大扭矩T、最大功率轉(zhuǎn)速n和最大扭矩轉(zhuǎn)速n等參數(shù)的情況下，可以利用以下僅有的5個(gè)已知條件，導(dǎo)出一個(gè)四次方程來(lái)。

　　這5個(gè)條件任去其一，則可組合出5種情況，并導(dǎo)出5個(gè)三次方程來(lái)。這5個(gè)三次方程，在不同的轉(zhuǎn)速區(qū)間，將有著不同的計(jì)算精度。本文除取四次方程外，還取由前4個(gè)條件決定的一個(gè)三次方程。按上述假設(shè)導(dǎo)出的并以和作參數(shù)的方程列于式（5）之中：當(dāng)時(shí)，注意，上述方程系數(shù)之和等于1，即=1.四次式由于利用的已知條件較多，因此適應(yīng)范圍較廣，總體計(jì)算精度較高，特別適于動(dòng)力特性較好的發(fā)動(dòng)機(jī)。三次式更加貼近于動(dòng)力特性較差的發(fā)動(dòng)機(jī)，而且利用它進(jìn)行公式推導(dǎo)時(shí)，一般能得到顯式函數(shù)。具體計(jì)算時(shí)，可根據(jù)扭矩因子e的大小按表1規(guī)定選取。

　　判定條件采用公式三次式三或四次式四次式式（5）的計(jì)算精度，可用較為直觀的相對(duì)誤差X來(lái)判斷。如果功率測(cè)試值為Pt，計(jì)算值為Pt.其相對(duì)誤差的均值X|/n.根據(jù)數(shù)十型發(fā)動(dòng)機(jī)的計(jì)算統(tǒng)計(jì)，式（5）在（n）區(qū)間內(nèi)總的X值不大于1%.

　　四轉(zhuǎn)速功率測(cè)試值計(jì)算值三次式四次式次式的X值僅為0.22%，就是不適合計(jì)算的三次式也式（5）只在低速區(qū)間的偏差較大，且不適合具有多進(jìn)氣道等的特殊發(fā)動(dòng)機(jī)。有關(guān)這些問(wèn)題尚需進(jìn)一步研究。

　　2動(dòng)力特性的評(píng)價(jià)指標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力特性可用動(dòng)力性系數(shù)、適應(yīng)性系數(shù)和分配系數(shù)3個(gè)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)?，F(xiàn)分述如下。

　　2.1動(dòng)力性系數(shù)動(dòng)力性系數(shù)是發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能的標(biāo)志，它也是從最大扭矩點(diǎn)加速到最大功率點(diǎn)的加速能力的象征。若要具有較高的加速?gòu)?qiáng)度，就必須具有較高的平均功率P值的高低，就代表著該發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能的好壞。然而，P值是隨最大功率的變化而變化的，不同的發(fā)動(dòng)機(jī)很難說(shuō)清誰(shuí)大誰(shuí)小。為具有可比性，P值尚需除以Pm.所以，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性系數(shù)就是在（n）區(qū)間內(nèi)的功率均值與其最大功率的比值。據(jù)此，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性系數(shù)可用式（6）表示：代入式（5），并經(jīng)積分整理后可得：系數(shù)c在有試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，可用同次數(shù)的回歸方程的系數(shù)取代。為簡(jiǎn)化計(jì)算，也可忽略功率曲線的上凸部分，而粗略地采用式（8）估算：由式（8）可知，D的理論數(shù)值范圍為0.5～1.0.根據(jù)計(jì)算統(tǒng)計(jì)，汽油機(jī)的D值在0.78～0.94之間變化，其平均值約為0.89；柴油機(jī)的D值在0.85～0.95之間變化，其平均值約為0.91.

　　2.2適應(yīng)性系數(shù)適應(yīng)性系數(shù)是發(fā)動(dòng)機(jī)適應(yīng)性能的標(biāo)志，也就是當(dāng)外界負(fù)荷變化時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)抵抗轉(zhuǎn)速?gòu)膎下降到n的能力。

　　發(fā)動(dòng)機(jī)的適應(yīng)性系數(shù)A是以式A來(lái)表達(dá)的。該式的理論根據(jù)是：e值大，扭矩曲線的總體斜率就可能大，外界負(fù)荷增大時(shí)，轉(zhuǎn)速就不易下落；e值大，轉(zhuǎn)速由n下降到的過(guò)程就長(zhǎng)。這從粗略的定性意義上講是有道理的。然而，這里面存在2個(gè)問(wèn)題：一是沒(méi)有考慮扭矩曲線上凸部分的作用，二是從理論上講，尚有不妥之處。例如，當(dāng)e=1時(shí)（扭矩曲線平直），發(fā)動(dòng)機(jī)本不具有任何適應(yīng)能力，可此時(shí)Ar.又如，當(dāng)e趨近n，發(fā)動(dòng)機(jī)也不具有任何適應(yīng)能力，而此時(shí)A=eT.因此，很有必要給出一個(gè)更為準(zhǔn)確的定義，建立一個(gè)更為貼切的計(jì)算公式。

　　根據(jù)圖2b的幾何關(guān)系，發(fā)動(dòng)機(jī)的適應(yīng)性系數(shù)應(yīng)是區(qū)間（n）內(nèi)的扭矩總量（這個(gè)總量決定于區(qū)間的寬度和扭矩曲線的總體斜率）對(duì)于最大扭矩T和最大功率轉(zhuǎn)速n的相對(duì)比值，即式（9）中乘以100是為適應(yīng)習(xí)慣上的可視性。式（9）經(jīng)積分整理后可得：系數(shù)c在有試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，可用同次數(shù)的回歸方程的系數(shù)取代。為簡(jiǎn)化計(jì)算，也可忽略扭矩曲線的上凸部分而粗略地采用式（11）估算：由式（11）可知，當(dāng)n與相互趨近時(shí)，或扭矩曲線平直時(shí)，e根據(jù)計(jì)算統(tǒng)計(jì)，汽油機(jī)的A值一般在1.5～6.0之間變化，其平均值約為3.3；柴油機(jī)的A值在1.22～6.23之間變化，其平均值約為3.70.

　　2.3分配系數(shù)扭矩因子e是發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力特性的標(biāo)志，它既影響動(dòng)力性系數(shù)D，又影響適應(yīng)性系數(shù)A.總地來(lái)說(shuō)，e大者動(dòng)力特性就好，e小者動(dòng)力特性就差。在e一定的情況下，由于D增大，A必減??；反之，A增大，D必減小。因此，就存在如何將e合理地分配于動(dòng)力性和適應(yīng)性這兩個(gè)方面的問(wèn)題。偏向分配難于充分發(fā)揮e的潛能。由于在扭矩因子e一定的情況下，功率因子e決定著轉(zhuǎn)速因子決定著因此影響在和A兩個(gè)方面的分配問(wèn)題，實(shí)質(zhì)上就是e在e和e兩2000年10月宮春峰等：內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力特性個(gè)方面的分配問(wèn)題。由于eP，所以只要找到了和的合理關(guān)系，就能合理地進(jìn)行動(dòng)力特性分配。

　　正因?yàn)槿绱?，故把e和的比值λ定義為動(dòng)力特性分配系數(shù)：由計(jì)算統(tǒng)計(jì)，汽油機(jī)的λ值在1.65～5.33之間變化，其平均值約為2.4；柴油機(jī)的λ值在1.5～3.0之間變化，其平均值約為2.15.高速汽油機(jī)λ值在1.35～4.00之間變化，平均值約為1.9.

　　在發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)中，建議以表3所列數(shù)值作為參考。λ值增大，適應(yīng)性則增強(qiáng)，但動(dòng)力性卻降低。λ值的正負(fù)號(hào)，可以根據(jù)使用環(huán)境和轉(zhuǎn)速高低酌情選取。外界負(fù)荷變化不大和n值高者可以采用負(fù)號(hào)，反之采用正號(hào)。但作為一般情況，均不宜超過(guò)10%.

　　發(fā)動(dòng)機(jī)類(lèi)型柴油機(jī)一般汽油機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)中，當(dāng)e和λ均確定之后，便可利用式（13）和式（14）計(jì)算轉(zhuǎn)速因子e和功率因子e當(dāng)e和n確定后，最大扭矩轉(zhuǎn)速n就被確定。當(dāng)和被確定后，最大扭矩功率P和最大扭矩亦被確定。

　　值得注意的是，現(xiàn)代高速汽油機(jī)的e值普遍較低，動(dòng)力特性較差。但它們往往被用在負(fù)荷變化不大的動(dòng)力裝置上，例如常駛于良好路面的小轎車(chē)。因此，可以減小λ值，以降低適應(yīng)性來(lái)增強(qiáng)動(dòng)力性。特別是采取“大馬拉小車(chē)”的辦法來(lái)彌補(bǔ)動(dòng)力性和適應(yīng)性的不足。

　　也就是以大功率作后盾，以較大的平均功率（扭矩）的絕對(duì)值來(lái)補(bǔ)償相對(duì)值的不足。然而，這僅是一些使用措施，絲毫改變不了發(fā)動(dòng)機(jī)自身動(dòng)力特性的本質(zhì)。