柴油机特性全解析：工况、性能与应用指南

 

柴油机作为一种广泛应用于众多领域的动力设备，其特性对于合理使用和优化运行具有极为关键的意义。本文将深入且全面地剖析柴油机的特性，涵盖工况、各类特性曲线、调速特性以及限制特性与运转范围等多个重要方面，旨在为相关专业人士、工程技术人员以及对柴油机感兴趣的读者提供一份详尽且实用的参考资料。

一、柴油机的工况

 

柴油机工况是指其工作或运行的具体状况，主要由转速高低和负荷大小来界定，可归纳为以下三类：

（一）恒速变负荷工况

 

此工况要求柴油机转速基本恒定或变动极小，而负荷可在零至最大值之间按需调整。例如，当柴油机用于驱动发电机时，便遵循这种工况运行。在发电过程中，为确保电力输出的稳定性和频率的精准性，柴油机的转速必须严格保持稳定，而负荷则会随着用电设备的开启与关闭、用电功率的波动而持续变化。

（二）变速变负荷相关工况

 

这类工况下，柴油机的负荷与转速均能在特定范围内变动，且二者变化存在一定规律。当柴油机作为船舶主机驱动螺旋桨工作时，就处于这种工况模式。由于螺旋桨的特性，其吸收的功率与转速的三次方成正比，所以随着船舶航行状态的改变，如航速的增减，柴油机的负荷与转速会相应地、有规律地发生变化。

（三）独立变化工况

 

在此工况中，柴油机的负荷与转速能够在较大范围内各自自由变化，彼此间不存在相互依赖关系。像船上用于驱动应急空气压缩机或应急消防泵的柴油机，以及陆上的车用柴油机等均属于此类。以车用柴油机为例，在车辆行驶过程中，根据不同的路况、行驶速度以及车辆负载等因素，柴油机的转速和负荷可独立地、灵活地进行调整，例如在爬坡时负荷增大而转速可能降低，在平坦道路高速行驶时负荷与转速可能同时升高。

二、柴油机的特性

 

柴油机的特性是指其主要性能指标和工作参数随工况变化的规律，这些特性通过特性曲线直观呈现，是合理运用柴油机的重要依据，具有多方面重要作用：其一，可用于精准评价柴油机的性能优劣；其二，有助于明确柴油机在不同工况下的运行状态；其三，能够深入分析影响柴油机特性的各种因素；其四，可对柴油机的运行状态进行有效检测与监测。

（一）表征柴油机性能的有效指标

 

1. 平均有效压力 ：它反映了柴油机单位气缸工作容积在一个循环中所输出的有效功，是衡量柴油机做功能力的关键指标。平均有效压力越高，表明柴油机在单位时间内、单位气缸容积内所做的有效功越多，其动力性能也就越强。

2. 有效功率 ：指柴油机输出轴上实际能够对外做功的功率，是衡量柴油机整体动力输出大小的重要参数，直接关系到柴油机能够驱动的负载大小和工作效率。

3. 有效转矩 ：表示柴油机输出轴上的扭转力矩，其大小与柴油机的负荷密切相关，决定了柴油机能够克服的阻力矩大小，对于需要输出较大扭矩的应用场景，如船舶推进、重型车辆牵引等，有效转矩的大小至关重要。

4. 有效耗油率 ：即柴油机每输出单位有效功率在单位时间内所消耗的燃油量，是衡量柴油机燃油经济性的核心指标。有效耗油率越低，说明柴油机在将燃油化学能转化为机械能的过程中能量损失越小，燃油利用效率越高，运行成本也就越低。

5. 有效热效率 ：它是柴油机有效输出功与所消耗燃油热量的比值，综合反映了柴油机将燃料能量转化为有用功的效率高低，有效热效率越高，表明柴油机的能量转换效率越好，能源利用越充分。

（二）表征柴油机运行状态的工作参数

 

1. 转速 ：转速的高低直接影响柴油机的功率输出、充气效率、燃烧过程以及机件的磨损等。不同的应用场景对柴油机转速有不同要求，如高速柴油机适用于对功率重量比要求较高的场合，而低速柴油机则常用于大型船舶主机等对扭矩要求较大的领域。

2. 进气压力 ：进气压力影响着进入气缸的空气量，进而影响燃烧效果和功率输出。在增压柴油机中，通过增压装置提高进气压力，可使更多空气进入气缸，从而提高燃油的燃烧效率和功率。

3. 增压压力 ：增压压力是增压柴油机的重要参数，增压系统通过提高进气压力，增加气缸的充气量，使柴油机在相同排量下能够输出更大的功率，同时也对柴油机的机械强度和热负荷提出了更高要求。

4. 最高爆发压力 ：最高爆发压力反映了柴油机燃烧室内燃气压力的峰值，其大小与柴油机的结构强度、燃烧过程以及燃油品质等因素密切相关。过高的最高爆发压力可能导致柴油机机件的损坏，因此在设计和运行过程中需要严格控制。

5. 排气温度 ：排气温度是衡量柴油机热负荷的重要指标之一。排气温度过高可能导致排气系统部件的损坏、涡轮增压器的故障以及燃油消耗率的增加等问题，因此需要对排气温度进行监测和控制，以确保柴油机在安全的热负荷范围内运行。

6. 冷却水温度 ：冷却水温度对柴油机的正常运行起着关键作用。合适的冷却水温度能够保证柴油机各部件在适宜的温度环境下工作，避免因过热或过冷导致的机件磨损、密封失效、燃烧不良等问题，同时也有助于维持柴油机的热平衡和稳定运行。

7. 增压器转速 ：增压器转速与增压压力密切相关，其转速的高低影响着增压效果和增压器的工作效率。增压器转速过高可能导致增压器故障，因此需要对其进行监控和保护，确保增压器在安全、高效的转速范围内运行。

三、柴油机的负荷特性

（一）负荷特性曲线及其制取

 

负荷特性是指在柴油机转速固定不变的情况下，其主要性能指标及工作参数随负荷变化的规律，通过在平面直角坐标图上绘制这些变化规律而得到的曲线即为负荷特性曲线。

 

负荷特性曲线通常在专门的试验台上进行测取，在具备条件的船厂或实船上也可实施，具体步骤如下：

 

1. 启动柴油机并逐渐将转速提升至标定转速 ，然后借助测功器施加少量外负荷，使柴油机达到稳定的热状态。这一步骤的目的是让柴油机在试验前处于正常的工作温度和运行状态，确保后续试验数据的准确性和可靠性。

2. 依次将负荷从零增加至标定负荷的 、、、、。每增加一次负荷，都要适当增加供油量以维持柴油机转速恒定，并记录每次负荷下柴油机的各项性能参数。在试验过程中，需要精确控制供油量和负荷的变化，同时使用各种传感器和测量仪器准确采集柴油机的转速、扭矩、功率、油耗、温度等参数，为绘制负荷特性曲线提供详实的数据支持。

 

在负荷特性试验中，柴油机的负荷常用平均有效压力  来表示，由于转速  固定不变，也可用有效功率  来表征负荷大小。

（二）负荷特性曲线分析

 

1. 有效功率  和指示功率  的变化情况有效功率  与平均有效压力  之间存在特定公式关系，对于既定的柴油机，在按负荷特性工作且转速不变时，相关系数为定值，所以  是一条过坐标原点的直线。而指示功率 （ 为机械损失功率），当转速不变时， 可视为恒定，因此  也是一条直线，且与  平行，二者相距为  的大小。这一关系表明在负荷特性下，随着负荷增加，有效功率和指示功率呈线性增长，且机械损失功率在整个过程中相对稳定。

2. 机械效率  的变化情况机械效率 ，由于 ，当负荷较低时， 较小， 相对占比较大，所以  较低；随着负荷增加， 逐渐增大， 所占比例逐渐减小， 逐渐升高；当负荷达到一定程度后， 趋于稳定并达到最大值。这说明在低负荷时，柴油机的机械损失对整体效率影响较大，而在高负荷时，机械效率能够得到更好的发挥。

3. 有效热效率  和有效耗油率  的变化情况指示热效率  主要取决于过量空气系数 ，对于非增压柴油机，转速不变时，每循环充气量基本不变， 主要随循环供油量变化。随着负荷增加，供油量加大， 减小， 降低；对于废气涡轮增压柴油机，充气量还受增压器输出空气压力  影响，但总体趋势仍是  随负荷增加而减小， 也随之降低。当负荷下降到某一较低值时， 不再提高。

 

由于 ，当负荷从  开始降低时， 随  降低而增大， 随  下降而减小。初期， 的变化速率大于 ，所以  随  降低而提高；当负荷继续下降时， 增大速度减缓， 降低速度加快， 在达到某一最高值后，便与  一起随负荷降低而下降。在低负荷区， 急剧降低，导致  也快速下降。

 

有效耗油率  与  呈相反变化，是一条凹形曲线，而  是一条拱形曲线。在低于标定负荷  的某一值下，存在  的最大值  和  的最小值 。但柴油机运行的最佳工况并非  点，而是  最小的点，即从坐标原点作  曲线的切线，切点对应的  即为最佳工况，此时  最小，意味着在该工况下，柴油机既能输出较大功率，又能保持较低的耗油率，实现较好的综合性能。

 

在低负荷运行时， 降低，耗油率增加，经济性变差，且低负荷越低，这种现象越显著，这是柴油机的普遍特性。因此，在实际使用中，应尽量避免柴油机长时间在低负荷工况下运行，以提高燃油经济性和运行效率。

四、柴油机的速度特性

 

将油量调节机构（油泵齿条或拉杆）固定在某一位置，使每循环供油量不变，通过改变柴油机外负荷使转速变化，所测得的柴油机主要性能指标和工作参数随转速  变化的规律，称为柴油机的速度特性。根据油量调节机构固定位置不同，可分为全负荷速度特性、超额负荷速度特性和部分负荷速度特性。速度特性通常在柴油机制造厂试验台上测取，实船条件下轮机员难以进行此项试验。

 

柴油机装配完成后，需经过试车、磨合和调试，使各缸功率平衡并将喷油提前角调至最佳值，方可进行试验。试验过程中，润滑油和冷却水的温度、压力应始终保持在最佳状态，以确保试验数据的准确性和可靠性。

（一）全负荷速度特性

 

把油量调节机构固定在标定供油量（即柴油机在标定转速  下发出标定功率  时的供油量）位置时，柴油机的主要性能指标和工作参数随转速  而变化的规律，叫全负荷速度特性，又称标定负荷速度特性。

 

1. 全负荷速度特性曲线的测取先使柴油机空车运行，达到标定转速 ，然后通过测功器逐步增加外负荷，同时相应增加供油量，使柴油机稳定在标定工况运行，此时转速为 ，发出的有效功率为标定功率 （轴上的转矩也为标定转矩 ）。接着将油量调节机构用专用工具或螺钉锁定，记录该转速下的各性能参数，然后通过测功器逐次增加外负荷，柴油机转速相应降低，使其在标定转速和最低稳定转速之间逐次稳定在 6 - 8 个不同转速上，测量并记录各对应转速下柴油机的各个性能参数。

 

在进行全负荷速度特性试验时，需遵循我国 “国标” 规定的统一标准，包括标准环境状态和标定试验功率。我国国家标准规定，内燃机的标定功率分为 15 分钟功率、1 小时功率、12 小时功率和持续功率四种，船用柴油机以持续功率为标定试验功率，而国外船用柴油机多以最大持续功率（MCR）定为标定功率。

 

1. 全负荷速度特性曲线分析

   • 转矩  的变化情况：在理想无损失情况下，每循环供油量不变时，柴油机转矩与转速无关，应为水平直线。但实际中，柴油机转矩  随转速  变化呈中间凸起、两头稍低状态。低速时，每循环时间长，气缸与活塞间漏气和散热损失明显，喷油泵柱塞运动速度低、泄漏量大，每循环供油量较高速时小，所以转矩较小；高速时，充气系数  降低，燃烧过程缩短，后燃严重，且摩擦损失增大，因此转矩也稍低。最大转矩  所对应的转速 。这表明柴油机在不同转速区间的转矩输出能力存在差异，在中间转速范围可获得较大转矩，而在低速和高速时转矩相对较小。

   • 有效功率  的变化情况：柴油机有效功率与转矩和转速乘积成正比。在最低稳定转速至标定转速工作范围内，转矩变化较小，所以有效功率  近似为斜直线。但当  达到  后，若再提高转速，换气质量恶化，燃烧不良，摩擦引起的机械损失增大，功率  开始随转速升高而下降。全负荷速度特性曲线中  曲线反映了柴油机在不超标定供油量条件下，各转速所能发出的最大有效功率。由于实船工作环境与试验台不同，船舶主机长期运转功率常比标定功率小（约为标定功率的 ），此为运转功率，以确保柴油机在实际运行中不过载，保证其可靠性和耐久性。

   • 有效耗油率  的变化情况：开始时， 随转速  增加而减小，当转速增大到一定程度后，进气阻力增大，进气量减少，摩擦损失随转速升高而增大，有效耗油率又随转速增高而微微上升。最低耗油率  所对应的转速 。若有效耗油率曲线中最低耗油率段较平坦，说明柴油机在较宽转速范围内经济性良好，可在不同转速下都能保持相对较低的燃油消耗，这对于需要在多种工况下运行的柴油机，如船舶主机、车用柴油机等，具有重要意义，可提高其在不同运行条件下的燃油经济性和运行成本效益。

（二）超负荷速度特性

 

按我国船用柴油机功率标准规定，柴油机超负荷功率为标定功率的 ，且必须保证在该功率下至少连续运转  而排气不冒黑烟。

 

测定超负荷速度特性时，先使柴油机在标定转速  下稳定运转，然后通过测功器逐渐增加负荷，并同时增加供油量，使柴油机达到超额负荷功率和相应转速（作发电柴油机时为标定转速 ；作主机时，此时是在  标定转速下运转）。此时油量调节机构所处位置被确定为实际运转中允许达到的极限位置，实船上柴油机均在此位置设置限位块，以防止供油量超过极限，避免柴油机因过度超负荷而损坏。

 

在油量调节机构固定于上述极限位置的情况下，逐渐增加柴油机外负荷，使其在低于超负荷功率转速的若干个不同转速下稳定运转，测量并记录相应转速下的性能参数，据此绘出超负荷速度特性曲线。该曲线显示了柴油机在不同转速下超负荷工作时所能达到的最大功率。由于柴油机在超负荷下工作，气缸内温度、压力极高，机件承受很大热应力和机械应力，所以按此特性工作时间不应超过 ，一般只允许在必要时短时间运转，以保障柴油机的安全可靠性和使用寿命。

（三）部分负荷速度特性

把喷油泵油量调节机构固定在比标定功率供油量小的各个不同位置上所测试的柴油机的速度特性，称为部分负荷速度特性。因为比标定功率供油量小的位置有很多，根据油量调节机构所固定位置的不同，可以测得很多部分负荷速度特性曲线。

 

柴油机的有效功率  和有效耗油率  随转速  变化的总趋势是一致的，循环供油量大、转速高时，有效功率  越大；而有效耗油率  的变化规律是：在每种供油量不变的前提下和在柴油机可运转的转速范围内，都存在一个最经济的转速 ，在同一转速和不同供油量时，以标定供油量的  为最小。从  曲线的分布来看，自上而下依次是 、、、、 标定负荷的速度特性。从  曲线的分布来看，自上而下的依次是 、、、、 标定负荷的速度特性。由此可以看出，柴油机按部分负荷特性运行时，燃油消耗率  的值较大，所以经济性较差。这是因为在部分负荷时，柴油机的工作点偏离了其最佳经济运行区域，导致燃油不能充分燃烧，能量损失增加，从而使得燃油消耗率上升。在实际应用中，如船舶在低负荷航行或车辆在城市道路低速行驶等工况下，柴油机的部分负荷运行会导致燃油经济性下降，增加运营成本和能源消耗。因此，对于经常在部分负荷工况下运行的柴油机，需要采取一些优化措施，如优化喷油定时、调整增压压力等，以提高其部分负荷经济性。

五、柴油机的推进特性

 

当柴油机作为船舶的主机带动螺旋桨工作时，不管柴油机与螺旋桨是直接连接还是通过减速齿轮箱连接，二者之间总要保持能量上的平衡。因此主机发出的功率和转矩随转速而变化的规律与螺旋桨吸收的功率和转矩随转速而变化的规律必须相同。

（一）螺旋桨的特性

 

根据螺旋桨理论，可以得知：螺旋桨所需的吸收功率与其转速的三次方成正比。即 （其中  为常数）。这一特性表明，随着螺旋桨转速的增加，其吸收的功率会迅速增大。例如，当螺旋桨转速增加一倍时，其吸收的功率将增加到原来的八倍。这种特性对柴油机的输出功率和转矩提出了特定要求，因为柴油机必须能够提供与螺旋桨吸收功率相匹配的动力，才能保证船舶的正常航行。在船舶设计和柴油机选型时，需要充分考虑螺旋桨的这一特性，以确保柴油机与螺旋桨之间的良好匹配。

（二）柴油机的推进特性

 

柴油机作主机带动螺旋桨工作时，根据主机功率与螺旋桨所需功率相等的原则，主机所发出的有效功率  与转速  的关系也应遵循三次方的规律，即 。柴油机依螺旋桨特性工作时，各主要性能参数随转速而变化的规律称为柴油机的推进特性。

 

柴油机的推进特性是在专门的试验台上进行测试的。根据柴油机的标定功率和标定转速的值，首先按公式  计算出柴油机按推进特性工作时各转速下对应的功率值。

 

将柴油机调整到在推进特性的各对应点上稳定运行，测取各对应点下柴油机的各主要性能参数，然后以转速为横坐标，以所测参数为纵坐标绘成曲线，即为柴油机的推进特性曲线。通过推进特性曲线，可以直观地了解柴油机在带动螺旋桨工作时，其功率、转矩、耗油率等参数随转速的变化情况。例如，在低转速时，柴油机的转矩较大，以满足螺旋桨在启动和低速航行时的较大阻力需求；随着转速的升高，功率逐渐增大，耗油率也会发生相应变化。这有助于船舶操作人员合理调整柴油机的运行状态，以实现船舶的高效、安全航行。

（三）柴油机与螺旋桨匹配

 

在进行船舶设计时，是根据主机来选配螺旋桨的。既要使柴油机的功率得到充分发挥，又要使柴油机在全部的工作转速范围内都不超负荷。因此，设计时，通常是以柴油机标定功率 的 （一般取 ）作为配桨功率的。目的是使柴油机留有一定的功率储备。

 

如果所选配的螺旋桨特性曲线为 Ⅲ，则在   转速下与曲线 Ⅲ 汇交于点 ，设其对应的功率为  ，则主机的功率不能得到充分发挥。欲使主机的功率得以发挥，则需加大油门，这必然造成柴油机超转速运转，如图点  所示，此时称配桨 “过轻”。反之，如果选配的螺旋桨特性曲线在曲线 Ⅱ 的左（上）方，柴油机与螺旋桨的配合工作点要比标定转速低，，即使在标定油门时，柴油机也达不到标定转速，柴油机的功率同样得不到充分发挥，若一定要开到  ，则要加大油门，柴油机会超负荷，此时称配桨 “过重”。正确的螺旋桨匹配对于船舶的性能至关重要。如果配桨过轻，船舶在高速航行时动力不足，无法达到设计航速，同时柴油机可能因超转速运转而损坏；如果配桨过重，柴油机在正常运行时就会超负荷，导致燃油消耗增加、机件磨损加剧、可靠性降低等问题。因此，在船舶设计和运营过程中，需要精确计算和调整柴油机与螺旋桨的匹配关系，以确保船舶的整体性能和经济性。

六、柴油机的调速特性

 

柴油机的调速特性是指当调速器的转速调节机构固定于某一位置时，在外负荷从零到最大值或相反过程的全部变化范围内，柴油机的功率、扭矩或平均有效压力与转速之间的关系。

 

特点：调速特性与柴油机的其它特性不同，它并不涉及柴油机内部的工作过程，只与调速器的工作性能直接有关──主要指稳定调速率。

 

试验方法：先在标定转速 和标定负荷 下满足标准试验条件稳定运转时，先卸去全部负荷，使其转速达到最高空载转速，然后逐步增加负荷至标定负荷，记录各测试点的柴油机转速、扭矩和油耗等参数并绘成曲线，便得到柴油机的调速特性曲线。

（一）双制（限速）式调速器的调速特性

 

在最低和最高控制转速时起作用，低速加油高速断油。这种调速器主要用于一些对转速控制要求相对简单的场合，如小型发电机或某些特定的工业设备。在最低控制转速下，调速器开始增加供油量，以保证柴油机能够稳定运行；当转速达到最高控制转速时，调速器则减少供油量，防止柴油机超速运转。例如，在一些小型应急发电机中，双制调速器可以确保发电机在市电停电时迅速启动并稳定运行，在转速达到额定值后不会因负载变化而超速，为应急供电提供可靠保障。

（二）全制式调速器的调速特性

 

全制式调速器不仅在低速和高速范围内有调速作用，而且在整个运行转速范围内都有调速作用。图 13 - 14 中曲线 2、3、4、5、6 分别为当调速器的转速调节机构固定于各个不同位置时的调速特性线。

 

由全负荷变化至空负荷，经调速器调节，转速由 变化到。如果，说明柴油机在负荷变化时，存在转速差，调速器的转速调节称为有差调节；如果，转速差为零，（即稳定调速率），调速器的调节为无差调节。全制式调速器广泛应用于各种需要精确转速控制的场合，如船舶主机、大型发电机组等。在船舶主机中，全制式调速器可以根据船舶的航行需求，精确调整柴油机的转速，无论是在起航、加速、减速还是在不同负载条件下的航行，都能保证柴油机稳定运行，同时还能实现与其他船舶设备的良好协同工作，提高船舶的整体性能和可靠性。

七、柴油机的限制特性及运转范围

（一）柴油机的限制特性

 

柴油机的限制特性是指限制柴油机在各种转速下的运转功率，以使柴油机的机械负荷和热负荷不超出为保证它可靠工作而规定的允许范围。

 

柴油机按全负荷速度特性工作，在标定工况点（，），柴油机的热负荷和机械负荷不会超出允许范围。当转速降低时，对非增压柴油机来说，会因转矩增大而导致机械负荷超出允许范围；而对废气涡轮增压柴油机，当转速降低时，还会因废气能量迅速减少，增压器输出空气压力降低，进入气缸的空气量变少而使 降低，会引起气缸内燃烧不良、燃气温度升高，从而可能导致柴油机的热负荷在低负荷时也超出允许范围。

 

按照柴油机类型的不同，在确定其限制范围时，通常把最高爆发压力、平均有效压力、曲轴转矩、过量空气系数、排气温度 和增压器转速 等参数作为限制因素。其中较常用的是 和。

 

1. 等转矩限制特性──限制机械负荷对于一台既定的柴油机，若不考虑扭转振动所引起的附加应力，轴系的机械负荷取决于曲轴扭矩 的大小。而在设计时，是以在标定工况下的转矩 为依据的。所以，只要限制柴油机的转矩，使之在任何情况下都不超过标定工况下的转矩，轴系就不致因超机械负荷而损坏。

 

由此可见，转矩限制特性在 坐标图上是一条通过坐标原点和标定工况点的直线，图 13 - 6 中的线 7 所示。在等转矩特性线以下的全部工作转速范围内，柴油机不会超机械负荷。这一特性为柴油机的机械安全运行提供了重要保障，在柴油机的运行控制和监控系统中，可以通过监测转矩值，确保其不超过限制线，从而避免因机械负荷过大而导致的轴系断裂、机件损坏等故障。

 

1. 等排温限制线──限制热负荷柴油机的热负荷与过量空气系数 有直接的关系。过量空气系数 会随转速的降低而减小引起燃烧不良，排气温度升高而导致柴油机在低速运行时热负荷超过允许范围。但是，柴油机在运转过程中，过量空气系数 的值很难测定。而且在整个运转转速范围内，要使 保持不变也相当困难。所以实际上常以排气温度 作为限制柴油机热负荷的参数来建立相应的限制特性──等排温限制特性。

 

从实验可知，柴油机在标定工况下运行时，机械负荷和热负荷都不会超出规定值。当转速降低时，在转速开始下降的初期，按等转矩线变化的功率小于按等排气温度线变化的功率；而到转速下降的后期，按等转矩线变化的功率却大于按等排气温度线变化的功率。因此，柴油机的限制特性中，在转速下降的初期，以转矩作为主要限制参数；而在转速下降的后期（低转速范围），则以排气温度作为主要限制参数。通过监测排气温度，能够有效控制柴油机的热负荷，防止因过热导致的活塞烧蚀、气缸垫损坏、涡轮增压器故障等问题，延长柴油机的使用寿命，提高其运行可靠性。

（二）船用柴油机的允许工作范围

 

1. 最大功率柴油机在各种转速下允许达到的最大功率，在不同的工作条件下分别由超负荷速度特性来确定。在额定工况下，柴油机应能稳定输出标定功率，但在某些特殊情况下，如船舶应急航行或需要短时间提高航速时，可以允许柴油机在超负荷速度特性下运行，但运行时间必须严格控制在规定范围内，以防止柴油机因过度超负荷而损坏。例如，在船舶遇到紧急情况需要快速逃离危险区域时，柴油机可以短时间运行在超负荷状态，提供更大的动力，但之后必须尽快恢复到正常运行状态并进行检查和维护。

2. 最小功率柴油机在各种转速下的最小功率由最小的部分负荷速度特性（曲线 8）来限制。柴油机负荷减少时，循环供油量也要相应减小。若减至太小，会使各缸的供油量变得很不均匀，甚至可能导致个别气缸不喷油或不发火，使柴油机运转不稳定；并且还会产生因燃烧不良，燃烧室表面严重积炭或有未经燃烧的柴油沿气缸壁流入曲轴箱污染并稀释润滑油、低温腐蚀加剧等不良后果。最小功率一般规定为长期使用功率的 。在实际运行中，需要避免柴油机长时间在过低功率下运行，以保证其正常的燃烧过程和稳定的运行状态。对于船舶主机，在港口停泊或低速航行时，可以通过调整负荷或采用辅助动力装置，使柴油机保持在合适的功率范围内运行。

3. 最高转速柴油机转速过高，会产生过大的惯性力和惯性力矩，导致机件的振动和磨损加剧，使柴油机不能安全工作。柴油机在各种负荷下可能达到的最高转速，在装有调速器的情况下，由调速特性（曲线 5 和曲线 6）来限制。如果在标定功率下调速器使柴油机在标定转速下稳定运转，则在负荷减小时，它将使柴油机在调速特性线 5 所确定的各个转速下稳定运转。同理，如果在超负荷功率下调速器使柴油机在相应的最高转速下稳定运转，则在负荷减小时，它将限制柴油机在曲线 6 所确定的转速范围内工作。调速器的这一功能对于保护柴油机至关重要，它能够确保柴油机在不同负荷条件下的转速始终处于安全范围内，减少因超速运转而引发的故障风险。

4. 最低转速柴油机在各种负荷下的最低转速也是有限制的，柴油机在过低的转速下运转时，油泵柱塞的速度下降，泵油压力降低得过多，致使燃油雾化不良，混合气形成的质量变差，加上各喷油泵的柱塞套筒在加工方面存在的缺陷，可能使个别缸不能连续发火，柴油机工作不稳定甚至导致燃油不能自燃而停车。决定这条限制线的是按全负荷速度特性工作（即在油门不变情况下）的最低稳定工作转速（曲线 9）和按推进特性工作（即在柴油机低转速、低负荷）时的最低稳定运转转速（曲线 10）。作为船用主机的最低稳定转速应以曲线 10 为准。一般低速柴油机的最低稳定工作转速不高于标定转速的 ，中速柴油机不高于 ，高速柴油机不高于 。在船舶起航和低速航行时，需要确保柴油机的转速不低于最低稳定转速，以保证其正常运行和动力输出。同时，对于一些需要在低转速下长时间运行的特殊工况，如拖网渔船在作业时，需要对柴油机进行特殊的调试和监控，以确保其在低转速下的可靠性和稳定性。

 

综上所述，全面深入地了解柴油机的各种特性，包括工况、负荷特性、速度特性、推进特性、调速特性以及限制特性与运转范围等，对于正确选择、合理使用和有效维护柴油机具有极为重要的意义。无论是在船舶动力、发电设备还是其他工业领域，只有依据柴油机的特性进行科学的设计、运行和管理，才能充分发挥柴油机的性能优势，提高其工作效率，降低运行成本，保障设备的安全可靠运行，为相关行业的发展提供坚实的动力支持。