Đường đặc tính động cơ là các đường cong thể hiện mối quan hệ giữa các thông số chủ yếu đặc trưng cho chế độ làm việc động cơ trong quá trình khai thác. Trong thực tế động cơ chính tàu thuỷ luôn làm việc trong các điều kiện thay đổi nên các thông số kinh tế, kỹ thuật của động cơ sẽ thay đổi theo các đường đặc tính nên đường đặc tính thể hiện tương đối chính xác chất lượng khai thác của động cơ.
Đường đặc tính động cơ được chia thành hai nhóm chính: 1. Đặc tính tốc độ:
Đặc tính tốc độ là các đường cong biểu thị mối quan hệ của một số thông số chính của động cơ Diesel như công suất, mômen quay hoặc áp suất có ích trung bình, suất tiêu hao nhiên liệu, hiệu suất và các chỉ tiêu công tác khác theo số vòng quay.
Đường đặc tính tốc độ được chia thành hai nhóm đặc tính cơ bản sau: a. Đặc tính ngoài động cơ:
Đường đặc tính ngoài động cơ là đường đặc tính tốc độ biểu thị công suất cực đại do động cơ phát ra tương ứng với từng chế độ số vòng quay khác nhau của động cơ. Đối với các động cơ Diesel, do công suất cực đại phụ thuộc vào việc điều chỉnh lượng nhiên liệu cực đại cung cấp cho mỗi chu trình ở các vị trí không đổi khác nhau (ha = const). Khi cơ cấu cung cấp nhiên liệu ở các vị trí không đổi khác nhau, giá trị công suất lớn nhất động cơ sẽ khác nhau nên tương ứng sẽ có các đường đặc tính ngoài sau:
Đặc tính ngoài công suất giới hạn (ha = max): đặc tính tốc độ trong đó công suất động cơ ở mỗi chế độ vòng quay đạt giá trị giới hạn lớn nhất (đường 1).
Đặc tính ngoài giới hạn bơm cao áp: đặc tính tốc độ trong đó ở mỗi chế độ cơ cấu điều khiển nhiên liệu được kéo tới giới hạn trên của bơm cao áp (đường 2)
Đặc tính ngoài xả khói đen (100% < ha < hamax): đặc tính tốc độ trong đó ứng với mỗi chế độ số vòng quay của động cơ, cơ cấu điều kiển cung cấp nhiên liệu nằm ở vị trí bắt đầu có khói đen xả (đường 3).
Đặc tính ngoài công suất định mức (ha = 100%): Đặc tính tốc độ khi cơ cấu cung cấp nhiên liệu giữ ở công suất động cơ phát ra là công suất định mức theo thiết kế NH tương ứng với số vòng quay định mức khi thiết kế là nH (đường 4). Đặc tính ngoài định mức là đường đặc tính chính để xác định các thông số kinh tế, kỹ thuật của động cơ do nhà chế tạo quy định và đảm bảo ở điều kiện tiêu chuẩn do đó khi nói đến đặc tính ngoài thì được hiểu là đường đặc tính ngoài định mức.
Đặc tính ngoài công suất sử dụng (ha = 85 – 95%): là đường đặc tính tốc độ trong đó cơ cấu cung cấp nhiên liệu được giữ ở vị trí công suất động cơ phát ra là công suất sử dụng Ns ứng với số vòng quay là số vòng quay sử dụng ns (đường 5). Trong quá trình khai thác thực tế, để tránh sự quá tải cho động cơ thường tổ chức khai thác động cơ ở các chế độ làm việc theo đặc tính ngoài công suất sử dụng nên đường đặc tính này được sử dụng để lựa chọn các thiết bị động lực chính của tàu.
Đặc tính ngoài bộ phận ( ha < 85 – 95%): các đường đặc tính khi cơ cấu điều khiển cung cấp nhiên liệu được giữ ở vị trí công suất phát ra thấp hơn các đặc tính ngoài kể trên (đường 6).
Khi tàu làm việc ở điều kiện quá tải như bề mặt vỏ tàu và chân vịt bám bẩn, tàu hoạt động ở các điều kiện hàng hải không thuận lợi như sóng to, gió lớn.v..v… vòng quay động cơ giảm và làm giảm vận tốc nếu vẫn giữ tay ga ở vị trí ban đầu. Do đó để đảm bảo được vận tốc đã cho buộc người sử dụng phải kéo tay ga để tăng lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình và điều này sẽ dẫn đến việc quá tải cần phải giảm bớt lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình và chuyển động cơ đang làm việc theo đường đặc tính ngoài công suất định mức sang làm việc theo đường đặc tính giới hạn phụ tải là đường thể hiện mối quan hệ giữa công suất chỉ thị (hoặc áp suất chỉ thị) ứng với số vòng quay mà tải trọng cơ hoặc tải trọng nhiệt trong các chi tiết đạt đến mức không cho phép động cơ làm việc lâu dài hoặc chỉ trong thời gian giới hạn.
Trong thực tế khai thác động cơ thường sử dụng đại lượng mômen xoắn Me hoặc áp suất có ích trung bình Pe làm tiêu chuẩn cho giới hạn của phụ tải nên đường đặc tính giới hạn phụ tải của động cơ thường là đường Me = f(n) hoặc là đường Pe = f(n) đi qua điểm có giá trị PeH = 100% tương ứng với chế độ làm việc định mức động cơ và có thể là đường I, II hoặc III (hình 2.10).
I. Động cơ bốn kỳ, không tăng áp.
II. Động cơ hai kỳ và bốn kỳ, tăng áp bằng cơ giới.
III. Động cơ hai kỳ tăng áp bằng tuabin khí xả.
2. Đặc tính phụ tải
Đặc tính phụ tải là đặc tính biểu thị sự thay đổi suất tiêu hao nhiên liệu có ích và các chỉ tiêu khác theo giá trị công suất, momen hay áp suất có ích trung bình Pe khi động cơ làm việc ở các chế độ có số vòng quay không đổi khác nhau n = const. Đối với động cơ Diesel, nếu giữ số vòng quay không đổi thì khi muốn thay đổi tải cần thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình và đảm bảo góc phun sớm thích hợp nhất đối với từng chế độ số vòng quay, khi đó các giá trị phụ tải của động cơ như công suất có ích Ne, mômen có ích Me và áp suất có ích trung bình Pe ở chế độ số vòng quay không đổi tăng theo tỷ lệ giống nhau và xác định phụ tải của động cơ. Qua đường đặc tính phụ tải có thể xác định được các thông số kinh tế của động cơ như suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge, lượng tiêu hao nhiên liệu giờ G đối với từng chế độ số vòng quay, suất tiêu hao nhiên liệu ít nhất gmin, lượng nhiên liệu giới hạn cung cấp cho mỗi chu trình, từ đó có thể xác định được chế độ khai thác hợp lí theo công suất số vòng quay ở điều kiện khai thác thực tế và sự thay đổi các thông số công tác động cơ từ chế độ không tải Pe = 0 cho đến chế độ tải định mức Pe = PeH. Trong thực tế các động cơ Diesel thường làm việc theo đặc tính phụ tải nên trong quá trình khai thác đặc tính phụ tải thường dừng ở vòng quay định mức nH = const. Trường hợp nH = const và bộ chế tốc độ giữ mức độ không đều trong khoảng (3 – 5)% số vòng quay định mức thì khi đó đặc tính phụ tải gọi đường đặc tính điều chỉnh. Kinh nghiệm khai thác nhận thấy khi làm việc ở chế độ phụ tải thì số vòng quay động cơ bao giờ cũng phải thay đổi từ (2 – 3)% số vòng quay định mức để phù hợp với sự tăng giảm của phụ tải. Khi đó việc điều chỉnh số vòng quay trở lại ổn định được thực hiện nhờ bộ điều chế tốc tác động lên thanh răng bơm cao áp để cung cấp lượng nhiên liệu phù hợp phụ tải. Các chế độ tải đặc trưng nhất cho quá trình làm việc của động cơ Diesel là chế độ không tải Pe = 0, chế độ toàn tải Pe = 100% và chế độ phụ tải kinh tế nhất ge = gemin.