На каждом скоростном режиме крутящий момент может изменяться от нуля (режим холостого хода) до максимального значения. Например, если двигатель приводит в движение генератор, соединенный с сетью, в которую включены электродвигатели и осветительные установки, то необходимо, чтобы независимо от потребляемой энергии (нагрузки) напряжение тока было постоянным. Это достигается поддержанием постоянной частоты вращения вала двигателя при его работе на различных нагрузочных режимах. Постоянство частоты вращения при разных нагрузках требуется также в случае приведения в движение от двигателя таких машин, как, например, компрессоры, насосы и т. п. Во всех этих случаях двигатель работает по нагрузочной характеристике. Нагрузочной характеристикой называется зависимость показателей двигателя от среднего эффективного давления (или мощности). По нагрузочной характеристике можно определить допустимую мощность двигателя для заданной частоты вращения коленчатого вала, а также выявить экономичность работы двигателя при различных нагрузках.

При передаче мощности двигателя на винт (авиационные или судовые двигатели), вращающийся в среде с постоянной плотностью, обычно принимают, что мощность, поглощаемая винтом, пропорциональна частоте вращения в кубе, т. е. Ne — an3. Характеристика двигателя, соответствующая этой зависимости, называется винтовой характеристикой. Винтовая характеристика ограничена максимальной мощностью при номинальной частоте вращения и минимальной мощностью при минимальной устойчивой частоте вращения.

В эксплуатационных условиях двигатели внутреннего сгорания в зависимости от условий работы потребителя энергии должны работать при различных частотах вращения и крутящих моментах, т. е. на различных режимах по той или иной характеристике. Например, в случае установки двигателя на автомобиль частота вращения коленчатого вала, связанного через сцепление и трансмиссию с колесами, примерно пропорциональна (для существующих схем трансмиссий) скорости движения автомобиля. При движении автомобиля с постоянной скоростью сопротивление движению может меняться в зависимости от состояния пути, его уклона, силы и направления ветра и т. п., вследствие чего изменяется и потребляемая автомобилем мощность.

На рис. 1 показаны характеристики и возможные режимы работы двигателей различного назначения. По оси абсцисс отложена относительная частота вращения п/п„ (отношение данной частоты вращения к номинальной), а по оси ординат — относительная мощность Ne/Ne . Для транспортного двигателя возможны все режимы, лежащие внутри площади, ограниченной снизу осью абсцисс, сверху — внешней скоростной характеристикой, слева минимальной и справа предельно допустимой частотой вращения. Для стационарных двигателей рабочие режимы при заданной частоте вращения могут быть представлены вертикальной линией 3 от оси абсцисс до линии внешней скоростной характеристики. Характеристика — винтовая характеристика.

Кроме рассмотренных выше характеристик двигатель может работать и по другим характеристикам. Например, тепловозный дизель-генератор работает по тепловозной характеристике, представляющей собой изменение мощности, расхода топлива и других параметров в зависимости от частоты вращения при определенном положении органа управления (контроллера). Каждому положению контроллера соответствует определенный момент затяжки пружины регулятора топливного насоса.