3.3. Нагрузочные характеристики
3.3.1. Основные понятия, цель и методика определения характеристик
В эксплуатационных условиях автомобильные двигатели вынуждены работать чаще всего на неполных нагрузках. Нагрузочные характеристики снимаются с целью выбора наиболее экономичного режима работы двигателя в рабочем диапазоне нагрузок.
Нагрузочной характеристикой двигателя внутреннего сгорания называется зависимость часового расхода топлива Gт, удельного эффективного расхода топлива ge и других показателей (i, , v, e и т. п.) работы двигателя от изменения нагрузки (Pe, Ne, Мe) при постоянном скоростном и тепловом режимах. При графическом построении нагрузочных характеристик изменение нагрузки двигателя откладывается на оси абсцисс либо в абсолютных значениях величины Pe (Мk) или Ne, либо в относительных в процентах от значений Pe (Мk) или Ne, соответствующих полному открытию дросселя. Для двигателей с наддувом наносят также кривую расхода воздуха, КПД турбины, компрессора, частоту вращения ротора и т. д.
Целями работы являются:
определение характера изменения GТ, gе, v, , i, e в функции от Pe (Mе) или Ne либо в процентах от Pe (Me) или Ne, при заданной преподавателем частоте вращения двигателя;
определение мощности (Рe, Mе) или процента от Ne, Рe (Mе), при которой будет минимальным удельный эффективный расход топлива на выбранной частоте вращения;
определение (для карбюраторного двигателя) момента включения в работу экономайзера или эконостата и параметров двигателя, на которых, в первую очередь, скажется это включение.
Методика определения характеристик. Регулирование нагрузки осуществляется открытием дроссельной заслонки (карбюраторный двигатель) или перемещением рейки топливного насоса (дизель). Скоростной режим поддерживается постоянным с помощью нагружающего устройства.
Нагрузочную характеристику на практике измеряют при номинальной частоте вращения, a также при 0,75 nном; 0,5 nном, 0,25 nном. Отклонение действительной частоты вращения от предложенной не должно превышать 1 %.
При снятии каждой из характеристик последовательность работы следующая:
1. Запускается двигатель и прогревается до нормального теплового состояния (проверяется по температуре охлаждающей воды, масла и выпускных газов).
2. Подача топлива доводится до полной при одновременном нагружении его. Таким образом устанавливается заданный скоростной режим.
3. После установления теплового режима двигателя производят измерение и запись в протокол всех параметров, указанных в таблице.
4. Уменьшают подачу топлива дросселем или рейкой топливного насоса и одновременным снижением нагрузки (уменьшают тормозной момент) добиваются поддержки выбранного скоростного режима.
5. После установления теплового режима двигателя производят на этом режиме измерения и запись в протокол данных измерения (не менее чем на 8 режимах) до полной разгрузки двигателя (холостого хода) при заданном скоростном режиме.
3.3.2. Нагрузочная характеристика двигателей с принудительным зажиганием
Поскольку из двигателей с внешним смесеобразованием наибольшее применение находят карбюраторные, рассмотрим нагрузочную характеристику двигателя с принудительным зажиганием (рис. 13).
Изменение нагрузки в этих двигателях осуществляется изменением подачи свежего заряда путем воздействия на дроссель (количественное регулирование). Изменение положения дросселя сказывается, в первую очередь, на коэффициенте остаточных газов r и на коэффициенте наполнения v, поскольку изменяется гидравлическое сопротивление впускной системы. На холостом ходу дроссель почти полностью прикрыт – коэффициент наполнения мал (коэффициент остаточных газов большой), а Ne = 0 и e = 0, поэтому ge стремится к бесконечности. По мере открытия дросселя увеличивается v, а согласно (6) Pi, Pe, Мe и, в конечном счете, Ne. Значение ge уменьшается обратно пропорционально e = iм, достигая минимума при максимуме e в зоне нагрузок, когда включается экономайзер.
Рис. 13. Нагрузочная характеристика двигателя с принудительным зажиганием
Коэффициент избытка воздуха зависит от конструкции и настройки карбюратора и изменяется в сравнительно малых пределах: от 0,7–0,8 на малых нагрузках, 1,05–1,2 на средних нагрузках (экономическая и экологическая смесь) до 0,8–0,9 на нагрузках, близких к максимальной (мощностная смесь).
Величина i, характеризующая тепловые потери, находится в прямой зависимости от v и , определяющих характер протекания рабочего процесса. Поскольку мало изменяется во всем мощностном диапазоне, то изменение i также незначительно от средних нагрузок до нагрузок, где включается экономайзер в двигателях и происходит автоматическое обогащение в двигателях с впрыском легкого топлива. В этом случае i начнет резко уменьшаться. На малых мощностях уменьшение i объясняется ростом относительной величины теплоотдачи через стенки цилиндра в охлаждающую среду, разбавлением смеси все большим (с уменьшением нагрузки) количеством остаточных газов и уменьшением несгоревшей части топлива ( < 1).
Механический КПД с увеличением нагрузки растет, поскольку механические потери практически неизменны, а индикаторная мощность возрастает:
м = Ne / Ni = 1– (Nm /Ni). (11)
Характер изменения Pi, Pe и Me представляется в соответствии с (3) и (5) в виде прямых, причем Рe и Me переходят через начало координат.