3. Характеристики двигунів внутрішнього згорання

Роботу двигуна в різних експлуатаційних умовах можна проаналізувати, якщо встановлений зв'язок між його потужністю, моментом, що крутить, витратою палива і іншими величинами і показниками, що визначають режим роботи двигуна.

Режим роботи двигуна характеризується навантаженням і числом обертів.

Повним навантаженням називається будь-який режим роботи двигуна, незалежно від числа обертів, при повністю відкритій дросельній заслінці (карбюраторні і газові двигуни) або повній подачі палива (дизельні двигуни).

Частковими навантаженнями називаються будь-які інші режими роботи двигуна при неповному відкритті дросельної заслінки або неповній подачі палива. Часткові навантаження оцінюються в долях від повного навантаження з вказівкою відповідного ним числа обертів.

Залежність якого-небудь основного показника (або показників) роботи двигуна від іншого показника або чинника, що впливає на роботу двигуна, називається характеристикою двигуна.

Характеристики двигуна будуються на підставі дослідницьких даних, що отримуються при випробуваннях двигуна в лабораторних умовах.

Основними характеристиками двигуна є: швидкісна характеристика; характеристика навантаження; регулювальні характеристики.

Випробування і побудова регулювальних характеристик двигуна зазвичай передує отриманню швидкісних і навантажень характеристик.

Регулювальні характеристики

Регулювальною характеристикою називається залежність потужності, моменту, що крутить, витрат палива або одного з цих показників від якого-небудь показника або чинника, що впливає на роботу двигуна.

Потужність і економічність карбюраторних двигунів залежать від складу горючої суміші, на якій вони працюють. Цю залежність визначають за допомогою регулювальної характеристики по складу суміші (рис. 7.3).

Рисунок 7.3 - Регулювальна характеристика по складу суміші.

Для визначення регулювальної характеристики випробовують двигун, підтримуючи незмінним число обертів колінчастого валу, положення дросельної заслінки і температуру води, що охолоджує. При випробуваннях змінюють тільки регулювання карбюратора, встановлюючи послідовно паливні жиклери з різними пропускними спроможностями або змінюючи витрату бензину через жиклери за допомогою регулювальної голки.

При стабільному числі обертів колінчастого валу і незмінному положенні дросельної заслінки кількість повітря, що поступає в двигун, залишається постійною, тому в цих умовах зміну пропускній спроможності жиклерів забезпечує збіднення або збагачення складу горючої суміші, на якій працює двигун.

Кількість тепла, яке повинне виділятися при повному згоранні палива, зменшується як при збідненні суміші, так і при її збагаченні, враховуючи хімічну неповноту згорання.

При зменшенні тепловиділення в процесі згорання знижуються максимальні температури і тиск циклу, теплопередача в стінки і тепло, що відноситься з випускними газами.

Р аціональне регулювання дозуючої системи вибирається на підставі ряду регулювальних характеристик, отриманих для конкретних експлуатаційних режимів.

Регулювальна характеристика по випередженню запалення показує зв'язок між ефективною потужністю, витратою палива і кутом випередження запалення (рис. 7.4).

Рисунок 7.4 - Регулювальна характеристика по випередженню запалення

Із зіставлення кривих регулювальної характеристики двигуна виходить, що кожному режиму по числу обертів відповідає визначений, найбільш вигідний кут випередження запалення, при якому досягається найбільша потужність. Із збільшенням числа обертів найбільш вигідний кут випередження запалення зростає. Останнє пояснюється головним чином тим, що із збільшенням обертів час, що відводиться на згорання, скорочується.

Регулювальна характеристика карбюраторного двигуна дозволяє встановити, що при даному числі обертів найбільш вигідному куту випередження запалення відповідає не тільки найбільше значення потужності, але і якнайкраща економічність – мінімальна питома витрата палива.

Швидкісні характеристики

Швидкісною характеристикою називається залежність потужності, моменту, що крутить, витрати палива і інших показників роботи двигуна від числа обертів.

Швидкісна характеристика будується за даними випробувань двигуна на гальмівному стенді і є основним документом для оцінки двигуна при проектуванні і в експлуатації. По швидкісних характеристиках порівнюють двигуни різних моделей.

Розрізняють нормальні і нормально-експлуатаційні швидкісні характеристики.

Нормальна швидкісна характеристика знімається з двигуна, не обладнаного вентилятором, очисником повітря і глушником, а іноді і генератором.

Нормально-експлуатаційна швидкісна характеристика знімається з двигуна, обладнаного повним комплектом всіх допоміжних приладів.

Швидкісна характеристика двигуна може бути побудована також аналітичним шляхом, але з деяким наближенням.

Швидкісна характеристика в загальному вигляді показана на рис. 7.5.

Характерними крапками по осі частот обертання двигуна на швидкісній характеристиці є:

n_min – мінімальне число обертів, при яких двигун ще може стійко працювати при повному навантаженні;

n_M – число обертів,що відповідає максимальному моменту, що крутить;

Рисунок 7.5 - Швидкісна характеристика двигуна в загальному вигляді

n_g – число обертів, відповідає найбільшій економічності;

n_e – число обертів, відповідає максимальній потужності;

n_X – максимальне число обертів, яке може розвивати двигун вхолосту при повністю відкритому дроселі або повній подачі палива;

n_P – максимальні або “рознесення” оберти, які двигун може розвивати без регулятора при повністю відкритому дроселі або повній подачі на холостому ході. Робота при такому числі обертів недопустима.

З швидкісної характеристики виходить, що максимальний момент моменту, що вище крутить, реалізовується при максимальній потужності двигуна, що крутить.

Відношення максимального моменту, що крутить, при n_M до моменту, що крутить, при ne називається коефіцієнтом пристосовності До.

Цей коефіцієнт є показником, що оцінює динамічні якості двигуна. Він характеризує здатність двигуна долати можливе збільшення сумарних опорів при русі машини без переході на нижчу передачу. Коефіцієнт пристосовності у карбюраторних двигунів складає 1.1–1.4, у дизельних 1.05–1.15. Число обертів nM, відповідає максимальному моменту, що крутить, зазвичай рівне (0.4–0.7) n_e.

Зовнішня швидкісна характеристика

Характеристика, отримана при повністю відкритому дроселі (карбюраторні і газові двигуни) або при повній подачі палива (дизельні двигуни) і відповідає максимальній потужності двигуна на кожному швидкісному режимі, називається зовнішньою швидкісною характеристикою. Будь-яка крапка на кривій зовнішньої характеристики характеризує повне навантаження двигуна (рис. 7.6).

Рисунок 7.6 - Зовнішня швидкісна характеристика

Зовнішня швидкісна характеристика карбюраторного двигуна знімається при повністю відкритій дросельній заслінці, сталому тепловому режимі і оптимальному вугіллі випередження запалення для кожного швидкісного режиму.

Часткові швидкісні характеристики

Характеристики, отримані при неповністю відкритому дроселі або неповних подачах палива, називаються частковими швидкісними характеристиками. Будь-яка крапка на кривих часткових характеристик характеризує неповні навантаження.

Протікання робочих циклів карбюраторних двигунів на прикритих дросельних заслінках пов'язане з пониженням всього тиску циклу, зменшенням кількостей тепла, що виділяється, при згоранні і повільнішому його протіканні. Одночасно з цим при менших навантаженнях зростають відносні величини насосних теплових і механічних втрат.

Відповідно до цього змінюється характер швидкісних характеристик, на рис. 7.7 показані зовнішня швидкісна характеристика (суцільні криві) і часткова швидкісна характеристика (пунктирні криві).

Максимуми кривих ефективних потужностей у міру прикриття дроселя зрушуються у бік менших чисел обертів.

Рисунок 7.7 - Зовнішня і часткова швидкісні характеристики

Дизельний двигун, що має всережимний регулятор, при зменшенні навантаження працює на біднішій суміші, унаслідок чого температури газів в циліндрах знижуються і теплові втрати в стінки скорочуються, а насосні втрати при зменшенні навантажень залишаються майже без зміни. Проте більші, ніж в карбюраторних двигунах, механічні втрати при зменшенні навантаження швидше зростають по відносній величині, декілька погіршуючи паливну економічність дизеля при його малих навантаженнях. Числа обертів, відповідні найбільшим ефективним потужностям дизелів при часткових навантаженнях і наявності регулятора, зрушуються у бік менших обертів тільки при сильному їх зменшенні.

Регуляторна характеристика

В умовах експлуатації двигунів їх навантаження змінюється в широких межах. При нерухомому важелі або педалі, керівниками подачею палива, зміна зовнішнього навантаження викличе коливання частоти обертання двигуна. У цих випадках для збереження частоти обертання двигуна, постійного при зміні зовнішнього навантаження, необхідно відповідно змінювати потужність дизеля, що можливо за рахунок різної кількості уприскуваного дизельного палива. Таким чином, при регулюванні потужності дизеля і приведенні її у відповідність із зовнішнім навантаженням необхідно автоматично змінювати циклову подачу палива, для чого в систему живлення включають регулятор. Відповідно до цього для оцінки параметрів, що характеризують роботу дизеля з регулятором, використовують регуляторну характеристику, що визначає залежність чисел обертів, годинних і питомих витрат палива і інших параметрів від ефективної потужності, при дії регулятора на орган подачі палива. Регуляторну характеристику знімають, випробовуючи дизель, причому зняття регуляторної характеристики повинне проводитися при постійному положенні органу управління регулятором шляхом поступового збільшення навантаження від холостого ходу до повної. При цьому числа обертів змінюються від максимальних, визначуваних регулятором, до обертів, при яких момент дизеля, що крутить, досягає максимуму. Відповідно до цього при збільшенні зовнішнього навантаження підвищення потужності дизеля має бути отримане автоматично за рахунок зростання циклових подач дизельного палива.

Регуляторна характеристика дизеля представлена на рис. 7.8.

Рисунок 7.8 - Регуляторна характеристика дизеля

Характеристика навантаження

Характеристикою навантаження називається залежність годинної і питомої витрат палива від потужності, моменту, що крутить, або середнього ефективного тиску двигуна при постійному числі обертів.

Для зняття характеристик по навантаженню необхідні наступні умови:

• постійне число обертів;

• сталий температурний режим двигуна;

• регулювання карбюратора відповідно до інструкції заводу (карбюраторні двигуни);

• найвигідніше для даного режиму обертів кут випередження запалення (карбюраторні двигуни) або кут випередження уприскування (дизельні двигуни).

Зняття характеристик проводиться при різних положеннях дросельної заслінки (карбюраторні двигуни) або при різних положеннях рейки паливного насоса (дизельні двигуни).

Контрольні питання

1. Показники двигуна внутрішнього згоряння.

2. Індикаторні показники робочого циклу ДВЗ. Індикаторна робота.

3. Середній індикаторний тиск.

4. Індикаторна потужність.

5. Індикаторний ККД.

6. Індикаторний питомий видаток палива.

7. Ефективні показники робочого циклу ДВЗ. Механічні втрати. Механічний ККД.

8. Середній ефективний тиск.

9. Ефективна потужність.

10. Ефективний ККД.

Тема №8. СУМІШОУТВОРЕННЯ У БЕНЗИНОВИХ ДВИГУНАХ

1. Загальні відомості про карбюратор

1. Основні системи карбюратора

2. Сумішоутворення в бензинових двигунах

1. Загальні відомості про карбюратор

Карбюрація (від англійського Carburation) – процес приготування горючої суміші, що складається з одночасного розпилювання палива, його випаровування і перемішування з повітрям.

Загальні поняття

Пальна суміш — суміш парів палива з повітрям в певній пропорції. Залежно від співвідношення кількості палива до кількості повітря розрізняють наступні пальні суміші:

• бідна —1/17 і вище (1 частина палива на 17 частин повітря);

• збіднена —від 1/14,7 до 1/17;

• нормальна (стехіометрична) — 1/14,7. Дане співвідношення теоретично необхідне для повного згорання бензину;

• збагачена — від 1/13 до 1/14,7;

• багата — менше 1/13.

Карбюратор — прилад для точного дозування палива в потоці повітря, утворення пальної суміші і регулювання її подачі в циліндри двигуна.

Впускний трубопровід — канали (канал), по яких пальна суміш поступає в циліндри двигуна. До впускного трубопроводу кріпиться карбюратор.

Принцип карбюраторного сумішоутворення заснований на всмоктуванні палива в повітряний потік під дією розрідження.

Основні елементи карбюратора і їх призначення

Основний повітряний канал (камера) — головний канал, через який забезпечується надходження повітря у впускний трубопровід двигуна.

Дифузор — звуження основного повітряного каналу, що збільшує швидкість повітряного потоку, а отже, розрідження.

Камера змішувача — нижня частина основного повітряного каналу.

Розпилювач — кінець трубки або каналу, служить для подачі палива в повітряний канал карбюратора.

Дросельна заслінка — пластина, що повертається на осі і перекриває камеру змішувача. Регулює потік повітря, що проходить через карбюратор. Відкривається при натисненні педалі газу.

Повітряна заслінка — пластина, що повертається на осі і перекриває верхню частину основного повітряного каналу для підвищення в ньому розрідження.

Жиклери — деталі з отворами, що калібруються, розташовані в паливних або повітряних каналах і визначають кількість палива або повітря які можуть через них пройти. Маркування жиклера може позначати його діаметр в сотих долях міліметра або його пропускну спроможність, зміряну по спеціальній методиці.

Поплавкова камера — ємкість для підтримки постійної кількості палива в карбюраторі.

Голчастий клапан — регулює надходження палива в поплавцеву камеру.

Емульсивна трубка (канал) — порожнина, в якій здійснюється попереднє перемішування палива з частиною повітря, що поступає в карбюратор (утворення паливної “емульсії”).

Будова і принцип роботи найпростішого карбюратора

Найпростіший карбюратор (рис. 8.1) складається з поплавцевої камери і основного повітряного каналу.

• Паливо

• Повітря

• Горюча суміш

Рисунок 8.1 - Схема найпростіший карбюратора

1 — поплавок; 2 — голчастий клапан (А — сідло клапана; Б — голка; В — важіль поплавка); 3 — паливний жиклер; 4 — дифузор; 5 — розпилювач; 6 — дросельна заслінка.

У поплавковій камері знаходяться:

• поплавок;

• голчастий клапан;

• паливний жиклер.

У повітряному каналі розташовані:

• дифузор;

• розпилювач;

• дросельна заслінка.

При роботі двигуна в його циліндрах створюється розрідження, яке через впускний трубопровід передається до розпилювача карбюратора. Під дією різниці тиску паливо починає поступати з поплавкової камери до розпилювача і далі в повітряний канал. Краплі палива, потрапляючи в рухомий потік повітря, розбиваються на дрібніші, випаровуються і змішуються з повітрям, утворюючи паливну суміш.

У міру витрати палива поплавок опускається, відкриваючи голчатий клапан, при цьому поплавкова камера поповнюється новою порцією бензину і в ній підтримується постійний рівень палива.

При відкритті дросельної заслінки зростає швидкість повітряного потоку. Збільшуються розрідження в дифузорі, кількість палива, що проходить через розпилювач, і оберти двигуна.

Простий карбюратор забезпечує необхідний склад горючої суміші тільки при постійній частоті обертання колінчастого валу і навантаженню на двигун, а на перехідних режимах (при змінах положення дросельної заслінки) відбувається її надмірне збагачення або збіднення.

У реальних умовах експлуатації автомобіля двигун працює в широкому діапазоні частот обертання колінчастого вала і навантажень. Карбюратор повинен забезпечувати оптимальний склад суміші на всіх режимах, для кожного з яких потрібні різні співвідношення палива і повітря. У зв'язку з цим простий карбюратор доповнюють різними системами.