Нагрузочные характеристики

Назначением некоторых ДВС является привод агрегатов с постоянной частотой вращения не зависимо от момента сопротивления нагрузки. Этими агрегатами могут являться электрические генераторы, насосы, компрессоры и др. Критерием выбора двигателя для этих целей является не только мощность на этом скоростном режиме, но и изменение КПД и удельного расхода топлива при изменении нагрузки. Поэтому работу таких двигателей оценивают по характеристикам, полученным при постоянной частоте вращения вала, которые называются нагрузочными характеристиками.

Нагрузочными характеристиками называют зависимость основных показателей работы двигателя от нагрузки при постоянной частоте вращения его вала.

Нагрузка при работе двигателя на постоянном скоростном режиме может характеризоваться такими показателями как p_e, N_e, M_e, а показателями работы могут служить в первую очередь η_e и g_e. Кроме того, в качестве показателей работы могут использоваться величины, характеризующие протекание рабочих процессов цикла (α, η_v, η_i, и др.).

Нагрузочная характеристика может быть определена расчетом, для существующих двигателей она определяется экспериментально. Процедура экспериментального определения и оборудование регламентируются стандартом. Для двигателей, предназначенных для работы при определенной n нагрузочная характеристика определяется именно для этого скоростного режима. Нагрузочная характеристика автотракторных двигателей обычно определяется при n, соответствующих максимальному крутящему моменту. Для двигателей, имеющих регулятор частоты вращения, показатели работы двигателя определяют для частоты вращения, определяемой при данной нагрузке регулятором. При этом каждая точка дополнительно характеризуется частотой вращения, поддерживаемой регулятором.

При работе двигателя по нагрузочной характеристике поддержание скоростного режима при переменном моменте сопротивления потребителя осуществляется путем изменения подачи горючей смеси или топлива. Для двигателей с количественным регулированием при этом изменяется положение дроссельной заслонки, для дизелей изменяется положение органа, регулирующего цикловую подачу топлива.

Для определения характера протекания нагрузочных характеристик двигателя с количественным регулированием воспользуемся выражениями для определения экономических показателей и механического КПД:

η_e= η_iη_м, g_e = 3600/ H_u η_e,

.

При работе по нагрузочной характеристике с постоянной n мощность двигателя увеличивается в результате увеличения угла открытия дроссельной заслонки. Это ведет к увеличению характерных давлений цикла, росту η_v, падению γ_r. Горизонтальная часть кривой η_v относится к той части характеристики, на которой рост мощности происходит в результате обогащения смеси до мощностного состава.

Увеличение η_v, и падение γ_r позволяет обеднять экономичную смесь, используемую на всех режимах не максимальной мощности. При полном открытии дроссельной заслонки в некоторых двигателях предусматривается обогащение смеси до мощностного состава. Как было показано при рассмотрении индикаторных показателей, при уменьшении количества остаточных газов оптимальная с точки зрения экономичности смесь обедняется, растет η_i , отношение η_i/α уменьшается. Обогащение смеси до мощностного состава дает обратный эффект.

Среднее давление механических потерь слабо зависит от нагрузки, принимаем его неизменным по нагрузочной характеристике.

Наиболее интенсивно изменяется при работе по нагрузочной характеристике η_v, остальные члены неизменны или изменяются слабо, отсюда следует, что с ростом нагрузки η_м возрастает. Этот же вывод можно сделать вспомнив, что η_м=1 – p_м/p_i , при открытии дроссельной заслонки возрастает работа цикла (p_i ) при неизменном p_м.

Эффективный КПД также возрастает, несколько уменьшаясь лишь на максимальном режиме в случае обогащения смеси. Этот же вывод можно сделать, имея в виду, что η_e по существу зависит от величины доли индикаторной работы затрачиваемой на преодоление механических потерь. Кривая удельного эффективного расхода g_e протекает зеркально по отношению к КПД.

Реальная нагрузочная характеристика двигателя АЗЛК приведена на рис.

стр 253 Оорл

Вид нагрузочной характеристики дизеля может быть получен с использованием тех же формул, что и выше.

Как и в предыдущем принимаем p_м не зависящим от нагрузки. В связи с применением в этом типе двигателей качественного регулирования мощности специального воздействия на количество воздуха, поступающего в цилиндр, не оказывается, поэтому η_v здесь также неизменен. При нагрузках близких к максимальным η_v может незначительно уменьшиться вследствие подогрева свежего заряда стенками цилиндра и остаточными газами

Увеличение мощности при работе дизеля по нагрузочной характеристике осуществляется увеличением цикловой дозы топлива g_тц, при этом происходит обогащение горючей смеси, уменьшение α.

При обсуждении индикаторных показателей дизеля было установлено, что в результате обогащения состава смеси происходит падение η_i и рост η_i/α.

Тогда в соответствии с формулой η_м с увеличением цикловой дозы топлива возрастает.

Рост η_м при этом существенно превышает падение η_i и поэтому η_e при увеличении нагрузки возрастает. хотя при приближении к максимальным нагрузкам (минимальным α) в связи с падением η_i эффективный КПД может несколько уменьшиться. Характеристика по удельному расходу топлива здесь также зеркальна.

Нагрузочная характеристика реального дизеля приведена на рис.

стр 254-255