3. Расчетные формулы

3.4 Результаты испытаний двигателя

П о данным, указанным на рисунке 3 и в таблице 4, построены графики на рисунках 4-6.

Рисунок 4 – Нагрузочная характеристика двигателя

Рисунок 5 – Диаграмма теплового баланса двигателя при нагрузочной характеристике двигателя

а) б)

Рисунок 6 – Сравнение уровней удельного эффективного расхода топлива при работе двигателя по нагрузочной и винтовой характеристикам:

а) – нагрузочная характеристика; б) – винтовая характеристика.

3. Анализ результатов испытаний

   1. Работа по нагрузочной характеристике

1. Зависимость эффективной мощности N_e от нагрузки двигателя p_e:

На рисунке 4 видно, что зависимость N_e = f ( p_e ) выражается прямой линией.

«Секундная работа» всех цилиндров, то есть эффективная мощность многоцилиндрового двигателя

где, i – число цилиндров; z – коэффициент тактности; n – частота вращения коленчатого вала, мин^–1.

Используя «метод от противного» предположим, что множители изменяются с возрастанием нагрузки. Тогда график перестанет иметь форму прямой, а это противоречит тому, что мы наблюдаем на рисунке 4.

Из этого можно сделать вывод, что при работе двигателя по нагрузочной характеристике эффективная мощность пропорциональна нагрузке, а остальные множители являются константами.

2. Зависимость крутящего момента 𝑀 от нагрузки двигателя

Выше доказано, что N_e ∼ p_e. Так как N_e ∼ M·n, то при n = const получаем N_e ∼ M, следовательно, M ∼ p_e.

Эти рассуждения свидетельствуют о том, что обе величины – и M, и p_e являются «жестко» связанными величинами, и на графике их зависимость представляет собой прямую.

3. Зависимость коэффициента избытка воздуха для сгорания 𝛼 от нагрузки двигателя 𝑝_𝑒:

К оэффициент избытка воздуха 𝛼 определяется по формуле:

где G_в – расход воздуха, 𝐿 = 14,33 – теоретическое количество воздуха, необходимое для сжигания 1 кг топлива, кг/кг, G_т – часовой расход топлива, кг/ч.

В результате каждого хода наполнения в цилиндр всасывается из атмосферы один и тот же объём воздуха. Причем ввиду того, что дизель 2 Ч11/13 без наддува, воздух, поступивший в цилиндр, имеет практически одну и ту же массу после каждого хода наполнения. Поэтому при работе дизеля по нагрузочной характеристике часовой расход воздуха G_в практически постоянен (G_в const).

Следовательно, можно заключить, что коэффициент избытка воздуха 𝛼 в большей степени зависит от часового расхода топлива G_т, а тот, как видно из графика, возрастает с увеличением нагрузки.

Таким образом, сказанное означает, что при снижении нагрузки p_e коэффициент избытка воздуха для сгорания  существенно увеличивается.

4. Зависимость эффективного КПД 𝜂_𝑒 двигателя или удельного эффективного расхода топлива 𝑔_𝑒 от нагрузки 𝑝_𝑒

Результаты испытаний дизелей по нагрузочной характеристике показывают, что в диапазоне малых нагрузок при уменьшении нагрузки эффективный КПД 𝜂_𝑒 всегда снижается.

Напомним общеизвестный факт: 𝑔_𝑒 и 𝜂_𝑒 – строго обратные по отношению друг к другу величины. Следовательно, аналогичные утверждения (обратные) справедливы относительно 𝑔_e = f ( p_e ): при уменьшении нагрузки (в диапазоне малых нагрузок) удельный эффективный расход топлива 𝑔_𝑒 возрастает.

Основные причины снижения 𝜂_𝑒 при уменьшении нагрузки:

• существенное падение механического КПД (при снижении среднего эффективного давления (полезной нагрузки) всё большая доля энергии, вводимой в двигатель с топливом, расходуется на преодоление механических потерь);

• значительный рост коэффициента избытка воздуха для сгорания, который негативно влияет на рабочий процесс (обеднённая топливно-воздушная смесь, снижение температуры воздуха в КС, следовательно, снижение термического и индикаторного КПД цикла)

• снижение цикловой подачи топлива и укорачивание процесса впрыскивания, приводящие к снижению давления впрыска, которое не обеспечивает надлежащего качества распыливания, а значит, качество сгорания также ухудшается.