1. Нагрузочные характеристики двигателей

Нагрузочной характеристикой двигателя внутреннего сгорания называется комплекс зависимостей часового, удельного эффективного расходов топлива и других показателей двигателя от его нагрузки при постоянной частоте вращения коленчатого вала.

В качестве показателя величины нагрузки могут выступать эффективная мощность, крутящий момент или, чаще всего, среднее эффективное давление. Иногда характеристику строят по аргументу, представленному в относительных величинах, например в процентах от максимальной (номинальной) мощности. На характеристику, кроме графиков расходов топлива, обычно наносят также кривые часового расхода воздуха, коэффициента наполнения, коэффициента избытка воздуха и других показателей двигателя.

1.1.Нагркзочная характеристика дизеля

Н

Рис. 3.1. Зависимость показателей дизеля от нагрузки при n = const

агрузочная характеристика может сниматься как при регулировке топливного насоса высокого давления (ТНВД), установленной заводом изготовителем, так и с демонтированным устройством ограничения хода рейки ТНВД. Во втором случае цикловая подача топлива лимитируетсянаибольшей производительностью плунжерной пары насоса, что дает возможность обеспечить переобогащение смеси, выявить предел дымления и определить максимальную эффективную мощность, которую может развить дизель при данной частоте вращения коленчатого вала (рис. 3.1). На наиболее экономичном режиме (точка 1) дизель работает при полном бездымном сгорании при коэффициенте избытка воздуха α =1,5...2,0. С увеличением нагрузки, а следовательно, и расхода топлива G_T смесь обогащается, коэффициент α приближается к значениям 1,2...1,3, что приводит к неполноте сгорания топлива и возникновению дымления из-за появления в отработавших газах несгоревших углеродистых частиц - сажи (точка 3). Достижение максимальной мощности (точка 4) связано с переходом к еще более богатым смесям, коэффициент избытка воздуха при этом приближается к значению α =1, отработавшие газы приобретают черную окраску, удельный эффективный расход топлива существенно повышается. Дальнейшее увеличение цикловой подачи топлива приводит к еще большему ухудшению сгорания и падению мощности. Работа дизеля на режимах, сопровождающихся дымлением, не допускается. Режим номинальной мощности, определяемый (устанавливаемый) заводом-изготовителем, должен гарантировать бездымную работу дизеля (точка 2).

Анализ нагрузочной характеристики дизеля

Нарис. 3.2. представлена нагрузочная характеристика дизеля. Часовой расход топлива G_T с увеличением нагрузки р_е при n=const возрастает, так как при перемещении органа управления топливного насоса увеличивается цикловая подача топлива. До нагрузки примерно 70...75% от максимальной (р_е=0,5 МПа) зависимость G_T = f(p_e) близка к линейной. При меньших нагрузках вследствие появления неполноты сгорания крутизна кривой G_T несколько увеличивается.

Часовой расход воздуха G_B у дизеля с ростом нагрузки при n=const, должен быть практически постоянным. Однако увеличение нагрузки сопровождается общим возрастанием тепловой напряженности двигателя, особенно заметным при больших нагрузках и при максимальной мощности. По этой причине увеличивается подогрев свежего заряда, плотность его снижается, что приводит к некоторому уменьшению G_B и соответственно коэффициента наполнения η_V.

К

Рис. 3.2. Нагрузочная

характеристика дизеля

оэффициент избытка воздуха α снижается от α = 5,0...6,0 на холостом ходу (р_е=0) до α =1,75 на режиме наименьшего удельного эффективного расхода топлива (при р_е = 0,56 МПа), поскольку наибольшая полнота сгорания топлива достигается, как правило, при α =1,6...1,8. Для получения максимальной (или номинальной) мощности смесь должна быть обогащена до α_Н=1,2...1,4 (в зависимости от типа камеры сгорания и способа смесеобразования). У исследуемого дизеля α_Н =1,5.

Минимальный удельный эффективный расход топлива, равный 230 г/(кВт ч), наблюдается при р_е= 0,56 МПа. При меньшей нагрузке экономичность двигателя ухудшается, так как увеличивается относительная доля механических потерь (механический КПД η_М падает). При больших нагрузках удельный расход топлива возрастает из-за увеличения неполноты сгорания топлива. На номинальном режиме g_e=235 г/(кВтч).