Что такое нагрузочная характеристика двигателя

Что такое нагрузочная характеристика двигателя?

В ходе эксплуатации автомобильный двигатель редко работает на полную мощность – движение в тяжелых дорожных условиях, режим разгона, максимальная скорость. Как правило, он работает при частичных нагрузках. Оценка показателей работы дизеля, в том числе и экономичности, на неполных нагрузках производится исходя из нагрузочных характеристик.

В отличие от бензинового двигателя в дизеле отсутствует привязка к пределам воспламеняемости воздушно-топливной смеси. Все дело в том, что топливо впрыскивается в горячий сильно сжатый воздух, где и воспламеняется. В результате, управление дизелем происходит за счет изменения количества топлива, которое подается в цилиндры двигателя, количество воздуха при этом остается практически неизменным. Это значит, что система впрыска топлива должна проводить дозирование и распределение топлива по цилиндрам равномерно, вне зависимости от его расхода в диапазоне нагрузок и оборотов, при этом должна учитываться температура, а также давление всасываемого воздуха. Итак, каждому режиму работы дизеля должна соответствовать дозированная топливная подача под определенным давлением и в нужное время.

Для получения оптимального смесеобразования нужно принимать во внимание следующие факторы:

  • предельно допустимые крутящий момент и частота вращения;
  • граница дымления;
  • предельно допустимая температура у отработавших газов;
  • предельно допустимое max. давление в цилиндре и прочее.

Определение нагрузочной характеристики

Нагрузочная характеристика дизеля представляет собой зависимость расхода топлива от иных параметров рабочего процесса двигателя от его нагрузки – мощности или среднего эффективного давления, или же от крутящего момента при постоянной частоте вращения у коленчатого вала.

Данные характеристики, полученные при постоянных, но различных оборотах двигателя, дают возможность устанавливать для каждого скоростного режима, в зависимости от нагрузки, удельный и часовой расходы топлива, а также определять предельную допустимую подачу топлива и удельный минимальный расход топлива за цикл. Исходя из данных нагрузочных характеристик, строятся скоростные характеристики двигателя.

Отличие нагрузочной характеристики дизеля от карбюраторного двигателя

Нагрузочные характеристики дизеля в силу особенностей способа сгорания, смесеобразования и качественного регулирования мощности отличаются от характеристик карбюраторного двигателя. У дизеля образование топливовоздушной смеси идет в цилиндре за короткое время – тысячные доли секунды. При этом средней величиной для общего количества воздуха и топлива, принимающих участие в данном цикле, является коэффициент избытка воздуха. Впрыскиваемое топливо по камере сгорания распределяется неравномерно, образуются зоны различной концентрации воздуха и топлива. Поэтому в дизеле может быть значительное обеднение смеси, что дает возможность качественно регулировать мощность вплоть до холостого хода.

При изменении состава смеси мощность двигателя изменяется за счет уменьшения или увеличения количества топлива, которое выпрыскивается за цикл при неизменном количестве воздуха. На практике это происходит за счет изменения положения рейки топливного насоса. Коэффициент наполнения при этом остается постоянным, с увеличением мощности он несколько уменьшается, в виду увеличения подогрева заряда. Коэффициент избытка воздуха при уменьшении нагрузки зависит от часового расхода топлива.

По нагрузочной характеристике наибольшая мощность у двигателей получается при наибольшем значении величины, которая определяет качество прохождения рабочего процесса. Ухудшение процесса проявляется увеличением дымности у отработавших газов, появляется нагарообразование, экономичность ухудшается, двигатель перегревается. Таким образом, длительная работа дизеля при режиме максимальной мощности нежелательна.

Для того чтобы предотвратить чрезмерное обогащение смеси, максимальная цикловая подача топлива ограничивается установкой упоров рейки. Высокие степени сжатия, качественное регулирование мощности и возможность проведения работы на бедных смесях дизеля определяют большую экономичность рабочего процесса по сравнению с карбюраторными двигателями, в особенности при режимах частичных нагрузок.

Читайте также:  Плохо заводится двигателя auy

Дымление подогрева при изменении нагрузочных режимов

В исправных дизелях дымление происходит по причине изменения скоростных и нагрузочных режимов. Выделяется три типа дымления.

Черного цвета дым – это суспензия углеродистых частичек, которая образуется по причине переобогащения рабочего заряда. Данный тип наблюдается при снижениях скорости, перегрузках и энергичных форсировках.

Белого цвета дым – несгоревшие частицы топлива. Как правило, возникает в результате пропусков вспышек во время проведения работы у холодного дизеля.

Голубого цвета дым образуется на расстоянии от места выхлопа по причине наличия несгоревшего углеводорода в выхлопных газах. В основном дымление подогрева у различных типов топлива повышается при возрастании нагрузки до 50% от номинальной, если нагрузка продолжает расти – уменьшается.

В ходе исследований было установлено, что голубой дым отсутствует в выхлопных газах у четырехтактных дизелей. При осуществлении работы прогретого четырехтактного дизеля происходит дымление только одного вида – черный цвет, горячее.

КПД

Увеличение подаваемого топлива с увеличением нагрузки приводит к снижению индикаторного КПД. При переходе к малым нагрузкам от холостого хода увеличивается механическое и индикаторное КПД. Далее при увеличении нагрузки резко возрастает механическое КПД, а удельный расход топлива плавно снижается. При увеличении подачи топлива возрастает мощность дизеля, но проявляется ухудшение экономичности, появляется черный дым в отработавших газах, двигатель перегревается – все это говорит о резком ухудшении процесса сгорания.

Как снять нагрузочную характеристику дизеля?

После того как двигатель прогрелся, одновременным перемещением рейки, регулированием подачи топлива и регулировкой тормоза двигатель выводят на максимальное значение крутящего момента при избранном скоростном режиме. В результате полученный режим работы соответствует максимальной мощности двигателя при определенной частоте вращения.

Спустя некоторое время после корректирования частоты вращения производятся следующие замеры:

  • отработавших газов, масла, температуры воздуха и воды;
  • усилия на весах тормоза или крутящего момента;
  • частоты вращения коленчатого вала у дизеля
  • времени расхода определенной дозы топлива;
  • расхода воздуха.

Затем, поддерживая прежнюю частоту вращения регулировкой тормоза, уменьшая цикловую топливную подачу методом перемещения рейки топливного насоса, производят переход к следующему режиму и производят нужные замеры. Так, при последовательном уменьшении цикловой подачи топлива и при заданной частоте вращения получают несколько точек характеристики. Исходя из расчетов, выстраивают нагрузочную характеристику и необходимые графики.

Источник

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

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 GT 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).

Читайте также:  Двигатель ваз 2106 скоростная характеристика двигателя

Анализ нагрузочной характеристики дизеля

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

Часовой расход воздуха GB 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 GB и соответственно коэффициента наполнения ηV.

Рис. 3.2. Нагрузочная

оэффициент избытка воздуха α снижается от α = 5,0. 6,0 на холостом ходу (ре=0) до α =1,75 на режиме наименьшего удельного эффективного расхода топлива (при ре = 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 αН=1,2. 1,4 (в зависимости от типа камеры сгорания и способа смесеобразования). У исследуемого дизеля αН =1,5.

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

Источник

Нагрузочные характеристики двигателей

Нагрузочная характеристика представляет собой зависимость основных показателей от нагрузки при постоянной частоте вращения. Главной целью снятия нагрузочной характеристики является определение топливной экономичности двигателя.

В процессе испытаний нагрузка у карбюраторных двигателей изменяется посредством положения дроссельной заслонки, а у дизельных двигателей – путём перемещения рейки топливного насоса. Чтобы снять нагрузочную характеристику необходимо провести не менее 7-8 опытов. При близких к номинальной нагрузках необходимо снимать большее число точек с целью выявления минимального удельного расхода топлива, а также момента включения экономайзера.

Читайте также:  Подогрев двигателя автомобиля до запуска

На [рис. 1] представлена нагрузочная характеристика карбюраторного двигателя.

Рис. 1. Нагрузочная характеристика карбюраторного двигателя.

А) – Изменение параметра цикла;

Б) – Изменение показателей работы двигателя.

Часовой расход топлива на режиме холостого хода составляет порядка 15-30% от номинального расхода топлива. При увеличении нагрузки часовой расход топлива (GT) увеличивается примерно по линейному закону. В области нагрузок, которые близки к номинальной, вследствие начала работы экономайзера (мощностная регулировка карбюратора) происходит значительный рост часового расхода топлива.

При нагрузках от min до полной анализ кривой удельного расхода топлива показывает, что на холостом ходу ge→∞, так как ηм=0 и рiм.п [рис 1, А]. При открытии дроссельной заслонки (увеличение нагрузки) повышаются механический и индикаторный КПД, а вместе с ними и коэффициент наполнения, происходит интенсивное уменьшение gе и он достигает минимума при оптимальных значениях параметра цикла – ηi • ηм =max. С дальнейшим ростом нагрузки в работу включается экономайзер и происходит значительное увеличение расхода топлива, ввиду того что заметно растёт часовой расход топлива при относительно небольшом приросте мощности — ηi уменьшается.

Удельный расход топлива в карбюраторных двигателях, как видно из [рис. 1, Б], минимален в ограниченном диапазоне нагрузок, что свидетельствует о невысокой экономичности данных двигателей. С целью увеличения топливной экономичности карбюраторного двигателя в пределах наиболее распространённых нагрузок необходимо регулировать карбюратор [рис. 1, А] на состав смеси – α=1,10-1,15. При работе экономайзера α=0,8-0,9.

На [рис. 2] продемонстрировано изменение параметров (Gт) и (ge) по нагрузочной характеристике дизельного двигателя. Характер кривой (ge) более пологий в сравнении с карбюраторным двигателем, что связано с плавным изменением параметров цикла — ηi, ηv, ηм. Поэтому у дизельных двигателей на основных рабочих режимах дельных расход топлива (ge) приближен к минимальному (gemin), точка 1. Этим характеризуется их лучшая топливная экономичность.

Рис. 2. Нагрузочная характеристика дизельного двигателя.

А) – Изменение параметров цикла;

Б) – Изменение показателей работы двигателя.

У дизельных двигателей часовой расход топлива по нагрузке определяется в основном коэффициентом избытка воздуха (α), ввиду того, что коэффициент наполнения является практически постоянным (ηv=const).

Кривая удельного расхода топлива имеет наиболее характерные точки:

— точка (1) соответствует минимальному удельному расходу топлива;

— точка (2) соответствует месту упора рейки, иными словами номинальному режиму;

— точка (3) эксплуатационный предел увеличения нагрузки, начало появления в отработавших газах дыма;

— точка (4) соответствует максимальной мощности дизельного двигателя (верхняя граница предела дымления);

— точка (5) дальнейшее, в сравнении с точкой (4), увеличение подачи топлива, характеризующее ухудшение экономических и мощностных показателей.

В зоне больших нагрузок за счёт снижения коэффициента избытка воздуха происходит неполное сгорание топлива, что отражается в точке (3) появлением дымности отработавших газов. При дальнейшем увеличении нагрузки и снижении (α) происходит значительное ухудшение процесса сгорания, а (ηi) интенсивно падает. Эксплуатация дизельного двигателя на данных режимах недопустима из-за повышенного износа деталей поршневой группы и прочих факторов. Вследствие этого выбор оптимального часового расхода топлива по вышерассмотренной регулировочной характеристике является очень важным для увеличения моторесурса дизельного двигателя.

Источник

Adblock
detector