Нагрузочная характеристика представляет собой зависимость часового GT И удельного эффективного де расходов топлива от нагрузки при постоянной частоте вращения коленчатого вала двигателя (n = idem). Проводя эксперименты при различной, но постоянной частоте вращения коленчатого вала, можно получить множество нагрузочных характеристик.
Рассмотрим методику снятия нагрузочной характеристики при некоторой одной постоянной частоте вращения коленчатого вала двигателя ni = idem. Снятие нагрузочной характеристики осуществляется на том же испытательном стенде (рис. 15.24).
С помощью рычага управления подачей топлива установим небольшую подачу топлива, и будем медленно затягивать болты рычага (рис. 15.24). При затяжке болтов тормозной момент на валу двигателя увеличивается, а поэтому частота вращения коленчатого вала будет уменьшаться. Чтобы не допустить уменьшения частоты вращения коленчатого вала при увеличении нагрузки с помощью рычага управления будем увеличивать подачу топлива, обеспечивая выполнение условия Пх = Idem. Затяжку болтов будем осуществлять ступенчато. При каждом изменении затяжки болтов будем отмечать усилие динамометра и определять время At расхода навески топлива AGT — Idem по отмеченной ранее методике.
Легко установить, что с увеличением нагрузки (ее рост обусловлен затяжкой болтов рычага тормозного стенда) для предотвращения падения частоты вращения коленчатого вала рычаг управления подачей топлива все время требуется перемещать в сторону максимума подачи дц. Отсюда следует логический вывод о том, что с увеличением нагрузки на двигатель часовой расход топлива GT увеличивается. Полученные значения следует занести в протокол испытаний, упрощенный вариант которого приводится ниже:
Наименование параметра |
Значение параметра при п\ = Idem |
|||
1 |
2 |
I |
||
Усилие на рычаге тормоза Р, Н |
Pi |
Р2 |
Pi |
|
Навеска топлива Д GT, г |
А |
А |
А |
А |
Время выработки навески топлива At, с |
Ati |
Д*2 |
AU |
Проведя серию таких измерений, получают некоторые данные прямых измерений, необходимые для проведения косвенных измерений.
Далее по формуле (15.145) определяют тормозной момент сопротивления Мт = Мсопр, приложенный рычагом к коленчатому валу двигателя. При установившейся скорости вращения коленчатого вала тормозной момент Мт = Мсопр равен крутящему моменту двигателя Ме.
По формуле (15.149) определим эффективную мощность двигателя Ne При одной и той же частоте вращения коленчатого вала щ = idem. Аналогично по формулам (15.150) и (15.151) определим часовой GT и удельный эффективный расход топлива де двигателем. Дополнительно на основании зависимости (15.138) определим среднее эффективное давление рабочего тела ре за цикл:
Ре~Жп- (15Л53)
Полученные расчетным путем данные заносят в таблицу, приведенную ниже:
Наименование параметра |
Значение параметра при п\ = Idem |
|||
1 |
2 |
… |
I |
|
Крутящий момент двигателя Ме, Н • м Эффективная мощность двигателя Ne, кВт Часовой расход топлива GT, кг/ч Удельный эффективный расход топлива де, г/(кВт — ч) Среднее эффективное давление ре, МПа |
Ме 1 Ne i GT1 9e 1 Pel |
Me2 Ne 2 GT2 9e 2 Pe 2 |
… |
Mei Nei Gti 9ei Pei |
При построении нагрузочной характеристики по оси абсцисс (рис. 15.26) откладывают нагрузку, т. е. тормозной момент Мх = Мсопр. Так как крутящий момент двигателя Ме при установившемся вращении коленчатого вала равен тормозному моменту Мт = Мсопр, то на оси абсцисс можно отложить
Нагрузка, соответствующая минимальному расходу топлива Нагрузка, соответствующая началу дымления Предельная нагрузка Рис. 15.26. Нагрузочная характеристика дизельного двигателя |
Крутящий момент двигателя Ме. Но из выражения (15.148) следует, что крутящий момент Ме и эффективная мощность двигателя Ne связаны прямой пропорциональной зависимостью Ne = /(Ме), так как частота вращения коленчатого вала щ при снятии нагрузочной характеристики остается неизменной. Это означает, что в качестве независимой переменной по оси абсцисс может быть отложена эффективная мощность двигателя Ne.
Нагрузочная характеристика в координатах GT = f(Ne) и ge = f(Ne) Не позволяет сравнивать работу различных двигателей под нагрузкой, так как по мощности двигатели могут существенно отличаться. Целесообразно в качестве независимой переменной по оси абсцисс использовать некоторую Удельную величину, не зависящую от мощности двигателя.
Выражение (15.153) показывает, что среднее эффективное давление ре и эффективная мощность двигателя Ne связаны прямой пропорциональной зависимостью, так как остальные величины являются постоянными. Следовательно, в качестве независимой переменной при построении нагрузочной характеристики может быть выбрано среднее эффективное давление ре.
Среднее эффективное давление ре является одним из оценочных показателей степени форсирования двигателя.
Точка 1 (рис. 15.26) соответствует часовому расходу топлива GT при работе двигателя на холостом ходе (Ne = 0; ре = 0). При работе двигателя на холостом ходе удельный эффективный расход топлива почти равен бесконечности. Поэтому длительная работа двигателя на холостом ходе недопустима. Топливо расходуется, а полезная работа двигателем не совершается.
По мере увеличения нагрузки (тормозного момента Мт) увеличивается цикловая подача топлива дц (так как рычаг управления подачей топлива перемещают в сторону увеличения подачи). С увеличением цикловой подачи дц часовой расход топлива GT все время увеличивается. Удельный эффективный расход топлива двигателем де по мере увеличения нагрузки сначала уменьшается, достигая минимума в точке 2. Дальнейшее увеличение нагрузки снова приводит к росту удельного эффективного расхода топлива де. Однако с ростом цикловой подачи топлива дц условия сгорания ухудшаются из-за малого количества кислорода, поступающего с воздухом в цилиндры двигателя. В процессе работы двигателя массовая подача воздуха в цилиндры не изменяется. Следовательно, с ростом цикловой подачи топлива (так как увеличивается нагрузка) коэффициент избытка воздуха а уменьшается. Когда коэффициент избытка воздуха уменьшается до значения а = 1.25… 1.3, начинается дымная работа двигателя (точка 5), хотя мощность, крутящий момент и среднее эффективное давление продолжают увеличиваться. В некоторый момент (точка 4) увеличение цикловой подачи топлива дц уже не приводит к росту эффективной мощности, крутящего момента и среднего эффективного давления. Начиная с точки 4ч работа двигателя сопровождается интенсивным дымлением, так как коэффициент избытка воздуха падает до значения а = 1.04… 1.06. При этом часовой и удельный эффективный расходы топлива резко увеличиваются. Зона между точками 3 и 4 называется зоной дымления.
Точка 4 соответствует работе двигателя на режиме максимальной мощности, сопровождающемся дымлением и повышенным расходом топлива. Точка 4 (максимальное значение эффективной мощности) на нагрузочной характеристике (рис. 15.26) соответствует точке 2 (максимальное значение эффективной мощности) на внешней скоростной характеристике (рис. 15.25). Поэтому для исключения дымления и повышенного расхода топлива максимальную мощность двигателя несколько уменьшают (точка 3; рис. 15.25) путем уменьшения цикловой подачи топлива.
С помощью нагрузочной характеристики определяют оптимальный нагрузочный режим работы двигателя, характеризуемый зоной минимальных расходов топлива.
Чтобы наиболее полно судить об экономичности работы двигателя под нагрузкой в широком диапазоне скоростных режимов снимают несколько нагрузочных характеристик при различной, но постоянной частоте вращения коленчатого вала. В этом случае получают столько нагрузочных характеристик, сколько характерных скоростных режимов выбрано. Это семейство нагрузочных характеристик, снятых при различной частоте вращения коленчатого вала двигателя, используют для построения мно- гопараметровой характеристики.