Нагрузочная характеристика двигателя

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.