Нагрузочная характеристика двигателя

Нагрузочная характеристика представляет собойзависимость часового и удельного эффективного расходов топлива от нагрузки (мощности, крутящего момента, среднего эффективного давления) двигателя при постоянной частоте вращения коленчатого вала. Она позволяет оценить экономичность двигателя на различных нагрузках при данной частоте вращения вала.

Условия снятия характеристики:

- нормальное тепловое состояние двигателя;

- постоянная частота вращения коленчатого вала;

- установившийся температурный режим двигателя;

- исправные системы зажигания и питания двигателя.

Общий вид нагрузочной характеристики двигателя показан на рис.18.

 

Теоретическая часть

Особенности работы двигателя на режимах холостого хода и малых
 нагрузок.

Работа двигателя на режимах холостого хода и малых нагрузок имеет ряд характерных особенностей. Так, например, к моменту открытия выпускного клапана давление в цилиндре может быть ниже давления в выпускной трубе. Тогда после открытия выпускного клапана происходит перетекание газа из выпускной трубы в цилиндр до выравнивания давлений и лишь затем начинается выталкивание газа из цилиндра в выпускную трубу (рис. 19).

В момент открытия впускного клапана давление газов в цилиндре превышает давление во впускной трубе. Поэтому происходит заброс продуктов сгорания из цилиндра во впускной трубопровод.

Рис. 18 Нагрузочная характеристика

Положение усугубляется в период перекрытия клапанов, когда может происходить достаточно интенсивное перетекание газов из выпускной трубы в полость цилиндра и из цилиндра во впускную трубу. Все это приводит к заметному увеличению коэффициента остаточных газов и значительно повышает вероятность пропуска воспламенения.

Отличие режимов холостого хода и малых нагрузок от режимов полной и средней нагрузок - это не только уже отмеченная в несколько раз большая доля остаточных газов, но и непосредственная зависимость состава заряда от полноты сгорания топлива в предшествующем цикле. Так, при пропуске воспламенения и неполном сгорании топлива остаточные газы содержат неокисленное топливо, свободный кислород и химически активные продукты неполного сгорания.

С этим связана характерная для режимов глубокого дросселирования двигателя цикловая неидентичность процесса сгорания смеси. Как правило, после циклов с более полным сгоранием в рабочем заряде последующего цикла увеличивается инертная составляющая, что приводит к ухудшению процесса сгорания в этом цикле.

Рис. 19 Развернутая индикаторная диаграмма при работе двигателя на холостом ходу

Следствием плохого сгорания на режимах холостого хода и малых нагрузок является повышенный выброс вредных веществ, уменьшение индикаторного КПД двигателя. Низкое давление во впускном трубопроводе, обусловленное сильно прикрытой дроссельной заслонкой, означает большие насосные потери. Механические потери двигателя, абсолютная величина которых не зависит от нагрузки, при малой нагрузке относительно нее то же становятся большими. Все это приводит к увеличению удельного эффективного расхода топлива. Улучшить эти показатели позволяет использование переменных фаз газораспределения (уменьшение продолжительности перекрытия клапанов), повышение степени сжатия двигателя, увеличение угла опережения зажигания и обогащение горючей смеси.

Сохранение частоты вращения вала при повышении нагрузки двигателя осуществляется за счет открытия дроссельной заслонки и, соответственно, увеличения наполнения цилиндров свежим зарядом. При этом повышаются давление в цилиндре и качество процесса сгорания, уменьшаются насосные, относительные механические потери и удельный эффективный расход топлива. Часовой расход топлива при этом плавно возрастает.

Наилучшая топливная экономичность должна наблюдаться при полной нагрузке.

Однако на практике горючую смесь на нагрузках, близких к полной, обычно обогащают для получения максимально возможной мощности при данной частоте вращения вала. Обогащение смеси обусловливает химическую неполноту сгорания топлива и, соответственно, снижение экономичности двигателя. В этом случае минимальный удельный эффективный расход топлива имеет место при нагрузках, составляющих 85…90% от полной. Обогащение смеси ведет и к более быстрому росту часового расхода топлива на больших нагрузках.

 

Экспериментальная часть

Нагрузочную характеристику снимают при постоянной частоте вращения коленчатого вала, изменяя положение дросселя от минимального открытия его, соответствующего холостому ходу, до полного открытия. Поскольку автомобильный двигатель работает в широком диапазоне частот вращения, то для выявления его топливной экономичности необходимо снять несколько нагрузочных характеристик при различных значениях частоты вращения вала. Нагрузку при испытаниях варьируют с помощью тормозной установки, а изменением степени открытия дроссельной заслонки поддерживают постоянной частоту вращения вала.

Регулировки состава горючей смеси и угла опережения зажигания при снятии нагрузочной характеристики обеспечиваются автоматической работой соответствующих систем двигателя. Стенд оснащен устройством, позволяющим фиксировать дроссельную заслонку в произвольном положении, начиная от положения на упоре при работе на холостом ходу и до ее полного открытия.

Первый опыт проводят при наименьшем открытии дроссельной заслонки, обеспечивающем устойчивую работу двигателя в режиме холостого хода на заданной частоте вращения коленчатого вала.

Во втором и последующих опытах увеличивают нагрузку двигателя, приоткрывая дроссельную заслонку на 10…12°. Последний опыт проводят при полностью открытой дроссельной заслонке. Для более точного определения показателей в зоне минимальных удельных расходов топлива, (при нагрузке более 70 % от максимальной) желательно проводить опыты более часто.

По результатам испытаний строят графики нагрузочной характеристики.

Графически определяют показатели и регулировки двигателя в характерных точках:

• часовой расход топлива на режиме холостого хода;

• часовой и удельный расход топлива, соответствующие максимальной мощности при полном открытии дроссельной заслонки;

• минимальный удельный расход топлива и соответствующую степень нагрузки двигателя;

• коэффициенты избытка воздуха при работе двигателя на холостом ходу, максимальной нагрузке и при минимальном удельном расходе топлива.

 

Контрольные вопросы

1. Каковы условия снятия нагрузочной характеристики?

2. Почему при увеличении нагрузки на двигатель удельный эффективный расход топлива уменьшается?

3. Почему при открытии дросселя, больше чем  на 85 – 95%, расходы топлива могут резко возрасти?

4. Чему равен удельный эффективный расход топлива на холостом ходу?

5. Как будет выглядеть кривая удельного эффективного расхода топлива, если на всех нагрузках использовать обогащенную смесь?

6. Как зависит давление во впускном трубопроводе от нагрузки на двигатель?

7. Что такое мощностной и экономичный составы горючей смеси?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4