По нагрузочной характеристике работают вспомогательные двигатели, предназначенные для привода генераторов, компрессоров, насосов, а также главные двигатели на судах с электро-движением или главные двигатели, работающие на винт регулируемого шага. Определяющим условием нагрузочной характеристики является постоянство частоты вращения (n = const). Постоянство частоты вращения поддерживается автоматическим регулятором в пределах ±Зч÷5% путем изменения активного хода плунжеров топливных насосов высокого давления и соответствующего изменения цикловых подач топлива при изменении нагрузки двигателя.
В качестве показателя нагрузки двигателя может быть принята эффективная мощность Ne, момент на фланце отбора мощности Me, среднее эффективное давление Ре. Эти параметры в равной степени определяют нагрузку. Чаще всего в качестве параметра нагрузки принимается среднее эффективное давление.
Характерной особенностью нагрузочной характеристики является постоянство мощности механических потерь двигателя NM = const при n = const независимо от нагрузки (Рис. 1). Это положение установлено многочисленными исследованиями и объясняется малой зависимостью сил зрения в трущихся деталях дизеля от нагрузки при постоянной частоте вращения.
Зависимость эффективной мощности от Ре определяется равенством:
Ne = Ре (Vs n i / 0,06 m) кВт
Для конкретного дизеля можно написать:
Ne = к п Ре (№1)
где к — коэффициент пропорциональности.
Рис. 1 Изменение показателей работы дизеля по нагрузочной характеристикеКак следует из этой формулы, при n = const характеристика Ne (Pe) является прямой линией, выходящей из начала координат. Зависимость индикаторной мощности от Ре пройдет эквидистантно прямой Ne(Pe), поскольку Ni = Ne + Nм.
Механический КПД дизеля определяется равенством:
ηм = 1 — Nм / Ni
На холостом ходу (при Ре = 0) механический КПД равен 0, т.к. вся индикаторная мощность при этом идет на преодоление механических потерь двигателя: Ni = Nм. При возрастании нагрузки ηм возрастает, достигая максимума при 100% Ре.
При изменении Ре от 100% в сторону уменьшения нагрузки индикаторный КПД дизеля ηi сначала возрастает, достигая максимума у двигателей с наддувом при Ре = (20+30)% от Ремax, а затем начинает уменьшаться. Такое изменение ηi обуславливается изменением 2-х факторов. С уменьшением нагрузки уменьшается цикловая подача топлива в цилиндр, возрастает коэффициент избытка воздуха на сгорание.
Увеличение а приводит к росту скорости и полноты сгорания топлива, сгорание смещается в сторону верхней мертвой точки, что способствует снижению тепловых потерь двигателя ( в первую очередь потерь с уходящими газами). Однако по мере снижения цикловой подачи топлива избыток воздуха становится чрезмерным (α = 4÷5 и более), уменьшается температура цикла и температура стенок.
Из-за малых цикловых подач ухудшается распыливание топлива, смесеобразование и сгорание. При этом возрастает период задержки самовоспламенения τi,. Процесс сгорания переходит на линию расширения (рис. №2), растет доля тепла с уходящими газами (по сравнению с полезно используемым теплом). Индикаторный КПД уменьшается, достигая на режиме холостого хода величин, близких к значениям ηi на полной нагрузке. Более раннее и более интенсивное снижение ηi, наблюдается у двигателей с регулированием ТНВД по началу подачи, что связанно с худшим распыливанием топлива и уменьшением угла опережения подачи топлива (вплоть до смещения угла φнпн за ВМТ) при снижении нагрузки двигателя.
Рис. 2 Вид развернутой индикаторной диаграммы при полной нагрузке (Ре=100%) и на холостом ходу (Ре=0)У двигателей без наддува или с механическим нагнетателем расход воздуха на двигатель практически не зависит от нагрузки, что способствует более интенсивному возрастанию α при уменьшении Ре, чем в двигателях с газотурбинным наддувом. Следовательно, у этих двигателей максимум гр достигается при более высоких Ре, а индикаторный КПД на холостом ходу у двигателей без наддува при прочих равных условиях меньше, чем ηi у двигателей с ГТН.
Эффективный КПД двигателя определяется совместным влиянием индикаторного и механического КПД: ηе = ηi ηм. При возрастании нагрузки от режима холостого хода ηе растет подобно росту механического КПД, достигая максимума вблизи номинальной нагрузки. Последующее снижение ηе является результатом ухудшения индикаторного процесса из-за снижения α и уменьшения индикаторного КПД. Обычно максимальное значение эффективного КПД достигается при Ре ≈ 0,85 Ре ном.
Удельные расходы топлива связаны с КПД зависимостями:
gi = 3600 / ηi Qн = Kg 1 / ηi;gе = 3600 / ηе Qн = Kg 1 / ηе.
Как видно, удельные расходы топлива изменяются по зависимостям, обратно пропорциональным изменению соответствующих КПД.
Практически эффективные показатели работы двигателя могут быть определены в условиях испытательного стенда путем измерения эффективной мощности Ne (но показаниям нагрузочного устройства) и часового расхода топлива на установившихся режимах работы. Индикаторные показатели могут быть найдены по результатам индицирования или осциллографирования двигателя (определяется среднее индикаторное давление, индикаторная мощность и т.д.). Мощность механических потерь и механический КПД находятся из соотношения эффективных и индикаторных показателей.
В том случае, если индикаторные показатели работы двигателя прямо определить невозможно (к примеру, в судовых условиях, где дизель — генераторы обычно не имеют индикаторного привода для снятия индикаторных диаграмм), индикаторная мощность и прочие индикаторные показатели определяются ориентировочно через механический КПД:
Ni = Ne / ηм.
Механический КПД находится по соотношению расходов топлива на двигатель на холостом ходу и на режиме номинальной нагрузки. При этом делается допущение, что индикаторный КПД дизеля на холостом ходу такой же, как и на режиме номинальной нагрузки: ηix.x ≈ ηiн. В этом случае можно написать:
sea-man.org
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.
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 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).Анализ нагрузочной характеристики дизеля
Н
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.
К
Рис. 3.2. Нагрузочная
характеристика дизеля
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).
studfiles.net
с искровым зажиганием
Нагрузочные характеристики двигателя с искровым зажиганием существенно отличаются от аналогичных характеристик дизеля из-за иных принципов смесеобразования и регулирования подачи топлива.
С прикрытием дроссельной заслонки увеличивается относительное количество остаточных газов в цилиндре, свежего заряда поступает меньше. Вследствие этого ухудшаются условия протекания рабочего процесса, снижаются мощность и экономичность двигателя. При нагрузках болee 75% от номинальной (максимальной) может включаться экономайзер, обогащая смесь, которую подготавливает система топливоподачи. Это сопровождается ростом мощности при ухудшении экономичности, т.е. увеличивается удельный эффективный расход топлива. Если же система и топливоподачи на больших нагрузках не обогащает смесь, что имеет место у многих современных автомобильных двигателей, то наименьший удельный расход топлива наблюдается при полностью открытой дроссельной заслонке.
При изменении степени открытия дроссельной заслонки часовые расходы воздуха, топлива и коэффициент наполнения также изменяются, чем. достигается количественное регулирование мощности двигателя. Наибольшей мощности двигателя соответствует полное открытие дроссельной заслонки.
Анализ характеристики
С увеличением внешней нагрузки для сохранения постоянной частоты вращения дроссельную заслонку открывают, вследствие чего расход воздуха возрастает и коэффициент наполнения ηV увеличивается от 0,25 на режиме холостого хода до 0,85 при полной нагрузке рис. 3.3.
Коэффициент избытка воздуха α изменяется в небольших пределах: от 0,70 на холостом ходу до 0,94 на средних нагрузках и до 0,90 на полной нагрузке.
Ч
асовой расход топливаGT возрастает с открытием дроссельной заслонки. Характер его изменения определяется соотношением:
GТ = А(ηV/ α),
где А - обобщенное значение не зависящих от нагрузки параметров двигателя. До средних значений нагрузки зависимость GT= f(pe) практически линейна. С дальнейшим увеличением нагрузки при обогащении смеси эконостатом и (или) экономайзером темп роста GT увеличивается.
П
Рис. 3.3. Нагрузочная характеристика бензинового двигателя
оскольку при постоянной частоте вращения эффективная мощность двигателя пропорциональнаре, то на характеристике график мощности выглядит как прямая линия.Анализировать характер изменения удельного эффективного расхода топлива ge от нагрузки (МК, ре) позволяют функциональные зависимости, связывающие между собой различные параметры двигателя:
(3.1)
где ηi;, ηе, ηм - соответственно индикаторный, эффективный и механический коэффициенты полезного действия; рi;, рм - соответственно среднее индикаторное давление и среднее давление механических потерь, МПа;
Нu- низшая удельная теплота сгорания топлива, МДж/кг.
На механический КПД основное влияние оказывает pi; так как рм от нагрузки при n=const практически не зависит. Характер зависимости ηi и ηм от нагрузки (pе) показан на рис. 3.4. Индикаторный КПД имеет максимум на средних нагрузках, т.е. на режиме наибольшей экономичности. При меньших и больших нагрузках ηi снижается из-за неполноты сгорания топлива. Соответственно изменяются эффективный КПД ηе, а следовательно, и ge, минимум которого у исследуемого двигателя имеет место при ре=0,78 МПа и α = 0,93 (см. рис. 3.3) Характер изменения кривой ge=f(ре) свидетельствует о существенном недостатке количественного регулирования: наименьший удельный расход топлива наблюдается только в узком 
Рис. 3.4. Изменение КПД двигателя с искровым зажиганием в зависимости от нагрузки
диапазоне нагрузки. На большей части нагрузочных режимов, типичных для эксплуатационных условий, удельный расход топлива ge сравнительно высокий.
Влияние условий окружающей среды на работу двигателя
Атмосферное давление. Существенное снижение атмосферного давления (например, работа на большой высоте над уровнем моря) приводит к снижению плотности воздуха ρв и как следствие - уменьшению коэффициента наполнения ηV и коэффициента избытка воздуха α, что приводит к уменьшению среднего эффективного давления и снижению мощности двигателя. Уменьшение α приводит к повышению расхода топлива, так как для обеспечения необходимой мощности двигатель начинает работать на более богатых смесях.
Температура окружающего воздуха. Повышение температуры окружающей среды Т0, как и понижение атмосферного давления приводит к снижению плотности воздуха ρв, уменьшению коэффициента наполнения ηV (снижению плотности свежего заряда), коэффициента избытка воздуха α, но в меньшей степени.
При повышении Т0, возрастают все характерные температуры цикла и тепловые нагрузки. Вследствие чего увеличиваются абсолютные и относительные потери теплоты в среду охлаждения. Это, а также снижение термического КПД вместе с уменьшением избытка воздуха α снижает КПД цикла, что в свою очередь приводит к снижению мощности двигателя и увеличению расхода топлива.
Современные дизельные двигатели с регулируемым турбонаддувов и бензиновые с впрыском топлива мене подвержены влиянию атмосферных условий.
Порядок выполнения работы
1. Проверить состояние установки, запустить и прогреть двигатель до температуры масла 60 оС.
2. Установить заданную частоту вращения без нагрузки (Мк = 0) и, сделав соответствующую выдержку для достижения стабильного значения, температуры tЖ2, выполнить замеры следующих величин:
частота вращения коленчатого вала - n,
усилие на тормозе - МК,
часовой расход топлива - GT( время расхода порции топлива - τT). Данные занести в протокол испытаний.
3 Последующие нагрузочные режимы устанавливаются увеличением открытия дроссельной заслонки; постоянство частоты вращения поддерживается тормозом(Р = 10 кгс, 20, 30, 40). После выдержки на каждом режиме проводить замеры в соответствии с п. 2. Количество опытов должно быть не менее 8. Последний режим соответствует полному открытию дроссельной заслонки.
4. Перевести двигатель на режим холостого хода и через 2...3 мин остановить его, выключив зажигание.
5 Выполнить необходимые расчеты и построить графики зависимости GT, ge, ηе от нагрузки.
Обработка результатов испытаний
Первичным документом для обработки данных испытаний двигателя является протокол испытаний. В протокол заносятся непосредственные замеры, а также расчетные величины.
Ниже приводятся формулы в последовательности, наиболее целесообразной для определения по опытным данным основных показателей работы двигателя.
Эффективный крутящий момент, Н м
(3.2)
где Р - усилие на рычаге тормоза, Н;
l - длина тарировочного рычага тормоза, м, определяемая от оси вала тормоза до призмы весового устройства.
Для тормоза СТЭУ-40-1000 l = 0,7162 м.
Эффективная мощность двигателя, кВт
(3.3)
где n – частота вращения коленчатого вала двигателя, мин-1;
i - передаточное отношение коробки передач;
ηП - КПД коробки передач (ηП = 0,95%).
Часовой расход топлива, кг/ч
(3.4)
где G’ - вес израсходованной порции топлива, г;
τ - время расхода порции топлива, с.
Удельный расход топлива, г/кВт ч
(3.5)
Эффективный КПД
(3.6)
где 3600- тепловой эквивалент мощности;
ge - удельный расход топлива, г/кВт ч
Hu - низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг.
Для бензина Hu= 44,0 МДж/кг, для дизельного топлива Hu= 42,5 МДж/кг
Погрешности измерений
При измерении какой-либо величины не представляется возможным получить абсолютно свободный от искажения результат. Причины этих искажений различны: несовершенство средств и методов измерения, непостоянство условий измерения и ряд других факторов.
Искажениями обусловлена так называемая погрешность измерения -отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. В задачу измерения всегда входит не только нахождение самой величины, но и оценка допущенной при измерении погрешности.
Погрешности измерений по способу их числового выражения разделяют на абсолютные, выраженные в единицах измеряемой величины, и относительные, выраженные в процентах или долях этой величины.
Абсолютная погрешность
ΔА = Ах - А, (3.8)
Относительная погрешность,%
(3.9)
где ΔА - абсолютная погрешность измерения;
Δ - относительная погрешность измерения;
АХ - измеренное значение величины;
А - истинное ее значение
Относительная максимальная погрешность измерения эффективной мощности, %, определяется по формуле:
, (3.10)
где ΔNe, Δp, Δl, и Δn -абсолютные погрешности измерений соответственно, эффективной мощности, усилия на рычаге тормоза, длинны рычаги и частоты вращения коленчатого вала двигателя.
Относительная максимальная погрешность измерения часового расхода топлива
(3.11)
где ΔGT, ΔG’, и Δτ -абсолютные погрешности измерений соответственно, часового расхода топлива, веса израсходованной порции топлива и времени расхода порции топлива.
Приведение мощности двигателя к стандартным условиям
Для сравнения полученного результата с паспортными данными двигателя, результаты измерений необходимо привести к нормальным условиям в соответствии с ГОСТ 14846-81 (Т0 = 298 оK, В0 = 100 КПа)
, кВт (3.12)
где 
(1.13)
N0 - мощность двигателя, приведенная к нормальным условиям, кВт;
N - мощность, полученная в результате измерений кВт;
KЧ - поправочный коэффициент;
В0 - атмосферное давление для нормальных условий, кПа (В0 = 100 КПа)
В - атмосферное давление в лаборатории, КПа;
ВВП = φ·РS - давление водяных паров, КПа;
φ - относительная влажность воздуха в лаборатории,%;
PS - давление насыщенного водяного пара, кПа (определяется по номограмме. Приложения 1.).
Т0 - температура воздуха для нормальных условий, оK (Т0 = 298 оK)
Т- температура воздуха в лаборатории, оK
Содержание отчета
Тема работы и задание.
Краткое изложение методики проведения опытов.
Протокол испытаний.
Результаты подсчетов параметров работы двигателя.
Графики зависимости часового и удельного расхода топлива, эффективного КПД, от нагрузки двигателя.
Погрешность измерений мощности и расхода топлива.
Приведение мощности двигателя к стандартным условиям.
Выводы по работе.
Контрольные вопросы
Какой параметр характеризует нагрузку двигателя?
На каком режиме снимается нагрузочная характеристика?
Как поддерживается постоянная частота вращения на различных нагрузках двигателя?
Чему равна эффективная мощность двигателя Ne на холостом ходу без внешней нагрузки?
При какой нагрузке эффективный КПД имеет максимальное значение?
Как меняется эффективный КПД при увеличении нагрузки выше номинальной?
С какой целью снимаются нагрузочные характеристики?
Какое влияние оказывает атмосферное давление на мощностные и экономические показатели двигателя ( ge, Ne)?
Какое влияние оказывает температура окружающей среды на процессы смесеобразования в двигателе (α, ηV)?
Приложение 1.
| ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЯ | |||||||||||||||||||||
| Министерство образования РФ | «_____»___________________200___г. | ||||||||||||||||||||
| Пермский государственный технический университет | |||||||||||||||||||||
| Кафедра "Автомобили и автомобильное хозяйство" | |||||||||||||||||||||
| Характеристика двигателя__________________________________________________________________________________ | |||||||||||||||||||||
| Топливо _________________________________ | |||||||||||||||||||||
| Условия окружающей среды: атмосферное давление Р0 ___ кПа, температура воздуха t ___ 0С относительная влажность воздуха φ ___% | |||||||||||||||||||||
| №№ опыта | Частота вращения генератора, мин-1 | Передаточное отношение | Частота вращения коленчатого вала двигателя, мин-1 | Показания тормоза, кгс | Крутящий момент, Н·м | Порция топлива, г | Время расхода топлива, сек. | Часовой расход топлива, кг/час | Удельный расход топлива, г/кВт ч. | Эффективная мощность, кВт | Эффективная мощность в стандартных условиях, кВт. | Эффективный КПД | |||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| ||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |||||||||
5
studfiles.net
Нагрузочной характеристикой двигателя называются зависимости часового GT и удельного эффективного ge расходов топлива от эффективной мощности Ne или эффективного давления ре газов на поршень при постоянной угловой скорости ωе коленчатого вала. Нагрузочные характеристики служат для оценки топливной экономичности двигателя при различных режимах его работы.
На рис. 2.4 показана нагрузочная характеристика бензинового двигателя. Часовой расход топлива связан приблизительно линейной зависимостью с Ne и ре. Удельный эффективный расход топлива значительно возрастает при уменьшении его подачи из-за ухудшения рабочего процесса и снижения механического КПД двигателя. Экономичность двигателя тем выше, чем меньше ge и чем более полого проходит его кривая в интервале нагрузок двигателя, типичных для условий эксплуатации.
Рис. 2.4. Нагрузочная характеристика бензинового двигателя
Двигатель автомобиля работает в широком диапазоне значений угловой скорости коленчатого вала, поэтому измеряют не одну, а несколько его нагрузочных характеристик.Регулировочной характеристикой двигателя называются зависимости эффективной мощности и удельного эффективного расхода топлива от его часового расхода, состава горючей смеси, угла опережения зажигания или впрыска топлива и т.д.
Регулировочные характеристики определяют оптимальные условия работы двигателя и оценивают качество его регулировки. Эти характеристики измеряют при полной и частичных нагрузках двигателя (при полной и частичной подаче топлива).
Рис. 2.5. Регулировочная характеристика бензинового двигателя по расходу топлива
Обычно снимают регулировочные характеристики двигателя по расходу топлива, показывающие изменение эффективной мощности и удельного эффективного расхода топлива в зависимости от его часового расхода при постоянной угловой скорости коленчатого вала.
На рис. 2.5 приведена регулировочная характеристика бензинового двигателя по
расходу топлива. Она имеет две характерные точки, одна из которых соответствует максимальной мощности, а другая — минимальному удельному эффективному расходу топлива.
Двигатель развивает максимальную мощность при часовом расходе топлива, соответствующем обогащенной горючей смеси (коэффициент избытка воздуха αи = 0,8...0,9), которая быстро горит. При обеднении горючей смеси мощность двигателя уменьшается из-за снижения скорости сгорания смеси. Наибольшую топливную экономичность двигателя обеспечивает часовой расход топлива, отвечающий обедненной горючей смеси (αи = 1,1... 1,2). При большем обеднении горючей смеси значительно уменьшается скорость ее горения, двигатель работает неустойчиво, резко падает его мощность и снижается топливная экономичность.
Следовательно, наиболее благоприятный для работы двигателя диапазон значений часового расхода топлива заключен между Gт, соответствующими минимальному удельному эффективному расходу топлива и максимальной мощности двигателя.
Эксплуатация двигателя за указанными пределами нежелательна вследствие снижения его мощности и топливной экономичности.
Контрольные вопросы
Какие виды характеристик различают у двигателя автомобиля и что они определяют?
Какие скоростные характеристики может иметь двигатель и в чем состоит их различие?
Какие основные точки имеет внешняя скоростная характеристика двигателя?
Какими способами можно определить внешнюю скоростную харак- теристику двигателя?
Почему в бензиновых двигателях грузовых автомобилей устанавли- вают ограничитель угловой скорости коленчатого вала?
Почему мощность и крутящий момент двигателя, установленного на автомобиле, на 10...20% меньше, чем указываемые в технических характеристиках, инструкциях, каталогах, проспектах и т.п.?
studfiles.net
Нагрузочные характеристики двигателя с искровым зажиганием существенно отличаются от аналогичных характеристик дизеля из-за иных принципов смесеобразования и регулирования подачи топлива.
С прикрытием дроссельной заслонки увеличивается относительное количество остаточных газов в цилиндре, свежего заряда поступает меньше. Вследствие этого ухудшаются условия протекания рабочего процесса, снижаются мощность и экономичность двигателя. При нагрузках болee 75% от номинальной (максимальной) может включаться экономайзер, обогащая смесь, которую подготавливает система топливоподачи. Это сопровождается ростом мощности при ухудшении экономичности, т.е. увеличивается удельный эффективный расход топлива. Если же система и топливоподачи на больших нагрузках не обогащает смесь, что имеет место у многих современных автомобильных двигателей, то наименьший удельный расход топлива наблюдается при полностью открытой дроссельной заслонке.
При изменении степени открытия дроссельной заслонки часовые расходы воздуха, топлива и коэффициент наполнения также изменяются, чем. достигается количественное регулирование мощности двигателя. Наибольшей мощности двигателя соответствует полное открытие дроссельной заслонки.
С увеличением внешней нагрузки для сохранения постоянной частоты вращения дроссельную заслонку открывают, вследствие чего расход воздуха возрастает и коэффициент наполнения ηV увеличивается от 0,25 на режиме холостого хода до 0,85 при полной нагрузке.
Коэффициент избытка воздуха α изменяется в небольших пределах: от 0,70 на холостом ходу до 0,94 на средних нагрузках и до 0,90 на полной нагрузке.
Часовой расход топлива GT возрастает с открытием дроссельной заслонки. Характер его изменения определяется соотношением GТ =А(ηV/ α),
где А - обобщенное значение не зависящих от нагрузки параметров двигателя. До средних значений нагрузки зависимость GT=f(pe) практически линейна. С дальнейшим увеличением нагрузки при обогащении смеси эконостатом и (или) экономайзером темп роста GT увеличивается.
Поскольку при постоянной частоте вращения эффективная мощность двигателя пропорциональна ре, то на характеристике график мощности выглядит как прямая линия.
А
нализировать характер изменения удельного эффективного расхода топливаge от нагрузки (МК, ре) позволяют функциональные зависимости, связывающие между собой различные параметры двигателя:
где ηi;, ηе, ηм - соответственно индикаторный, эффективный и механический коэффициенты полезного действия; рi;, рм - соответственно среднее индикаторное давление и среднее давление механических потерь, МПа;
Н
Рис. 3.3. Нагрузочная
характеристика дизеля
Рис. 3.4. Изменение КПД двигателя с искровым зажиганием в зависимости от нагрузки
u- низшая удельная теплота сгорания топлива, МДж/кг. На механический КПД основное влияние оказывает pi; так как рм от нагрузки при n=const практически не зависит. Характер зависимости ηi и ηм от нагрузки (pе) показан на рис. 4. Индикаторный КПД имеет максимум на средних нагрузках, т.е. на режиме наибольшей экономичности. При меньших и больших нагрузках ηi снижается из-за неполноты сгорания топлива. Соответственно изменяются эффективный КПД ηе, а следовательно, и ge, минимум которого у исследуемого двигателя имеет место при ре=0,78 МПа и α = 0,93 (см. рис. 28). Характер изменения кривой ge=f(Pе) свидетельствует о существенном недостатке количественного регулирования: наименьший удельный расход топлива наблюдается только в узком диапазоне нагрузки. На большей части нагрузочных режимов, типичных для эксплуатационных условий, удельный расход топлива ge сравнительно высокий. studfiles.net
Зависимости изменения параметров цикла от нагрузки показаны на рисунок а. Удельный расход топлива согласно уравнению зависит от произведения ni и nm.
На холостом ходу вся развиваемая в цилиндрах двигателя индикаторная мощность затрачивается на преодоление внутренних потерь, а эффективная мощность с коленчатого вала двигателя не «снимается», поэтому ge стримится к бесконечности (рис. б).
При переходе от холостого хода к частичным нагрузкам растут значения ni и nm, что приводит к уменьшению ge и в момент наибольшего значения произведения ni и nm удельный расход топлива ge достигает своего минимального значения. При полной нагрузке (ре = 100 %) и близкой к ней индикаторный КПД уменьшается, так как в этом случае двигатель работает на обогащенном составе смеси. который не обеспечивает полного сгорания топлива, т. е. не вся введенная теплота преобразуется в индикаторную работу. Поэтому удельный расход топлива увеличивается при нагрузках более 75 %. Поскольку одним из условий снятия нагрузочной характеристики является постоянство частоты вращения коленчатого вала, то понятно, что каждому значению частоты вращения будет соответствовать своя нагрузочная характеристика.
Рис. Нагрузочные характеристики карбюраторного двигателя: а — зависимости изменения основных параметров цикла от нагрузки; б — зависимости изменения показателей работы двигателя от нагрузки
На рисунке показаны нагрузочные характеристики одного из карбюраторных двигателей при разных частотах вращения коленчатого вала. Если значения минимальных удельных расходов топлива характеристик соединить касательной (штрихпунктирная линия), то получим линию, которая называется экономической или универсальной нагрузочной характеристикой.
В реальных условиях эксплуатации режимы работ, соответствующие экономической характеристике, используются крайне редко, так как в карбюраторном двигателе большинство нагрузок имеют повышенные значения ge, что является их недостатком.
Для улучшения топливной экономичности карбюраторного двигателя используют работу на обедненных смесях или вовсе отказываются от карбюратора и переходят на систему с впрыском топлива.
Так как по условию n = const, то часовой расход топлива Gт согласно уравнению зависит только от отношения nv/а.
Из нагрузочных характеристик видно, что с изменением нагрузки значительно меняется коэффициент наполнения nv, (от 0,18 до 0,23 на холостом ходу и от 0,78 до 0,82 при полной нагрузке). В результате часовой расход топлива растет пропорционально увеличению нагрузки, а резкое его повышение на нагрузках, близких к полной, объясняется началом работы экономайзера.
Рис. Нагрузочные характеристики двигателя ЗИЛ-131 при различных значениях частоты вращения коленчатого вала: 1 — n = 3000 мин^-1; 2 — n = 2500 мин^-1; 3 — n = 2000 мин^-1; 4 — n = 1500 мин^-1; 5 — n = 1000 мин^-1
ustroistvo-avtomobilya.ru
Основными показателями работы двигателя являются мощность, вращаюший момент, частота вращения, удельный расход топлива, экологические показатели. Указанные показатели определяются при испытании двигателя на стенде. Результаты испытаний представляются в виде характеристик. Различают следующие характеристики: скоростные, нагрузочные, регулировочные, регуляторные, специальные. Наибольшее применение имеют скоростные и нагрузочные характеристики.
Скоростную характеристику(рис. 5.4) снимают при постоянном положении органа управления подачей топлива в зависимости от частоты вращения коленчатого вала. По скоростной характеристике оценивают динамические качества двигателя, его технико-экономические показатели.
Рис. 5.4. Скоростная характеристика бензинового двигателя
Нагрузочную характеристику(рис. 5.5) снимают при постоянной частоте вращения в зависимости от нагрузки двигателя. По нагрузочной характеристике оценивают топливную экономичность двигателя.
Рис. 5.5. Нагрузочная характеристика двигателя
Испытательный стенд должен иметь оборудование для измерения следующих показателей: вращающего момента, частоты вращения коленчатого вала, расхода топлива. Для измерения вращающего момента двигателя применяют механические, гидравлические и электрические тормоза постоянного и переменного тока. Электрические тормоза используют не только для торможения, но и для пуска двигателя. Они нашли наибольшее применение для учебных и производственных целей.
Экологическая характеристика бензинового двигателя, как правило, снимается в зависимости от состава смеси.
Состав смесиоказывает большое влияние на токсичностьОГ. Как следует из рис. 5.6 при < 1,0, затем при > 1,05 ... 1,10 в результате падения температуры сгорания образованиеNOxуменьшается, существенно возрастает концентрацияСОиСН.ю, При этом, даже когда для двигателя в целом = 1,0, вОГсодержится некоторое количество этих токсичных компонентов, что объясняется неравномерностью состава смеси по цилиндрам, наличием зон сгорания с обогащенной смесью. При обеднении смеси выходNOxсначала растет, что связано с увеличением концентрации в продуктах сгорания атомарного кислорода, при > 1,05… 1,1в результате падения температуры сгорания образованиеNOxуменьшается.
Рис. 5.6. Экологическая характеристика бензинового двигателя
В дизелях с камерой сгорания в поршне дымность ОГна низких скоростных режимах возрастает в 1,5 ... 2 раза по сравнению с номинальным режимом. Это объясняется тем, что при уменьшении частоты вращения ухудшается распыливание и смешение топлива с воздухом, и сажа, образующаяся в зонах камеры с переобогащенной смесью, оказывается в зонах с избытком кислорода слишком поздно, не успевая там окисляться. Поэтому подачу в диапазоне низких частот вращения необходимо ограничивать, т. е. обеспечивать соответствующее корректирование скоростных характеристик топливоподачи.
В период разгона автомобиля с дизелем, особенно если последний имеет турбонаддув, в результате кратковременного обогащения смеси значительно возрастает дымность ОГ, в то же время имеет место лишь относительно небольшое увеличение концентрацииСО,СНиNOx.
Конструкция камеры сгорания влияет на образование СН: чем меньше отношение поверхности к объему камеры и объем камеры над вытеснителем, тем меньше образуетсяСН. На концентрациюСОиNOxэти факторы заметного влияния не оказывают.
Рис. 5.7. Влияние нагрузки и частоты вращения на экологические показатели дизеля (верхние и нижние границы определяются способом смесеобразования и наличия наддува).
Увеличение степени сжатия вызывает рост максимальной температуры цикла и приводит к увеличению отношения поверхности камеры сгорания к ее объему. Первый фактор определяет повышение концентрации NOxпри > 1,0, а второй – увеличение выходаСН.
В двигателях с вихревым движением заряда, создаваемым в процессе впуска, при сильном увеличении интенсивности вихря (особенно в сочетании с обеднением до смеси = 1,4 ... 1,5) могут возрастать выбросыСН.
Улучшение смесеобразования уменьшает выброс СОв области богатых смесей, но может несколько увеличить концентрациюNOxна бедных смесях.
studfiles.net
