Нагрузочная характеристика двигателя. Методика проведения испытания. Закономерность изменения основных показателей ДВС с принудительным воспламенением

37. Нагрузочная характеристика двигателя. Методика проведения испытания. Закономерность изменения основных показателей ДВС с принудительным воспламенением.

Автомобильные двигатели в процессе эксплуатации часть времени работают при неполных, частичных нагрузках, поэтому важным является определение и анализ показателей работы двигателей в зависимости от изменения нагрузки. По нагрузочной характеристике оцениваются энергетические и экономические качества двигателей.

Нагрузочной характеристикой называется зависимость часового расхода топлива G_T, удельного эффективного расхода топлива g_e, коэффициента наполнения , коэффициента избытка воздуха , индикаторного КПД , эффективного КПД , КПД механических потерь  и др. показателей работы двигателя от изменения нагрузки при постоянном скоростном и тепловом режимах. При построении нагрузочной характеристики в качестве независимой переменной величины принимается один из параметров, характеризующий нагрузочный режим двигателя - эффективная мощность (N_e), крутящий момент (М_е), среднее эффективное давление (р_е). Для более полной оценки экономических качеств двигателей нагрузочные характеристики снимают для различных частот вращения коленчатого вала, охватывающих эксплуатационный диапазон скоростных режимов.

Изменение нагрузочного режима при постоянной частоте вращения осуществляется путем изменения количества подаваемой в цилиндры топливовоздушной смеси в двигателях с искровым зажиганием.

Для анализа характера изменения часового расхода топлива G_Tи эффективного удельного расхода топлива g_eот нагрузки необходимо воспользоваться известными из теории двигателей аналитическими зависимостями. Эффективная мощность двигателя, кВт:

, где  – среднее эффективное давление, МПа.

Тогда:

.

Удельный эффективный расход топлива, ,

.

Часовой расход топлива, ,

.

В представленных формулах  - постоянные коэффициенты, учитывающие конструктивные особенности двигателя, физико-химические свойства топливовоздушной смеси.

Изменение часового расхода топлива по нагрузочной характеристике двигателей с искровым зажиганием при п = const определяется изменением коэффициентов наполнения  и избытка воздуха  (рис. 1). По мере открытия дроссельной заслонки гидравлическое сопротивление впускной системы уменьшается, что ведет к увеличению коэффициента наполнения, пропорционально ему увеличивается массовый расход смеси, а следовательно, и часовой расход топлива.

Одновременно с изменением положения дроссельной заслонки изменяется качественный состав смеси. Характер изменения часового расхода топлива на нагрузках, близких к максимальным, объясняется обогащением топливовоздушной смеси за счет срабатывания соответствующих устройств (экономайзер, эконостат) карбюраторных двигателей и увеличением подачи топлива в двигателях с электронным впрыском топлива.

Удельный эффективный расход топлива g_eвначале уменьшается, достигает при определенной нагрузке минимального значения, а затем возрастает. Эта закономерность объясняется следующим образом. Из формулы видно, что изменение удельного эффективного расхода топлива по нагрузке определяется в зависимости от изменения КПД индикаторного  и КПД механических потерь  (рис. 1), .

Рис. 1. Нагрузочная характеристика двигателя с искровым зажиганием

При работе двигателя в режиме холостого хода вся получаемая в цилиндрах работа затрачивается на преодоление механических потерь, это объясняет равенство среднего индикаторного давления и давления механических потерь , т.е. КПД механических потерь равен нулю, а значение   удельного эффективного расхода топлива стремится к бесконечности.

Для обеспечения устойчивой работы двигателя при малом открытии дроссельной заслонки необходимо смесь обогащать до  = 0,6-0,8. Обогащение смеси приводит к уменьшению индикаторного КПД, вследствие неполноты сгорания топлива. Это вызвано уменьшением давления и температуры в цилиндрах к моменту подачи искры, увеличению коэффициента остаточных газов, что существенно ухудшает условия протекания процессов воспламенения и сгорания рабочей смеси.

По мере открытия дроссельной заслонки в зоне средних нагрузок смесь обедняется до  = 1,05-1,25. Это ведет к увеличению индикаторного КПД и КПД механических потерь. Данное обстоятельство объясняется тем, что значительно увеличивается среднее индикаторное давление , а величина удельной работы механических потерь  практически не изменяется.

Наименьшая величина удельного эффективного расхода топлива g_eпо нагрузочной характеристике достигается при максимальном значении произведения  на режимах работы двигателя близких к полному открытию дроссельной заслонки, когда в цилиндры двигателя поступает обедненная смесь.