А.С. Березин Транспортные двигатели

31

Как видно из рис. 12, по регуляторным ветвям происходит резкое изменение мощности и других показателей рабочего процесса, что затрудняет их анализ. Поэтому характеристику работы двигателя с регулятором удобнее представить в виде так называемой регуляторной характеристики, показанной на рис. 13.

Участки характеристики 1-2 соответствуют работе "на регуляторе", а участки 2-3 - внешней характеристике. Работа двигателя по регуляторной характеристике (участок 1-2) примерно соответствует работе по нагрузочной характеристике, так как происходит при почти постоянном числе оборотов с изменением нагрузки от холостого хода до максимальных возможностей.

Регуляторные режимы работы особенно характерны для тракторных дизелей, большинства двигателей строительно-дорожных машин и стационарных установок.

3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

После запуска двигателя и прогрева на малой нагрузке устанавливают рейку топливного насоса высокого давления в положение, соответствующее максимальной цикловой подаче, и одновременно регулировкой тормоза устанавливают режим nmin . После стабилизации теплового состояния измеряют усилие на весах тормоза Р, время τ расхода порции топлива ∆ G , часовой расход воздуха (показания дифференциального манометра).

Далее устанавливают следующий скоростной режим, оставляя неизменным положение рейки топливного насоса и увеличивая скорость двигателя изменением регулировки тормоза. Интервалы по скоростному режиму выбирают кратным 100 об/мин и повторяют замеры. Начиная с режима, близкого к номинальному числу оборотов neном т.е. с момента начала работы регулятора, замеры производят через 20 – 30 оборотов до почти полной разгрузки двигателя. На регуляторной ветви характеристики необходимо произвести не менее 4

– 5 замеров.

После обработки экспериментальных данных по соответствующим формулам должны быть построены необходимые графики, примерный вид которых показан на рис. 13 и 14.

		32
Ne	t
Me
		M
η v
α
Gвоз
д
Gt	N	G
Ge
t
		G
	g
		n	об/мин
		Рис. 14
	4. ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЁТУ

Отчёт должен содержать протокол испытаний с результатами измерений и расчётов, также графики на миллиметровой бумаге разме-

ром 210× 297 мм.

5.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Каковы особенности определения внешней характеристики дизеля

ичто такое эксплуатационная внешняя характеристика?

2.Назовите характерные режимы внешней характеристики ?

33

3.Объясните характер изменения по скоростной характеристике следующих параметров: α , η v , η i , η м .

4.От каких факторов зависит характер изменения M e и Pe по скоро-

стной характеристике ?

5.Что такое коэффициент запаса крутящего момента, каковы ориентировочные значения его у дизеля и карбюраторных двигателей ?

6.Чем объясняется характер изменения кривых N e и ge по скорост-

ной характеристике ?

7.Для чего осуществляется корректировка подачи топлива по скорости и как при этом происходит изменение основных показателей рабочего процесса ?

8.Почему на дизелях необходимо устанавливать регуляторы числа оборотов ?

9.Каково назначение двухрежимного и всережимного регулятора ?

10.Какова методика снятия скорости характеристики на стенде ?

34

Лабораторная работа № 4

НАГРУЗОЧНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КАРБЮРАТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ

4.1. ЦЕЛИ И СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Цели работы - закрепление материала лекций по теории рабочих процессов автомобильных двигателей, экспериментальное исследование влияния нагрузки двигателя на показатели его рабочего процесса.

После изучения теоретических положений, изложенных ниже, запускают двигатель, выводят его на заданный преподавателем скоростной режим и измеряют необходимые для построения нагрузочной характеристики показатели двигателя. По результатам измерений и расчётов оформляют отчёт. Работа рассчитана на 2 часа.

4.2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Нагрузочной характеристикой называется зависимость показателей рабочего процесса двигателя (Gt , ge , α , η v и др.) от нагрузки

при постоянной скорости вращения коленчатого вала. Автомобильный карбюраторный двигатель в эксплуатации срав-

нительно редко развивает полную мощность (режим разгона, движение в тяжёлых дорожных условиях или с максимальной скоростью) и подавляющую часть времени работает при неполных (частичных) нагрузках,

В карбюраторном двигателе уменьшение мощности при постоянном скоростном режиме осуществляется прикрытием дроссельной заслонки карбюратора - дросселированием. При этом уменьшаются плотность, а следовательно, и вес свежего заряда, поступающего в цилиндр. Кроме того, при различных положениях дроссельной заслонки дозирующие системы карбюратора приготавливают топливовоздушную смесь с различным составом. Такой способ регулирования мощности двигателя (изменением количества и качества смеси) называется смешанным.

Серия нагрузочных характеристик двигателя, полученная для различных скоростей вращения коленчатого вала, позволяет:

35

1.Оценить экономичность работы двигателя на различных нагрузках и сопоставить её с экономичностью других двигателей.

2.Провести проверку и анализ установленных регулировок систем питания и зажигания (в сравнении с регулировочными характеристиками).

3.Выбрать наиболее выгодные эксплуатационные режимы работы двигателя.

При построении таких характеристик изменение нагрузки двигателя наносится по оси абсцисс либо в абсолютных значениях вели-

чин Pe ,	(M e )	или	N e , либо в относительных - в % от значений
M e (Pe )	или	N e ,	соответствующих полному открытию дросселя.

Примерный характер изменения основных показателей рабочего процесса двигателя по нагрузочной характеристике приведен на рис. 15.

Для анализа характера изменения по нагрузочной характеристике часового расхода топлива Gt и удельного эффективного рас-

хода топлива ge воспользуемся аналитическими зависимостями, из-

вестными из теории рабочих процессов ДВС:
ge	=	A		1			,	(4.1)
			η	iη
						м
G	=	Bη		v	n,			(4.2)
t			α

где А и В - константы.

G

g

G

g

=1

20 40 60 80 100 N , %	20	40	60	80 100 N , %
а)			б)

Рис. 15

36

Изменение часового расхода топлива по нагрузочной характеристике карбюраторного двигателя определяется, как следует из

формулы (4.2), значением коэффициента наполнения и составом смеси α ( n = const ).

Характер изменения α по нагрузочной характеристике в основном определяется характеристиками дозирующих систем карбю-

ратора. Максимальная мощность двигателя может быть получена
при работе его на обогащённой смеси α	= 0,85 - 0,9. Такой состав

смеси называется мощностным, его обеспечивают главная дозирующая система и экономайзер, включающийся при открытии дроссельной заслонки, близком к максимальному. Однако при этом из-за неполного сгорания топлива индикаторный КПД заметно уменьшается

(см. рис. 15).

На средних нагрузочных режимах необходимость в обогащении смеси отпадает, поэтому экономайзер отключается, а главная дозирующая система приготавливает обеднённую экономичную смесь α =1,15 – 1,20. Это приводит к увеличению индикаторного КПД.

На малых нагрузочных режимах и холостом ходу приходится вновь обогащать смесь до α = 0,6 - 0,8. Это вызвано тем, что при дросселировании снижаются давление и температура конца сжатия, а также увеличивается относительное количество остаточных газов (γ r ) в смеси. Такая смесь плохо вспламеняется, и период задержки её воспламенения увеличивается. Для обеспечения устойчивой работы двигателя на таких режимах система холостого хода обогащает смесь, что приводит к уменьшению индикаторного КПД.

Второй фактор, влияющий на величину часового расхода топлива, - коэффициент наполнения см. формулу (4.2). По мере открытия дроссельной заслонки гидравлическое сопротивление системы впуска уменьшается, коэффициент наполнения увеличивается и пропорционально ему увеличивается часовой расход топлива (см. рис. 15).

Как следует из формулы (4.1), удельный эффективный расход топлива определяется величиной, обратной произведению η iη м . Характер и причины изменения индикаторного КПД были рассмотрены выше. Механический КПД двигателя определяется по формуле

	η м = 1−	Pм	(4.3)
		Pi

и достигает наибольших значений при полностью открытой дроссельной заслонке. По мере прикрытия заслонки механический КПД, быстро уменьшается. Это вызвано тем, что с прикрытием дросселя резко уменьшается среднее индикаторное давление, величина же среднего давления механических потерь остаётся приблизительно постоянной, так как n = const.

Таким образом, относительные потери, затрачиваемые на трение

37

в двигателе, по мере уменьшения нагрузки всё время возрастают.

На режиме холостого хода, когда вся индикаторная работа затрачивается только на преодоление сил трения (Pi = Pм ), механи-

ческий КПД двигателя становится равным нулю.

Наименьший удельный эффективный расход топлива по нагрузочной характеристике достигается при максимальном значении произведения η iη м на режимах, близких к полному открытию дросселя,

но до включения экономайзера, когда карбюратор подаёт в двигатель обеднённую смесь. При переходе к полным нагрузкам, несмотря на увеличение η м , удельный эффективный расход топлива увеличива-

ется вследствие снижения η i , вызванного обогащением смеси.

При прикрытии дросселя удельный эффективный расход топлива возрастает от значения gemin и по мере приближения к режиму

холостого хода стремится к бесконечности. В этом случае основной причиной ухудшения экономичной работы двигателя при снижении нагрузки является уменьшение η м ; снижению экономичности на

малых нагрузках способствует также и уменьшение индикаторного КПД.

4.3 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

После прогрева двигателя на малой нагрузке полностью открывают дроссельную заслонку. Одновременно регулировкой тормоза устанавливают скорость вращения коленчатого вала, при которой намечено снимать характеристику. После стабилизации теплового режима измеряют следующие величины: показание весов тормоза Р, время τ расхода двигателем порции топлива ∆ G , часовой расход воздуха Gв (показания дифференциального манометра h). После за-

писи измеренных параметров устанавливают следующий режим работы двигателя, для чего несколько уменьшают угол открытия дроссельной заслонки карбюратора. Скорость вращения коленчатого вала двигателя поддерживают постоянным, посредством тормозной нагрузки после стабилизации скоростного и теплового режимов работы двигателя на установленной нагрузке производят замеры. Таким образом, изменяя нагрузку двигателя до режима холостого хода, получают 6 - 8 точек по нагрузочной характеристике. С целью наиболее точного выявления режима, при котором наблюдается наилучшая

38

экономичность работы двигателя, в области нагрузок от N e max до 50 % N e max число нагрузочных режимов увеличивают.

По результатам испытаний после обработки опытных данных по соответствующим формулам строят графические зависимости изменения часового, удельного эффективного расхода топлива, коэффициента избытка воздуха и коэффициента наполнения от нагрузки двигателя.

При построении нагрузочной характеристики двигателя должны быть выявлены следующие характерные точки:

1. Минимальный удельный эффективный расход топлива gmin .

2. Часовой расход топлива при полном открытии дроссельной заслонки карбюратора Gt max .

3.Часовой расход топлива на режиме холостого хода Gt min .

4.Коэффициенты избытка воздуха, соответствующие работе при полностью открытом дросселе, при минимальном удельном эффективном расходе топлива и на холостом ходу.

4.4. ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЁТУ

Отчёт должен содержать протокол испытаний с результатами измерений и расчёта, а также графики на миллиметровой бумаге размером 210х297 мм.

4.5.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что называется нагрузочной характеристикой ?

2.Объясните характер изменения показателей рабочего процесса двигателя по нагрузочной характеристике (рис.15).

3.Какие данные можно получить из нагрузочной характеристики ?

4.Какие дозирующие системы имеются в карбюраторе и на каких нагрузочных режимах они работают ?

5.Почему экономайзер, служащий для обогащения смеси, получил название от слова "Экономия" ?

6.Что такое мощностной и экономичный состав смеси ?

7.Что такое смешанное регулирование мощности двигателя, качест-

венное регулирование, количественное регулирование? В каких двигателях применяются эти способы регулирования ?

39

Лабораторная работа № 5

НАГРУЗОЧНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИЗЕЛЯ

5.1. ЦЕЛИ И СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Цели работы - закрепление лекционного материала по теории рабочих процессов автомобильных двигателей и экспериментальное построение нагрузочной характеристики дизеля.

После изучения теоретических положений, изложенных ниже, запускают двигатель и после прогрева на малой нагрузке выводят его на заданный преподавателем скоростной режим. Замеряют показатели рабочего процесса, необходимые для построения нагрузочной характеристики. По результатам испытаний оформляют отчет. Работа рассчитана на 2 часа.

5.2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Нагрузочной характеристикой дизеля называется зависимость показателей рабочего процесса (Gt , ge , α , η v и др.) от нагрузки при

постоянной скорости вращения коленчатого вала.

По нагрузочной характеристике можно определить наиболее экономичный режим работы двигателя под нагрузкой, часовой расход топлива на холостом ходу и режиме максимальной мощности. Кроме того, по нескольким нагрузочным характеристикам для разных скоростных режимов можно построить скоростную характеристику.

В силу особенностей способа смесеобразования, сгорания и качественного регулирования мощности, нагрузочные характеристики дизелей отличаются от аналогичных характеристик карбюраторных двигателей.

У дизелей образование топливовоздушной смеси происходит непосредственно в цилиндре в весьма короткие промежутки времени, измеряемые тысячными долями секунды. При этом коэффициент избытка воздуха α является средней величиной для количества топлива и воздуха, участвующих в данном цикле. В действительности, впры-

40

скиваемое топливо распределяется по объему камеры сгорания неравномерно, образуя зоны с различной концентрацией топлива и воздуха, т.е. с различными истинными значениями α . Вследствие этого в дизеле возможно значительное обеднение смеси до α = 4÷ 6, что позволяет осуществлять так называемое качественное регулирование мощности вплоть до холостого хода.

При качественном регулировании, т.е. при изменении состава смеси изменение мощности двигателя при n=Const происходит за счет увеличения или уменьшения только количества топлива, впрыскиваемого за цикл при почти неизменном количестве воздуха. Практически это осуществляется изменением положения рейки топливного насоса высокого давления. При этом коэффициент наполнения η v

определяющий количество поступающего воздуха в цилиндр, с изменением нагрузки остается почти постоянным и лишь несколько уменьшается с увеличением мощности, вследствие увеличивающегося подогрева заряда (Рис. 16). Поэтому с уменьшением нагрузки коэффициент избытка воздуха, как это видно из формулы

	α =	Gв		,	(5.1)
		! G
		0	t

будет зависеть в основном от изменения часового расхода топлива. Например, с уменьшением Gt мощность уменьшается, а α возрастает.

i;						v
Gt;ge						м

v

ge			Gt					м
						.3
			.2
	.1						N e			N e
	а)						Рис. 16	б)

У дизелей с увеличением α до значений 4,5-6,0 индикаторный