Что такое нагрузочная характеристика двигателя?

В отличие от бензинового двигателя в дизеле отсутствует привязка к пределам воспламеняемости воздушно-топливной смеси. Все дело в том, что топливо впрыскивается в горячий сильно сжатый воздух, где и воспламеняется. В результате, управление дизелем происходит за счет изменения количества топлива, которое подается в цилиндры двигателя, количество воздуха при этом остается практически неизменным. Это значит, что система впрыска топлива должна проводить дозирование и распределение топлива по цилиндрам равномерно, вне зависимости от его расхода в диапазоне нагрузок и оборотов, при этом должна учитываться температура, а также давление всасываемого воздуха. Итак, каждому режиму работы дизеля должна соответствовать дозированная топливная подача под определенным давлением и в нужное время.

Для получения оптимального смесеобразования нужно принимать во внимание следующие факторы:

• предельно допустимые крутящий момент и частота вращения;
• граница дымления;
• предельно допустимая температура у отработавших газов;
• предельно допустимое max. давление в цилиндре и прочее.

Определение нагрузочной характеристики

Нагрузочная характеристика дизеля представляет собой зависимость расхода топлива от иных параметров рабочего процесса двигателя от его нагрузки – мощности или среднего эффективного давления, или же от крутящего момента при постоянной частоте вращения у коленчатого вала.

Данные характеристики, полученные при постоянных, но различных оборотах двигателя, дают возможность устанавливать для каждого скоростного режима, в зависимости от нагрузки, удельный и часовой расходы топлива, а также определять предельную допустимую подачу топлива и удельный минимальный расход топлива за цикл. Исходя из данных нагрузочных характеристик, строятся скоростные характеристики двигателя.

Отличие нагрузочной характеристики дизеля от карбюраторного двигателя

Нагрузочные характеристики дизеля в силу особенностей способа сгорания, смесеобразования и качественного регулирования мощности отличаются от характеристик карбюраторного двигателя. У дизеля образование топливовоздушной смеси идет в цилиндре за короткое время – тысячные доли секунды. При этом средней величиной для общего количества воздуха и топлива, принимающих участие в данном цикле, является коэффициент избытка воздуха. Впрыскиваемое топливо по камере сгорания распределяется неравномерно, образуются зоны различной концентрации воздуха и топлива. Поэтому в дизеле может быть значительное обеднение смеси, что дает возможность качественно регулировать мощность вплоть до холостого хода.

При изменении состава смеси мощность двигателя изменяется за счет уменьшения или увеличения количества топлива, которое выпрыскивается за цикл при неизменном количестве воздуха. На практике это происходит за счет изменения положения рейки топливного насоса. Коэффициент наполнения при этом остается постоянным, с увеличением мощности он несколько уменьшается, в виду увеличения подогрева заряда. Коэффициент избытка воздуха при уменьшении нагрузки зависит от часового расхода топлива.

По нагрузочной характеристике наибольшая мощность у двигателей получается при наибольшем значении величины, которая определяет качество прохождения рабочего процесса. Ухудшение процесса проявляется увеличением дымности у отработавших газов, появляется нагарообразование, экономичность ухудшается, двигатель перегревается. Таким образом, длительная работа дизеля при режиме максимальной мощности нежелательна.

Для того чтобы предотвратить чрезмерное обогащение смеси, максимальная цикловая подача топлива ограничивается установкой упоров рейки. Высокие степени сжатия, качественное регулирование мощности и возможность проведения работы на бедных смесях дизеля определяют большую экономичность рабочего процесса по сравнению с карбюраторными двигателями, в особенности при режимах частичных нагрузок.

Дымление подогрева при изменении нагрузочных режимов

В исправных дизелях дымление происходит по причине изменения скоростных и нагрузочных режимов. Выделяется три типа дымления.

Черного цвета дым – это суспензия углеродистых частичек, которая образуется по причине переобогащения рабочего заряда. Данный тип наблюдается при снижениях скорости, перегрузках и энергичных форсировках.

Белого цвета дым – несгоревшие частицы топлива. Как правило, возникает в результате пропусков вспышек во время проведения работы у холодного дизеля.

Голубого цвета дым образуется на расстоянии от места выхлопа по причине наличия несгоревшего углеводорода в выхлопных газах. В основном дымление подогрева у различных типов топлива повышается при возрастании нагрузки до 50% от номинальной, если нагрузка продолжает расти – уменьшается.

В ходе исследований было установлено, что голубой дым отсутствует в выхлопных газах у четырехтактных дизелей. При осуществлении работы прогретого четырехтактного дизеля происходит дымление только одного вида – черный цвет, горячее.

КПД

Увеличение подаваемого топлива с увеличением нагрузки приводит к снижению индикаторного КПД. При переходе к малым нагрузкам от холостого хода увеличивается механическое и индикаторное КПД. Далее при увеличении нагрузки резко возрастает механическое КПД, а удельный расход топлива плавно снижается. При увеличении подачи топлива возрастает мощность дизеля, но проявляется ухудшение экономичности, появляется черный дым в отработавших газах, двигатель перегревается – все это говорит о резком ухудшении процесса сгорания.

Как снять нагрузочную характеристику дизеля?

После того как двигатель прогрелся, одновременным перемещением рейки, регулированием подачи топлива и регулировкой тормоза двигатель выводят на максимальное значение крутящего момента при избранном скоростном режиме. В результате полученный режим работы соответствует максимальной мощности двигателя при определенной частоте вращения.

Спустя некоторое время после корректирования частоты вращения производятся следующие замеры:

• отработавших газов, масла, температуры воздуха и воды;
• усилия на весах тормоза или крутящего момента;
• частоты вращения коленчатого вала у дизеля
• времени расхода определенной дозы топлива;
• расхода воздуха.

Затем, поддерживая прежнюю частоту вращения регулировкой тормоза, уменьшая цикловую топливную подачу методом перемещения рейки топливного насоса, производят переход к следующему режиму и производят нужные замеры. Так, при последовательном уменьшении цикловой подачи топлива и при заданной частоте вращения получают несколько точек характеристики. Исходя из расчетов, выстраивают нагрузочную характеристику и необходимые графики.