Нагрузочные характеристики.

29.1. Рассмотрите условия определения нагрузочных характеристик бензинового двигателя и дизеля. Для чего они определяются?

Нагрузочной хар-кой двигателя называют зависимость основных показателей двигателя от его мощности (нагрузки), определяемую при постоянной частоте вращения и неизменных температурах охлаждающей жидкости и масла. Нагрузочная хар-ка имитирует работу и показатели двигателя на автомобиле, когда он движется с постоянной скоростью (и при постоянной передаче коробки перемены передач) по дороге с переменным уклоном. Различают 2 типа нагрузочных характеристик: нагрузочную характеристику оптимального (по экономичности ) регулирования двигателя (ХОР), т.е. идеальную нагрузочную характеристику, и реальную, или просто нагрузочную характеристику. При определении идеальной нагрузочной характеристики (ХОР) для каждого значения мощности (нагрузки) с помощью регулировочных характеристик подбирают такие регулировки всех систем: зажигания, подачи топлива, рециркуляции отработавших газов и т.д., которые обеспечивают наименьшие возможные для данного двигателя значения удельного (и часового) расхода топлива. ХОР позволяет оценить предельную возможную топливную экономичность двигателя и сопоставить показатели двигателей в этих условиях. Такие характеристики чаще всего используются при исследованиях и доводки двигателя для оценки степени совершенства его рабочих процессов. ХОР служат основой для выбора регулировок систем двигателя. Реальные нагрузочные характеристики определяются при регулировках, обеспечиваемых системами двигателя: карбюратором, автоматами опережения зажигания и т.д. Такие характеристики позволяют: по серии характеристик, снятых при различных частотах вращения, оценить фактические экономические (и токсические) показатели двигателя во всей зоне рабочих режимов и сопоставить их с показателями других двигателей; выбрать режимы работы, обеспечивающие наиболее благоприятные экономические (и токсические) показатели, что важно при подборе двигателя для автомобиля, выборе передаточных чисел трансмиссии автомобиля или условий работы двигателя стационарной установки; путем сравнения реальных и идеальных нагрузочных характеристик оценить правильность установленных регулировок систем двигателя; рассчитать экономические и токсические показатели автомобиля при заданных условиях его движения. При определении нагрузочной характеристики дизеля важным является установление максимально допустимой внешней нагрузки (мощности).

29.2 Рассмотрите и объясните характер изменения по нагрузочной характеристике бензинового карбюраторного двигателя коэффициента избытка воздуха, коэффициента наполнения. индикаторного, механического, эффективного КПД, удельного эффективного расхода топлива, темп выпуск ных газов, концентрации СН, СО в выпускных газах.

Рисуем нагрузочную хар-ку карбюра. Так как ДсИЗ работает в относительно узком диапазоне составов смеси (α), мощность двигателя по нагрузочной хар-ке изменяют, меняя кол-во смеси, поступающей в цилиндры, т.е. применяют количественный метод регулирования мощности двигателя. Для уменьшения мощности двигателя прикрывают дроссельную заслонку, что приводит к росту потери давления на впуске (Δр_к) и соответственно к уменьшению коэффициента наполнения η_v. Таким образом, основным управляющим воздействием на двигатель при реализации нагрузочной хар-ки является изменение положения дроссельной заслонки. При полном открытии ДЗ, из-за химической неполноты сгорания топлива (α<1) уменьшается η_i и увеличивается g_е, несмотря на максимальное значение η_м. Прикрытие ДЗ вызывает обеднение смеси от α = 0,85 – 0,95 до α = 1,1 – 1,2, что повышает η_i. Минимальный эффективный расход топлива определяется максимальной величиной произведения η_e= η_i η_м. По мере дальнейшего прикрытия дроссельной заслонки, из-за ухудшения условий воспламенения и сгорания α снижается, а это ведет к снижению η_i по мере уменьшения нагрузки, а это увеличивает g_е. Но более сильное влияние на g_е оказывает изменение η_м. N_м незначительно изменяется с уменьшением N_е. Но вследствие уменьшения η_i, η_м быстро снижается, достигая нулевого значения на холостом ходу. Это приводит к резкому увеличению g_е с уменьшением нагрузки, т.к. бОльшая часть теплоты расходуется не на полезную работу, а на преодоление механических потерь. При полном открытии ДЗ, когда в двигатель подается обогащенная смесь, содержание СО и несгоревших углеводородов СН повышено. По мере прикрытия ДЗ и обеднения смеси содержание СО и СН в ОГ уменьшается, и лишь при очень малых нагрузках, когда горючая смесь обогащается, а сгорание становится менее устойчивым, вновь отмечается увеличение содержания СО и СН. Содержание оксидов NO_х в продуктах сгорания при полном открытии ДЗ мало, т.к. двигатель работает на богатой смеси и в продуктах сгорания нет избыточного кислорода, необходимого для образования оксидов азота. По мере прикрытия заслонки и обеднения смеси содержание NO_х резко возрастает, т.к. температуры в камере сгорания очень высоки и имеется избыток кислорода. Максимум содержания NO_х соответствует режиму наилучшей топливной экономичности. При дальнейшем прикрытии ДЗ NO_х снижается, т.к. из-за разбавления смеси остаточными газами температуры газов в камере сгорания уменьшаются, что тормозит образование NO_х. Этому частично способствуют замедление сгорания и постепенное обогащение смеси по мере прикрытия ДЗ.

29.3 Рассмотрите и объясните характер изменения по нагрузочной характеристике дизеля коэффици ента избытка воздуха, коэффициента наполнения, индикаторного, механическ5го, эффективного КГIд, температуры выпускных газов, дымности выпускных газов и концентрации в них СН, ох, СО.

При снятии нагрузочной хар-ки снижение нагрузки достигается уменьшением цикловой подачи топлива путем перемещения рейки топливного насоса.

В дизеле увеличение α при снижении нагрузки вызвано снижением часового расхода топлива G_т, в то время как часовой расход воздуха G_в несколько увеличивается. Температура отработавших газов Т_r снижается из-за уменьшения кол-ва теплоты, выделяющейся при сгорании. Увеличение α приводит к снижению дымности отработавших газов D_x, а также уменьшению g_i в результате увеличения η_i. Причинами увеличения η_i являются: а) снижение тепловых потерь вследствие увеличения полноты сгорания и сокращения продолжительности тепловыделения; б) повышение термического КПД цикла из-за увеличения степени последующего расширения и увеличения доли двухатомных газов в заряде (уменьшение теплоемкости заряда).

С уменьшением нагрузки, η_м будет непрерывно уменьшаться вследствие увеличения относительной доли механических потерь.

Дымность ОГ по мере увеличения нагрузки возрастает (вследствие снижения α) до некоторых допустимых значений, ограничивающих максимально допустимую нагрузку.

Выброс NO_х зависит от температуры газов в зоне горения и наличия свободного кислорода. С возрастанием N_e, начиная от самых малых нагрузок, температура газов в камере сгорания постоянно увеличивается при большом общем избытке кислорода.

Уровень выброса СО у дизелей примерно в 20 раз, а СН – в 10 раз ниже чем у бензиновых двигателей. Содержание СО мало изменяется по нагрузке, заметно возрастая лишь в зоне максимальных нагрузок до значений, достигающих 0,25% по объему. Выброс СН почти не зависит от нагрузки, несколько возрастая при самых малых и предельно высоких нагрузках.