Що таке навантажувальна характеристика двигуна
На відміну від бензинового двигуна в дизелі відсутня прив'язка до меж займистості повітряно-паливної суміші. Вся справа в тому, що паливо впорскується в гаряче сильно стиснене повітря, де і спалахує. В результаті управління дизелем відбувається за рахунок зміни кількості палива, яке подається в циліндри двигуна, кількість повітря при цьому залишається практично незмінною. Це означає, що система упорскування палива повинна проводити дозування та розподіл палива по циліндрах рівномірно, незалежно від його витрати в діапазоні навантажень та оборотів, при цьому повинна враховуватися температура, а також тиск повітря, що всмоктується. Отже, кожному режиму роботи дизеля повинна відповідати дозована палива подачі під певним тиском і в потрібний час.
Для отримання оптимального сумішоутворення потрібно брати до уваги такі фактори:
- гранично допустимі крутний момент та частота обертання;
- межа димлення;
- гранично допустима температура у відпрацьованих газів;
- гранично допустиме max. тиск у циліндрі та інше.
Визначення навантажувальної характеристики
Навантажувальна характеристика дизеля є залежністю витрати палива від інших параметрів робочого процесу двигуна від його навантаження - потужності або середнього ефективноготиску, або від крутного моменту при постійній частоті обертання біля колінчастого валу.
Дані характеристики, отримані при постійних, але різних оборотах двигуна, дають можливість встановлювати для кожного швидкісного режиму, залежно від навантаження, питома і годинна витрати палива, а також визначати граничну допустиму подачу палива і питома мінімальна витрата палива за цикл. З даних навантажувальних характеристик, будуються швидкісні характеристики двигуна.
Відмінність навантажувальної характеристики дизеля від карбюраторного двигуна
Навантажувальні характеристики дизеля в силу особливостей способу згоряння, сумішоутворення та якісного регулювання потужності відрізняються від характеристик карбюраторного двигуна. У дизеля утворення паливоповітряної суміші йде в циліндрі за короткий час – тисячні частки секунди. При цьому середньою величиною для загальної кількості повітря та палива, що беруть участь у даному циклі, є коефіцієнт надлишку повітря. Паливо, що впорскується, по камері згоряння розподіляється нерівномірно, утворюються зони різної концентрації повітря і палива. Тому в дизелі може бути значне збіднення суміші, що дозволяє якісно регулювати потужність аж до холостого ходу.
При зміні складу суміші потужність двигуна змінюється за рахунок зменшення або збільшення кількості палива, що виприскується за цикл при постійній кількості повітря. Насправді це відбувається за рахунок зміни положення рейки паливного насоса. Коефіцієнт наповнення при цьому залишається постійним, зі збільшенням потужності він дещо зменшується, через збільшення підігріву заряду. Коефіцієнт надлишку повітря при зменшенні навантаження залежить від часової витрати палива.
заНавантажувальною характеристикою найбільша потужність у двигунів виходить при найбільшому значенні величини, яка визначає якість проходження робочого процесу. Погіршення процесу проявляється збільшенням димності у газів, що відпрацювали, з'являється нагароутворення, економічність погіршується, двигун перегрівається. Таким чином, тривала робота дизеля за режиму максимальної потужності небажана.
Для того, щоб запобігти надмірному збагаченню суміші, максимальна циклова подача палива обмежується встановленням упорів рейки. Високі ступеня стиснення, якісне регулювання потужності та можливість проведення роботи на бідних сумішах дизеля визначають велику економічність робочого процесу порівняно з карбюраторними двигунами, особливо в режимах часткових навантажень.
Димлення підігріву при зміні режимів навантаження
У справних дизелях димлення відбувається через зміну швидкісних і навантажувальних режимів. Виділяється три типи димлення.
Чорного кольору дим – це суспензія вуглецевих частинок, що утворюється через перезбагачення робочого заряду. Даний тип спостерігається при зниженнях швидкості, навантаженнях та енергійних форсуваннях.
Білого кольору дим – частинки палива, що не згоріли. Як правило, виникає внаслідок перепусток спалахів під час проведення роботи у холодного дизеля.
Блакитного кольору дим утворюється на відстані від місця вихлопу через наявність незгорілого вуглеводню у вихлопних газах. В основному димлення підігріву у різних типів палива підвищується при зростанні навантаження до 50% від номінального, якщо навантаження продовжує зростати – зменшується.
У ході досліджень було встановлено, що блакитний дим відсутній у вихлопних газах чотиритактних дизелів. Приздійснення роботи прогрітого чотиритактного дизеля відбувається димлення тільки одного виду - чорний колір, гаряче.
ККД
Збільшення палива, що подається, зі збільшенням навантаження призводить до зниження індикаторного ККД. При переході до малих навантажень від холостого ходу збільшується механічне та індикаторне ККД. Далі зі збільшенням навантаження різко зростає механічне ККД, а питома витрата палива плавно знижується. При збільшенні подачі палива зростає потужність дизеля, але проявляється погіршення економічності, з'являється чорний дим у газах, що відпрацювали, двигун перегрівається – все це говорить про різке погіршення процесу згоряння.
Як зняти навантажувальну характеристику дизеля?
Після того як двигун прогрівся, одночасним переміщенням рейки, регулюванням подачі палива та регулюванням гальма двигун виводять на максимальне значення моменту, що крутить, при обраному швидкісному режимі. В результаті отриманий режим роботи відповідає максимальній потужності двигуна за певної частоти обертання.
Через деякий час після коригування частоти обертання виконуються такі виміри:
- відпрацьованих газів, олії, температури повітря та води;
- зусилля на терезах гальма або крутного моменту;
- частоти обертання колінчастого валу у дизеля
- часу витрати певної дози палива;
- витрати повітря.
Потім, підтримуючи колишню частоту обертання регулюванням гальма, зменшуючи циклову паливну подачу методом переміщення рейки паливного насоса, роблять перехід до наступного режиму і роблять необхідні виміри. Так, при послідовному зменшенні циклової подачі палива та при заданій частоті обертання отримують кілька точок характеристики.Виходячи з розрахунків, вибудовують навантажувальну характеристику та необхідні графіки.