Что такое нагрузочная характеристика

Конспект лекции «Нагрузочная и регуляторная характеристики»

Онлайн-конференция

«Современная профориентация педагогов
и родителей, перспективы рынка труда
и особенности личности подростка»

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Нагрузочная характеристика.

Характеристика представляет собой графическую зависимость основных показателей двигателя от нагрузки при постоянном скоростном режиме ( п = const ). Критерием нагрузки служит среднее эффективное давление р _е , которое и принимают в качестве независимого переменного. При построении нагрузочной характеристики значения р _е откладывают по оси абсцисс, а параметры, характеризующие работу двигателя, — по оси ординат (рис. 14.1).

По нагрузочной характеристике работают дизель-генераторы и главные двигатели, нагружаемые изменением шагового отношения H / D гребного винта.

При уменьшении нагрузки цикловая подача топлива g _ц уменьшается, что в свою очередь сопровождается сокращением продолжительности подачи, снижением давления впрыска и качества распыливания топлива, особенно ощутимым в области малых нагрузок. Заряд воздуха G _B сокращается в связи с падением подачи турбокомпрессора либо остается почти без изменений (в двигателе без наддува). Отмеченные изменения g _ц и G _B приводят к тому, что коэффициент избытка воздуха α= G _B /( g _ц G ₀ ) при уменьшении нагрузки увеличивается (см. рис. 14.1). Это обусловливает улучшение сгорания топлива и увеличение индикаторного КПД η _i . Однако при переходе в область малых нагрузок рост коэффициента η _i замедляется и в отдельных случаях возможно даже некоторое его снижение, что объясняется ухудшением распыливания топлива и увеличением относительных потерь теплоты в охлаждающую воду.

Индикаторный расход топлива g _i = 3600/( Q _h ƞ _i ) является обратной функцией индикаторного КПД, и поскольку ƞ _i при уменьшении нагрузки растет, то g _i убывает.

О тепловой и механической напряженности косвенно можно судить по температуре выпускных газов t _г и максимальному давлению цикла р _z . Последние с увеличением нагрузки растут и наибольших значений достигают при р _{е ном} , поэтому и наиболее напряженным является режим полной нагрузки.

Принятое при анализе нагрузочной характеристики условие п = const в действительности не выдерживается. Частота вращения в силу неравномерности работы регулятора с увеличением нагрузки от р _е = 0 (холостой ход) до р _{е ном} (полная нагрузка) несколько уменьшается. Поэтому зависимость р _е (п), называемая регуляторной характеристикой , в координатах р _е — п изображается не вертикалью n _а = const (рис. 14.2), а линией n ₁ , угол наклона которой к оси абсцисс зависит от степени неравномерности регулятора (последняя обычно не превышает 2—3 %).

Источник

2.3.4. Нагрузочные характеристики

Нагрузочной характеристикой называется графическая зависимость основных показателей работы двигателя от его нагрузки. К основным показателям относят мощность N_е, вращающий момент М_е или среднее эффективное давление р_е при постоянной частоте вращения коленчатого вала n и оптимальных углах опережения зажигания или впрыска топлива. При снятии нагрузочных характеристик двигателей на тормозном стенде постоянство частоты вращения коленчатого вала обеспечивается регулированием подачи топлива. Чаще всего при снятии нагрузочных характеристик определяются часовой и удельный расходы топлива.

Нагрузочные характеристики, снятые при разных скоростных режимах, позволяют по графикам расхода топлива оценить топливную экономичность и выбрать диапазон предпочтительных частот вращения коленчатого вала, определить допустимую мощность для этих частот.

Такие характеристики представляют особый интерес в отношении двигателей, которые должны работать в агрегате с машинами, для которых важно при эксплуатации постоянство частоты вращения привода. Это может быть электрогенератор, компрессор или трактор с гидротрансформатором, имеющим непрозрачную характеристику (одна точка пересечения на колесе трансформатора и ДВС).

На рис. 2.13 приведена нагрузочная характеристика дизеля в функции эффективного давления газа р_е. Из нагрузочной характеристики следует, что удельный эффективный расход топлива g_e при увеличении нагрузки у дизелей (как и у бензиновых двигателей) снижается, так как растет механический КПД. Минимальный удельный эффективный расход топлива достигается при максимальном значении эффективного КПД.

Рис. 2.13. Нагрузочная характеристика дизеля ЯМЗ-236 в функции эффективного давления р_е газа: g_e — удельный эффективный расход топлива; G_т — часовой расход топлива

Источник

Нагрузочные характеристики

Нагрузочная характеристика представляет собой зависимость напряжения генератора от тока возбуждения при постоянном нагрузочном токе и постоянной частоте вращения: U = f (i_в) при I = пост., n = n_н.

Нагрузочные характеристики снимаются при независимом возбуждении (рис. 1.2):

· Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений (рис. 1.2).

· Регулировочные рукоятки источника G2 и возбудителя G3 поверните против часовой стрелки до упора.

· Регулировочные рукоятки активной нагрузки А10 установите в положение «0»

· Пустите синхронный двигатель.

· включите выключатель «СЕТЬ» и нажмите кнопку «ВКЛ» источника G2.

· Установите путем регулирования тока возбуждения I_в напряжение U якорной обмотки генератора M2, равным, например, 140 В.

· Меняя положение регулировочных рукояток активной нагрузки А10 и поддерживая путем регулирования тока возбуждения I_в ток I якорной обмотки неизменным и равным, например, 0,15 А, изменяйте напряжение U якорной обмотки генератора M2 и заносите значения тока в цепи возбуждения I_в и напряжения на нагрузке U в табл. 1.2.

Таблица 1.2. Нагрузочная характеристика

U = f (i_в) при I = А = пост., n = n_н.

По опытным данным на одном рисунке строятся нагрузочные характеристики и расчетная характеристика холостого хода. Примерный вид характеристик показан на рис. 1.6.

При независимом возбуждении вследствие, возникающих при нагрузке генератора падения напряжения в сопротивлении цепи якоря и размагничивающего действия реакции якоря, нагрузочная характеристика располагается ниже характеристики холостого хода

.

При смешанном возбуждении со встречным включением обмоток параллельного и последовательного возбуждений нагрузочная характеристика располагается еще ниже, что вызвано размагничивающим влиянием последовательной обмотки возбуждения. При смешанном возбуждении с согласным включением обмоток параллельного и последовательного возбуждений нагрузочная характеристика может располагаться даже выше характеристики холостого ход, что вызвано подмагничивающим влиянием последовательной обмотки возбуждения.

Размагничивающее действие реакции якоря можно определить по характеристикам холостого хода и нагрузочной, если построить характеристический треугольник.

В одних координатных осях (рис. 1.7) строится характеристика холостого хода (1) и нагрузочная характеристика (2) для номинального тока генератора независимого возбуждения. Отмечаем отрезок |АА’| равный U_н, определяем ток возбуждения i_ВН = |ОА’|, соответствующий номинальному режиму. Отложив отрезок |АВ|, равный суммарному падению напряжения в цепи якоря I_НR_я, можно получить ЭДС генератора при номинальной нагрузке |А’В|. Здесь I_НR_я – включает в себя падение напряжения в сопротивлениях обмоток якоря и добавочных полюсов, последовательной обмотки возбуждения, компенсационной обмотки и в переходном сопротивлении щеточных контактов. Из точки В проводится отрезок ВС до пересечения с характеристикой холостого хода и определяется ток возбуждения i_ВХХ = |ОС’|, при котором на холостом ходу в якоре индуктируется ЭДС такой же величины. Отрезок |С’А’| = |СB| в масштабе тока возбуждения представляет размагничивающее действие реакции якоря.

Треугольник АВС (катет |АВ| соответствует падению напряжения в якорной цепи, а |ВС| – размагничивающей реакции якоря) является характеристическим треугольником генератора при номинальном напряжении и номинальном токе якоря.

Источник

Нагрузочные характеристики

Назначением некоторых ДВС является привод агрегатов с постоянной частотой вращения не зависимо от момента сопротивления нагрузки. Этими агрегатами могут являться электрические генераторы, насосы, компрессоры и др. Критерием выбора двигателя для этих целей является не только мощность на этом скоростном режиме, но и изменение КПД и удельного расхода топлива при изменении нагрузки. Поэтому работу таких двигателей оценивают по характеристикам, полученным при постоянной частоте вращения вала, которые называются нагрузочными характеристиками.

Нагрузочными характеристиками называют зависимость основных показателей работы двигателя от нагрузки при постоянной частоте вращения его вала.

Нагрузка при работе двигателя на постоянном скоростном режиме может характеризоваться такими показателями как p_e, N_e, M_e, а показателями работы могут служить в первую очередь η_e и g_e. Кроме того, в качестве показателей работы могут использоваться величины, характеризующие протекание рабочих процессов цикла (α, η_v, η_i, и др.).

Нагрузочная характеристика может быть определена расчетом, для существующих двигателей она определяется экспериментально. Процедура экспериментального определения и оборудование регламентируются стандартом. Для двигателей, предназначенных для работы при определенной n нагрузочная характеристика определяется именно для этого скоростного режима. Нагрузочная характеристика автотракторных двигателей обычно определяется при n, соответствующих максимальному крутящему моменту. Для двигателей, имеющих регулятор частоты вращения, показатели работы двигателя определяют для частоты вращения, определяемой при данной нагрузке регулятором. При этом каждая точка дополнительно характеризуется частотой вращения, поддерживаемой регулятором.

При работе двигателя по нагрузочной характеристике поддержание скоростного режима при переменном моменте сопротивления потребителя осуществляется путем изменения подачи горючей смеси или топлива. Для двигателей с количественным регулированием при этом изменяется положение дроссельной заслонки, для дизелей изменяется положение органа, регулирующего цикловую подачу топлива.

Для определения характера протекания нагрузочных характеристик двигателя с количественным регулированием воспользуемся выражениями для определения экономических показателей и механического КПД:

.

При работе по нагрузочной характеристике с постоянной n мощность двигателя увеличивается в результате увеличения угла открытия дроссельной заслонки. Это ведет к увеличению характерных давлений цикла, росту η_v, падению γ_r. Горизонтальная часть кривой η_v относится к той части характеристики, на которой рост мощности происходит в результате обогащения смеси до мощностного состава.

Среднее давление механических потерь слабо зависит от нагрузки, принимаем его неизменным по нагрузочной характеристике.

Эффективный КПД также возрастает, несколько уменьшаясь лишь на максимальном режиме в случае обогащения смеси. Этот же вывод можно сделать, имея в виду, что η_e по существу зависит от величины доли индикаторной работы затрачиваемой на преодоление механических потерь. Кривая удельного эффективного расхода g_e протекает зеркально по отношению к КПД.

Реальная нагрузочная характеристика двигателя АЗЛК приведена на рис.

Вид нагрузочной характеристики дизеля может быть получен с использованием тех же формул, что и выше.

Как и в предыдущем принимаем p_м не зависящим от нагрузки. В связи с применением в этом типе двигателей качественного регулирования мощности специального воздействия на количество воздуха, поступающего в цилиндр, не оказывается, поэтому η_v здесь также неизменен. При нагрузках близких к максимальным η_v может незначительно уменьшиться вследствие подогрева свежего заряда стенками цилиндра и остаточными газами

Увеличение мощности при работе дизеля по нагрузочной характеристике осуществляется увеличением цикловой дозы топлива g_тц, при этом происходит обогащение горючей смеси, уменьшение α.

При обсуждении индикаторных показателей дизеля было установлено, что в результате обогащения состава смеси происходит падение η_i и рост η_i/α.

Тогда в соответствии с формулой η_м с увеличением цикловой дозы топлива возрастает.

Рост η_м при этом существенно превышает падение η_i и поэтому η_e при увеличении нагрузки возрастает. хотя при приближении к максимальным нагрузкам (минимальным α) в связи с падением η_i эффективный КПД может несколько уменьшиться. Характеристика по удельному расходу топлива здесь также зеркальна.

Нагрузочная характеристика реального дизеля приведена на рис.

Комбинировнные (многопараметровые) характеристики

Выбор оптимального по экономичности режима двигателя при заданной нагрузке может быть выполнен при использовании комбинированной характеристики. Комбинированная характеристика обычно строится в координатах p_e – n или M_e – n,остальные показатели работы двигателя (N_e, g_e или др.) наносятся в виде кривых постоянных значений этих показателей. Эти характеристики строятся на базе серии нагрузочных характеристик, снятых на ряде скоростных режимов. рис стр 254

На приведенной комбинированной характеристике двигателя ЯМЗ-238Н можно видеть режимы наилучшей экономичности для каждого скоростного режима, с помощью нанесенных кривых экономичности выбирать диапазоны режимов работы двигателя с приемлемой экономичностью. Комбинированные характеристики могут использоваться не только при анализе топливной экономичности, но и токсичности, механического КПД и других выходных показателей двигателя. Для этого на комбинированную характеристику необходимо нанести кривые постоянных значений интересующих показателей.

В некоторых условиях применения ДВС оказывается необходимым подержание постоянного скоростного режима двигателя при изменяющейся нагрузке. В этом случае необходимо, чтобы при неизменном положении органа, управляющего подачей топлива, цикловая доза топлива изменялась в соответствии с изменением момента сопротивления приводимого агрегата.

Для осуществления такого закона подачи топлива, который обеспечил бы работу двигателя в соответствии с указанными выше условиями, в состав системы управления двигателем включают автоматические регуляторы частоты вращения вала двигателя. В зависимости от назначения различают три вида регуляторов: однорежимные, двухрежимные и всережимные.

Однорежимные регуляторы применяют с целью предотвращения работы двигателя на скоростных режимах превышающих n_ном. Такие режимы особенно опасны для дизельных двигателей в связи с большой массой их движущихся частей и особенностями протекания их скоростных характеристик.

Двухрежимные регуляторы ставят в случаях, когда нужно не только исключить работу двигателя при повышенных частотах, но и обеспечить устойчивую работу при частотах близких к n_мин.

Всережимные регуляторы служат для автоматического поддержания заданной частоты вращения. Эта частота устанавливается оператором в зависимости от требований приводимого агрегата.

Для оценки совместной работы двигателя с регулятором снимают регуляторные характеристики. Регуляторной характеристикой двигателя называют зависимость основных показателей работы двигателя от частоты вращения при различной настройке регулятора. Настойка одно- и двухрежимных регуляторов производится единожды при изготовлении или ремонте двигателя.

Все типы регуляторов работают путем воздействия на количество подаваемого в цилиндр топлива. В дизелях воздействуют на формируемую топливным насосом или блоком управления цикловую дозу топлива, в бензиновых двигателях – на положение дроссельной заслонки (коэффициент наполнения). При этом в нужную сторону изменяется протекание кривой крутящего момента двигателя в зависимости от n. Качество работы регулятора оценивают по величине отклонения частоты вращения при включении в работу регулятора от частоты, на которую настроен регулятор.

Вид скоростных характеристик двигателя с двухрежимным регулятором приведен на рис. орл стр 257

Вид внешней скоростной характеристики двигателя со всережимным регулятором, настраиваемым на разные скоростные режимы, приведен на рис. орл стр 257

Часть скоростной характеристики, протекание которой определяется работой регулятора, называют регуляторной ветвью характеристики.

Примерная внешняя скоростная характеристика с регуляторной ветвью дизеля, снабженного однорежимным регулятором, приведена на рис. Здесь более подробно проиллюстрировано протекание основных показателей и параметров процессов цикла.

Регулировочными характеристиками называют зависимость основных показателей работы двигателя от регулировочных параметров. Этими параметрами могут быть угол опережения зажигания или впрыска топлива, состав смеси, давление или длительность впрыска, температурного состояния двигателя и др. Обычно исследуют влияние указанных параметров на мощность и экономичность двигателя. Эти характеристики используют при испытаниях, доводке нового двигателя, регулировке двигателя. Регулировочные характеристики получают при испытании двигателей на специальных стендах. Рассмотрим вид некоторых из регулировочных характеристик.

Регулировочная характеристика по углу опережения зажигания (впрыска) определяется в виде зависимости p_e, N_e, g_e от θ при постоянных n, g_тц или φ_дз. При некоторых значениях θ процесс сгорания становится оптимальным, и достигаются наилучшие показатели работы двигателя на заданном режиме.

Серия таких регулировочных характеристик, снятых для разных скоростных и нагрузочных режимов, позволяют сформировать закон изменения оптимальных значений θ от режима и заложить его в автоматические устройства управления двигателем.

Регулировочная характеристика по составу смеси определяется только для двигателей с количественным регулированием. Она определяется как зависимость p_e, N_e, g_e от α при фиксированном скоростном и нагрузочном режиме (т.е. n,φ_дз – const) и других регулировочных параметрах. С помощью этой характеристики определяется состав экономичной α_gemin и мощностной α_pemax смесей для данного режима работы

Серия подобных регулировочных характеристик позволяет сформировать и заложить в блок управления составом смеси необходимые зависимости.

Значения α_gemin и α_pemax зависят от режима работы двигателя.

При увеличении нагрузки (φ_дз) уменьшается количество остаточных газов, увеличиваются температура и давление цикла, что улучшает условия воспламенения и сгорания. Эти обстоятельства позволяют обеднить оптимальные составы смесей.

Рост скоростного режима предопределяет увеличение скорости воздуха или смеси во впускном тракте, скорости движения поршня в цилиндре. Результатом этих изменений является повышение уровня турбулизации заряда, улучшение смесеобразования, повышение скорости распространения пламени в цилиндре. В этом случае также возможно некоторое обеднение оптимальных смесей.

нарисовать нанести и кривые η_i/α

Устойчивость работы двигателя с потребителем

При работе ДВС с потребителем часто бывает важно, чтобы при случайном отклонении момента сопротивления потребителя от установившегося значения приводило к минимальному изменению скоростного режима двигателя (Δn). Чем меньше Δn, тем более устойчив режим совместной работы двигателя и потребителя.

Установившийся режим совместной работы характеризуется равенством крутящего момента двигателя (M_e) и момента сопротивления потребителя (M_п) равны по абсолютному значению. Реакция двигателя при изменении M_п выражается в переходе его на другой скоростной режим, на котором восстановится равенство M_e=M_п. Чем меньше меняется скоростной режим двигателя, тем легче управлять его работой, т.к. оператору реже приходится воздействовать на орган управления для поддержания скоростного режима в заданном диапазоне частот.

Для достижения устойчивой работы M_e двигателя должен протекать по скоростной характеристике определенным образом по отношению к протеканию момента сопротивления потребителя. Для определения требуемого характера протекания характеристик рассмотрим рис.стр 259 орл

Момент сопротивления потребителя обычно растет при увеличении частоты вращения. На графике приведены кривые M_п для трех режимов нагрузки. Там же приведены кривые M_e трех двигателей с разным характером протекания скоростной характеристики. При работе на номинальном скоростном режиме M_e всех двигателей равны и соответствуют моменту кривой M_п1. Если в связи с изменением какого-либо фактора момент потребителя изменится и будет соответствовать кривой M_п2, то установятся новые скоростные режимы с частотами n₁₂, n₂₂, n₃₂, которые бдут иметь соответствующие отклонения Δn от номинального режима. Наименьшее отклонение Δn от номинального режима будет у двигателя, крутящий момент которого с ростом n уменьшается наиболее интенсивно. При увеличении момента сопротивления до кривой M_п3 новые установившиеся скоростные режимы будут равны n₁₃, n₂₃ с еще большими отклонениями от номинального режима. У двигателя с M_e3 не будет установившегося режима, и он остановится т.к. его крутящий момент меньше необходимого. В этом случае необходимо вмешаться в работу двигателя увеличив подачу топлива или изменив передаточное отношение трансмиссии. В случае уменьшения момента потребителя все три двигателя перейдут на другой установившийся режим, увеличив n.

Из анализа следует, что для обеспечения устойчивой работы двигателя с потребителем необходимо, чтобы M_e (а значит и p_e) уменьшались с ростом частоты вращения. Чем круче их падение, тем устойчивее режим работы.

Оценку устойчивости режима двигателя при работе по внешней скоростной характеристике производят с помощью коэффициента приспособляемости K, который является отношением максимального крутящего момента или среднего эффективного давления к моменту или среднему эффективному давлению на номинальном скоростном режиме, т.е. K=M_emax/M_eном=p_emax/p_eном.

Диапазон скоростных режимов, при которых характеристика крутящего момента является падающей оценивают скоростным коэффициентом K_с равным отношению частоты вращения n_м, соответствующей максимальному крутящему моменту при работе двигателя по внешней скоростной характеристике, к номинальной n_ном: K_с=n_м/n_ном.

Анализ протекания скоростных характеристик двигателей разных типов с точки зрения устойчивости режима их работы с потребителем позволяет сделать следующие выводы:

при работе по внешним характеристикам режим работы двигателя с количественным регулированием более устойчив, чем дизеля, это вытекает из сравнения кривых p_e;

при снижении нагрузки, т.е. переходе на частичные характеристики, устойчивость работы двигателя с количественным регулированием повышается, у дизеля – остается практически неизменной (из того же сравнения);

дизели с нерегулируемым турбонаддувом режимы работы обычно менее устойчивы чем без наддува, с повышением давления наддува устойчивость ухудшается;

двигатели с количественным регулированием имеют более широкий диапазон скоростных режимов, при которых обеспечивается устойчивая работа, чем дизели;

применение нерегулируемого турбонаддува и повышение давления наддува сужают скоростной диапазон устойчивых режимов.

Значения показателей устойчивости особенно важны для транспортных двигателей. Увеличение K и снижение K_с расширяет диапазон скоростных режимов, при которых обеспечивается устойчивая работа, что в свою очередь позволяет упростить силовую передачу (например путем уменьшения числа ступеней в коробке перемены передач), уменьшить ее габариты и массу. В зависимости от назначения к некоторым двигателям предъявляется требование сохранение в некотором диапазоне скоростных режимов постоянной мощности, т.е. примерно линейного снижения крутящего момента при увеличении n, для двигателей легковых автомобилей формируют скоростную характеристику, обеспечивающую на части скоростных режимов постоянное значение крутящего момента.

Обычно реализуемые значения показателей устойчивости транспортных двигателей:

для двигателей с количественным регулированием K=1,25 – 1,35, K_с=0,4 – 0,65;

Пути воздействия на скоростную характеристику двигателя с целью достижения благоприятного ее протекания могут быть определены из анализа ранее полученного выражения (117) для p_e, учтя при этом возможность воздействия на плотность свежего заряда, например, путем наддува:

Для двигателей с количественным регулированием из присутствующих в выражении факторов можно воздействовать только на η_v и ρ₀ т.к. на всех частичных режимах используется смесь с α = α_ηimax, а при работе по внешней характеристике может использоваться смесь с α = α_Nimax с соответствующими значениями η_i/α.

В дизелях можно воздействовать на η_v, однако даже без этого воздействия в них есть резерв по увеличению η_i/α путем увеличения цикловой подачи топлива при частотах вращения ниже номинальных с целью приближения к характеристике предела дымления и, также как и в предыдущем, можно воздействовать на ρ_0.

Более подробный анализ возможных воздействий позволяет наметить следующие основные пути улучшения характеристик транспортных двигателей:

выбор соответствующих фаз газораспределения, или использование регулируемых фаз;

изменение геометрии газовоздушного тракта с целью полезного использования газодинамических явлений в нем или применение регулируемого ГВТ;

согласование закона изменения g_тц по скоростной характеристике дизеля с протеканием кривой η_v;

в двигателях с наддувом соответствующее изменение давления наддува по скоростной характеристике с целью воздействия на ρ_0.

Подбором фаз газообмена в нерегулируемом газовоздушном тракте можно добиться получения максимума коэффициента наполнения на внешней скоростной характеристике на выбранном скоростном режиме. На других скоростных режимах подобранные фазы являются не оптимальными и коэффициент наполнения, как это было рассмотрено выше, снижается. В зависимости от назначения двигателя частота вращения вала, для которой подбирают оптимальные фазы газообмена может быть относительно низкой (например, менее 0,5 n_ном) или близкой к n_ном. В первом случае регулировку фаз называют тихоходной, во втором – быстроходной. При тихоходной регулировке двигатель имеет больший коэффициент приспособляемости и меньший скоростной коэффициент, что повышает устойчивость режима работы двигателя. При быстроходной регулировке ухудшаются показатели устойчивости режима работы, однако повышается номинальная мощность двигателя.

рис стр 261 орлТихоходную регулировку используют в автомобильных и некоторых других транспортных двигателях, где требуются высокие показатели устойчивости. Быстроходная регулировка применяется в двигателях, приводящих агрегаты, момент сопротивления которых при уменьшении n падает быстрее, чем M_e двигателя, например, гребной или воздушный винты. Применение в двигателях механизмов для автоматического регулирования фаз газообмена дает дополнительную возможность улучшения показателей устойчивости. Изменяя фазы в зависимости от скоростного режима в некотором диапазоне n можно получить близкие к постоянным M_e или N_e. Применение указанных мероприятий в двигателях с количественным регулированием ведет к изменению протекания кривой M_e в соответствии с протеканием η_v, в дизелях для получения того же эффекта необходимо изменение g_тц в соответствии с реализуемым η_v, т.е. применять более сложную топливную аппаратуру.

Улучшения устойчивости режима работы двигателя за счет изменения протекания η_v по скоростной характеристике можно достичь и использованием газодинамических явлений в газовоздушном тракте. Настройка тракта позволяет повысить η_v по всей внешней скоростной характеристике, значительно повысить его на выбранном скоростном режиме и уменьшить n_м. Таким образом, увеличивается K и уменьшается K_с.рис стр263 орл

Автоматическое регулирование геометрии впускного и выпускного трактов также дополнительно повышает показатели устойчивости. Использование настройки в дизелях осложняется теми же обстоятельствами, что и при изменении фаз газообмена.

Принципы регулирования поршневых двигателей

При неизменном скоростном режиме изменение мощности двигателя, т.е. изменение производимой двигателем за цикл работы, осуществляется путем изменения количества подаваемого за цикл топлива. Подача топлива может быть изменена различными способами и в зависимости от принятого способа различают три принципа регулирования мощности:

Качественное регулирование осуществляется путем изменения впрыскиваемой в цилиндр дозы топлива. Количество поступающего в цилиндр воздуха при неизменном скоростном режиме остается постоянным, т.е. коэффициент наполнения также сохраняется. Таким образом, регулирование осуществляется изменением коэффициента избытка воздуха, характеризующего качество получающейся горючей смеси.

При количественном регулировании коэффициент избытка воздуха изменяется в узких пределах, а работа цикла регулируется количеством подаваемой в цилиндр горючей смеси заданного состава, т.е. изменяется коэффициент наполнения. Подготовка горючей смеси может производиться как вне цилиндра, так и непосредственно в цилиндре.

При смешанном регулировании в зависимости от нагрузки изменяют качество или количество свежего заряда.

Работа двигателя с качественным регулированием по нагрузочной характеристике характерна тем, что при изменении нагрузки на индикаторной диаграмме существенно изменяется протекание лишь линий тепловыделения и расширения. Диаграмма газообмена (линии выпуска и наполнения) остаются при этом неизменными (сплошная и пунктирная кривые на рис.). Небольшие изменения диаграммы газообмена возможны вследствие увеличения подогрева свежего заряда стенками рабочей камеры при максимальных подачах топлива, т.к. при этом достигаются максимальные температуры продуктов сгорания. Кривая сжатия остается неизменной в связи с тем, что независимо от нагрузки сжатие начинается от неизменного давления. Протекание кривых выпуска и впуска не зависят от нагрузки, т.к. давление в цилиндре в эти периоды определяется в основном сопротивлением впускных и выпускных органов. Особенностью протекания рабочих процессов в двигателях с качественным регулированием (дизелях) является повышение индикаторного КПД при уменьшении нагрузки. (пунктирные кривые на рис.).

В двигателях с количественным регулированием при работе по нагрузочной характеристике изменяется протекание всех кривых индикаторной диаграммы. Регулирование мощности здесь производится изменением положения дроссельной заслонки, т.е. изменением сопротивления впускного тракта, что приводит к изменению количества свежего заряда, поступающего в цилиндр, коэффициента наполнения. Если при полном открытии дроссельной заслонки индикаторная диаграмма будет протекать так, как это изображено на рис. сплошной линией, то по мере дросселирования двигателя (прикрытия дроссельной заслонки) индикаторная диаграмма будет протекать все ниже (штрихпунктирная кривая на рис.). Давление в цилиндре в процессе наполнения и в начале сжатия при этом становятся все меньше, а затраты работы цикла на осуществление газообмена растут по сравнению с работой при полностью открытой дроссельной заслонкой. Величина дополнительной затраты мощности на насосные ходы пропорциональна заштрихованной площади индикаторной диаграммы на рис. С увеличением насосных потерь при количественном регулировании происходит более интенсивное падение механического КПД с уменьшением нагрузки (рис.) чем при качественном. Дополнительным негативным свойством количественного регулирования является снижение индикаторного кпд (рис.) при дросселировании двигателя. Происходящее при прикрытии дроссельной заслонки снижение давлений начала и конца сжатия и увеличение количества остаточных газов вынуждают несколько обогащать горючую смесь с целью сохранения ее воспламеняемости и скорости выгорания. При этом страдает полнота сгорания и увеличиваются потери тепла, связанные с несовершенством тепловыделения (затягивается процесс сгорания).

Несмотря на очевидные преимущества качественного регулирования, на практике применяют все виды регулирования. В двигателях с принудительным воспламенением горючих смесей применение качественного регулирования невозможно в связи с наличием довольно узких концентрационных пределов воспламенения и распространения пламени. Поэтому в этих двигателях применяют количественное регулирование. Качественное регулирование в двигателях с принудительным воспламенением может быть реализовано при послойном смесеобразовании или в двигателях с непосредственным впрыском топлива в цилиндр.

В дизелях отсутствуют концентрационные пределы воспламеняемости и не происходит детонационного сгорания, поэтому возможно применение качественного регулирования. Однако принятый в дизелях способ воспламенения вынуждает использовать высокие степени сжатия, что утяжеляет двигатель, а принятое в них внутреннее смесеобразование не позволяет использовать стехиометрические или мощностные смеси в связи с существованием предела дымления. Поэтому дизели имеют литровые показатели ниже, а удельный вес выше, чем двигатели с количественным регулированием, но более высокие экономические показатели.

Смешанное регулирование применяют в основном в газовых двигателях. Это объясняется более широкими пределами воспламеняемости газо-воздушных смесей, доступностью качественного смесеобразования и высокой детонационной стойкостью газообразных топлив. Качественное регулирование в газовых двигателях может применяться при высоких нагрузках. По мере снижения нагрузки горючая смесь обедняется до предела воспламеняемости, а дальнейшее снижение нагрузки осуществляется способом количественного регулирования.

1. Дать определение режима работы двигателя.

2. Дать определение понятию «характеристика двигателя».

3. Какую зависимость называют скоростной характеристикой двигателя?

4. Перечислить виды скоростных характеристик двигателей.

5. Дать определение абсолютной внешней скоростной характеристики двигателя.

6. Какие типы ДВС не допускают длительную работу на режимах абсолютной внешней скоростной характеристики?

7. Дать определение внешней (эксплуатационной внешней) скоростной характеристики.

8. Дать определение частичной скоростной характеристики.

9. Каков характер изменения среднего давления механических потерь и их мощности по скоростной характеристике двигателя?

10. Каков, обычно, вид кривой коэффициента наполнения на скоростной характеристике поршневого двигателя с нерегулируемым газовоздушным трактом?

11. Каков, обычно, вид кривой эффективного КПД при работе двигателя по скоростной характеристике?

12. Дать определение нагрузочной характеристики.

13. Каков, обычно, вид кривой эффективного КПД при работе двигателя по нагрузочной характеристике?

14. Каков, обычно, вид кривой механического КПД при работе двигателя по нагрузочной характеристике?

15. Что происходит с коэффициентом наполнения в двигателе с количественным регулированием при увеличении нагрузки?

16. Что происходит с коэффициентом избытка воздуха в дизеле при увеличении нагрузки?

17. Пояснить назначение одно-, двух- и всережимных регуляторов в составе ДВС.

18. Дать определение регуляторной ветви скоростной характеристики.

19. Дать определение регулировочной характеристики.

20. Какие виды регулировочных характеристик Вы знаете?

21. Дать определение понятию «коэффициент приспособляемости».

22. Дать определение понятию «скоростной коэффициент».

23. Каким образом необходимо воздействовать на протекание скоростной характеристики с целью повышения коэффициента приспособляемости?

24. Какие способы регулирования мощности, и каким образом применяют при смешанном регулировании двигателя?

Источник