Характеристики двигателей

Общие понятия о режимах работы

и характеристиках двигателей

Сферы применения двигателей внутреннего сгорания весьма разнообразны. Они применяются в строительстве, сельском хозяйстве, промышленности, транспорте для привода различных агрегатов. Назначением их является производство механической энергии, передаваемой потребителю. В условиях эксплуатации потребителю требуется различная мощность при разных частотах вращения вала двигателя, причем диапазон изменения этих параметров может быть весьма широким. Иными словами, двигатели могут эксплуатироваться в широком диапазоне скоростных и нагрузочных режимов.

Режимом работы двигателя называют состояние работающего двигателя, характеризуемое рядом параметров. Этими параметрами могут быть эксплуатационные параметры (мощность, частота вращения вала, показатели экономичности), параметры рабочего процесса (состав горючей смеси, угол опережения зажигания и др.), параметры окружающей среды.

Диапазон скоростных и нагрузочных режимов двигателя не безграничен. Он ограничивается рядом факторов.

Доступные скоростные режимы ограничены сверху тепловой и механической напряженностью деталей двигателя, условиями протекания рабочего процесса, условиями совместной работы поршневой части и турбоагрегата. Возможно, также, ограничение максимального скоростного режима вследствие ухудшения экономичности при высоких частотах вращения. Нижний предел диапазона скоростных режимов ограничивается обычно условиями устойчивой работы двигателя.

На каждом из скоростных режимов мощность двигателя может изменяться от нуля (холостой ход) до максимальной для данной частоты вращения мощности. Эта мощность зависит от максимально достижимого при данном скоростном режиме среднего эффективного давления, которое в свою очередь зависит количества подаваемого в цилиндр за цикл топлива. В двигателях с количественным регулированием величина цикловой дозы топлива зависит от положения дроссельной заслонки, в дизелях – от положения органа управления подачей топлива в цилиндр.

Каждому положению регулирующего топливоподачу органа соответствует некая зависимость мощности двигателя от скоростного режима. Множество таких зависимостей формируют поле возможных режимов работы двигателя. Это поле ограничивается минимальным и максимальным скоростным режимом и кривой мощности при максимальной подаче топлива и осью координат, соответствующе нулевой мощности (холостому ходу). Каждая точка этого поля характеризует режим работы двигателя, заданный частотой вращения вала и эффективной мощностью двигателя, при этом реализуются конкретные значения экономичности и другие показатели рабочего процесса. Работа на каждом режиме поля возможна при равенстве крутящего момента двигателя моменту сопротивления потребителя. Такой режим работы называется установившимся, его параметры, в.т.ч. показатели экономичности и другие характеристики процесса не меняются во времени. При неравенстве моментов режим работы и показатели процесса будут меняться в течение времени до тех пор, пока моменты не сравняются или не будут внесены какие-либо корректировки в работу двигателя. Такой режим называется неустановившимся. Неустановившийся режим характеризуется значительно большим числом параметров, чем установившийся. Поле возможных режимов действительно только для установившихся режимов.

Зависимости, формирующие поле возможных режимов двигателя являются, по сути, скоростными характеристиками двигателя.

Характеристиками двигателя называют зависимость его показателей от одного или нескольких из режимных (n, N_e, p_e, g _тц и др) или регулировочных (α, θ _з, θ _вп и др.) параметров при постоянстве некоторых других параметров. С помощью характеристик оценивают эксплуатационные свойства двигателя, конструктивное совершенство, эффективность вносимых в двигатель изменений, правильность регулировок, соответствие двигателя тому или иному назначению. Некоторые характеристики могут быть получены расчетным путем, однако в процессе проектирования и доводки двигателей все характеристики определяются экспериментально. Как правило, характеристики определяются на установившихся режимах работы двигателя.

Экспериментальное определение характеристик двигателя производят на специальных испытательных стендах. В состав стендов входит специальное нагрузочное устройство способное поглощать мощность двигателя на всех режимах его работы, измерительное оборудование и вспомогательные устройства, обеспечивающие работу двигателя. Методы определения основных характеристик двигателя и состав оборудования регламентированы стандартами.