Нагрузочная характеристика представляет собой зависимость основных показателей от нагрузки при постоянной частоте вращения. Главной целью снятия нагрузочной характеристики является определение топливной экономичности двигателя.
В процессе испытаний нагрузка у карбюраторных двигателей изменяется посредством положения дроссельной заслонки, а у дизельных двигателей – путём перемещения рейки топливного насоса. Чтобы снять нагрузочную характеристику необходимо провести не менее 7-8 опытов. При близких к номинальной нагрузках необходимо снимать большее число точек с целью выявления минимального удельного расхода топлива, а также момента включения экономайзера.
На [рис. 1] представлена нагрузочная характеристика карбюраторного двигателя.
Рис. 1. Нагрузочная характеристика карбюраторного двигателя.
А) – Изменение параметра цикла;
Б) – Изменение показателей работы двигателя.
Часовой расход топлива на режиме холостого хода составляет порядка 15-30% от номинального расхода топлива. При увеличении нагрузки часовой расход топлива (GT) увеличивается примерно по линейному закону. В области нагрузок, которые близки к номинальной, вследствие начала работы экономайзера (мощностная регулировка карбюратора) происходит значительный рост часового расхода топлива.
При нагрузках от min до полной анализ кривой удельного расхода топлива показывает, что на холостом ходу ge→∞, так как ηм=0 и рi=рм.п [рис 1, А]. При открытии дроссельной заслонки (увеличение нагрузки) повышаются механический и индикаторный КПД, а вместе с ними и коэффициент наполнения, происходит интенсивное уменьшение gе и он достигает минимума при оптимальных значениях параметра цикла – ηi • ηм =max. С дальнейшим ростом нагрузки в работу включается экономайзер и происходит значительное увеличение расхода топлива, ввиду того что заметно растёт часовой расход топлива при относительно небольшом приросте мощности — ηi уменьшается.
Удельный расход топлива в карбюраторных двигателях, как видно из [рис. 1, Б], минимален в ограниченном диапазоне нагрузок, что свидетельствует о невысокой экономичности данных двигателей. С целью увеличения топливной экономичности карбюраторного двигателя в пределах наиболее распространённых нагрузок необходимо регулировать карбюратор [рис. 1, А] на состав смеси – α=1,10-1,15. При работе экономайзера α=0,8-0,9.
На [рис. 2] продемонстрировано изменение параметров (Gт) и (ge) по нагрузочной характеристике дизельного двигателя. Характер кривой (ge) более пологий в сравнении с карбюраторным двигателем, что связано с плавным изменением параметров цикла — ηi, ηv, ηм. Поэтому у дизельных двигателей на основных рабочих режимах дельных расход топлива (ge) приближен к минимальному (gemin), точка 1. Этим характеризуется их лучшая топливная экономичность.
Рис. 2. Нагрузочная характеристика дизельного двигателя.
А) – Изменение параметров цикла;
Б) – Изменение показателей работы двигателя.
У дизельных двигателей часовой расход топлива по нагрузке определяется в основном коэффициентом избытка воздуха (α), ввиду того, что коэффициент наполнения является практически постоянным (ηv=const).
Кривая удельного расхода топлива имеет наиболее характерные точки:
— точка (1) соответствует минимальному удельному расходу топлива;
— точка (2) соответствует месту упора рейки, иными словами номинальному режиму;
— точка (3) эксплуатационный предел увеличения нагрузки, начало появления в отработавших газах дыма;
— точка (4) соответствует максимальной мощности дизельного двигателя (верхняя граница предела дымления);
— точка (5) дальнейшее, в сравнении с точкой (4), увеличение подачи топлива, характеризующее ухудшение экономических и мощностных показателей.
В зоне больших нагрузок за счёт снижения коэффициента избытка воздуха происходит неполное сгорание топлива, что отражается в точке (3) появлением дымности отработавших газов. При дальнейшем увеличении нагрузки и снижении (α) происходит значительное ухудшение процесса сгорания, а (ηi) интенсивно падает. Эксплуатация дизельного двигателя на данных режимах недопустима из-за повышенного износа деталей поршневой группы и прочих факторов. Вследствие этого выбор оптимального часового расхода топлива по вышерассмотренной регулировочной характеристике является очень важным для увеличения моторесурса дизельного двигателя.