Лекция 6
Тема 5 характеристики автотракторных двс

5.1 Назначение и виды испытаний

В соответствии с ГОСТ 18508-80 для тракторных и комбайновых двигателей установлены следующие виды испытаний: приемо-сдаточные, периодические кратковременные, периодические длительные, предварительные, аттестационные,  типовые,  доводочные, граничные и научно-исследовательские.

Приемно-сдаточные испытания проводятся с целью контроля качества изготовления, сборки и регулировки дизелей, находящихся в производстве. Периодические кратковременные испытания проводятся с целью контроля соответствия основных параметров дизелей, находящихся в производстве, стандартам и техническим условиям на дизель. Периодические длительные испытания проводят с целью контроля стабильности параметров и безотказности в стендовых условиях. Предварительные испытания проводят с целью определения возможности предъявления опытных образцов дизелей на предварительные испытания тракторов или комбайнов. Аттестационные испытания проводятся с целью оценки технического уровня дизелей, находящихся в производстве, при подготовке их к государственной аттестации качества.

Типовые испытания проводят с целью оценки эффективности и целесообразности внесенных в конструкцию или технологию изготовления изменений, влияющих на параметры дизелей, установленные стандартами и техническими условиями. Доводочные испытания проводят в процессе разработки дизеля для оценки влияния вносимых в него изменений с целью достижения требуемых параметров. Граничные испытания проводят с целью определения зависимостей между предельными значениями параметров дизелей и режимов эксплуатации. Научно-исследовательские испытания проводят во время научных исследований для изучения свойств двигателей.

Испытания автомобильных поршневых и роторно-поршневых двиателей регламентируются ГОСТ 14846-81, в котором установлены условия испытаний, требования к испытательным стендам и аппаратуре, методы и правила проведения испытаний, порядок обработки результатов испытаний, объем контрольных и приемочных испытаний. При контрольных испытаниях определяют: внешнюю скоростную характеристику, нагрузочную характеристику при частоте вращения, соответствующей макимальному крутящему моменту двигателя и характеристику холостого хода. При приемочных испытаниях определяют, кроме того: условные механические потери; равномерность работы цилиндров и безотказность работы двигателя.

5.2 Условия проведения испытаний

ГОСТ предусматривает измерения при снятии каждой характеристики (кроме индицирования, определения равномерности работы цилиндров и пусковых качеств двигателя), не менее чем на восьми режимах. Измерения на каждом режиме должны проводиться не менее двух раз, при этом результаты измерений крутящего момента и расхода топлива должны отличаться не более чем на ±2%.

Температура охлаждающей жидкости на выходе из двигателя с жидкостным охлаждением должна поддерживаться в пределах, указанных в технической документации предприятия-изготовителя, а при отсутствии таких указаний - от 75 до 85°С. Температура масла в поддоне или перед маслянным радиатором должна поддерживаться в пределах, указанных в технических условиях, а при отсутствии таких - от 85 до 95°С для дизелей, и в пределах 80...100°С для карбюраторных двигателей.

Испытания необходимо проводить на топливах и маслах, указанных в технической документации двигателя и соблюдать технические условия по температуре и давлению топлива на входе в топливный насос, по максимальной температуре отработавших газов. Двигатели перед испытаниями должны быть обкатаны в соответствии с техническими условиями на двигатель.

В соответствии с ГОСТ при испытаниях двигателей необходимо измерять следующие параметры: крутящий момент, частоту вращения коленчатого вала, расход топлива, температуры всасываемого воздуха, охлаждающей жидкости, масла, топлива и отработавших газов, бараметрическое давление, угол опережения зажигания или начала подачи топлива.

5.3 ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ И ПАРАМЕТРЫ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ РАБОТУ ДВИГАТЕЛЯ

 

Рекомендуемые материалы

При испытании двигателей с применением обкаточно-тормозных стендов основные показатели работы определяются по следующим приведенным зависимостям:

5.3.1 Мощностные показатели

 1. Крутящий момент двигателя Ме, Нм

                      Ме = 0,716·Р,

            где Р - показания тормоза, Н.

2. Эффективная мощность двигателя - мощность, снимаемая с коленчатого вала двигателя Nе, кВт

                      Nе = (Р·n_е)/13600,

            где n_е - частота вращения вала двигателя, об/мин.

3. Среднее эффективное давление - условное, постоянное давление газов в цилиндре двигателя при котором за один ход поршня совершается работа, равная эффективной работе цикла Ре, МПа

                      Ре = (0,0088·Р)/Vл,

           где Vл - литраж двигателя, л.

4. Механический КПД, оценивает полноту передачи индикаторной мощности на коленчатый вал двигателя  h_м,

                     h_м  = Ne/Ni = Pe/Pi = Me/Mi.

5.3.2 Экономические показатели

1. Часовой расход топлива Gт, кг/ч

                    Gт = (3,6·q_оп)/t_оп,

           где g_оп - расход топлива за опыт, г;

                  t_оп - время опыта, с.

2. Удельный расход топлива - расход топлива на единицу выполненной работы  g_е, г/(кВт·ч)

                  g_е  = (Gт·1000)/Nе.

5.3.3. Оценочные показатели

1. Коэффициент запаса крутящего момента Кзап,

                 Кзап = (Мемах - Мен)/Мен,

           где Мемах - максимальный крутящий момент двигателя, Нм;

                Мен - крутящий момент, соответствующий номинальной частоте вращения вала двигателя, Нм.

2. Коэффициент приспособляемости двигателя по моменту Км,

                 Км = Мемах/Мен.

3. Коэффициент приспособляемости двигателя по оборотам Ко,

                 Ко = n_н/n_м,

          где n_н - номинальная частота вращения вала двигателя, об/мин;

                n_м  - частота вращения вала двигателя, соответствующая максимальному крутящему моменту, об/мин.

4. Коэффициент наполнения - отношение количества свежего заряда, поступившего в цилиндры двигателя к началу сжатия к тому количеству, которое теоретически могло бы поступить в цилиндры при давлении и температуре заряда, равным параметрам на впуске,  hv

hv =Gв/Gвт = (33,6·Gв)/(Vл·n_е·r_к),

где Gв - часовой расход воздуха двигателем - абсолютное количество воздуха, поступившего в цилиндр двигателя в единицу времени,  м/ч;

Gвт - теоретическое количество воздуха, которое могло бы заполнить рабочий объем цилиндра Vh, при плотности воздуха на впуске r_к, м³/ч,

r_к - плотность заряда на впуске, кг/м³

               r_к  = (3480·Рк)/(tк+273),

здесь Рк и t_к давление (МПа) и температура (°С) заряда.  Определение расхода воздуха Gв в м³/ч производится по приборам, непосредственно показывающим расход воздуха или по формуле      

              Gв = (3600·DVв)/t,

где DVв - измеренный объем воздуха, м³;

        t -продолжительность измерения расхода воздуха, с.

5. Коэффициент избытка воздуха - отношение действительного количества воздуха Gв в смеси к теоретически необходимому для полного сгорания топлива, L

                  L = Gв/(Lo·Gт),

где Lo - теоретически необходимое количество воздуха, кг возд./кг топл. (Lo = 14.9 для бензина и 14,35 для дизельного топлива);

Gт - часовой расход топлива, кг/ч.

5.4 ИСПЫТАНИЕ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ 

Для испытания в лаборатории кафедры используется дизельный двигатель Д-65Н трактора ЮМЗ-6М. Испытание проводится на обкаточно-тормозном стенде КИ-5542. Номинальная мощность двигателя - 44,5 кВт, номинальная частота вращения вала двигателя - 1750 об/мин, литраж двигателя - 4,94 л.

5.4.1 Регулировочная характеристика дизеля по составу смеси (по расходу топлива)

Цель работы. Установить оптимальный часовой расход топлива и цикловую подачу, на которую следует регулировать секции топливного насоса высокого давления.

Рисунок 5.1 - Регулировочная характеристика дизельного двигателя по составу смеси

Анализ характеристики. Из характеристики видно, что зона возможного изменения состава смеси при котором наблюдается устойчивая работа двигателя значительно шире, чем в карбюраторном двигателе. Коэффициент избытка воздуха может изменяться в диапазоне a = 1,2...8,0. Это определяется особенностями внутреннего смесеобразования в дизеле. При впрыске топлива в цилиндр вследствие его неравномерного распределения по объему камеры сгорания образуются зоны, в которые топливо не попало и местное значение a = ¥, а так же зоны, где существует избыток топлива не смешанного с воздухом и a = 0.  Вместе с тем, всегда образуются зоны с хорошими условиями  для  воспламенения и последующего сгорания  при a = 0,9...1,0. Качественное регулирование дизеля, т.е. изменение мощности без дросселирования воздуха, а также посредством регулирования расхода топлива, поступающего в двигатель обеспечивает устойчивую работу двигателя во всем диапазоне нагрузки - от холостого хода до максимальной нагрузки.

На режиме холостого хода двигатель не совершает полезной работы. Вся индикаторная работа, развиваемая в цилиндре, расходуется на преодоление механических потерь. Состав смеси при этом наиболее бедный a = 6...8. Повышение мощности двигателя, связанное с перемещением рейки топливного насоса и увеличением расхода топлива, сопровождается обогащением смеси. При этом увеличивается нагрев двигателя, температура поступающего воздуха, что приводит к снижению его плотности и количества. Это способствует дополнительному обогащению смеси в цилиндрах двигателя. Максимальная мощность дизеля может быть достигнута при коэффициенте избытка воздуха a = 1,03 ...1,05, т.е. при более бедной, чем в карбюраторном двигателе смеси.

На практике дизель не регулируют на такой состав смеси, обеспечивающий теоретически возможную максимальную мощность. При увеличении часового расхода топлива до некоторых значений, вследствии недостаточно эффективного перемешивания топлива и воздуха в камере сгорания, малого времени, отводимого на этот процесс, смесеобразование и сгорание ухудшаются. В первую очередь это вызывает увеличение дымности отработавших газов выше допустимого, затем резко возрастает удельный расход топлива и повышается теплонапряженность деталей двигателя.

Выбор оптимальной регулировки подачи топлива. По регулировочной характеристике (см. рис. 9) точка 4 определяет наибольшую возможную мощность N_{emax возм.}, точка 1 соответствует режиму минимального удельного расхода топлива g_emin. В дизелях между режимом наименьшего удельного расхода топлива с бездымной работой и режимом наибольшей возможной мощности, где двигатель работает с сильным дымлением, находится режим начала дымления. Значение коэффициента избытка воздуха, соответствующее этому режиму, зависит главным образом от совершенства процесса смесеобразования и в среднем составляет около 1,3 ...1,4. Очевидно, что близко к этому режиму должна располагаться регулировка дизеля на максимально допустимую мощность.

Максимально допустимую мощность и соответствующее ей среднее эффективное давление определяют по кривой регулировочной характеристики (см. рис. 9б). Для этой цели из начала координат (из нулевой точки) проводят касательную к кривой ge = f(Pe). Точка касания представляет собой максимально допустимое значение среднего эффективного давления Pe max (точка 3). Полученный таким образом режим, как видно из построения, располагается между режимом минимального удельного расхода топлива и режимом наибольшей возможной мощности.

Рассмотренный способ определения Pe_мах базируется на условии наибольшего значения произведения эффективной мощности на эффективный КПД, т.е. Ne·h_е®max. Так как удельный расход топлива и эффективный КПД обратно пропорциональны ( ge = 3600/(Hи·h_е)), то условие Ne·h_е®max может быть заменено условием Ne/ge® max или условием ge/Ne = tgb®min. Таким образом, для осуществления условия Ne·h_е®max необходимо из начала координат (из нулевой точки) провести касательную к кривой ge = f(Pe); вертикаль проведенная через точку касания, отметит искомый режим регулировки.

Топливоподающую аппаратуру регулируют на меньшие значения эффективного давления и эффективной мощности, определяемых точкой 3. В качестве нормального эффективного давления принимают Ре = 0,9·Ре_мах. На графике это значение соответствует точке 2. Для определения оптимального часового расхода топлива из точки 2 нужно провести вертикаль до пересечения с кривой , а далее - горизонталь до пересечения с осью ординат. На основании полученного оптимального часового расхода топлива определяют ход рейки насоса, цикловую  подачу топлива секцией насоса, на которую следует регулировать топливный насос.

5.4.2 Регулировочная характеристика дизеля по углу опережения начала впрыска топлива

Цель работы. На основании анализа регулировочной характеристики, представляющей собой зависимость эффеективной мощности Nе, часового Gт и удельного qе расходов топлива и других показателей работы двигателя от угла опережения начала впрыска топлива q, построенной по результатам замеров, определить оптимальное значение угла опережения начала впрыска топлива испытуемого двигателя.

Анализ характеристики. Так как характеристика снимается при практически постоянных расходах воздуха и топлива, то величина удельного расхода топлива обратно-пропорциональна эффективной мощности ge º 1/Ne, и оптимальный угол опережения подачи обеспечивает обновременно максимальную мощность и наилучшую экономичность. Отклонение угла от оптимального значения ухудшает показатели двигателя.

Процесс сгорания в дизеле (см. рис.10) можно условно разделить на четыре периода - фазы горения. В первой фазе (период задержки воспламенения) q_I топливо впрыскивается в воздушный заряд, имеющий высокую температуру, распыливается, испаряется и достигнув температуры самовоспламенения, воспламеняется.

Рисунок 5.2 - Регулировочная характеристика дизельного двигателя по углу опережения подачи топлива (а) и характер изменения давления (Р) и температуры в цилиндре двигателя (Т) от q° пкв (б)

Во второй фазе (фаза быстрого горения) q_II происходит интенсивное сгорание топливо-воздушной смеси. Скорости сгорания максимальны, наблюдается быстрое выделение теплоты и резкое повышение давления. В третьей фазе (фаза диффузионного горения) q_III непосредственно сгоранию предшествует интенсивное перемешивание топлива и воздуха, что уменьшает скорость тепловыделения. Горение идет при увеличивающемся объеме над поршнем, поэтому давление в цилиндре остается постоянным или даже уменьшается, хотя температура продолжает возрастать, достигая максимума в конце q_III. В четвертой фазе q_IV происходит догорание оставшегося заряда.

При увеличении угла опережения подачи (ранний впрыск), давление и температура сжимаемого воздуха в цилиндре в момент впрыска будут ниже, чем при оптимальном угле. Это вызывает увеличение периода задержки воспламенения и к моменту самовоспламенения в цилиндре находится больше топлива хорошо перемешенного с воздухом, которое затем сгорает во второй фазе с максимальными скоростями. Несмотря на увеличение периода задержки воспламенения процесс сгорания начинается раньше, чем при оптимальном угле опережения подачи. Вследствии сгорания большей части смеси до ВМТ, поршень движется в зону повышенного давления, увеличивается работа сжатия, снижается работа расширения, увеличивается отвод теплоты в стенки камеры сгорания. Повышается жесткость работы, динамические нагрузки, трение, т.е. механические потери возрастают. Это приволит к ухудшению теплоиспользования, уменьшению индикаторной работы и мощности цикла, а следовательно, и эффективной мощности двигателя. При раннем впрыске возможно появление стуков, вызванных повышенной жесткостью процесса сгорания.

При уменьшении угла опережения подачи топлива (поздний впрыск) процесс сгорания смещается на такт расширения. Основная масса топлива сгорает при увеличивающемся объеме над поршнем. Возрастающее давление в цилиндре как бы "догоняет" уходящий от ВМТ поршень, максимальное давление цикла снижается и смещается правее ВМТ, увеличиваются температуры отработавших газов и стенок камеры сгорания, возрастают тепловые потери в стенки цилиндра и с отрабо- тавшими газами. В результате ухудшения индикаторных показателей снижается максимальная эффективная мощность и повышается удельный расход топлива.

В дизеле значение оптимального угла опережения подачи топлива необходимо корректировать в зависимости от частоты вращения вала двигателя и его нагрузки.

С увеличением частоты вращения вала двигателя улучшаются физико-химические процессы подготовки смеси и сокращается период задержки воспламенения. Однако скорость развития предпламенных процессов увеличивается медленнее, чем уменьшается время, отводимое на рабочий цикл. В результате чего сгорание в основных фазах смещается на такт расширения и показатели двигателя ухудшаются. Для того, чтобы обеспечить сгорание основной массы топлива при положении поршня вблизи ВМТ надо увеличивать угол опережения подачи топлива. В эксплуатации это обеспечивается центробежными муфтами опережения впрыска топлива.

При снижении нагрузки оптимальный угол опережения подачи должен уменьшаться. Это связано с тем, что при уменьшении цикловой подачи уменьшаются количество выделившейся теплоты, т.е. несколько ухудшаются условия воспламенения. Для сохранения неизменных условий воспламенения заряда в первой фазе надо начинать впрыскивать топливо позднее, ближе к ВМТ, в среду с большими давлением и температурой. Так как снижение цикловой подачи осуществляется за счет сокращения длительности впрыска, то учитывая некоторое уменьшение угла опережения впрыскивания, сгорание меньшего количества топлива по-прежнему происходит в районе ВМТ. В эксплуатации автотракторных дизелей для простоты конструкции угол опережения подачи топлива от нагрузки обычно не корректирует.

Выбор оптимальной регулировки угла опережения подачи топлива. Для выбранного режима работы дизеля оптимальным является такой угол опережения подачи топлива, при котором двигатель одновременно развивает максимальную мощность и имеет минимальный удельный расход топлива.

Для установления или определения фактически установленного угла опережения подачи топлива необходимо выполнить следующие операции. Снять с топливного насоса трубку высокого давления первого насосного элемента и вместо нее установить моментоскоп, заполнив его топливом. Установить указатель в виде стрелки против буртика шкива привода вентилятора. Установить рычаг управления на полную подачу топлива и включить декомпрессонный механизм. Вращая коленчатый вал наблюдать за уровнем топлива (мениском) в моментоскопе. Как только уровень топлива начнет повышаться, вал остановить и нанести карандашом метку на буртике шкива привода вентилятора, напротив стрелки указателя.

Затем вывернуть, установочную шпильку (щуп) из отверстия в картере маховика и вставить ее наружным ненарезанным концом в это  отверстие до упора в поверхность маховика и продолжая вращать вал, слегка прижимая установочную шпильку. Как только конец шпильки войдет в углубление маховика, вращение вала прекратить и нанести вторую метку на буртике шкива привода вентилятора, напротив стрелки указателя.

После этого измерить гибкой линейкой расстояние между метками на цилиндрической поверхности буртика шкива вентилятора (L). Зная расстояние между метками и диаметр шкива привода вентилятора (d) можно определить угол опережения подачи топлива по формуле

q = (L·360)/(n_е · d) = (114,6 · L)/d.

По этой зависимости можно определить оптимальную величину длины дуги на поверхности шкива вентилятора для заданного оптимального угла опережения подачи топлива.

5.4.3 Нагрузочная характеристика дизеля

Цель работы. Выявить экономичность работы двигателя при различных нагрузочных режимах. Нагрузочные характеристики двигателя - это изменение параметров рабочего цикла двигателя в зависимости от нагрузки при постоянной частоте вращения коленчатого вала двигателя.

Рисунок 5.3 - Нагрузочная характеристика дизельного двигателя

Анализ характеристики. В связи с качественным способом регулирования мощности двигателя его нагрузочная характеристика одновременно является характеристикой по составу смеси (расходу топлива), и может быть получена перестроением регулировочной характеристики (см. рис. 9) в функции нагрузки двигателя.

Повышение мощности осуществляется за счет увеличения подачи топлива и обогащения смеси примерно от a = 6...8 на холостом ходу до a = 1,2...1,5 на режиме полной нагрузки. Подача воздуха в дизель специально не меняется. Однако при повышении нагрузки увеличивается температура деталей двигателя и подогрев заряда, что снижает плотность воздуха. Поэтому коэффициент наполнения h_V и часовой расход воздуха Gв уменьшаются примерно на 5...8%. Минимальный удельный расход топлива наблюдается при нагрузках, составляющих 80...90% от максимальной и составах смеси в пределах 1,5...2,0.

При уменьшении нагрузки и обеднения смеси до определенных пределов a = 3...4 качество процессов смесеобразования и сгорания улучшаются, уменьшаются тепловые потери и несколько возрастает индикаторный КПД. Однако удельный расход топлива возрастет вследствии уменьшения мощности, развиваемой двигателем и роста относительного уровня механических потерь, т.е. уменьшения механического КПД (h_м). На холостом ходу h_м = 0, а gе стремится к бесконечности.

При нагрузках, близких к полной, механический КПД имеет наибольшее значение, но удельный расход топлива возрастает вследствии ухудшения процессов смесеобразования и сгорания при малых коэффициентах избытка воздуха 1,2...1,5, т.е. за счет снижения индикаторного КПД.

Максимальная мощность двигателя достигается примерно при составах смеси a =1,03...1,05, но сопровождается чрезмерной дымностью  отработавших газов, перегревом двигателя и резким повышением расхода топлива. Дальнейшее обогащение смеси будет приводить к падению мощности двигателя.

Выбор оптимальных параметров.  Величина номинальной, т.е. максимально возможной в эксплуатации, мощности определяется из характеристики по уровню дымности Кдоп=45%, либо по моменту интенсивного повышения удельного расхода топлива. По нагрузочной характеристике резкое увеличение gе можно определить точкой касания луча, проведенного из начала координат к кривой удельного расхода топлива (см. рис. 11). Значение номинальной мощности примерно соответствует Nн = 0,9 Nе max.доп.

Оценка показателей двигателя по нагрузочной характеристике проводится посредством сравнения регулировок систем (a, h_V, q ) и показателей данного двигателя (Gт, gе) с аналогичными двигателями в характерных точках характеристики - на холостом ходу, на режиме минимального удельного расхода топлива, на режиме номинальной мощности, ограниченной допустимой дымностью отработавших газов или ростом удельного расхода топлива.

5.4.4 Скоростная характеристика дизеля

Определение характеристики. Скоростной характеристикой дизельного двигателя называется зависимость мощностных (Ne, Me, Pe), экономических (Gт, ge), токсических и других показателей двигателя от частоты вращения коленчатого вала при постоянном положении органа управления регулятором частоты вращения дизеля. В учебных целях скоростную характеристику дизеля получают при отключенном регуляторе и фиксированном положении рейки топливного насоса. Скоростная характеристика, полученная при положении рейки насоса, соответствующей номинальному режиму двигателя, называется внешней, а при промежуточном положении - частичной.

 Цель работы. По внешней скоростной характеристике выявить мощностные и экономические показатели от скоростного режима двигателя при неизменном положении рейки топливного насоса.

Анализ характеристики. Общие закономерности изменения эффективной мощности, крутящего момента, часового и удельного расходов топлива дизеля в зависимости от частоты вращения имеют ряд особенностей. Так, коэффициент наполнения имеет пологое протекание вследствии меньшего рабочего диапазона частот вращения, а следовательно, меньшего влияния гидравлических сопротивлений впускного тракта и фаз газораспределения.

Рисунок 5.4 - Скоростная характеристика дизельного двигателя

В дизеле при фиксированном положении рейки с ростом частоты вращения смесь в цилиндре двигателя обогащается, что связано с особенностями работы топливного насоса. С ростом n_е уменьшается утечка топлива из надплунжерного пространства через зазоры плунжерной пары и увеличивается дросселирование топлива в впускном и перепускном окнах гильзы плунжера, т.е. уменьшаются потери и увеличивается цикловая подача топлива.

Вследствие роста цикловой подачи и более пологого характера изменения коэффициента наполнения среднее эффективное давление и величина крутящего момента имеют тоже пологий вид. Коэффициенты приспособляемости и запаса крутящего момента имеют меньшие значения, чем в карбюраторном двигателе, т.е. дизель имеет меньшую устойчивость работы при полной нагрузке и труднее справляется с временными перегрузками.

Для повышения устойчивости работы дизеля в эксплуатации топливный насос оснащается корректором подачи топлива, который увеличивает цикловую подачу топлива при уменьшении частоты вращения ниже номинальной вследствии перегрузок. Наличие корректора позволяет увеличить коэффициент приспособляемости по моменту до 1,10...1,17.

По сравнению с карбюраторными двигателями дизели имеют более высокие степени сжатия и работают на более бедных составах смеси. Поэтому они характеризуются большими значениями индикаторного и эффективного КПД, а значит и лучшей топливной экономичностью. График удельного расхода топлива на всех скоростных режимах у дизелей располагается ниже, чем у карбюраторных двигателей. Вместе с тем, работа дизеля на более бедных составах смеси (1,2...1,5) по сравнению с карбюраторным (0,8...0,95) двигателем определяет меньшие значения среднего эффективного давления, крутящего момента и мощности при одинаковых рабочих объемах двигателей.

Оценка показателей двигателя. По внешней скоростной характеристике дизеля видно, что при фиксированном положении рейки топливного насоса двигатель имеет пологий характер изменения Ме, малые значения коэффициента приспособляемости и запаса крутящего момента, т.е. характеризуется недостаточной устойчивостью работы. Для улучшения эксплуатационных характеристик дизель должен быть оборудован регулятором частоты вращения с корректором подачи топлива.

5.4.5 Регуляторная характеристика дизеля

Определение характеристики. Рассмотренные ранее нагрузочные и скоростные характеристики снимают либо при постоянной частоте вращения либо при постоянном положении органов управления подачей топлива. В реальных условиях эксплуатации дизели работают при одновременном изменении нагрузки и частоты вращения коленчатого вала. Автоматическое регулирование подачи топлива и мощности, развиваемой двигателем в зависимости от изменения внешней нагрузки и, соответственно, частоты вращения осуществляется всережимным регулятором. Изменение показателей двигателя при работе с регулятором (т.е. с управлением подачи топлива через регулятор) оценивается по регуляторным характеристикам.

Регуляторной характеристикой дизеля (рис. 13) называется зависимость мощностных (Ме, Ne), экономических (Gт, gе) и других показателей двигателя от частоты вращения при положении рычага управления регулятором, на упоре, соответствующем полной подаче топлива , т.е. Ме, Ne, Gт, gе = f(n_е). Кроме того, регуляторные характеристики могут быть представлены как зависимость основных показателей двигателя от крутящего момента Ne, Gт, gе, n_е = f(Me) или от эффективной мощности Mе, Gт, gе, n_е = f(Nе)  (рис. 14).

При промежуточном положении рычага управления всережимным регулятором изменяется усилие предварительной затяжки пружины регулятора и, соответственно, максимальные частоты вращения и мощность двигателя. Такие характеристики называются частичными регуляторными характеристиками.

Рисунок 5.5 - Регуляторная характеристика дизеля в функции частоты вращения вала двигателя

Анализ характеристики. В соответствии с особенностями изменения цикловой подачи регулятором частоты вращения на регуляторных характеристиках можно выделить две зоны характристики: регуляторную и корректорную. В регуляторной зоне отмечается значительное изменение нагрузки от нуля до номинальной и небольшое (порядка 6...8%) изменение частоты вращения. В корректорной зоне двигатель работает с максимально возможной нагрузкой и значительным (50...70%) изменением частоты вращения. Закономерности изменения показателей двигателя в регуляторной зоне объясняются в основном протеканием рабочего процесса дизеля в условиях близких к нагрузочной характеристике, а при работе в корректорной зоне - особенностями внешней скоростной характеристики.

Рисунок 5.6 - Регуляторная характеристика дизеля в функции мощности (а) и крутящего момента (б)

Проанализируем изменение показателей по регуляторной характеристике, построенной в функции частоты вращения (см. рис.13). Дизель имеет качественное регулирование мощности. Расход воздуха в дизеле без наддува специально не регулируется. Однако при работе в регуляторной зоне с повышением нагрузки растут температуры деталей двигателя, увеличивается подогрев заряда, снижается его плотность и количество, что несколько (на 5...8%) уменьшает коэффициент наполнения h_V. При работе в зоне корректорной ветви изменение так же невелико и рассмотрено при анализе скоростной характеристики.

Регулирование мощности достигается без воздействия на расход воздуха, только за счет увеличения цикловой подачи топлива. Вследствие этого при работе в регуляторной зоне происходит обогащение смеси от a = 6...8 на режиме холостого хода до a = 1,2...1,5 на режиме номинальной мощности. При дальнейшем повышении внешней нагрузки на двигатель сверх номинальных значений устойчивость работы возможна лишь при дополнительном увеличении цикловой подачи топлива, осуществляемом корректором. Это увеличение цикловой подачи топлива невелико (10...20%), так как ограничено предельной дымностью отработавших газов.

В регуляторной зоне благодаря резкому обогащению смеси наб людается линейное возрастание крутящего момента. Поэтому повышение внешней нагрузки на двигатель приводит лишь к незначительному уменьшению частоты вращения. При работе с перегрузкой, в корректорной зоне, увеличение цикловой подачи и, соответственно, возрастание крутящего момента невелики и составляет не более 10...20%. Поэтому повышение внешней нагрузки приводит к существенному уменьшению частоты вращения.

Известно, что мощность двигателя определяется значениями крутящего момента и частоты вращения Nе = f(Mк, n_е). При повышении нагрузки в диапазоне от режима максимальных оборотов холостого хода до номинальной нагрузки мощность двигателя, как и крутящий момент, возрастает за счет увеличения цикловой подачи топлива и обогащения смеси. Из-за падения частоты вращения интенсивность роста крутящего момента на 10...20% больше интенсивности роста эффективной мощности.

Часовой расход топлива возрастает по мере повышения нагрузки от холостого хода вплоть до номинальной за счет обогащения смеси. При работе в корректорной зоне дополнительное увеличение цикловой подачи топлива для преодоления кратковременной перегрузки невелико, а частота вращения существенно уменьшается, что определяет снижение часового расхода топлива.

Удельный расход топлива на режиме холостого хода стремится к бесконечности, т.к. полезной работы двигатель не совершает. При повышении нагрузки величина gе уменьшается, несмотря на обогащение смеси, что объясняется возрастанием механического КПД. При приближении к полной нагрузке и работе в корректорной зоне gе определяется одновременным увеличением механического КПД и падением индикаторного КПД. В зависимости от регулировки топливной аппаратуры, характера изменения коэффициента избытка воздуха и особенностей работы дизеля минимальный удельный расход топлива может наблюдаться как в регуляторной, так и в корректорной зоне.

Для оценки среднего уровня топливной экономичности дизеля существует величина оценочного удельного расхода топлива gе_оц. Величина gе_оц подсчитывается как среднее арифметическое значений из 10 значений удельного расхода топлива в регуляторной зоне регуляторной характеристики, определенных через равные интервалы мощности, в диапазоне от режима максимальной мощности до режима, соответствующего 50% номинальной мощности.

Тракторные двигатели, оснащенные всережимными регуляторами частоты вращения, работают в основном в регуляторной зоне, т.е. в условиях значительного изменения мощности, но небольшого изменения частоты вращения. Поэтому регуляторная зона по частоте вращения является узкой и неудобной для практической работы. Для удобства анализа изменения показателей двигателя и практического пользования регуляторную характеритику представляют в функции эффективной мощности (Nе) и крутящего момента (Ме) (см. рис.14). Проведенный выше  анализ может быть полностью повторен и для этих характеристик.

Оценка показателей двигателя по регуляторной характеристике производится сравнением его параметров в характерных точках:

- Gт при n_х;    - Mн при n_н;          - gе_min при n_{ge min};

- Nн при n_н;    - Mе _мах  при n_м;    - geоц.

По данным регуляторной характеристики определяются коэффициенты приспособляемости по моменту Км, по оборотам Ко, коэффициент запаса крутящего момента Кзап и степень неравномерности регулятора.

5.5 ИСПЫТАНИЕ КАРБЮРАТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Для испытания в лаборатории кафедры используется карбюраторный двигатель ГАЗ-52-01 автомобиля ГАЗ-52-03. Испытание проводится на обкаточно-тормозном стенде КИ-2139Б. Номинальная мощность двигателя - 55,2 кВт, номинальная частота вращения вала двигателя - 2600 об/мин, литраж двигателя - 3,48 л.

5.5.1 Регулировочная характеристика двигателя по
 составу смеси (по расходу топлива)

Определение характеристики. Регулировочная характеристика двигателя по составу смеси - это зависимость эффективной мощности Nе, часового Gт и удельного gе расходов топлива, а также других показателей от состава смеси при установившейся частоте вращения вала двигателя и постоянном открытии дроссельной заслонки карбюратора.

Цель работы. На основании анализа регулировочных характеристик определить оптимальные значения расхода топлива для последующей регулировки карбюратора и подбора жиклеров.

Анализ характеристики. В связи с тем, что регулировочная характеристика по составу смеси снимается при фиксированном положении дроссельной заслонки, то в первом приближении можно считать часовой расход воздуха постоянным. Изменение же расхода топлива регулировочной иглой жиклера меняет концентрацию топлива в воздушном заряде, то есть состав смеси. Это приводит к изменению количества теплоты, которое должно выделиться при полном сгорании смеси нормального состава a = 1,0, а при обеднении или обогащении смеси выделение теплоты уменьшается. На бедных смесях это связано с уменьшением количества топлива содержащегося в смесях, а при обогащении в связи с химической неполнотой сгорания топлива, вследствии недостатка воздуха.

В действительности, как видно из полученной при испытаниях характеристики (рис. 15) максимальная мощность наблюдается не при a = 1,0, а при более богатой смеси a = 0,8...0,9. Это объясняется тем, что при обогащенной смеси выделяется максимальное количество теплоты; сгорание происходит с максимальной скоростью, что способствует более полному превращению теплоты в работу; увеличивается коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси, что увеличивает давление в цилиндре, а значит и мощность; уменьшается диссоциация продуктов сгорания, что требует дополнительного поглащения теплоты.

Рисунок 5.7 - Регулировочная характеристика карбюраторного двигателя:

а) по составу смеси;   б) по расходу топлива

Максимальная мощность двигателя уменьшается при отклонении состава смеси от мощностного a_N = 0,8...0,9. При обогащении смеси a < a_N это объясняется главным образом увеличением химической неполноты сгорания топлива из-за недостатка воздуха. При обеднении смеси a > a_N мощность уменьшается вследствии уменьшения количества топлива, подаваемого в цилиндры двигателя. Кроме того, в обоих случаях падение мощности связано с уменьшением скоростей горения. При уменьшении скорости горения большая доля топлива сгорает на такте расширения, снижается степень расширения продуктов сгорания и возможность превращения теплоты топлива в механическую работу. Возрастают потери теплоты с отработавшими газами и в систему охлаждения, как за счет большей температуры газов, так и вследствии увеличения поверхности теплоотвода при удалении поршня от ВМТ.

Из характеристики видно, что при обеднении смеси экономичность улучшается только до определенного предела, который называется пределом эффективного обеднения смеси a_эк. При дальнейшем обеднении смеси экономичность двигателя ухудшается и его работа становится неустойчивой. При чрезмерном обеднении смеси скорость распространения пламени уменьшается значительно. При этом процесс сгорания затягивается, увеличивается доля теплоты, сгорающей смеси на такте расширения газов, уменьшается работа расширения газов, возрастает количество теплоты, отводимое в систему охлаждения и с отработавшими газами. Это приводит к снижению индикаторного КПД цикла и повышается удельный расход топлива.

Выбор оптимальной регулировки карбюратора. Регулировочная характеристика по составу смеси используется для выбора регулировок карбюратора и для определения наибольших мощностных и экономических показателей. Значение максимальной мощности и минимального удельного расхода топлива не совпадают (см. рис. 15). Они получены при разном составе смеси: мощностным  a_N и экономическим a_эк.

Выбор оптимальной регулировки карбюратора по регулировочной характеристике может быть произведен способом двух касателтьных и треугольника. На характеристике Ne, ge, a = f(Gт) одну касательную линию проводят к кривой Ne = f(Gт) из начала координат ( в-в), а вторую касательную к этой же кривой параллельно оси абсцисс (а-а). На характеритике эти касательные проходят через точки А и С. Перпендикуляры, опущенные на оси абсцисс из этих точек, определяют часовой расход топлива для режимов наибольшей экономичности и мощности. В практике карбюраторы не регулируют на эти режимы, т.к. при нарушении регулировок в эксплуатационных условиях может сместить режим двигателя в сторону больших удельных расходов топлива или неустойчивой работы.

 Для определения оптимального расхода топлива из точки В пересечения касательных опускают перпендикуляр на ось абсцисс, где и определяется Gт_опт.

5.5.2 Регулировочная характеритика двигателя
 по углу опережения зажигания

Определение характеристики. Регулировочной характеристикой двигателя по углу опережения зажигания называется зависимость мощностных, экономических, токсических и других показателей двигателя от угла опережения зажигания.

Цель работы. Выявить зависимость мощности, часового, удельного расходов топлива и других показателей от угла опережения зажигания и определить его оптимальную величину.

Анализ характеристики. Из характеристики следует (рис. 16), что часовой расход топлива остается постоянным. Это объясняется тем, что регулировка карбюратора, положение дроссельной заслонки и частота вращения вала двигателя не изменяются. На часовой расход топлива может оказывать влияние подогрев горючей смеси, однако он незначителен. При постоянном часовом расходе топлива величина удельного расхода топлива обратно пропорциональна эффективной мощности: ge = Gт/Ne = Const. · (1/Ne).

Рисунок 5.8 - Регулировочная характеристика карбюраторного двигателя по углу опережения зажигания

То есть, экстремальные значения мощности и удельного расхода топлива обеспечиваются при одном и том же оптимальном угле опережения зажигания.

Теоретически, наилучшие показатели двигателя могли быть получены при мгновенном выделении теплоты в ВМТ, что обеспечило бы максимальную степень расширения продуктов сгорания и максимальный КПД цикла. В действительности, для сгорания рабочей смеси требуется некоторое время, за которое поршень проходит определенный путь, а условия горения заряда меняются.

Оптимальным углом опережения зажигания будет такой угол, при котором сгорание основной массы заряда происходит при положении поршня вблизи ВМТ. В этом случае быстрое горение заряда, высокая степень расширения продуктов сгорания в сочетании с минимальными потерями на сжатие заряда и на отвод теплоты в стенки камеры сгорания и с отработавшими газами обеспечивают наилучшие мощностные и экономические показатели.

С увеличением угла опережения зажигания (раннее зажигание) сгорание большей части топлива происходит до прихода поршня в ВМТ в условиях уменьшающегося объема цилиндра. Максимальное давление и температура цикла возрастают. В результате увеличиваются тепловые потери в стенки цилиндра, массовые потери заряда вследствии прорыва газа через зазоры поршневых колец.

Снижение эффективности выделения теплоты и увеличение тепловых потерь характеризуются уменьшением индикаторного КПД цикла. Возрастание работы сжатия заряда, большие максимальные давления цикла увеличивают трение, т.е. механические потери и уменьшают механический КПД. Поэтому эффективный КПД уменьшается, а удельный расход топлива возрастает.

Более раннее зажигание, вызывающее повышение температуры и давления газов в процессе сгорания, может привести к возникновению детонации, вызывающей усиленную теплоотдачу в охлаждающую жидкость. Работа двигателя с детонационным сгоранием недопустима.

С уменьшение угла опережения зажигания (позднее зажигание) процесс воспламенения топливо-воздушного заряда приближается к ВМТ, а процесс сгорания основного заряда смещается на такт расширения и происходит при значительно увеличивающемся объеме над поршнем. Возрастающее давление в цилиндре двигателя как бы "догоняет" уходящий поршень. Уменьшается действительная степень расширения продуктов сгорания и возможность перехода выделяющейся теплоты в работу. Максимальные давление и температура сгорания уменьшаются, но давление и температура сгорания на линии расширения увеличиваются. В результате увеличиваются тепловые потери в стенки цилиндра и с отработавшими газами. Все это приводит к уменьшению индикаторного КПД цикла, снижению мощности двигателя и увеличению удельного расхода топлива.

При работе двигателя со слишком поздним углом опережения зажигания приводит к увеличению тепловых потерь в стенки цилиндра,  с отработавшими газами и является причиной перегрева двигателя.

В карбюраторном двигателе значение оптимального угла опережения зажигания корректируется в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя.

С ростом частоты вращения вала двигателя сокращается время цикла. Скорость сгорания основной массы заряда возрастает вследствии повышения турбулизации заряда почти пропорционально частоте вращения. Однако улучшение перемешивания не компенсирует сокращение времени сгорания, и необходимо увеличить угол опережения зажигания. В эксплуатации это обеспечивается работой центробежного регулятора опережения зажигания, установленного в прерывателе-распределителе.

Оптимальный угол опережения зажигания изменяется и от нагрузки двигателя. С уменьшением нагрузки, оптимальный угол опережения зажигания возрастает. Объясняется это тем, что по мере снижения нагрузки и прикрытия дроссельной заслонки снижается коэффициент наполнения и возрастает коэффициент остаточных газов, уменьшается турбулизация заряда, снижаются давление и температура цикла. Эти факторы ухудшают условия воспламенения, уменьшают скорость сгорания топливо-воздушного заряда, приводят к увеличению длительности всех фаз сгорания и определяют необходимость увеличения оптимального угла опережения зажигания. В эксплуатации это обеспечивается вакуумным регулятором опережения зажигания прерывателя-распределителя, реагирующим на изменение разрежения во впускной трубе при изменении положения дроссельной заслонки карбюратора, т.е. нагрузки двигателя.

Использование топлива с недостаточно высоким для данного двигателя октановым числом приводит к нарушению сгорания в виде детонации. В эксплуатации устранить детонацию из-за несоответствия сорта топлива рекомендуемому можно с помощью октан-корректора. Уменьшение угла опережения зажигания приводит к затягиванию процесса сгорания на такт расширения, уменьшает максимальные давление и температуру цикла, что устранит детонацию. Однако следует учитывать, что значительное уменьшение октан-корректором угла опережения зажигания по сравнению с оптимальным, приводит к ухудшению мощностных и экономических показателей двигателя.

Выбор оптимальной регулировки угла опережения зажигания. Для заданного скоростного и нагрузочного режимов работы двигателя оптимальным является такой угол опережения зажигания, при котором двигатель одновременно развивает максимальную мощность и имеет минимальный удельный расход топлива. По построенной характеристике (см. рис. 16) определяется оптимальный угол опережения зажигания.

5.5.3 Нагрузочная характеристика карбюраторного двигателя

Определение характеристики. Нагрузочной характеристикой двигателя называется зависимость часового, удельного расходов топлива и других показателей двигателя от его нагрузки (мощности, крутящего момента или среднего эффективного давления), полученных при постоянной частоте вращения коленчатого вала двигателя.

Цель работы. На основании опытных данных проанализировать топливную экономичность и другие показатели двигателя при разной степени его нагрузки, а также оценить оптимальность выбранных регулировок систем двигателя (питания, зажигания и др.).

Анализ характеристики. Карбюраторный двигатель имеет смешанное регулирование мощности. Нагрузка двигателя изменяется в основном за счет количества топливо-воздушного заряда поступаюшего в цилиндр при открытии дроссельной заслонки. Дополнительно, некоторое изменение мощности может быть достигнуто за счет регулирования качества смеси. Одновременное изменение количества и качества горючей смеси оказывает сложное воздействие на процесс сгорания, выбор регулировок и показателей двигателя.

Рисунок 5.9 - Нагрузочная характеристика карбюраторного двигателя

Основными регулировочными параметрами карбюраторного двигателя  являются коэффициент наполнения, коэффициент избытка воздуха и угол опережения зажигания. Повышение нагрузки двигателя осуществляется в основном за счет открытия дроссельной заслонки и увеличения наполнения цилиндров свежим зарядом, что соответствует коэффициенту наполнения примерно в диапазоне 0,25...0,85.

Коэффициент избытка воздуха при работе двигателя с полностью открытой дроссельной заслонкой для получения максимальной мощности находится в пределах 0,8...0,9. При нагрузке двигателя в пределах (0,6...0,9)Nе_мах находится в пределах 1,10...1,15, что соответствует наилучшей топливной экономичности. По мере уменьшения нагрузки дроссельная заслонка прикрывается. Это вызывает уменьшение коэффициента наполнения и рост коэффициента остаточных газов, уменьшаются турбулизация заряда в цилиндре двигателя, давление, температура и скорости сгорания, т.е. условия сгорания ухудшаются. По мере прикрытия дроссельной заслонки смесь обогащается, достигая a = 0,9... 0,95. Сложный характер изменения коэффициента избытка воздуха в зависимости от нагрузки обеспечивается комплексной работой всех дозирующих систем карбюратора.

Часовой расход топлива плавно возрастает по мере открытия дроссельной заслонки. Лишь с момента начала работы экономайзера наблюдается характерное, резкое его повышение. Наилучшая топливная экономичность наблюдается при нагрузках, соответствующих (0,8...0,9)Nе_мах и ухудшается при уменьшении или увеличении нагрузки. При положении дроссельной заслонки близкой к полному открытию в работу вступает экономайзер, обогащая смесь. Появляется химическая неполнота сгорания топлива, что уменьшает индикаторный КПД и увеличивает удельный расход топлива. При работе на постоянной частоте вращения потери на трение меняются мало. Однако в целом величина внутренних механических потерь несколько увеличивается вследствии увеличения гидравлических потерь во впускном тракте при прикрытии дроссельной заслотки и роста отрицательной работы в процессах газообмена. Удельный расход топлива по мере прикрытия дроссельной заслонки возрастает как за счет уменьшения индикаторного КПД, так и, главным образом, в результате уменьшения механического КПД. На режиме холостого хода вся индикаторная мощность расходуется на преодоление внутренних механических потерь. Экономичность двигателя на этом режиме характеризуется только значениями часового расхода топлива, так как величина удельного расхода топлива стремится к бесконечности.

Оценка показателей двигателя. Для сравнительной оценки степени совершенства рабочих процессов и топливной экономичности двигателя производят регулировки соответствующих систем двигателя в характерных точках нагрузочной характеристики: на холостом ходу, на режиме минимального удельного расхода топлива, в моменте включения экономайзера и при максимальной мощности.

5.5.4 Скоростная характеристика карбюраторного двигателя

Определение характеристики. Скоростной характеристикой карбюраторного двигателя называется зависимость мощностных (Ne, Mе, Pe),  экономических (Gт, ge), токсических и других показателей двигателя от частоты вращения коленчатого вала при постоянном положении дроссельной заслонки и установившемся тепловом состоянии карбюраторного двигателя.

Скоростные характеристики могут быть получены при различных, но постоянных положениях дроссельной заслонки. Характеристики, полученные при полном открытии дроссельной заслонки называются внешними, а при промежуточном положении - частичными скоростными характеристиками.

Цель работы. На основании опытных данных выявить зависимость показателей работы двигателя от частоты вращения коленчатого вала. Установить режим максимальной мощности двигателя, наилучшей экономичности, максимального крутящего момента, максимальной и минимальной частоты вращения и факторов на них влияющих.

Анализ характеристики. Внешняя скоростная характеристика является основной паспортной характеристикой карбюраторного двигателя, определяет его предельные мощностные показатели, соответствующие им регулировки систем двигателя и данные по топливной экономичности на различных частотах вращения.

Рисунок 5.10 - Внешняя скоростная характеристика карбюраторного двигателя.

Проанализируем изменение основных показателей двигателя - часового расхода топлива Gт, крутящего момента Ме, эффективной мощности Nе, удельного расхода топлива gе.

Часовой расход топлива определяется коэффициентом наполнения h_V, коэффициентом избытка воздуха a и частотой вращения n_е.

Коэффициент избытка воздуха a по внешней скоростной характеристике обычно соответствует 0,8...0,9 для достижения максимальной мощности на каждом скоростном режиме. Коэффициент наполнения h_V меняется сложным образом, так как зависит от ряда факторов. С ростом частоты вращения за счет увеличения гидравлических сопротивлений впускного и выпускного трактов должен уменьшаться. Вследствии уменьшения времени цикла и значит меньшего подогрева заряда от стенок, наполнение цилиндра свежим зарядом должно увеличиваться. Величина h_V зависит также от инерции воздушного потока и колебательных процессов во впускной и выпускной системах, фаз газораспределения. В итоге характер изменения специфичен для каждой модели двигателя. Типичный закон изменения h_V = f(n_е) показан на рис. 18. Часовой расход топлива возрастает почти пропорционально частоте вращения n, имея характерную выпуклость кривой Gт за счет специфичного изменения h_V.

Ещё посмотрите лекцию "22 Реформационное и контрреформационное движения" по этой теме.

Крутящий момент двигателя зависит от количества подаваемого топливо-воздушного заряда (h_V, a), от эффективности использования теплоты (h_i ), от механических потерь в двигателе (h_м). С ростом частоты вращения индикаторный КПД возрастает благодаря улучшению качества процессов смесеобразования и сгорания, уменьшения времени цикла, а следовательно, меньших тепловых потерь в стенки цилиндра. Механические потери с ростом частоты вращения возрастают. Однако вследствии общего повышения индикаторной мощности относительный уровень механических потерь Nмп/Ni сначала меняется мало, а затем прогрессивно возрастает. Поэтому механический КПД на малых частотах вращения почти постоянен, но при высоких nе интенсивно уменьшается. В результате совместного действия различных факторов крутящий момент (среднее эффективное давление) сначала возрастает, достигая максимума при средних частотах вращения, а затем падает. Таким образом по сравнению с Ме_мах  уменьшение крутящего момента на малых частотах вращения объясняется снижением  h_V  и h_i, а на высоких - уменьшением h_V и h_м.

Эффективная мощность для данного типа двигателя, испытуемого при неизменных окружающих условиях определяется величиной крутящего момента и частоты вращения. На графике изменение Nе можно выделить три характерные зоны. В первой зоне (n_min - n_m) , благодаря одновременному росту Ме и n_e наблюдается наиболее интенсивное возрастание Nе. Во второй зоне (n_m - n_н) вследствие постепенного уменьшения Ме наблюдается замедление, а затем и прекращение роста Nе. В третьей зоне - после режима n_н уменьшение крутящего момента настолько велико, что не может быть компенсировано повышением частоты вращения и мощность падает. В качестве паспортной характеристики завод-изготовитель обычно указывает не максимальную мощность, а номинальную Nн (т.е. расчетную, гарантируемую заводом-изготовителем) и соответствующую ей номинальную частоту вращения n_н.

Вследствие значительного изменения величины крутящего момента Ме по скоростной характеристике и большого диапазона возможных рабочих частот вращения, для карбюраторного двигателя характерны достаточно высокие значения коэффициентов приспособляемости и запаса  крутящего момента: Кn = 1,8...2,0;  К_N = 1,25...1,35; Кзап = 0,25...0,35. Чем больше Кn тем устойчивее двигатель работает на малых частотах вращения, тем реже возникает необходимость в переключении передач при повышении внешней нагрузки. Чем выше K_N и Кзап тем лучше динамические качества, тем легче двигатель преодолевает внешнюю нагрузку, например меньше снижение частоты вращения и скорости автомобиля при движении с полной нагрузкой на подъем.

Удельный расход топлива определяется эффективностью использования выделяющейся в цикле теплоты и уровнем механических потерь. Минимальный удельный расход топлива наблюдается при средних частотах вращения и определяется оптимальным сочетанием h_i и h_м. Возрастание gе при уменьшении частоты вращения связано с падением индикаторного КПД, вследствии ухудшения процессов смесеобразования, сгорания, увеличения тепловых потерь в стенки цилиндра. Рост gе при повышении n_е объясняется увеличением механических потерь и снижением механического КПД.

Общая длительность сгорания выраженная в градусах поворота коленчатого вала при повышении частоты вращения возрастает. Для сохранения топливной экономичности необходимо увеличивать угол опережения зажигания, что обеспечивается работой центробежного регулятора прерывателя-распределителя.

Оценка показателей двигателя. По внешней скоростной характеристике определяются мощностные и экономические показатели двигателя в характерных точках: - n_min; - Ме_max при n_m; - gе_min при n_{ge min}; - Nн при n_н; - Кn, К_N, К зап. По этой характерике двигателя определяют, соответствуют ли полученные значения эффективной мощности, крутящего момента, часового и удельного расхода топлива техническим условиям, установленным заводом-изготовителем.