Krzywe stałych

Krzywe stałych ge nanosi się na podstawie wartości uzyskiwanych z odpowiedniej liczby uprzednio sporządzonych charakterystyk obciążeniowych (opisanych dalej) dla różnych prędkości obrotowych silnika w zakresie od wartości najmniejszej do wartości znamionowej. Hiperbole stałej mocy użytecznej wyznacza się dla silników czterosuwowych z wzoru: przy czym dla silników dwusuwowych zamiast T = 2 podstawia się T = 1. Przyjmując dla danej krzywej określoną wartość Ne podstawia się do wzoru kolejno szereg wartości n i oblicza się odpowiadające im wartości pe. Jeżeli charakterystyka ogólna ma służyć do porównywania właściwości badanego silnika z właściwościami innych silników, to wówczas na wykresie zamiast krzywych stałej mocy nanosi się krzywe stałego objętościowego wskaźnika mocy, czyli mocy przypadającej na dm3 objętości skokowej silnika (w podanym wzorze podstawia się Vss = 1). Charakterystyka ogólna stanowi niejako plastyczną mapę, na której wyraźnie występują obszary ekonomicznej pracy silnika, co pozwala na łatwą analizę właściwości roboczych silnika w całym możliwym obszarze jego pracy.

Potrzeby charakterystyki

Zależnie od potrzeb charakterystyki ogólne są uzupełniane jeszcze innymi krzywymi. Charakterystyka biegu jałowego przedstawia wykreślnie zależność godzinowego zużycia paliwa od prędkości obrotowej silnika podczas pracy na biegu jałowym. Charakterystyka biegu jałowego służy do oceny pracy silnika na biegu jałowym, a sporządzenie takich charakterystyk dla różnych regulacji układu zasilania umożliwia uzyskanie najekonomiczniejszej regulacji z zachowaniem statecznej pracy silnika. Charakterystyka śrubowa przedstawia wykreślnie zależność wybranych wskaźników pracy silników okrętowych od ich prędkości obrotowej przy jednoczesnej zmianie obciążenia uwarunkowanej poborem mocy przez śrubę napędową. Charakterystyka śrubowa zawiera na ogół krzywe: godzinowego Ge i jednostkowego ge zużycia paliwa, średniego ciśnienia użytecznego pe, sprawności mechanicznej v\m oraz obliczoną krzywą poboru mocy użytecznej Ne. Praca silnika jest tym stateczniejsza, im bardziej stroma staje się krzywa M0 = f(ń) w miarę zmniejszania się prędkości obrotowej.

Charakterystyka śrubowa

Często na charakterystyce śrubowej są naniesione również inne krzywe na przykład: najwyższego ciśnienia spalania p_max> temperatury spalin tsp (jest to temperatura mierzona w przewodzie zbiorczym), ciśnienia ładowania pp, średniego ciśnienia indykowanego pi oraz innych wskaźników pracy silnika. Podczas zdejmowania charakterystyki śrubowej silnika okrętowego na stanowisku pomiarowym w hamowni wyznaczanie prędkości obrotowych dla poszczególnych obciążeń opiera się na założeniu, że moc pobierana przez śrubę okrętową zmienia się według paraboli trzeciego stopnia: Ne= C-n3[kW], gdzie stała C jest uzależniona od parametrów konstrukcyjnych śruby, prędkości statku i jego zanurzenia. Opierając się na wartościach znamionowych mocy użytecznej i prędkości obrotowej oraz na podanym równaniu, otrzymuje się dla charakterystyki śrubowej wzajemne relacje wartości Ne i n. Nowy silnik należy dostosować do stawianych mu wymagań dotyczących elastyczności i innych właściwości roboczych już podczas projektowania oraz w trakcie badań prototypu.

Charakterystyki w funkcji obciążenia

Charakterystyki w funkcji obciążenia służą głównie do oceny tych silników, które cechuje stałość prędkości obrotowej (np. silniki stacjonarne do napędu prądnic, silniki lokomotyw o przekładniach elektrycznych) lub zmienność prędkości obrotowej w dość wąskim zakresie zależnym od właściwości zastosowanego regulatora (np. silniki ciągników, silniki samochodów ciężarowych). Wielkościami odkładanymi na osi odciętych, tj. określającymi obciążenie, są moc użyteczna Ne lub średnie ciśnienie użyteczne pe. Charakterystyki w funkcji Ne służą do oceny danego silnika w ściśle określonych warunkach pracy, a charakterystyki w funkcji pe – do wzajemnego porównywania właściwości różnych silników. Niekiedy zamiast wartości bezwzględnych Ne lub pe odkłada się wartości procentowe odniesione do wartości otrzymywanej w warunkach znamionowych lub w warunkach charakterystyki zewnętrznej i odpowiadającej danej prędkości obrotowej. Charakterystyka obciążeniowa przedstawia wykreślnie zależność jednostkowego zużycia paliwa od mocy użytecznej lub średniego ciśnienia użytecznego, przy stałej prędkości obrotowej.

Charakterystyki obciążeniowe

W celu umożliwienia bardziej dokładnej oceny silnika, zależnie od potrzeby charakterystyki obciążeniowe uzupełnia się różnymi innymi krzywymi a mianowicie: godzinowego zużycia paliwa, sprawności mechanicznej, temperatury spalin, najwyższego ciśnienia spalania itp. Charakterystyki obciążeniowe silników trakcyjnych sporządza się dla kilku wartości prędkości obrotowej, obejmujących cały zakres pracy silnika. Przebieg zasadniczej krzywej charakterystyki obciążeniowej silnika z zapłonem samoczynnym można wytłumaczyć w oparciu o wzór z książki Niewiarowskiego pt.: :Tłokowe silniki spalinowe” – tom pierwszy. Podczas jałowego biegu silnika Ne = 0 oraz rjm = 0, a więc ge – co, co nie oznacza jednak, że silnik pracując na biegu jałowym zużywa nieskończenie duże ilości paliwa. Ze wzrostem obciążenia rośnie i a maleje ge, przy czym wpływ t]c na tym odcinku nie ma dużego znaczenia. Na odcinku 2-3 wielkość ge zmienia się w wąskich granicach, a g uzyskuje się przy obciążeniu odpowiadającym największej wartości iloczynu 7).

Zwiększenia obciążenia

W miarę dalszego zwiększania obciążenia (odcinek 2-3) jednostkowe zużycie paliwa wzrasta wskutek spadku współczynnika nadmiaru powietrza X, co powoduje niecałkowite spalanie (zakres dymienia), dopalanie podczas rozprężania i wzrost strat na chłodzenie, a więc ogólnie spadek % większy niż wzrost i\m. Punkt 4 odpowiada największej osiągalnej mocy Ne przy danej prędkości obrotowej. Dalsze zwiększenie dawki paliwa prowadzi do dalszego pogorszenia warunków spalania i pociąga za sobą szybki wzrost ge (odcinek 4-5) z jednoczesnym obniżeniem Ne. Płaski przebieg krzywej ge = f(pe) na rysunku 6-16 jest wynikiem tego, że w silniku z zapłonem samoczynnym wraz ze spadkiem obciążenia wzrasta A, czemu towarzyszy wzrost yjc. W silnikach z zapłonem iskrowym natomiast urządzenia zasilające (gaźnik lub mieszalnik) są tak skonstruowane i regulowane, aby w przeważającym zakresie obciążeń silnika był zachowany w przybliżeniu stały współczynnik nadmiaru powietrza, odpowiadający oczywiście bardzo dużej sprawności.