Vozidlová zkušebna

Druhy měření charakteristik spalovacích motorů

Charakteristiky spalovacích motorů jsou graficky znázorněné závislosti mezi základními veličinami jako jsou výkon Pe, točivý moment Mk, střední efektivní tlak pe, otáčky n, měrná spotřeba paliva mpe, hodinová spotřeba paliva Mp, dále vybraná teplota a tlak, účinnosti, veličiny charakterizující exhalace atd. Hledisek, podle kterých se charakteristiky dělí, je několik. Základní dělení je podle zvolené nezávislé proměnné veličiny.

1. otáčková (rychlostní) charakteristika, znázorňuje závislost výkonu a ostatních důležitých veličin motoru na jeho otáčkách při stálém nastavení ovládacího zařízení (pedálu akcelerátoru) regulujícího výkon motoru.

2. Zatěžovací charakteristika znázorňuje závislost spotřeby paliva, zpravidla měrné
(g.kW-1.h-1), respektive dalších důležitých veličin, na některé veličině charakterizující zatížení spalovacího motoru, jako například výkon Pe, stření efektivní tlak pe, točivý moment Mk atd.

3. Regulační (nastavovací) charakteristika znázorňuje závislost veličin spalovacího motoru na některé konstrukční veličině, charakterizující seřízení (nastavení) motoru.

4. Úplná (celková) charakteristika je diagram znázorňující soustavou křivek závislost sledované veličiny na dvou základních veličinách, zanesených na osy souřadnic. Každé křivce diagramu náleží určitá stálá hodnota sledované veličiny, jako parametr. Ve skutečnosti to je prostorový diagram.

Rychlostní charakteristiky jsou nejpoužívanější nejen v odborných kruzích, ale jsou známy i motoristické veřejnosti. Vyskytují se jako součást technické dokumentace motorů, vozidel, pracovních strojů apod., v protokolech z měření, v propagačních materiálech a prospektech výrobců, respektive prodejců (obr.).

1. vnější charakteristiky – typické tím, že ovládací zařízení (pedál akcelerátoru), regulující výkon motoru, je nastavené na maximum v celém rozsahu otáček. Podle stupně a způsobu seřízení dodávky paliva se vnější charakteristiky dělí na tyto druhy:

- absolutní - je limitní charakteristikou získanou z bodů při nastavení motoru na hranici dosažitelného výkonu bez jakýchkoli omezení. Její praktické využití je ojedinělé, samotné měření náročné, protože každý měřený bod se získá při samostatném nastavení motoru.

- na hranici kouření – je otáčková charakteristika pro limitní dávku paliva, v každém měřeném bodu, na hranici povolené hodnoty kouřivosti. Charakteristika slouží na navrhování konstrukce vstřikovacích systémů, respektive korektorů dodávky paliva v existujících vyhotoveních.

- provozní – je charakteristika motoru nastaveného na konkrétně provozní podmínky jako je životnost, hlučnost, spotřeba, povolené exhaláty atd. Její průběh je platný pro konstantní stanovenou hodnotu ovládacího zařízení (pedálu akcelerátoru), regulujícího výkon motoru. Její průběh je od absolutní charakteristiky posunutý směrem k nižším hodnotám výrazně pro vznětové, méně pro zážehové motory.

2. částečné charakteristiky – svým průběhem se podobají vnější provozní charakteristice, ale velikostí se odlišují podle nastavení ovládacího zařízení (pedálu akcelerátoru), regulujícího výkon motoru. Částečná charakteristika platí tedy i pro konstantní polohu ovládacího zařízení (pedálu akcelerátoru) regulujícího výkon motoru v celém otáčkovém rozsahu, ale její hodnota je nižší než maximální.

3. zvláštní charakteristiky – zařazené pod skupinu rychlostních, které znázorňují závislosti základních veličin motoru pro určité vybrané režimy, respektive podmínky (vrtulová charakteristika, charakteristika motoru s regulátorem, charakteristika chodu naprázdno).

Zatěžovací charakteristiky se zjišťují měřením spalovacího motoru na zkušebním stavu při udržování konstantních otáček jako parametru. Přitom se mění zátěžový moment z minimální na maximální hodnotu, pomocí změny polohy ovládacího zařízení (pedálu akcelerátoru), regulujícího výkon motoru. Jsou výhodné při posuzování stacionárních motorů, motorů kolejových vozidel, ale slouží také jako podklad na konstrukci úplných charakteristik motorů, při vyhodnocování ztrátového momentu, chodu naprázdno atd.

Regulační charakteristiky znázorňují závislost provozních veličin spalovacího motoru (Pe, Mk, Mp, mpe…) na některé konstrukční nebo provozní veličině, charakterizující seřízení motoru, například úhel předstihu (předvstřiku), součinitel přebytku vzduchu, otvírací tlak trysky, časování rozvodu, složení směsi apod. Při zjišťování charakteristiky měřením se mění jen sledovaná nezávisle proměnná, ostatní vstupní veličiny se podle možnosti udržují konstantní například otáčky, poloha regulačního orgánu, teploty atd. Regulační charakteristiky se využívají ve sféře výzkumu, vývoje, při navrhování systémů řízení nebo seřizování konstrukčních prvků, které ovlivňují výstupní hodnoty motoru.

Na komplexní posuzování spalovacích motorů z hlediska výkonu, momentu, spotřeby, teplot, škodlivin v exhalacích a dalších vedlejších veličin se v praxi uplatňuje úplná (celková) charakteristika, která v jednom diagramu umožňuje zobrazit několik závislostí současně pomocí průsečíkových diagramů. Nedá se získat měřením ani výpočtem přímo, ale je sestavená z otáčkové nebo zatěžovací charakteristiky přenosem bodů vybrané veličiny s konstantní hodnotou do souřadnicového systému Pe - n, respektive Mk - n (obr.).

- výšková charakteristika - vyjadřuje průběh provozních veličin spalovacího motoru v závislosti na nadmořské výšce,
- přechodové charakteristiky - znázorňují v závislosti na čase provozních veličin spalovacího motoru v neustálených režimech. Uplatňují se při zkouškách samotných motorů ve zkušebnách při řešení dynamiky pohonů, při řešení problémů řízení a regulace spalovacích motorů v součinnosti s poháněnými spotřebiči atd. Pro zážehové motory silničních motorových vozidel se dělají záznamy některých veličin motoru, především spotřeby a složení výfukových plynů ve stanovených režimech jízdy, kde jsou přechodové charakteristiky ve tvaru mpe = f (t), složky spalin (CO, CHx, NOx) = f (t) apod.

Všechny uvedené charakteristiky mají uplatnění v praxi:
- při vývoji a výzkumu nového typu spalovacího motoru,
- při konstrukci zařízení, které spalovací motor používají jako zdroj výkonu,
- při posuzování stavu motoru a při zjišťování ekonomických ukazatelů,
- při analýze statických a dynamických vlastností pohonů vozidel a mobilní techniky.