1 внешняя скоростная характеристика двигателя способы ее определения

Внешняя скоростная характеристика двигателя

Внешней скоростной характеристикой двигателя называется зависимость эффективной мощности Ne и крутящего момента Ме от частоты вращения коленчатого вала при полной подаче топлива. Эффективной называется мощность, развиваемая на коленчатом валу двигателя. Внешняя скоростная характеристика определяет возможности двигателя и характеризует его работу. По внешней скоростной характеристике определяют техническое состояние двигателя. Она позволяет сравнивать различные типы двигателей и судить о совершенстве новых двигателей.

На внешней скоростной характеристике (рис.6) выделяют следующие точки, определяющие характерные режимы работы двигателя:

Nmax – максимальная (номинальная) мощность;

nN – частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности;

Мmax – максимальный крутящий момент;

nM – частота вращения коленчатого вала при максимальном крутящем моменте;

nmin – минимальная частота вращения коленчатого вала, при которой двигатель работает устойчиво при полной подаче топлива;

nmax – максимальная частота вращения.

Из характеристики видно, что двигатель развивает максимальный момент при меньшей частоте вращения, чем максимальная мощность.

Это необходимо для автоматического приспосабливания двигателя к возрастающему сопротивлению движения. Например, автомобиль двигается по горизонтальной дороге при максимальной мощности двигателя и начинает преодолевать подъем. Сопротивление дороги возрастает, скорость автомобиля и частота вращения коленчатого вала уменьшаются, а крутящий момент увеличивается, обеспечивая возрастание тяговой силы на ведущих колесах автомобиля. Чем больше увеличение крутящего момента при уменьшении частоты вращения, тем выше приспосабливаемость двигателя и тем меньше вероятность его остановки. Для бензиновых двигателей увеличение (запас) крутящего момента достигает 30 %, а у дизелей — 15 %.

В эксплуатации большую часть времени двигатели работают в диапазоне частот вращения nM—nN, при которых развиваются соответственно максимальные крутящий момент и эффективная мощность. Внешнюю скоростную характеристику двигателя строят по данным результатов его испытаний на специальном стенде. При испытаниях с двигателя снимают часть элементов систем охлаждения, питания и др. (вентилятор, радиатор, глушитель и др.), без которых обеспечивается его работа на стенде. Полученные при испытаниях мощность и крутящий момент приводят к нормальным условиям, соответствующим давлению окружающего воздуха 1 атм и температуре 15 °С. Эти мощность и момент называются стендовыми, и они указываются в технических характеристиках, инструкциях, каталогах, проспектах и т.п. В действительности мощность и момент двигателя, установленного на автомобиле, на 5 . 10 % меньше, чем стендовые. Это связано с установкой на двигатель элементов, которые были сняты при испытаниях (насос гидроусилителя, компрессор и др.). Кроме того, давление и температура при работе двигателя на автомобиле отличаются от нормальных.

При проектировании нового двигателя внешнюю скоростную характеристику получают расчетным способом, используя для этого специальные формулы. Однако действительную внешнюю скоростную характеристику получают только после изготовления и испытания двигателя.

Источник

Внешняя скоростная характеристика

Определение тягово-скоростных свойств автомобиля

Внешняя скоростная характеристика двигателя — это зависимость мощности двигателя (Ne) и крутящего момента (Ме) от частоты вращения коленчатого вала (а).

Для построения внешней скоростной характеристики необходимо определить значения величины крутяшего момента и мощности двигателя при работе двигателя с разной угловой скоростью коленчатого вала.

Читайте также:  Что можно сделать чтобы не искрил якорь двигателя

Задаться пятью – шестью значениями частоты вращения коленчатого вала двигателя nxот минимальной nmin до максимальной nmax, включая частоты при максимальной мощности nN и максимальном крутящем моменте nM.

Значение nmin для дизелей можно принять равным 600 об/мин, а для бензиновых двигателей800 об/мин.

Для бензиновых двигателей без ограничителя оборотов коленчатого вала nmax ≈ 1,1∙ nN, для остальных типов двигателей nmax = nN.

Эффективные мощность Nex и крутящий момент Mex на коленчатом валу двигателя определяются по формулам соответственно

Nex = Ne max (aE + bE 2 — cE 3 ), (1)

Mex = 9550 , (2)

где Nemax — максимальная эффективная мощность на коленчатом валу двигателя;

a, b, c — постоянные коэффициенты, зависящие от типа двигателя (длякарбюраторных двигателей a=b=c=1;для дизелей — а = 0,53, b = 1,56, с = 1,09);

E = nx / nN — степень использования частоты вращения коленчатого вала двигателя.

nmax ≈ 1,1∙ 4500 ≈ 4950 мин -1

Е1= = 0,2 при nmin= 800 мин -1

Е2= = 0,3 при nx= 1500 мин -1

Е3= = 0,6 при nx= 2700 мин -1

Е4= = 1при nx= nN= 4500 мин -1

Е5= = 1,1при nmax= 4950 мин -1

Nex1= 111,8×(0,2 + 0,2 2 — 0,2 3 ) = 22,8 кВт

Nex2= 111,8×(0,3 + 0,3 2 — 0,3 3 ) = 45,5 кВт

Nex3= 111,8×(0,6 + 0,6 2 — 0,6 3 ) = 83,2 кВт

Nex4= 111,8×(1 + 1 2 — 1 3 ) = 111,8 кВт

Nex5= 111,8×(1,1 + 1,1 2 — 1,1 3 ) = 109,5 кВт

Mex1 = 9550 = 272H·м

Mex2 = 9550 =290H·м

Mex3 = 9550 = 294,2H·м

Mex4 = 9550 = 237,3 H·м

Mex5 = 9550 = 211,2H·м

Источник

Внешняя скоростная характеристика двигателя

Внешняя скоростная характеристика двигателя представляет собой зависимость эффективной мощности и крутящего момента двигателя от частоты вращения коленчатого вала при полной подаче топлива. Ее строят по результатам испытаний двигателя на тормозном стенде и часто приводят в инструкциях заводов-изготовителей автомобилей. Студенту необходимо сравнить экспериментальную внешнюю скоростную характеристику двигателя с полученной при расчетах.

Если данные по испытанию двигателя отсутствуют, эффективная мощность (кВт) его может быть определена по эмпирической формуле:

, (1)

где: – наибольшая эффективная мощность двигателя, кВт;

a,b,c – расчетные коэффициенты, зависящие от модели двигателя;

– частота вращения коленчатого вала, при которой определяется мощность, ;

– частота вращения коленчатого вала при , .

Коэффициенты формулы (1) выявляют в зависимости от соотношений крутящих моментов ( / и частоте ( / ) вращения коленчатого вала двигателя при максимальной мощности ( , ) максимальном крутящем моменте( , ) по уравнениям:

, (2)

Крутящий момент (Н·м) двигателя определяют в зависимости от мощности (кВт) и соответствующей частоты вращения (мин -1 ) коленчатого вала по формуле:

, (3)

Последовательность расчета характеристики:

– значения величин , , , берут из краткой эксплуатационно-технической характеристики автомобиля (см. табл. 1);

– определяют величину по формуле (3) и рассчитывают по уравнениям (2) коэффициенты c,b,a;

– подставив значения расчетных коэффициентов a,b,c в формулу (1) приступают к расчету кривых и в зависимости от .

Частота вращения коленчатого вала при работе двигателя изменяется от минимально устойчивой – , принимаемой при расчетах 400-800 мин -1 , до максимальной частоты вращения, равной при наличии ограничителей или регуляторов частоты .

На карбюраторные двигатели легковых автомобилей и автобусов ограничители частоты вращения коленчатого вала не устанавливают, поэтому максимальная частота может быть равна = (1,05-1,20)· . Однако на современных высокооборотных двигателях заводы не рекомендуют работать с частотой вращения коленчатого вала выше , поэтому для всех двигателей следует рассчитывать характеристики в диапазоне частот: .

Читайте также:  Чем отмыть двигатель дома

Интервал частот вращения коленчатого вала выбирают с таким расчетом, чтобы для построения кривых иметь не менее 10 расчетных точек. Например, для двигателя грузового автомобиля и автобуса 400, 800,1200, 1600, 2000, 2400, 2800, 3000, 3200, 3500 ; легкового автомобиля 800, 1600, 2400, 3200, 3600, 4000, 4800, 5200, 5600, 6000 .

Расчет проводят в табл.2, по столбцам которой развернуты формулы (1), (3). По результатам расчета строят график внешней скоростной характеристики двигателя (рис.1).

На графике (рис.1) отмечены три характерные частоты вращения коленчатого вала:, – минимальная устойчивая; – соответствующая ; – соответствующая .

Таблица 2 – Расчет внешней скоростной характеристики двигателя

№ п/п об/мин А кВт Нм

а) зависимость мощности от частоты вращения коленчатого вала

б) зависимость крутящего момента от частоты вращения коленчатого вала

Рисунок 1. – Внешняя скоростная характеристика двигателя автомобиля

2.2 Тягово-скоростная характеристика автомобиля

Тяговая характеристика автомобиля представляет собой зависимость между силой тяги ( ) и скоростью ( , км/ч) движения автомобиля. График тягового баланса автомобиля состоит из тяговой характеристики и зависимостей сил сопротивления движению от скорости автомобиля.

Силу тяги( , Н) на ведущих колесах автомобиля рассчитывают по формуле:

(4)

где: – крутящий момент двигателя, Н·м;

– передаточное число коробки передач;

– передаточное число главной передачи;

– радиус качания колеса, м;

– к.п.д. трансмиссии.

Входящий в формулу (4) крутящий момент ( ) берут из табл.2. Он зависит от частоты вращения ( )коленчатого вала двигателя. Скорость движения автомобиля ( ) определяют по формуле:

км/ч (5)

Радиус ( ) качения колеса, входящий в формулы (4), (5), приближенно определяется по формуле:

(6)

где: d – внутренний диаметр шины (диаметр обода колеса), м;

Н – высота профиля шины в свободном состоянии, м;

λШ – коэффициент нормальной деформации шины.

Для шин коэффициент (λШ) можно принять равным 0,1-0,16.

Величины d и Н определяют по маркировке шин, которая включает ширину профиля шины – В (первое число) и внутренний диаметр шины – d (второе число). Для шин грузовых автомобилей и автобусов допускается считать высоту и ширину профиля равными (Н=В), а для низкопрофильных шин легковых автомобилей Н=0,8В. Для проверки расчета можно пользоваться величинами статического радиуса колеса [3].

Значения к.п.д. ( ) трансмиссии выбирают в зависимости от типа автомобиля. Так, НИИАТ [3] рекомендует принимать значения этого коэффициента равными 0,85-0,9 для автомобилей с одинарной главной передачей и 0,8-0,85 — для автомобилей с двойной главной передачей.

Подставляя значения и в формулу (5), а затем для каждой ступени коробки передач (кроме заднего хода), получаем расчетные формулы скоростей движения автомобиля на различных передачах.

Расчет скорости движения автомобиля на передачах производят подстановкой в формулу (5) значений частоты вращения коленчатого вала ( ). 3а наименьшую частоту принимают минимально устойчивую частоту ( ), соответствующую началу кривых на внешней скоростной характеристике двигателя, а за наибольшую частоту вращения – соответствующую конечным точкам кривых на внешней скоростной характеристике (см. рис.1). Количество расчетных точек внешней скоростной характеристики и тяговой характеристики автомобиля на каждой передаче должно быть одинаково.

Читайте также:  Схема магнитного двигателя японского изобретателя

Расчет ведут в такой последовательности (табл.3). Подставляя значение частоты вращения коленчатого вала( ) в формулу (5), определяют соответствующую скорость ( ) движения автомобиля на данной передаче (I, II, Ш и т.д.) коробки передач. Для принятого значения ( ) по табл. 2 берут значение крутящего момента ( ), а затем по формуле (4) определяют величину силы тяги ( ) на каждой из передач.

Таблица 3 — Расчет тяговой характеристики автомобиля

№ п/п ne, мин -1 Me, Н∙м Передача
I I I I I I IV V
Va, км/ч Pk, кН Va, км/ч Pk, кН Va, км/ч Pk, кН Va, км/ч Pk, кН Va, км/ч Pk, кН

Расчет тяговой характеристики целесообразно вести непосредственно в табл.3, начиная с прямой передачи ( =1).

По данным табл.3 строят тяговую характеристику автомобиля. На рис.2 приведена тяговая характеристика (кривыеI,II,III,IV,V) автомобиля с пятиступенчатой коробкой передач. Масштаб скорости ( ) по оси абсцисс является общим для всех кривых, а масштаб частоты вращения ( ) различен для каждой из передач.

На рис.2 откладывают величины силы суммарного сопротивления дороги ( ) и силы сопротивления воздуха( ). Полученная кривая + определяет сумму сил сопротивления движению автомобиля с равномерной скоростью по дороге с заданным коэффициентом (ψ) суммарного сопротивления дороги. Тяговую характеристику дополненную кривыми и + , называют графиком тягового баланса автомобиля.

Рисунок 2 — График тягового баланса автомобиля

Суммарная сила сопротивления дороги ( )определяется по формуле:

(7)

где: ψ – коэффициент суммарного сопротивления дороги;

– полный вес автомобиля, кН.

Коэффициент суммарного сопротивления дороги рассчитывается так:

(8)

где: f – коэффициент сопротивления качения;

a – угол подъема дороги.

При расчете тягового баланса следует принять, что автомобиль движется по горизонтальной дороге (a=0) с асфальтобетонным покрытием. Тогда коэффициент (ψ) суммарного сопротивления дороги (8) равен коэффициенту (f) сопротивления качению.

При скоростях движения автомобиля, превышающих 60-80 км/ч коэффициент (f)надо определять по эмпирической формуле:

(9)

где: – коэффициент сопротивления качению, относящийся к

малым скоростям движения автомобиля;

– скорость движения автомобиля, км/ч.

Cила, суммарного сопротивления дороги в этих условиях такова:

(10)

Для дорог с асфальтобетонным покрытием, находящихся в хорошем состоянии, коэффициент ( ) можно принять равным 0,015. Силу сопротивления воздуха ( ) в кН определяют по формуле:

(11)

где: – коэффициент сопротивления воздуха;

F – лобовая площадь автомобиля, м 2 .

Приближенно можно принять для:

(12)

– грузовых автомобилей и автобусов

(13)

где: – наибольшая ширина автомобиля, м;

– наибольшая высота автомобиля, м;

В – колея автомобиля.

Коэффициент ( ) сопротивления воздуха можно принять (в Н·с 2 /м 4 ) [1] для:

— легковых автомобилей – 0,20-0,35;

— грузовых автомобилей – 0,60-0,7.

В табл.4 приводят расчет значений сил ( и ), определяемых для скоростей движения автомобиля от 0 до наибольшей скорости на высшей передаче. Промежуточные значения скорости ( ) следует взять по табл.3 для высшей передачи. По результатам расчета строят зависимости силы ( ) и суммарной ( + ) от скорости автомобиля, приведенные на рис.2.

Таблица 5 — Расчет сил сопротивления движению

№ п/п км/ч км/ч ψ кН кН + ,кН

График тягового баланса используют для решения практических задач. На рис. 2 показан запас ( ) силы тяги, равный (при равномерном движении автомобиля по горизонтальной дороге)

Запас силы тяги может использоваться для разгона автомобиля, преодоления подъемов и буксировки прицепа.

Источник

Adblock
detector