Внешняя нагрузочная характеристика двигателя

Устройство автомобилей

Характеристики двигателей

Оценить мощностные и экономические возможности двигателя внутреннего сгорания при работе его в различных эксплуатационных условиях можно по техническим и технологическим характеристикам, получаемым в результате различных испытаний – стендовых, дорожных, полигонных, эксплуатационных и т. п.

Характеристикой двигателя называется зависимость основных показателей его работы (мощности, вращающего момента на выходном валу, расхода топлива) от одного из параметров режима работы (частоты вращения коленчатого вала, внешней нагрузки и т. п.). Характеристики двигателя определяют его эксплуатационные качества, уровень технического совершенства, правильность регулировок, а также его назначение.

Основные характеристики автомобильных двигателей определяются ГОСТ 14846-81 «Двигатели автомобильные. Методы стендовых испытаний»:

скоростная характеристика – зависимость основных эффективных показателей работы двигателя от частоты вращения его коленчатого вала;

коэффициент приспособляемости – способность двигателя преодолевать кратковременные перегрузки;

нагрузочные характеристики – зависимости удельного и часового расхода топлива от мощности, развиваемой двигателем;

характеристика холостого хода – зависимость часового расхода топлива от частоты вращения коленчатого вала при работе двигателя без нагрузки;

регулировочные характеристики – зависимость мощностных и экономических показателей работы от состава рабочей смеси, воспламеняемой в цилиндрах двигателя, угла опережения зажигания или впрыска, температуры двигателя и других регулируемых факторов.

Нагрузочная характеристика

Нагрузочной характеристикой называется изменение часового и удельного расхода топлива в зависимости от величины нагрузки. Работа на режимах нагрузочной характеристики наиболее характерна для двигателей, которые используются для привода электрических агрегатов, насосов, компрессоров, тракторов. В частности, нагрузочная характеристика имитирует работу двигателя на автомобиле, при его движении с постоянной скоростью на одной из передач в условиях переменного сопротивления со стороны дороги.

Цель получения нагрузочной характеристики – определение топливной экономичности двигателя.

Условия получения нагрузочной характеристики:

  • независимая переменная величина – нагрузка на двигатель (так как с увеличением нагрузки для ее преодоления двигатель должен увеличивать мощность Nе , среднее эффективное давление ре и крутящий момент Мк , то нагрузку выражают в процентах относительно одного из этих параметров;
  • постоянная величина – частота вращения коленчатого вала;
  • зависимые переменные величины – удельный расход топлива gе и часовой расход топлива Gt .

Скоростная характеристика

Скоростная характеристика двигателя представляет собой зависимость основных эффективных показателей его работы (эффективная мощность, вращающий момент на выходном валу, удельный и часовой расход топлива) от частоты вращения коленчатого вала при постоянной подаче топлива в цилиндры в установившемся тепловом режиме.

Различают внешнюю и частичные скоростные характеристики.
Скоростная характеристика, полученная при полной подаче топлива (полностью открытой дроссельной заслонке или соответствующем положении рейки топливного насоса дизеля) и при углах опережения зажигания или начала впрыскивания топлива по техническим условиям на двигатель, называется внешней скоростной характеристикой двигателя .
Внешняя скоростная характеристика позволяет определить максимальные мощностные показатели двигателя и оценить его экономичность при полных нагрузках.

Характеристики, соответствующие постоянным промежуточным положениям дроссельной заслонки или рейки топливного насоса, называются частичными скоростными характеристиками двигателя . Иными словами, любая характеристика, полученная при неполном открытии регулирующего органа двигателя, называется частичной скоростной характеристикой.

Скоростную характеристику реального двигателя строят по результатам стендовых испытаний.
Вал работающего двигателя нагружают с помощью тормоза, обеспечивая фиксирование частоты вращения от минимально устойчивой до максимально допустимой. При этом на каждой частоте замеряют тормозной момент Мт в (Н×м) и часовой расход топлива в кг/ч.

По результатам испытаний строят кривые зависимости эффективного вращающего момента и часового расхода топлива от частоты вращения вала двигателя.
Затем, используя формулы:

находят эффективную мощность и удельный расход топлива, после чего отображают их графические зависимости.

В зависимости от укомплектованности двигателя вспомогательными устройствами и оборудованием определяют мощность нетто (полная комплектация) или мощность брутто (неполная комплектация).
Различают следующие характерные частоты вращения коленчатого вала:

  • минимальная частота вращения, при которой возможна устойчивая работа двигателя при полной подаче топлива;
  • частота вращения, соответствующая наибольшему вращающему моменту;
  • частота вращения, соответствующая наибольшей мощности двигателя;
  • наибольшая возможная частота вращения коленчатого вала, устанавливаемая ограничителем частоты вращения.
Читайте также:  Какое масло на долив в двигатель шевроле лачетти

Характеристика холостого хода является частным случаем скоростной характеристики двигателя.

Внешнюю скоростную характеристику вновь проектируемого двигателя можно построить по эмпирическим зависимостям, где максимальная мощность и соответствующие ей удельный расход топлива и частота вращения берутся из данных теплового расчета двигателя при его конструировании.

Приемистость и приспособляемость двигателя

Способность двигателя с ростом частоты вращения коленчатого вала наращивать мощность называется его приемистостью .
Приемистость двигателя непосредственно влияет на приемистость автомобиля, т. е. его способности ускоряться и разгоняться. Скоростная характеристика во многом отражает степень приемистости двигателя: чем круче кривая Nе , тем приемистость двигателя больше.
Если сравнить скоростные характеристики карбюраторного двигателя и дизеля, то можно заметить, что кривая мощности Nе у дизеля круче, т. е. дизель обладает большей приемистостью.

Способность двигателя с ростом внешней нагрузки сохранять частоту вращения коленчатого вала называется его приспособляемостью (самоприспособляемостью или эластичностью).
Например, затяжной подъем один из автомобилей может преодолеть без переключения КПП на пониженную передачу, а другой при таких же условиях заглохнет. Следовательно, в первом случае приспособляемость двигателя автомобиля выше, чем во втором.
Приспособляемость автомобиля к изменению внешней нагрузки оценивается коэффициентом приспособляемости (коэффициентом самоприспособляемости). Чем больше значение этого коэффициента, тем лучше приспособляемость автомобиля к увеличению внешней нагрузки.

Устойчивость режима автомобильного двигателя к увеличению внешней нагрузки оценивают по запасу крутящего момента, который определяется отношением максимального крутящего момента Мкmax к крутящему моменту Мкном , развиваемому двигателем на номинальном режиме; это отношение и называют коэффициентом приспособляемости k .

Коэффициент приспособляемости k , характеризующий приспособляемость двигателя к изменению внешней нагрузки, может быть определен по формуле:

В бензиновых двигателях средний коэффициент приспособляемости k = 1,25. 1,35, в дизельных k = 1,05. 1,2.
Поскольку коэффициент приспособляемости характеризует способность двигателя преодолевать кратковременные перегрузки без переключения передач, можно сделать вывод, что дизельные двигатели переносят изменение внешней нагрузки хуже, чем карбюраторные. Чтобы преодолеть этот недостаток дизелей увеличивают размеры цилиндров, что приводит к увеличению крутящего момента, а также применяют всережимные регуляторы частоты вращения коленчатого вала.

Источник

Скоростные характеристики двигателя

Скоростной характеристикой называются зависимости эффективной мощности Ne и эффективного крутящего момента Ме двигателя от угловой скорости коленчатого вала ωе.

У двигателя различают два типа скоростных характеристик – внешнюю (предельную) и частичные.

Внешнюю скоростную характеристику получают при полной нагрузке двигателя (при полной подаче топлива), а частичные – при неполных нагрузках двигателя, или при неполной подаче топлива.

Следовательно, двигатель имеет только одну внешнюю скоростную характеристику и большое число частичных.

На частичных скоростных характеристиках значения эффективной мощности и крутящего момента двигателя меньше, чем на внешней скоростной характеристике, но характер их изменения аналогичен.

Тягово-скоростные свойства автомобиля определяют при работе двигателя только на внешней cкоростной характеристике.

Внешняя скоростная характеристика бензинового двигателя без ограничителя угловой скорости коленчатого вала представлена на рисунке 1.1, а.

Приведенные зависимости имеют следующие характерные точки:

Nmax– максимальная (номинальная) эффективная мощность;

ωN – угловая скорость коленчатого вала при максимальной мощности;

Mmax – максимальный крутящий момент;

ωM – угловая скорость коленчатого вала при максимальном крутящем моменте;

NM –мощность при максимальном крутящем моменте;

МN –крутящий момент при максимальной мощности;

ωmin – минимальная устойчивая угловая скорость коленчатого вала при полной подаче топлива;

ωmax – максимальная угловая скорость коленчатого вала при полной подаче топлива, соответствующая максимальной скорости автомобиля при движении на высшей передаче.

а б

Рисунок 1.1 – Внешние скоростные характеристики двигателя без ограничителя угловой скорости коленчатого вала (а) и с ограничителем (б)

Читайте также:  Система охлаждения двигателя паз 3205 схема

В условиях эксплуатации двигатель работает главным образом в интервале угловых скоростей от (ωM) до (ωN).

Двигатели автомобилей оснащаются ограничителями максимальной частоты обращения коленчатого вала. Ограничитель угловой скорости автоматически уменьшает подачу горючей смеси в цилиндры двигателя и снижает угловую скорость коленчатого вала, вступая в действие на той части внешней скоростной характеристики, на которой мощность двигателя почти не возрастает с увеличением угловой скорости коленчатого вала (рис 1.1, б).

У дизелей мощность не достигает максимального значения из-за неполного сгорания смеси. Для дизелей максимальная угловая скорость коленчатого вала практически совпадает с угловой скоростью при максимальной мощности (ωmах = ωN).

Из рассмотренных внешних скоростных характеристик двигателей следует, что максимальные значения Mmах и Nmax получают при различных угловых скоростях коленчатого вала. При этом значения Мmах смещены влево относительно значений Nmax, что необходимо для устойчивой работы двигателя – для его способности автоматически приспосабливаться к изменению нагрузки на колеса автомобиля.

Скоростные характеристики двигателей определяют экспериментально в процессе их испытаний на специальных стендах. Реальную внешнюю скоростную характеристику двигателя можно получить только на основании экспериментальных данных после его создания. Если же такие данные отсутствуют, то внешнюю скоростную характеристику рассчитывают, используя известные соотношения.

Для бензиновых двигателей:

(1.1)

Для четырехтактных дизелей:

(1.2)

Эффективный крутящий момент для обоих типов двигателей:

(1.3)

В указанных формулах мощность выражается в кВт, крутящий момент – в Нм, угловая скорость – в рад/с.

| следующая лекция ==>
Понятие об эксплуатационных свойствах автомобиля | Нагрузочные и регулировочные характеристики двигателя

Дата добавления: 2017-06-02 ; просмотров: 3536 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Нагрузочная характеристика двигателя

Нагрузочная характеристика представляет собойзависимость часового и удельного эффективного расходов топлива от нагрузки (мощности, крутящего момента, среднего эффективного давления) двигателя при постоянной частоте вращения коленчатого вала. Она позволяет оценить экономичность двигателя на различных нагрузках при данной частоте вращения вала.

Условия снятия характеристики:

— нормальное тепловое состояние двигателя;

— постоянная частота вращения коленчатого вала;

— установившийся температурный режим двигателя;

— исправные системы зажигания и питания двигателя.

Общий вид нагрузочной характеристики двигателя показан на рис.18.

Теоретическая часть

Особенности работы двигателя на режимах холостого хода и малых
нагрузок.

Работа двигателя на режимах холостого хода и малых нагрузок имеет ряд характерных особенностей. Так, например, к моменту открытия выпускного клапана давление в цилиндре может быть ниже давления в выпускной трубе. Тогда после открытия выпускного клапана происходит перетекание газа из выпускной трубы в цилиндр до выравнивания давлений и лишь затем начинается выталкивание газа из цилиндра в выпускную трубу (рис. 19).

В момент открытия впускного клапана давление газов в цилиндре превышает давление во впускной трубе. Поэтому происходит заброс продуктов сгорания из цилиндра во впускной трубопровод.

Рис. 18 Нагрузочная характеристика

Положение усугубляется в период перекрытия клапанов, когда может происходить достаточно интенсивное перетекание газов из выпускной трубы в полость цилиндра и из цилиндра во впускную трубу. Все это приводит к заметному увеличению коэффициента остаточных газов и значительно повышает вероятность пропуска воспламенения.

Отличие режимов холостого хода и малых нагрузок от режимов полной и средней нагрузок — это не только уже отмеченная в несколько раз большая доля остаточных газов, но и непосредственная зависимость состава заряда от полноты сгорания топлива в предшествующем цикле. Так, при пропуске воспламенения и неполном сгорании топлива остаточные газы содержат неокисленное топливо, свободный кислород и химически активные продукты неполного сгорания.

С этим связана характерная для режимов глубокого дросселирования двигателя цикловая неидентичность процесса сгорания смеси. Как правило, после циклов с более полным сгоранием в рабочем заряде последующего цикла увеличивается инертная составляющая, что приводит к ухудшению процесса сгорания в этом цикле.

Рис. 19 Развернутая индикаторная диаграмма при работе двигателя на холостом ходу

Следствием плохого сгорания на режимах холостого хода и малых нагрузок является повышенный выброс вредных веществ, уменьшение индикаторного КПД двигателя. Низкое давление во впускном трубопроводе, обусловленное сильно прикрытой дроссельной заслонкой, означает большие насосные потери. Механические потери двигателя, абсолютная величина которых не зависит от нагрузки, при малой нагрузке относительно нее то же становятся большими. Все это приводит к увеличению удельного эффективного расхода топлива. Улучшить эти показатели позволяет использование переменных фаз газораспределения (уменьшение продолжительности перекрытия клапанов), повышение степени сжатия двигателя, увеличение угла опережения зажигания и обогащение горючей смеси.

Сохранение частоты вращения вала при повышении нагрузки двигателя осуществляется за счет открытия дроссельной заслонки и, соответственно, увеличения наполнения цилиндров свежим зарядом. При этом повышаются давление в цилиндре и качество процесса сгорания, уменьшаются насосные, относительные механические потери и удельный эффективный расход топлива. Часовой расход топлива при этом плавно возрастает.

Наилучшая топливная экономичность должна наблюдаться при полной нагрузке.

Однако на практике горючую смесь на нагрузках, близких к полной, обычно обогащают для получения максимально возможной мощности при данной частоте вращения вала. Обогащение смеси обусловливает химическую неполноту сгорания топлива и, соответственно, снижение экономичности двигателя. В этом случае минимальный удельный эффективный расход топлива имеет место при нагрузках, составляющих 85…90% от полной. Обогащение смеси ведет и к более быстрому росту часового расхода топлива на больших нагрузках.

Экспериментальная часть

Нагрузочную характеристику снимают при постоянной частоте вращения коленчатого вала, изменяя положение дросселя от минимального открытия его, соответствующего холостому ходу, до полного открытия. Поскольку автомобильный двигатель работает в широком диапазоне частот вращения, то для выявления его топливной экономичности необходимо снять несколько нагрузочных характеристик при различных значениях частоты вращения вала. Нагрузку при испытаниях варьируют с помощью тормозной установки, а изменением степени открытия дроссельной заслонки поддерживают постоянной частоту вращения вала.

Регулировки состава горючей смеси и угла опережения зажигания при снятии нагрузочной характеристики обеспечиваются автоматической работой соответствующих систем двигателя. Стенд оснащен устройством, позволяющим фиксировать дроссельную заслонку в произвольном положении, начиная от положения на упоре при работе на холостом ходу и до ее полного открытия.

Первый опыт проводят при наименьшем открытии дроссельной заслонки, обеспечивающем устойчивую работу двигателя в режиме холостого хода на заданной частоте вращения коленчатого вала.

Во втором и последующих опытах увеличивают нагрузку двигателя, приоткрывая дроссельную заслонку на 10…12°. Последний опыт проводят при полностью открытой дроссельной заслонке. Для более точного определения показателей в зоне минимальных удельных расходов топлива, (при нагрузке более 70 % от максимальной) желательно проводить опыты более часто.

По результатам испытаний строят графики нагрузочной характеристики.

Графически определяют показатели и регулировки двигателя в характерных точках:

• часовой расход топлива на режиме холостого хода;

• часовой и удельный расход топлива, соответствующие максимальной мощности при полном открытии дроссельной заслонки;

• минимальный удельный расход топлива и соответствующую степень нагрузки двигателя;

• коэффициенты избытка воздуха при работе двигателя на холостом ходу, максимальной нагрузке и при минимальном удельном расходе топлива.

Контрольные вопросы

1. Каковы условия снятия нагрузочной характеристики?

2. Почему при увеличении нагрузки на двигатель удельный эффективный расход топлива уменьшается?

3. Почему при открытии дросселя, больше чем на 85 – 95%, расходы топлива могут резко возрасти?

4. Чему равен удельный эффективный расход топлива на холостом ходу?

5. Как будет выглядеть кривая удельного эффективного расхода топлива, если на всех нагрузках использовать обогащенную смесь?

6. Как зависит давление во впускном трубопроводе от нагрузки на двигатель?

7. Что такое мощностной и экономичный составы горючей смеси?

Источник

Adblock
detector