Внешняя скоростная характеристика двигателя лекции



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

СКОРОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ: ОПРЕДЕЛЕНИЕ, ЦЕЛЬ И УСЛОВИЯ ПОЛУЧЕНИЯ, АНАЛИЗ, ВЛИЯНИЕ ТИПА ДВИГАТЕЛЯ.

Лекция 6

Режимы и характеристики работы ДВС в зависимости от условий эксплуатации

Введение

В случае использования двигателя в качестве энергетической установки па автомобиле следует учитывать, что в зависимости от дорожных условий, скорости движения и нагрузки автомобиля необходимые для движения мощность двигателя и частота вращения колончатоговала меняются в широких пределах. Опыт эксплуатации автомобилей показывает, что большую часть времени двигатель работает с неполной нагрузкой при различной частоте вращения.

Поршневой двигатель может воспри­нимать нагрузку, начиная с опреде­ленного режима, характеризуемого минимальной устойчивой частотой вращения коленчатого вала пmin. Если органы управления впуском топливовоздушной смеси или впрыском топлива установлены на максимальную подачу, то, начиная с указан­ной частоты вращения, наибольшая развиваемая двигателем мощность будет характеризоваться кривой. Такое изменение мощности в зави­симости от частоты вращения называют внешней характеристикой двигателя.

По ней определяются наибольшие мощности, кото­рые можно получить от данного дви­гателя при различных частотах враще­ния коленчатого вала. Характеристики, полученные при неполностью открытой дроссельной заслонке (неполной подаче топлива), называются частичными.

Для выявления экономичности работы двигателя при различных нагрузках служат нагрузочные характеристики — графики зависимости удельного и часо­вого расходов топлива от мощности, развиваемой двигателем, при постоян­ной частоте вращения коленчатого вала.

В связи с тем, что автомобильный двигатель работает в широком диапа­зоне частот вращения коленчатого ва­ла, для оценки его экономичности поль­зуются несколькими нагрузочными характеристиками, снятыми для различ­ных (но постоянных для каждой ха­рактеристики) частот вращения.

Графики, отображающие зависимость мощности и экономичности двигателя от коэффициента избытка воздуха (со­става смеси), угла опережения зажи­гания или впрыска, температуры масла и воды и других регулируемых факто­ров, характеризующих режим работы двигателя, называются регулировочны­ми характеристиками. Эти характери­стики служат для выявления наивы­годнейших условий работы двигателя в зависимости от указанных факторов и оценки степени совершенства его ре­гулировок.

1. Скоростные характеристики двигателя: определение, цель и условия получения, анализ, влияние типа двигателя.
2. Нагрузочные характеристики двигателей: определение , цель и условия получения, анализ, влияние типа двигателя.
3. Регулировочные характеристики: определение , цель и условия получения, анализ.

СКОРОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ: ОПРЕДЕЛЕНИЕ, ЦЕЛЬ И УСЛОВИЯ ПОЛУЧЕНИЯ, АНАЛИЗ, ВЛИЯНИЕ ТИПА ДВИГАТЕЛЯ.

Скоростные характеристики двигате­ля — это графические зависимости ос­новных эффективных показателей его работы — мощности , крутящего мо­мента , часового и удельного расходов топлива и др. — от частоты вращения коленчатого вала при по­стоянном положении дроссельной за­слонки (или рейки топливного насоса) и установившемся тепловом состоянии.

Скоростные характеристики могут быть получены при различных, но по­стоянных для каждой характеристики положениях дроссельной заслонки или рейки топливного насоса. Скоростная характеристика, полученная при пол­ностью открытой дроссельной заслонке или полной подаче топлива (рейка топ­ливного насоса отведена до упора), на­зывается внешней скоростной характе­ристикой. По ней определяются наибольшие мощности, кото­рые можно получить от данного дви­гателя при различных частотах враще­ния коленчатого вала. Характеристики, полученные при неполностью открытой дроссельной заслонке (неполной подаче топлива), называются частичными.

На скоростной характеристике различают сле­дующие характерные частоты вращения коленчатого вала:

ü — минимальная частота вращения, при которой возможна устойчивая работа двигателя при полном открытии дросселя;

ü — частота вращения, соответствующая наибольшему крутящему моменту и наибольше­му среднему давлению;

ü — частота вращения, соответствующая наибольшей мощности двигателя;

ü — наибольшая возможная частота вра­щения коленчатого вала, устанавливаемая ограничителем или регулятором.

Поскольку дизели, как правило, ра­ботают при нагрузках, близких к мак­симальной, регулятор частоты враще­ния коленчатого вала настраивается так, чтобы наибольшая частота враще­ния не превышала той, которая соот­ветствует наибольшей возможной эф­фективной мощности по внешней ско­ростной характеристике .

Карбюраторные автомобильные дви­гатели в основном работают с неко­торой недогрузкой по мощности и, что­бы лучше использовать скоростные воз­можности двигателя, ограничитель максимальной частоты вращения настраи­вается так, чтобы она превышала при­мерно на 20 % частоту вращения ко­ленчатого вала, соответствующую наи­большей мощности двигателя по внешней скоростной характеристике . Практически автомо­бильный карбюраторный двигатель ра­ботает в интервале частот и . Именно в этом интервале производится переключение передач и имеет место минимальный удельный расход топлива.

Из приведенных скоростных характе­ристик видно, что кривая мощности имеет максимум. Мощность достигает максимума, когда влияние повышения частоты вращения коленчатого вала (частоты циклов) на увеличение мощ­ности полностью компенсируется умень­шением среднего эффективного давле­ния . С повышением частоты враще­ния коленчатого вала уменьшается за счет ухудшения процесса наполнения и возрастания механических потерь.

Максимальные крутящий момент и мощность двигателя имеют место при различных частотах вра­щения коленчатого вала. Отношение частоты вращения коленчатого вала при максимальном крутящем моменте к частоте вращения при максималь­ной мощности обычно составляет 0,4-0,7 (большие значения — для ди­зелей). Уменьшение крутящего момента после достижения максимума при уве­личении частоты вращения существенно влияет на устойчивость скоростного ре­жима работы двигателя. Как видно при работе дви­гателя с максимальной мощностью раз­виваемый крутящий момент значитель­но меньше максимального. Следова­тельно, двигатель имеет потенциальный запас крутящего момента, равный раз­ности максимального момента двигате­ля и момента сопротивления на дан­ном скоростном режиме.

Рис. 35. Внешняя скоростная характеристика карбюраторного двигателя.

Устойчивость скоростного режима работы двигателя за счет потенциального запаса крутящего момента оце­нивается с помощью коэффициента при­способляемости — отношения максимального крутящего момента к крутя­щему моменту при номинальном режи­ме: . В карбюраторных двигателях , а в дизе­лях — 1,05-1,15.

Рис. 36Внешняя скоростная характеристика дизеля.

Коэффициент приспособляемости ха­рактеризует способность двигателя пре­одолевать кратковременные перегрузки без переключения передач. Для этой же цели в ГОСТ 14846-69 введено по­нятие запаса крутящего момента (%), который подсчитывается по формуле .

Графики часового и удельного расходов топлива приводятся на скоро­стной характеристике для оценки эко­номичности двигателя при работе на различных скоростных режимах.

Часовой расход топлива при постоян­ном положении дросселя зависит глав­ным образом от частоты вращения коленчатого вала, а также от коэффи­циента наполнения. Поэтому по мере повышения частоты вращения часовой расход топлива растет сначала почти прямо пропорционально, затем начина­ет сказываться влияние коэффициента наполнения, и темп роста часового рас­хода снижается.

График эффективного удельного рас­хода топлива на скоростной характе­ристике имеет почти такой же вид, как и график индикаторного удельного рас­хода, анализ которого сделан ранее. Отличием графика эффективного удель­ного расхода от индикаторного являет­ся более крутой подъем его после точки минимума, что объясняется увеличе­нием механических потерь в двигателе.

Источник