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.

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

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

Скоростные характеристики.

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.