Построение внешней скоростной характеристики.

 

Цель работы:

1. Построить внешнюю скоростную характеристику ДВС.

 

Последовательность выполнения работы.

Общие положения. Внешней скоростной называют характеристику, получаемую при полном открытии дроссельной заслонки в бензиновых двигателях или при крайнем предельном положении рычага управления рейкой насоса высокого давления, соответствующем полной подаче топлива в дизелях.

Построение кривых скоростной характеристики ведется в интервале от n_min = n_n/4, мин^-1 до n_max=(1,1…1,2)n_n. Расчетные точки выбираются через каждые 500…1000, мин^-1.

Расчетные точки кривой эффективной мощности определяются по эмпирическим зависимостям: для бензиновых двигателей

 

, кВт; (1а)

для дизелей с неразделенными камерами сгорания

, кВт, (1б)

где Р_en – номинальная мощность двигателя, кВт; n_n – частота вращения коленвала в минуту при Р_en; Р_eх и n_х – эффективная мощность в кВт и частота вращения в минуту в расчетных точках скоростной характеристики.

По расчетным точкам строится кривая эффективной мощности двигателя. Точки кривой эффективного вращающего момента определяются по формуле

, Н∙М. (2)

Величина среднего эффективного давления р_ех для расчетных точек может быть определена из выражения

, МПа. (3)

Точки кривой среднего давления трения определяется в соответствии с конструктивными особенностями двигателя по эмпирической формуле

р_мх = А + В ∙ С_nx, МПа, (4)

коэффициенты А и В для разных типов двигателей приведены в таблице

Тип двигателя	А	В
Карбюраторные S/D>1,0	0,049	0,0152
Карбюраторные S/D<1,0	0,039	0,0132
Дизели с неразделенной камерой	0,103	0,0118

 

С_nx – средняя скорость поршня; С_nx = S∙n_x/30

Точки кривой среднего индикаторного давления определяются по формуле

р_ix = р_ex + р_mx, МПа. (5)

Расчетные точки индикаторного крутящего момента могут быть определены из выражения

, Н∙м. (6)

Масштаб коэффициента наполнения h_v определяется из уравнения

, 1/Н∙м. (7)

где С – постоянная величина, равная отношению значений коэффициента наполнения к индикаторному крутящему моменту при максимальной мощности. Значения h_vх в остальных расчетных точках определяются из выражения

h_vх = Т_ix∙C. (8)

Кривая удельного эффективного расхода топлива строится с использованием зависимости

, г/кВт∙ч, (9)

где a_х – коэффициент избытка воздуха в расчетных точках. Для определения b_ex в расчетных точках необходимо задаться законом изменения a по частоте вращения. Для карбюраторных двигателей с достаточной степенью точности можно принять значения a постоянным на всех скоростных режимах, кроме минимальной частоты вращения. При n_x = n_min, следует принимать несколько обогащенный состав смеси, чем при n_x = n_n, т.е. a_{n min}<a_{n n}.

В дизелях при работе по скоростной характеристике с увеличением частоты вращения значение a несколько увеличивается. Для четырехтактного дизеля с непосредственным впрыском топлива можно принять линейное изменение a.

Для карбюраторных двигателей a при n_min изменяется в пределах 0,75…0,85, а при n_n a = 0,85…0,95.

Для дизелей без наддува при n_min a = 1,1…1,3, а при a_n = 1,2…1,7.

Часовой расход топлива определяется по уравнению

B_тх = b_ex ∙ P_ex ∙ 10^-3, кг/ч., (10)

Все результаты расчетов рекомендуется поместить в таблицу и построить внешнюю скоростную характеристику (зависимость P_e, T_e, p_e, p_i, T_i,B_т, b_е,h_v, a от n).

 

 

ПРИМЕР РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ВНЕШНЕЙ СКОРОСТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ

 

Принимаем за основу мощностной номинал прототипа ЗМЗ-24Д:

P_en =78,4 кВт; частота вращения коленвала n = 4500мин^-1; минимальный удельный расход топлива b_emin = 307 г/кВт×ч; количество цилиндров i = 4; S_n/D_ц = 92/92.

Промежуточные точки эффективной мощности рассчитываем по формуле (1а).

Промежуточные точки эффективного вращающего момента определяются согласно (2).

С учетом того, что t = i = 4 при V_h = 0,695 л. промежуточные величины среднего эффективного давления p_ех определяем из (3).

Промежуточные точки среднего индикаторного давления трения определяем по формуле (4). При S = Д_ц =96 мм, принимаем А = 0,044 и В = 0,0142.

.

И, точки среднего индикаторного давления, согласно (5)

p_ix = 0,92 + 0,179 =1,099 Мн/м².

Аналогично, индикаторного крутящего момента, согласно (6) с учетом t = i = 4.

По соотношению (7) найдем значение константы С.

и коэффициент наполнения согласно (8).

h_vх = 0,00374 ∙ 243,25 = 0,844.

Точки кривой эффективного удельного расхода топлива при l₀ =15 и

r_х = 1,208 вычисляется по зависимости (9).

Промежуточные точки кривой часового расхода топлива по (10).

 

B_тх =297,2 ∙ 63,87 ∙ 10^-3 = 18,98 кг/час.

 

Значения промежуточных точек внешней скоростной характеристики.

 

n мин-1	параметры внешней скоростной характеристики
Pe	Te	pe	pм	pi	Ti	hv	a	bе	Bт
	20,43	195,2	0,88	0,089	0,969	214,50	0,802	0,750	315,0	6,44
	43,45	207,7	0,94	0,134	1,074	237,72	0,825	0,775	293,5	12,75
	63,87	203,4	0,92	0,179	1,099	243,25	0,844	0,80	297,2	18,98
	76,59	182,94	0,83	0,224	1,054	233,29	0,809	0,85	297,3	22,76
	76,65	146,5	0,66	0,269	0,929	205,62	0,713	0,8775	321,3	24,63
	58,54	93,2	0,42	0,314	0,734	162,46	0,564	0,90	386,7	22,64

 

ВНЕШНЯЯ СКОРОСТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КАРБЮРАТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ

 

№ варианта	прототип	Pen,кВт	n, мин-1	bemin,г/кВт×ч	i	Sn/Dц	Vh,л
	ВАЗ-2101	47,1				66/76	1,197
	М-412	55,0				70/82	1,478
	ВАЗ-2103	56,5				80/76	1,451
	ГАЗ -24-01	62,3				92/92	2,445
	ЗМЗ - 53	84,4				80/92	4,252
	ЗИЛ - 130	110,0				95/100	5,966
	ГАЗ -14	161,4				88/100	5,526
	Д-20	14,7				140/125	1,72
	А-41					140/130	7,43
	ЯМЗ-236	132,4				140/130	11,14
	ЯМЗ-238	176,5				140/130	14,86
	В-306	220,7				180/150	38,15
	ЯМЗ-240	264,4				140/130	22,29
	Д-12-525	386,1				180/150	38,15
	Камаз-740	154,4				120/120	10,85