Что такое скоростная характеристика двигателя и как она определяется

Что такое скоростная характеристика двигателя и как она определяется

При испытании двигателя определяют следующие величины: эффективную мощность Ne, удельный расход топлива ge, часовой расход топлива, крутящий момент и число оборотов п коленчатого вала.

Скоростная характеристика двигателя внутреннего сгорания представляет собой зависимость эффективной мощности, крутящего момента, удельного и часового расхода топлива от числа оборотов коленчатого вала двигателя при неизменном положении органа, регулирующего подачу горючей смеси или топлива (дроссельная заслонка у карбюраторных двигателей, рейка топливного насоса у дизелей).

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

Скоростная характеристика двигателя, снятая при максимальной подаче топлива, называется внешней скоростной характеристикой двигателя.

С увеличением числа оборотов коленчатого вала мощность двигателя возрастает (точка А, рис. 1), максимум кривой соответствует определенному числу оборотов (пн); в дальнейшем мощность уменьшается, хотя число оборотов увеличивается. Количество оборотов ан, при которых мощность достигает максимума, называется номинальным. При увеличении числа оборотов сверх номинального мощность падает. Это объясняется тем, что время на все процессы, протекающие в двигателе, сокращается, коэффициент подачи (наполнения) уменьшается, а ере-мя сгорания топлива увеличивается, в связи с чем падает индикаторное давление, а следовательно, и мощность двигателя.

Часовой расход топлива зависит от числа оборотов и коэффициента наполнения. Он растет с увеличением числа оборотов, затем несколько снижается и далее падает в связи с уменьшением коэффициента наполнения.

Минимальный эффективный удельный расход топлива ge и максимальный крутящий момент соответствуют примерно среднему числу оборотов коленчатого вала двигателя, которое всегда меньше.

Скоростная характеристика отражает зависимость мощностных и экономических показателей работы двигателя от числа оборотов его коленчатого вала, то есть представляет собой кривые вида Ne, Мк, GT. ge=f(n). Скоростные характеристики могут быть сняты при работе с прикрытым дросселем (карбюраторные двигатели) или с неполной подачей топлива (дизели). Такие характеристики называются частичными. Частичные характеристики снимаются для оценки экономичности работы двигателя на различных нагрузках и скоростных режимах.

Скоростную характеристику двигателя, оборудованного регулятором числа оборотов, снимают при выключенном регуляторе. Для этого дроссельную заслонку закрепляют в требуемом положении. Затем, тормозя двигатель, уменьшают число его оборотов до значения при котором еще возможна устойчивая его работа. Начиная с этого момента, делают необходимые измерения, постепенно разгружая двигатель. Для каждого скоростного режима (опыта), если это допускается конструкцией двигателя, подбирают наивыгоднейший угол опережения зажигания или подачи топлива.

Скоростная характеристика карбюраторного двигателя показана на рис. 2, а. Отметим на кривых следующие точки: А — максимальной мощности двигателя А%маКс, В — мощности, дающей максимальный крутящий момент ЛГк.макс и С — мощности, соответствующей минимальному удельному расходу топлива ge мии. В диапазоне от минимального устойчивого числа оборотов п под полной нагрузкой до оборотов соответствующих значению крутящего момента Л4к.макс, эффективная мощность двигателя возрастает пропорционально числу оборотов. Участок кривой — в диапазоне чисел оборотов п\—п2 более пологий, чем остальная часть кривой, из-за снижения коэффициента наполнения и коэффициента выделения тепла, а также вследствие увеличения потерь на трение. За точкой А происходит падение мощности, так как увеличение числа оборотов свыше /г2 ведет к снижению перечисленных выше коэффициентов и к резкому возрастанию потерь на трение.

Скоростная характеристика дизеля показана на рисунке 2, б. На кривой Ne — f(n) отметим две точки: А — мощности при минимальном удельном расходе топлива и С — мощности, соответствующей началу работы дизеля с дымлением. Точка а кривой ge—f(n) дает значение минимального удельного расхода топлива. Обычно у дизелей протекание кривых MK = f(n) более пологое, нежели у карбюраторных двигателей. Это объясняется конструктивными особенностями топливных насосов, так как при снижении числа оборотов от п2 до пх происходит увеличение коэффициента наполнения и уменьшение подачи топлива на цикл, отчего коэффициент избытка воздуха увеличивается, а значения среднего эффективного давления и крутящего момента почти не возрастают. Для того чтобы устранить этот недостаток, в конструкцию топливных насосов введены корректоры. Корректор увеличивает цикловую подачу топлива на режимах перегрузки, улучшая характеристику крутящего момента.

Источник

5 Двигатель и его характеристики

4.1. Скоростные характеристики двигателей

4.2. Нагрузочные характеристики двигателей

4.3. Регулировочные характеристики двигателей

4.1. Скоростные характеристики двигателей

Двигатель является основным источником энергии, необходи­мой для движения автомобиля. Характеристики двигателя служат для определения его мощностных и экономических показателей. Наиболее важные характеристики — скоростные, нагрузочные и регулировочные — позволяют оценивать работу двигателей, эф­фективность их использования, техническое состояние и каче­ство ремонта, сравнивать различные их типы и модели, а также судить о совершенстве конструкций новых двигателей.

Скоростной характеристикой называются зависимости эффек­тивной мощности N_e и эффективного крутящего момента М_е дви­гателя от угловой скорости коленчатого вала а_е.

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

Внешнюю скоростную характеристику получают при полной нагрузке двигателя, т.е. при полной подаче топлива. Частичные — при неполных нагрузках двигателя, или при неполной подаче топ­лива.

Двигатель имеет только одну внешнюю скоростную характери­стику и большое число частичных, среди которых и характерис­тика холостого хода.

Рекомендуемые файлы

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 скоростной характеристике.

Рассмотрим внешние скоростные характеристики бензиновых Двигателей и дизелей, которые имеют некоторые отличительные особенности.

Внешняя скоростная характеристика бензинового двигателя без ограничителя угловой скорости коленчатого вала представлена на Рис. 2.1. Такие двигатели применяют главным образом на легковых автомобилях и иногда на автобусах.

Рис. 4.1. Внешняя скоростная характеристика бензинового двигателя без ограничителя угловой скорости коленчатого вала

Приведенные зависимости имеют следующие характерные точки:

• M_max — максимальная (номиналь­ная) эффективная мощность;

• ω_N. — угловая скорость коленча­того вала при максимальной мощно­сти;

• M_max — максимальный крутящий момент;

• ω_М — угловая скорость коленча­того вала при максимальном крутя­щем моменте;

• N_M — мощность при максималь­ном крутящем моменте;

• M_N — крутящий момент при мак­симальной мощности;

• ω_min — минимальная устойчивая угловая скорость коленчато­го вала при полной подаче топлива; для бензиновых двигателей (ω_min = 80. 100 рад/с;

• ω_max — максимальная угловая скорость коленчатого вала при полной подаче топлива, соответствующая максимальной скорос­ти автомобиля при движении на высшей передаче; для бензино­вых двигателей без ограничителей угловой скорости коленчатого вала ю_тах = (1,05. l,l) ω_N.

Из рис. 4.1 видно, что эффективная мощность и эффективный крутящий момент двигателя возрастают с увеличением угловой скорости коленчатого вала, достигают максимальных значений при соответствующих угловых скоростях ω_N и ω_M /, а затем уменьшают­ся с ростом ω _е вследствие ухудшения наполнения цилиндров го­рючей смесью и увеличения трения. При этом возрастают дина­мические нагрузки, что приводит к ускоренному изнашиванию деталей двигателя. В условиях эксплуатации двигатель работает главным образом в интервале угловых скоростей от ω_M до ω_N.

Внешняя скоростная характерис­тика бензинового двигателя с огра­ничителем угловой скорости колен­чатого вала показана на рис. 2.2. Та­кие двигатели применяют на грузо­вых автомобилях и автобусах.

Рис. 4.2. Внешняя скоростная характеристика бензинового двигателя с ограничителем уг­ловой скорости коленчатого вала

Ограничитель угловой скорости автоматически уменьшает подачу горючей смеси в цилиндры двигате­ля и снижает угловую скорость коленчатого вала с целью повышения долговечности двигателя. Ог­раничитель вступает в действие на той части внешней скоростной характеристики, на которой мощность двигателя почти не возра­стает с увеличением угловой скорости коленчатого вала. Включе­ние ограничителя соответствует максимальной угловой скорости ω_max = (0,8. 0,9) ω_N. Максимальной эффективной мощностью в этом случае является наибольшая мощность, которую может развить двигатель при отсутствии ограничителя, т.е. N_max, соответствую­щая угловой скорости коленчатого вала ω_N.

Внешняя скоростная характеристика дизеля представлена на рис. 4.3. Такие двигатели применяют на грузовых автомобилях, автобусах и легковых автомобилях.

У дизелей мощность не достигает максимального значения из-за неполного сгорания горючей (рабочей) смеси. Максимальной в этом случае считается мощность, которая соответствует моменту включения регулятора угловой скорости коленчатого вала, т. е. N_max при угловой скорости ω_N. Для дизелей максимальная угловая ско­рость коленчатого вала практически совпадает с угловой скорос­тью при максимальной мощности (ω_max = ω_N).

Из рассмотренных внешних скоростных характеристик бензи­новых двигателей и дизеля следует, что максимальные значения эффективного крутящего момента M_max и эффективной мощности N_max получают при различных угловых скоростях коленчатого вала. При этом значения М_тах смещены влево относительно значений N_max, что необходимо для устойчивой работы двигателя, или, иначе говоря, для его способности автоматически приспосабливаться к изменению нагрузки на колеса автомобиля.

Например, автомобиль двигался по горизонтальной дороге при максимальной мощности двигателя и начал преодолевать подъем. В этом случае сопротивление дороги возрастает, скорость автомо­биля и угловая скорость коленчатого вала уменьшаются, а крутя­щий момент двигателя увеличива­ется, обеспечивая возрастание тяго­вой силы на ведущих колесах авто­мобиля. Чем больше увеличение кру­тящего момента при уменьшении угловой скорости коленчатого вала, тем выше приспособляемость дви­гателя и меньше вероятность его ос­тановки. У бензиновых двигателей Увеличение (запас) крутящего мо­мента достигает 30 %, а у дизелей — 15%.

Рис. 4.3. Внешняя скоростная характеристика дизеля с ре­гулятором угловой скорости коленчатого вала

Скоростные характеристики дви­гателей определяют эксперимен­тально в процессе их испытаний на специальных стендах. При проведении испытаний с двигателя сни­мают часть элементов систем охлаждения, питания (вентилятор, радиатор, глушитель, компрессор, насос гидроусилителя и др.), без которых он может работать на стендах.

Мощность и крутящий момент, измеренные при испытаниях и приведенные к условиям, соответствующим давлению окружаю­щего воздуха 1 атм и температуре 15 °С, называют стендовыми. Их указывают в технических характеристиках, инструкциях, катало­гах, проспектах и т. п.

В действительности мощность и момент двигателя, установлен­ного на автомобиле, на 10. 20 % меньше, чем стендовые. Это свя­зано с размещением на двигателе элементов различных систем, которые демонтируют при испытаниях. Кроме того, давление и температура наружного воздуха при работе двигателя на автомо­биле отличаются от таковых при измерениях.

Реальную внешнюю скоростную характеристику двигателя мож­но получить только на основании экспериментальных данных после его создания. Если же такие данные отсутствуют, например при проектировании нового двигателя, то внешнюю скоростную ха­рактеристику можно рассчитать, используя известные соотноше­ния.

Для бензиновых двигателей:

Для четырехтактных дизелей:

Эффективный крутящий момент для бензиновых двигателей и дизелей определяется по формуле:

В указанных формулах мощность выражается в кВт, крутящий момент — в Н*м, угловая скорость — в рад/с.

4.2. Нагрузочные характеристики двигателей

Нагрузочной характеристикой двигателя называются зависи­мости часового G_Т и удельного эффективного g_e расходов топлива от эффективной мощности N_e или эффективного давления р_е га­зов на поршень при постоянной угловой скорости ω _е коленчатого вала. Нагрузочные характеристики служат для оценки топливной экономичности двигателя при различных режимах его работы.

На рис. 4.4 показана нагрузочная характеристика бензинового двигателя. Часовой расход топлива связан приблизительно линей­ной зависимостью с N_e и р_е. Удельный эффективный расход топлива значительно возрастает при уменьше­нии его подачи из-за ухудшения рабочего процесса и снижения механического КПД двигателя. Экономичность двигателя тем выше, чем меньше g_e и чем более полого проходит его кривая в интервале нагрузок двигателя, типичных для условий эксплу­атации.

Двигатель автомобиля работает в широ­ком диапазоне значений угловой скорос­ти коленчатого вала, поэтому измеряют не одну, а несколько его нагрузочных харак­теристик.

На рис. 2.5 приведена регулировочная нового двигателя по характеристика бензинового двигателя по расходу топлива

Рис. 4.4. Нагрузочная характеристика бензи­нового двигателя

4.3. Регулировочные характеристики двигателей

Регулировочной характеристикой двигателя называются зави­симости эффективной мощности и удельного эффективного рас­хода топлива от его часового расхода, состава горючей смеси, угла опережения зажигания или впрыска топлива и т.д.

Регулировочные характеристики определяют оптимальные ус­ловия работы двигателя и оценивают каче­ство его регулировки. Эти характеристики измеряют при полной и частичных нагруз­ках двигателя (при полной и частичной подаче топлива).

Обычно снимают регулировочные харак­теристики двигателя по расходу топлива, показывающие изменение эффективной мощности и удельного эффективного рас­хода топлива в зависимости от его часово­го расхода при постоянной угловой скоро­сти коленчатого вала.

Рис. 4.5. Регулировочная характеристика бензинового двигателя по расходу топлива.

На рис 4.5 приведена регулировочная характеристика по расходу топлива. Она имеет две характерные точки, одна из кото­рых соответствует максимальной мощности, а другая — мини­мальному удельному эффективному расходу топлива.

Двигатель развивает максимальную мощность при часовом рас­ходе топлива, соответствующем обогащенной горючей смеси (коэф­фициент избытка воздуха α_и = 0,8. 0,9), которая быстро горит. При обеднении горючей смеси мощность двигателя уменьшается из-за снижения скорости сгорания смеси. Наибольшую топлив­ную экономичность двигателя обеспечивает часовой расход топ­лива, отвечающий обедненной горючей смеси (α_и = 1,1. 1,2). При большем обеднении горючей смеси значительно уменьшается ско­рость ее горения, двигатель работает неустойчиво, резко падает его мощность и снижается топливная экономичность.

Следовательно, наиболее благоприятный для работы двигате­ля диапазон значений часового расхода топлива заключен между G_T, соответствующими минимальному удельному эффективному расходу топлива и максимальной мощности двигателя.

Эксплуатация двигателя за указанными пределами нежелательна вследствие снижения его мощности и топливной экономичности,

Источник

Скоростная характеристика двигателя

На рис. 12 приведены внешние скоростные характеристики наиболее применяемых на современных автомобилях двигателей – поршневых двигателей внутреннего сгорания (бензинового, с распределенным впрыском и дизельного, с прямым впрыском). Внешние скоростные характеристики являются основными документами двигателей, используемыми при проведении расчетов тягово-скоростных характеристик автомобилей.

Важнейшими параметрами внешней скоростной характеристики двигателя являются:

Р_е m ах – максимальная эффективная мощность (т.е. мощность, непосред-

ственно снятая с его коленчатого вала), кВт;

Т_е max – максимальный крутящий момент, Н.м;

Т_р – крутящий момент при максимальной мощности, Н.м;

Р_огр (Т_огр) – мощность, кВт (крутящий момент, Н.м) по ограничителю

w_р – угловая скорость вращения коленчатого вала при максимальной

w_т – угловая скорость вращения коленчатого вала при максимальном

w_{g min} – угловая скорость вращения коленчатого вала при минимальном

w_min – минимальная устойчивая угловая скорость вращения коленчатого

Скоростные характеристики получают путем испытания двигателей в стендовых условиях. При этом производят замер величин крутящего момента Т_е ст на коленчатом валу при различных угловых скоростях его вращения, т.е. определяют зависимость Т_е ст = f (w_е). Мощностные показатели двигателя рассчитывают с использованием этих зависимостей по формуле

где Р_е ст и Т_е ст – мощность и крутящий момент в стендовых условиях.

При снятии характеристик двигателя на стенде он, как правило, не оснащается всеми теми узлами и навесным оборудованием, которые устанавливаются на него на реальном автомобиле. Более того, температурные условия и воздухообмен в подкапотном пространстве существенно отличаются от стендовых в худшую сторону. Для учета влияния этих факторов обычно вводят корректирующие коэффициенты k_c и k_п :

k_c – коэффициент коррекции стендовых характеристик (для двигателей, испытанных по ГОСТу, k_с = 0,95 – 0,97 );

k_п – коэффициент учета подкапотных потерь ( k_п = 0,9 – 0,98 ).

Тогда мощность двигателя, установленного на автомобиле, определится как

Соответственно крутящий момент двигателя, установленного на автомобиле,

Часто при проектировании новых автомобилей характеристики двигателя неизвестны, тогда расчеты ведут с использованием приближенных скоростных характеристик, построенных по соответствующим теоретическим зависи-мостям. Одной из таких часто применяемых эмпирических зависимостей является формула

Для карбюраторных двигателей старого типа (выпуска до 1965 года) рекомендовалось при расчетах по формуле (21) брать а = b = с = 1 [ 3 ]. Для дизелей с непосредственным впрыском удовлетворительный результат дает такое сочетание этих коэффициентов: а = 0,5 ; b = 1,5 ; с = 1 [ 3 ]. Более точно эти коэффициенты для всех типов и конструктивных вариантов поршневых двигателей определяются следующими выражениями [ 2 ]:

Потери в трансмиссии

При движении автомобиля происходит передача мощности от коленчатого вала двигателя на ведущие колеса. При этом она одновременно расходуется на разгон вращающихся деталей двигателя и трансмиссии и на потери в трансмиссии, обусловленные механическим трением в зубчатых передачах, трением сальниковых устройств подшипников и сопротивлением качению их роликов (иголок, шариков), гидравлическими потерями на перебалтывание смазочного масла в картерах трансмиссионных узлов.

Соответствующий ситуации мощностной баланс имеет вид

где Р_к – мощность, подводимая к ведущим колесам автомобиля; Р_е – мощность двигателя, установленного на автомобиле; Р_j – мощность, затрачиваемая на разгон вращающихся деталей двигателя и трансмиссии; Р_тр – мощность потерь в трансмиссии.

Для учета потерь в трансмиссии удобнее пользоваться понятием коэффициент полезного действия (КПД) трансмиссии h_тр :

Общепринято, что КПД трансмиссии автомобиля (как и любой другой механической трансмиссии) равен произведению КПД ее последовательно расположенных узлов. Для проектных расчетов рекомендуются следующие ориентировочные значения КПД автомобильных трансмиссионных узлов: коробки передач 0,95 ÷ 0,99 (в зависимости от включенной передачи) ; раздаточной коробки 0,93 ÷ 0,97 ; колесной передачи 0,96 ÷ 0,98 ; карданного шарнира 0,99 ÷ 0,995 (в зависимости от конструкции шарнира и угла передачи) ; главной передачи 0,92 ÷ 0,97 (меньшее значение для двойной главной передачи).

Для более детального определения h_тр можно воспользоваться формулой, учитывающей количество зубчатых передач, карданных шарниров и подшипников трансмиссии, через которые передается полная мощность от двигателя на ведущие колеса

где 0,98 – КПД цилиндрической шестеренчатой пары; к – число цилиндрических шестеренчатых пар, участвующих в передаче полной мощности Р_е на ведущие колеса; 0,97 – КПД конической шестеренчатой пары; l – число конических пар, передающих полную мощность Р_е на ведущие колеса; (0,99 ÷ 0,995) – КПД карданного шарнира; m – число карданных шарниров, передающих полную мощность Р_е ; (0,995 ÷ 0,998) – КПД конического подшипника с сальником ( без него ); n – число конических подшипников, через которые передается полная мощность Р_е на ведущие колеса автомобиля; (0,997 ÷ 0,999) – КПД шарикового подшипника с сальником ( без него); р – число шарикоподшипников, участвующих в передаче полной мощности Р_е на ведущие колеса автомобиля.

Источник