Что такое внешняя скоростная характеристика

2.3.2. Скоростные характеристики

Скоростными характеристиками называются графические зависимости показателей работы ДВС (N_e, М_е, G_T, и g_e) от частоты вращения коленчатого вала n_е.

В зависимости от комплектации двигателя, который испытывается на стенде, скоростные характеристики могут быть нормальными и нормально-эксплуатационными. Для построения нормальной скоростной характеристики двигатель испытывается без вентилятора, воздушного фильтра, глушителя и генератора. Нормально-эксплуатационная характеристика снимается с двигателя с полным комплектом всех приборов.

Наибольшее практическое значение имеют внешние и частичные скоростные характеристики.

Внешней скоростной характеристикой двигателя называется графическая зависимость эффективной мощности N_e, эффективного вращающего момента М_е, часового G_T и удельного эффективного g_e расходов топлива от частоты вращения n_е коленчатого вала при полной подаче топлива.

Частичной скоростной характеристикой двигателя называется характеристика, полученная при частичной подаче топлива.

На рис. 2.9 приведена внешняя скоростная характеристика бензинового двигателя, а на рис. 2.10 — такая же характеристика дизеля.

Рис. 2.9. Внешняя скоростная характеристика бензинового ДВС (ЗИЛ-508.10)
(пунктиром показана частичная скоростная характеристика): N_e — эффективная мощность; n_е — эффективная частота вращения коленчатого вала; М_е — эффективный вращающий момент; G_T — часовой расход топлива; удельный эффективный расход топлива

Рис. 2.10. Внешняя скоростная характеристика дизеля ЯМЗ-236:
N_e — эффективная мощность; n_е — частота вращения коленчатого вала при полной подаче топлива; М_е — эффективный вращающий момент; G_T — часовой расход топлива; g_e — удельный эффективный расход топлива

На внешней скоростной характеристике двигателя важнейшими являются режимы при частотах вращения коленчатого вала n_min n_Mmax n_eн n_g

Частота n_min соответствует режиму, при котором двигатель устойчиво работает с полной нагрузкой.

Частота n_Mmax соответствует максимальному вращающему моменту M_max или максимальному эффективному давлению р_е.

Частота n_ен соответствует номинальной эффективной мощности двигателя N_e, которую гарантирует завод-изготовитель для определенных условий эксплуатации.

При частоте n_g двигатель имеет наиболее экономичный режим работы, т.е. наименьший удельный эффективный расход топлива g_e.

Максимальная частота вращения коленчатого вала, которую может развить двигатель без регулятора, называется разносной, так как на такой скоростной режим его детали не рассчитаны. В этом случае вся индикаторная мощность двигателя расходуется на трение и привод собственных механизмов, систем и агрегатов. Такая скорость вращения коленчатого вала ограничивается соответствующим регулятором частоты вращения.

Основные параметры работы двигателя 1 связаны зависимостью

С увеличением частоты вращения коленчатого вала пе пропорционально растет эффективная мощность, так как мощность — это произведение частоты и вращающего момента, который пропорционален среднему эффективному давлению. Вначале эффективная мощность растет практически линейно в соответствии с увеличением частоты и среднего эффективного давления, затем среднее эффективное давление, достигнув максимума, начинает уменьшаться, и темп роста эффективной мощности снижается. Максимумы эффективной мощности и вращающего момента достигаются при разных скоростях вращения коленчатого вала. Минимальный удельный эффективный расход топлива приходится на частоты между максимальными значениями вращающего момента и эффективной мощности.

Коэффициентом приспособляемости двигателя K называется отношение максимального вращающего момента M_max к величине вращающего момента М_ном при номинальной мощности:

Коэффициент K является важной характеристикой эффективности двигателя, так как он показывает приспособленность двигателя преодолевать временные повышенные нагрузки за счет увеличения вращающего момента при снижении частоты вращения коленчатого вала. На транспортных машинах благодаря такой способности двигателя возможно преодоление возросших сопротивлений движению без переключения передач.

Значения коэффициента приспособляемости следующие: для дизелей к = 1,05… 1,15, для бензиновых двигателей к = 1,2… 1,4.

Увеличение коэффициента приспособляемости дизеля является наиболее значимым способом повышения его эффективности. Двигатели с большим значением коэффициента приспособляемости получили название двигателей постоянной мощности (ДПМ), так как они в широком диапазоне частоты вращения коленчатого вала имеют незначительно изменяющееся значение эффективной мощности. В этом случае снижающаяся частота вращения коленчатого вала компенсируется существенным повышением вращающего момента.

Для реализации режима постоянной мощности необходимо дизель с наддувом оснастить устройством промежуточного охлаждения наддувного воздуха, чтобы увеличить коэффициент наполнения цилиндра, и отрегулировать топливный насос высокого давления на цикловую подачу топлива, обеспечивающую наиболее полное его сгорание при данном коэффициенте наполнения. При этом часовой расход топлива несколько вырастет, но удельный эффективный расход топлива снизится.

Источник

Внешняя скоростная характеристика двигателя

Внешней скоростной характеристикой двигателя называется зависимость эффективной мощности и крутящего момента от частоты вращения коленчатого вала при полной подаче топлива, она определяет возможности двигателя и характеризует его работу.

Эффективной называется мощность, развиваемая на коленчатом валу двигателя.

По внешней скоростной характеристике определяют техническое состояние двигателя. Она позволяет сравнивать различные типы двигателей и судить о совершенстве новых двигателей.

На внешней скоростной характеристике выделяют следующие точки, определяющие характерные режимы работы двигателя:

N_mах – максимальная (номинальная) мощность;

п_N – частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности;

М_mах – максимальный крутящий момент;

п_м – частота вращения коленчатого вала при максимальном крутящем моменте;

п_min – минимальная частота вращения коленчатого вала, при которой двигатель работает устойчиво при полной подаче топлива;

n_mах – 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 двигался по горизонтальной дороге при максимальной мощности двигателя и начал 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%.

Из рисунка видно, что мощность и крутящий момент двигателя возрастают с увеличением частоты вращения коленчатого вала до определённых значений а затем начинают уменьшаться. Это происходит вследствие ухудшения наполнения цилиндров горючей смесью и увеличения трения. В эксплуатации большую часть времени двигатели работают в диапазоне частот вращения п_м…п_N, 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, 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. 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

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:

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.

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 М_т 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:

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 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.

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 N_e и эффективного крутящего момента М_е двигателя от угловой скорости коленчатого вала ω_е.

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:

N_max– максимальная (номинальная) эффективная мощность;

ω_N – угловая скорость коленчатого вала при максимальной мощности;

M_max – максимальный крутящий момент;

ω_M – угловая скорость коленчатого вала при максимальном крутящем моменте;

N_M –мощность при максимальном крутящем моменте;

М_N –крутящий момент при максимальной мощности;

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

ω_max – 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)

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

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 (ω_mах = ω_N).

Из рассмотренных внешних скоростных характеристик двигателей следует, что максимальные значения M_mах и N_max получают при различных угловых скоростях коленчатого вала. При этом значения М_mах смещены влево относительно значений N_max, 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.

Дата добавления: 2017-06-02 ; просмотров: 6297 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Внешняя скоростная характеристика

Определение тягово-скоростных свойств автомобиля

Для построения внешней скоростной характеристики необходимо определить значения величины крутяшего момента и мощности двигателя при работе двигателя с разной угловой скоростью коленчатого вала.

Задаться пятью – шестью значениями частоты вращения коленчатого вала двигателя n_xот минимальной n_min до максимальной n_max, включая частоты при максимальной мощности n_N и максимальном крутящем моменте n_M.

Значение n_min для дизелей можно принять равным 600 об/мин, а для бензиновых двигателей800 об/мин.

Для бензиновых двигателей без ограничителя оборотов коленчатого вала n_max ≈ 1,1∙ n_N, для остальных типов двигателей n_max = n_N.

Эффективные мощность N_ex и крутящий момент M_ex на коленчатом валу двигателя определяются по формулам соответственно

M_ex = 9550 , (2)

M_ex1 = 9550 = 272H·м

M_ex2 = 9550 =290H·м

M_ex3 = 9550 = 294,2H·м

M_ex4 = 9550 = 237,3 H·м

M_ex5 = 9550 = 211,2H·м

Источник