Что показывает внешняя скоростная характеристика двигателя

Что показывает внешняя скоростная характеристика двигателя

Скоростные характеристики

Внешняя скоростная характеристика. Внешней скоростной характеристикой называют зависимость от числа оборотов п, эффективной мощности Ne, эффективного крутящего момента Ме, часового GTи эффективного удельного geрасходов топлива при полностью открытой дроссельной заслонке в карбюраторном двигателе или при положении рейки топливного насоса, соответствующем максимальной установленной подаче топ-Рм-Р^м лива в дизеле. При снятии характеристики регистрируются и другие показатели двигателя.

Условия получения внешней скоростной характеристики. Автомобильный двигатель не может воспринимать нагрузку при малых числах оборотов коленчатого вала. Это объясняется тем, что при очень малых числах оборотов усиленная отдача теплоты, пропуски газов через поршневые кольца и несоответствие фаз газораспределения приводят к резкому снижению массового наполнения и невозможности осуществления процесса сгорания. Поэтому существует нижний предел числа оборотов коленчатого вала птхп, при котором двигатель может устойчиво работать во всем диапазоне изменения нагрузок.

Для заданного топлива при неизменных условиях во впускной системе и совершенстве процесса сгорания во всем рабочем диапазоне чисел оборотов можно принять, что в уравнении произведение.

В этом случаехарактеризменениясреднегоиндикаторного давления в зависимости от числа оборотов коленчатого вала можно считать примерно таким же, как и коэффициента наполнения.

Показан характер изменения rvдля карбюраторного двигателя от числа оборотов. Примерно такой же характер изменения имеют среднее индикаторное давление piи прямо пропорциональный ему крутящий момент Mt.

Часть среднего индикаторного давления или крутящего момента, развиваемого двигателем, затрачивается на механические потери (рм и Мм)- Эти потери увеличиваются с ростом числа оборотов и при некотором его значении полностью поглощают всю индикаторную работу двигателя. Число оборотов, при котором pi= pM, является предельным для двигателя и называется разносным числом оборотов празн.

При любом числе оборотов разность pi—рм = ре и соответственно разность Mi—Мм=Ме. Очевидно, что при п=празн, ре=0.

Кривые, характеризующие зависимости pi:peи рм от числа оборотов, показывают также изменение крутящих моментов, что видно из следующего.

По среднему индикаторному и эффективному давлениям можно подсчитать индикаторную и эффективную мощность, а также мощность механических потерь по формулам.

Штриховая линия показывает прямолинейное изменение индикаторной мощности, соответствующее постоянному значению рг = pimax — В действительности кривая индикаторной мощности касается штриховой линии только в точке а, а при других числах оборотов значения индикаторной мощности будут меньшими. Максимум индикаторной мощности не совпадает с наибольшим значением среднего индикаторного давления /?imax. а сдвинута в сторону большего числа оборотов. Наибольшему значению эффективной мощности соответствует меньшее число оборотов коленчатого вала пе, чем максимуму индикаторной мощности. Максимальное среднее эффективное давление ретах достигается при меньшем числе оборотов пМе, чем pimax.

Обычно в автомобильных двигателях номинальное число оборотов пнот выбирают несколько большим пе, что обеспечивает устойчивую работу двигателя в зоне максимального скоростного режима. С увеличением числа оборотов более пном мощность не возрастает из-за резкого уменьшения среднего эффективного давления ре: а динамические нагрузки на основные детали и их износ повышаются. Поэтому эксплуатация двигателя под нагрузкой при числе оборотов выше номинального нецелесообразна, а при разносном — недопустима. Чтобы исключить возможность перехода на разносный режим и облегчить вождение автомобиля при работе двигателя на номинальном режиме, устанавливают ограничитель — регулятор максимального числа оборотов, который при снижении нагрузки автоматически прикрывает дроссельную заслонку. При установке такого ограничителя в случае уменьшения нагрузки двигателя число оборотов от пнот несколько повышается, достигая при холостом ходе питах.

Частичные скоростные характеристики. Зависимости показателей от числа оборотов при различных постоянных положениях дроссельной заслонки (карбюраторный двигатель) или органа управления подачей топлива (дизель) называют частичными скоростными характеристиками.

Условия получения частичных характеристик для карбюраторного двигателя и дизеля различны.

У карбюраторного двигателя частичные характеристики снимают при разных положениях дроссельной заслонки, что влияет на величину коэффициента наполнения. По мере прикрытия дроссельнойзаслонкикоэффициентнаполненияизменяетсяболее резко (см. рис. 48). В соответствии с этим и происходит изменение мощности, как показано на рис. 78. Максимум эффективной мощности с прикрытием дроссельной заслонки смещается в сторону меньших чисел оборотов.

При прикрытии дроссельной заслонки максимальное число оборотов холостого хода снижается и становится даже меньше номинального, следовательно, этим способом можно пользоваться, чтобы не допустить разноса двигателя при быстром уменьшении нагрузки.

В дизелях изменение нагрузки достигается перестановкой рейки топливного насоса. С повышением числа оборотов топливо-подающая аппаратура обеспечивает некоторое увеличение подачи топлива g4на цикл (рис. 79). При снижении нагрузки коэффициент наполнения rjvнесколько возрастает. В результате этого при уменьшении нагрузки разносное число оборотов намного превышает номинальное число оборотов и возникает опасность разносадвигателя.

Для предотвращения аварии двигателя в связи с возможным резким увеличением числа оборотов при внезапном снижении нагрузки в дизеле необходимо устанавливать регулятор, ограничивающий число оборотов холостого хода пххтак. Наличие регулятора облегчает также управление дизелем при его эксплуатации на режиме, близкомк номинальному.

Характеристика,снимаемая при постоянном положении органауправлениярегулятором и увеличениинагрузки от холостого хода до максимальной, называется регуляторной.

Характеристики двигателей

Рис.11. Внешняя скоростная характеристика карбюраторного двигателя.

На внешней скоростной характеристике дизеля (см. рис.12) отметим две точки: А – мощность при номинальном удельном расходе топлива и Б — мощность, соответствующая началу работы дизеля с дымлением. Длительная работа дизеля с дымлением недопустима, поскольку вызывает его перегрев и интенсивное нагарообразование.

Рис.12. Внешняя скоростная характеристика дизеля.

Скоростную характеристику с регуляторной ветвью (регуляторную характеристику) снимают при положении органов управления регулятором скорости, соответствующим полной подаче топлива. Она показывает зависимость расхода топлива, крутящего момента и частоты вращения коленчатого вала от мощности двигателя.

Регуляторную характеристику (рис.13), то есть зависимости

n=f(Ne), Mk=f(Ne), GT=f(Ne), ge=f(Ne),

строят в результате проведения ряда опытов с постепенной загрузкой двигателя, начиная от нулевой, соответствующей частоте вращения коленчатого вала на холостом ходу, до номинальной нагрузки. При этом работой двигателя управляет регулятор. Чтобы более полно выявить показатели двигателя, его продолжают загружать и после получения номинальной мощности, когда регулятор уже не управляет работой двигателя, то есть при работе с перегрузкой. Полученные участки кривых – части внешней скоростной характеристики.

Рис.13. Регуляторная характеристика дизеля Д-240.

На регуляторной характеристике отметим точки: а – Номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя nн, при которой мощность номинальная Ne н; б – крутящий момент Мк н при номинальной мощности; в — часовой расход топлива GT H при номинальной мощности; г – удельный расход топлива ge н при номинальной мощности.

На скоростной (безрегуляторной) части характеристики интерес представляют точки: д – максимальный крутящий момент Мк max; e – частота вращения коленчатого вала двигателя при максимальном крутящем моменте.

Энергетические и экономические показатели нового, отремонтированного или находящегося в эксплуатации двигателя могут быть проверены по его скоростной или регуляторной характеристике.

У дизелей кривая зависимость Мк=f(n) (см. рис.12) более пологая, чем у карбюраторных двигателей, что объясняется конструктивными особенностями топливных насосов. Для устранения некоторых этого недостатка регуляторы топливных насосов имеют корректоры, которые увеличивают подачу топлива за цикл на режимах перегрузки, улучшая характеристику крутящего момента.

Способность двигателя преодолевать кратковременные увеличения внешних сил сопротивлений трактора или автомобиля без перехода на низшую передачу характеризуется корректорным коэффициентом запаса крутящего момента в процессах:

Для тракторных двигателей и двигателей грузовых автомобилей, работающих, как правило, с полным использованием мощности, корректорный коэффициент запаса крутящего момента, обеспечивающей хорошие динамические качества, должен составлять 15…20%.

Современный полёт
Первый общеизвестный полёт человека был совершён в Париже в 1783. Жан-Франсуа Пилатр де Розье и маркиз де Арландес пролетели 8 км на воздушном шаре разработки братьев Монгольфье, наполненном горячим воздухом. Воздушный шар нагревался огнём от сжигаемой древесины и не был управляемым, то есть переме .

Химический состав стали 30ХГТ
Химический элемент: % Кремний (Si) 0.17-0.37 Марганец (Mn) 0.80-1.10 Медь (Cu), не более 0.30 Никель (Ni), не более 0.30 Сера (S), не более 0.035 Титан (Ti) 0.03-0.09 Углерод (C) 0.24-0.32 Фосфор (P), не более 0.035 Хром (Cr) 1.00-1.30 .

Расчет затрат на топливо, шины, запасные части и материалы, смазочные материалы
Норма расхода-установленное стандартное значение расхода ресурса рассчитать затраты на топливо, шины, запасные части и материалы, смазочные и обтирочные материалы, учитывая что на автомобилях применяются различные виды масел. Расчет должен быть выполнен с учетом соответствующих норм расхода для мат .

Это важно:

Движение в сложных погодных условиях

Если вам надо срочно ехать, а на улице сильный дождь, ночь или ослепительно яркое солнце, то, скорее всего, это вас не остановит. Но если уж вы решились на поездку в таких условиях, только одного осознания трудностей предстоящей поездки недостаточно.

Расчет и построение графика пути торможения автомобиля

Рисунок 1 — Внешняя скоростная характеристика двигателя.

Тяговая характеристика автомобиля

Рисунок 2 — Тяговая характеристика автомобиля.

Динамическая характеристика автомобиля

Рисунок 3 — Динамическая характеристика автомобиля.

График ускорения автомобиля

Рисунок 4 — График ускорения автомобиля.

График обратной ускорению величины

Рисунок 5 — График обратной ускорению величины .

График времени разгона автомобиля

Рисунок 6 — График времени разгона автомобиля.

График пути разгона автомобиля

Рисунок 7 — График пути разгона автомобиля.

График пути торможения автомобиля

Рисунок 8 — 5.8 График пути торможения автомобиля.

На основе результатов проведенных расчетов и построенных графических зависимостей можем сделать следующие выводы об исследуемом автомобиле ВАЗ – 21074-20.

Максимальные скорости, которые автомобиль может развивать в заданных дорожных условиях на всех передачах:

= 10 (м/с);

= 17,2 (м/с);

= 26,7 (м/с);

= 36,2 (м/с);

= 43 (м/с).

Тяговая характеристика автомобиля (5.2) показывает, что максимальная скорость автомобиля = 43 (м/с), ограничена следующими показателями:

— сила сопротивления воздуха ,

— сила сопротивления качению Pk.

На низших передачах суммарное действие этих сил ничтожно мало, и поэтому не оказывает практически никакого влияния на движение автомобиля, однако имеет существенное значение на высшей передачи, когда сила сопротивления воздуха достигает максимальных значений, а тяговая сила уменьшается. Таким образом, минимальное критическое значение +Pk , которое превышает тяговую силу и ограничивает скорость движения автомобиля, составляет 1,14 (кН).

Максимальное ускорение, развиваемое автомобилем на I передаче:

= 1,96 ()

Максимальное ускорение, развиваемое автомобилем на V передаче:

= 0,67 ()

Рассчитанное время разгона автомобиля до скорости 100 (км/ч) составляет 23 (с), что на 5 секунд больше времени разгона, заявленном производителем.

Путь разгона до 100 (км/ч) = 440 (м).

Путь торможения со 100 км/ч на мокрой дороге составляет приблизительно 139 метров, а на хорошем сухом покрытии путь торможения более чем в два раза меньше и равен 56 метров.

Таблица 1.6 – Сравнение автомобиля ВАЗ – 21074 с другими моделями.

Глава 6 характеристики двигателей

6.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Для анализа работы автомобильных и тракторных двигателей используются различные характеристики: скоростные, нагрузочные, регуляторные, регулировочные и специальные. Обычно все характеристики получают экспериментальным путем при испытаниях двигателей.

При проектировании нового двигателя отдельные характеристики (например, скоростная и нагрузочная) могут быть построены расчетным путем. В этом случае ряд параметров определяют по эмпирическим зависимостям, полученным на основании обработки большого числа опытных данных.

Скоростная характеристика показывает изменение мощности, крутящего момента, расходов топлива и других параметров от частоты вращения коленчатого вала.

В зависимости от положения органа, управляющего подачей топлива, различают внешнюю и частичные скоростные характеристики.

Скоростная характеристика, полученная при полном дросселе (бензиновый двигатель) или при положении рейки топливного насоса (дизель), соответствующем номинальной мощности, называется внешней. Внешняя скоростная характеристика позволяет провести анализ и дать оценку мощностных, экономических, динамических и эксплуатационных показателей при работе двигателя с полной нагрузкой.

Любая скоростная характеристика двигателя, полученная при неполном открытии дроссельной заслонки (бензиновый двигатель) или при положении рейки топливного насоса (дизель), соответствующем частичной мощности, называется частичной скоростной характеристикой. Такие характеристики используют для выяснения влияния целого ряда факторов (угла опережения зажигания, состава смеси, минимально устойчивых частот вращения и т. д.) на работу двигателя при частичных нагрузках и дают возможность наметить пути улучшения его мощностных и экономических показателей.

На рис. 6.1 представлена внешняя скоростная характеристика карбюраторного двигателя, а на рис. 6.2 — дизеля

6.2. ПОСТРОЕНИЕ ВНЕШНЕЙ СКОРОСТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ

При построении внешних скоростных характеристик вновь проектируемых двигателей иногда используют результаты теплового расчета, проведенного для нескольких режимов работы двигателя с полной нагрузкой. Однако этот метод расчета скоростных характеристик дает надежные результаты только при наличия достаточно полных экспериментальных данных по целому ряду параметров работы двигателя на частичных скоростных режимах.

С достаточной степенью точности внешнюю скоростную характеристику можно построить по результатам теплового расчета, проведенного для одного режима работы двигателя — режима максимальной мощности, и использования эмпирических зависимостей. Построение кривых скоростной характеристики ведется в интервале:

а) для бензиновых двигателей от n_min= 600 — 1000 мин -1 до n=(1,05 — 1,20) n_Ne;

б) для дизелей от n_min= 300— 800 мин -1 до n_Ne, где n_Ne — частота вращения коленчатого вала при номинальной мощности.

Максимальная частота вращения коленчатого вала ограничивается: условиями качественного протекания рабочего процесса, термическими напряжениями деталей, допустимой величиной инерционных усилий и т. д. Минимальная — определяется условиями устойчивой работы двигателя при полной нагрузке.

Расчетные точки кривой эффективной мощности определяются по следующим эмпирическим зависимостям через каждые 500. 1000 мин -1 :

для бензиновых двигателей

; (6.1)

для дизелей с неразделенными камерами сгорания

; (6.2)

для дизелей с предкамерой

; (6.3)

для дизелей с вихревой камерой сгорания

. (6.4)

В формулах (6.1) — (6.4) принято: N_e и n_Ne— номинальная эффективная мощность (кВт) и частота вращения коленчатого (мин -1 ) при номинальной мощности; N_ex и n_x — эффективная мощность (кВт) и частота вращения коленчатого вала (мин -1 ) в искомой точке скоростной характеристики двигателя.

По рассчитанным точкам в масштабе М_N строят кривую эффективной мощности.

Точки кривой эффективного крутящего момента (Нм) определяют по формуле

(6.5)

Кривая крутящего момента, построенная в масштабе М_М,, выражает также изменение среднего эффективного давления, но в масштабе М_р, (МПа/мм):

(6.6)

Величину среднего эффективного давления р_ех (МПа) для рассчитываемых точек можно определить по кривой М_ех или из выражения

(6.7)

Точки кривой среднего индикаторного давления находят о формуле

р_iх =р_ех + р_Мх, (6.8)

где р_Мх — среднее давление механических потерь (МПа) определяют в зависимости от типа и конструкции двигателя по уравнениям (4.57) — (4.63).

Кривая среднего индикаторного давления, построенная в масштабе М_р выражает также изменение и крутящего момента, но в масштабе М_м (Нм/мм):

(6.9)

Расчетные точки индикаторного крутящего момента можно определять по кривой р_ix ила из выражения

(6.10)

Удельный эффективный расход топлива, г/(кВт ч), в искомой точке скоростной характеристики:

для бензиновых двигателей

(6.11)

для дизелей с неразделенными к.с.

(6.12)

где — удельный эффективный расход топлива при номинальной мощности, г/(кВт ч).

Часовой расход топлива, кг/ч

(6.13)

Для определения коэффициента наполнения необходимо задаться законом изменения α по частоте вращения. Для бензиновых двигателей с достаточной степенью точности можно принять значения α на всех скоростных режимах, кроме минимального. При n_х = n_min, следует принимать смесь несколько более обогащенную, чем при n_х = n_N т. е. при α _nmin, -1 т – 1,6, а на всех остальных режимах т – 0,65).

Количество теплоты, уносимой отработавшими газами

Q_г= (G_т + G_в)с_р(t_г – t)=

где G_т и G_в — часовой расход топлива и воздуха, кг; с_р теплоемкость отработавших газов, ккал/кг град; t_г и t — температура отработавших газов и наружного воздуха (заряда).

Теплота, не выделившаяся вследствие н е п о л н от ы с г о р а н и я, для двигателей, работающих при α 1 при составлении теплового баланса Q_н.с включается обычно в остаточный член, так как является потерей незначительной.

Тепловой баланс в абсолютных единицах (кДж/ч) представляет интерес для решения некоторых практических задач, когда, например, необходимо знать количество теплоты, отводимой системой охлаждения, для ее расчета или создания утилизационных устройств и др.

Большой интерес для оценки совершенства рабочего процесса представляет тепловой баланс, составленный в относительных единицах,

q = q_е + q_г + q_охл+ q_нс +q_ост = 100%, т. е.

Примерные значения величин, составляющих тепловой баланс, приведены в табл.

Т а б л и ц а 1.17. Внешний тепловой баланс в %

q_е

q_охл

q_г

q_нс

q_ост