что такое скоростная характеристика двигателя

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

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

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: 2016-02-27 ; просмотров: 2471 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

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

Скоростные характеристики двигателей

Скоростной характеристикой называются зависимости эффективной мощности Ne и эффективного крутящего момента Ме двигателя от угловой скорости коленчатого вала ω_e.
У двигателя различают два тина 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.
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. 2А. Такие двигатели применяют главным образом на легковых автомобилях и иногда на автобусах.
Приведенные зависимости имеют следующие характерные точки:
Nmax— максимальная (номинальная) эффективная мощность;
ωN— угловая скорость коленчатого вала при максимальной мощности;
Mmax— максимальный крутящий момент;
ωм— угловая скорость коленчатого вала при максимальном крутящем моменте;
Nm— мощность при максимальном крутящем моменте;
Mn— крутящий момент при максимальной мощности;
ωмin— минимальная устойчивая угловая скорость коленчатого вала при полной подаче топлива; для бензиновых двигателей
ωмin= 80. 100 рад/с;
ωmax— 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〖 ω〗max=(1,05. 1,1) ω_N
Из рис. 1 видно, что эффективная мощность и эффективный крутящий момент двигателя возрастают с увеличением угловой скорости коленчатого вала, достигают максимальных значений при соответствующих угловых скоростяхω_Nи ω_м, 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 ωм до ωN.
Внешняя скоростная характеристика бензинового двигателя с ограничителем угловой скорости коленчатого вала показана на рис. 2. Такие двигатели применяют на грузовых автомобилях и автобусах.

Рис. 1. Внешняя скоростная характеристика бензинового двигателя без ограничителя угловой скорости коленчатого вала

Рис. 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 ωN.

Источник