Внешняя скоростная характеристика двигателя реферат

Обновлено: 04.07.2024

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

где N_e — эффективная мощность, кВт; М_е — эффективный вращающий момент, Н*м; пе — частота вращения коленчатого вала при полной подаче топлива, мин -1 ; 9 555 — числовой коэффициент.

1 Для приведения внесистемных единиц измерения мощности и работы к Международной системе единиц необходимо введение следующих коэффициентов пересчета: 1 л. с. = 736 Вт = 0,736 кВт = 736 Н*м/с. 1 кгс м = 9,81 Н*м = 9,81 Дж. Единица силы 1 Н = 1 кгс м/с 2 ; единица мощности 1 Вт = 1 Н*м/с = 1 Дж/с; единица количества теплоты 1 Дж = 1 Вт*с = 2,78 10 -4 Вт ч.

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.

Параметры тягово-скоростных свойств автомобиля обычно определяют при работе двигателя с полной подачей топлива, т.е. при работе двигателя по внешней скоростной характеристике, которая представляет собой зависимость эффективных показателей двигателя от частоты вращения коленчатого вала.

Важнейшими параметрами внешней скоростной характеристики являютсяэффективная мощность Nе, крутящий момент Ме, удельный эффективный расход топлива gе, часовой расход топлива Gт.

Определение крутящего момента при максимальной мощности

МN=9550•Nмах/nN=9550•88,3/3300=256 Нм (3.1)

Определение коэффициента приспосабливаемости по моменту: kм=1,13

Определение коэффициента приспосабливаемости по частоте: kω=1,4

Пределы изменения нагрузки на двигатель, соответствующей его устойчивой работе, т.е. способности автоматически приспосабливаться к изменениям нагрузки на колесах оценивают запасом крутящего момента Мз (%) Мз=(Ммах-МN)•100/МN=(290-256)•100/256= 13,28 % (3.2)

Определение эффективных показателей двигателя (двигатель без ограничителя):

a+b-c=0,524+2,704-1,852 =1 (3.6)

Nе=Nмах•[a•(nе/nN)+b•(nе/nN)2-c•(nе/nN)3], кВт (3.7)

gе=gN•[a1+-b1•(nе/nN)+c1•(nе/nN)2], г/(кВт•ч) (3.9)

Gт=gе•Nе/1000, кг/ч (3.10)

где nе - текущая частота вращения коленчатого вала, 1/мин, a1=1.2, b1=1.0, c1=0.8 - эмпирические коэффициенты, зависящие от типа двигателя.

При эксплуатации часть мощности двигателя расходуется на неучтенные при снятии стендовой внешней скоростной характеристики потребители, а условия, в которых работает двигатель, отличаются от стандартных. Мощность, передаваемая через трансмиссию на ведущие колеса, меньше определяемой внешней скоростной характеристикой. Поэтому при использовании стандартной внешней скоростной характеристики для расчета тягово скоростных свойств значения полученных по ней мощностей нужно умножить на коэффициент коррекции kр, меньший единицы.

4. СОГЛАСОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ДВС - ГДТ

Согласование характеристик двигателя и ГДТ заключается в выборе активного диаметра Dа гидротрансформатора, обеспечивающего наилучшее использование возможностей двигателя и ГДТ. Основной задачей согласования является обеспечение при определенной передаче в механической коробке ГМП наибольшего диапазона регулирования при наименьшем расходе топлива. Процесс согласования заключается в построении характеристик входа системы ДВС - ГДТ и выборе оптимальной.

Для этого следует выбрать принципиальную схему и безразмерную характеристику ГДТ. Безразмерная характеристика определяет зависимость КПД (ηт.н.), коэффициента момента насосного колеса (λн), коэффициента трансформации (K) от передаточного отношения гидродинамической передачи (iт.н).

Бензиновые двигатели обладают достаточно высоким коэффициентом приспосабливаемости по моменту. Поэтому общий силовой диапазон системы ДВС - ГДТ может быть получен, в основном, регулированием работы двигателя.

В этом случае наиболее целесообразно применение прозрачных гидротрансформаторов, обладающих более низкими коэффициентами трансформации, чем непрозрачные или малопрозрачные. Прозрачность гидротрансформатора должна быть такой, при которой двигатель во время трогания автомобиля с места развивает наибольший крутящий момент, а затем по мере разгона переходит на режим максимальной мощности.

Для дальнейших расчетов принимаем малопрозрачный (П=1.6) гидротрансформатор марки ЛГ – 470, который имеет следующие параметры

Активный диаметр выбираем на режиме "СТОП" и на режиме максимальной мощности.

nео=0.8•nN=0.8•3300= 2640 об/мин (4.1)

Мео=МnN•[a+b•(nео/nN)c•(nео/nN)2]=203.093•[0,524+2,704•(2640/3300)- 1,852 •(2640/3300)2]=249.027 Нм (4.3)

где ρ=850 кг/м3 - плотность рабочей жидкости, [4, стр. 80], λно=3.19•106мин2/м•об2- коэффициент момента насосного колеса на режиме "СТОП", (табл. 4.1.). Режим максимальной мощности.(4.4)

где λно=1.3•106мин2/м•об2- коэффициент момента насосного колеса на режиме максимального КПД, (табл 4.1.). Принимаем активный диаметр Da=0.28 м.

5. ПОСТРОЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ ДВС-ГДТ

Для построения характеристики входа необходимо на график внешней характеристики двигателя нанести нагрузочные параболы гидродинамической передачи для ряда значений передаточного числа iт.н.

Мн=g∙ρ∙λн∙Da5∙nN2, Нм (5.1)

Основной характеристикой для расчета тягово-скоростных свойств автомобиля с ГМП является характеристика выхода системы двигатель-гидропередача, представляющая собой зависимость мощности Nт, крутящего момента Мт на валу турбинного колеса от частоты врыщения вала турбины nт при полной подаче топлива в двигателе. Исходными данными для расчета являются точки, характеризующие совместную работу двигателя и гидропередачи, и соотношения:

nт=nн•iт.н., мин-1 (5.3)

Nт=0.105•Мт•nт/1000 , кВт (5.4)

По данным характеристики входа системы двигатель-гидропередача строится кинематическая характеристика – зависимость частоты вращения насоса от скорости вращения турбины.

Вывод: В данной работе для заданного типа автомобиля был выбран малопрозрачный (П=1,6) гидротрансформатор ЛГ-470. Это связанно с тем, что из 4-х рассмотренных типов ГДТ (ГАЗ-13, М-21, ЗИЛ-111, ЛГ-470) у ЛГ-470 пучок передаточных отношений (i) плотнее чем у более прозрачных и, как видно из графика рис.5.1, в основном находится в диапазоне оборотов при которых двигатель развивает наибольший крутящий момент (Мкр=Мкр.max), а чтобы более полно использовать кривую ДВС

6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРЕДАТОЧНОГО ЧИСЛА

МЕХАНИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ТРАНСМИССИИ АВТОМОБИЛЯ

6.1. Определение передаточного числа главной передачи

Передаточное число главной передачи выбирают из условия обеспечения максимальной кинематической скорости автомобиля при максимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя и высших передачах в коробке передач.

где rд=0.31 м - динамический радиус колеса,

iк.п.в=1 - передаточное число в коробке передач на высшей передаче.

Раздел: Транспорт
Количество знаков с пробелами: 18800
Количество таблиц: 0
Количество изображений: 0

Внешняя скоростная характеристика есть зависимость мощности, крутящего момента, часового и удельного эффективного расхода топлива от частоты вращения коленчатого вала при установке рычага подачи топлива в положение максимальной подачи или полностью открытой дроссельной заслонки.
На типичной внешней скоростной характеристике (рис. 12.3) выделяют следующие скоростные режимы: n min — минимальный скоростной режим, при котором двигатель работает устойчиво; n Me — соответствующий максимальному крутящему моменту; n ge — при котором минимальный удельный эффективный расход топлива; Ne — соответствующий максимальной эффективной мощности; Nен — соответствующий номинальной эффективной мощности; n xx — холостого хода при работе двигателя с регулятором; n разн — при котором вся индикаторная мощность расходуется в двигателе.

где Mе max — максимальный крутящий момент; Mен — крутящий момент при номинальной мощности.
Коэффициент приспособляемости характеризует способность двигателя преодолевать временно возросшее сопротивление. Значения К находятся в следующих пределах: для карбюраторных двигателей К = 1,30. 1,40; для дизелей К = 1,10. 1,15. Следовательно, дизельные двигатели имеют незначительную приспособляемость.
На рис. 12.4 в качестве образца приведена внешняя скоростная характеристика дизеля HM3-238 без наддува. Минимальный удельный эффективный расход топлива при работе двигателя на внешней скоростной характеристике gе = 228 г/кВт ч. Максимальный крутящий момент достигается при частоте вращения коленчатого вала ne = 1500 мин-1, ориентировочно 0,7 n ен. Коэффициент приспособляемости не менее 1,16.
Зависимости Nе, Mе, Gт, gе от частоты вращения коленчатого вала при различных (частичных) положениях рычага подачи топлива или дроссельной заслонки называются частичными скоростными характеристиками. При переводе на частичные режимы работы карбюраторного двигателя оператор, изменяя положение дроссельной заслонки, изменяет количество горючей смеси, поступающей в цилиндр, а при переводе на частичный режим работы дизеля — изменяется цикловая подача топлива. Это принципиальное отличие в управлении двигателями оказывает значительное влияние на характер изменения показателей двигателя при различных частичных режимах работы.

Внешняя скоростная характеристика двигателя постоянной мощности (ДПМ). Неудовлетворительная приспособляемость дизеля к повышению нагрузки стимулирует поиск способов повышения коэффициента приспособляемости. Лучшие дизельные двигатели мирового дизелестроения имеют коэффициент приспособляемости 1,8. 2,0. Мощность двигателя с коэффициентом приспособляемости более 1,4 практически остается постоянной в широком диапазоне частоты вращения коленчатого вала (рис. 12.5). Такой двигатель обычно называют двигателем постоянной мощности (ДПМ). Высокая приспособляемость ДПМ в определенной мере обеспечивает автоматическое регулирование крутящего момента в широком диапазоне, что позволяет уменьшить количество переключений передач в трансмиссии и снизить утомляемость оператора или обеспечить работу дизеля в зоне минимального удельного эффективного расхода топлива, тем самым увеличить топливную экономичность. Повышение приспособляемости дизеля достигается регулируемой или настроенной на максимальный крутящий момент системой турбонаддува и устройством корректора всережимного регулятора частоты вращения, обеспечивающего увеличение цикловой подачи топлива при снижении частоты вращения коленчатого вала. Установка ДПМ на лесотранспортных машинах приводит к повышению их тягово-скоростных свойств, снижению удельного расхода топлива, отнесенного к единице выполненной работы и к улучшению условий труда оператора.

К типовым характеристикам обычно относятся скоростные и нагрузочные. На практике снимаются также регуляторные характеристики, характеристики холостого хода и др. Такие характеристики снимают в соответствии с ГОСТ (например, ГОСТ 18509–73 на тракторные дизели).

На этапе доводочных испытаний обычно снимают ещё регулировочные характеристики (например, по углу опережения впрыска топлива, по углу опережения открытия выпускного клапана, по углу опережения открытия впускного клапана и др.).

Скоростной характеристикой называют графическую зависимость основных технико-экономических параметров, таких как:

- среднее эффективное давление ре,

- полный Gе и удельный ge расходы топлива,

- крутящий момент Mкр, коэффициент избытка воздуха α

- и другие от числа оборотов n его вала при некоторой постоянной нагрузке Ne двигателя.

При этом скоростная характеристика, снятая при максимально возможной подаче топлива в цилиндр (Ne = Nmax) называется внешней, а снятые при некоторой частичной подаче (например, при Ne = 0,75Ne max) – частными.

Согласно ГОСТ, внешнюю скоростную характеристику снимают в диапазоне чисел оборотов от nmin до nmax. Разновидностью частичной скоростной характеристики можно считать характеристику холостого хода, которая показывает изменение основных параметров работы машины при отсутствии внешней нагрузки.

Характеристики, показывающие как изменяются основные параметры машины при заданном постоянном числе оборотов n в зависимости от изменения внешней нагрузки Ne, называют нагрузочными. Здесь в качестве независимой переменной в соответствии с ГОСТ принимается эффективная мощность Nе, а число оборотов берётся некоторым фиксированным (например, n = nном).

Регуляторные характеристики снимают при таком скоростном режиме, который соответствует максимальному крутящему моменту maxкр M . При постоянном положении органа управления двигателя постепенно увеличивают нагрузку от холостого хода до максимальной. Если регулятор установлен на частичную подачу, то получают частичную регуляторную характеристику, если на полную – то предельную регуляторную характеристику.

Регулировочная характеристика показывает, как изменяются основные показатели машины при изменении одного из регулировочных параметров, например, угла опережения впрыска топлива. Результаты проводимых при этом исследований позволяют выбрать

Оптимальное значение регулировочного параметра, ориентируясь, смотря по обстоятельствам, или на развиваемую мощность, или на удельный расход топлива, или на величину крутящего момента.

Скоростные характеристики служат для оценки экономических и энергетических показателей работы двигателя при различных частотах вращения. Эти показатели определяют тяговые, динамические и другие эксплуатационные качества автомобилей.

Скоростной характеристикой бензинового двигателя называется зависимость мощности N e , крутящего момента M к , часового G t и удельного g e расхода топлива, а также других показателей работы двигателя от частоты вращения коленчатого вала при постоянном положении органа управления подачей топлива.

Различают скоростную характеристику при полной подаче топлива, которая называется внешней характеристикой, и скоростные частичные характеристики, определяемые при промежуточных, но постоянных положениях органа управления подачей топлива.

Скоростные характеристики снимают в диапазоне от минимально устойчивой частоты вращения коленчатого вала (n min ) до частоты вращения на 10 % превышающей номинальную (1,1n ном ).

При определении скоростной характеристики должны быть выявлены точки, соответствующие минимальной рабочей частоте вращения (n min ), номинальной частоте вращения (n ном ), частоте вращения при максимальном крутящем моменте (n Мкmax ) и минимальном удельном расходе (n gеmin ).

С увеличением частоты вращения выше n min крутящий момент двигателя возрастает и достигает максимальных значений при частоте n Мкmax.

Причиной этого увеличения M к является улучшение процесса смесеобразования и снижение относительных потерь теплоты от газов в стенки в течение рабочего цикла. При дальнейшем увеличении частоты вращения M к уменьшается, что связано главным образом со значительным увеличением механических потерь (снижением механического КПД η _M

Эффективная мощность, пропорциональная произведению M к ∙n, достигает своего максимума при более высокой частоте вращения (n ном ), чем крутящий момент. Для автомобильных двигателей значение n Мкmax = (0,5…0,6)n ном .

При неизменном положении органа управления подачей топлива с ростом частоты вращения растет часовой расход топлива (G t ). Некоторое замедление роста G t при большой частоте вращения связано с уменьшением коэффициента наполнения.

Обычно минимальная величина удельного расхода топлива g e по скоростной внешней характеристике наблюдается в зоне средних частот вращения. Увеличение g e с уменьшением частоты вращения объясняется, в основном, возрастанием тепловых потерь и ухудшением процесса смесеобразования. С увеличением частоты вращения g e возрастает из-за увеличения механических потерь и соответствующего снижения η _M .

© 2014-2022 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.004)

Читайте также: