Глава V

СКОРОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЕЙ § 19. 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, управлякщего подачей топлива, различают внешнюю и частичную скоростные характеристики.

Скоростная характеристика, полученная при полном дросселе (карбюраторный двигатель) или при положении рейки топливного насоса (дизель), соответствующем номинальной мощности, называется

внешней. Внешняя скоростная характеристика позволяет провести анализ и дать оценку мощ-ностных, экономических, динамических и эксплуатационных показателей при работе двигателя с полной нагрузкой.

Любая скоростная характеристика двигателя, полученная при неполном открытии дроссельной заслонки (карбюраторный 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

то 2000- 3000 шо sooo п,о5/мин

Рис. 39. Скоростная характеристика двигателя ВАЗ-2106

устойчивых частот враще- Не,

гателя при частичных нагрузках и дают возможность наметить пути улучшения его мощностных и экономических показателей.

На рис. 39 представлена внешняя скоростная характеристика карбюраторного двигателя, а на рис. 40 -дизеля.

30 28 20 Zif 22 20 18 IS 14

то 1200 МО 1В001600 20002200 гчоо о5/мин

Рис. 40. Скоростная" характеристика двигателя КаМАЗ-740

§ 20. 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 наличии достаточно полных экспериментальных данных по целому ряду параметров работы двигателя на частичных скоростных режимах (см. § 17).

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 карбюраторных двигателей от п.„ = 600 -f- 1000 об/мин , до Яшах ~ (1,05-i- 1,20)/In; б) для дизелей от/1шin = 350 -ь 800 об/мин до rt/v, где пы - частота вращения коленчатого вала при номинальной мощности.

Максимальная частота вращения коленчатого вала ограничивается: условиями качественного протекания рабочего процесса, термическим напряжением 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 об/мин:

для карбюраторных двигателей

"ex - -

для дизелей с неразделенными камерами

0,87+1.13-!

ДЛЯ дизелей с предкамерой

ДЛЯ дизелей с вихревой камерой

0,6+ 1,4 JbL.(jh Y

0,7+1,3

(139) (140) (HI) (142)

В формулах (139)-(142) принято: Nnns - номинальная эффективная мощность (кВт) и частота вращения коленчатого вала (об/мин) при номинальной мощности; Л и - эффективная мощность (кВт) и частота вращения коленчатого .вала (об/мин) в искомой точке скоростной характеристики двигателя.

Ъ рассчитанным точкам в масштабе Ms строят кривую эффективной мощности.

Точки кривой эффективного крутящего момента (Н • м) определяют по формуле

М,, = 3. 10W,,/(nnJ. (143)

Кривая крутящего момента, построенная в масштабе Мм, выражает также изменение среднего эффективного давления, но в масштабе

Мр = Ma<W(10V). (144)

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

р,, =/V,30t/(1/). (145)

Точки кривой среднего индикаторного давления находят по формуле

Pix = Рех + Рх, (146)

где Рмя - среднее давление механических потерь (МПа) определяют в зависимости от типа и конструкции двигателя по уравнениям (105)- (НО), приведенным в гл. П1.

Кривая среднего индикаторного давления, построенная в масштабе Мр, выражает также изменение индикаторного крутящего момента, но в масштабе Мм (Я • м/мм):

Мм = Мр- lOVJinx). (147)

Расчетные точки индикаторного крутящего момента можно onpi делить по кривой ptx или из выражения

Mix = PixV mm). (148)

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

gex = geN [1,2-1,2nJnN + {пМ%

для дизелей с неразделенными камерами

&a: = g«Jv[l,55-1,55«/«Л/ + {Пх/П1я)%

(149)

(150)

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

Часовой расход топлива, кг/ч

От« = Л-10- (151)

Для определения коэффициента наполнения необходимо задаться законом изменения а по частоте вращения. Для карбюраторных двигателей с достаточной степенью точности можно принять значения а постоянными на всех скоростных режимах, кроме минимального. При Пх = /Jmin сле1ует принимать смесь несколько более обогащенную, чем при Пх = In, т. е. апты< аял/.

В дизелях прн работе по скоростной характеристикес увеличением частоты вращения значение а несколько увеличивается. Для четырехтактного дизеля с непосредственным впрыском можно принять линейное изменение а, причем аптш = (0,70,8)алд/.

При выбранном законе изменения коэффициент наполнения

г];= р,Ла=свх/(3600рк). (152)

По скоростной характеристике определяют коэффициент приспособляемости К, представляющий собой отношение максимального крутящего момента Дзетах к крутящему моменту MeN, при номинальной мощности:

KMgJMeN. (153)

Этот коэффициент служит для оценки приспособляемости двигателя , к изменению внещней нагрузки и характеризует способность двигателя преодолевать кратковременные перегрузки. Для карбюраторных двигателей К= 1,20-1,35; у дизелей кривая крутящего момента протекает более полого и значения коэффициента приспособляемости находятся в пределах К= 1,05 ч- 1,20.

Кроме изложенного метода построения скоростных характеристик существует ряд других методов. Так, проф. И. М. Ленин для построения внешних скоростных характеристик двигателей рекомендовал пользоваться процентными соотношениями между мощностью, частотой вращения и удельным расходом топлива, полученными в результате построения относительных скоростных характеристик.

Соотношения между параметрами относительной скоростной характеристики карбюраторного двигателя приведены ниже.

Частота вращения коленчатого

вала я, % ....... 20 40 60 80 100 120

Эффективная мощность N, % 20 50 73 92 100 92

Удельный эффективный расход

топлива ge %....... 115

100 97. 95 100 115

Для четырехтактных дизелей процентные соотношения между параметрами относительной скоростной характеристики следующие:

Частота вращения коленчатого вала п,% 20 40 60 80 100 Коэффициент избытка воздуха а . . . 1,40 1,35 1,30 1,25 1,20 Эффективная мощность Ng, %..... 17 41 67 87 100

В приведенных данных за 100% приняты те значения мощности, частоты вращения Пленчатого вала и удельного расхода топлива, которые получены на основе теплового расчета.

§ 21. ПОСТРОЕНИЕ ВНЕШНЕЙ СКОРОСТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАРБЮРАТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ

На основании теплового расчета, проведенного для четырех скоростных режимов работы карбюраторного двигателя (см. § 17), получены и сведены в табл. 15 необходимые величины параметров для построения внешней скоростной характеристики (рис. 41).

50 -

40--

0,8

30--

20--

10 к

1,0 0,9 0,8

Me, Н-н 130-

110-100

330 290

кг/я го

1000 2000 3000 то sooo 6000,п,о5/мин Рис. 41. Скоростная характеристика карбюраторного Двигателя

Таблица 15

Коэффициент приспособляемости по скоростной характеристике К = MejMeN = 128/103 = 1,24.

Для сравнения различных методов построения скоростных характеристик и проверки правильности выполнения теплового расчета (см. § 17) для нескольких скоростных режимов двигателя дополнительно приведен расчет изменения мощности и удельного расхода топлива на основе процентных соотношений между параметрами относительной скоростной характеристики.

Результаты расчета сведены в табл. 16, а на рис. 41 нанесены расчетные точки мощности и удельного расхода топлива.

Таблица 16

На основе сравнения полученных данных с кривыми age (рис.41), построенными по результатам теплового расчета, можно сделать сле-дуюш,ие выводы:

1. Точки относительной характеристики практически полностью совпадают с внешней скоростной характеристикой мощности рассчитываемого двигателя.

2. Точки относительной характеристики удельного расхода топлива несколько отличаются от кривой gg, построенной по данным теплового расчета, в сторону увеличения ge и особенно при малых значениях частоты вращения коленчатого вала. Максимальное расхождение составляет при п = 1000 об/мин около 23% [350 и 284г/(кВт . ч)]. Учитывая, чтов последних моделях двигателей Волжского автомобильного завода удельный расход топлива при п = 1000 об/мин составляет