Название: Расчет динамических и топливно-экономических характеристик автомобиля - (Безбородов И. А.)

Жанр: Технические

Просмотров: 974


2.1  расчет скоростной внешней характеристики двигателя

 

Мощностные свойства двигателей внутреннего сгорания принято оценивать скоростными характеристиками, представляющими зависимость эффективной мощности или крутящего момента на коленчатом вале двигателя при установившемся режиме работы от угловой скорости при полной подаче топлива.

Скоростная характеристика, полученная при полной подаче топлива (при полной нагрузке двигателя), называется скоростной внешней характеристикой, а полученные при неполной подаче топлива - частичными.

В соответствии с рисунком 2.1 на типовых характеристиках двигателей видно, что значения эффективной мощности Νе увеличиваются сначала почти пропорционально угловой скорости ωе, в некоторой точке (c) мощность достигает максимума. При дальнейшем увеличении угловой скорости эффективная мощность двигателя начинает снижаться. Следует отметить, что максимум мощности и крутящего момента развивается не при одинаковой угловой скорости.

Максимум крутящего момента достигается при меньшей угловой скорости, чем максимум эффективной мощности. Рассмотренный график зависимостей показателей двигателя от угловой скорости называется скоростной характеристикой двигателя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подпись: 6

 

 

Подпись: 8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если нанести на график соответствующие значения удельного рас

 

Если нанести на график соответствующие значения удельного расхода топлива г/(Вт×ч) ge =GT/Ne (здесь GT – часовой расход топлива граммах за один час работы), то кривая расхода будет иметь минимум в точке b'', соответствующей наилучшей экономичности двигателя.

 

При холостом ходе двигатель развивает наибольшую угловую скорость wmax. С появлением внешней нагрузки регулятор увеличивает подачу топлива в цилиндры, перемещая рейку топливного насоса. В результате крутящий момент двигателя и его эффективная мощность соответственно увеличиваются при одновременном снижении угловой скорости. Когда рейка топливного насоса переместится на расчетную величину, соответствующую эффективному минимальному удельному расходу топлива, эффективная мощность двигателя достигнет максимального значения при работе с регулятором (точка b).

Регламентирующую максимальную мощность, развиваемую двигателем при работе с регулятором, называют номинальной мощностью двигателя и обозначают Nен. Крутящий момент двигателя и угловая скорость вала двигателя, соответствующие номинальной мощности, называют номинальным моментом Μн (точка b') и номинальной угловой скоростью ωн. Кривая (аbс) называется регуляторной характеристикой.

Разность угловых скоростей ωmax – ωн зависит от степени неравномерности регулятора. Ветви кривых, соответствующие работе двигателя в диапазоне угловых скоростей от ωmax до ωн, называют рабочей характеристикой с однорежимным регулятором, является наклонная прямая (bс). При всережимном регуляторе такие ветви могут быть организованы от любой точки участка (аb) регуляторной характеристики.

Дальнейшее увеличение внешних сопротивлений приводит к перегрузке двигателя и сопровождается интенсивным снижением угловой скорости коленчатого вала. Работа двигателя при перегрузках протекает без регулятора (если не считать влияния корректора), поэтому участки кривых, расположенные слева от точки wн, называют перегрузочными или безрегуляторными ветвями. При перегрузках крутящий момент двигателя сначала возрастает до точки a', главным образом в результате действия корректора, увеличивающего по мере снижения угловой скорости цикловую подачу топлива в цилиндры. При угловой скорости wmin крутящий момент достигает максимального значения Mmax, при дальнейшем снижении угловой скорости он уменьшается ввиду ухудшения условий протекания рабочего процесса. Эффективная мощность на перегрузочном участке все время снижается по мере уменьшения угловой скорости.

Участки характеристики, лежащие левее точки wmin (см. рис. 2.1), считаются нерабочими, так как при дальнейшем увеличении нагрузки двигатель не может развить большего момента. На этих участках двигатель работает неустойчиво и при дополнительной перегрузке останавливается.

Текущее значение эффективной мощности определяют по следующей эмпирической зависимости

 (1)

где a, b и c – коэффициенты, зависящие от типа и конструкции двигателя (для карбюраторного двигателя a = b = c = 1; для дизельного трехтактного двигателя с предкамерой a = 0.6, b = 1.4 и c = 1; для дизельного четырехтактного двигателя с вихревой камерой a = 0.7, b = 1.3 и c = 1.0; для дизельного четырехтактного двигателя с непосредственным впрыском топлива a = 0.53, b = 1.56 и c = 1.09;

     Ne мах – эффективная максимальная мощность двигателя, кВт;

     wе – текущее значение угловой скорости коленчатого вала двигателя, рад/с;

     ωΝ – угловая скорость коленчатого вала двигателя при максимальной мощности, рад/с.

Для построения скоростной внешней характеристики отношение  we/wN берут в пределах от 0.2 до 1.2 с интервалом 0.2 для карбюраторных и от 0.2 до 1.0 для дизельных двигателей.

Крутящий момент на коленчатом вале двигателя для тех же значений угловой скорости определят по формуле

(2)

где MN – момент на коленчатом вале при максимальной мощности двигателя определяют из соотношения      MN  = 1000Ne max /ωN, Н·м Текущее значение удельного расхода топлива определяют по формуле:

 

 (3)

geN - удельный расход топлива на режиме максимальной мощности geN = (1,05-1,10) ge min

 

ge min - минимальный удельный расход топлива. Коэффициенты уравнения регрессии для карбюраторных двигателей равны: b0=b1=1,2; b2=1,0. Для  дизельных двигателей  b0=b1=1,55; b2=1,0. Используя текущие значения удельного расхода топлива и эффективной мощности, определяют соответствующие им значения часового расхода топлива из соотношения: Gt=geNe, кг/ч;

Пример расчета параметров внешней скоростной характеристики для варианта № 01 представлен в таблице 2.1

 

Таблица 2.1 Параметры внешней скоростной характеристики двигателя ЗМЗ-24Д

Параметры

Ед. изм.

Текущие значения параметров

e/N

-

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

Ne

кВт

16.3

34.8

52.2

65.1

70.2

64.0

Me

Н·м

180.8

193.4

193.4

180.9

156.0

118.5

e

Рад/с

90

180

270

360

450

540

ge

г/(кВт·ч)

357

314

300

314

357

428

GT

кг/ч

5.8

10.9

15.6

20.4

25.1

27.4

 

По данным таблицы 2.1 строят скоростную внешнюю характеристику двигателя.