1 внешняя скоростная характеристика двигателя способы ее определения

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Главными размерами двигателя внутреннего сгорания являются: диаметр цилиндра D, количество цилиндров i, ход поршня S. Кроме того, к основным данным, характеризующим двигатель, относятся: мощность, число оборотов, удельный расход топлива, а также его габаритные размеры (длина, ширина и высота между крайними точками) и сухой вес (без топлива, масла и воды).

Работа газов. Работа, совершаемая газами в цилиндре двигателя, называется индикаторной работой. Работа за один цикл равна произведению силы давления газов на площадь поршня и на величину хода поршня:

где p_i — среднее индикаторное давление газов, н/м 2 ;

где V_S — объем рабочего цилиндра

причем, так как работа эквивалентна площади индикаторной диаграммы, ее можно назвать средней индикаторной работой, а величину p_i — средним индикаторным давлением

т. е. средним индикаторным давлением называется такое условное постоянное давление, которое, перемещая поршень в течение хода расширения, производит работу, равную индикаторной работе цикла.

Работа, полученная на конце коленчатого вала, называется эффективной работой двигателя. Она меньше индикаторной на величину работы, расходуемой двигателем на преодоление сопротивлений:

где L_m работа сопротивлений, называемая обычно работой механических потерь двигателя.

Эффективную работу по аналогии с индикаторной можно выразить в виде

где. р_е — среднее эффективное давление.

Таким образом, среднее эффективное давление представляет собой величину, при умножении которой на рабочий объем цилиндра V_s получают эффективную работу за цикл. Эта величина также является условной, но в отличие от р_e характеризует некоторую среднюю величину давления, пропорциональную полезной работе двигателя.

При неизменных оборотах коленчатого вала величина р_е для данного двигателя зависит от величины, передаваемой на привод мощности. Чем больше передаваемая мощность, тем больше среднее эффективное давление.

Следовательно, р_е определяет степень загруженности данного двигателя. Каждый двигатель может развивать определенное среднее эффективное давление, которому соответствует определенная мощность. В соответствии с наивыгоднейшим р_е заводом устанавливается номинальная мощность двигателя, которая гарантируется для работы на определенных оборотах коленчатого вала.

Мощность двигателя является основной его характеристикой. Выражается она в киловаттах.

Работа, совершаемая газами во всех цилиндрах в единицу времени, называется индикаторной мощностью двигателя, а соответствующая ей мощность, развиваемая двигателем на конце коленчатого вала и отдаваемая силовой передаче (на электрогенератор, приводной ремень, гребной винт) — эффективной, или действительной, мощностью двигателя. При этом

где N_e — эффективная мощность; N_i, — индикаторная мощность; N_m,- мощность механических потерь, затрачиваемая на преодоление сопротивлений.

Если двигатель делает п оборотов в секунду, то индикаторная мощность двигателя, имеющего i цилиндров, будет равна

где D — диаметр цилиндра, м; S— ход поршня, м; n — число оборотов вала в секунду; i- число цилиндров; р_i — среднее индикаторное давление, н/м г ; z — коэффициент тактности, показывающий, во сколько раз число оборотов вала больше числа циклов за один и тот же промежуток времени.

Приведенная формула справедлива для четырех- и двухтактных двигателей, причем для двухтактного двигателя простого действия z=1, для двухтактного с противоположно движущимися поршнями z = 0,5, а для четырехтактного z = 2.

Произведение (πD 2 /4)·S представляет собой величину рабочего объема цилиндра. Поэтому можно записать:

Аналогично выразится и эффективная мощность четырех-и двухтактного двигателей:

где р_е — среднее эффективное давление, н/м 2 .

В двигателях внутреннего сгорания работа совершается за счет тепла, выделяющегося при сгорании топлива. Преобразование его в индикаторную работу неизбежно связано с потерей части тепла. Величина, показывающая, какая доля от всего тепла преобразована в индикаторную работу в цилиндре двигателя, называется индикаторным коэффициентом полезного действия и представляет собою отношение

где В — секундный расход топлива, кг/сек;

Q_H P — низшая теплота сгорания топлива, кдж/кг.

Значения и. к. п. д. для разных двигателей составляют:

двухтактные дизели 0,35-0,50

четырехтактные дизели 0,42-0,50

карбюраторные двигатели 0,30-0,35

Эффективный к. п. д. η_e представляет собою отношение тепла, превращенного в работу на валу двигателя, ко всему затраченному теплу:

Значение η_e может быть также определено по формуле

Эффективный к. п. д. для различных двигателей имеет следую-щие значения:

дизели тихоходные 0,32-0,39

дизели быстроходные 0,32-0,41

карбюраторные двигатели 0,25-0,30

Для определения эффективной мощности надо от величины индикаторной мощности отнять часть мощности, расходуемой на трение в двигателе, что может быть достигнуто умножением на величину механического к. п. д.:

где η_m — механический к. п. д. двигателя.

Удельный расход топлива. Оценка экономичности двигателя внутреннего сгорания может быть произведена непосредственно по количеству топлива, затрачиваемого на получение полезной работы в единицу времени. Для этого введено понятие секундного расхода топлива на 1 квт g_e, являющегося отношением количества топлива G_e к полезной мощности N_e двигателя:

Чем совершеннее двигатель и чем лучше преобразуется в нем энергия топлива в полезную механическую работу, тем меньше удельный расход топлива.

На величину удельного расхода топлива значительно влияет степень сжатия: чем больше степень сжатия, тем меньше удельный расход топлива. Поэтому у дизелей удельный расход топлива значительно меньше, чем у карбюраторных двигателей, т. е. дизели экономичнее последних.

Тепловой баланс. В полезную эффективную работу обычно превращается лишь 25-41% тепла, получаемого в результате сжигания топлива в двигателе; остальная часть энергии сжигаемого топлива теряется в процессе работы двигателя.

Тепловой баланс характеризует распределение и потери тепла, вносимого в двигатель с топливом.

Количество тепла, распределяющееся по различным составляющим теплового баланса, подсчитывают в джоулях.

Уравнение внешнего теплового баланса имеет следующий вид:

где Q — тепло израсходованного топлива в двигателе;

Q_e — тепло, использованное на полезную эффективную работу двигателя;

Читать еще: Что добавить в двигатель чтобы не стучали гидрокомпенсаторы

Q_в — тепло, унесенное с охлаждающей водой;

Q_{в. г} — тепло, унесенное с выхлопными газами;

Q_н.с — тепло, получаемое при неполном сгорании;

Q_ост — так называемый остаточный член баланса, равный сумме всех неучтенных потерь теплоты. При определении величины теплового баланса в процентах уравнение будет иметь вид:

В данном случае каждое слагаемое в левой части уравнения представляет собой количество тепла в процентах по отношению ко всему теплу Q, т.е.

Располагаемое тепло Q практически определяют по низшей теплоте сгорания топлива Q_H P и секундному расходу топлива G_с кг/ч:

Тепло, использованное на полезную эффективную работу дизеля за 1 сек

На рис. 12 представлена диаграмма теплового баланса дизеля с наддувом.

Характеристики двигателей. Характеристиками двигателя называются кривые, определяющие зависимость мощности и крутящего момента от показателей числа оборотов вала, нагрузки, расхода топлива и т. д.

Характеристики составляются при испытаниях двигателя на стенде и загрузке его тормозом (гидравлическим, электрическим) либо винтом и используются для оценки двигателя при выборе его для силовой установки.

Различают характеристики: скоростные, нагрузочные и регулировочные. На последних мы не будем останавливаться, поскольку они различны для разных типов двигателей и не имеет практического смысла останавливаться на этом достаточно подробно.

Скоростные характеристики определяют зависимость мощности или крутящего момента от числа оборотов двигателя. Различают внешние и винтовые скоростные характеристики.

Внешние характеристики двигателя — это кривые зависимости максимальной мощности или крутящего момента от числа оборотов двигателя при наибольшей подаче топлива. Так как внешняя характеристика относится к работе двигателя при максимально допустимой подаче топлива, то она дает значения наибольших мощностей, которые можно получить от двигателя на разных числах оборотов.

Построив зависимость мощности трения от числа оборотов и взяв разность между индикаторной мощностью и мощностью трения при различных числах оборотов, можно получить кривую изменения N_e по числу оборотов.

Эффективная мощность всегда имеет максимальное значение при числе оборотов меньшем, чем то, при котором получается максимальное значение индикаторной мощности. Этот сдвиг максимальных мощностей объясняется уменьшением η_m по числу оборотов.

Увеличивая число оборотов, можно получить такой режим двигателя, при котором мощность трения окажется равной индикаторной мощности, а эффективная мощность будет равна нулю. Однако работа двигателя при числе оборотов, большем расчетного n, соответствующего максимальному значению эффективной мощности, конечно, нецелесообразна.

Зависимость р_е от числа оборотов n можно получить по формуле

Винтовыми характеристиками двигателей называются кривые зависимости мощности или крутящего момента от числа оборотов двигателя, работающего на гребной винт.

Мощность, поглощаемая винтом, изменяется пропорционально кубу числа оборотов, т. е.

Мощность двигателя, нагруженного винтом, при каждом числе оборотов равна мощности, поглощаемой винтом, поэтому

Таким образом, эффективная мощность двигателя по винтовой характеристике изменяется так же, как и мощность, поглощаемая винтом, т. е. пропорциональна кубу числа оборотов. Так как эффективная мощность двигателя по внешней характеристике меняется по другому закону, то двигатель, нагруженный винтом, при изменении числа оборотов должен регулироваться изменением положения дросселя в карбюраторных двигателях или подачей топливного насоса в двигателях с самовоспламенением.

Для двигателя при данном винте число оборотов n_max является максимально возможным. Этому числу оборотов соответствует максимальная мощность двигателя N_max. При числе оборотов n > n_max двигатель работать не может, так как при этом эффективная мощность двигателя (по внешней характеристике) растет медленнее, чем мощность, поглощаемая винтом (по винтовой характеристике).

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Внешняя скоростная характеристика — двигатель

Внешние скоростные характеристики двигателя ЗИЛ-130 при турбонаддуве и без него показаны на рис. 126, где также приведены избыточные давления наддува pH 0 05 — f — — f — 0.48 кгс / см2, зависящие от числа оборотов. [2]

Внешние скоростные характеристики двигателей внутреннего сгорания в относительных единицах приведены на рис. 2.13. Эти характеристики соответствуют 100 % — му открытию дроссельной заслонки карбюраторных двигателей и полной подаче топливного насоса дизеля. [3]

Помимо внешней скоростной характеристики двигателя , могут быть получены частичные характеристики, соответствующие различным положениям прикрытого дросселя. На рис. 16 6 приведены внешняя ( 100 %) и две частичных характеристики двигателя, соответствующие 40 и 20 / о открытия дроссельной заслонки. [4]

На рис. 11 показана внешняя скоростная характеристика двигателя и две частичные характеристики мощности двигателя N c, N c при уменьшенной подаче топлива. [5]

На рис. 17.14 приведены внешние скоростные характеристики двигателя В2 — 400 без корректора и с корректором — подачи топлива. [7]

Такую зависимость принято называть внешней скоростной характеристикой двигателя . [8]

Характер протекания кривой мощности, определяемой внешней скоростной характеристикой двигателя , зависит от изменения индикаторной мощности и мощности механических потерь и часовых расходов топлива при полной нагрузке на разных числах оборотов. [9]

Скоростная характеристика двигателя, снятая при максимальной подаче топлива, называется внешней скоростной характеристикой двигателя . [10]

Скоростная характеристика, соответствующая полному открытию дроссельной заслонки карбюраторного двигателя или полной подаче топливного насоса дизельного двигателя, называется внешней скоростной характеристикой двигателя . Таким образом, внешняя скоростная характеристика определяет наибольшие мощности, которые можно получить от данного двигателя при различных частотах вращения коленчатого вала. [11]

В первую очередь выполняют тепловой расчет двигателя для определения его основных размеров, термодинамических параметров и предполагаемой экономичности, а также выявления внешней скоростной характеристики двигателя и усилий, действующих на его основные детали. Полученные величины сравниваются с аналогичными величинами современных, хорошо зарекомендовавших себя двигателей. [12]

Если орган управления установлен на полную подачу топлива, характеристики М f ( п) и Nе f ( n ] носят название внешних скоростных характеристик двигателя . Кроме того, если внешняя скоростная характеристика получена при оптимальных значениях всех влияющих на величины М и N е параметров процесса, то характеристика называется абсолютной внешней скоростной. [13]

Читать еще: Глухой стук в двигателе ваз 2110 8 клапанов

Если орган управления установлен на полную подачу топлива, то характеристики М f ( n) и Ne f ( n) называются внешними скоростными характеристиками двигателя . Кроме того, если внешняя скоростная характеристика получена при оптимальных значениях всех влияющих на величины М и Ne параметров процесса, то каждая из указанных характеристик называется абсолютной внешней скоростной. [14]

Анализ влияния режимов работы двигателя с искровым зажиганием на его склонность к детонации показывает, что в основном наименьшее октановое число топлива, при котором отсутствует детонация, следует выбирать но внешней скоростной характеристике двигателя . [15]

Внешняя скоростная характеристика двигателя

тяговый приемистость автомобиль выбег

Внешней скоростной характеристикой двигателя называется зависимость мощности двигателя от частоты вращения коленчатого вала при полной подаче топлива или горючей смеси. На внешней скоростной характеристике приводится также зависимость крутящего момента

от частоты вращения коленчатого вала .

По формуле (1) находят значение крутящего момента при максимальной мощности двигателя:

, (1)

где Nemax – максимальная мощность двигателя, кВт;

nN – частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности, об/мин.

Далее находят коэффициент приспособляемости по моменту:

, (2)

где Memax – максимальный крутящий момент, Н∙м;

MeN – величина крутящего момента при максимальной мощности, Н∙м.

Коэффициент запаса крутящего момента:

(3)

Коэффициент приспособляемости по частоте определяется:

(4)

Так как двигатель дизельный и установлен на грузовом автомобиле, то он снабжен ограничителем максимальной частоты вращения коленчатого вала, следовательно коэффициенты «а», «b» и «с» нужно вычислять по формулам:

; (5)

(6)

. (7)

После определения коэффициентов a, b и c проводится их проверка по формуле (8):

0488 + ×1,845 – ×1,333 = 1.

По формуле (9), задавшись значением частоты вращения , находят величину мощности . В качестве начального значения принимают об/мин.

(9)

По формуле (1а) находят величину крутящего момента , соответствующую об/мин:

(1а)

Далее вычисления проводятся для всех значений . Результаты вычислений параметров внешней скоростной характеристики двигателя представлены в таблице П. 1. После этого строят внешнюю скоростную характеристику двигателя (рис. 1).

Рис. 1 Внешняя скоростная характеристика двигателя с ограничителем частоты вращения коленчатого вала: 1 – Ne=f(V); 2 – Me=f(V)

Основное производство
Основное производство — это множество производственных цехов (участков) с обеспеченными документацией исполнителями и средствами технологического оснащения, которые непосредственно воздействуют на ремонтируемые изделия. Основное производство также занято выпуском продукции для продажи или обмена. В основном производстве авторемонтных предприятий применяют цеховую, участковую или комбинированную структуры: Цеховую структуру используют на крупн .

Регулируемые перекрестки
При проезде регулируемых перекрестков проблемы мы создаем себе сами. ПДД запрещают выезжать на перекресток, если за ним образовался затор, который вынудит машину остановиться на пересечении улиц. Но обязательно находятся водители, которые считают, что правила – не для них. В результате через некоторое время регулируемый перекресток превращается в иллюстрацию к лекции о броуновском движении молекул. В таких ситуациях поможет только строгое выпол .

Выборочная реконструкция
Выборочная реконструкция автомобильных дорог выполняется в условиях недостаточного финансирования, когда отсутствует возможность исправления или перестройки всех участков, отличающихся повышенной аварийностью и низкими транспортно-эксплуатационными качествами. При этом мероприятия выполняются не на всем протяжении дороги, а на отдельных участках. Основными критериями для выбора участков, подлежащих выборочной реконструкции, являются: — уровен .

Устройство для получения скоростной характеристики двигателя внутреннего сгорания без нагрузки

Полезная модель относится к устройствам, позволяющим диагностировать двигатель внутреннего сгорания посредством определения его скоростной характеристики без нагрузки на холостом ходу при резком нажатии на педаль подачи топлива. Технически результат заключается в снятии кривой зависимости частоты вращения коленчатого вала двигателя от времени и ее дальнейшей обработке. Это достигается тем, что в двигатель устанавливаются датчики частоты вращения коленчатого вала и расхода топлива, соединенные через аналого-цифровой преобразователь с ПЭВМ.

Полезная модель относится к устройствам, позволяющим диагностировать двигатель внутреннего сгорания, посредством определения его скоростной характеристики без нагрузки на холостом ходу при резком нажатии на педаль подачи топлива.

Известен способ [RU 2009119973 А] определения технического состояния двигателя путем измерения его параметров при многократных разгонах и выбегах двигателя без нагрузки. Его недостатком является трудоемкость и получение средних для процесса параметров. Предлагаемое устройство позволяет определить характеристику по частоте вращения коленчатого вала при однократном разгоне от минимальной до максимальной частоты на холстом ходу (рис.1).

Характеристики холостого хода используют, в основном, для определения расхода топлива. Это действительно необходимо, так как работа автомобильного двигателя на холостом ходу на практике реализуется в 50% всех случаев. При резком нажатии на педаль дросселя проявляются максимальные возможности двигателя, а это позволяет использовать разгон (быстрое увеличение частоты вращения коленчатого вала) на холостом ходу для тестирования общего состояния двигателя.

Технически результат заключается в снятии кривой зависимости частоты вращения коленчатого вала двигателя от времени и ее дальнейшей обработке.

Технически результат достигается тем, что во впускном топливопроводе двигателя установлен датчик расхода топлива, а на шкиве коленвала установлен датчик частоты вращения коленчатого вала. Аналого-цифровой преобразователь обеспечивает преобразование аналогового сигнала в цифровую форму и усиление сигналов датчиков. Компьютер обеспечивает запись и обработку полученных результатов.

Сущность полезной модели представлена рисунками 1 и 2: на рис.1 изображен двигатель с датчиками, аналого-цифровым преобразователем и компьютером; на рис.2 представлена полученная зависимость эффективного момента двигателя от частоты вращения коленчатого вала.

Устройство состоит из двигателя внутреннего сгорания 1 (бензинового или дизельного) с воздушным фильтром 2, датчика расхода топлива 3, установленного во впускном топливопроводе, датчика частоты вращения коленчатого вала 6, закрепленном на шкиве коленвала 7. Аналого-цифровой преобразователь 4, обеспечивает преобразование аналогового сигнала в цифровую форму, усиление сигналов датчиков и их запись. Использовался АЦП L-154, работающий совместно с программой PowerGraph. Компьютер 5 обеспечивает запись и обработку полученных результатов. Для обработки результатов удобно использовать программы MathCAD или Excel, так как они дают возможность аппроксимировать полученные кривые и строить графики.

Читать еще: Что будет если номер двигателя не соответствует документам

Устройство работает следующим образом. Для реализации поставленных целей потребовалось обеспечить запись частоты вращения коленчатого вала в автоматическом режиме во временном интервале 3-5 секунд с шагом 10 миллисекунд. В качестве датчика частоты можно использовать датчик-генератор тахометра, напряжение которого преобразовано в однофазное и выпрямлено с помощью мостовой схемы на диодах. Два резистора: постоянный 20 кОм и переменный 13,2 кОм — снижают напряжение в соответствии с технической характеристикой L-154 (U_max=5,12 В) и обеспечивают «тонкую» регулировку с целью получения равенства напряжения в мВ и частоты вращения в об/мин.

Разгон на холостом ходу является совокупностью переходных процессов. Начинается он резким увеличением поступающего топлива и изменением состава и количества горючей смеси. Увеличение частоты вращения коленчатого вала двигателя является процессом, потребляющим вырабатываемую эффективную мощность двигателя, хотя формально потребитель отсутствует. Запись процесса разгона выполнялась при нейтральном положении рычага коробки переключения передач стенда для испытания двигателя, связывающей испытуемый двигатель с электротормозом. Уравнение движения вращающихся и перемещающихся масс двигателя запишется следующим образом

где M_i — индикаторный момент двигателя (Н·м); М_м — момент механических потерь двигателя (H·м), J — приведенный к оси вращения момент инерции вращающихся и возвратно-поступательно движущихся масс двигателя (кг·м 2 ); — угловая скорость вращения коленчатого вала двигателя (рад/с).

Определить момент инерции J можно по справочным данным двигателя или в эксперименте, произведя запись процесса замедления вращения коленчатого вала при выключении зажигания двигателя. Проинтегрировав предыдущее уравнение по , получим

где n — частота вращения коленчатого вала двигателя (об/мин); _H — начальная угловая скорость вращения коленвала; _K — конечная угловая скорость вращения коленвала. Отсюда можно найти одну оставшуюся неизвестную — J. Она несколько больше момента инерции для испытуемого двигателя, так как включает в себя момент инерции первичного вала коробки переключения передач.

Для нахождения момента механических потерь был реализован метод непосредственного измерения механических потерь с использованием электрического тормоза в режиме электродвигателя. На рычаге статора генератора с противоположной стороны был установлен дополнительный динамометр. Коленчатый вал проворачивался электродвигателем при отключенном зажигании и подаче топлива в испытуемом двигателе.

На рисунке 2 представлены результаты обработки полученных экспериментально кривых зависимости частоты вращения n от времени t при резком нажатии на педаль подачи топлива вплоть до момента срабатывания ограничителя частоты вращения коленвала. По этим кривым численно определялась производная угловой скорости ‘, умноженная на момент инерции J, как функция частоты вращения n. Левая часть уравнения показывает, что эта функция представляет собой зависимость эффективного момента М_е , производимого двигателем на холостом ходу при резком и полном открытии дроссельной заслонки, от частоты вращения n. Ее можно назвать скоростной характеристикой разгона на холостом ходу (сплошная линия, аппроксимирующая экспериментальные точки).

На характеристике можно выделить три участка. Первый участок (-точки) отражает влияние на происходящие процессы кратковременного обеднения горючей смеси в результате ее резкого разгона. Третий (-точки) определяется снижением мощности в результате срабатывания ограничителя частоты вращения коленвала. Средний участок описывает квазинеустановившиеся процессы. Он представляет максимальные возможности двигателя при полностью открытой дроссельной заслонке.

Логично сравнить средний участок характеристики с кривой момента по внешней скоростной характеристике двигателя (сплошная кривая без точек). По форме он близок к кривой момента. Штриховая линия есть кривая момента, умноженная на коэффициент 0,52, который можно назвать коэффициентом снижения момента на холостом ходу К_xx и определить выражением

где М_max — максимальный крутящий момент по внешней скоростной характеристике; М_xx — максимальный крутящий момент по характеристике разгона на холостом ходу.

Можно предположить, что коэффициент снижения момента на холостом ходу для нового двигателя не равен 1, так как неустановившийся режим не позволяет реализовать максимальный момент. Это значение может являться номинальным значением коэффициента К_xx как диагностического параметра.

Умножая кривую эффективного момента на частоту вращения коленвала f (об/сек), получим кривую эффективной мощности. Датчик измерения расхода топлива 3 позволяет изобразить кривую удельного расхода топлива. Таким образом, получаем график, состоящий из трех кривых, аналогичный внешней скоростной характеристике.

Представленное устройство и методика обработки первичных экспериментальных материалов обладает следующими преимуществами:

— для диагностирования двигателя предложенным способом не требуется специальный стенд с нагрузочным устройством;

— применяется ПЭВМ с аналого-цифровым преобразователем, используются стандартные программы для математической обработки результатов испытаний;

— диагностирование производится по рабочим процессам, а диагностический параметр (коэффициент снижения момента на холостом ходу К_xx) имеет простой и наглядный смысл.

Устройство для получения скоростной характеристики двигателя внутреннего сгорания без нагрузки, состоящее из двигателя внутреннего сгорания (бензинового или дизельного), отличающееся тем, что во впускном топливопроводе установлен датчик расхода топлива, на шкиве коленвала установлен датчик частоты вращения коленчатого вала, при этом устройство содержит аналого-цифровой преобразователь, обеспечивающий преобразование аналогового сигнала в цифровую форму, усиление сигналов датчиков и их запись, и компьютер, обеспечивающий запись и обработку полученных результатов.

голоса

Рейтинг статьи