Характеристики двигателей внутреннего сгорания.
В ДВС газы, образующиеся при сгорании смеси, перемещая поршни, совершают полезную работу, вследствие чего двигатель развивает определенную мощность.
Мощность — это работа, производимая в единицу времени (в 1 с).
Мощность, равная 750 Н м /с (75 кгс м /с), называется лошадиной силой (л.с.).
Мощность ДВС измеряется так же в киловаттах, 1 кВт равен 1,36 л. с.
Мощность, развиваемая газами внутри цилиндров двигателя, называется индикаторной мощностью.
Мощность, которая может быть снята с коленчатого вала двигателя и использована для осуществления движения автомобиля, называется эффективной.
Часть давления, создаваемого газами внутри цилиндров, затрачивается на трение между деталями (в основном поршней о стенки цилиндров и подшипников коленчатого вала) и на приведение в действие ряда механизмов двигателя (вентилятора, жидкостного насоса и т .п .). Поэтому эффективная мощность, снимаемая с коленчатого вала двигателя, всегда будет меньше индикаторной мощности, развиваемой газами внутри цилиндров, на величину указанных внутренних потерь.
Величина этих потерь оценивается механическим козффициентом полезного действия (КПД), представляющим собой отношение эффективной мощности двигателя к индикаторной. Для современных высокооборотных автомобильных двигателей значение этого коэффициента равно 0,7...0,8 , а для дизелей — 0,6...0,7.
Эффективная мощность двигателя зависит от давления газов внутри цилиндров. При увеличении давления газов мощность возрастает.
Давление газов в цилиндре при рабочем ходе является переменной величиной. Например, в карбюраторных двигателях давление газов изменяется от наибольшего значения (250...300 МПа) в начале рабочего хода до наименьшего значения (30...40 МПа) в его конце.
При подсчете мощности двигателя принимается некоторое среднее постоянное значение давления газов, которое производит ту же работу за цикл, что и переменное действительное давление газов. Значение этого давления зависит от количества горючей смеси, поступающей в цилиндры, ее состава и других характеристик, т.е. от режима работы двигателя.
Среднее давление газов с учетом внутренних потерь при полной подаче горючей смеси составляет для автомобильных карбюраторных двигателей примерно 70...90 МПа, а для дизелей без турбонаддува — 60...70 МПа, с турбонаддувом — до 100 МПа. Это давление называется средним эффективным давлением.
Работа, производимая газами, а следовательно, и мощность двигателя зависят от площади поршня и его хода, т.е. от рабочего объема цилиндра, а также от числа цилиндров и частоты вращения коленчатого вала в минуту.
Кроме того, мощность двигателя зависит от его тактности: в четырехтактном двигателе рабочий ход в каждом цилиндре совершается через каждые два оборота коленчатого вала, а в двухтактном — через каждый его оборот.
Зависимость эффективной мощности двигателя, кВт, от всех перечисленных параметров может быть выражена формулой:
где: ре — среднее эффективное давление газов, Н /м2;
ic — число цилиндров;
Vh — рабочий объем одного цилиндра, м3;
n — частота вращения коленчатого вала, мин-1;
1000 — переводной коэффициент;
z — коэффициент тактности двигателя (для четырехтактного процесса z= 4).
Из рассмотренных параметров постоянными, т.е. зависящими только от конструкции двигателя, являются размеры цилиндра, число цилиндров и тактность двигателя.Остальные параметры переменные и зависят от режима работы двигателя и его состояния, а следовательно, от его правильной эксплуатации и технического обслуживания.
При грамотной эксплуатации двигателя, его тщательном регулировании можно получить наибольшую мощность.
Очень важным параметром, характеризующим работоспособность двигателя, является крутящий момент, развиваемый на его валу.
Крутящим моментом называется произведение силы на плечо ее действия. Таким образом, крутящий момент М измеряется в ньютонах на метр (Нм).
При работе двигателя на его валу развивается определенный крутящий момент, который через трансмиссию передается ведущим колесам и приводит автомобиль в движение. Крутящий момент двигателя зависит от величины силы Т, приложенной к кривошипам вала, и от радиуса кривошипа.
Между эффективной мощностью Ne, кВт, развиваемой двигателем, частотой вращения двигателя n, мин-1, и крутящим моментом Мк, Нм, существует следующее соотношение:
Экономичность работы автомобильного двигателя измеряется количеством топлива в граммах, израсходованного на каждую единицу мощности (1 кВт) за 1 ч. Эта величина называется удельным расходом топлива ge, она измеряется в граммах на киловатт-час.
Удельный расход топлива зависит от совершенства конструкции двигателя, его обслуживающих систем и в значительной мере от состояния двигателя, качества его технического обслуживания и регулировки.
При хорошем состоянии двигателя можно значительно повысить экономичность его работы.
Суммарный (общий) расход топлива двигателем характеризуется расходом топлива в килограммах за 1 ч работы.
Эта величина называется часовым расходом топлива Gт и измеряется в килограммах в час.
Эффективная мощность двигателя, развиваемая им при работе, изменяется в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя. По мере увеличения частоты вращения коленчатого вала мощность двигателя возрастает, но до известного предела, определенного для каждого двигателя. При дальнейшем повышении частоты вращения мощность начинает уменьшаться вследствие того, что цилиндры не успевают за все более сокращающиеся промеж утки времени наполняться достаточным количеством горючей смеси или воздуха, а также из-за ухудшения процесса сгорания топлива и увеличения потерь на трение в самом двигателе.
Поэтому при указании максимальной мощности двигателя всегда приводится частота вращения коленчатого вала, которой эта мощность соответствует.
С изменением частоты вращения коленчатого вала двигателя кроме мощности соответственно изменяются крутящий момент Мк и удельный расход топлива ge .
Зависимость всех этих параметров от частоты вращения коленчатого вала при работе двигателя с полной подачей топлива (дизель) или при полностью открытой дроссельной заслонке (карбюраторный двигатель) представляют в виде графика, который называется внешней скоростной характеристикой двигателя.
Эта характеристика получается путем соответствующих испытаний двигателя и является основной характеристикой, определяющей все параметры двигателя: мощность, крутящий момент и топливную экономичность.
Важным удельным параметром, характеризующим совершенство поршневого ДВС, является литровая мощность Nл, т. е. наибольшая мощность двигателя, приходящаяся на 1 л его рабочего объема. Чтобы определить литровую мощность, нужно наибольшую мощность двигателя Ne, кВт, разделить на рабочий объем Vл, л:
avtomehi.ru
В двигателе внутреннего сгорания выделяющиеся при сгорании топлива газы давят на поршень, и через преобразующий механизм выполняют механическую работу по вращению коленчатого вала двигателя. Затем эта работа используется для вращения ведущих колес автомобиля. Любой двигатель обладает определенной мощностью и крутящим моментом. Большинство людей при оценке автомобиля в первую очередь обращают внимание на мощность его двигателя и не очень интересуются крутящим моментом, хотя его значение существенно влияет на поведение автомобиля на дороге. Крутящий момент на вале двигателя представляет собой произведение величин силы и длины плеча ее действия. Современной единицей измерения крутящего момента является ньютонометр (Н•м). Крутящий момент, создаваемый двигателем, зависит от рабочего давления внутри цилиндра двигателя, площади поршня, радиуса кривошипа коленчатого вала и ряда других параметров. Поскольку время воздействия давления газов на поршень изменяется при изменении частоты вращения коленчатого вала двигателя, крутящий момент также изменяется. Если умножить величину крутящего момента, соответствующую определенной частоте вращения вала двигателя, на его угловую скорость, получим значение мощности двигателя, развиваемой при этой скорости. Начиная с XVIII в., единицей измерения мощности была лошадиная сила. Современной международной единицей измерения мощности является киловатт(кВт). При этом лошадиную силу (л. с. ) довольно часто продолжают указывать в технических характеристиках автомобильных двигателей. Для того, чтобы перевести мощность, указанную в киловаттах, в лошадиные силы, нужно умножить ее значение на 1, 34.
Внешняя скоростная характеристика ДВС:Ne — эффективная мощность;Me — эффективный крутящий момент;Mmax — максимальный крутящий момент;Nmax — максимальная мощность;МN — крутящий момент, соответствующий максимальной мощности;ω — угловая скорость вала двигателя
Профессиональные автомобилисты для оценки работы двигателя используют скоростные характеристики, которые представляют собой зависимость крутящего момента двигателя и его мощности от угловой скорости или частоты вращения его вала, они называются «скоростные характеристики двигателя». Скоростные характеристики реальных двигателей получают при их испытаниях на специальных стендах. Очевидно, что значения показателей двигателя будут зависеть от количества поступающего в двигатель топлива, то есть от положения педали «газа». Зависимость скорости автомобиля, полученная при максимальной подаче топлива в цилиндры двигателя, называется «внешней скоростной характеристикой» (ВСХ). На графике скоростной характеристики отмечаются минимальные и максимальные обороты коленчатого вала двигателя. Как можно заметить из приведенной скоростной характеристики ДВС, крутящий момент достигает своего максимального значения при средних оборотах вала, а затем, при дальнейшем увеличении частоты вращения, снижается. Хорошо это или плохо? Давайте представим себе автомобиль, который движется по ровной горизонтальной дороге с максимальной скоростью, а его двигатель имеет такую кривую изменения крутящего момента. Максимальная скорость наступает при оборотах двигателя, близких к наибольшим, когда сила, приложенная к ведущим колесам автомобиля и соответствующая крутящему моменту двигателя при этих оборотах, увеличенному с помощью трансмиссии, уравняется с силами сопротивления движению, действующими на автомобиль. Если на дороге перед этим автомобилем возникнет даже небольшой подъем, сила сопротивления увеличится, а обороты двигателя уменьшатся. Что же произойдет при этом с крутящим моментом двигателя?Из скоростной характеристики можно заметить, что уменьшение оборотов двигателя приведет к небольшому увеличению крутящего момента. Если подъем на дороге не очень велик, то этого увеличения крутящего момента, подводимого к ведущим колесам, может хватить для его преодоления без перехода на более низкую передачу в трансмиссии автомобиля. Другими словами, двигатель с падающей характеристикой крутящего момента хорошо приспосабливается к увеличению сопротивления движению автомобиля. Причем, чем круче опускается кривая момента на скоростной характеристике при увеличении угловой скорости вращения вала двигателя, тем лучшей приспосабливаемостью он обладает.Электрический двигатель имеет максимальное значение крутящего момента при минимальных оборотах, и при их увеличении крутящий момент постоянно снижается. Поэтому у электромобиля трансмиссия значительно упрощается — ему не нужна коробка передач. Любой автомобильный двигатель представляет собой совокупность механизмов и систем. Основными механизмами четырехтактного поршневого двигателя внутреннего сгорания являются кривошипно-шатунный механизм (КШМ) и газораспределительный механизм (ГРМ).
wiki.zr.ru
Автомобильные двигатели работают в широком диапазоне изменения скоростных и нагрузочных режимов.
Режим работы двигателя — это его состояние, характеризующееся совокупностью показателей.
Основными показателями, определяющими рабочий режим, являются частота вращения коленчатого вала, нагрузка на двигатель и температура. Если значения этих показателей в процессе работы двигателя остаются неизменными, режим называется установившимся. В случае изменения хотя бы одного из них режим считается неустановившимся.
Характеристикой двигателя называется совокупность зависимостей основных показателей его работы от эксплуатационных, конструктивных и других факторов.
Характеристики двигателя определяют его эксплуатационные качества, уровень технического совершенства, правильность регулировок, а также его назначение.
Характеристики двигателя определяются, как правило, на установившихся режимах, несмотря на то, что в реальных условиях двигатели работают при их непрерывном изменении, так как учесть одновременное влияние всех факторов на работу двигателя затруднительно. Поэтому характеристики получают на специально оборудованных испытательных стендах, где возможно исследование различных показателей в зависимости от изменения одного фактора. Основными показателями работы двигателя являются эффективная мощность Ne, крутящий момент Мk, часовой расход топлива Gт и удельный эффективный расход топлива ge.
В зависимости от параметра, принимаемого в качестве независимой переменной, различают три основные группы характеристик:
Наиболее значимыми являются нагрузочные и скоростные характеристики, позволяющие оценить экономические и мощностные качества двигателей на различных режимах работы.
Так как основные показатели работы двигателей зависят от одних и тех же параметров цикла, то характеристики являются наиболее наглядным средством анализа рабочего процесса двигателя.
Общая методика исследования рабочих характеристик двигателя предусматривает следующие направления работы:
ustroistvo-avtomobilya.ru
Категория:
Автомобили и трактора
Характеристики двигателейДля оценки технико-экономических показателей двигателей при работе их в различных эксплуатационных условиях пользуются характеристиками двигателей. Характеристикой двигателя называется зависимость какого-либо .основного показателя работы двигателя от другого показателя или фактора, влияющего на его работу.
Работа двигателя характеризуется его эффективной мощностью Ne, средним эффективным давлением ре, крутящим моментом на коленчатом валу Мк, частотой вращения пе коленчатого вала, а также часовым Ge и удельным ge расходами топлива. Мощность и крутящий момент двигателя зависят от частоты вращения коленчатогб вала и величины среднего эффективного давления.
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.
Характеристики, полученные при неполных открытиях дроссельной заслонки или подачах топлива, называются частичными скоростными характеристиками.
Внешняя скоростная характеристика карбюраторного двигателя показана на рис. 268, а. На малой частоте вращения коленчатого вала среднее эффективное давление в цилиндрах двигателя невелико, так как сгорание топлива протекает медленно и сопровождается большой теплоотдачей. Поэтому при малой частоте вращения коленчатого вала мощность двигателя также невелика. По мере увеличения частоты вращения коленчатого вала до пе2 среднее эффективное давление увеличивается за счет улучшения условий сгорания смеси и кривая мощности круто поднимается вверх. Однако этот рост по мере дальнейшего увеличения частоты вращения начинает замедляться вследствие уменьшения среднего эффективного давления, за счет уменьшения коэффициента наполнения и увеличения механических потерь. При некоторой частоте вращения пеА кривая мощности достигнет своего максимума, а затем начинает падать, так как уменьшение среднего эффективного давления начинает оказывать большее влияние, чем увеличение частоты вращения вала.
Максимальное значение крутящего мо-.мёнта Ме тах имеет место при небольшой частоте вращения коленчатого вала двигателя пеЛ. Кривая Ме падает на большой частоте вращения вследствие возрастания механических потерь, а на малой частоте вращения вследствие ухудшения использования тепла топлива. Если обозначить через МеХ крутящий момент двигателя при максимальной мощности, то отношение К “ Ме шах!МеЛ называется коэффициентом приспособляемости, который характеризует способность двигателя преодолевать возросшее сопротивление без перехода на низшую передачу и является показателем динамических качеств двигателя. Величина К для карбюраторных двигателей колеблется в пределах 1,1 —1,4, а для дизельных 1,05—1,15.
Рис. 268. Внешняя скоростная характеристика:а — карбюраторного двигателя; б — дизельного двигателя —
Удельные расходы топлива gp имеют большие значения на малой частоте вращения вследствие замедленного протекания процесса сгорания и большей теплоотдачи через стенки цилиндра, а при большой частоте вращения вследствие резкого возрастания механических и тепловых потерь.
Внешняя скоростная характеристика дизельного двигателя (рис. 268, б) снимается при неподвижной рейке топливного насоса, обеспечивающего максимальную подачу топлива на определенном скоростном режиме, бездымной работе и наивыгоднейшем угле опережения вспрыска топлива.
Работа дизельного двигателя с дымлением недопустима, так как при этом происходят быстрый выход из строя форсунок и закоксовывание поршневых колец. Поэтому внешняя скоростная характеристика обычно ограничивается пределом дымления.
Кривая крутящего момента Ме у дизельных двигателей проходит более полого, чем у карбюраторных. Поэтому запас крутящего момента у дизельных двигателей меньше. Одна скоростная характеристика не является достаточным материалом для оценки качеств двигателя, так как работа при полностью открытой дроссельной заслонке (или при полной подаче) не является единственно возможным режимом. Поэтому в дополнение к скоростной характеристике с двигателя снимают нагрузочную характеристику.
Рис. 269. Нагрузочная характеристика карбюраторного двигателя
Так как автомобильный двиг атель при эксплуатации работает в весьма широком диапазоне частоты вращения коленчатого вала, то с двигателя снимается не одна, а несколько нагрузочных характеристик.
На рис. 269 представлена нагрузочная характеристика карбюраторного двигателя. При полном открытии дроссельной заслонки удельные расходы топлива равны удельным расходам по скоростной внешней характеристике при этой же частоте вращения. При холостом ходе Ne 0, а часовой расход топлива имеет конечное значение; поэтому удельный расход топлива равен бесконечности.
Каждая кривая снимается для одной постоянной частоты вращения коленчатого вала, а переход от одной точки кривой к другой осуществляется при помощи большего или меньшего открытия дроссельной заслонки; при этом постоянная частота вращения коленчатого вала поддерживается увеличением или уменьшением нагрузки на двигатель.
Изменение часовых расходов топлива происходит почти по прямолинейному закону. Резкий изгиб кривых вверх при нагрузках, близких к наибольшим, происходит вследствие включения экономайзера. Увеличение удельного расхода топлива при небольших открытиях дроссельной заслонки обусловлено обогащением горючей смеси.
Увеличение удельного расхода топлива на прикрытой дроссельной заслонке происходит вследствие ухудшения рабочего процесса двигателя, а также понижения механического КПД.
Нагрузочная характеристика дизельного двигателя снимается при переменном расходе топлива и постоянной частоте вращения коленчатого вала. В этом случае количество воздуха, поступающего в цилиндр за цикл, остается постоянным и поэтому будет изменяться коэффициент избытка воздуха а.
Кривые, показывающие зависимость мощности и экономичности двигателя от расхода топлива, состава смеси, температуры масла и воды, угла опережения зажигания, угла опережения впрыска топлива и т. д., называются регулировочными характеристиками. Эти характеристики необходимы для выявления наивыгоднейших условий работы двигателя в зависимости от вышеуказанных факторов и оценки степени совершенства его регулировки.
Регулировочные характеристики снимают как при полной, так и при частичных нагрузках. Наиболее часто снимают регулировочные характеристики по расходу топлива, показывающие изменение мощности Ne двигателя и удельного расхода топлива ge в зависимости от часового расхода топлива GT при постоянной частоте вращения коленчатого вала и оптимальном угле опережения зажигания.
На рис. 270, а представлена регулировочная характеристика по расходу топлива карбюраторного двигателя. Характеристика имеет две существенные точки: одну, соответствующую максимальной мощности, а другую — минимальному удельному расходу топлива.
Область регулировок карбюратора должна находиться между регулировкой на минимум удельного расхода топлива и регулировкой на максимум мощности .
Регулировочная характеристика по углу опережения зажигания представлена на рис. 270, б. Из приведенной характеристики видно, что с увеличением угла опережения зажигания до 25° мощность двигателя растет, а удельный расход топлива уменьшается. При дальнейшем увеличении угла опережения зажигания мощность двигателя снижается и удельный расход топлива увеличивается. Следовательно, на данном режиме оптимальный угол опережения зажигания составляет 25°.
Характеристика холостого хода представляет собой кривую изменения часового расхода в зависимости от частоты вращения коленчатого вала. Эта характеристика снимается для суждения об экономичности работы двигателя при холостом ходе.
Регулировка системы питания при этом устанавливается таким образом,
Рис. 270. Регулировочные характеристики двигателя
Рис. 271. Характеристика холостого хода двигателя ЗИЛ-130
На рис. 271 приводится характеристика холостого хода двигателя ЗИЛ-130.
Читать далее: Испытание двигателей
Категория: - Автомобили и трактора
stroy-technics.ru
Как все знают, большинство автомобилей имеют в качестве мотора - двигатель внутреннго сгорания. ДВС достаточно сложен в конструкции, особенно если автовладелец не имеет автомобильного образования.
При покупке автомобиля мы, конечно же, интересуемся мощностью двигателя, но существует еще множество характеристик, которые следовало бы знать.
Давайте их разберем.
1. Количество цилиндров. Современные автомобили имеют от 2 до 16 цилиндров, от них зависит мощность, расход топлива. Однако, эти показатели могут сильно отличаться на разных двигателях с одинаковым количеством цилиндров.
2. Расположение цилиндров. Наиболее распространены двухрядное (V-образное) расположение цилиндров и рядное (последовательное). Здесь угол развала цилиндров играет важную роль. Малый угол понижает инерционность, вес, но имеет недостаток - более быстрый перегрев. Большой угол позволяет снизить центр тяжести, улучшает подачу масле и охлаждение, но повышает инерционность и ухудшает динамические характеристики.
Стоит отметить, что двигатель с рядным расположением и четным количеством цилиндров работает наиболее тихо и с наименьшим уровнем вибраций.
3. Объем камеры сгорания (объем двигателя).
Чем больше объем, тем выше мощность и расход топлива.
4. Материал двигателя. Как правило двигателя изготавливают из чугун и ферросплавов (большой вес и наибольшая прочность), аллюминия и его сплавов (средняя прочность и малый вес) или магниевых сплавов (высокая прочность, малый вес и высокая цена). По этому показателю можно судить только об уровне шумов, вибраций и ресурсе двигателя.
Наиболее важными являются следующие характеристики двигателя внутреннего сгорания:
1. Мощность. Она определяет время разгона автомобиля и скорость. Измеряется в кВт или л.с. (лошадиных силах).
2. Крутящий момент определяет максимальное тяговое усилие, измеряется в Ньютон-метрах (Нм). Определяет способность автомобиля ускоряться на низких оборотах, влияет на скорость.
3. Максимальное число оборотов коленчатого вала (об/мин).
Чем выше этот показатель, тем более динамичным и резким будет автомобиль.
4. Расход топлива. Расход измеряется в литрах на 100 километров. В городском, смешанном или загородном циклах он будет различен.
5. Тип потребляемого топлива. Топливом для авто может быть бензин, дизель, газ. Бензин характеризуется октановым числом (числом воспламеняемости). При снижении октанового числа падает мощность и снижается ресурс двигателя. При повышении сверх нормы - мощность повышается, но ресурс двигателя также cнижается. Также при повышении октанового числа одним из негативных последствий является повышенная теплоотдача, что может приводить к раннему перегреву двигателя.
6. Расход масла (л/100км). Для исправной машины максимальный показатель составляет 1л/1000 км.
7. Марка масла, используемая в двигателе. Стандартное обозначение 10W40, 15W40. Первое число - густота масла, второе - его вязкость. Более вязкие и густые масла повышают надежность и прочность двигателя, менее густые - улучшают динамические показатели.
Никогда не заливайте трансмиссионные масла в двигатель. Это приведет к его неисправности.
auto-11rus.ru
В двигателе внутреннего сгорания выделяющиеся при сгорании топлива газы давят на поршень и через преобразующий механизм выполняют механическую работу по вращению коленчатого вала двигателя. Затем эта работа используется для вращения ведущих колес автомобиля. Любой двигатель обладает определенной мощностью и крутящим моментом. Большинство людей при оценке автомобиля в первую очередь обращают внимание на мощность его двигателя и не очень интересуются крутящим мо ментом, хотя его значение существенно влияет на поведение автомобиля на дороге. Крутящий момент на вале двигателя представляет собой произведение величин силы и длины плеча ее действия.
Современной единицей измерения крутящего момента является ньютонометр (Н-м). Крутящий момент, создаваемый двигателем, зависит от рабочего давления внутри ци линдра двигателя, площади поршня, радиуса кривошипа коленчатого вала и ряда других параметров. Поскольку время воздействия давления газов на поршень изменяется при изменении частоты вращения коленчатого вала двигателя, крутящий момент также изменяется. Если умножить величину крутящего момента, соответствующую определен ной частоте вращения вала двигателя, на его угловую скорость, получим значение мощ ности двигателя, развиваемой при этой скорости. Начиная с XVIII в.,единицей измере ния мощности была лошадиная сила. Современной международной единицей измере ния мощности является киловатт (кВт). При этом лошадиную силу (л. с.) довольно часто продолжают указывать в технических характеристиках автомобильных двигателей. Для того чтобы перевести мощность, указанную в киловаттах, в лошадиные силы, нужно умножить ее значение на 1,34.
Ускорение, развиваемое автомобилем, которым так интересуется большинство водителей, как раз в основном и зависит от величины крутящего момента. Мощность двигателя определяет, главным образом, максимальную скорость автомобиля. Профес сиональные автомобилисты для оценки работы двигателя используют скоростные хара ктеристики, которые представляют собой зависимость крутящего момента двигателя и его мощности от угловой скорости или частоты вращения его вала (рис. 2.8). Скорост-
Рис. 2.8. Скоростная характеристика ДВС:Ne— эффективная мощность; Ме — эффек тивный крутящий момент; Мта х — макси мальный крутящий момент; Nmax— макси мальная мощность; MN— крутящий момент, соответствующий максимальной мощности; со — угловая скорость вала двигателя
ные характеристики реальных двигателей получают при их испытаниях на специаль ных стендах. Очевидно, что значения показателей двигателя будут зависеть от количества поступающего в двигатель топлива, то есть от положения педали
«газа». Зависимость скорости автомо биля, полученная при максимальной подаче топлива в цилиндры двигателя, называется внешней скоростной характе ристикой.
На графике скоростной характеристики отмечаются минимальные и максималь ные обороты коленчатого вала двигателя. Как можно заметить из приведенной ско ростной характеристики ДВС, крутящий момент достигает своего максимального значения при средних оборотах вала, а за тем при дальнейшем увеличении частоты вращения снижается. Хорошо это или пло хо? Давайте представим себе автомобиль, который движется по ровной горизонталь ной дороге с максимальной скоростью, а его двигатель имеет такую кривую изме нения крутящего момента. Максимальная скорость наступает при оборотах двигате ля, близких к наибольшим, когда сила,
приложенная к ведущим колесам автомобиля и соответствующая крутящему моменту двигателя при этих оборотах, увеличенному с помощью трансмиссии, уравняется с сила ми сопротивления движению, действующими на автомобиль. Если на дороге перед этим автомобилем возникнет даже небольшой подъем, сила сопротивления увеличится, а обороты двигателя уменьшатся. Что же произойдет при этом с крутящим моментом двигателя?
Из скоростной характеристики можно заметить, что уменьшение оборотов двигателя приведет к небольшому увеличению крутящего момента. Если подъем на дороге не очень велик, то этого увеличения крутящего момента, подводимого к ведущим коле сам, может хватить для его преодоления без перехода на более низкую передачу в трансмиссии автомобиля. Другими словами, двигатель с падающей характеристикой крутящего момента хорошо приспосабливается к увеличению сопротивления движению автомобиля. Причем, чем круче опускается кривая момента на скоростной характери стике при увеличении угловой скорости вращения вала двигателя, тем лучшей приспо- сабливаемостью он обладает.
Электрический двигатель имеет максимальное значение крутящего момента при мини мальных оборотах, и при их увеличении крутящий момент постоянно снижается. Поэтому у электромобиля трансмиссия значительно упрощается — ему не нужна коробка передач. Но об электромобилях мы поговорим немного позже.
Любой автомобильный двигатель представляет собой совокупность механизмов и сис тем. Основными механизмами четырехтактного поршневого двигателя внутреннего сгора ния являются кривошипно-шатунный механизм (КШМ) и газораспределительный механизм (ГРМ).
§8
poznayka.org
В зависимости от заданной скорости судна главные двигатели, непосредственно или через передачу соединенные с гребным винтом, работают на разных режимах, в широком диапазоне мощностей и при разных частотах вращения. Вспомогательные двигатели, спаренные с генераторами электрического тока, работают при постоянной частоте вращения, но с различной мощностью, определяемой нагрузкой на генератор (характеристики ДВС позволяют оценить его рабочие качества в различных условиях эксплуатации) .
Наибольшая мощность Nemax, которую двигатель может развивать ограниченное время (1—2 часа), называется максимальной. Мощность Ne ном, которую двигатель может развивать длительное время (она гарантируется заводом-изготовителем), называется номинальной. Мощность Ne экс которую двигатель фактически развивает в условиях эксплуатации, называется эксплуатационной. Обычно Ne экс = (0,85?0,9) Ne ном. Длительная мощность Ne экс, при которой достигается наименьший удельный эффективный расход топлива, называется экономической. Мощность Ne min , устойчиво развиваемая двигателем при минимальных ходах судна, называется минимальной.
Под характеристикой понимают графическое изображение зависимости технико-экономических показателей работы двигателя от других независимых показателей или факторов, влияющих на работу ДВС. Различают характеристики нагрузочные, скоростные и регуляторные.
Нагрузочная характеристика показывает, как изменяются мощность, удельный расход топлива, механический к. п. д. и другие параметры двигателя в зависимости от нагрузки при постоянной частоте вращения.
На рис. 208 дано изменение основных параметров ДВС при работе по нагрузочной характеристике.
Как видно из этого рисунка, ?м растет с увеличением нагрузки, причем вначале быстро, а затем медленнее. Изменение мощностей Ni и Ne характеризуют две прямые, причем расстояния между ними равно мощности механических потерь, т. е. Ni – Ne = Nм. Коэффициент а изменяется по закону прямой обратно пропорционально нагрузке. При определенном значении нагрузки, bе достигает наименьшего значения, а ?е — наибольшего; bi и ?i изменяются по закону прямой. Нагрузочные характеристики позволяют оценить основные показатели двигателя при работе на генератор электрического тока.
Скоростные характеристики показывают, как изменяются основные показатели двигателя с изменением частоты вращения его коленчатого вала. К скоростным характеристикам относятся внешние и винтовые.
Внешние показывают зависимость параметров двигателя от частоты вращения при постоянном количестве подаваемого топлива. При снятии характеристики регулируют подачу топлива, соответствующую той или иной мощности, и, оставляя затем подачу неизменной, производят испытания. Поэтому различают характеристики максимальных мощностей, номинальных и эксплуатационных.
Наибольший интерес представляет характеристика номинальных мощностей (рис. 209). Так как подача топлива за цикл неизменна, то рi и ре должны быть постоянными. Но из рис. 209 видно, что рi и ре с ростом частоты вращения несколько уменьшаются. Это объясняется тем, что уменьшается коэффициент подачи топливной системы вследствие увеличения насосных потерь и сжимаемости топлива. Характер кривых Ni и Ne определяется уравнением Ni = kpin (где k — постоянный числовой коэффициент для данного двигателя). С ростом частоты вращения увеличиваются потери Nм, уменьшается механический к. п. д. ?м и незначительно возрастают удельные расходы топлива bi и be.
Винтовые характеристики показывают характер изменения параметров двигателя при работе на винт (рис. 210). Характер кривой будет в основном определяться элементами винта. Ориентировочно можно считать Nе = сп3 (где с — коэффициент пропорциональности) .
При совмещении винтовой характеристики с внешней, построенной для номинального режима (рис. 211), они пересекаются в точке 1, где мощность двигателя полностью поглощается винтом. На других скоростных режимах двигатель значительно недогружен, что снижает экономические показатели двигателя.
Если частота вращения двигателя составляет n1, то его мощность N1 = сп13. При п2 мощность N2= сп23. Находим отношение
Из этого выражения можно определить частоту вращения двигателя при работе на любом мощностном режиме Ne:
vdvizhke.ru
