Режимы и характеристики работы двс в зависимости от условий эксплуатации

Лекция 8

Режимы и характеристики работы двс в зависимости от условий эксплуатации

Введение

В случае использования двигателя в качестве энергетической установки па автомобиле следует учитывать, что в зависимости от дорожных условий, скорости движения и нагрузки автомобиля необходимые для движения мощность двигателя и частота вращения колончатого вала меняются в широких пределах. Опыт эксплуатации автомобилей показывает, что большую часть времени двигатель работает с неполной нагрузкой при различной частоте вращения.

Поршневой двигатель может воспри­нимать нагрузку, начиная с опреде­ленного режима, характеризуемого минимальной устойчивой частотой вращения коленчатого вала пmin. Если органы управления впуском топливовоздушной смеси или впрыском топлива установлены на максимальную подачу, то, начиная с указан­ной частоты вращения, наибольшая развиваемая двигателем мощность будет характеризоваться кривой. Такое изменение мощности в зави­симости от частоты вращения называют внешней характеристикой двигателя.

По ней определяются наибольшие мощности, кото­рые можно получить от данного дви­гателя при различных частотах враще­ния коленчатого вала. Характеристики, полученные при неполностью открытой дроссельной заслонке (неполной подаче топлива), называются частичными.

Для выявления экономичности работы двигателя при различных нагрузках служат нагрузочные характеристики - графики зависимости удельного и часо­вого расходов топлива от мощности, развиваемой двигателем, при постоян­ной частоте вращения коленчатого вала.

Рекомендуемые материалы

В связи с тем, что автомобильный двигатель работает в широком диапа­зоне частот вращения коленчатого ва­ла, для оценки его экономичности поль­зуются несколькими нагрузочными характеристиками, снятыми для различ­ных (но постоянных для каждой ха­рактеристики) частот вращения.

Графики, отображающие зависимость мощности и экономичности двигателя от коэффициента избытка воздуха (со­става смеси), угла опережения зажи­гания или впрыска, температуры масла и воды и других регулируемых факто­ров, характеризующих режим работы двигателя, называются регулировочны­ми характеристиками. Эти характери­стики служат для выявления наивы­годнейших условий работы двигателя в зависимости от указанных факторов и оценки степени совершенства его ре­гулировок.

1. Скоростные характеристики двигателя: определение, цель и условия получения, анализ, влияние типа двигателя.

2. Нагрузочные характеристики двигателей: определение , цель и условия получения, анализ, влияние типа двигателя.

3. Регулировочные характеристики: определение , цель и условия получения, анализ.

1. СКОРОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ: ОПРЕДЕЛЕНИЕ, ЦЕЛЬ И УСЛОВИЯ ПОЛУЧЕНИЯ, АНАЛИЗ, ВЛИЯНИЕ ТИПА ДВИГАТЕЛЯ.

Скоростные характеристики.

Скоростные характеристики двигате­ля - это графические зависимости ос­новных эффективных показателей его работы - мощности , крутящего мо­мента , часового и удельного расходов топлива и др. - от частоты вращения коленчатого вала при по­стоянном положении дроссельной за­слонки (или рейки топливного насоса) и установившемся тепловом состоянии.

Скоростные характеристики могут быть получены при различных, но по­стоянных для каждой характеристики положениях дроссельной заслонки или рейки топливного насоса. Скоростная характеристика, полученная при пол­ностью открытой дроссельной заслонке или полной подаче топлива (рейка топ­ливного насоса отведена до упора), на­зывается внешней скоростной характе­ристикой. По ней определяются наибольшие мощности, кото­рые можно получить от данного дви­гателя при различных частотах враще­ния коленчатого вала. Характеристики, полученные при неполностью открытой дроссельной заслонке (неполной подаче топлива), называются частичными.

На скоростной характеристике различают сле­дующие характерные частоты вращения коленчатого вала:

 - минимальная частота вращения, при которой возможна устойчивая работа двигателя при полном открытии дросселя;

 - частота вращения, соответствующая наибольшему крутящему моменту и наибольше­му среднему давлению;

 - частота вращения, соответствующая наибольшей мощности двигателя;

 - наибольшая возможная частота вра­щения коленчатого вала, устанавливаемая ограничителем или регулятором.

Поскольку дизели, как правило, ра­ботают при нагрузках, близких к мак­симальной, регулятор частоты враще­ния коленчатого вала настраивается так, чтобы наибольшая частота враще­ния не превышала той, которая соот­ветствует наибольшей возможной эф­фективной мощности по внешней ско­ростной характеристике .

Карбюраторные автомобильные дви­гатели в основном работают с неко­торой недогрузкой по мощности и, что­бы лучше использовать скоростные воз­можности двигателя, ограничитель максимальной частоты вращения настраи­вается так, чтобы она превышала при­мерно на 20 % частоту вращения ко­ленчатого вала, соответствующую наи­большей мощности двигателя по внешней скоростной характеристике . Практически автомо­бильный карбюраторный двигатель ра­ботает в интервале частот и . Именно в этом интервале производится переключение передач и имеет место минимальный удельный расход топлива.

Из приведенных скоростных характе­ристик видно, что кривая мощности имеет максимум. Мощность достигает максимума, когда влияние повышения частоты вращения коленчатого вала (частоты циклов) на увеличение мощ­ности полностью компенсируется умень­шением среднего эффективного давле­ния . С повышением частоты враще­ния коленчатого вала уменьшается за счет ухудшения процесса наполнения и возрастания механических потерь.

Максимальные крутящий момент и мощность двигателя имеют место при различных частотах вра­щения коленчатого вала. Отношение частоты вращения коленчатого вала при максимальном крутящем моменте к частоте вращения при максималь­ной мощности обычно составляет 0,4-0,7 (большие значения - для ди­зелей). Уменьшение крутящего момента после достижения максимума при уве­личении частоты вращения существенно влияет на устойчивость скоростного ре­жима работы двигателя. Как видно при работе дви­гателя с максимальной мощностью раз­виваемый крутящий момент значитель­но меньше максимального. Следова­тельно, двигатель имеет потенциальный запас крутящего момента, равный раз­ности максимального момента двигате­ля и момента сопротивления на дан­ном скоростном режиме.

Рис. 35. Внешняя скоростная характеристика карбюраторного двигателя.

Устойчивость скоростного режима работы двигателя за счет потенциального запаса крутящего момента оце­нивается с помощью коэффициента при­способляемости - отношения максимального крутящего момента к крутя­щему моменту при номинальном режи­ме: . В карбюраторных двигателях , а в дизе­лях - 1,05-1,15.

Рис. 36Внешняя скоростная характеристика дизеля.

Коэффициент приспособляемости ха­рактеризует способность двигателя пре­одолевать кратковременные перегрузки без переключения передач. Для этой же цели в ГОСТ 14846-69 введено по­нятие запаса крутящего момента (%), который подсчитывается по формуле.

Графики часового и удельного расходов топлива приводятся на скоро­стной характеристике для оценки эко­номичности двигателя при работе на различных скоростных режимах.

Часовой расход топлива при постоян­ном положении дросселя зависит глав­ным образом от частоты вращения коленчатого вала, а также от коэффи­циента наполнения. Поэтому по мере повышения частоты вращения часовой расход топлива растет сначала почти прямо пропорционально, затем начина­ет сказываться влияние коэффициента наполнения, и темп роста часового рас­хода снижается.

График эффективного удельного рас­хода топлива на скоростной характе­ристике имеет почти такой же вид, как и график индикаторного удельного рас­хода, анализ которого сделан ранее. Отличием графика эффективного удель­ного расхода от индикаторного являет­ся более крутой подъем его после точки минимума, что объясняется увеличе­нием механических потерь в двигателе.

2. НАГРУЗОЧНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ: ОПРЕДЕЛЕНИЕ, ЦЕЛЬ И УСЛОВИЯ ПОЛУЧЕНИЯ, АНАЛИЗ, ВЛИЯНИЕ ТИПА ДВИГАТЕЛЯ.

Нагрузочные характеристики.

Для выявления экономичности работы двигателя при различных нагрузках служат нагрузочные характеристики - графики зависимости удельного и часо­вого расходов топлива от мощности, развиваемой двигателем, при постоян­ной частоте вращения коленчатого вала.

Нагрузочную характеристику карбю­раторного двигателя иногда называют дроссельной, поскольку изменение мощ­ности в нем достигается изменением положения дроссельной заслонки.

В связи с тем, что автомобильный двигатель работает в широком диапа­зоне частот вращения коленчатого ва­ла, для оценки его экономичности поль­зуются несколькими нагрузочными характеристиками, снятыми для различ­ных (но постоянных для каждой ха­рактеристики) частот вращения.

Как видно из нагрузочной характе­ристики карбюраторного двигателя, при работе на холостом ходу, когда эффективная мощность равна нулю, а часовой расход топли­ва - величина конечная, эффективный удельный расход топлива стремится к бесконечности. При полном открытии дросселя удельные расходы равны удельным расходам по внешней скоро­стной характеристике при тех же ча­стотах вращения. Увеличение удельных расходов топлива на прикрытых дроссе­лях происходит вследствие ухудшения условий протекания рабочего процесса (уменьшения , увеличения ), а так­же уменьшения механического к. п. д. (индикаторная мощность уменьшается, а мощность механических потерь при постоянной частоте вращения практи­чески неизменна).

Рис. 37. Нагрузочная характеристика карбюраторного двигателя.

Изменение часовых расходов про­исходит почти по линейному закону. Резкое изменение кривых расхода топ­лива при нагрузках, близких к мак­симальной, объясняется включением экономайзера и обогащением вслед­ствие этого смеси.

Рис.38. Нагрузочная характеристика дизеля.

В дизелях при увеличении нагрузки, а, следовательно, и часового расхода топлива удельный расход вначале уменьшается (участок 1-2) вследствие снижения относительной величины механических потерь, а затем повышается из-за уменьшения . Точка 3 соответствует сгоранию топлива на границе начала дымления. Дальнейшее увеличение нагрузки требует резкого возрастания расхода топлива, что ведет к уменьшению . При максимально воз­можной мощности значение близко к единице. Если и дальше увеличивать подачу в цилиндры топлива, условия его сгорания будут хуже и мощность двигателя понизится. При этом удель­ный расход топлива будет увеличи­ваться.

Практически часовой расход топлива в дизелях не должен превышать зна­чения, определяемого точкой 3, так как при более высоких расходах дизель перегревается и дымит, что недопу­стимо.

3.РЕГУЛИРОВОЧНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ: ОПРЕДЕЛЕНИЕ, ЦЕЛЬ И УСЛОВИЯ ПОЛУЧЕНИЯ, АНАЛИЗ.

Регулировочные характеристики

Графики, отображающие зависимость мощности и экономичности двигателя от коэффициента избытка воздуха (со­става смеси), угла опережения зажи­гания или впрыска, температуры масла и воды и других регулируемых факто­ров, характеризующих режим работы двигателя, называются регулировочны­ми характеристиками. Эти характери­стики служат для выявления наивы­годнейших условий работы двигателя в зависимости от указанных факторов и оценки степени совершенства его ре­гулировок.

Регулировочные характеристики обычно снимают раньше основных ха­рактеристик двигателя. Чаще других снимаются регулировочные характери­стики по расходу топлива (или по составу смеси), показывающие изменение мощности и удельного расхода топ­лива в зависимости от часового рас­хода топлива при постоянной частоте вращения коленчатого вала и оптималь­ном угле опережения зажигания (или впрыска).

Рис.39. Регулировочная характеристика карбюраторного двигателя по составу смеси.

На приведенной харак­теристике карбюраторного двигателя по расходу топлива видны две экстре­мальные точки: одна соответствует мак­симальной мощности, другая - минимальному удельному расходу топлива. Максимальная мощность достигается при определенном часовом расходе топ­лива, когда карбюратор отрегулирован на обогащенную смесь . При дальнейшем обогащении горючей смеси мощность уменьшается вследствие уменьшения скорости сгорания. Мини­мальный удельный расход топлива име­ет место при часовом расходе, соответствующем регулировке карбюратора на обедненную смесь . Еще большее обеднение смеси уменьшает скорость сгорания, работа двигателя становится неустойчивой и сопровож­дается падением мощности и ухудше­нием экономичности.

При эксплуатации карбюратор регулируют на такой состав смеси, чтобы расход топлива находился в интерва­ле значений, при которых имеют ме­сто и .

Рис. 40. Регулировочная характеристика карбюраторного двигателя по углу опережения зажигания.

Из приведенной харак­теристики карбюраторного двигателя по углу опережения зажигания видно, что с его увеличением до мощность двигателя повышается, а удельный рас­ход топлива уменьшается. Наивыгод­нейший угол опережения зажигания не остается постоянным и зависит от ре­жима работы двигателя, состава смеси и других факторов.

Контрольные вопросы:

1. Каковы условия получения скоростных характеристик?

2. Каковы характерные частоты вращения коленчатого вала на скоростной характеристике?

"Состояние сознания" - тут тоже много полезного для Вас.

3. В чем цель получения скоростной характеристике?

4. Каковы условия получения нагрузочных характеристик?

5. В чем цель получения нагрузочных характеристик?

6. Какие характеристики называют регулировочными?

7. Каковы условия снятия регулировочных характеристик?

8. Каким образом на регулировочных характеристиках определяются ,,?