Скоростные характеристики поршневого ДВС (внешняя, частичные, холостого хода).

Билет 57

Скоростная характеристика двигателя — это зави­симость эффективной мощности N_e, крутящего момента М_к, среднего эффективного давления р_е, часового G_T, удельного g_e расходод топлива и других показателей от частоты (Вращения коленчатого вала при постоянном открытии дроссельной за­слонки в карбюраторном двигателе или при неизменном поло­жении органа, регулирующего подачу топлива в дизеле. Кроме указанных переменных, для более полного раскрытия показателей рабочего процесса в скоростной характеристике до­полнительно приводят изменение коэффициента наполнения η_V, коэффициента избытка воздуха а, температуры отрабо­тавших газов t_r, а также динамических и температурных пока­зателей цикла. Могут также приводиться зависимости темпе­ратуры, износа деталей цилиндропоршневой группы, показате­лей токсичности, шума и вибраций от частоты вращения колен­чатого вала двигателя. При этом оценивают динамические качества двигателя, его способность преодолеть временно воз­растающие сопротивления, возникающие, например, при выпол­нении машинно-тракторным агрегатом сельскохозяйственных операций.

Скоростная характеристика карбюраторного двигателя. В со­ответствии с ГОСТ 14846—81 (СТ СЭВ 765—77) «Двигатели автомобильные. Методы стендовых испытаний» скоростныевнешние характеристики определяют при полностью открытом дросселе, включенном зажигании и подаче топлива с углами опережения зажигания, указанными в технических условиях на двигатель. При снятии внешней скоростной характеристики в зависи­мости от укомплектованности двигателя вспомогательными устройствами и оборудованием определяют мощность нетто или мощность брутто.

Для двигателей с искровым зажиганием, снабженных огра­ничителями частоты вращения, скоростные характеристики оп разделяют как с включенным, так и с отключенным ограни­чителем. При определении скорост­ных характеристик выявляют­ся точки, соответствующие ми­нимальной и максимальной рабочей частоте вращения, ус­тановленной техническими ус­ловиями на двигатель для мощности нетто (или для мощ­ности брутто), а также часто­там вращения при максималь­ном крутящем моменте и ми­нимальном удельном расходе топлива и начале срабатыва­ния ограничителя частоты вра­щения.. Скоростные частичные характеристики определяют при неко­торых промежуточных положениях дросселя, постоянных для всей определяемой частичной характеристики.

При испытании двигателя для выявления его скоростных характеристик при полном открытии дросселя (внешняя ско­ростная характеристика) или некоторых промежуточных его положениях (частичные скоростные характеристики) частоту вращения коленчатого вала изменяют регулированием нагрузки с помощью тормозной установки. Скоростная характеристика карбюраторного двигателя ЗИЛ-130 приведена на рисунке 36. Характеристика снята с включенным ограничителем частоты вращения. Зависимости M _ко= f (n) и N _eео = f (n) относятся к крутящему моменту и мощно­сти, приведенным к стандартным атмосферным условиям (баро­метрическое давление р₀=100 кПа, температура воздуха Т_о = 293К).

Кроме основных зависимостей, для двигателя ЗИЛ-130 при­ведено также изменение расхода воздуха G_в коэффициента на­полнения η_V угла опережения зажигания φ_заж, разрежения за дроссельной заслонкой карбюратора Δр_к и условного среднего давления механических потерь р_м при скоростной характеристике.

Проанализируем характер протекания и причины изменения основных показателей работы двигателя в условиях скоростной. характеристики. Изменение эффективной мощности двигателя зависит от среднего эффективного давления р_е и частоты вра­щения коленчатого вала n. N_e = р_еV_hin/(30 τ_дв).

Для данного двигателя с учетом постоянного рабочего объ­ема цилиндра Vh, числа цилиндров i и коэффициента тактности τ_дв, объединенных постоянной С, N_e = Cp_en.

Условное среднее давление механических потерь р_м с увели­чением частоты вращения постепенно возрастает и при некото­рой максимально возможной для данного двигателя частоте вращения может достичь значения, равного среднему индикаторному давлению. Среднее эффективное давление при этом будет равно нулю. В свою очередь, среднее эффективное давление р_е изменя­ется в зависимости от ряда параметров, характеризующих рабо­чий процесс карбюраторного двигателя. Для данного топлива р_е = С_к η_Vη_iη_м / α

Закон протекания кривой p_e = t(n) зависит от изменения α, η_V,η_i,η_м. Для повышения динамических качеств и способности двига­теля к преодолению временных увеличенных сопротивлений смесь автоматически (с помощью экономайзера) обогащается при снижении частоты вращения коленчатого вала двигателя. Коэффициент избытка воздуха при этом уменьшается и увели­чивается коэффициент наполнения v\v, так как возрастает про­должительность открытия впускных клапанов и уменьшается сопротивление при всасывании заряда в цилиндры. При этом также возрастает механический коэффициент полезного дейст­вия, так как сокращаются насосные потери и потери на трение. Таким образом, характер изменения α, η_V и η_м обусловливает возрастание р_е с уменьшением частоты вращения.

Индикаторный коэффициент полезного действия с падением частоты вращения понижается. Основные причины: обогащение смеси, относительное увеличение теплоотдачи за цикл в охлаж­дающую систему, возрастание утечки газо.в из цилиндра за счет неплотностей вследствие увеличения продолжительности Цикла и ухудшение процесса карбюрации вследствие уменьше­ния скорости воздуха и снижения интенсивности распыливания топлива, а также перемешивания его паров с воздухом.

На малой частоте вращения р_а понижается за счет уменьшения индикаторного коэффициента полезного действия по выше указанным причинам и возможного уменьшения коэффициента наполнения.

Протекание кривой M_K = f(n) зависит от тех же факторов, что и p_e = f(_n), так как крутящий момент и среднее эффективное давление для двигателя — это параметры, прямо пропорцио­нальные один другому.

Скоростная характеристика дизеля. В соответствии с ГОСТ 18509—80 «Дизели тракторные и: комбайновые. Методы стендовых испытаний» скоростную характеристику получают при положении органов управления регулятором частоты вра­щения, соответствующем полной подаче топлива, и углах нача­ла подачи, указанных в технических условиях на двигатель.

Скоростные частичные характеристики получают при поло­жениях органов управления регулятором частоты вращения, соответствующих частичной подаче топлива. Корректорную ветвь скоростной характеристики получают последовательным уменьшением частоты вращения от установленной для эксплуа­тационной мощности до составляющей не более 85% частоты вращения при максимальном крутящем моменте.

Час­тичной регуляторной характеристикой – называют характеристику двигателя, определенную при перестановке органа управления подачей (акселератора), в сторону снижения скоростных или мощностных показателей.

Скоростную характеристику двигателя можно получить при закрепленном положении рейки топливного насоса высокого давления, соответствующем началу дымления (или близко к нему) при номинальной частоте вращения коленчатого вала двигателя, или при работе корректора регулятора частоты вра­щения. Во втором случае положение рейки ТНВД на каждом скоростном режиме определяется работой центробежного регу­лятора совместно с корректором.

Скоростную внешнюю характеристику получают при неиз­менном положении органа, регулирующего' подачу топлива и установленного на основании регулировочной характеристики.

Скоростную характеристику, полученную при изменении для каждого скоростного режима положения рейки топливного на­соса, соответствующего началу заметного дымления, называют оптимальной или характеристикой предела дымления.

Скоростную характеристику, полученную при изменении для каждого скоростного режима положения рейки ТНВД, соответ­ствующего значительному дымлению, называют максимальной или предельной характеристикой.

Полученные скоростные характеристики дизеля Д-50 при \ закрепленной рейке топливного насоса и при работе корректо­ра приведены на рисунке 37, а изменения показателей рабочего процесса этого дизеля в условиях скоростной характеристики — на рисунке 38. В условиях скоростных характеристик дизелей зависимость между средним эффективным давлением и часто­той вращения коленчатого вала p_e = f{n) имеет вид пологой кривой.

Проанализируем влияние основных факторов на изменение среднего эффективного давления в условиях скоростной харак­теристики дизеля.

Для данного двигателя

p_e = С_д Δ g_ц η_i η_м.

Таким образом, закономерность изменения среднего эффективного давления в условиях скоростной характеристики опре­деляют тремя переменными: Δg_ц, η_i и η_м. Изменение Δg_ц, η_i и η_м для дизеля Д-50 показано на рисунке 38. Для топливных насосов подача топлива за цикл при закреп­ленной рейке несколько возрастает с повышением частоты вра­щения двигателя. С увеличением частоты вращения уменьшает­ся механический коэффициент полезного действия, что следует из выражения η_м = Ne/(N_e + N_M), так как мощность механиче­ских потерь возрастает пропорционально квадрату частоты вращения. Индикаторный коэффициент полезного действия с повыше­нием частоты вращения несколько увеличивается, так как уменьшается продолжительность протекания цикла, улучшается процесс смесеобразования и уменьшается теплоотдача стенкам за цикл. На рисунке 38 показано также изменение η_v, α, η_е и р_м.

Коэффициент наполнения t)v при повышении частоты враще­ния уменьшается вследствие возрастания сопротивлений на впуске. Увеличение коэффициента наполнения с одновременным уменьшением цикловой подачи приводит к возрастанию коэф­фициента избытка воздуха а при снижении частоты вращения. Влияние этих факторов приводит к тому, что при уменьшении частоты вращения среднее эффективное давление р_е почти не возрастает и на малой частоте вращения несколько снижается (см. рис. 37).

Для улучшения динамических качеств двигателя характер кривой p_e = f(n) можно исправить введением корректора подачи топлива. При включении в работу корректора организуется не­большое дополнительное перемещение рейки ТНВД и увеличение цикловой подачи топлива по мере уменьшения частоты вращения. При этом повышается способность двигателя к преодолению временно возросших сопротивлений.

Бее тракторные дизели имеют корректоры подачи топлива работающие совместно с регуляторами. В случае работы дизеля с корректором кривая Pe = f(n) бо­лее крутая, при этом соответственно двигатель с уменьшением частоты вращения развивает больший крутящий момент. В случае работы корректора по мере уменьшения частоты вращения двигателя увеличивается цикловая подача топлива Δg_ц и уменьшается коэффициент избытка воздуха α. Часовой расход топлива при этом выше, чем при работе двигателя без корректора. Часовой расход топлива возрастает с увеличением частоты вращения, так как повышается число ходов всасывания в еди­ницу времени и увеличивается разрежение в карбюраторе. Характер изменения удельного расхода топлива в условиях скоростной характеристики определяют протеканием кривых η_i = f(n) и η _м = f{n), так как для данного топлива ge = C/( η_iη_м).Необходимо заметить, что наибольшая мощность — точка пере­гиба кривой N_e = f{n) и наименьший удельный расход топли­ва— точка перегиба кривой g_e = f(n) для скоростной характе­ристики не совпадают (см. рис. 36). Минимум удельного расхода топлива всегда располагается левее максимальной мощности.

При повышении частоты вращения скорость изнашивания возрастает в связи с ростом температуры деталей цилиндропоршневой группы, а также в связи с увеличением динамиче­ских нагрузок и работы сил трения.

Отношение максимального крутящего момента двигателя к крутящему моменту при максимальной мощности называют коэффициентом приспособляемости. Его определяют по фор­муле:

К = М_к.mах / М_к.н,

где М_{к mах}-максимальный крутящий момент двигателя, соответствующий точке перегиба кривой Мк = f (n); М_к.н - крутящий момент при номинальной частоте вращения.

Этот коэффициент — важный показатель динамических свойств двигателя и характеризует приспособляемость его к преодолению временных увеличенных сопротивлении без пере­хода на низшую передачу.

Для тракторных двигателей, работающих, как правило, на нагрузках близких к полной, желательны повышенные значе­ния К. То же относится и к двигателям тяжелых грузовых авто­мобилей. Значение коэффициента приспособляемости для автомобиль­ных карбюраторных двигателей К=1,1... 1,4; для дизелей без корректора К= 1,00... 1,05; для дизелей с корректором К= 1,15... 1,20.

 

123Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: