Характеристики двигателей: что нужно знать? Характеристики двигателей

Характеристики двигателей

Строительные машины и оборудование, справочник

Категория:

   Автомобили и трактора

Характеристики двигателей

Для 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

Главная → Справочник → Статьи → Форум

stroy-technics.ru

2. Двигатель и его характеристики

Двигатель является основным источником энергии, необходи­мой для движения автомобиля. Характеристики двигателя служат для определения его мощностных и экономических показателей. Наиболее важные характеристики — скоростные, нагрузочные и регулировочные — позволяют оценивать работу двигателей, эф­фективность их использования, техническое состояние и каче­ство ремонта, сравнивать различные их типы и модели, а также судить о совершенстве конструкций новых двигателей.

2.1. Скоростные характеристики двигателей

Скоростной характеристикой называются зависимости эффек­тивной мощности Ne и эффективного крутящего момента Ме дви­гателя от угловой скорости коленчатого вала е.

У двигателя различают два типа скоростных характеристик: внешнюю (предельную) и частичные.

Внешнюю скоростную характеристику получают при полной нагрузке двигателя, т.е. при полной подаче топлива. Частичные — при неполных нагрузках двигателя, или при неполной подаче топ­лива.

Двигатель имеет только одну внешнюю скоростную характери­стику и большое число частичных, среди которых и характерис­тика холостого хода.

На частичных скоростных характеристиках значения эффектив­ной мощности и крутящего момента двигателя меньше, чем на внешней скоростной характеристике, но характер их изменения

Тягово-скоростные свойства автомобиля определяют при ра­боте двигателя только на внешней скоростной характеристике. аналогичен.

Рис. 2.1. Внешняя скоростная характеристика бензинового двигателя без ограничителя угловой скорости коленчатого вала

Рассмотрим внешние скоростные характеристики бензиновых двигателей и дизелей, которые имеют некоторые отличительные особенности

Внешняя скоростная характеристика бензинового двигателя без ограничителя угловой скорости коленчатого вала представлена на рис. 2.1. Такие двигатели применяют главным образом на легковых автомобилях и иногда на автобусах.

Приведенные зависимости имеют следующие характерные точки:

• Nmax ---- максимальная (номиналь­ная) эффективная мощность;

• N— угловая скорость коленча­того вала при максимальной мощно­сти;

• Мmах — максимальный крутящий момент;

• м — угловая скорость коленча­того вала при максимальном крутя­щем моменте;

• Nм — мощность при максималь­ном крутящем моменте;

•МN — крутящий момент при мак­симальной мощности;

• min— минимальная устойчивая угловая скорость коленчато­го вала при полной подаче топлива; для бензиновых двигателей min = 80...100 рад/с;

•mах — максимальная угловая скорость коленчатого вала при полной подаче топлива, соответствующая максимальной скорос­ти автомобиля при движении на высшей передаче; для бензино­вых двигателей без ограничителей угловой скорости коленчатого вала mах = (1,05... 1,1) n.

Из рис. 2.1 видно, что эффективная мощность и эффективный крутящий момент двигателя возрастают с увеличением угловой скорости коленчатого вала, достигают максимальных значений при соответствующих угловых скоростях N и м затем уменьшают­ся с ростом е вследствие ухудшения наполнения цилиндров го­рючей смесью и увеличения трения. При этом возрастают дина­мические нагрузки, что приводит к ускоренному изнашиванию деталей двигателя. В условиях работает главным образом в интервале угловых скоростей от Mдо N.

Внешняя скоростная характерис­тика бензинового двигателя с огра­ничителем угловой скорости колен­чатого вала показана на рис. 2.2. Та­кие двигатели применяют на грузо­вых автомобилях и автобусах.

Ограничитель угловой скорости автоматически уменьшает подачу горючей смеси в цилиндры двигате­ля и снижает угловую скорость

коленчатого вала с целью повышения долговечности двигателя. Ог­раничитель вступает в действие на той части внешней скоростной характеристики, на которой мощность двигателя почти не возра­стает с увеличением угловой скорости коленчатого вала. Включе­ние ограничителя соответствует максимальной угловой скорости max= (0,8... 0,9) N. Максимальной эффективной мощностью в этом случае является наибольшая мощность, которую может развить двигатель при

Рис. 2.2. Внешняя скоростная характеристика бензинового двига-теля с ограничителем уг­ловой скорости коленчатого вала

отсутствии ограничителя, т.е. Nmax, соответствую­щая угловой скорости коленчатого вала N.

Внешняя скоростная характеристика дизеля представлена на рис. 2.3. Такие двигатели применяют на грузовых автомобилях, автобусах и легковых автомобилях.

У дизелей мощность не достигает максимального значения из-за неполного сгорания горючей (рабочей) смеси. Максимальной в этом случае считается мощность, которая соответствует моменту включения регулятора угловой скорости коленчатого вала, т. е. Nmax при угловой скорости N. Для дизелей максимальная угловая ско­рость коленчатого вала практически совпадает с угловой скоростью при максимальной мощности (max=N).

Из рассмотренных внешних скоростных характеристик бензи­новых двигателей и дизеля следует, что максимальные значения эффективного крутящего момента Мmах и эффективной мощности Nmах получают при различных угловых скоростях коленчатого вала. При этом значения Mmах смещены влево относительно значений Nmах, что необходимо для устойчивой работы двигателя, или, иначе говоря, для его способности автоматически приспосабливаться к изменению нагрузки на колеса автомобиля.

Например, автомобиль двигался по горизонтальной дороге при максимальной мощности двигателя и начал преодолевать подъем. В этом случае сопротивление дороги возрастает, скорость автомо­биля и угловая скорость коленчатого вала уменьшаются, а крутящий момент двигателя увеличива­ется, обеспечивая возрастание тяго­вой силы на ведущих колесах авто­мобиля. Чем больше увеличение кру­тящего момента при уменьшении угловой скорости коленчатого вала, тем выше приспособляемость дви­гателя и меньше вероятность его остановки. У бензиновых двигателей увеличение (запас )

крутящего момента достигает 30 %, а у дизелей — 15%

Скоростные характеристики двигателей определяют экспериментальнов процессе их испытании на специальных стендах.

Рис. 2.3. Внешняя скоростная характеристика дизеля с ре­гулятором угловой скорости коленчатого вала

При проведении испытаний с двигателя сни­мают часть элементов систем охлаждения, питания (вентилятор, радиатор, глушитель, компрессор, насос гидроусилителя и др.), без которых он может работать на стендах.

Мощность и крутящий момент, измеренные при испытаниях и приведенные к условиям, соответствующим давлению окружаю­щего воздуха 1 атм. и температуре 15 °С, называют стендовыми. Их указывают в технических характеристиках, инструкциях, катало­гах, проспектах и т. п.

В действительности мощность и момент двигателя, установлен­ного на автомобиле, на 10... 20 % меньше, чем стендовые. Это свя­зано с размещением на двигателе элементов различных систем, которые демонтируют при испытаниях. Кроме того, давление и температура наружного воздуха при работе двигателя на автомо­биле отличаются от таковых при измерениях.

Реальную внешнюю скоростную характеристику двигателя мож­но получить только на основании экспериментальных данных после его создания. Если же такие данные отсутствуют, например при проектировании нового двигателя, то внешнюю скоростную ха­рактеристику можно рассчитать, используя известные соотноше­ния.

Для бензиновых двигателей

Для четырёхтактных дизелей

Эффективный крутящий момент для бензиновых двигателей и дизелей определяется по формуле

В указанных формулах мощность выражается в кВт, крутящий момент — в Н-м, угловая скорость — в рад/с.

studfiles.net

Главные величины двигателей авто: характеристики мотора

Двигатель внутреннего сгорания находится почти во всех автомобилях. Он устроен непросто. Поэтому обычному водителю в нем не разобраться сразу. Но когда вы покупаете автомобиль, говорят всегда о двигателе и его параметрах и свойствах. Давайте посмотрим технические характеристики двигателя и постараемся ответить на несколько основных вопросов.

1. Сколько цилиндров имеет двигатель? Сегодня в машинах можно встретить от двух до шестнадцати цилиндров. Так, если взять два двигателя с одинаковыми объемами и мощностью, они будут разными в других сферах.
2. Где находятся цилиндры? Расположены они последовательно, а могут и двухрядно.
3. Каковы объемные характеристики двигателя? Объем двигателя очень важен, потому что он действует на остальные свойства двигателя внутреннего сгорания. Обычно если увеличивать объем двигателя, то увеличивается его мощность, а соответственно и расход топлива становится больше.
4. Из чего сделан двигатель? Обычно он бывает из чугуна, который дает прочность двигателю, но весит немало.

Еще есть из алюминия. Вес у него небольшой и по прочности у него средние параметры. Еще есть из магния, которые по весу самые маленькие, А прочность очень хорошая, но стоит такой двигатель дорого.

Но это далеко не самые главные характеристики. На самом деле, мало кто из автовладельцев вообще задумывался о том, из какого материала произведён двигатель в их транспортном средстве. Более важными характеристиками являются следующие моменты:

• мощность двигателя. Она влияет на скорость и время разгона машины. Измеряется в лошадиных силах или ваттах;
• крутящий момент. В двигателе нагнетается максимальное тяговое усилие. На скорость сильно не влияет, на ускорение на низких оборотах оказывает сильное влияние;
• обороты в коленчатом валу. Чем больше эти обороты, тем резче динамика.

Расходные характеристики:

• расход бензина;
• какой марки топливо потребуется использовать;
• как расходуется масло;
• мало какого производителя рекомендует создатель авто.

Это важные основные свойства. Однако есть еще даже более сложные моменты:

• какой тип топлива в вашей машине. Двигатели бывают дизельные и бензиновые;
• система, которая впускает бензин. Сегодня в машинах впрыск происходит автоматически. А в старых карбюраторных машинах карбюраторная система впрыска;
• важен и компрессор. Атмосферные двигатели не имеют компрессора. А те, у которых он есть, называются компрессионные. Также еще есть турбонаддувные модели, являющиеся самыми новыми. Некоторые устанавливают сразу несколько компрессоров. Из-за этого улучшается стабильность в работе;
• в двигателе количество распределительных валов меняется по одному на каждые восемь клапанов.

Как же распределяется газ? Ответ очевиден: это или статический механизм, или динамический. Если менять высоту подъема клапанов, то удобно будет переключаться с одной скорости на другую.

ladarus.ru

Характеристики двигателей: что нужно знать?

Двигатель — это механизм, в процессе действия которого энергия сгорания топлива преобразуется в механическую работу. Сначала в мотор впускается рабочая смесь, затем она сжимается и сгорает, приводя к рабочему ходу, а после этого выпускаются отработанные газы.

Самыми распространенными считаются поршневые двигатели, которые работают на бензине или дизельном топливе. Каждый из них можно описать при помощи таких данных:

•   •   конструктивные параметры — не изменяются при эксплуатации автомобиля. Это объем камеры сгорания, рабочий и полный объем цилиндра, литраж двигателя, степень сжатия;
•   •   показатели двигателя. Такие величины характеризуют его работу и зависят от настроек систем автомобиля, износа деталей и подобных факторов. К ним относятся компрессия, крутящий момент на коленчатом валу, мощность и номинальная мощность двигателя, удельный расход топлива;
•   •   характеристики двигателя — зависимость названных выше показателей от режима работы.

Именно на характеристиках двигателей мы и остановимся более подробно.

Как определяются характеристики?

Даже при одинаковых конструктивных параметрах нескольких двигателей, их показатели (мощность, расход топлива, крутящий момент) могут отличаться. Здесь значение имеют фазы газораспределения, число клапанов и другие параметры. А описывается названное различие при помощи характеристик. То есть характеристики двигателя используются, чтобы оценить работу двигателя на разных оборотах, и определяются они исключительно опытным путем.

Рассчитывают характеристики на специальных стендах и, как правило, вносят в техническую документацию автомобиля. В частности, в документах можно ознакомиться с максимальными показателями двигателя: его внешними скоростными характеристиками, которыми описывается зависимость упомянутых показателей от числа оборотов коленвала при условии полной подачи топлива. Все это определяется посредством практических опытов, так как теоретически рассчитать характеристики двигателя можно очень приблизительно.

Если же обращаться к теории, стоит отметить основные причины изменений показателей двигателя. Ими являются:

•   •   воздействие силы трения, инерционных сил и аэродинамического сопротивления впускных трубопроводов на коленвал при увеличении скорости его вращения. Большее количество оборотов коленвала — больший крутящий момент. На средних оборотах крутящий момент достигает максимального показателя, а дальше снова начинает снижаться. Причиной этого является влияние упомянутых сил, за счет которого цилиндры хуже наполняются зарядами топливно-воздушной смеси;
•   •   вместе с крутящим моментом и по тем же причинам повышается мощность двигателя. Но даже когда крутящий момент начинает снижаться, мощность еще некоторое время растет из-за повышения оборотов, доходя до максимума. Потом она начинает снижаться. От максимальной мощности двигателя зависит и его максимальная скорость. Когда мощность доходит до наивысшего показателя, вступают в действие ограничивающие устройства. Автомобиль больше не может разгоняться, двигатель работает на преодоление силы сопротивления движению (качения, воздуха), а топливо — силы трения и инерции в двигателе;
•   •   количество вращений коленвала для удельного расхода топлива. Обычно минимальный расход наблюдается при оборотах коленвала чуть меньше среднего. Чем дольше этот показатель находится вблизи с минимальным, тем экономичнее считается двигатель. Эксплуатация автомобиля в городских условиях, как правило, позволят максимально уменьшить удельный расход топлива;
•   •   увеличение силы тяги на колесах при росте крутящего момента. Быстрый рост — более интенсивное увеличение силы тяги и хорошая динамика разгона. Более приспособленным к изменению дорожных условий считается двигатель, в котором величина крутящего момента как можно дольше находится в районе своего максимума. Так переключение передач требуется гораздо реже.

tehcenter-autoimport.ru

ПОКАЗАТЕЛИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЕЙ

ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

 

Показатели поршневого ДВС следует разделить на индикаторные и эффективные. Индикаторные показатели отражают степень совершенства цикла, реализуемого в данном конкретном двигателе, и учитывают только тепловые потери реального цикла рассматриваемого двигателя.

К индикаторным показателям обычно относят: среднее индикаторное давление , Па; индикаторная мощность , кВт; индикаторный КПД и удельный индикаторный расход топлива , г/кВт*ч.

Индикаторные показатели предварительно определяют расчетным путем и уточняют на основе статистических данных по результатам стендовых испытаний опытных образцов двигателей.

Среднее индикаторное давление представляет собой удельную работу цикла, т.е. индикаторную работу цикла , Дж, отнесенную к рабочему объему цилиндра двигателя , м3:

Очевидно, что индикаторную работу цикла можно представить как площадь прямоугольника длиной и высотой в диаграмме, а среднее индикаторное давление – как условное постоянное избыточное давление, которое, действуя на поршень, совершает за рабочий ход поршня работу, равную работе цикла .

Для установления степени достоверности расчетных данных по среднему индикаторному давлению при проведении испытаний двигателя на исследуемом установившемся режиме работы двигателя производится снятие индикаторной диаграммы. При этом важно, чтобы индикаторная диаграмма была осредненной по большому количеству циклов. Индикаторная диаграмма, снятая в координатах давление – угол поворота коленчатого вала , перестраивается в координаты с использованием известных из кинематики кривошипно-шатунного механизма зависимости хода поршня от угла поворота коленчатого вала ; безразмерной длины шатуна - отношения радиуса кривошипа к длине шатуна и радиуса кривошипа , м;

В перестроенной диаграмме, методом планиметрирования, или иным доступным численным методом, определяется площадь диаграммы, которая равна индикаторной работе цикла, из которой определяется среднее индикаторное давление.

Индикаторная мощность, как мощность выделяемая в цилиндре, равна работе в единицу времени:

где - число цилиндров двигателя; - продолжительность одного цикла, с.

Продолжительность цикла можно определить, используя частоту вращения коленчатого вала двигателя , об/мин и коэффициент тактности двигателя , как:

Тогда выражение для расчета индикаторной мощности в кВт через среднее индикаторное давление представится в виде:

Попутно необходимо отметить, что коэффициент тактности равен 2 для четырехтактного и 1 для двухтактного двигателя.

Удельный индикаторный расход топлива является показателем, характеризующим эффективность цикла и, следовательно, экономичность работы двигателя. Этот индикаторный параметр измеряется в г/кВт*ч и определяется из часового расхода топлива , кг/ч.

Зная расход топлива, низшую теплотворную способность топлива и индикаторную мощность двигателя можно рассчитать индикаторный КПД двигателя из:

или

Все вышеприведенные индикаторные показатели отражают протекание внутрицилиндровых процессов и являются малоэффективными для определения потребительских характеристик двигателя. Для составления более полного впечатления о потребительских качествах двигателя используют эффективные параметры.

Эффективные параметры определяют не только тепловые, но и механические потери в двигателе при выдаче мощности потребителю на фланец отбора мощности. К эффективным параметрам относятся: эффективная мощность , кВт, среднее эффективное давление , Па, удельный эффективный расход топлива , г/кВт*ч и эффективный КПД .

При проведении стендовых испытаний двигателя, выделяемая мощность двигателя гасится специальным нагружающем устройством, например, гидротормозом, которое регистрирует крутящий момент , кН*м, развиваемый двигателем на фланце отбора мощности.

Мощность, развиваемая двигателем на выходном фланце – фланце отбора мощности называется эффективной и определяется как:

По аналогии с индикаторной мощностью, мы в праве записать, что

Из выражения следует, что среднее эффективное давление это некоторое постоянное условное избыточное давление в цилиндре двигателя, которое, действуя на поршень, за один его ход от верхней до нижней мертвой точки, совершает работу, равную эффективной работе цикла. Которая и определяет эффективную мощность двигателя. В современных поршневых ДВС среднее эффективное давление может достигать 2,8 мПа.

Из проведенных размышлений следует, что на выходной фланец отбора мощности двигателя выдается только часть мощности, развиваемой в цилиндрах (индикаторной мощности). Частично же индикаторная мощность затрачивается в самом двигателе на преодоление механических потерь. Условно можно представить мощность механических потерь , как сумму:

Рассмотрим слагаемые вышеприведенного выражения. Мощность, затрачиваемая на преодоление сил трения в механизмах двигателя ,в отдельных случаях может достигать до 80% от и определяется, в основном, силами трения поршня и поршневых колец о зеркало цилиндра ввиду значительных действующих сил и неблагоприятных условий смазки.

это мощность, затрачиваемая на совершение насосных ходов на тактах газообмена. Она редко превышает в атмосферных двигателях 2,5% от , однако при установке в выпускных трактах устройств, имеющих существенное гидравлическое сопротивление, например, утилизационных котлов, сажевых фильтров и т.п., потери насосных ходов могут резко возрасти. Также необходимо отдельно отметить, что при использовании систем эффективного газотурбинного наддува, потери насосных ходов могут быть сведены к нулю в связи с превышением давления наддува противодавления перед турбиной.

это та мощность, которая затрачивается на привод навесных агрегатов. Следует иметь ввиду, что при использовании приводных агрегатов наддува (или продувки) эта составляющая может достигать до 10 – 15% от .

И, наконец, мощность вентиляционных потерь обуславливается сопротивлением окружающей среды движению деталей в двигателе. Для правильно сконструированного двигателя эта величина ничтожно мала (за исключением двухтактных двигателей с кривошипно-камерной системой продувки).

Рассматривая механические потери, уместно будет ввести понятие механического КПД двигателя, как отношение эффективной мощности к индикаторной.

Значения механического КПД на номинальном режиме работы двигателя для известных конструкций составляют от 0,7 до 0,96. Очевидно, что на режиме холостого хода, когда , механический КПД двигателя также равен нулю.

Из определения механического КПД двигателя следует, что

А, следовательно,

и

Также, по аналогии с удельным индикаторным расходом топлива, удельный эффективный расход может быть получен из:

А эффективный термический КПД:

Или же

Работа двигателя всегда происходит на некоторых так называемых режимах. При этом режимы работы могут быть установившимися и неустановившимися. Под установившимся режимом работы двигателя мы будем понимать такое состояние работающего двигателя, когда все параметры его работы остаются неизменными на протяжении некоторого времени. Соответственно, все остальные режимы работы будут неустановившимися. В качестве примера неустановившегося режима можно рассматривать пуск и прогрев двигателя (постоянно изменяется температура охлаждающей жидкости), процесс реверсирования (изменяются обороты), остановку двигателя и, в самом общем случае, переход с одного установившегося режима работы на другой.

Если мы примем какой либо параметр работы двигателя за определяющий и проследим зависимость показателей работы двигателя от определяющего параметра на установившихся режимах, мы получим характеристику двигателя. Основными характеристиками принято считать нагрузочные (определяющий параметр – мощность или среднее эффективное давление) и скоростные (определяющий параметр – частота вращения коленчатого вала). Также весьма информативными являются комбинированные и регулировочные характеристики.

Характеристики снимают при проведении стендовых испытаний двигателей, поскольку специально оборудованный стенд позволяет получить максимальную и достоверную информацию об основных параметрах работы. Так, задавая при постоянной частоте вращения коленчатого вала двигателя разные значения мощности (крутящего момента сопротивления нагружающего устройства) и регистрируя на установившихся режимах интересующие параметры, получаем нагрузочную характеристику.

Самый характерный пример агрегата, работающего по нагрузочной характеристике – дизель-генераторная установка, когда поддержание постоянной частоты вращения коленчатого вала требуется для обеспечения стабильной частоты переменного тока.

Нагрузочная характеристика интересна тем, что измеренный расход топлива на точках нагрузочной характеристики представляет собой зависимость, близкую к линейной. Пересечение линии расхода топлива с осью ординат, в случае экстраполяции, дает значение мощности механических потерь и позволяет определить механический КПД двигателя, как это показано на рис 11.1.

 

Рис.11.1. Нагрузочная характеристика дизельного двигателя

 

Следующий вид характеристик, которые мы должны рассмотреть, это скоростные характеристики. В отличие от нагрузочной, определяющим параметров скоростной характеристики является частота вращения коленчатого вала двигателя. Скоростные характеристики, представленные на рис.11.2, снимают при отключенном регуляторе частоты вращения и при неизменном положении рейки топливного насоса высокого давления. Различают абсолютные внешние характеристики, предела дымления, внешние и частичные скоростные характеристики.

 

Рис. 11.2. Скоростные характеристики

 

Абсолютная внешняя скоростная характеристика (поз. 1 рис 11.2) объединяет режимы максимально возможной мощности двигателя для данной частоты вращения коленчатого вала. Работа двигателя по абсолютной внешней характеристики в эксплуатации совершенно недопустима, поскольку связана с высокой теплонапряженностью деталей цилиндропоршневой группы, высоким расходом топлива и повышенным дымлением.

Зависимость мощности при которой начинает проявляться дымление на выхлопе от оборотов коленчатого вала называют скоростной характеристикой предела дымления. Как и в случае с абсолютной внешней характеристикой, работа двигателя на таких режимах в эксплуатации не допускается.

С целью предотвращения выхода двигателя на режимы рассмотренных выше скоростных характеристик, рейка топливного насоса высокого давления имеет упор, который отрегулирован с запасом приблизительно на 10 - 15% от цикловой подачи до границы дымления.

Работа двигателя при положении рейки на упомянутом упоре максимальной подачи формирует ограничительную скоростную характеристику по топливному насосу (поз. 2 на рис. 11.2). Иначе эта характеристика называется внешней характеристикой максимальной мощности. Эта характеристика допустима в эксплуатации, однако суммарная продолжительность работы на ее режимах допускается не более 10% от ресурса двигателя, а продолжительность работы – не более 1 часа.

Скоростная характеристика, снятая при положении рейки, которое соответствует режиму номинальной мощности на номинальной частоте вращения коленчатого вала, представленная поз. 3 рис. 11.2, называется внешней скоростной характеристикой.

Частичные скоростные характеристики (поз. 4, рис. 11.2) снимают на установившихся режимах при положении рейки, обеспечивающем цикловые подачи меньше, чем на номинальном режиме. Очевидно, что таких характеристик может быть снято бесконечно много.

Примером работы двигателя по скоростным характеристикам может служить двигатель автотранспортного назначения, снабженный двухрежимным регулятором, поскольку на эксплуатационных частотах вращения вала (за исключением предельных и оборотов холостого хода), орган управления оборотами имеет жесткую связь с рейкой ТНВД.

Главный двигатель судовой энергетической установки с винтом фиксированного шага работает по характеристике, называемой винтовой. Винтовая характеристика, показанная на рис. 11.3, является частным случаем скоростной характеристики. При снятии винтовой характеристики на стенде, принимают за основу то, что изменение мощности двигателя от оборотов происходит по кубической зависимости, при этом график зависимости проходит через точку номинального режима (номинальная мощность и номинальные обороты).

 

Рис. 11.3. Винтовая характеристика судового ДВС

 

Реальная винтовая характеристика отлична от стендовой, так как зависимость мощность главного судового двигателя от оборотов не совсем кубическая и зависит кроме всего прочего и от коэффициента момента гребного винта.

Коэффициент момента гребного винта - величина переменная и главным образом зависит от относительной поступи гребного винта. Относительная поступь гребного винта, в свою очередь, зависит от скорости судна и достигает максимума при неподвижном судне. Следовательно, если при постоянной частоте вращения гребного винта скорость судна снижается, то мощность двигателя возрастает и достигает максимума при полной остановке судна.

Винтовая характеристика, снятая при неподвижном судне, называется швартовной (поз. 1, рис. 11.3). В связи с тем, что при снятии швартовной характеристики мощности, снимаемые с двигателя максимальны, во избежание перегрузки двигателя предельная скорость вращения вала должна быть на 20% ниже номинальной.

Винтовая характеристика, снятая при движении судна с расчетной номинальной нагрузкой на глубокой воде называется нормальной, если она проходит через точку номинального режима работы двигателя (поз. 3, рис. 11.3). Если двигатель имеет запас мощности (гребной винт «легкий»), то такая винтовая характеристика называется облегченной - поз. 4 на рис. 11.3. Когда двигатель работает на «тяжелый» винт, то снятая винтовая характеристика называется утяжеленной, см. поз 2, рис 11.3.

Для обеспечения требуемых параметров настройки работы двигателя на конкретном режиме используются регулировочные характеристики. В качестве определяющего параметра в таких характеристиках могут использоваться различные показатели работы двигателя – угол опережения подачи топлива; экологические параметры работы двигателя; максимальное давление, развиваемое в цилиндре; температура отработавших газов и т.д. В качестве примера, на рис. 11.4 приведена регулировочная характеристика зависимости удельного эффективного расхода топлива от установки угла опережения подачи топлива.

Рис. 11.4. Регулировочная характеристика дизельного двигателя

 

Как очевидно, такая характеристика позволяет определить оптимальный угол опережения подачи топлива с точки зрения достижения максимальной топливной экономичности двигателя.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Дизели: справочник. Изд. 3-е, перераб. и доп. Под общей редакцией В.А Вандштейта, Н.Н. Иванченко, Л. К. Колерова. Л., «Машиностроение» Ленингр. отд-ние, 1977. - 480 с.

2. Живлюк Г.Е., Петров А.П. Судовые энергетические установки Ч.1: (Теоретические основы работы энергетического оборудования) курс лекций для студентов специальности 180403 «Судовождение»/ Г.Е. Живлюк, А.П. Петров – СПб.: ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова, 2013. – 123 с.

3. Иванченко А.А, Хандов А.М. Судовые энергетические установки: учебно-методическое пособие по курсовому проектированию. – СПб.: СПГУВК, 2010, - 115 с.

4. Иванченко А.А., Недошивин А.И., Окунев, В.Н. Судовые энергетические установки. Дизельные энергетические установки и их элементы.: учебно-методическое пособие по выполнению лабораторных работ. – СПб.: СПГУВК, - 103 с.

5. Казедорф Ю. Войзетшлегер Э. Системы впрыска дизельных двигателей / перевод с нем. ООО «СтарСПб». – М.: Книжное издательство «За рулем», 2012. – 320 с.

6. Кухлинг Х. Справочник по физике / пер. с нем. - 2-е изд. – М.: Мир, 1985, - 520 с.,

7. Лебедев О.Н., Калашников С.А. Судовые энергетические установки и их эксплуатация: учебник для вузов водн. трансп.- М.: Транспорт, 1987.-336 с.

8 Литвин А. М. Техническая термодинамика. - Изд. 3-е, перераб и доп. – М.: Госэнергоиздат, 1956 – 312 с.

9. Петров А.П. Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Словарь терминов по компонентам и системам двигателя на русском, английском и французском языках. - СПб.: СПГУВК, 2002.- 86c.

10. Петров А.П., Живлюк Г.Е. Параметрический анализ системы автоматического регулирования СЭУ.: учебно-методическое пособие. – СПб.: СПГУВК, 2011.- 49 с.

11. Смазочные системы дизелей / Ю. А. Микутенок, В.А. Шкаренко, В. Д. Резников; под общ. ред. Ю. А. Микутенка. – Л., Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1988 – 125 с.,

12. Теплотехника: учебник для студентов втузов / А. М. Архаров, С. И. Исаев, И.А. Кожинов и др.; под общ. ред. В.И. Крутова. – М.: Машиностроение, 1986. – 432 с.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

Условные обозначения и сокращения………………………………………3

Предисловие……………………………………………………………………………...6

Лекция № 7 Конструкция поршневых двигателей

внутреннего сгорания. Неподвижные детали,

остов двигателя, кривошипно-шатунный механизм……………………….8

Лекция № 8 Конструкции цилиндропоршневой группы

и механизма газораспределения…………………………………………….30

Лекция № 9 Основные системы судовых ДВС…………………………….51

Лекция № 10 Вспомогательные системы ДВС……………………………..82

Лекция № 11 Показатели и характеристики двигателей

внутреннего сгорания………………………………………………………...98

Список литературы…………………………………………………………..111

 

Учебное издание

ЖивлюкГригорий Евгеньевич

Петров Александр Павлович

 

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

zdamsam.ru

Характеристики двигателей

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

Характеристики двигателя

Строительные машины и оборудование, справочник

Категория:

   Устройство и работа двигателя

Характеристики двигателя

Для оценки мощности и экономичности двигателя при его работе в различных условиях пользуются характеристиками двигателя.

Характеристикой называется зависимость основных показателей двигателя (мощности, крутящего момента, расхода топлива и др.) от режима работы. Характеристики определяют опытным путем на специальных стендах. Применяются также аналитические методы построения приближенных характеристик двигателя.

Режимы работы двигателя характеризуются нагрузкой (средним эффективным давлением ре) и частотой п вращения коленчатого вала. Характеристики, определяющие зависимость показателей двигателя при постоянном положении органов регулирования (неизменном положении рейки топливного насоса или дроссельной заслонки) от частоты вращения, называются скоростными характеристиками. Различным положениям органов регулирования соответствуют различные скоростные характеристики. Если скоростная характеристика получена при полной подаче топлива или горючей смеси, то она называется внешней скоростной характеристикой; характеристики, снятые при работе двигателя с неполной подачей, называются частичными скоростными характеристиками.

На каждом скоростном режиме крутящий момент может изменяться от нуля (режим холостого хода) до максимального значения. Например, если двигатель приводит в движение генератор, соединенный с сетью, в которую включены электродвигатели и осветительные установки, то необходимо, чтобы независимо от потребляемой энергии (нагрузки) напряжение тока было постоянным. Это достигается поддержанием постоянной частоты вращения вала двигателя при его работе на различных нагрузочных режимах. Постоянство частоты вращения при разных нагрузках требуется также в случае приведения в движение от двигателя таких машин, как, например, компрессоры, насосы и т. п. Во всех этих случаях двигатель работает по нагрузочной характеристике. Нагрузочной характеристикой называется зависимость показателей двигателя от среднего эффективного давления (или мощности). По нагрузочной характеристике можно определить допустимую мощность двигателя для заданной частоты вращения коленчатого вала, а также выявить экономичность работы двигателя при различных нагрузках.

При передаче мощности двигателя на винт (авиационные или судовые двигатели), вращающийся в среде с постоянной плотностью, обычно принимают, что мощность, поглощаемая винтом, пропорциональна частоте вращения в кубе, т. е. Ne — an3. Характеристика двигателя, соответствующая этой зависимости, называется винтовой характеристикой. Винтовая характеристика ограничена максимальной мощностью при номинальной частоте вращения и минимальной мощностью при минимальной устойчивой частоте вращения.

В эксплуатационных условиях двигатели внутреннего сгорания в зависимости от условий работы потребителя энергии должны работать при различных частотах вращения и крутящих моментах, т. е. на различных режимах по той или иной характеристике. Например, в случае установки двигателя на автомобиль частота вращения коленчатого вала, связанного через сцепление и трансмиссию с колесами, примерно пропорциональна (для существующих схем трансмиссий) скорости движения автомобиля. При движении автомобиля с постоянной скоростью сопротивление движению может меняться в зависимости от состояния пути, его уклона, силы и направления ветра и т. п., вследствие чего изменяется и потребляемая автомобилем мощность.

На рис. 1 показаны характеристики и возможные режимы работы двигателей различного назначения. По оси абсцисс отложена относительная частота вращения п/п„ (отношение данной частоты вращения к номинальной), а по оси ординат — относительная мощность Ne/Ne . Для транспортного двигателя возможны все режимы, лежащие внутри площади, ограниченной снизу осью абсцисс, сверху — внешней скоростной характеристикой, слева минимальной и справа предельно допустимой частотой вращения. Для стационарных двигателей рабочие режимы при заданной частоте вращения могут быть представлены вертикальной линией 3 от оси абсцисс до линии внешней скоростной характеристики. Характеристика — винтовая характеристика.

Рис. 1. Характеристики двигателей внутреннего сгорания: 1 — внешняя скоростная; 2 — винтовая; 3 — нагрузочная; 4 — частичные скоростные

Кроме рассмотренных выше характеристик двигатель может работать и по другим характеристикам. Например, тепловозный дизель-генератор работает по тепловозной характеристике, представляющей собой изменение мощности, расхода топлива и других параметров в зависимости от частоты вращения при определенном положении органа управления (контроллера). Каждому положению контроллера соответствует определенный момент затяжки пружины регулятора топливного насоса.

С целью установления рациональных условий работы двигателей используют регулировочные характеристики, представляющие собой зависимости мощности, удельного расхода топлива и других показателей работы двигателя от регулируемого параметра (например, угла опережения зажигания, угла опережения впрыскивания топлива, температуры охлаждающей воды и т. п.).

Читать далее: Принципы регулирования мощности и частоты вращения

Категория: - Устройство и работа двигателя

Главная → Справочник → Статьи → Форум

stroy-technics.ru

---

• 
  Ппр крана автомобильного
• 
  Специалист разрабатывающий на предприятиях чертежи деталей
• 
  Определение плуг
• 
  Права на автогрейдер
• 
  Как натянуть трос между стенами
• 
  Hd 120 hyundai технические характеристики
• 
  Эрлифт для скважины своими руками
• 
  Масло для трактора
• 
  Что такое технологичность
• 
  Мост уаз 469 задний
• 
  Коммутатор транзисторный