Скоростная характеристика карбюраторного двигателя

Определение характеристики. Скоростной характеристикой карбюраторного двигателя называется зависимость мощностных (Ne, Mе, Pe), экономических (Gт, ge), токсических и других показателей двигателя от частоты вращения коленчатого вала при постоянном положении дроссельной заслонки и установившемся тепловом состоянии карбюраторного двигателя.

Скоростные характеристики могут быть получены при различных, но постоянных положениях дроссельной заслонки. Характеристики, полученные при полном открытии дроссельной заслонки называются внешними, а при промежуточном положении - частичными скоростными характеристиками.

Цель работы. На основании опытных данных выявить зависимость показателей работы двигателя от частоты вращения коленчатого вала. Установить режим максимальной мощности двигателя, наилучшей экономичности, максимального крутящего момента, максимальной и минимальной частоты вращения и факторов на них влияющих.

Анализ характеристики. Внешняя скоростная характеристика является основной паспортной характеристикой карбюраторного двигателя, определяет его предельные мощностные показатели, соответствующие им регулировки систем двигателя и данные по топливной экономичности на различных частотах вращения.

Рисунок 5.10 - Внешняя скоростная характеристика карбюраторного двигателя.

Проанализируем изменение основных показателей двигателя - часового расхода топлива Gт, крутящего момента Ме, эффективной мощности Nе, удельного расхода топлива gе.

Часовой расход топлива определяется коэффициентом наполнения h_V, коэффициентом избытка воздуха a и частотой вращения n_е.

Коэффициент избытка воздуха a по внешней скоростной характеристике обычно соответствует 0,8...0,9 для достижения максимальной мощности на каждом скоростном режиме. Коэффициент наполнения h_V меняется сложным образом, так как зависит от ряда факторов. С ростом частоты вращения за счет увеличения гидравлических сопротивлений впускного и выпускного трактов должен уменьшаться. Вследствии уменьшения времени цикла и значит меньшего подогрева заряда от стенок, наполнение цилиндра свежим зарядом должно увеличиваться. Величина h_V зависит также от инерции воздушного потока и колебательных процессов во впускной и выпускной системах, фаз газораспределения. В итоге характер изменения специфичен для каждой модели двигателя. Типичный закон изменения h_V = f(n_е) показан на рис. 18. Часовой расход топлива возрастает почти пропорционально частоте вращения n, имея характерную выпуклость кривой Gт за счет специфичного изменения h_V.

Крутящий момент двигателя зависит от количества подаваемого топливо-воздушного заряда (h_V, a), от эффективности использования теплоты (h_i), от механических потерь в двигателе (h_м). С ростом частоты вращения индикаторный КПД возрастает благодаря улучшению качества процессов смесеобразования и сгорания, уменьшения времени цикла, а следовательно, меньших тепловых потерь в стенки цилиндра. Механические потери с ростом частоты вращения возрастают. Однако вследствии общего повышения индикаторной мощности относительный уровень механических потерь Nмп/Ni сначала меняется мало, а затем прогрессивно возрастает. Поэтому механический КПД на малых частотах вращения почти постоянен, но при высоких nе интенсивно уменьшается. В результате совместного действия различных факторов крутящий момент (среднее эффективное давление) сначала возрастает, достигая максимума при средних частотах вращения, а затем падает. Таким образом по сравнению с Ме_мах уменьшение крутящего момента на малых частотах вращения объясняется снижением h_V и h_i, а на высоких - уменьшением h_V и h_м.

Эффективная мощность для данного типа двигателя, испытуемого при неизменных окружающих условиях определяется величиной крутящего момента и частоты вращения. На графике изменение Nе можно выделить три характерные зоны. В первой зоне (n_min - n_m), благодаря одновременному росту Ме и n_e наблюдается наиболее интенсивное возрастание Nе. Во второй зоне (n_m - n_н) вследствие постепенного уменьшения Ме наблюдается замедление, а затем и прекращение роста Nе. В третьей зоне - после режима n_н уменьшение крутящего момента настолько велико, что не может быть компенсировано повышением частоты вращения и мощность падает. В качестве паспортной характеристики завод-изготовитель обычно указывает не максимальную мощность, а номинальную Nн (т.е. расчетную, гарантируемую заводом-изготовителем) и соответствующую ей номинальную частоту вращения n_н.

Вследствие значительного изменения величины крутящего момента Ме по скоростной характеристике и большого диапазона возможных рабочих частот вращения, для карбюраторного двигателя характерны достаточно высокие значения коэффициентов приспособляемости и запаса крутящего момента: Кn = 1,8...2,0; К_N = 1,25...1,35; Кзап = 0,25...0,35. Чем больше Кn тем устойчивее двигатель работает на малых частотах вращения, тем реже возникает необходимость в переключении передач при повышении внешней нагрузки. Чем выше K_N и Кзап тем лучше динамические качества, тем легче двигатель преодолевает внешнюю нагрузку, например меньше снижение частоты вращения и скорости автомобиля при движении с полной нагрузкой на подъем.

Удельный расход топлива определяется эффективностью использования выделяющейся в цикле теплоты и уровнем механических потерь. Минимальный удельный расход топлива наблюдается при средних частотах вращения и определяется оптимальным сочетанием h_i и h_м. Возрастание gе при уменьшении частоты вращения связано с падением индикаторного КПД, вследствии ухудшения процессов смесеобразования, сгорания, увеличения тепловых потерь в стенки цилиндра. Рост gе при повышении n_е объясняется увеличением механических потерь и снижением механического КПД.

Общая длительность сгорания выраженная в градусах поворота коленчатого вала при повышении частоты вращения возрастает. Для сохранения топливной экономичности необходимо увеличивать угол опережения зажигания, что обеспечивается работой центробежного регулятора прерывателя-распределителя.

Оценка показателей двигателя. По внешней скоростной характеристике определяются мощностные и экономические показатели двигателя в характерных точках: - n_min; - Ме_max при n_m; - gе_min при n_{ge min}; - Nн при n_н; - Кn, К_N, К зап. По этой характерике двигателя определяют, соответствуют ли полученные значения эффективной мощности, крутящего момента, часового и удельного расхода топлива техническим условиям, установленным заводом-изготовителем.