Рабочее поле и многопараметровые характеристики двигателей внутреннего сгорания

Поле рабочих режимов двигателя. Это плоская фигура, построенная в координатах — обобщенная фор-

ма записи соответственно скоростного и

нагрузочного параметров, где — остаточное дав-

ление (разрежение) во впускном коллекторе карбюраторного двигателя. На рис. 4.15 изображено рабочее поле дизеля.

Многопараметровые (универсальные) характеристики (МПХ). Для всестороннего анализа используют МПХ, постро­енные в поле рабочих режимов ДВС (рис. 4.16). МПХ включает в себя семейства кривых равного уровня, соответствующих не­скольким функциям в одной системе координат

МПХ обобщает серию нагрузочных характеристик, измерен­ных на нескольких скоростных режимах. Линии равного удель­ного расхода топлива дают представление об эко­номичности двигателя по рабочему полю. На МПХ наносят ли­нии равной мощности Зону неустойчивых режимов при = 600... 1000 исключают из дальнейшего рассмотрения.

МПХ могут быть изображены в виде поверхностей в трехмер­ном пространстве (рис. 4.17). Характеристика представляет собой вогнутую поверхность с «ядром экономичной работы» в области минимальных значений выпуклую поверхность с максимальными значениями в этом «ядре».

Другой пример (рис. 4.18) отражает исследование дымности двигателя КамАЗ-740. Совокупность аксонометрии (рис. 4.18, а) и вида сверху (рис. 4.18, б) делает наглядным представление о возможностях обеспечения дымности по

рабочему полю двигателя.

Приведенные примеры показывают, что оптимальные реше­ния для разных показателей двигателя могут отличаться: для зоны «ядра экономичной работы» характерна значительная дымность, а для области малой дымности — низкая эффектив­ность дизеля (ср. рис. 4.17 и 4.18).

Использование МПХ для отображения процессов преоб­разования энергии в ДВС. Только при наличии не менее двух параметров отображение информации о показателях

преобразования энергии и управлении ее потоком является

При определении дымности методом Хартриджа используется фотоэлек­трический эффект. Через слой отработавшего газа, заполнившего мерную трубку, пропускают луч света до приемника с фотоэлементом. Со шкалы, от­градуированной в процентах (единицы Хартриджа), пропорциональных силе тока в цепи фотоэлемента (в свою очередь, пропорциональной плотности за­полнения трубки сажей), считывают показания.

адекватным. Вернемся к схеме потока энергии в АТС (см. рис. 4.2). Итак, водитель с помощью педали акселератора оказывает уп­равляющее воздействие через привод ПР на рычаг РТН (до­пустим, После получения сигнала РТН обеспечи­вает, с учетом (например, = 1700

Рис. 4.16. Многопараметровая характеристика двигателя КамАЗ-740:

ВСХ — внешняя скоростная характеристика; ПРХ — предельная регуляторная характеристика;

определенное по линии равного удельного расхода топлива =const(в выносках первое число — значение второе — эквивалентное ему значение линии равной мощности; зона неустойчивой работы двигателя; принудительный холостой ход (тормозные режимы)

Рис. 4.17. Многопараметровая характеристика двигателя КамАЗ-740 в трехмерном пространстве:

Рис. 4.18. Многопараметровая характеристика дымности

дизеля КамАЗ-740 в трех- (а) и двумерном (б) пространствах:

ВСХ — внешняя скоростная характеристика; ПРХ — предельная регуляторная ха­рактеристика; около кривых указана значения дымности в единицах Хартриджа

Рис. 4.19. Отображение формирования крутящего момента на валу дизеля с помощью ряда МПХ:

ход рейки и угол поворота рычага регулятора ТНВД; частота вращения коленчато-

го вала двигателя; — цикловая подача топлива; — крутящий момент на коленчатом валу; — точки для определения соответственнои

ВСХ — внешняя скоростная характеристика; ПРХ — предельная регуля­торная характеристика; XX— холостой ход; ПТХ — предельная тормозная ха­рактеристика; рабочее поле двигателя; нерабочее поле;

тормозные режимы

ложение рейки ТНВД Пример такого преобразования для центробежного регулятора двигателя КамАЗ-740 мож­но проследить с помощью рис. 4.19, а (см. точку А).

При ходе рейки ТНВД = 5 мм в соответствии с характеристи­кой приведенной на рис. 4.19, б, топливный насос обес­печивает в каждую форсунку цикловую подачу

И наконец, при указанных значениях в соответствии

с характеристикой представленной на рис. 4.19, в, на

выходной конец коленчатого вала подается крутящий момент (см. точку

Образование механических потерь в двигателе

Структура мощностного баланса двигателей. Уравнение крутящих моментов двигателя записывается в виде [28]

где — следующие моменты: располагаемый по топливу, тепловых (полных индикаторных), механических по­терь и эффективный момент соответственно. Преобразовав уравнение, получим

Энергетическое совершенство реального теплового цикла характеризуется термическим индикаторным эффектив­ным и механическим КПД автомобиль­ных двигателей на режиме номинальной мощности [28] имеют следующие значения:

Структуры соответствующих мощностных балансов двигате­лей, мощности располагаемой по топливу, таковы:

Структура и характер механических потерь в ДВС. До

80 % механических потерь ДВС составляют потери на трение. При этом в дизеле отсутствуют насосные потери, связанные с работой карбюратора. С помощью рис. 4.20 можно проанализи­ровать баланс механических потерь в двигателях [28] при дви­жении АТС на высшей передаче КП (за 100 % приняты суммар­ные потери при скорости 70 км/ч). Как видим, механические

Рис. 4.20. Соотношения между различными видами механических по­терь в карбюраторном двигателе (а) и дизеле (б) в зависимости от скорости движения автомобиля (на высшей передаче):

1,5— начальные потери, не зависящие от скорости и нагрузки; 2, 6 — ско­ростные потери; 3 — насосные потери; 4, 7 — потери, обусловленные пере­дачей крутящего момента; — уровень потерь относительно их величины при

потери при XXсоставляют большую долю суммарных механи­ческих потерь в двигателях (высоты прямоугольников 7 и 5 ха­рактеризуют энергозатраты, свойственные любому режиму и равные потерям на режимеXXпри минимальном значении п_е). Механические потери в ДВС в основном зависят от скорост­ного режима и мало — от нагрузки (см. полосы 4 и 7). Увеличе­ние нагрузки приводит к росту давления газов, повышению тем­пературы деталей и снижению вязкости масла. Силы гранично­го трения из-за возрастания давления газа увеличиваются, а силы жидкостного трения уменьшаются. Структуру механиче­ских потерь, %, можно представить в следующем виде:

Пары поршень с кольцами — гильза 50... 60

Коренные и шатунные подшипники 25...28

Вспомогательные механизмы 12...25

Механические потери в дизелях в 1,5 раза выше, чем в кар­бюраторных двигателях, вследствие больших потерь на трение в парах поршень с кольцами — гильза. По видам эти потери подразделяются на те, которые связаны с трением скольжения, затратами энергии на приведение в действие собственных вспо­могательных агрегатов и на вентиляционные потери в воздуш­но-масляной среде. Значения КПД и составляющих крутящего момента двигателя КамАЗ-740 в точках, соответствующих

максимальному моменту и максимальной мощности двигателя, приведены в табл. 4.1.

Потери, обусловленные колебаниями. Потери этого вида весьма существенны. СистемаKBобладает множеством соб­ственных частот, причем амплитуды колебаний определяются амплитудами полигармонических воздействий. Амплитудно-ча­стотный спектр системы при неустановившемся режиме рабо­ты (НУР) непрерывно меняется. Основным способом снижения амплитуды колебаний является демпфирование.

Для КШМ в качестве показателя демпфирования использу­ют момент сил сопротивления при единичной виброскорости:

где ц — удельный коэффициент демпфирования, для автомо­бильных двигателей составляющий

площадь поршня, радиус кривошипа, — число ци-

линдров, приходящихся на одно колено.