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.