Швидкісні характеристики

 

Розрізняють зовнішню і часткові швидкісніхарактеристики (4.11).

Зовнішнюшвидкіснухарактеристику (ЗШХ)(4.12) одержують при повному відкритті

дросельної заслінки у бензинових ДВЗ чи при положенні рейки паливного насоса дизеля, що

відповідає повному навантаженню. Характеристика, що отримана при будь-якому фіксованому

 


положенні органа керування подачею палива, яке не відповідає максимальному значенню

циклової подачі, називається частковоюшвидкісноюхарактеристикою (4.13).

Типові характеристики двигунів внутрішнього згоряння мають вид, що представлений на

рис. 4.2 (бензинові двигуни) і рис. 4.3 (дизелі).

 

 

Рисунок 4.2. Типові ЗШХ бензинових двигунів

 


 

 

Рисунок 4.3. Типові ЗШХ дизельних двигунів

 

 

З достатнім ступенем точності зовнішні швидкісні характеристики можна побудувати за

результатами теплового розрахунку для режиму максимальної потужності двигуна. Діапазон

змін швидкості обертання лежить в інтервалі від 600ч1000 хв-1до 1,2·n для бензинових двигунів

і від 350ч800 хв-1до n для дизелів.

Залежність потужності двигуна від швидкості його обертання можна виразити наступним

узагальненим вираженням (рівняння Р.Лейдермана):


 

 

N


 

і


 

⎡

⎢

= Ne⋅nі ⋅ a + b ⋅nі − c ⋅


 

⎛ n

і

⎜⎜


 

⎞

⎟⎟


 

2 ⎤

⎥

,


nN⎢ nN

де Ni – поточне значення потужності двигуна, кВт;


⎝ nN⎠ ⎥


ni – поточне значення частоти обертання колінчастого вала, хв-1;

a, b, c – коефіцієнти.

Для бензинових двигунів приведене вираження спрощується і набуває вид:


 

 



 

n


 

 

⎡


 

 

n


 

 

⎛ n


 

 

⎞


 

 

2 ⎤


N


і


= Ne⋅ і ⋅ ⎢1 + і −


⎜⎜


і


⎟⎟


⎥.


nN⎢ nN


⎝ nN⎠ ⎥


 

Для дизелів з нерозділеними камерами згоряння рекомендується залежність:


 

 

N


 

і


 

n

= Ne⋅ і ⋅


 

⎡


 

 

⎢0,87 + 1,13


 

n

⋅ і −


 

⎛ n

і

⎜⎜


 

⎞

⎟⎟


 

2 ⎤

⎥

,


 

 

або


 

n


nN

 

⎡


⎢


 

n


nN


⎝ nN⎠ ⎥

 

⎛ n ⎞


 

2 ⎤


N


і


= Ne⋅ і ⋅ ⎢


0,53 + 1,56


⋅ і −


1,09


⋅


⎜⎜


і


⎟⎟


⎥

.


 

 

- для передкамерних дизелів:


nN⎢


 

⎡


nN


⎝ nN⎠ ⎥

 

2 ⎤


N


n

= N ⋅ і ⋅


⎢0,6 + 1,4


n

⋅ і −


⎛ n

і


⎞


⎥


,


і

 

 

- для вихрокамерних дизелів:


e


nN


⎢

 

 

⎡


nN


⎝⎜⎜


nN


⎠⎟⎟


⎥

 

 

2 ⎤


N


і


n

= Ne⋅ і ⋅


⎢0,7 + 1,3


n

⋅ і −


⎛ n

і

⎜⎜


⎞

⎟⎟


⎥

.


nN


⎢


nN


⎝ nN⎠ ⎥


 

Необхідно відмітити, що сучасні ДВЗ завдяки електронним системам керування

(впорскуванням, наддувом) мають ЗШХ, які неможливо описати кривими третього порядку

(рис.4.4, 4.5).

 

Питома ефективна витрата палива визначається за наступними рівняннями:

- для бензинових двигунів:


 

 

=

g g


 

 

⋅


 

⎡


 

 

⎢1,2 − 1,2


 

n

⋅ і +


 

⎛ n


 

 

і


 

⎞


 

2 ⎤

⎥


 

 

,


 

 

- для дизелів:


e


e

N


⎢

 

 

⎡


n


N


⎜⎜

⎝ n


N


⎟⎟

⎠ ⎥

 

 

2 ⎤


=

g g


⋅


⎢1,55 −1,55


n

⋅ i +


⎛ n

i


⎞


⎥

.


e


e

N


⎢


n


N


⎝⎜⎜


n


N


⎠⎟⎟


⎥


 

 



 

Рисунок 4.4. Зовнішня швидкісна характеристика ДВЗ Mercedes Benz C 220 CDI

 

 

Рисунок 4.5. Зовнішня швидкісна характеристика ДВЗ Renault F4R


 


 

Часткові швидкісні характеристики карбюраторних і дизельних двигунів представлені на

рис. 4.6. При переході двигуна на часткову характеристику індикаторна потужність

зменшується, питома ефективна витрата палива збільшується (рис 4.7). Для однакових частот

обертання робота двигуна за частковою характеристикою менш економічна.

Таким чином, двигун невигідно використати на часткових навантаженнях. В умовах

експлуатації доцільно забезпечити роботу двигуна за ЗШХ.

 

Рисунок 4.6. Часткові швидкісні характеристики бензинового (а) і дизельного (б) ДВЗ

 

Рисунок 4.7. Залежність ефективної потужності та питомої витрати палива від частоти обертання

при роботі ДВЗ за зовнішньою (1) та частковою (2-5) швидкісними характеристиками

 

 


 

Відношення


 

к =


 

 

М К


 

max,


М


M КN


 

де MКmax – максимальне значення крутного моменту, Н·м;

MКN – значення крутного моменту на номінальному режимі, Н·м,

 

називається коефіцієнтомпристосовностідвигунадозовнішньогонавантаженняза

крутниммоментом(4.14). Коефіцієнт пристосовності за моментом характеризує властивість

двигуна переборювати зростання моменту опору без необхідності включення нижчої передачі.

кМ є важливим показником роботи двигуна. Він показує, у скільки разів збільшується крутний

момент двигуна при зменшенні частоти обертання від nN до nМ під впливом збільшеного

моменту опору.

Двигуни з примусовим запалюванням характеризуються більшим значенням кМ.Для

тракторних й автомобільних двигунів коефіцієнт пристосовності за моментом кМ коливається у

межах 1,07ч1,15 для дизелів і 1,2ч1,35 – для двигунів з примусовим запалюванням. Зміною

регулювання паливного насоса та спеціальним настроюванням турбокомпресора у дизелях

можуть бути досягнуті більш високі значення кМ (до 1,5).

Відношення

 

nN


к =

nnM


,


 

де nМ – значення частоти, що відповідає максимальному крутному моменту, хв-1,

 

називається коефіцієнтомпристосовностідвигунадозовнішньогонавантаженняза

частотоюобертання (4.15). Цей коефіцієнт показує, у скільки разів зменшується частота

обертання вала двигуна під впливом зростання моменту опору при зміні крутного моменту

двигуна від MКN до MКmax.Отже, коефіцієнт пристосовності за частотою обертання оцінює втрату

швидкості транспортної машини за тих самих умов при незмінному передаточному числі силової

передачі.

Двигуни із зовнішнім сумішоутворенням у порівнянні з дизелями характеризуються

більшими значеннями кn. Для автотракторних двигунів цей коефіцієнт перебуває в межах від

1,2ч1,6 для дизелів і від 1,5ч2,5 – для двигунів із зовнішнім сумішоутворенням.

 

 

У теорії ДВЗ часто використовують інший параметр – швидкіснийкоефіцієнт (4.16) кс,

який зворотно пропорційний кn:

 

n


к =


М.


сnN

Коефіцієнтзапасукрутногомоменту μМ визначають за формулою:


 

μ =


 

М К max − M КN


М


M КN


.


 

 



4.3.3. Навантажувальні характеристики

 

Двигуни, що призначені для приводу генераторів, компресорів, насосів і т.п., повинні

працювати так, щоб частота обертання вала привода при змінах навантаження змінювалася як

можливо менше. Тому роботу таких двигунів оцінюють за характеристиками, що отримані при

постійній частоті обертання. Ці характеристики називають навантажувальними (4.17).

У якості незалежного параметра, який характеризує навантаження на двигун, можуть

виступати потужність, середній ефективний тиск або крутний момент, або відношення

абсолютних значень параметрів до відповідних їх значень на номінальному режимі.

Навантажувальна характеристика двигуна із примусовим запалюванням знімається за

допомогою регулювання кількості пальної суміші, яка подається у циліндри двигуна при

незмінній частоті обертання й оптимальному куті випередження запалювання. Зміна кількості

пальної суміші здійснюється поворотом дросельної заслінки, а сталість частоти обертання

досягається відповідною зміною моменту опору навантажувального пристрою.

Графіки навантажувальних характеристик для різних частот обертання вала наведені на

рис. 4.8.

 

Рисунок 4.8. Навантажувальні характеристики двигуна із примусовим запалюванням

 

 

Навантажувальна характеристика дизеля знімається за допомогою зміни кількості палива,

що подається у циліндри двигуна при збереженні незмінної частоти обертання вала. Зміна

кількості палива здійснюється переміщенням рейки паливного насоса, а сталість обертів

забезпечується зміною моменту опору навантажувального пристрою.

Навантажувальна характеристика дизеля наведена на рис. 4.9. Тут же наведені графіки

коефіцієнта надлишку повітря α і ступеня димності R.

На графіках відзначені точки: RП = 0,6ч0,9 г/м3– найбільший припустимий ступінь

димності (за умовами питомої витрати палива й надійності роботи двигуна); αП – найменший

припустимий коефіцієнт надлишку повітря.

 

 


 

 

Рисунок 4.9. Навантажувальні характеристики дизеля