ПОСТРОЕНИЕ ВНЕШНЕЙ СКОРОСТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ

Теоретическое обоснование

 

Зависимость мощности, крутящего момента на коленчатом валу двигателя, расхода топлива и других показателей работы двигателя от частоты вращения коленчатого вала называется скоростной характеристикой двигателя. Характеристика, полученная при полной подаче топлива, назы­вается внешней скоростной характеристикой (рисунок 1.1). Характеристики, полученные при неполной подаче топлива, называются частичными скоростными характеристиками.

Внешняя скоростная характеристика строится по данным испытаний двигателя на тормозном стенде и является основным документом для оценки двигателя при проектировании и в эксплуатации.

Ne, Me

NH   ММ   МН

Ne

Me

 

nmin nM nH ne

 

 

Рисунок 1.1 – Внешняя скоростная характеристика двигателя

 

На рисунке 1.1 приняты следующие обозначения:

N_H -номинальная мощность, т.е. регламентируемая максимальная мощность, Вт;

n_e – текущее значение частоты вращения коленчатого вала, об/мин;

n_min -минимальная частота вращения, при которой двигатель еще может устойчиво работать при полной нагрузке, об/мин;

n_м - частота вращения, соответствующая максимальному крутящему .моменту, об/мин;

n_Н - частота вращения, соответствующая номинальной (максималь­ной) мощности, об/мин;

n_м - n_Н - оптимальный интервал работы двигателя, об/мин;

N_е - текущее значение мощности по внешней характеристике, Вт;

М_е - текущее значение момента на коленчатом валу по внешней ха­рактеристике, Н ∙ м;

М_н — момент на коленчатом валу при номинальной мощности, Н ∙ м;

М_м - максимальный крутящий момент на коленчатом валу, Н ∙ м.

При изучении тягово-скоростных свойств АТС главным образом определяются показатели, соответствующие работе дви­гателя с полной подачей топлива, т.е. по внешней скоростной характеристике. Внешнюю скоростную характеристику двигателя можно получить используя эмпирические зависимости, из которых наиболее широко при­меняются формулы С.Р. Лейдермана. [1]

, (1.1)

где -А, В,С - коэффициенты, постоянные для данного двигателя.

, (1.2)

где ω_е - угловая скорость вращения коленчатого вала, рад/с.

Используя формулы (1.1) и (1.2), получим

 

, (1.3)

Из скоростной характеристики следует, что максималь­ный крутящий момент М_м больше крутящего момента при номинальной мощности.

Отношение

, (1.4)

называется коэффициентом приспосабливаемости по моменту [2].

Отношение

, (1.5)

называется коэффициентом приспосабливаемости по частоте. Если увеличение нагрузки вызывает уменьшение частоты в пределах n_м - n_Н, то двигатель автоматически приспосабливается к изменению нагрузки, т.е. работает устойчиво. Чем больше К_ω тем шире диапазон устойчивой ра­боты двигателя.

Эти коэффициенты являются важными показателями, оценивающи­ми динамические качества двигателя. Они характеризуют способность двигателя преодолевать возможное увеличение суммарных сил сопротив­ления без перехода на более низкую передачу.

Определим, при какой частоте вращения вала М_е будет максималь­ным, для чего возьмем первую производную от М_е по n_e и приравняем ее нулю.

.

 

 

Из последней формулы

.

Отсюда

. (1.6)

 

Подставив (1.6) в (1.3), определим максимальный крутящий момент на коленчатом валу двигателя – М_М

(1.7)

Тогда

, (1.8)

. (1.9)

Ниже приведены значения пределов изменения К_М и К_ω различных двигателей.

 

Тип двигателя	КМ	Кω
Карбюраторные двигатели	1,3-1,4	1,5-2,5
Дизельные двигатели (без наддува)	1,1-1,2	1,4-2

 

За счет К_М момент на коленчатом валу двигателя может возрастать па 10 - 20% у дизельных двигателей и на 30 – 40% у карбюраторных двигателей по сравнению с номинальным моментом.

Если в технической характеристике двигателя приведены значения N_H, n_H, M_M, n_M то можно найти коэффициенты А, В, и С. Для этого нужно составить три уравнения.

 

1)

2) .

Кроме того при n_e = n_Н должно выполняться равенство N_e = N_H.

Подставив в уравнение (1.1) n_e = n_Н, после преобразования получим

N_e = N_H ∙ (A + B – C)

Так как при n_e = n_Н должно выполняться равенство N_e = N_H, то из по­следнего уравнения следует:

3) А+В -­ С=1. (1.10)

Итак, получили три уравнения и три неизвестных - А, В, С. Прини­мая во внимание, что М_м/ М_H = К_м = 1 + М_з/100, найдем

, (1.11)

, (1.12)

, (1.13)

где М_з- запас крутящего момента, %.

, (1.14)

При отсутствии каких либо данных значения А, В и С принимаются по соответствующим двигателям - аналогам.

При необходимости определить максимальное значение крутящего момента М_M, и соответствующую этому значению частоту вращения ко­ленчатого вала n_M можно воспользоваться соотношениями, полученными на основании опытных данных:

для карбюраторного двигателя

n_M = 0,50 n_н; М_M =1,35 М_н;

дизельного двигателя

n_M=0,70n_н;М_M=1,15М_н, (1.15)

 

1.2 Порядок выполнения расчетов

 

1.2.1. Определяют М_м и n_м по формулам (1.15).

1.2.2. Определяют запас крутящего момента и коэффициент приспосабливаемости по частоте используя формулы (1.14) и(1.5).

1.2.3. Определяют значения коэффициентов А, В, С по формулам (1.11) – (1.13).

1.2.4. Определяют N_e и М_e. На основании исходных данных производится тестовый расчет для определения одного значения N_e и М_e по любому значению n_e, в заданном диапазоне частоты вращения коленчатого вала (табл. 1), используя формулы (1.1) и (1.2).

Для построения графических зависимостей N_e=f(n_e) и M_e=f(n_e) необходимо задаться еще 7-10 значениями n_e. Шаг задания n_e определяется по формуле

S= (n_н- n_min)/i, об/мин.

где i – 7-10.

Полученное значение S округляют до целого, кратного 50, 40, 30 и т.д. (для удобства построения графиков). Для определенных таким образом значений n_e рассчитывают соответствующие им значения N_e и М_e. Для расчетов на ЭВМ студент разрабатывает программу или использует готовую.

По полученным данным строят внешнюю скоростную характеристику двигателя.