Внешняя скоростная характеристика двигателя

В этом разделе предстоит рассчитать и построить графические зависимости эффективной мощности двигателя, вращающего момента на выходном валу, расхода топлива и удельного расхода топлива от частоты вращения коленчатого вала двигателя при его работе с наибольшей цикловой подачей топлива. Такая характеристика двигателя называется внешней скоростной.

На основании большого количества экспериментальных исследований поршневых двигателей внутреннего сгорания были получены эмпирические зависимости, описывающие внешнюю скоростную характеристику двигателя [4]. По этим данным мощность двигателя представляет собой кубическую параболу, а расход топлива примерно пропорционален частоте вращения коленвала двигателя.

Такой вид зависимости мощности двигателя от частоты вращения его коленвала объясняется рядом факторов. Наибольшее влияние на форму кривой мощности оказывают коэффициент наполнения цилиндров двигателя рабочим телом и изменение параметров сгорания топлива. Эти факторы существенно изменяются по мере уменьшения времени протекания цикла (при увеличении частоты вращения коленвала двигателя).

Мощность двигателя может быть описана зависимостью

Pe = Pe_max*(a*N_o + b*N_o² – c*N_o³),

в которой

Pe_max - максимальная мощность двигателя, значение которой уже получено в примере расчёта;

Pe - мощность двигателя при текущем значении частоты вращения коленвала;

N_o = N_т/N – относительная частота вращения коленвала, представляющая собой отношение текущей частоты к частоте вращения коленвала при максимальной мощности;

N_т – текущая частота вращения коленвала двигателя;

N – частота вращения коленвала двигателя, заданная в исходных данных курсового проекта, На этой частоте вращения мощность двигателя максимальная.

a, b и c – эмпирические коэффициенты.

Для дизельных двигателей в [4] рекомендуется выбирать значение коэффициента а = 0, 5 – 0, 7. Коэффициенты b и c следует получать решением системы уравнений

a + b – c = 1 (для обеспечения Pe = Pe_max при N_o = 1);

a + 2*b – 3*c = 0 (т.к. при N_o = 1 мощность двигателя принимает максимальное значение).

Принимая а = 0.6, получим b = 1.8 и с = 1.4.

При построении внешней скоростной характеристики двигателя, его максимальную мощность следует определять по приведенной зависимости, расход топлива принимать прямо пропорциональным частоте вращения коленвала, а удельный расход топлива рассчитывать по зависимости 4.12.

Вращающий момент двигателя рассчитывается по формуле

Te = Pe/ω,

где ω = 2*π *N_т/60 – текущая угловая скорость вращения коленвала двигателя

Результаты расчётов параметров двигателя, необходимых для построения его внешней скоростной характеристики приведены в таблице.