Внешне скоростные характеристики двигателя

Внешними называются характеристики двигателя полученные при полной подаче топлива. Независимой переменной является угловая скорость коленчатого вала ω _e. В курсовом проекте строятся графики четырех внешних скоростных характеристик двигателя, примерный вид которых показан на Рис. 1…4.

Загрузка двигателя при работе его по внешней характеристике - полная (N_e = N _100% во всем диапазоне угловой скорости коленчатого вала) и степень загрузки двигателя в таком случае равна единице - р = 1, 0, поскольку:

(1)

В формуле (1): N_e – мощность двигателя в любом режиме движения, кВт, при текущем значении угловой скорости коленчатого вала ω _e; N _100% - мощность двигателя при полной подаче топлива и том же значении угловой скорости коленчатого вала ω _e.

Первой строится внешняя характеристика мощности двигателя (Рис. 1), в зависимости от угловой скорости коленчатого вала по формуле Лейдермана:

, (2)

где N_{e max} – максимальная мощность двигателя, кВт; при скорости вращения коленчатого вала ω _N, рад/с (ω _N – в задании на проектирование); N_e – мощность двигателя, кВт, при текущем значении угловой скорости коленчатого вала ω _e, рад/с и полной подаче топлива; a, b, c – коэффициенты формулы (в исходных данных).

N_{e max} - определяется по мощностному балансу при максимальной скорости движения груженого автомобиля по горизонтальной асфальтированной дороге (студенты заочной формы обучения берут N_{e max} из задания на проект).

Двигатель легкового автомобиля в таком режиме тратит всю мощность на преодоление: сопротивления качению N_f, сопротивления воздуха N_w и на трение в трансмиссии N _η . Определив эти три составляющие можно найти мощность двигателя при максимальной скорости движения автомобиля N_{V max}, кВт:

, (3)

где V _max – максимальная скорость автомобиля, км/ч; 3, 6 и 46, 7 – коэффициенты, переводящие скорость из км/ч в м/с; 1000 – деление на тысячу переводит ватты в киловатты; - полный вес автомобиля, Н; - коэффициент сопротивления качению (в данном случае он равен коэффициенту сопротивления качению ), который находится по формуле (V, км/ч):

; (4)

- коэффициент сопротивления воздуха (см. п. 9 на стр. 10); - лобовая площадь автомобиля, принимается, как 80% от произведения ширины автомобиля (без учета выступающих малогабаритных деталей) на высоту; f ₀ = 0, 015; - КПД трансмиссии (см. п. 8).

Далее, из формулы Лейдермана (2) для данного режима движения (движение с максимальной скоростью):

можно определить максимальную мощность N_{e max} бензинового двигателя легкового автомобиля. У такого двигателя частота вращения коленчатого вала: .

У двигателей грузовых автомобилей из-за срабатывания ограничителя оборотов и у всех дизельных двигателей кривая мощности непрерывно растет до максимального значения при максимальной частоте вращения коленчатого вала, т.е. (см. формулу (3)).

Кроме того, из-за срабатывания ограничителя оборотов у двигателя грузового автомобиля, в отличие от легкового, остается запас мощности . Поэтому, его максимальная мощность определяется по формуле:

, (5)

где N_f и N_w определяются так же, как в формуле (3).

Рис. 1. Мощность двигателя.

Далее строится характеристика крутящего момента двигателя (Рис. 2). Известно, что при вращательном процессе мощность считается по формуле , где М – крутящий момент; ω – угловая скорость вращения под действием момента. Тогда крутящий момент двигателя М_е (Н·м) можно рассчитать по формуле:

, (6)

где N_e – мощность двигателя по графику Рис. 1, кВт; 1000 – коэффициент для перевода мощности из кВт в Вт.

Характеристика удельного расхода топлива (Рис. 3) строится по формуле:

, (7)

где g_N – удельный расход топлива при N_{e max}, г/кВт·ч (берется в исходных данных, стр. 6); К _ω – коэффициент, учитывающий скоростной режим работы двигателя, определяется по эмпирической зависимости:

; (8)

К_N – коэффициент, учитывающий степень загрузки двигателя. Для дизельного двигателя:

, (9)

для, бензинового:

; (10)

р – степень загрузки двигателя, определяется по формуле (1). Для внешней скоростной характеристики р = 1, 0, поэтому - К_N = 1, 0 (при построении графика часового расхода топлива Рис. 17 будут также использоваться значения р отличные от единицы).

Рис. 2. Крутящий момент двигателя

Рис. 3. Удельный расход топлива

Часовой расход топлива (Рис. 4) определяется по формуле:

. (11)

В формуле (11) размерность N_e - кВт, часовой расход топлива G_t - кг/ч, а удельный расход топлива g_e – г/кВт·ч. Коэффициент 1000 переводит граммы g_e в килограммы G_t.

В дальнейшем на основании скоростных характеристик двигателя строятся характеристики автомобиля с учетом следующих зависимостей:

Скорость движения автомобиля, км/ч:

; (12)

Сила тяги на ведущих колесах, Н:

; (13)

Мощность на ведущих колесах, кВт:

, (14)

или, что то же самое:

. (15)

где N _η – мощность потерь на трение в трансмиссии, кВт.

Рис. 4. Часовой расход топлива