ЛАБА1
.docМинистерство высшего образования Российской Федерации
Казанский Государственный Технический университет им. А.Н.Туполева
Институт авиации, наземного транспорта и энергетики
Кафедра конструкции и проектирования летательных аппаратов
Методические указания к лабораторно-практической работе
по курсу «Автомобили. Теория»
Черников С.К., Ашихмин А.Н.
ПОСТРОЕНИЕ ВНЕШНЕЙ И ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЯ
г. Казань-2003
Излагаются основные положения, связанные с определением скоростных и экономических характеристик двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Приведены формулы для расчетного определения внешних характеристик ДВС. Описана методика определения внешних характеристик. В качестве примера расчетным путем построены внешние характеристики для двигателя ВАЗ-2101. Проведено сравнение внешних характеристик этого двигателя полученных расчетным и экспериментальным путем. В приложении приведены справочные материалы по ряду отечественных карбюраторных и дизельных (ДВС).
(Для студентов специальности «Автомобили и автомобильные хозяйства»)
Цель работы: научить студентов на основании минимально необходимых данных о двигателе, как правило, имеющихся в справочной литературе, строить внешнюю скоростную и экономическую характеристики двигателя.
1.Основные сведения.
На большинстве автомобилей источником энергии служит двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Его мощностные свойства принято оценивать скоростными характеристиками.
Рис.1. Скоростная
и экономическая характеристики
карбюраторного ДВС:
1-при полном
открытии дросселя;
2-при среднем
открытии дросселя;
3-при малом
открытии дросселя.
Напомним, что крутящий момент характеризует силу, умноженную на плечо ее приложения, которую может «предоставить» двигатель автомобилю для преодоления тех или иных сопротивлений движению, а мощность — это отношение работы произведенной двигателем к интервалу времени ее совершения.
Наиболее важна скоростная характеристика, снятая при полностью открытом дросселе. Ее называют внешней.
В ней существенны самые верхние точки кривых, соответствующие наибольшим мощности Pemax и крутящему моменту Memax, каковые обычно и записывают в технические характеристики автомобилей и двигателей. Например, для двигателя ВАЗ-2101 «Жигули» наибольшая мощность равна 47 кВт при 5600 об/мин и наибольший крутящий момент — 87,3 Нм при 3400 об/мин. Скоростные характеристики, определенные с частично открытом дросселем, называются частичными.
Типовые скоростные характеристики карбюраторного ДВС представлены на рисунке 1.
Как видим, частота вращения коленчатого вала двигателя при наибольшем крутящем моменте значительно меньше частоты, соответствующей максимуму мощности. Это значит, что если дроссельная заслонка карбюратора полностью открыта, то крутящий момент при сравнительно небольшой мощности двигателя и скорости движения автомобиля будет наибольшим, а при уменьшении или увеличении частоты вращения вала двигателя момент уменьшится. При движении с не полностью открытым дросселем можно увеличить мощность и в небольших пределах крутящий момент, сильнее нажав на педаль управления подачей топлива.
Экономическая характеристика двигателя это зависимость удельного эффективного расхода топлива от частоты вращения его вала при полном или частичном открытии дроссельной заслонки ( - отношение массы топлива в граммах, расходуемого двигателем за один час работы, к его эффективной мо щности в кВт).
Эта характеристика, как и скоростная, может быть построена для работы двигателя при полном или частичном открытии дросселя. Экономическая характеристика двигателя, построенная при полном открытии дроссельной заслонки, называется внешней. На внешней экономической характеристике существует характерная точка - удельный эффективный расход топлива при максимальной мощности. Особенность ДВС такова, что при уменьшении открытия дросселя приходится расходовать больше топлива на получение каждой единицы работы, а значит и мощности.
Внешние характеристики двигателя служат исходными данными для расчетов характеристик тяговой динамики и топливной экономичности автомобиля.
Рисунок
2. Характерные точки внешних характеристик
ДВС
При отсутствии экспериментальных зависимостей для построения внешней экономической характеристики двигателя можно пользоваться соотношением
, (1.1)
в котором - удельный эффективный расход топлива при максимальной мощности, который можно найти в документации по двигателю;
- коэффициент, определяемый соотношением ; (1.2)
- степень использования частоты вращения: - отношение текущего значения частоты вращения двигателя ne к частоте вращения при максимальной мощности np.
Внешние скоростные характеристики двигателей внутреннего сгорания могут быть представлены зависимостями:
|
(1.3)
|
В которых a, b, с — коэффициенты, значения которых зависят от типа и конструкции двигателя;
(1.4) |
Здесь - коэффициент приспособляемости по моменту, а -коэффициент приспособляемости по частоте вращения, определяемые по формулам:
|
(1.5) |
—текущие значения мощности и угловой скорости вращения коленчатого вала двигателя.
2.Порядок проведения работы.
Последовательность построения внешних характеристик следующая:
1.Из справочных материалов выбираются характерные точки характеристики двигателя Pemax, np, Memax , nм, .
2. По формулам 1.5 определяются коэффициенты приспособляемости kM и k;
3.По формулам 1.4 вычисляются коэффициенты a, b и с;
4.Начиная с минимальной устойчивой частоты вращения двигателя ne (1000 об./мин) до частоты несколько превышающей np c шагом 500 об./мин по формулам 1.3 строятся значения Pe и Me, а по формулам 1.1 и 1.2 – значения . Результаты вычислений заносятся в таблицу:
ne |
Pe |
Me |
|
1000 |
|
|
|
1500 |
|
|
|
2000 |
|
|
|
… |
|
|
|
5.По результатам вычислений строятся графики зависимости Me , Pe и от ne.
3.Пример расчета.
Исходные данные:
двигатель ВАЗ-2101
Pemax=47000 вт,
np=5600 об/мин,
Memax =87,3 Нм
nM=3400 об/мин.
gep=355 г/кВт ч
Находим
K=1,64705882353
Km =1,08926369964
a=0,876063623646
b=0,702306132675
c=-0,57836975632
Подставив эти значения в формулы (1.3) получим выражения для вычисления значений мощности и крутящего момента при оборотах .
Для определения удельного эффективного расхода топлива получим соотношение:
Результаты вычислений занесём в таблицу
ne |
Pe,, Вт |
Me, Н м |
ge, г/кВт ч |
500 |
3920,13067883 |
74,8689810122 |
415,083329537 |
1000 |
8250,45150634 |
78,7860083984 |
391,599672012 |
1500 |
12874,870931 |
81,9639740136 |
372,935165361 |
2000 |
17677,2974013 |
84,4028778578 |
358,725947522 |
2500 |
22541,6393658 |
86,102719931 |
348,608156432 |
3000 |
27351,8052729 |
87,0635002333 |
342,217930029 |
3500 |
31991,7035711 |
87,2852187646 |
339,19140625 |
4000 |
36345,2427089 |
86,7678755249 |
339,164723032 |
4500 |
40296,3311348 |
85,5114705142 |
341,774018313 |
5000 |
43728,8772973 |
83,5160037326 |
346,655430029 |
5500 |
46526,7896448 |
80,78147518 |
353,445096119 |
6000 |
48573,9766259 |
77,3078848565 |
361,779154519 |
6500 |
49754,3466891 |
73,0952327619 |
371,293743167 |
По данным таблицы строим графики зависимости момента Me, мощности Pe и удельного эффективного расхода топлива ge от числа оборотов вала двигателя ne. Вид графика приведен на рисунке 3.
Рисунок 3. Внешние характеристики двигателя ВАЗ-2101.
Литература
-
Иванов Н.В., Иларионов В.А., Морин М.М. Основы теории автомобиля и трактора. М. Высшая школа. 1977.
-
Гришкевич А.И. АВТОМОБИЛИ. Теория. – Минск: Вышэйшая школа, 1986.
Приложение
Параметры некоторых отечественных карбюраторных и дизельных двигателей
Марка |
Рабочий объем, л |
Тип* |
, кВт |
10-3,мин-1 |
, H·м |
, 10-3,мин-1 |
, г/кВт·час |
МеМЗ-968 |
1,197 |
К4Р |
29,4 |
4,3 |
74,5 |
2,8 |
405 |
ВАЗ-2101 |
1,197 |
К4Р |
47,0 |
5,6 |
87,3 |
3,4 |
355 |
ВАЗ-2105 |
1,295 |
К4Р |
50,7 |
5,6 |
94,1 |
3,4 |
340 |
4087 |
1,36 |
К4Р |
36,8 |
4,75 |
91,2 |
2,97 |
390 |
451М |
2,445 |
К4Р |
55,2 |
4 |
166,7 |
2,35 |
340 |
ГАЗ-52-04 |
3,48 |
К6Р |
55,2 |
2,8 |
205,9 |
1,5 |
360 |
ЗМЗ-66 |
4,25 |
K8V |
88,6 |
3,3 |
284,4 |
2,25 |
326 |
ГАЗ-14 |
5,53 |
K8V |
161,8 |
4,2 |
451,1 |
2,75 |
292 |
ЗИЛ-130 |
6 |
K8V |
110,3 |
3,2 |
402 |
1,9 |
355 |
ЗИЛ-375 |
7 |
K8V |
132,4 |
3,2 |
465 |
1,9 |
355 |
КамАЗ-740 |
10,85 |
D8V |
154 |
2,6 |
637 |
1,7 |
244 |
ЯМЗ-236 |
11,15 |
D6V |
132,4 |
2,1 |
666,7 |
1,5 |
240 |
ЯМЗ-238 |
14,84 |
D8V |
176,5 |
2,1 |
882,6 |
1,5 |
240 |
ЯМЗ-240 |
22,3 |
D12V |
264,8 |
2,1 |
1274,8 |
1,5 |
240 |
*Примечание: К4Р — карбюраторный, четырехцилиндровый, рядный; D6V — дизельный, шестицилиндровый, V-образный.