3. Режим работы и характеристики двигателя

3.1. Режим работы двигателя

Режим работы двигателя - это временная последовательность его состояний, характеризуемых совокупностью показателей его работы и параметров рабочего процесса.

К основным показателям работы двигателя, влияющим на режим движения автомобиля, относятся: индикаторный крутящий момент (M_i, Нм); частота вращения коленвала (n_е, об/мин); расход топлива (G, г/c).

К параметрам рабочего процесса двигателя относят: температуру охлаждающей жидкости, давление масла в системе смазки, интенсивность изнашивания, коэффициент наполнения, индикаторный к.п.д. и т.п. Общее число параметров работы двигателя достигает нескольких десятков. Если все показатели и параметры работы в заданном интервале времени остаются неизменными, то такой режим работы двигателя называется установившимся (или равновесным). На практике под установившимся понимается такой режим, когда основные показатели его работы являются стабильными, т.е.

M_i = const; n_е = const; G = const. (78)

Если стабильным остается только один из показателей работы, например, частота вращения вала (n_е = const), то говорят об установившемся скоростном режиме. При M_i = const имеет место установившийся нагрузочный режим.

Условием установившегося режима работы является стабильность и равенство индикаторного крутящего момента двигателя и момента сил сопротивления движению автомобиля, приведенного к коленчатому валу двигателя:

M_i = M_с = const. (79)

где M_с - суммарный момент, создаваемый силами сопротивления движению (трансмиссии, качению, подъему, воздуха и прицепа), приведенный к коленчатому валу двигателя.

При равенстве и стабильности моментов устанавливается постоянная частота вращения вала и постоянный расход топлива.

В процессе движения автомобиля установившийся режим движения постоянно нарушается. При этом двигатель работает в неустановившемся режиме, т.е. таком режиме, при котором показатели работы меняются во времени. Причинами перехода двигателя к неустановившемуся режиму работы является изменение момента сил сопротивления движению (из-за изменения продольного уклона дороги, типа покрытия, скорости и направления ветра и др.) или крутящего момента самого двигателя вследствие изменения подачи топлива (топливно-воздушной смеси).В результате изменяется частота вращения вала и скорость движения автомобиля. Ускоренное вращение вала описывается уравнением:

J_д(d_е/d) = M_i() - М_с(), (80)

где J_д - суммарный приведенный к коленчатому валу двигателя момент инерции вращающихся масс автомобиля;

_е - угловая скорость вращения вала.

Таким образом, неустановившийся режим - это такой режим, в течение которого двигатель переходит от одного равновесного состояния к другому. Поэтому говорят, что неустановившийся режим работы соответствует фазе "переходного процесса".

3.2. Управление крутящим моментом двигателя

В карбюраторном двигателе регулирование крутящего момента осуществляется за счет изменения подачи в цилиндры количества топливно-воздушной смеси (свежего заряда). Отношение фактического заряда к тому, который бы имел место при полном открытии заслонки, если бы температура и давление в цилиндрах были бы такими же, как у окружающей атмосферы, называется коэффициентом наполнения (_v). Графики, характеризующие влияние % открытия дроссельной заслонки на коэффициент наполнения, представлены на рис. 12.

Открытие заслонки, %

Рис. 12. Зависимость коэффициента наполнения от степени открытия дроссельной заслонки

Как видно из рис. 12, чем больше открытие дроссельной заслонки, тем больше и наполнение цилиндров свежим зарядом. В свою очередь, увеличение количества сгорающего топлива приводит к повышению температуры и давления газов в цилиндрах. В результате возрастает крутящий момент двигателя. Таким образом, между показателем наполнения _v и величиной индикаторного крутящего момента (M_i) существует пропорциональная зависимость:

М_i = C_v_i/, (81)

где C - коэффициент, зависящий от литража двигателя, тактности и плотности атмосферного воздуха;

_i - индикаторный к.п.д. двигателя;

 - коэффициент избытка воздуха.

Индикаторный к.п.д. двигателя - это отношение теплоты, преобразованной в механическую работу, ко всей теплоте, которое выделяется при полном сгорании топлива.

Коэффициент избытка воздуха - это отношение фактического количества воздуха, поступившего в цилиндр двигателя, к теоретически необходимому для полного сгорания топлива:

 = m/m_o. (82)

Если  < 1, то возникает недостаток кислорода, при этом смесь является богатой (избыток топлива). Если  > 1,то смесь является бедной (нехватка топлива). При  = 1 смесь называется стехиометрической. В карбюраторных двигателях изменения _i и  не­велики и мало влияют на величину M_i.

В дизельном двигателе величина крутящего момента регулируется изменением количества топлива, впрыскиваемого в цилиндры. Коэффициент избытка воздуха вычисляют по формуле:

 = m/m_о = m/l_оq_ц, (83)

где l_о - количество воздуха (г), теоретически необходимое для полного сгорания 1 г топлива (l_о = 14,9 г/г);

q_ц - количество топлива, впрыскнутого в цилиндр за один цикл (г/цикл).

При этом величина индикаторного крутящего момента, развиваемого дизелем, прямо пропорциональна величине цикловой подачи топлива (q_ц):

M_i = (C_v_il_о/m)q_ц. (84)

Регулирование цикловой подачи топлива в дизельном двигателе осуществляется за счет поворота плунжера топливного насоса высокого давления (ТНВД).