6. Расчет и построение внешней скоростной характеристики двигателя

Для анализа работы автомобильных двигателей используются различные характеристики: скоростные, нагрузочные, регулировочные и специальные. Обычно эти характеристики получают экспериментальным путем.

При проектировании нового двигателя скоростная характеристика может быть построена расчетным путем.

Скоростная характеристика показывает изменение мощности, крутящего момента, расхода топлива от частоты вращения коленчатого вала.

У двигателей различают два типа скоростных характеристик: внешнюю (предельную) и частичные. Внешнюю скоростную характеристику получают при полной нагрузке двигателя, т.е. при полной подаче топлива; частичные – при неполных нагрузках двигателя или при неполной подаче топлива.

Тягово-скоростные свойства подвижного состава определяют при работе двигателя на внешней скоростной характеристике.

При отсутствии экспериментальных данных внешнюю скоростную характеристику можно получить расчетным путем, используя эмпирическую зависимость, предложенную профессором Р.С. Лейдерманом, позволяющую по координатам одной точки найти остальные текущие значения. В качестве координат известной точки используют значения максимальной мощности и угловую скорость коленчатого вала при этой мощности.

Построение кривых скоростной характеристики ведется в интервале:

• для бензиновых двигателей от n_min = 600…1000 мин^-1 до n_max = (1,05…1,2)n_N ;

• для дизельных двигателей от n_min = 300…800 мин^-1 до n_N,

где n_N – частота вращения коленчатого вала при номинальной мощности.

Максимальная частота вращения коленчатого вала ограничивается, в частности, особенностями протекания рабочего процесса, допустимой величиной инерционных нагрузок, уровнем термических напряжений, а минимальная – условиями устойчивой работы двигателя при полной нагрузке.

Расчет эффективной мощности осуществляется по нижеприведенным зависимостям с шагом n = 500…1000 мин^-1:

для бензиновых двигателей

(6.1)

для дизелей с неразделенными камерами

(6.2)

для дизелей с предкамерой

(6.3)

для дизелей с вихревой камерой

(6.4)

В формулах (6.1) – (6.4) принято: N_e - номинальная эффективная мощность (кВт); N_ex и n_x– эффективная мощность (кВт) и частота вращения коленчатого вала (мин^-1) в искомой точке скоростной характеристики двигателя.

Эффективный крутящий момент M_ex (Н∙м) определяется по формуле

(6.5)

Удельный эффективный расход топлива g_ex, г/(кВтч), определяется по формулам:

для бензиновых двигателей

(6.6)

для дизелей

(6.7)

где g_eN - удельный эффективный расход при номинальной мощности, г/(кВтч)

Часовой расход топлива G_Tx, кг/ч

(6.8)

Значение расчетных параметров внешней скоростной характеристики сводятся в табл. 2

Таблица 2

Параметры внешней скоростной характеристики двигателя

Параметры	Единица измерения	Текущие значения параметров
nx	мин^-^1	500	1000	1500	…	…	…	nx = 1,2nN (бензинов. двиг.) nx = nN (дизельн. двиг.)
Nex	кВт
Мex	Н·м
gex	г/кВт∙ч
GTx	Кг/ч

По расчетным данным строятся графики зависимости мощности, крутящего момента, удельного эффективного расхода и часового расхода топлива от частоты вращения коленчатого вала. Примерный вид графиков представлен на рис.

По скоростной характеристике определяют коэффициент приспособляемости К, представляющий собой отношение максимального крутящего момента M_emax к крутящему моменту M_eN при номинальной мощности:

(6.9)

Этот коэффициент служит для оценки приспособляемости двигателя к изменению внешней нагрузки и характеризует способность двигателя преодолевать перегрузки. Для бензиновых двигателей К = 1,20…1,35; для дизелей К = 1,05…1,20.