17. Характеристики автомобильных двигателей: скоростная и нагрузочная

Скоростная характеристика двигателя

Цель снятия скоростной характеристики: Определение динамических и экономических свойств ДВС.

- Скоростная характеристика снимается при полностью открытой дроссельной заслонке, наивыгоднейшем угле опережения зажигания

- Для дизельных ДВС – при максимальной подаче топлива с помощью перемещения рейки топливного насоса.

– минимальные обороты ДВС

– обороты при максимальном моменте ДВС

– обороты соответствующие максимальной мощности ДВС

– обороты соответствующие минимальному удельному расходу топлива

– обороты холостого хода

– обороты соответствующие разносу ДВС

Наибольшая частота вращения коленчатого вала при которой вся индикаторная мощность затрачивается на трение.

Детали ДВС не рассчитаны по условиям прочности на режим , который может произойти при неисправности регулятора дозирующей системы. Участок «А-С» соответствует работе ДВС на регуляторном режиме.

Критерии оценки динамических качеств является коэффициент приспособляемости ДВС, который может быть определен из скоростной характеристики.

(для карбюраторных ДВС) доходит до 1,35

(для дизельных ДВС) доходит до 1,12

Коэффициент приспособляемости характеризует способность ДВС преодалевать кратковременное сопротивление

Нагрузочная характеристика ДВС

Д ля появления экономичной работы ДВС при различных нагрузках снимают нагрузочные характеристики. Нагрузочную характеристику снимают при постоянных оборотах коленчатого вала.

Постоянство оборотов обеспечивается изменением подачи топлива путем изменения положения дроссельной заслонки или изменения положения рейки топливного насоса. Она представляет собой кривые изменения часового, удельного расхода топлива в зависимости от изменения мощности ДВС.

Нагрузочная хар-ка бенз. ДВС

Резкое возрастание часового расхода топлива происходит в следствии значительного обогащения горючей смеси за счет включения экономайзера. Увеличение удельного расхода при наибольшем открытии дроссельной заслонки также происходит за счет включения экономайзера. Увеличение удельного расхода при прикрытых дроссельных заслонках происходит в следствии ухудшения процесса сгорания горючей смеси.

Нагрузочная хар-ка диз. ДВС

Самый экономичный режим в точке 1:1’. Остальное – перерасход.

При увеличении мощности ДВС удельный расход топлива уменьшается. Дальнейшее увеличение подачи топлива ведет к увеличению удельного расхода топлива. При эксплуатации часовой расход топлива не должен быть больше величины определяемой т. 1 на кривой G_T. После т.1 ДВС работает с дымным выхлопом, перегревается, что является недопустимым.

Для получения диапазона экономичной нагрузки дизельного ДВС снимают несколько нагрузочных характеристик при различных оборотах ДВС.

18. Индикаторные диаграммы действительных циклов четырехтактных двигателей.

Цилиндр двигателя закрыт крышкой, в которой располагаются клапаны для впуска свежего заряда и клапаны выпуска газов. Клапаны удерживаются в закрытом состоянии пружинами и давлением в цилиндре при процессах сжатия, сгорания и расширения. Открытие клапанов в нужные моменты производится газораспределительным механизмом.

Газораспределительный механизм состоит из рычагов, штанг и толкателей, на которые воздействуют кулачки распределительного вала.

Распределительный вал приводится в движение от коленчатого вала двигателя и имеет вдвое меньшую частоту вращения, чем коленчатый вал, вследствие чего каждый клапан открывается один раз за два оборота коленчатого вала. Взаимосвязь газораспределительного механизма с коленчатым валом находится в определенной механической зависимости. Эта зависимость устанавливается заводом—изготовителем двигателя и изображается диаграммой фаз (углов) газораспределения.

Диаграмма фаз газораспределения — паспортная характеристика определенного типа двигателя. Она на графике указывает фазы (углы) положений колена коленчатого вала, при которых происходят изменения термодинамического процесса в наиболее экономичном режиме в цилиндре двигателя. Диаграмма фаз газораспределения является руководящим документом проверки и регулировки поршневого двигателя внутреннего сгорания как при сборке в процессе изготовления, так и при ремонте двигателя.

Изменение давления рабочего тела в цилиндре двигателя за рабочий цикл, который фиксируется специальным прибором — индикатором — на диаграммной бумаге в координатах давления Р и рабочего объема КЛ, называется индикаторной диаграммой.

Рассмотрим термодинамический процесс рабочего цикла в четырехтактном двигателе (рисунок 1).

Фаза 1_2 — это угол, описываемый коленом коленчатого вала, при котором клапан впуска открыт. На индикаторной диаграмме этот процесс изображен линией 1—2 — процесс всасывания свежего заряда.

Фаза 2-3 — это угол, описываемый коленом коленчатого вала, при котором оба клапана закрыты. На индикаторной диаграмме наблюдается процесс сжатия свежего заряда, при этом температура его достигает 500... 700 °С.

Фаза 3_4 — это угол, описываемый коленом коленчатого вала при закрытых клапанах впуска и выпуска. Точка 3 находится вблизи ВМТ. С этого момента в цилиндр двигателя подается топливо в мелкораспыленном виде, которое активно (при 7 = 500...700°С) испаряется, воспламеняется и сгорает. Этот процесс длится тысячные доли секунды. В цилиндре резко возрастают температура (>1700°С) и давление (Р образовавшихся газов, вследствие чего колено коленчатого вала успевает пройти ВМТ, и сила, равная произведению давления газов на площадь поршня, раскручивает коленчатый вал. Этот процесс расширения газов называют рабочим ходом поршня, и он заканчивается при положении колена коленчатого вала в точке 4.

Фаза 4_5 — это угол, описываемый коленом коленчатого вала, при котором открыт клапан выпуска. На индикаторной диаграмме этот процесс — выпуск отработавших газов — изображен линией 4—5. В позиции колена коленчатого вала 5 клапан выпуска закрывается, а клапан впуска открывается. Этим завершается рабочий цикл и начинается следующий.

Рисунок 1 - Схема работы четырехтактного двигателя и индикаторные диаграммы:

1 — начало открытия впускного клапана; 2 — закрытие впускного клапана; 3 — начало подачи топлива; 4 — начало открытия выпускного клапана; 5 — закрытие выпускного клапана; а—г — такты рабочего цикла; Р0 — атмосферное давление; I — точка максимального давления газов в цилиндре

Весь рабочий цикл совершился за четыре такта, поэтому такой двигатель называют четырехтактным.

Создание комбинированных двигателей явилось новым этапом в развитии ДВС. Цель создания комбинированных двигателей — получение более экономичного и мощного двигателя при малых его габаритах. Потребность в таких двигателях особенно велика на железнодорожном транспорте. Увеличение мощности двигателя при тех же габаритах осуществляется за счет компрессорного наддува. В комбинированном двигателе в качестве компрессорных машин используются почти все виды компрессоров, а в качестве расширительной машины применяется только газовая турбина.

Благодаря наддуву в цилиндры подается на каждый рабочий цикл больше воздуха, чем при всасывании, что дает возможность сжигать большее количество топлива. Это позволяет получать при одинаковых с обычным дизелем размерах цилиндров и той же частоте вращения вала большую мощность.

При сжатии в нагнетателе воздух нагревается, его удельный объем возрастает, что значительно уменьшает воздушный заряд в цилиндре; поэтому в дизелях со средним и высоким наддувом обязательно применяют охлаждение наддувочного воздуха перед поступлением его в цилиндры.

Охлаждение воздуха на каждые 10 °С дает увеличение мощности дизеля на 3...4% и снижение удельного расхода топлива примерно на 1,5...2,0 г/(кВт-ч). Экономичность комбинированного двигателя с наддувом повышается также вследствие увеличения механического КПД и дополнительного использования теплоты отработавших газов.

Индикаторная диаграмма комбинированного четырехтактного дизеля с газотурбинным наддувом представлена на рисунке 2

В двигателях с наддувом процесс зарядки цилиндра происходит иначе, чем у дизеля без наддува. Турбокомпрессор засасывает воздух при атмосферном давлении Р0 и сжимает его до давления Рк. Сжатый в компрессоре воздух проходит через охладитель и впускной коллектор. На пути от турбокомпрессора до цилиндра давление воздуха снижается от Рк до Ра, поэтому линия давления впуска расположена ниже линии Рк и выше линии Р₀.

После заполнения цилиндра воздухом начинается процесс сжатия, который на индикаторной диаграмме изображен кривой 2— 3.

Р0— атмосферное давление; Р„ — давление в период наполнения; Рг — давление в цилиндре в период выпуска; Рк — давление воздуха в наддувочном коллекторе; Кс — объем камеры сжатия; КЛ — рабочий объем; К_П — полный объем цилиндра; 1 — 5 — процесс продувки: 1 — открытие клапанов впуска; 2 — закрытие клапанов впуска; 3 — впрыск топлива в цилиндр; 4 — открытие клапанов выпуска; 5— закрытие клапанов выпуска; z — точка максимального давления газов в цилиндре

Рисунок 2 - Индикаторная диаграмма четырехтактного дизеля с газотурбинным наддувом:

В конце сжатия в цилиндр впрыскивается через форсунку топливо, которое воспламеняется в точке 3. Процесс сгорания показан линией 3—1, а расширение газов происходит по кривой 2— 4. В точке 4 открываются выпускные клапаны, и отработавшие газы выталкиваются в газовую турбину при давлении Рт. Газы проходят через направляющий аппарат на лопатки турбины, а затем выбрасываются в атмосферу. На диаграмме линия выпуска газа из цилиндра расположена выше атмосферной и ниже линии наполнения.

В четырехтактных двигателях энергии отработавших газов вполне достаточно, чтобы нагнетатель сжимал воздух до давления Рк, более высокого, чем Рт. В результате наддува площадь индикаторной диаграммы, а следовательно, и мощность двигателя значительно возрастают.