чину мощности, также предусматриваются системы контроля расхода топлива, которые обычно реализуются с помощью мерных ёмкостей и датчиков расхода топлива.
Диагностирование данным стендом осуществляется перед и после капитального ремонта ДВС для оценки его качества. Так же можно определять экологические характеристики, производя замеры СО и СН.
Рис. 4.4. Схема работы стенда для оценки эффективной мощности двигателя
|
|
|
|
И |
|
|
|
Д |
|
|
|
А |
|
|
|
б |
|
|
|
и |
|
|
|
|
С |
|
|
|
|
Преимущества стендового метода: возможность точно оценить эффективную мощность ДВС, ликвидировать неисправности.
Недостатки стендового метода: финансовые потери от простоя техники, большие капитальные вложения.
4.2. Скоростные характеристики двигателя
Скоростной характеристикой называются зависимости эффективной мощности и эффективного крутящего момента двигателя от угловой скорости коленчатого вала . У двигателя различают два типа скоростных характеристик: внешнюю (предельную) и час-
тичные [1, 2, 13].
68
Внешнюю скоростную характеристику получают при полной нагрузке двигателя, т.е. при полной подаче топлива. Частичные – при неполных нагрузках двигателя или при неполной подаче топлива. Двигатель имеет только одну внешнюю скоростную характеристику и большое число частичных, среди которых и характеристика холостого хода.
В эксплуатации чаще всего двигатель работает при неполной загрузке, характеристики работы в этом случае называются частичными (рис. 4.5). Кривые в верхней части графика характеризуют активные режимы (двигатель вырабатывает энергию), в нижней–пассивные или тормозные режимы (двигатель поглощает энергию).
СибАДИ
Рис. 4.5. Внешняя и частичные характеристики двигателя при различных степенях подачи топлива
Скоростные характеристики, снятые при постоянной нагрузке и постоянной угловой скорости, называются статическими. В работе ДВС нагрузки и угловые скорости постоянно меняются (неустановившиеся режимы). Исследованиями выявлено, что при динамическом (неустановившимся) режиме мощность двигателя снижается изза нарушения смесеобразования и инерционных потерь.
69
Построение характеристики ТНВД дизельного двигателя.
Характеристикой топливного насоса высокого давления (ТНВД) называется зависимость цикловой подачи топлива ∆ т.ц от частоты вращения кулачкового вала насоса или коленчатого вала двигателя при постоянном положении органа, регулирующего подачу топлива.
Для построения: характеристики ТНВД рассчитывается массовая подача топлива ∆ т.ц (мг/цикл) в диапазоне частот вращения
≤≤
∆ т.ц = |
∙10 /(30∙ |
∙ ). |
На максимальной частоте вращения холостого хода |
||
СибАДИ |
||
∆ |
т.ц = ∆ т.ц ∙ |
, |
где – рабочий объем цилиндра. |
|
|
Построение и анализ внешней скоростной характеристики.
Внешняя скоростная характеристика (ВСХ) строится по результатам теплового расчета двигателя. Типичная расчетная ВСХ ДВС ИЗ показана на рис 4.6. ВСХ дизеля имеет особенность, вызванную использованием регулятора (ограничителя) номинальной частоты вращения коленчатого вала. ВСХ дизелей имеет регуляторную ветвь, формирующуюся под воздействием уменьшения цикловой подачи топлива gт.ц при увел чен частоты вращения сверх номинальной
(n np).
Приближенное построение регуляторной ветви ВСХ (см. рис. 4.6) дизеля производится в следующем порядке:
а) Определяется максимальная частота вращения (мин-1) коленчатого вала на режиме холостого хода nр.х.х, ограниченная регулятором:
. . = (1,05− 1,08)∙ .
б) Определяется часовой расход топлива при nр.х.х (кг/ч):
т. . = ∆ т.ц′ ∙ . . ∙ |
′ ∙3∙10 , |
70
где |
|
|
т ц′ |
– цикл. подача топлива на режиме холостого хода в расчете |
|||||||||
на |
литр рабочего объема цилиндра. Обычно |
|
т |
′=17–20 мг/(цикл |
|||||||||
∆ . |
|
|
|
|
|
∆ |
ц |
|
|
||||
литр). |
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|||
|
|
в) Строим на ВСХ точку А, соответствующую часовому расходу |
|||||||||||
топлива |
т |
на. |
при |
и соединяем ее прямой с точкой, соответст- |
|||||||||
вующей |
т. |
номинальном. . |
режиме. На графиках |
|
и |
про- |
|||||||
водим прямые линии от их номинальных значений при( ) |
|
до нулевых( ) |
|||||||||||
при |
|
|
. Удельный эффективный расход топлива по регуляторной |
||||||||||
ветви |
|
.ВСХ. |
определяем на нескольких промежуточных частотах в |
||||||||||
диапазоне |
< < |
. . по формуле |
|
|
|
|
|
||||||
=т/ .
СибАДИ
Рис. 4.6. Внешняя скоростная характеристика дизельного двигателя
Полученные точки соединяем плавной кривой. При частоте
вращения, приближающейся к |
, удельный эффективный расход |
|
топлива |
стремится к бесконечности. . , поскольку эффективная мощ- |
|
ность |
равна нулю. |
|
71
Характер протекания ВСХ оценивается: 1. Коэффициентом приспособляемости
|
|
|
= , |
/ |
, , |
, |
|
где |
|
– максимальный крутящий момент, |
– крутящий мо- |
||||
мент при, |
номинальной мощности. |
|
|
|
|||
|
2. Скоростным коэффициентом |
/ |
, |
|
|
||
|
|
|
= |
|
|
||
где |
и |
– частоты вращения коленчатого вала, соответствующие |
|||||
максимальному крутящему моменту и номинальной мощности. |
|||||||
|
Чем выше значения |
и ниже |
, тем лучше двигатель приспо- |
||||
сабливается к изменениюСибАДИвнешней нагрузки, а автомобиль обладает высокими динамическими характеристиками. Достигнутые значения и для двигателей различных типов и назначения приведены в
табл. 4.1.
Кроме ВСХ, после выполнения теплового расчета целесообразно построить графики зависимости от частоты вращения задаваемых
( |
,∆ |
, |
, |
|
, доз, |
|
и др.) и рассчитанных |
( |
, , |
|
, , |
, , , |
||||||||||||||||
, |
|
|
|
|
и др.) параметров двигателя. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
,Индикаторные, , , |
параметры ДВС. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
Теоретическое среднее |
|
ндикаторное давление цикла (МПа): |
|||||||||||||||||||||||||
|
– для бензиновых дв гателей |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
, |
= |
|
|
|
|
|
|
1 − |
1 |
− |
1 |
1 − |
1 |
|
|
; |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
– для дизельных двигателей |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
( |
−1) + |
∙ |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
, |
= |
− 1 |
− 1 |
1 − |
|
|
− |
|
−1 |
1 − |
|
|
|
. |
(4.10) |
|||||||||||||
−1 − 1 − 1
Действительное среднее индикаторное давление (МПа), с учетом скругления диаграммы рабочего цикла:
= (0,95 − 0,96) ∙ , .
72
|
Индикаторный КПД: |
∙ |
∙ |
)/( |
∙ ∙ |
). |
|
||||
|
|
= (10 ∙ |
|
||||||||
|
Удельный индикаторный расход топлива (г/кВт ч): |
||||||||||
|
|
|
= 3,6∙ 10 /( |
∙ |
). |
|
|
||||
|
Индикаторная мощность (кВт): |
∙ |
/120, |
|
|
||||||
|
|
|
= |
|
∙ |
|
|
||||
где |
– полный рабочий объем двигателя (л), |
имеющего цилинд- |
|||||||||
ров. |
Индикаторный крутящий момент (Н м) |
|
|
||||||||
|
|
|
|||||||||
|
Механические потери. |
= 9550∙ |
/ . |
|
|
||||||
|
Механические потери в ДВС оцениваются средним давлением |
||||||||||
механических потерь |
(МПа), которое в зависимости от средней |
||||||||||
скорости поршня |
п рассчитывается по формуле |
|
|
||||||||
|
|
|
|
= |
+ |
|
∙ |
п. |
|
|
|
|
Значения коэффициентов |
|
и |
для ДВС различных типов |
|||||||
приведены в табл. 4.1 и 4.2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 4.1 |
|
ЗначенияСибАДИкоэффициентов и для ДВС |
||||||||||
|
|
|
S/D |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,040 |
|
0,0132 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,030 |
|
0,0110 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,029 |
|
0,0112 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У дизельных двигателей с газотурбинным наддувом среднее давление механических потерь подсчитывается по формуле
73
= |
|
, |
∙( |
+ |
∙ п)+0,035∙( − |
), |
|
|
|||||||
где значения коэффициентов |
, |
берутся из табл. 4.2. |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 4.2 |
Значения коэффициентов ам и bм для дизельных двигателей |
|||||||
|
|
|
|
|
|||
Тип дизельного двигателя |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
||||
С неразделенными камерами сгорания |
0,089 |
|
0,0118 |
||||
|
|
|
|
|
|
||
Вихрекамерные |
|
|
0,089 |
|
0,0135 |
||
|
|
|
|
|
|
||
Предкамерные |
|
|
0,103 |
|
0,0153 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
МеханическийСибАДИкоэффициент полезного действия
= ( − )/ .
Эффективные показатели.
Среднее эффективное давление цикла (МПа)
= ∙ .
Эффективный коэфф ц ент полезного действия
= ∙ .
Удельный эффективный расход топлива (г/кВт ч)
= / .
Эффективная мощность (кВт)
=∙ .
Эффективный крутящий момент (Н м)
=∙ .
74
Часовой расход топлива (кг/ч)
=∙ .
Под понятием «двигатель» подразумевается агрегат, преобразующий определенный вид энергии в механическую. Электрический двигатель преобразует электрическую, паровой двигатель – энергию сжатого пара, а ДВС – давление горящей рабочей смеси внутри цилиндров. Для запуска в работу двигателя внутреннего сгорания, в отличие от электрического или парового, требуется подача энергии со стороны, поэтому ДВС агрегатируется стартером (электростартер или «пускач» – ДВС малой мощности).
ДВС конструктивно сложнее других двигателей и работа его состоит из взаимно-связанных процессов (подача и приготовление рабочей смеси, сжатие рабочей смеси в цилиндрах и др.), нормальное взаимодействие этих процессов возможно только в определенном диапазоне угловых скоростей коленчатого вала. Поэтому ДВС имеет минимальную угловую скорость, ниже которой двигатель работать не может. Для начала движения или работы машины, колеса или рабочий орган которой неподвижны, необходимо их соединить с вращающимся коленчатым валом, при этом не снизить скорость последнего
Скорость двСибАДИжен я маш ны пропорциональна угловой скорости двигателя. Двигатель внутреннего сгорания имеет ограничения по минимальной и максимальной угловым скоростям. Максимальная угловая скорость ограничена наличием масс с возвратно-поступатель- ным движением, создающими большие инерционные нагрузки, что наиболее характерно для специальной строительной техники. Диапа-
ниже . Эта проблема решается применением механизма сцепления, которое за счет проскальзывания ведущего и ведомого дисков
позволяет ДВС не выход ть за пределы устойчивой работы в момент приложения дополн тельной нагрузки.
зон угловых скоростей ДВС составляет |
от 5 |
до 7 (напри- |
|||||
мер, диапазон требуемых скоростей автомобиля/ |
составляет |
||||||
фликта/ |
» |
≈ 40 |
( |
≈5км/ч, |
≈200км/ч). |
Решение |
этого «кон- |
|
|
|
|||||
найдено в применении коробки перемены передач и раздаточной коробке распределения крутящего момента.
Основные недостатки ДВС:
1.Скоростная характеристика ДВС не соответствует требуемой.
2.Запуск в работу требует энергии «извне».
75
3. |
Невозможность работы с «нуля» ( |
≠0). |
|
4. |
Диапазон разбега |
меньше требуемого диапазона . |
|
С целью устранения этих недостатков создается агрегат: ДВС, сцепление, стартер, КПП и (или) раздаточная коробка. Созданный агрегат имеет неоспоримые преимущества по сравнению с другими двигателями в части:
1.Высокая готовность к работе.
2.Высокая удельная мощность (отношение мощности двигателя
кего весу дв).
3.Автономность условий работы.
4.Экономичность из-за высокой удельной калорийности применяемого топлива.
1.Что такоеСибАДИ«эффективная мощность двигателя»?
2.Какие способы замера эффективной мощности вы знаете?
3.Каким образом получают внешнюю скоростную характеристику двигателя?
76