А.С. Березин Транспортные двигатели

11

где R - радиус кривошипа, мм;

L - длина шатуна, мм.

Поправочный коэффициент берется из табл. 1.2. В графу 4 записывается результат умножения величин графы 2 и графы 3.

Суммируя значения параметров Ф(φ i ) = µ (ϕ )( y′ − y′′), подсчи-

танных для различных участков индикаторной диаграммы, находим ∑ Ф(ϕ ). Затем находится среднее индикаторное давление по формуле

уменьшена на величину, характеризующую гидравлические потери:

∆ P = Pr − Pa , МПа

(1.10)

где Pr - давление на линии выпуска; Pa - давление в конце впуска.

Индикаторная мощность четырехтактного двигателя определяется по формуле

(1.11)

где Pi - среднее индикаторное давление, кг/см2; Vh - рабочий объем одного цилиндра, л;

i - число цилиндров;

n - скорость вращения коленчатого вала двигателя, об/мин. Механический КПД определяется по формуле

η м = N e ,

N i

(1.12)

где N e - эффективная мощность двигателя (определяется при помощи весов тормоза во время индицирования).

12

1.3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Запустить двигатель и прогреть его на малой нагрузке. Подготовить индикатор к работе. Установить режим работы двигателя по указанию преподавателя и включить индикатор. По окончании записи снять индикаторную диаграмму и определить основные показатели рабочего процесса согласно п. 1.2.4.

1.4. ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУ

Отчет должен содержать копию индикаторной диаграммы с описанием и результатами ее анализа.

1.5.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что такое индикаторная диаграмма ?

2.Какие данные можно получить по индикаторной диаграмме ?

3.Какие существуют разновидности индикаторов ?

4.Объясните принцип действия пневмоэлектрического индикатора МАИ-2.

5.Для чего гильза 10 индикатора приводится во вращение

?

6.Каково назначение пневмогидравлического бачка 4 ? Почему на плунжер 12 давление передают через жидкость, а не газ ?

7.Какова последовательность действий при записи индикаторной диаграммы ?

8.Как осуществляется тарировка индикаторной диаграммы ?

9.Как осуществляется отметка зажигания и мертвых точек

?

10.Каким требованиям должен удовлетворять электроконтактный датчик давления ?

11.Опишите методику обработки индикаторной диаграммы.

13

14

Лабораторная работа № 2

СКОРОСТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КАРБЮРАТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ

2.1. ЦЕЛИ И СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Цели работы - закрепление материала лекций по теории рабочих процессов ДВС, экспериментальная оценка мощностных и экономических характеристик карбюраторного двигателя по скоростной характеристике.

После изучения теоретических положений и методики проведения испытаний, изложенных ниже, запускают двигатель и замеряют все необходимые для построения скоростной характеристики показатели. По результатам испытаний оформляют отчет. Работа рассчитана на два часа.

2.2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Скоростной характеристикой карбюраторного двигателя называется зависимость показателей рабочего процесса ( N e , M e , Gt , ge и

др.) от скорости вращения коленчатого вала при постоянном положении дроссельной заслонки. Различают два вида скоростных характеристик - внешнюю и частичную.

Внешняя скоростная характеристика снимается при полностью открытой дроссельной заслонке, частичная - при неполном (частичном) открытии дроссельной заслонки. Таким образом, каждый двигатель имеет одну внешнюю скоростную характеристику и множество частичных.

Характер изменения показателей рабочего процесса по скоростной характеристике можно рассмотреть на примере внешней характеристики. Для четырехтактного двигателя эффективный крутящий момент описывается выражением

Me = PeiVh = APe (2.1) 30τ

и эффективная мощность:

15

пропорционален величине среднего эффективного давления Pe , а эффективная мощность прямо пропорциональна произведению Pen. В свою очередь, величина Pe зависит от среднего индикаторного давления и среднего давления механических потерь:

Рассмотрим отдельные факторы, определяющие изменение величин Pi и Pм в зависимости от скоростного режима двигателя.

H u , !o и ρ o практически остаются постоянными, то величина Pi будет зависеть лишь от η i /α и η v . На рис. 5 показано изменение по внешней скоростной характеристике карбюраторного двигателя.

P P

i

α

i

α

Рис. 5

Величина η i /α , характеризующая эффективность протекания

рабочего процесса в цилиндре, увеличивается с ростом скоростного режима, причем с увеличением скорости вращения вала рост η i /α

постепенно замедляется. Причинами роста η i /α являются улучшение

процесса смесеобразования и уменьшение относительных потерь тепла в стенки цилиндра за время рабочего хода.

16

Коэффициент наполнения η v изменяется с увеличением скоро-

сти более сложным образом. Наполнение цилиндров зависит в основном от гидравлического сопротивления системы выпуска, подогрева заряда при впуске, а также от колебательных процессов, происходящих во впускной системе. Поэтому на величину η v в значительной

мере влияет выбор фаз газораспределения.

Фазы газораспределения выбираются в зависимости от типа и назначения двигателя так, чтобы при наиболее употребительном скоростном режиме достигалось наилучшее наполнение цилиндров. Ниже этого числа оборотов коэффициент наполнения снижается, так как уменьшается дозарядка цилиндра и даже возможен обратный выброс заряда из цилиндра через клапан во впускной трубопровод. При повышении скоростного режима от nη наполнение уменьшается из-

за увеличения гидравлических потерь в системе впуска. Гидравлические потери возрастают пропорционально квадрату скорости движения смеси в трубопроводе.

В результате суммарного воздействия обеих рассматриваемых величин ( η v и η i /α ) при увеличении скоростного режима среднее

индикаторное давление Pi сначала возрастает, достигая макси-

мального значения при определенной скорости, а затем уменьшается. Как правило, скорость, при которой достигается максимальное значение Pi , несколько выше скорости, соответствующей максимуму ко-

эффициента наполнения (рис. 5).

Рис. 6

17

Величина среднего давления механических потерь при увеличении числа оборотов вала двигателя возрастает по закону, близкому к линейному. При некотором числе оборотов кривые Pм и Pi пере-

секаются, и эффективная мощность будет равна нулю (см. рис. 6). Это так называемое разностное число оборотов nраз , при кото-

ром двигатель будет работать на режиме холостого хода, так как вся индикаторная мощность затрачивается на преодоление механических потерь.

При полном открытии дроссельной заслонки двигатель не может работать устойчиво ниже некоторой минимальной скорости nmin , так как в таких условиях низкая скорость движения воздуха в карбюраторе не обеспечивает качественного смесеобразования, а обратный выброс снижает цикловый заряд. С увеличением скорости вращения коленчатого вала от nmin величина Pe , следовательно, и крутя-

щий момент возрастают и достигают максимальных значений при nм . При дальнейшем увеличении скорости величина Pe и крутящий момент M e начинают уменьшаться, однако эффективная мощность,

пропорциональная произведению Pn , продолжает возрастать и достигает своего максимального значения при более высокой скорости nN .

Для транспортных двигателей значение nм чаще всего состав-

ляет (0,5 0,65) nN .

При увеличении скорости вращения коленчатого вала выше nN

эффективная мощность двигателя будет быстро падать, главным образом, из-за уменьшения коэффициента наполнения и увеличения механических потерь. При скорости Pразн эффективная мощность дви-

гателя станет равна нулю. При таком режиме работы двигателя резко усиливается износ его деталей. Для исключения возможности работы при Pразн многие двигатели оборудуются ограничителями скорости

вращения коленчатого вала. Преимущественно это двигатели грузовых автомобилей.

Для условий эксплуатации каждого конкретного двигателя характерна некоторая совокупность сил сопротивления, преодолевая которые, двигатель совершает полезную работу. Для условий эксплуатации автомобильного двигателя это сила сопротивления качению, сила сопротивления подъему, сила инерции, сила аэродинамиче-

18

ского сопротивления. Причем существует определенная зависимость сил сопротивления и их мощности от скорости вращения коленчатого вала двигателя (рис. 7).

Увеличение скорости вращения коленчатого вала двигателя возможно только при условии N e > N сопр, поэтому точка пересечения

графиков N e и N сопр определяет максимально возможную скорость

двигателя для данных условий эксплуатации. Эта скорость называется номинальной. Эффективная мощность, развиваемая двигателем при этой скорости, также называется номинальной.

N

N

n n n nразн n

Рис. 7 Таким образом, если максимальная мощность двигателя - это

характеристика самого двигателя непосредственно, то номинальная мощность двигателя - это его характеристика, учитывающая условия эксплуатации.

Рассмотрим характер изменения часового и удельного расходов топлива по внешней скоростной характеристике, для чего обратимся к выражению, связывающему часовой расход топлива с параметрами

где С - коэффициент, учитывающий конструктивные особенности двигателя, физико-химические свойства и состав безвоздушной смеси.

19

Как видно из формулы (2.5), при постоянном составе смеси величина часового расхода топлива в первую очередь определяется коэффициентом наполнения и скоростью вращения коленчатого вала. При увеличении скорости вращения коленчатого вала часовой расход топлива возрастает. Но так как коэффициент наполнения с приближением к nразн уменьшается, крутизна кривой Gt с увеличением ско-

рости снижается (рис. 8).

g

Рис. 8 Минимальная величина удельного расхода топлива по внешней

скоростной характеристике обычно наблюдается в зоне средних скоростей.

Увеличение удельного эффективного расхода топлива с уменьшением скорости объясняется, в основном, возрастанием тепловых потерь, в первую очередь обусловленных ухудшением процесса смесеобразования. С увеличением скорости удельный расход топлива возрастает из-за увеличения механических потерь и соответствующего снижения η м .

то на скоростных режимах двигателя, при которых среднее эффективное давление, а следовательно, и эффективная мощность равны

20

нулю ( nразн ), величина ge стремится к бесконечности. Внешняя ско-

ростная характеристика является основной паспортной характеристикой двигателя. На основании этой характеристики двигателя заводомизготовителем указываются основные технические показатели двигателя, такие как N ном - номинальная мощность, гарантируемая заво-

дом - изготовителем при номинальном числе оборотов nном ; максимальный крутящий момент двигателя M emax и соответствующая ему скорость nM e ; минимальный удельный расход топлива по внешней скоростной характеристике gemin и соответствующая ему скорость nge . При анализе внешней характеристики оценивают также величину максимальной мощности двигателя N emax и соответствующую ей скорость nNe , значение минимальной устойчивой скорости nmin ,

максимальную величину коэффициента наполнения и характер его изменения в зависимости от скоростного режима, механический КПД двигателя и другие показатели. Важным оценочным параметром является коэффициент запаса крутящего момента:

Чем больше коэффициент запаса крутящего момента, тем выше способность двигателя сохранять постоянную скорость вращения коленчатого вала при изменении внешних сил сопротивления.

2.3.СОДЕРЖАНИЕ И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Скоростная характеристика снимается при постоянном положении дроссельной заслонки. Перед проведением испытаний двигатель прогревают на малой нагрузке, затем устанавливают дроссельную заслонку карбюратора в фиксированное положение, при котором разрешено снимать характеристику.

Тормозом устанавливают нагрузочный режим двигателя, соответствующий минимальной устойчивой скорости двигателя. Это первая точка характеристики. После стабилизации теплового режима проводят замеры необходимых параметров работы двигателя, которые записывают в протокол испытаний.

Далее, изменяя регулировку тормоза, устанавливают следую-