3. Построение теоретических характеристик двигателей

4.1. Общие методические указания

С целью последующего тягового расчета трактора, или динамического расчета автомобиля, по результатам теплового расчета двигателя строятся соответствующие типу двигателя теоретические характеристики: регуляторная характеристика дизеля или скоростная характеристика двигателя с искровым зажиганием. Исходными данными для их построения являются: тип двигателя (с воспламенением от сжатия или с искровым зажиганием), номинальная мощность N_eн в кВт, номинальная частота вращения n_н в мин^-1, удельный g_{e н} в г /(кВтч) и часовой G_{Т н} в кг/ч расходы топлива на номинальном режиме работы двигателя (для двигателей на газовом топливе соответственно V_{e н} в м³ /(кВтч) и G_{V н} в м³ / ч ).

Характеристики строятся при настройке всережимного регулятора дизеля на максимальную подачу топлива, а для двигателей с искровым зажиганием – при работе с полностью открытой дроссельной заслонкой. Примеры оформления графиков и расположения масштабных шкал приведены на рис. 4.1, 4.2, 4.3 и 4.4. При выборе масштабов необходимо стремиться сохранить на графиках подобное расположение кривых (рекомендуется ГОСТ-ми на испытание автотракторных двигателей).

3.2. Теоретическая регуляторная характеристика дизеля

По результатам одних и тех же расчетов (испытаний) регуляторная характеристика дизеля может быть представлена в виде различных графиков:

(M_д, N_e, G_Т, g_e) = f(n) - регуляторная характеристика дизеля в функции от

частоты вращения (ее также называют скоростной

характеристикой дизеля на регуляторе), рис. 4.1;

(n , M_д ,G_Т, g_e ) = f(N_e) - регуляторная характеристика дизеля – основная

(строится в функции от эффективной мощности),

рис. 4.2;

(n , N_e , G_Т , g_e) = f( M_д ) - регуляторная характеристика дизеля в функции от

крутящего момента, рис. 4.3.

Основная регуляторная характеристика дизеля f(N_e) используется для анализа работы дизеля на регуляторе (регуляторные ветви здесь растянуты), для определения эксплуатационной топливной экономичности двигателя –эксплуатационного оценочного удельного расхода топлива и т.д..

Регуляторная характеристика дизеля в функции от частоты вращения f(n) является важнейшей характеристикой для автомобильных дизелей, на основе которой строится динамическая характеристика автомобиля с дизельным двигателем. Регуляторная характеристика дизеля в функции от крутящего момента f( M_д) представляет особый интерес при построении тяговых характеристик тракторов (тягачей), для автомобильных дизелей не строится.

Построение теоретических регуляторных характеристик начинается с построения регуляторной характеристики в функции от частоты вращения.

4.2.1. Построение регуляторной характеристики в функции

от частоты вращения

Регуляторная характеристика в функции от частоты вращения - скоростная характеристика дизеля на регуляторе (M_д, N_e, G_Т, g_e) = f(n) строится в такой последовательности (рис. 4.1).

1. Выбираются масштабы для построения графика. Масштаб по оси абцисс графика (масштаб частоты вращения) выбирают ориентируясь на значения n_н , n_{х max} и n_{Mд max} . Значение номинальной частоты вращения n_н известно, а максимальная частота вращения холостого хода n_{х max} определяется по формуле:

Рис. 4.1.. Теоретическая регуляторная характеристика дизеля – f(n)

(скоростная характеристика на регуляторе).

n_{х max} = (2+_р ) n_н / (2 - _р )  (1+_р ) n_н мин ^-1,

где _р - степень неравномерности регулятора (у современных дизелей

_р = 0,03…0,07).

Частота вращения при максимальном крутящем моменте

n_{Mд max} = n_н / K_об мин ^–1 ,

где K_об - коэффициент приспособляемости двигателя по оборотам; у совре-

менных двигателей K_об = 1,25…1,6 для вновь проектируемых

двигателей рекомендуется принимать K_об = 1,25…1,35.

Ориентируясь на рекомендуемое расположение кривых (см. рис. 4.1), а также на номинальные значения M_{д н} , N_{e н} , G_{Т н} и g_{e н} выбираются остальные масштабы, при этом значение крутящего момента на номинальном режиме определяется по формуле:

M_{д н} = 9550  N_{e н} / n_н Нм . (4.1)

На оси абсцисс отмечаются три характерные точки, соответствующие n_н, n_{х max} и n_{Mд max} , через которые проводятся вертикальные вспомогательные (штрихпунктирные) линии.

2. Перед построением графика подготавливается таблица для расчетов, в которую заносятся уже известные численные значения величин (см. таб. 4.1).

Таблица 4.1

n , мин –1	Mд , Нм	Ne , кВт	GТ , кг/ч	ge , г /(кВтч)
nх max	0	0		 
nн	Mд н	Ne н	GТ н	ge н
n1
n2
n3
nMд max

Значения n₁ , n₂ и n₃ выбираются произвольно – равномерно в диапазоне частот от n_н до n_{Mд max}. Для значений частот в этом диапазоне (включая n_{Mд max}) по эмпирической зависимости рассчитываются соответствующие значения крутящих моментов и заносятся в табл.3.1:

Нм (3.2)

По результатам расчета определяется значение коэффициента приспособляемости дизеля по моменту:

К_М = M_{д max} / M_{д н} .

Значение К_М должно быть не менее 1.12.

По значениям М_д и соответствующим значениям n в диапазоне от n₁ до n_{Mд max} рассчитываются значения эффективной мощности по формуле

N_e = M_д  n / 9550 кВт .

и заносятся в табл. 4.1. По данным таблицы строятся корректорные ветви кривых M_д = f(n) и N_e = f(n), а регуляторные ветви этих кривых изображаются в виде прямых линий, соединяющих точки M_д =0 при n_{х max} с M_{д н} и N_e =0 при n_{х max} с N_{e н} соответственно.

3. Для построения зависимости G_Т = f(n) определяются значения G_Т на характерных режимах. На номинальном режиме ( n_н )

G_{Т н} = g_{e н} N_{e н} / 10 ³ кг/ч . (4.3)

При работе на максимальном скоростном режиме ( n_{х max} )

G_{Т х} = (0,22... 0,27) G_{Т н} кг/ч ,

а на режиме M_{д max} ( n_{Mд max} )

G_{Т Mд max} = 1,1 G_{Т н} K_M / K_об кг/ч .

Полученные значения заносятся в табл. 4.1, в выбранном масштабе откладываются на графике и условно соединяются прямыми линиями. В табл. 4,1 также заносятся значения G_Т , соответствующие n₁ , n₂ и n₃ , которые определяются непосредственно по построенному графику. Значения удельного расхода топлива g_e для этих скоростных режимов определяются по формуле

g_e = G_Т 10³ / N_e г / (кВтч) (4.4)

и также заносятся в табл. 4.1. По этим данным на графике строится корректорная ветвь зависимости g_e = f(n).

На регуляторном участке в диапазоне частот от n_н до n_{х max} кривая g_e = f(n) начинается с g_{e н} и по мере уменьшения нагрузки асимптотически стремится к бесконечности. На регуляторной характеристике в функции от частоты вращения ее можно построить приближенно, рассчитав 1-2 промежуточные точки по формуле (4.3), взяв исходные данные непосредственно из графика.