Расчет внешней скоростной характеристики двигателя

Внешней скоростной характеристикой двигателя называют зависимости показателей работы двигателя от частоты вращения коленчатого вала при полностью открытой дроссельной заслонке для карбюраторного двигателя или положении рейки топливного насоса у дизельного двигателя, соответствующего максимальной подачи топлива. С достаточной степенью точности эту характеристику можно построить по результатам теплового расчета, используя эмпирические зависимости. Расчетные точки кривых характеристики определяются через каждые 200…500 мин^-1 в интервале:

- для карбюраторных двигателей

от n_min = 600…1000 мин^-1 до n_max = (1,05…1,20) n

- для дизелей

от n_min = 300…800 мин^-1 до n_max = n.

Для расчета эффективной мощности N_ех в кВти эффективного удельного расхода топлива g_ex в г/(кВт·ч) используются следующие зависимости:

(3.1)

(3.2)

где N_eх и g_eх – эффективные мощность и удельный расход топлива при искомой частоте вращения коленчатого вала n_x;

N_е и g_e – номинальная мощность двигателя и соответствующий ей удельный расход топлива;

n – частота вращения коленчатого вала при N_e, мин^-1;

с₁,…, с₅ – коэффициенты, значения которых представлены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Значения коэффициентов с_i

Тип двигателя	Значения коэффициентов
с1	с2	с3	с4	с5
Карбюраторный			1,2		0,8
Дизельный: - с неразделенной камерой сгорания	0,87	1,13	1,55	1,55
- с предкамерой	0,6	1,4	1,2	1,2
- с вихревой камерой сгорания	0,7	1,3	1,35	1,35

Точки кривой среднего эффективного давления р_ех в МПа определяются по формуле

(3.3)

Точки кривой эффективного крутящего момента M_ex в Н·м определяются по формуле

(3.4)

Часовой расход топлива G_Тх в кг/ч определяется по зависимости

G_Тх = g_ex N_ex 10 ^-3. (3.5)

Точки кривой среднего давления механических потерь р_мх в МПа определяются по формуле

(3.6)

где а_м и b_м – коэффициенты, значения которых приняты в тепловом расчете.

Точки кривой среднего индикаторного давления р_iх в МПа определяются по формуле

р_iх = р_ех + р_мх. (3.7)

Точки кривой мощности механических потерь N_мx в кВт определяются по формуле

(3.8)

Точки кривой индикаторной мощности N_ix в кВт определяются по формуле

N_ix = N_ex + N_мx. (3.9)

Расчетные точки кривой индикаторного крутящего момента M_ix в Н·м определяются по формуле

(3.10)

Зависимость индикаторного удельного расхода топлива g_ix в г/(кВт·ч):

(3.11)

Задается закон изменения коэффициента избытка воздуха a_х по частоте вращения n_x. Для карбюраторных двигателей значение a_х принимается постоянным на всем частотном диапазоне, кроме n_min. При n_х = n_min следует принимать горючую смесь несколько обогащенную, чем при n_х = n, т.е. Для дизелей а закон изменения принимается линейным:

(3.12)

Расчетные точки коэффициента наполнения определяются по формуле

(3.13)

Аналитически определяются максимальные значения среднего эффективного давления р_е.max МПа и эффективного крутящего момента M_e.max в Н·м, а также минимальное значение эффективного удельного расхода топлива g_e.min в г/(кВт×ч). Для этих значений находятся частоты вращения коленчатого вала – соответственно n_p, n_M и n_g.

Максимальное значение среднего эффективного давления р_е.max МПа определяется по формуле

(3.14)

а соответствующая ему частота n_p в мин^-1:

(3.15)

Максимальное значение эффективного крутящего момента М_е.max в Н·м определяется по формуле

(3.16)

при частоте n_М в мин^-1:

(3.17)

Минимальное значение эффективного удельного расхода топлива g_e.min в г/(кВт×ч) определится по формуле

(3.18)

при частоте n_п в мин^-1:

(3.19)

Все результаты расчетов сводятся в таблицу 3.2 (причем необходимо учесть рассчитанные значения n_p, n_M и n_g, т. е. р_е.max, М_е.max и g_e.min).

По данным таблицы в расчетно-пояснительной записке строятся графики внешней скоростной характеристики, примеры которых для дизельного двигателя с наддувом показаны на рисунке 3.1.

Пример расчета внешней скоростной характеристики представлен в приложении В.

Таблица 3.2 – Результаты расчета внешней скоростной характеристики

nх

Параметры внешней скоростной характеристики

Nex, кВт

gex,

реx, МПа

Mex, Н·м

GTx, кг/ч

рix, МПа

рмx, МПа

Nмx, кВт

Nix, кВт

gix,

Mix, Н·м

ax

hVx

nmin

nM

ng

n *

nmax

Примечание:

* - для карбюраторных двигателей.

Рисунок 3.1 – Внешняя скоростная характеристика дизельного двигателя с наддувом

Рисунок 3.1 – Внешняя скоростная характеристика дизельного двигателя с наддувом (продолжение)