2.3.2. Скоростные характеристики

Скоростными характеристиками называются графические зависимости показателей работы ДВС (Ne, Ме, GT, и ge) от частоты вращения коленчатого вала nе.

В зависимости от комплектации двигателя, который испытывается на стенде, скоростные характеристики могут быть нормальными и нормально-эксплуатационными. Для построения нормальной скоростной характеристики двигатель испытывается без вентилятора, воздушного фильтра, глушителя и генератора. Нормально-эксплуатационная характеристика снимается с двигателя с полным комплектом всех приборов.

Наибольшее практическое значение имеют внешние и частичные скоростные характеристики.

Внешней скоростной характеристикой двигателя называется графическая зависимость эффективной мощности Ne, эффективного вращающего момента Ме, часового GT и удельного эффективного ge расходов топлива от частоты вращения nе коленчатого вала при полной подаче топлива.

Частичной скоростной характеристикой двигателя называется характеристика, полученная при частичной подаче топлива.

На рис. 2.9 приведена внешняя скоростная характеристика бензинового двигателя, а на рис. 2.10 — такая же характеристика дизеля.

Внешняя скоростная характеристика бензинового ДВС (ЗИЛ-508.10)

Рис. 2.9. Внешняя скоростная характеристика бензинового ДВС (ЗИЛ-508.10)
(пунктиром показана частичная скоростная характеристика): Ne — эффективная мощность; nе — эффективная частота вращения коленчатого вала; Ме — эффективный вращающий момент; GT — часовой расход топлива; удельный эффективный расход топлива

Внешняя скоростная характеристика дизеля ЯМЗ-236

Рис. 2.10. Внешняя скоростная характеристика дизеля ЯМЗ-236:
Ne — эффективная мощность; nе — частота вращения коленчатого вала при полной подаче топлива; Ме — эффективный вращающий момент; GT — часовой расход топлива; ge — удельный эффективный расход топлива

На внешней скоростной характеристике двигателя важнейшими являются режимы при частотах вращения коленчатого вала nmin nMmax n ng

Частота nmin соответствует режиму, при котором двигатель устойчиво работает с полной нагрузкой.

Частота nMmax соответствует максимальному вращающему моменту Mmax или максимальному эффективному давлению ре.

Частота nен соответствует номинальной эффективной мощности двигателя Ne, которую гарантирует завод-изготовитель для определенных условий эксплуатации.

При частоте ng двигатель имеет наиболее экономичный режим работы, т.е. наименьший удельный эффективный расход топлива ge.

Максимальная частота вращения коленчатого вала, которую может развить двигатель без регулятора, называется разносной, так как на такой скоростной режим его детали не рассчитаны. В этом случае вся индикаторная мощность двигателя расходуется на трение и привод собственных механизмов, систем и агрегатов. Такая скорость вращения коленчатого вала ограничивается соответствующим регулятором частоты вращения.

Основные параметры работы двигателя1 связаны зависимостью

формула

где Ne — эффективная мощность, кВт; Ме — эффективный вращающий момент, Н*м; пе — частота вращения коленчатого вала при полной подаче топлива, мин-1; 9 555 — числовой коэффициент.

1 Для приведения внесистемных единиц измерения мощности и работы к Международной системе единиц необходимо введение следующих коэффициентов пересчета: 1 л. с. = 736 Вт = 0,736 кВт = 736 Н*м/с. 1 кгс м = 9,81 Н*м = 9,81 Дж. Единица силы 1 Н = 1 кгс м/с2; единица мощности 1 Вт = 1 Н*м/с = 1 Дж/с; единица количества теплоты 1 Дж = 1 Вт*с = 2,78 10-4 Вт ч.

С увеличением частоты вращения коленчатого вала пе пропорционально растет эффективная мощность, так как мощность — это произведение частоты и вращающего момента, который пропорционален среднему эффективному давлению. Вначале эффективная мощность растет практически линейно в соответствии с увеличением частоты и среднего эффективного давления, затем среднее эффективное давление, достигнув максимума, начинает уменьшаться, и темп роста эффективной мощности снижается. Максимумы эффективной мощности и вращающего момента достигаются при разных скоростях вращения коленчатого вала. Минимальный удельный эффективный расход топлива приходится на частоты между максимальными значениями вращающего момента и эффективной мощности.

Коэффициентом приспособляемости двигателя K называется отношение максимального вращающего момента Mmax к величине вращающего момента Мном при номинальной мощности:

формула

Коэффициент K является важной характеристикой эффективности двигателя, так как он показывает приспособленность двигателя преодолевать временные повышенные нагрузки за счет увеличения вращающего момента при снижении частоты вращения коленчатого вала. На транспортных машинах благодаря такой способности двигателя возможно преодоление возросших сопротивлений движению без переключения передач.

Значения коэффициента приспособляемости следующие: для дизелей к = 1,05… 1,15, для бензиновых двигателей к = 1,2… 1,4.

Увеличение коэффициента приспособляемости дизеля является наиболее значимым способом повышения его эффективности. Двигатели с большим значением коэффициента приспособляемости получили название двигателей постоянной мощности (ДПМ), так как они в широком диапазоне частоты вращения коленчатого вала имеют незначительно изменяющееся значение эффективной мощности. В этом случае снижающаяся частота вращения коленчатого вала компенсируется существенным повышением вращающего момента.

Для реализации режима постоянной мощности необходимо дизель с наддувом оснастить устройством промежуточного охлаждения наддувного воздуха, чтобы увеличить коэффициент наполнения цилиндра, и отрегулировать топливный насос высокого давления на цикловую подачу топлива, обеспечивающую наиболее полное его сгорание при данном коэффициенте наполнения. При этом часовой расход топлива несколько вырастет, но удельный эффективный расход топлива снизится.