Определения и термины

Скоростной характеристикой двигателя называется зависимость изменения эффективной мощности, крутящего момента, удельного и часового расходов топлива от частоты вращения коленчатого вала при постоянном положении рычага управления подачей топлива. Различают внешнюю и частичную скоростные характеристики.

Внешней скоростной характеристикой называется зависимость вышеупомянутых параметров двигателя от частоты вращения коленчатого вала при полностью открытой дроссельной заслонке для карбюраторного двигателя или полностью нажатой педали акселератора у дизеля.

Частичной скоростной характеристикой называется зависимость вышеупомянутых параметров двигателя от частоты вращения коленчатого вала при любом другом неизменном про-межуточном положении рычагов управления подачей топлива.

Скоростная характеристика служит для определения мощностных, скоростных и экономических показателей двигателя при различной частоте вращения коленчатого вала, запаса крутящего момента, а также момента выключения регулятора и оценки степени неравномерности работы регулятора (для дизеля).

В условиях эксплуатации двигатель работает по скоростной характеристике в том случае, когда автомобиль или тракторный агрегат движется на одной передаче в условиях переменной нагрузки (различные дорожные или технологические условия) при постоянном положении рычага управления подачей топлива. При этом изменение нагрузки ведет к изменению скоростного режима работы двигателя. Для автомобилей такие условия чаще всего имеют место при разгоне, осуществляемом с полным открытием дроссельной заслонки (ДЗ) в двигателях с искровым зажиганием или предельным натяжением главной пружины регулятора в дизелях.

Из всего множества скоростных характеристик наибольшее практическое значение имеет внешняя скоростная характеристика (ВСХ). Режимы ВСХ имитируют работу двигателя на автомобиле при движении последнего в условиях переменного дорожного сопротивления, но при постоянном и предельном положении органа управления двигателем. Изменение скоростного режима двигателя при снятии скоростных характеристик обеспечивается изменением внешней нагрузки с помощью тормозного устройства. Если двигатель не оборудован ограничителем или регулятором частоты вращения или они отключены, то ВСХ снимается в диапазоне от n _min до 1,1 n _ном.

ВСХ представляет собой верхнюю границу поля эксплуатационных режимов работы двигателя. На режимах ВСХ двигатель испытывает максимальные тепловые и механические нагрузки и выделяет большое количество токсичных веществ с ОГ.

Условия окружающей среды (давление, температура, влажность) сложным образом влияют на работу двигателя и его показатели. Чтобы сопоставить результаты испытаний, полученные при разных атмосферных условиях, мощностные показатели двигателя по ВСХ приводятся к стандартным атмосферным условиям: атмосферное давление В _о = 100 кПа
(750 мм рт. ст.), температура воздуха Т _о = 298 К, парциальное давление сухого воздуха Р _в = 99 кПа, температура топлива (для дизелей) Т _от = 298 К.

Приведенные значения N_{е о}, М _ко, P_{е о} получаются умножением полученных при испытаниях значений M_e, М _к и P_е на поправочный коэффициент, зависящий от давления и температуры окружающей среды, от влажности воздуха и типа двигателя (двигатель с искровым зажиганием или дизель).

Эффективную мощность определяют из выражения

, (1.1)

где Н _u – теплотворная способность топлива; l ₀ – теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания 1 кг топлива; h _i – индикаторный КПД двигателя; a – коэффициент избытка воздуха; h _v – коэффициент наполнения; r _k – плотность заряда на впуске; V_h – рабочий объем цилиндра; i – число цилиндров двигателя; n – частота вращения коленчатого вала; t – тактность двигателя; h_м – механический КПД двигателя.

Эффективный крутящий момент, удельный эффективный расход топлива и коэффициент запаса крутящего момента определяют соответственно из выражений:

, (1.2)

, (1.3)

. (1.4)

В стандартах на методы испытаний двигателей применяют следующие определения:

Номинальная мощность N_{e н} (кВт) – назначаемая предприятием-изготовителем эффективная мощность двигателя при номинальной частоте вращения, полной подаче топлива и нормальных атмосферных условиях, температуре и плотности топлива. На испытательный стенд двигатель устанавливают без вентилятора, воздухоочистителя, глушителей шума впуска и выпуска, искрогасителя, выпускной трубы и нейтрализатора отработавших газов, а также без оборудования, потребляющего мощность, но его не обслуживающего.

Эксплуатационная мощность N_{e э} отличается от номинальной тем, что на испытательном стенде двигатель должен быть укомплектован всем оборудованием для его обслуживания, независимо от того, установлено оно на автомобиле (тракторе, комбайне), для которого он предназначен. Оборудование, не обслуживающее двигатель, но потребляющее его мощность, должно быть отключено или снято. В том случае, если это не предусмотрено конструкцией, оно должно работать без нагрузки.

Номинальная частота вращения п _н (об/мин) – частота вращения коленчатого вала двигателя, при которой предприятием-изготовителем назначаются номинальная и эксплуатационная мощности.

Минимальная рабочая частота вращения n _min – это наименьшая частота вращения коленчатого вала при полностью открытом дросселе у двигателя с искровым зажиганием и при полной подаче топлива у дизеля, при которой двигатель работает устойчиво не менее 10 мин.

Максимальная рабочая частота вращения n _max – это наибольшая частота вращения коленчатого вала при полностью открытом дросселе у двигателя с искровым зажиганием и при полной подаче топлива у дизеля, установленная в технических условиях на двигатель.

Частота вращения, соответствующая максимальному крутящему моменту n_{Mk max}, – частота вращения коленчатого вала, при которой двигатель развивает максимальный крутящий момент.

Максимальная частота вращения холостого хода n _х.х.max – это наибольшая частота вращения, установленная в технических условиях на двигатель.

Минимальная частота вращения холостого хода n _х.х.min – это наименьшая частота вращения, установленная в технических условиях для устойчивой работы двигателя на холостом ходу не менее 10 мин.

Часовой расход топлива G _т (кг/ч) – это масса топлива, расходуемого за 1 час на заданном режиме работы двигателя.

Удельный эффективный расход топлива g _e (г/(кВт×ч)) – это масса топлива, расходуемого в двигателе за 1 час, отнесенная к соответствующей мощности, развиваемой двигателем. Удельный расход топлива газовых двигателей допускается выражать как удельный расход энергии в Дж/(кВт·ч).

Номинальная мощность, максимальный крутящий момент, номинальная частота вращения, минимальная и максимальная рабочая частота вращения, частота вращения, соответствующая максимальному крутящему моменту, минимальная и максимальная частота вращения холостого хода, часовой и удельный эффективный расходы топлива при указанных частотах, а также минимальный удельный расход топлива составляют паспортные данные двигателя.

Автомобильные двигатели работают в широком диапазоне скоростных и нагрузочных режимов, а также в условиях их частого изменения. Под режимом работы двигателя понимается определенная совокупность параметров рабочего процесса, факторов внешней среды и внешней нагрузки, обеспечивающих двигателю определенные мощностные, экономические и экологические показатели.

Математическое моделирование характеристик двигателей выполняют с использованием основных зависимостей теории двигателей в сочетании с использованием эмпирических математических моделей, полученных при многофакторных испытаниях конкретных двигателей. Это несколько ограничивает возможности моделирования, так как позволяет получать правильное качественное протекание характеристик и количественное соответствие при относительно небольшой экстраполяции параметров двигателей и режимов работы за пределы условий, в которых были получены эмпирические модели.