Скоростная характеристика двигателя

Скоростной характеристикой двигателя называется зависимость его эффективной мощности Р_е , эффективного крутящего момента Т_е и удельного расхода топлива g_е от угловой скорости вращения w_е коленчатого вала. Наибольший интерес при теоретическом анализе тягово-скоростных свойств автомобиля представляет так называемая внешняя скоростная характеристика, соответствующая работе двигателя с полной подачей топлива.

На рис. 12 приведены внешние скоростные характеристики наиболее применяемых на современных автомобилях двигателей – поршневых двигателей внутреннего сгорания (бензинового, с распределенным впрыском и дизельного, с прямым впрыском). Внешние скоростные характеристики являются основными документами двигателей, используемыми при проведении расчетов тягово-скоростных характеристик автомобилей.

Рис. 12. Внешние скоростные характреистики бензинового (а) и дизельного (б) двигателей

Важнейшими параметрами внешней скоростной характеристики двигателя являются:

Р_е^mах – максимальная эффективная мощность (т.е. мощность, непосред-

ственно снятая с его коленчатого вала), кВт;

Т_е^max – максимальный крутящий момент, Н.м;

Т_р – крутящий момент при максимальной мощности, Н.м;

Р_огр (Т_огр) – мощность, кВт (крутящий момент, Н.м) по ограничителю

( w_огр);

w_max – максимальная угловая скорость вращения коленчатого вала, с^-1 ;

w_р – угловая скорость вращения коленчатого вала при максимальной

мощности, с^-1 ;

w_т – угловая скорость вращения коленчатого вала при максимальном

крутящем моменте, с^-1 ;

w_{g min} – угловая скорость вращения коленчатого вала при минимальном

удельном расходе топлива, с^-1;

w_min – минимальная устойчивая угловая скорость вращения коленчатого

вала, с^-1 ;

w_огр- угловая скорость коленчатого вала по ограничителю, с^-1.

Способность двигателя приспосабливаться к изменению нагрузки на коленчатом валу оценивают коэффициентом приспособляемости по моменту k_т , который определяется соотношением

k_т = Т_е^max / Т_р . (16)

Кроме того, широту диапазона устойчивой работы двигателя оценивают коэффициентом приспособляемости по угловой скорости вращения k_w , который равен

k_w = w_p / w_т . (17)

Скоростные характеристики получают путем испытания двигателей в стендовых условиях. При этом производят замер величин крутящего момента Т_е^ст на коленчатом валу при различных угловых скоростях его вращения, т.е. определяют зависимость Т_е^ст = f (w_е). Мощностные показатели двигателя рассчитывают с использованием этих зависимостей по формуле

Р_е^ст = Т_е^ст w_е , (18)

где Р_е^ст и Т_е^ст – мощность и крутящий момент в стендовых условиях.

При снятии характеристик двигателя на стенде он, как правило, не оснащается всеми теми узлами и навесным оборудованием, которые устанавливаются на него на реальном автомобиле. Более того, температурные условия и воздухообмен в подкапотном пространстве существенно отличаются от стендовых в худшую сторону. Для учета влияния этих факторов обычно вводят корректирующие коэффициенты k_c и k_п :

k_c – коэффициент коррекции стендовых характеристик (для двигателей, испытанных по ГОСТу, k_с = 0,95 – 0,97 );

k_п – коэффициент учета подкапотных потерь ( k_п = 0,9 – 0,98 ).

б)

Тогда мощность двигателя, установленного на автомобиле, определится как

Р_е = k_c k_п Р_е^ст . (19)

Соответственно крутящий момент двигателя, установленного на автомобиле,

Т_е = k_c k_п Т_е^ст . (20)

Часто при проектировании новых автомобилей характеристики двигателя неизвестны, тогда расчеты ведут с использованием приближенных скоростных характеристик, построенных по соответствующим теоретическим зависи-мостям. Одной из таких часто применяемых эмпирических зависимостей является формула

Р_е = Р_е^max (а w_е / w_р + b w_е² / w_р² - с w_е³ / w_р³ ) , (21)

где а, b, с – коэффициенты, зависящие от типа и конструкции двигателя; Р_е , w_е – текущие значения мощности и угловой скорости вращения коленчатого вала двигателя; Р_е^max ,ω_р – максимальная мощность двигателя и угловая скорость вращения коленчатого вала при максимальной мощности.

Для карбюраторных двигателей старого типа (выпуска до 1965 года) рекомендовалось при расчетах по формуле (21) брать а = b = с = 1 [ 3 ]. Для дизелей с непосредственным впрыском удовлетворительный результат дает такое сочетание этих коэффициентов: а = 0,5 ; b = 1,5 ; с = 1 [ 3 ]. Более точно эти коэффициенты для всех типов и конструктивных вариантов поршневых двигателей определяются следующими выражениями [ 2 ]:

а = [ k_т k_w ( 2 - k_w) – 1 ] / [ k_w ( 2 - k_w ) –1 ] ;

b= - 2k_w ( k_т –1 ) / [ k_w ( 2 - k_w ) –1 ] ; (22)

c = - k²_w ( k_т –1 ) / [ k_w ( 2 - k_w ) –1 ] .

Можно дать ориентиры значений коэффициентов а, b и с . Так, для современных бензиновых двигателей с распределенным впрыском топлива а = 0 ÷ 0,3 ; b = 2,4 ÷ 3,0 ; с = 1,7 ÷ 2.0 , для дизелей а = 0,5 ÷ 0,7 ; b = 1,5 ÷ 2,0 ; с = 1,0 ÷ 1,5 . При выборе значений а, b и с из указанных диапазонов нужно помнить, что для двигателей, не оборудованных ограничителем максимальных оборотов, должны выполняться такие обязательные условия [ 1 ]:

а + b - с = 1 (для обеспечения Р_е = Р_е^max при w_е = w_р );

а + 2b - 3с = 0 (так как при w_е = w_р dP_e / dw_e = 0 ).