Построение графика внешней, скоростной характеристики двигателя

Построение графика внешней, скоростной характеристики двигателя

На графике внешней характеристики наносятся кривые мощности, крутящего момента двигателя и удельного расхода топлива в зависимости от частоты вращения коленчатого вала при полной подаче топлива.

Кривая мощности строится по эмпирическому уравнению

, (1.1)

где N_e и w_e – текущее значение мощности в (кВт) и угловой скорости вращения коленчатого вала двигателя (1/с).

a, b, c – коэффициенты, значение которых зависят от типа и конструкции двигателя.

Значения коэффициентов a,b и c определяются по формулам:

где ω_M — угловая скорость коленчатого вала при максимальном крутящем моменте, 1/с.

Для карбюраторных автомобилей допустимо принять:

b = 1; a = 2-1 =1; с = 1.

Кривая крутящего момента строиться с использованием уравнения

, (1.3)

где M_e – текущее значение крутящего момента, .

В официальных документах (технические характеристики, инструкции, справочники, каталожные листы и т.п.) под названием максимальная мощность и соответствующей ей частоте вращения, указываются номинальная мощность и номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя.

Если на автомобильном двигателе с ограничителем частоты вращения в технической характеристике указана мощность и частота вращения на ограничителе (N и ), то при построении внешней характеристики следует принимать:

— для карбюраторных двигателей грузовых автомобилей:

N = (1,05-1,1) N ; _{= 0,8 ,} (1.4)

— для карбюраторных двигателей легковых автомобилей:

N = 1,1 N ; _{= 0,8 ,} (1.5)

— для дизелей, снабженных регуляторами:

N = N ; _{= ,} (1.6)

Кривая удельного расхода топлива двигателем строиться на основании зависимости:

q = q k , (1.7)

где q_eN – удельный расход топлива двигателем при N_emax , который может быть принят равным 300-340 г/кВт·ч для карбюраторных и220-240 г/кВтч – для дизельных двигателей (точные расходы для отечественных двигателей выпуска до 1994 года указаны на стр.561-563 );

k_ω – коэффициент влияния w_e на q_e , значение которого приведены в таблице 1.1

Следует учитывать, что если в литературе частота вращения коленчатого вала двигателя n задана в об/мин, то для перевода ее в 1/сек используется известная зависимость:

= n /30, (1.8)

Результаты расчета сводятся в таблицу 1.2*.

1/сек;

кВт

Нм

Таблица 1.2 Результаты расчета.

Параметры	Размерность	Значения параметров
0,2	0,4	0,6	0,8	1,0	1,2
	1/с	652,8
	кВт	13,5	28,8	43,2	53,8	52,896
	нм	123,9	132,1	132,5	123,8	106,6	81,029
	г/(кВтч)

Графики N_e , M_e и q_e от w_е приведены на рисунке 1.

Рис.1.1 –Внешняя скоростная характеристика двигателя.

* — во всех разделах расчетно-графической работы необходимо приводить пример расчета для одного из исходных данных, для того, чтобы можно было проверить правильность расчетов

Дополнительное задание:

По ВСХ определить:

— запас крутящего момента;

— коэффициент приспособляемости по оборотам;

— коэффициент приспособляемости по моменту.

Построение графика внешней, скоростной характеристики двигателя

На графике внешней характеристики наносятся кривые мощности, крутящего момента двигателя и удельного расхода топлива в зависимости от частоты вращения коленчатого вала при полной подаче топлива.

Кривая мощности строится по эмпирическому уравнению

, (1.1)

где N_e и w_e – текущее значение мощности в (кВт) и угловой скорости вращения коленчатого вала двигателя (1/с).

a, b, c – коэффициенты, значение которых зависят от типа и конструкции двигателя.

Значения коэффициентов a,b и c определяются по формулам:

a = 2-b; b = 2·ω_M /ω_N , (1.2)

где ω_M — угловая скорость коленчатого вала при максимальном крутящем моменте, 1/с.

Для карбюраторных автомобилей допустимо принять:

b = 1; a = 2-1 =1; с = 1.

Кривая крутящего момента строиться с использованием уравнения

, (1.3)

где M_e – текущее значение крутящего момента, .

В официальных документах (технические характеристики, инструкции, справочники, каталожные листы и т.п.) под названием максимальная мощность и соответствующей ей частоте вращения, указываются номинальная мощность и номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя.

Если на автомобильном двигателе с ограничителем частоты вращения в технической характеристике указана мощность и частота вращения на ограничителе (N и ), то при построении внешней характеристики следует принимать:

— для карбюраторных двигателей грузовых автомобилей:

N = (1,05-1,1) N ; _{= 0,8 ,} (1.4)

— для карбюраторных двигателей легковых автомобилей:

N = 1,1 N ; _{= 0,8 ,} (1.5)

— для дизелей, снабженных регуляторами:

N = N ; _{= ,} (1.6)

Кривая удельного расхода топлива двигателем строиться на основании зависимости:

q = q k , (1.7)

где q_eN – удельный расход топлива двигателем при N_emax , который может быть принят равным 300-340 г/кВт·ч для карбюраторных и220-240 г/кВтч – для дизельных двигателей (точные расходы для отечественных двигателей выпуска до 1994 года указаны на стр.561-563 );

k_ω – коэффициент влияния w_e на q_e , значение которого приведены в таблице 1.1

Следует учитывать, что если в литературе частота вращения коленчатого вала двигателя n задана в об/мин, то для перевода ее в 1/сек используется известная зависимость:

= n /30, (1.8)

Результаты расчета сводятся в таблицу 1.2*.

1/сек;

кВт

Нм

Таблица 1.2 Результаты расчета.

Параметры	Размерность	Значения параметров
0,2	0,4	0,6	0,8	1,0	1,2
	1/с	652,8
	кВт	13,5	28,8	43,2	53,8	52,896
	нм	123,9	132,1	132,5	123,8	106,6	81,029
	г/(кВтч)

Графики N_e , M_e и q_e от w_е приведены на рисунке 1.

Рис.1.1 –Внешняя скоростная характеристика двигателя.

* — во всех разделах расчетно-графической работы необходимо приводить пример расчета для одного из исходных данных, для того, чтобы можно было проверить правильность расчетов

Дополнительное задание:

По ВСХ определить:

— запас крутящего момента;

— коэффициент приспособляемости по оборотам;

— коэффициент приспособляемости по моменту.

Что такое график всх двигателя

ВСХ двигателей Нивы в зависимости от установленных распредвалов

Распредвалы «DYNAMIC CAMS» для двигателей ВАЗ классика

Примечание:
1. Фазы приведены при установке точки перекрытия клапанов в ВМТ.
2. Допускаемое смещение точки перекрытия клапанов от ВМТ -3. 0 град. по углу поворота коленвала.
3. Распредвалы 37, 48, 71 и 72 требуют доработки головки блока
4. Распредвалы не предназначены для использования с гидрокомпенсаторами.
5. Выпускаются модификации распредвалов 48Г и 72Г, предназначенные для работы в паре с гидрокомпенсатором.

Распредвалы «DYNAMIC CAMS» для двигателей ВАЗ классика спорт

Примечание:
1. Фазы приведены при установке точки перекрытия клапанов в ВМТ.
2. Фактические подъемы клапанов могут отличаться он указанных в пределах 0,5 мм в зависимости от положения торца клапана относительно центра качания рычага. Эта установка требует дополнительных инструкций разработчика.

Для любителей более точной настройки автомобиля распредвалы №48(48Г), 71, 72(72Г) рекомендуется устанавливать с регулируемой разрезной звездочкой. Практически каждый вал можно поднастроить для города и для трассы, смещая точку перекрытия клапанов до ВМТ или после до 7 градусов. Если точка перекрытия до ВМТ — машина будет иметь низовую характеристику, т.е. прибавит крутящий момент на малых оборотах, потеряв его на больших. Это целесообразно в городе. И наоборот.
При установке вала №37 на двигатель объемом 1,5л он будет верховым. При установке на 1,7 — низовым. Такая тенденция наблюдается со всеми валами. При увеличении кубатуры целесообразнее ставить верховой вал, так как низы увеличиваются за счет увеличения рабочего объема, а мощность на высоких оборотах прибавляется в связи с улучшением наполнения за счет вала обеспечивающего большее время-сечения. Причем, чем выше кубатура. Тем более выражен этот эффект. Если установить низовой вал (скажем 80) на объем 1,8 — получим прекрасный трактор, который сдвинет что угодно, но быстро ехать не сможет: после 3000об/мин двигатель умрет, крутить его можно будет только для шума. Если на двигатель 1,5 поставить вал №71 — он будет легко крутиться за 8000об/мин, а реально ехать только после 4000об/мин, и трогаться нужно будет с высоких оборотов, поджигая сцепление. Не ошибитесь с выбором вала.
Распредвалы 71 и 72 требуют доработки головки блока, заключающейся в зенковании седел клапанов на 1,2-1,4мм (р/в 71-72) и последующей притирки. Это нужно сделать, во-первых, для правильного расположения оси качания рычага привода клапана относительно торца клапана, и, во-вторых, для увеличения допустимого хода пружин. Распредвалы 37 и 48 допускается устанавливать без доработки седел клапанов, хотя после зенкования седел на 0,8-1мм (р/в 37-48) результат будет лучше . Распредвалы не предназначены для использования с гидрокомпенсаторами.
Выпускаются модификации распредвалов 48Г и 72Г, предназначенные для работы в паре с гидрокомпенсатором.

Примерная стоимость

На мой взгляд, для сравнения ВСХ разных распредвалов, необходимо оценивать площадь под кривой ограниченной желаемыми оборотами двигателя.

Также существует ещё множество распредвалов, ВСХ на которые ещё не обнаружены.

ВСХ «ближнего родственника», ВАЗ 2103 (для сравнения).

Внешняя скоростная характеристика двигателя 21213

Крутящий момент двигателя – просто о сложном

• Что такое крутящий момент
• Как рассчитать
• От чего зависит крутящий момент ДВС
• Как зависит мощность от крутящего момента
• Особенность дизельных двигателей
• Крутящий момент в легковом и коммерческом транспорте
• Как увеличить крутящий момент?
• Что в приоритете – мощность или крутящий момент

При выборе автомобиля многие обращают внимание на две вещи – дизайн и эксплуатационные характеристики. Идеальная машина должна иметь приятный вид, расходовать мало топлива и быть динамичной. Под последним обычно подразумевают мощность – чем ее больше, тем лучше. Но это не совсем так. Многое меняет крутящий момент двигателя. Почему маломощные дизельные авто лучше разгоняются, чем бензиновые? Можно ли увеличить крутящий момент без вреда для двигателя? Давайте разбираться.

Что такое крутящий момент

Говоря простым языком, это усилие, что развивает коленчатый вал при работе ДВС. Данный показатель зависит от давления газов на днище поршня. Чем больше давление, тем выше момент. Измеряется показатель в Ньютон-метрах (Н/м).

Крутящий момент двигателя

Следует знать, что тяговое усилие ДВС относится к коленчатому валу или маховику. Тяговое усилие на колесах – это «переработанный» коробкой момент двигателя. Его показатели отличаются в зависимости от передаточного числа трансмиссии.

Как рассчитать

Чтобы узнать тяговое усилие у конкретного автомобиля, нужно иметь данные о мощности и оборотах коленчатого вала. Для измерения следует брать пиковую мощность и обороты. Максимальный крутящий момент двигателярассчитывается по следующей формуле:

Где Р – мощность ДВС, измеряемая в кВт;

N – число оборотов двигателя автомобиля в минуту;

9550 – постоянный коэффициент в формуле.

От чего зависит крутящий момент ДВС

Чтобы легче разобраться в этом вопросе, посмотрим на график внешней скоростной характеристики (ВСХ) одного из двигателей Jeep Grand Cherokee.

График ВСХ двигателя Jeep Grand Cherokee

На картинке видно, что величина момента меняется при увеличении скорости оборотов ДВС. После частоты 3500 об/мин показатель резко падает. Почему так происходит? Суть в наполнении цилиндров горючей смесью. Объем новой смеси не всегда равен объему камеры сгорания. Данная характеристика называется коэффициентом наполнения цилиндров. Величина может быть выше или ниже 1.

Изменение коэффициента происходит ввиду строения впускного коллектора и настройки фаз газораспределения. В нашем примере впускные клапаны ДВС открываются на 10° до верхней мертвой точки и закрываются на 60° после прохождения нижней мертвой точки. Это сделано, чтобы сбалансировать «полку» момента и получить оптимальные значения для средних оборотов (частота вращения 2500-3500 в минуту), которые нам и нужны для повседневной эксплуатации.

Что происходит с нашим мотором, когда он работает на малых оборотах? В теории при уменьшении скорости поршня должна улучшится наполняемость цилиндра. На практике при частоте вращения 1600 об/мин значение тягового усилия падает до 260 Ньютон-метров. Причина тому – слишком позднее закрытие клапана и малая степень сжатия (7.4/1 вместо 9/1). Как итог – меньшее давление газов в конце такта сгорания, и соответственно, малый крутящий момент двигателя.

Как зависит мощность от крутящего момента

Давайте взглянем на график работы ДВС Saab 9-3. Как видно, кривая мощности круто возрастает на пике момента и слабо поднимается, когда он падает.

График ВСХ автомобиля Saab

Таким образом, мощность определяет объем работы, который мотор может выполнить за единицу времени. Величина мощности на определенных оборотах зависит только от тягового усилия на этих же значениях. И чтобы увеличить максимальную мощность, нужно поднять момент на больших оборотах.

Особенность дизельных двигателей

В последнее время дизельные ДВС набирают большую популярность среди любителей авто. Поводом является не только малый расход топлива, но и технические характеристики. Такие машины обладают «паровозной» тягой и крайне надёжны. Причин этому несколько:

• Большая степень сжатия мотора, во многом определяющая тяговое усилие. Бензиновые ДВС имеют степень сжатия от 8 до 12, тогда как у дизельных данное число составляет от 18 до 22.
• Дизтопливо сгорает раньше, чем бензин. Таким образом, ДВС может поглотить больше топлива и произвести больше работы за единицу времени.
• Длина хода поршня. Дизельные ДВС имеют больший ход поршней, что увеличивает тяговое усилие.
• Наличие наддува и усиленная конструкция цилиндропоршневой группы. Такие моторы имеют больший запас прочности, а за счет турбины – большой КПД.
• Дизтопливо более энергоемкое. Из одной порции дизтоплива можно извлечь больше энергии, чем из такого же количества бензина.

Теперь перейдем к цифрам. Примером послужит дизельный и бензиновый двигатель БМВ.

Как видно, дизельная «пятерка» слабее на 48 лошадиных сил, но выигрывает у бензиновой по крутящему усилию. Что это дает на практике? Имеем неплохие показатели динамики: дизельная БМВ разгоняется до сотни за 5,7 секунд, бензиновая – за 5,6.

Крутящий момент в легковом и коммерческом транспорте

Интересно знать, что «кривые» ВСХ дизельных двигателей легковых авто отличаются от грузовиков.

Разница дизельного ДВС легковушки и грузовика

Как можно увидеть, у грузового ДВС нет выраженной «полки» момента. Это сделано неспроста. Для таких авто важен пик тягового усилия, когда ему нужно тронуться с места и набрать скорость. Дальше этот показатель не так важен – в ход идут лошадиные силы. Разогнавшись, грузовик лишь поддерживает заданную скорость. «Размазав» полку тягового усилия как у легкового ДВС, не получится нормально тронуться с места груженым.

Как увеличить крутящий момент?

Автопроизводители применяли разные способы увеличения крутящего момента двигателя, но каждый из них имел свои недостатки:

• Увеличение рабочего объема поршневой. Цель доработки – чем больший объем камеры, тем большее количество топлива в ней сгорит. Но стоит учитывать, что такая доработка влечет увеличение расхода топлива, что недопустимо в современных условиях.
• Увеличение степени сжатия. Для этого производители уменьшают объем камеры сгорания, что позволяет получить избыток давления. Но чем большая степень сжатия, тем выше вероятность детонации. Сегодня наибольший параметр среди бензиновых ДВС – 14.
• Турбирование. Позволяет увеличить мощность и тяговое усилие автомобиля на 30 %. Но установка турбины подразумевает большие нагрузки на цилиндропоршневую группу. Мотор нуждается в технической доработке, что отображается на конечной цене автомобиля. Это недопустимо для машин бюджетного и среднего класса.

Как же удалось производителям увеличить тяговое усилие двигателя, не прибегая к подобным доработкам?

Принцип работы системы состоит в повороте распредвала по ходу вращения, что обеспечивает раннее открытие клапана. Для этого задействуется гидромуфта с системой управления. Это системы VANOS, VVT и VVT-i. В системе VTEC применяются кулачки разной формы, что позволяет ступенчато изменить высоту и время открытия клапанов.

Как влияет система изменения фаз на характеристики ДВС? За счет лучшего наполнения цилиндров, крутящее усилие продолжает расти с увеличением частоты оборотов. Спад происходит только после 7 тысяч.

Что в приоритете – мощность или крутящий момент

При выборе автомобиля с примерно равной мощностью, в приоритете будет стоять более «моментный». Почему? Мощность авто – это косвенный показатель тяговых характеристик, и максимальные его значения проявляются только при пиковых оборотах. В повседневной эксплуатации мы не доводим стрелку тахометра до красной шкалы, поэтому нас интересует тяговое усилие двигателя на средних оборотах. Для этого достаточно взглянуть на «полку» крутящего момента.

Сравнение характеристик бензинового и дизельного двигателя

Важно знать, что пиковое значение у разных двигателей достигается при разных оборотах. Одни авто развивают весь потенциал уже при 1500-2500 об/мин, другие раскрываются только после 4500. Это зависит от устройства впускного коллектора и системы газораспределения.

Еще один параметр, который следует учитывать – эластичность двигателя внутреннего сгорания. Это способность автомобиля набирать обороты под нагрузкой.

Эта характеристика существенно зависит от полки крутящего усилия.

Таким образом, идеальным для нас является автомобиль, способный не только быстро набирать «сотню», но и уверенно разгоняться в движении. Необходимо учитывать и полку момента – чем меньше она падает после пика с ростом оборотов, тем лучше. Для повседневной эксплуатации не стоит выбирать двигатель, который раскрывается только на «верхах» (если, конечно, вы не заядлый гонщик). Тот самый «подрыв» должен наступать уже после 1200 для дизельных и 2500 об/мин для бензиновых ДВС. С таким автомобилем вы уверенно будете чувствовать себя в городе и на трассе.