Внешняя скоростная характеристика двигателя лекции

Внешняя скоростная характеристика двигателя лекции

• Абитуриенту
• Студенту
• Выпускнику
• Аспиранту
• Сотруднику
• Гостю
• Контакты

• Версия для слабовидящих
• English

• Контакты приемной комиссии
• Опорный университет
• Структура
• Преподаватели

• Доступная среда
• Контакты и реквизиты
• Телефонный справочник
• Антитеррор

• План университетского городка
• Профилактика коронавирусной инфекции
• История развития

• Руководство
• Ученый совет
• Нормативные документы

• Сведения об образовательной организации
• Управления и отделы
• Государственные закупки

• Институты
• Филиалы
• Колледжи
• Центры

• Образовательные программы
• Магистратура
• Аспирантура, докторантура
• Военная подготовка

• Дополнительное образование
• Научно-техническая библиотека

• Научные направления
• Конференции
• Конкурсы и гранты
• Фестиваль науки

• Организация НИР
• Диссертационные советы
• Центры коллективного пользования
• Научные издания

• Управление международных коммуникаций
• Программа «Tempus» и «ERASMUS+»
• Проект «NanoBRIDGE»
• Проект «Bridge»

• Проект «HP»
• Академия «Cisco»
• Инновационные предприятия
• Центр трансфера технологий

• Воспитательная работа
• Кураторы
• Профсоюзы
• Студенческий клуб

• Центр карьеры
• Газета «За инженерные кадры»
• Спорт и отдых
• Медицинская помощь

Бакалавриат и специалитет

11 августа – завершение приема заявлений о согласии на зачисление на очное бюджетное обучение на основном этапе зачисления. Зачисление – 17 августа .

25 августа – завершение приема заявлений о согласии на зачисление на очное платное обучение.
Зачисление – 26 августа.

23 августа – завершение приема заявлений о согласии на зачисление на заочное бюджетное обучение.
Зачисление – 24 августа.

26 августа – завершение приема заявлений о согласии на зачисление на заочное и очно-заочное платное обучение. Зачисление – 27 августа .

до 27 августа – дополнительное зачисление на очное бюджетное обучение

Магистратура

7 августа – завершение приема на бюджетные и платные места.

14 августа – размещение конкурсных списков.

17 августа – завершение приема заявлений о согласии на зачисление на очное и заочное бюджетное обучение.
Зачисление – 18 августа .

24 августа – завершение приема заявлений о согласии на зачисление на платное обучение.
Зачисление – 26 августа .

5 Двигатель и его характеристики

4.1. Скоростные характеристики двигателей

4.2. Нагрузочные характеристики двигателей

4.3. Регулировочные характеристики двигателей

4.1. Скоростные характеристики двигателей

Двигатель является основным источником энергии, необходи­мой для движения автомобиля. Характеристики двигателя служат для определения его мощностных и экономических показателей. Наиболее важные характеристики — скоростные, нагрузочные и регулировочные — позволяют оценивать работу двигателей, эф­фективность их использования, техническое состояние и каче­ство ремонта, сравнивать различные их типы и модели, а также судить о совершенстве конструкций новых двигателей.

Скоростной характеристикой называются зависимости эффек­тивной мощности N_e и эффективного крутящего момента М_е дви­гателя от угловой скорости коленчатого вала а_е.

У двигателя различают два типа скоростных характеристик: внешнюю (предельную) и частичные.

Внешнюю скоростную характеристику получают при полной нагрузке двигателя, т.е. при полной подаче топлива. Частичные — при неполных нагрузках двигателя, или при неполной подаче топ­лива.

Двигатель имеет только одну внешнюю скоростную характери­стику и большое число частичных, среди которых и характерис­тика холостого хода.

Рекомендуемые файлы

На частичных скоростных характеристиках значения эффектив­ной мощности и крутящего момента двигателя меньше, чем на внешней скоростной характеристике, но характер их изменения аналогичен.

Тягово-скоростные свойства автомобиля определяют при ра­боте двигателя только на внешней скоростной характеристике.

Рассмотрим внешние скоростные характеристики бензиновых Двигателей и дизелей, которые имеют некоторые отличительные особенности.

Внешняя скоростная характеристика бензинового двигателя без ограничителя угловой скорости коленчатого вала представлена на Рис. 2.1. Такие двигатели применяют главным образом на легковых автомобилях и иногда на автобусах.

Рис. 4.1. Внешняя скоростная характеристика бензинового двигателя без ограничителя угловой скорости коленчатого вала

Приведенные зависимости имеют следующие характерные точки:

• M_max — максимальная (номиналь­ная) эффективная мощность;

• ω_N. — угловая скорость коленча­того вала при максимальной мощно­сти;

• M_max — максимальный крутящий момент;

• ω_М — угловая скорость коленча­того вала при максимальном крутя­щем моменте;

• N_M — мощность при максималь­ном крутящем моменте;

• M_N — крутящий момент при мак­симальной мощности;

• ω_min — минимальная устойчивая угловая скорость коленчато­го вала при полной подаче топлива; для бензиновых двигателей (ω_min = 80. 100 рад/с;

• ω_max — максимальная угловая скорость коленчатого вала при полной подаче топлива, соответствующая максимальной скорос­ти автомобиля при движении на высшей передаче; для бензино­вых двигателей без ограничителей угловой скорости коленчатого вала ю_тах = (1,05. l,l) ω_N.

Из рис. 4.1 видно, что эффективная мощность и эффективный крутящий момент двигателя возрастают с увеличением угловой скорости коленчатого вала, достигают максимальных значений при соответствующих угловых скоростях ω_N и ω_M /, а затем уменьшают­ся с ростом ω _е вследствие ухудшения наполнения цилиндров го­рючей смесью и увеличения трения. При этом возрастают дина­мические нагрузки, что приводит к ускоренному изнашиванию деталей двигателя. В условиях эксплуатации двигатель работает главным образом в интервале угловых скоростей от ω_M до ω_N.

Внешняя скоростная характерис­тика бензинового двигателя с огра­ничителем угловой скорости колен­чатого вала показана на рис. 2.2. Та­кие двигатели применяют на грузо­вых автомобилях и автобусах.

Рис. 4.2. Внешняя скоростная характеристика бензинового двигателя с ограничителем уг­ловой скорости коленчатого вала

Ограничитель угловой скорости автоматически уменьшает подачу горючей смеси в цилиндры двигате­ля и снижает угловую скорость коленчатого вала с целью повышения долговечности двигателя. Ог­раничитель вступает в действие на той части внешней скоростной характеристики, на которой мощность двигателя почти не возра­стает с увеличением угловой скорости коленчатого вала. Включе­ние ограничителя соответствует максимальной угловой скорости ω_max = (0,8. 0,9) ω_N. Максимальной эффективной мощностью в этом случае является наибольшая мощность, которую может развить двигатель при отсутствии ограничителя, т.е. N_max, соответствую­щая угловой скорости коленчатого вала ω_N.

Внешняя скоростная характеристика дизеля представлена на рис. 4.3. Такие двигатели применяют на грузовых автомобилях, автобусах и легковых автомобилях.

У дизелей мощность не достигает максимального значения из-за неполного сгорания горючей (рабочей) смеси. Максимальной в этом случае считается мощность, которая соответствует моменту включения регулятора угловой скорости коленчатого вала, т. е. N_max при угловой скорости ω_N. Для дизелей максимальная угловая ско­рость коленчатого вала практически совпадает с угловой скорос­тью при максимальной мощности (ω_max = ω_N).

Из рассмотренных внешних скоростных характеристик бензи­новых двигателей и дизеля следует, что максимальные значения эффективного крутящего момента M_max и эффективной мощности N_max получают при различных угловых скоростях коленчатого вала. При этом значения М_тах смещены влево относительно значений N_max, что необходимо для устойчивой работы двигателя, или, иначе говоря, для его способности автоматически приспосабливаться к изменению нагрузки на колеса автомобиля.

Например, автомобиль двигался по горизонтальной дороге при максимальной мощности двигателя и начал преодолевать подъем. В этом случае сопротивление дороги возрастает, скорость автомо­биля и угловая скорость коленчатого вала уменьшаются, а крутя­щий момент двигателя увеличива­ется, обеспечивая возрастание тяго­вой силы на ведущих колесах авто­мобиля. Чем больше увеличение кру­тящего момента при уменьшении угловой скорости коленчатого вала, тем выше приспособляемость дви­гателя и меньше вероятность его ос­тановки. У бензиновых двигателей Увеличение (запас) крутящего мо­мента достигает 30 %, а у дизелей — 15%.

Рис. 4.3. Внешняя скоростная характеристика дизеля с ре­гулятором угловой скорости коленчатого вала

Скоростные характеристики дви­гателей определяют эксперимен­тально в процессе их испытаний на специальных стендах. При проведении испытаний с двигателя сни­мают часть элементов систем охлаждения, питания (вентилятор, радиатор, глушитель, компрессор, насос гидроусилителя и др.), без которых он может работать на стендах.

Мощность и крутящий момент, измеренные при испытаниях и приведенные к условиям, соответствующим давлению окружаю­щего воздуха 1 атм и температуре 15 °С, называют стендовыми. Их указывают в технических характеристиках, инструкциях, катало­гах, проспектах и т. п.

В действительности мощность и момент двигателя, установлен­ного на автомобиле, на 10. 20 % меньше, чем стендовые. Это свя­зано с размещением на двигателе элементов различных систем, которые демонтируют при испытаниях. Кроме того, давление и температура наружного воздуха при работе двигателя на автомо­биле отличаются от таковых при измерениях.

Реальную внешнюю скоростную характеристику двигателя мож­но получить только на основании экспериментальных данных после его создания. Если же такие данные отсутствуют, например при проектировании нового двигателя, то внешнюю скоростную ха­рактеристику можно рассчитать, используя известные соотноше­ния.

Для бензиновых двигателей:

Для четырехтактных дизелей:

Эффективный крутящий момент для бензиновых двигателей и дизелей определяется по формуле:

В указанных формулах мощность выражается в кВт, крутящий момент — в Н*м, угловая скорость — в рад/с.

4.2. Нагрузочные характеристики двигателей

Нагрузочной характеристикой двигателя называются зависи­мости часового G_Т и удельного эффективного g_e расходов топлива от эффективной мощности N_e или эффективного давления р_е га­зов на поршень при постоянной угловой скорости ω _е коленчатого вала. Нагрузочные характеристики служат для оценки топливной экономичности двигателя при различных режимах его работы.

На рис. 4.4 показана нагрузочная характеристика бензинового двигателя. Часовой расход топлива связан приблизительно линей­ной зависимостью с N_e и р_е. Удельный эффективный расход топлива значительно возрастает при уменьше­нии его подачи из-за ухудшения рабочего процесса и снижения механического КПД двигателя. Экономичность двигателя тем выше, чем меньше g_e и чем более полого проходит его кривая в интервале нагрузок двигателя, типичных для условий эксплу­атации.

Двигатель автомобиля работает в широ­ком диапазоне значений угловой скорос­ти коленчатого вала, поэтому измеряют не одну, а несколько его нагрузочных харак­теристик.

На рис. 2.5 приведена регулировочная нового двигателя по характеристика бензинового двигателя по расходу топлива

Рис. 4.4. Нагрузочная характеристика бензи­нового двигателя

4.3. Регулировочные характеристики двигателей

Регулировочной характеристикой двигателя называются зави­симости эффективной мощности и удельного эффективного рас­хода топлива от его часового расхода, состава горючей смеси, угла опережения зажигания или впрыска топлива и т.д.

Регулировочные характеристики определяют оптимальные ус­ловия работы двигателя и оценивают каче­ство его регулировки. Эти характеристики измеряют при полной и частичных нагруз­ках двигателя (при полной и частичной подаче топлива).

Обычно снимают регулировочные харак­теристики двигателя по расходу топлива, показывающие изменение эффективной мощности и удельного эффективного рас­хода топлива в зависимости от его часово­го расхода при постоянной угловой скоро­сти коленчатого вала.

Рис. 4.5. Регулировочная характеристика бензинового двигателя по расходу топлива.

На рис 4.5 приведена регулировочная характеристика по расходу топлива. Она имеет две характерные точки, одна из кото­рых соответствует максимальной мощности, а другая — мини­мальному удельному эффективному расходу топлива.

Двигатель развивает максимальную мощность при часовом рас­ходе топлива, соответствующем обогащенной горючей смеси (коэф­фициент избытка воздуха α_и = 0,8. 0,9), которая быстро горит. При обеднении горючей смеси мощность двигателя уменьшается из-за снижения скорости сгорания смеси. Наибольшую топлив­ную экономичность двигателя обеспечивает часовой расход топ­лива, отвечающий обедненной горючей смеси (α_и = 1,1. 1,2). При большем обеднении горючей смеси значительно уменьшается ско­рость ее горения, двигатель работает неустойчиво, резко падает его мощность и снижается топливная экономичность.

Следовательно, наиболее благоприятный для работы двигате­ля диапазон значений часового расхода топлива заключен между G_T, соответствующими минимальному удельному эффективному расходу топлива и максимальной мощности двигателя.

Эксплуатация двигателя за указанными пределами нежелательна вследствие снижения его мощности и топливной экономичности,

Гнёзда чатемских альбатросов

На фото птенцы чатемских альбатросов (Thalassarche eremita) восседают на гнездах, напоминающих скорее бочонки или глиняные горшки. Подобные массивные сооружения из почвы и глины строят многие южные альбатросы. Они нередко гнездятся на голых скалистых берегах, где яйцо рискует переохладиться, а то и вовсе разбиться без земляной «подставки». И самец, и самка носят в клюве комки грунта, пучки травы и мха и прочий материал из ближайших окрестностей гнезда, а затем утрамбовывают его лапами. Пара может использовать одно и то же гнездо в течение многих лет, подновляя и надстраивая его.

Чатемский альбатрос, как и другие представители рода моллимауков, по меркам альбатросов имеет вполне средние размеры. Размах его крыльев не превышает 2,2 м, тогда как у самых крупных представителей семейства альбатросовых он достигает 3,5 м — больше, чем у любой другой из ныне живущих птиц. Такие длинные крылья нужны альбатросам для особого типа полета — так называемого динамического парения (Dynamic soaring), во время которого птицы могут подолгу не совершать взмахов крыльями: это позволяет преодолевать огромные расстояния с минимальными затратами энергии и развивать скорость до 85 км/ч. Взрослые чатемские альбатросы большую часть года странствуют над южной половиной Тихого океана — от Австралии до Чили, предпочитая район Перуанского течения.

Взрослый чатемский альбатрос в полете. Фото © Mark Fraser с сайта nzbirdsonline.org.nz

Но для гнездования все представители вида неизменно возвращаются на один-единственный скалистый островок — Пирамиду (The Pyramid), самый южный из островов Чатемского архипелага, лежащего к востоку от Новой Зеландии. Остров вполне оправдывает свое название: это довольно крутая, лишенная древесной растительности, почти коническая скала.

Размножение альбатросов длится с августа по апрель. Примерно 70 дней уходит у пары на насиживание единственного яйца. В период ухода за птенцами взрослые птицы держатся в пределах 300 км от острова, причем кормят их не только добытыми рыбой, кальмарами, усоногими рачками и крилем, но и желудочным жиром, который вырабатывается в их железистом желудке. Это неприятно пахнущее вещество служит также защитным средством — особенно для птенцов, которых могут атаковать поморники, крупные чайки и другие хищники.

Птенцы проводят в гнездах более четырех месяцев, практически не покидая их. Со временем визиты родителей с кормом становятся всё более редкими, но птенцы используют накопленные жировые запасы: в период интенсивного выкармливания они становятся тяжелее собственных родителей. Пуховой наряд сменяется перьевым, молодые птицы периодически разминают крылья, а затем в один прекрасный день просто улетают в открытое море и начинают кормиться самостоятельно.

Взрослые чатемские альбатросы у гнезд на скалистом берегу острова Пирамида. Фото © Alan Tennyson с сайта nzbirdsonline.org.nz

Как и многие другие острова Тихого океана, Чатемский архипелаг известен своим набором уникальных, нигде более не встречающихся птиц. Почти все они серьезно пострадали после того, как острова стал активно осваивать человек. Некоторые виды, например чатемскую петроику (Petroica traversi), удалось спасти от вымирания, другие — среди них чатемский пингвин (Eudyptes chathamensis) — исчезли полностью. Ареал обитания большинства островных видов столь невелик потому, что для них практически непреодолимы обширные водные преграды. Альбатросы — совершенно другой случай: эти птицы, напротив, лучше кого бы то ни было приспособлены для полетов над просторами океана. Однако для отряда буревестникообразных, или трубконосых, к которому относятся и альбатросовые, характерна высокая степень филопатрии (от греч. «любовь к отечеству») — привязанность к месту своего рождения.

Чатемский альбатрос на гнезде с единственным яйцом. Фото с сайта nzbirdsonline.org.nz

Чатемские альбатросы приступают к размножению на шестом-седьмом году жизни, и после стольких лет безошибочно находят тот крохотный остров, где когда-то появились на свет сами. С одной стороны, это удобно: там, где гнездились твои предки, скорее всего можно будет завести потомство и самому, к тому же на острове наверняка найдутся и другие птицы, готовые образовать пару. Кстати, пары у альбатросов образуются на всю жизнь и воссоединяются в последующие циклы размножения. Но с другой стороны, из-за такой привязанности к местам гнездования расселение происходит чрезвычайно медленно. И если вся гнездовая популяция сконцентрирована на небольшом участке побережья, то один-единственный неблагоприятный сезон может серьезно повлиять на судьбу целого вида.

С чатемским альбатросом такое уже случалось: в 1985 году сильнейший шторм нанес значительный ущерб почвенному и растительному покрову острова, что существенно снизило успех размножения. А рост популяции у альбатросов идет очень медленно: птицы размножаются раз в два года и откладывают лишь одно яйцо. На восстановление популяции ушло больше 15 лет; с начала 2000-х годов ее численность держится на более или менее постоянном уровне — примерно 16 тысяч птиц, из которых участвуют в размножении приблизительно 11 тысяч. Для сравнения, гнездовая популяция наиболее многочисленного из альбатросов — темноспинного (Phoebastria immutabilis) — насчитывает свыше полумиллиона пар. Но даже их численность сейчас, увы, уменьшается.

Высокая степень филопатрии может вносить свой вклад и в появление новых видов. Вполне возможно, что именно она сыграла решающую роль во взаимной изоляции чатемского альбатроса и двух близких видов — белошапочного альбатроса (White-capped albatross) и альбатроса Сальвина (Salvin’s albatross). Этим видам повезло несколько больше, чем чатемскому альбатросу: численность их популяций выше в несколько раз, и для каждого известно несколько гнездовых колоний. До сих пор все три вида остаются настолько похожими друг на друга, что еще недавно их считали подвидами; однако результаты анализа ДНК подтверждают самостоятельный видовой статус каждой из форм, хотя, скорее всего, они приобрели его в относительно недавнем прошлом.

«Искусственная» колония чатемских альбатросов на охраняемом участке берега острова Чатем. Перемещенные из колонии на острова Пирамида пуховые птенцы соседствуют с макетами взрослых птиц, которые способствуют запечатлению внешности своего вида. Фото с сайта taiko.org.nz

В наше время глобальные изменения климата готовят новые испытания для птиц морских побережий: в частности, теперь всё чаще происходят сильные штормы. Кроме того, колонии морских птиц нередко страдают от крыс и других плотоядных животных, завезенных человеком, а также от нелегального сбора яиц. Чтобы обезопасить чатемского альбатроса, новозеландские защитники природы, объединенные местной организацией Taiko Trust, совершили поистине титанический труд. Раз альбатросы не желают расселяться сами, для них основали новую, искусственную, колонию.

В ходе масштабного проекта Albatross Translocation («Перемещение альбатросов») более 300 пуховых птенцов чатемского альбатроса перевезли на охраняемый и огороженный от хищников участок на западном побережье острова Чатем — самого крупного из островов архипелага. Тут уж понадобились самые настоящие цветочные горшки — они прекрасно имитируют естественные гнёзда альбатросов.

Последний из перемещенных птенцов чатемского альбатроса в новой колонии на острове Чатем, незадолго до вылета из гнезда. На заднем плане — макет взрослой птицы. Фото с сайта taiko.org.nz

После перевозки целая армия волонтеров выкармливала птенцов смесью из рыбы и кальмаров. За пять лет работы проекта — с 2014-го по 2018 год — птенцам понадобилось больше 18 тонн корма! И вот в апреле 2018 года последний альбатрос покинул свое искусственное гнездо. В следующем году достигшие шестилетнего возраста птицы, запомнившие расположение новой колонии, уже могут вернуться и начать гнездование по-настоящему. Такой метод расселения раньше уже был успешно опробован на других видах альбатросов.

На длинном пути странствий альбатросов ожидает немало опасностей. Как и другие морские птицы, альбатросы охотно сопровождают рыболовецкие суда, поедая выбрасываемые в море потроха. Нередко они погибают из-за того, что запутываются в рыболовных сетях (см. Gillnetting) или хватают крючки с наживкой, расставляемые при ярусном лове (см. также Longline fishing). Существенно снизить вред помогают модификации этого способа лова — отпугивающие приспособления, специальные грузила, погружающие снасть на недоступную для птиц глубину, а также лов в темное время суток, когда птицы неактивны. К сожалению, эти меры пока что внедрены далеко не повсеместно, и из-за ярусного лова ежегодно гибнет более 8000 альбатросов, а также множество других морских птиц и черепах.

Есть у альбатросов и естественные враги — косатки, акулы, морские львы и морские леопарды. Наибольшей опасности альбатросы подвергаются в первые годы жизни: в среднем, до половозрелости доживают лишь 10–20% птиц. У взрослых птиц смертность в естественных условиях относительно невелика, а продолжительность жизни альбатросов достигает 50 лет и даже больше — это компенсирует медленные темпы воспроизводства. Будем надеяться, что усилия по охране помогут чатемскому альбатросу отойти от опасной черты, к которой оказались близки многие его сородичи.