Характеристики автомобильных двигателей

Национальный Минерально-Сырьевой Университет «Горный»

Реферат по дисциплине: Транспортная энергетика Тема Характеристики автомобильных двигателей Санкт-Петербург 2012 г.

Содержание дизель карбюраторный двигатель Введение

1. Характеристики автомобильного двигателя

2. Скоростные характеристики двигателей

3. Характеристики двигателей

4. Нагрузочная характеристика дизеля

5. Нагрузочные характеристики карбюраторного двигателя

6. Регулировочная характеристика дизеля по углу опережения впрыскивания

7. Регулировочная характеристика карбюраторного двигателя по углу опережения зажигания

8. Регулировочная характеристика карбюраторного двигателя по составу смеси

9. Регуляторная характеристика дизеля

10. Внешняя скоростная характеристика карбюраторного двигателя

Введение

Двигатель автомобиля представляет собой совокупность механизмов и систем, преобразующих тепловую энергию сгорающего в его цилиндрах топлива в механическую. На современных автомобилях наибольшее распространение получили поршневые двигатели внутреннего сгорания, в которых расширяющиеся при сгорании топлива газы воздействуют на движущиеся в их цилиндрах поршни. Бензиновые двигатели работают на легком жидком топливе — бензине, который получают из нефти. Дизельные двигатели работают на тяжелом жидком топливе — дизельном, получаемом также из нефти. Из указанных двигателей наиболее мощными являются бензиновые, наиболее экономичными и экологичными — дизели, имеющие более высокий коэффициент полезного действия. Так, при равных условиях расход топлива у дизелей на 25 …30% меньше, чем у бензиновых двигателей.

У двигателей с внешним смесеобразованием горючая смесь готовится вне цилиндров, в специальном приборе — карбюраторе (карбюраторные двигатели) или во впускном трубопроводе (двигатели с впрыском бензина) и поступает в цилиндры в готовом виде. У двигателей с внутренним смесеобразованием (дизели, двигатели с непосредственным впрыском бензина) приготовление горючей смеси производится непосредственно в цилиндрах путем впрыска в них топлива. В двигателях без наддува наполнение цилиндров осуществляется за счет вакуума, создаваемого в цилиндрах при движений поршней из верхнего крайнего положения в нижнее. В двигателях с наддувом горючая смесь поступает в цилиндры под давлением, которое создается компрессором. Принудительное воспламенение горючей смеси от электрической искры, возникающей в свечах зажигания, производится в бензиновых двигателях, а воспламенение от сжатия (самовоспламенение) — в дизелях.

1.Характеристика автомобильного двигателя Оценка работы двигателя на переменных режимах осуществляется с помощью характеристик, которые обычно графически выражают зависимость основных показателей двигателя от параметра, характеризующего режим работы двигателя (нагрузка, частота вращения коленчатого вала), или от какого-либо регулировочного параметра (угол опережения зажигания, коэффициент избытка воздуха ит. п.).

Характеристики двигателя позволяют судить о возможности его использования для работы с данным потребителем. Специфические условия работы двигателя с различными потребителями определяют различные типы характеристик. Для анализа работы автотракторных двигателей внутреннего сгорания используются следующие характеристики: скоростная, нагрузочная, регуляторная и регулировочная.

Режимы работы автомобильного двигателя определяются условиями движения автотранспортного средства и характеризуются широким диапазоном изменения нагрузки и частоты вращения. Изменение скоростного режима работы двигателя обеспечивает необходимое изменение скорости движения автомобиля на данной передаче. На каждой скорости движения, при любой частоте вращения коленчатого вала двигателя, его нагрузка может изменяться от нуля до максимального значения.

2.Скоростные характеристики двигателей Для анализа работы автомобильных и тракторных двигателей используются различные характеристики: скоростные, нагрузочные, регуляторные, регулировочные и специальные. Обычно все характеристики получают экспериментальным путем при испытаниях двигателей. При проектировании нового двигателя отдельные характеристики (например, скоростная и нагрузочная) могут быть построены расчетным путем. В этом случае ряд параметров определяют по эмпирическим зависимостям, полученным на основании обработки большого числа опытных данных. Скоростная характеристика показывает изменение мощности, крутящего момента, расходов топлива и других параметров от частоты вращения коленчатого вала. В зависимости от положения органа, управляющего подачей топлива, различают внешнюю и частичные скоростные характеристики.

Скоростная характеристика, полученная при полном дросселе (бензиновый двигатель) или при положении рейки топливного насоса (дизель), соответствующем номинальной мощности, называется внешней.

Внешняя скоростная характеристика позволяет провести анализ и дать оценку мощностных, экономических, динамических и эксплуатационных показателей при работе двигателя с полной нагрузкой.

Любая скоростная характеристика двигателя, полученная при неполном открытии дроссельной заслонки (бензиновый двигатель) или при положении рейки топливного насоса (дизель), соответствующем частичной мощности, называется частичной скоростной характеристикой. Такие характеристики используют для выяснения влияния целого ряда факторов (угла опережения зажигания, состава смеси, минимально устойчивых частот вращения и т. д.) на работу двигателя при частичных нагрузках и дают возможность наметить пути улучшения его мощностных и экономических показателей.

На рис. 1 представлена внешняя скоростная характеристика карбюраторного двигателя, а на рис. 2 — дизеля.

3. Характеристики двигателей Мощностные и экономические показатели двигателей (особенно удельные мощностные и экономические показатели), а также показатели, характеризующие статические и динамические нагрузки на детали, их тепловую напряженность, шумоизлучение, дымность и токсичность, оказывают существенное влияние на эксплуатационные характеристики приводимых ими машин. По показателям оценивают эксплуатационные характеристики двигателей и степень их конструктивного совершенства. С использованием значений показателей регулируют системы, механизмы двигателя, определяют его техническое состояние, оценивают качество производства и ремонта. Наконец, именно по показателям двигателя устанавливают соответствие его тому или иному назначению.

Вследствие этого важной задачей является экспериментальное определение показателей двигателя при установившихся режимах в пределах всего поля эксплуатационных режимов. Результаты определения показателей работы двигателей наиболее наглядно представляются в виде графиков их зависимости от одного из параметров, характеризующих режим работы двигателя (частота вращения, нагрузка, температура охлаждающей жидкости), его регулировки (состав смеси и опережение зажигания в карбюраторном двигателе, опережение впрыскивания в дизеле, состояние воздуха перед впускными и за выпускными органами). Такие зависимости называются характеристиками двигателя. перед впускными и за выпускными органами). Такие зависимости называются характеристиками двигателя. действительного цикла (pf, g_t), параметры индикаторных диаграмм Ip_z, (Ар/А<[),_шх, К и др.], концентрация токсичных компонентов, сажесодержание, температуры отработавших газов и характерных зон деталей, определяющие надежность работы двигателя, параметры перед впускными и за выпускными органами, значения коэффициентов наполнения и избытка воздуха, характеристики шума и вибраций и пр. Характеристики двигателей при установившихся режимах определяют на специальных стендах, снабженных тормозами, способными поглощать энергию, развиваемую двигателем в пределах всего поля режимов работы, и специальной измерительной аппаратурой.

Методы стендовых испытаний регламентируют государственные стандарты: ГОСТ 18 509–80 «Дизели тракторные и комбайновые», ГОСТ 14 846–81 «Двигатели автомобильные». ГОСТ 19 025–73 содержит нормы и методы измерения дымности отработавших газов автомобильных дизелей.

4.Нагрузочная характеристика дизеля Нагрузочные характеристики определяют при различных, постоянных для каждой характеристики частотах вращения последовательным увеличением подачи топлива в пределах изменения нагрузки от нуля до соответствующей полной подачи или подачи, больше полной.

При определении нагрузочной характеристики дизеля отъединяют регулятор частоты вращения и ограничитель подачи топлива. Нагрузочные характеристики дают представление об изменении показателей двигателя в зависимости от внешней нагрузки при постоянной частоте вращения. В дизеле с газотурбинным наддувом при росте нагрузки увеличиваются давление и температура воздуха перед впускными органами и подача воздуха в цилиндр G_B. Это связано с увеличением теплосодержания и располагаемой энергии отработавших газов, следствием чего является увеличение частоты вращения турбокомпрессора п._г. В результате увеличения р_г и t_K (последнее особенно заметно при отсутствии охлаждения воздуха после компрессора) снижение коэффициента наполнения с ростом нагрузки менее выражено, чем на дизеле без наддува. При отсутствии промежуточного охлаждения коэффициент наполнения в дизеле с наддувом может даже расти при увеличении нагрузки. Широкий диапазон изменения состава смеси при изменении нагрузки иллюстрирует один из основных классификационных признаков дизеля — качественное регулирование.

В дизеле с газотурбинным наддувом при росте нагрузки увеличиваются давление и температура воздуха перед впускными органами и подача воздуха в цилиндр G_B. Это связано с увеличением теплосодержания и располагаемой энергии отработавших газов, следствием чего является увеличение частоты вращения турбокомпрессора п._г.

В дизеле с газотурбинным наддувом при росте нагрузки увеличиваются давление и температура воздуха перед впускными органами и подача воздуха в цилиндр G_B. Это связано с увеличением теплосодержания и располагаемой энергии отработавших газов, следствием чего является увеличение частоты вращения турбокомпрессора п._г.

5.Нагрузочные характеристики карбюраторного двигателя При увеличении внешней нагрузки и открытии дроссельной заслонки вследствие уменьшения гидравлического сопротивления карбюратора снижается разрежение во впускном трубопроводе Лр_к, расход горючей смеси, а, следовательно, и часовой расход топлива G_T увеличиваются, что и обусловливает повышение крутящего момента и мощности. Механический к.п.д. возрастает от нулевого значения на холостом ходу до 0,7—0,9 на полной нагрузке, что, как и в дизеле, является главным фактором, способствующим улучшению экономичности двигателя, выражающейся в снижении g_e. Уменьшению g_e способствует также и рост индикаторного к.п.д. вследствие улучшения процесса сгорания по мере открытия дроссельной заслонки. В области малых и средних нагрузок карбюратор должен обеспечивать приготовление горючей смеси, так называемого экономического состава, который изменяется от а,_к = 0,7 ~ 0,85 на холостом ходу до a_SK = 1,1 -г- 1,2 вблизи полной нагрузки. Наименьший эффективный удельный расход топлива достигается при максимальном значении произведения на режиме, предшествующем включению экономайзера. В диапазоне нагрузок 80—100% от полной, несмотря на продолжающийся рост i_M, эффективный расход топлива увеличивается из-за снижения rj вследствие перехода к обогащенным (мощностным) составам смеси. Изменение концентрации таких токсичных компонентов отработавших газов, как СО и СН, по нагрузочной характеристике определяется главным образом составом смеси. Максимальная концентрация оксидов азота имеет место вблизи режима нанлучшей экономичности, когда обедненные смеси сгорают при высоких температурах. При уменьшении нагрузки относительно этого режима снижается температура в процессе сгорания смеси, а при увеличении ее падает концентрация свободного кислорода вследствие обогащения смеси.

6.Регулировочная характеристика дизеля по углу опережения впрыскивания Регулировочная характеристика дизеля по углу опережения впрыскивания. Регулировочные характеристики определяют для ряда частот вращения и подач топлива с использованием нагрузочных характеристик, снятых при различных углах опережения впрыскивания. Они позволяют выбрать наиболее целесообразный характер изменения начала впрыскивания топлива при изменении частоты вращения и нагрузки. Полученные сведения используются, в частности, при разработке автомата угла опережения впрыскивания, имеющегося на дизелях, работающих в широком диапазоне частот вращения. На рисунке приведена регулировочная характеристика по углу опережения впрыскивания, дающая ряд дополнительных сведений. Отметим, в частности, что минимальное значение удельного эффективного расхода топлива достигается при несколько меньшем значении 6о. вп чем минимальное значение удельного индикаторного расхода топлива g_tmin, в связи со снижением ц_м по мере увеличения в₀.вп из-за роста нагрузок на детали.

7. Регулировочная характеристика карбюраторного двигателя по углу опережения зажигания Эта характеристика устанавливает зависимость мощности и экономичности двигателя от угла опережения зажигания, она может быть получена, если изменять 6₀.₃ при постоянных значениях частоты вращения, положения дроссельной заслонки и состава смеси (часовом расходе топлива).

Регулировочные характеристики по 6₀.₃ позволяют найти наивыгоднейшее значение угла опережения зажигания для каждого нагрузочного и скоростного режимов двигателя при любой регулировке карбюратора. По этим данным обычно выбирают характеристики автоматов опережения зажигания.

Как следует из графиков на рисунка изменение N_e и g_e в зависимости от 6о. з имеет обратный характер, что объясняется постоянством величины G_T. По этой причине максимума мощности и минимума удельного расхода топлива достигают при одном и том же угле опережения зажигания, который называют наивыгоднейшим или оптимальным (6_а.₃.опт). При оптимальном опережении зажигания теплоиспользование оказывается наилучшим.

8. Регулировочная характеристика карбюраторного двигателя по составу смеси Регулировочной характеристикой карбюраторного двигателя по составу смеси называют зависимость мощности (или р_е) и удельного эффективного расхода топлива от состава горючей смеси (или часового расхода топлива). Эта характеристика получается при постоянных частоте вращения и положении дроссельной заслонки, а также при наивыгоднейших для каждого режима углах опережения зажигания. Состав смеси (расход топлива) при получении регулировочных характеристик варьируется с помощью специальной конусной иглы, изменяющей проходное сечение в главном жиклере, или изменением давления воздуха в поплавковой камере карбюратора.

Регулировочные характеристики по составу смеси широко используют при выборе регулировок карбюратора и для определения наивысших мощностных и экономических показателей при разных сочетаниях положения дроссельной заслонки и частоты вращения. На рисунке показана регулировочная характеристика, полученная при полном открытии дроссельной заслонки. Максимум мощности и минимум удельного расхода топлива всегда получаются при разном составе смеси, называемом соответственно мощностным (а_м) и экономическим (а_эк).При а_м во время сгорания выделяется наибольшее количество теплоты, так как из-за недостаточной гомогенности смеси использования всего воздуха можно достичь лишь при некотором избытке топлива в смеси. Кроме того, при небольшом обогащении ^Ne> хВт смеси уменьшаются потери теплоты на диссоциацию продуктов сгорания, а скорость сгорания и коэффициент молекулярного изменения возрастают. При а<�а_м мощность снижается главным образом из-за больших потерь теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива. При, а > а_м мощность уменьшается, так как с топливом в цилиндры вводится все меньшее количество теплоты, но теплоиспользование улучшается, что и служит причиной снижения g_e вплоть до карбюраторного двигателя по составу смеси достижения g_emin при а_эк, (полностью открыта дроссельная заслонка, хотя при этом имеет место падение величины т_м.

9.Регуляторная характеристика дизеля На рисунке приведена регуляторная характеристика, построенная в зависимости от эффективной мощности. По сравнению со скоростной характеристикой регуляторная характеристика нагляднее и удобнее, особенно при рассмотрении той ее части, которая получается при работе дизеля на регуляторе, так как при построении скоростной характеристики в приемлемом масштабе показатели дизеля резко изменяются в небольшом интервале частоты вращения, что затрудняет точную оценку и анализ степени изменения показателей. Взаимосвязь между параметрами для рассматриваемой характеристики приведена при анализе скоростной характеристики.

10.Внешняя скоростная характеристика карбюраторного двигателя Эта характеристика является основной и представляет собой зависимость (N_e, М_к, G_T и g_e) = f (п) при полностью открытой дроссельной заслонке на рисунке Внешняя характеристика карбюраторного двигателя, как и дизеля, позволяет определить максимальные мощностные показатели двигателя и оценить его экономичность при полных нагрузках. Характеристику получают в диапазоне от минимальной устойчивой частоты вращения п_тт до 1,1 п_в, где я_н — частота вращения, указанная заводом-изготовителем для номинальной мощности. При увеличении частоты вращения от п_тin растет коэффициент наполнения, улучшается качество смесеобразования и возрастает отношение, характеризующее эффективность индикаторного процесса. По этим причинам крутящий момент двигателя увеличивается и достигает своего максимума, т. е. вблизи частоты вращения. Карбюраторный двигатель, не снабженный ограничителем, может развивать частоту вращения и больше п_тах = 1,1 п_н, что сопровождается значительным уменьшением N_e и интенсивным износом его деталей. При полном открытии дроссельной заслонки и отсутствии внешней нагрузки частота вращения достигает разносного значения «раз. которое может привести двигатель к выходу из строя. Когда у двигателя с ограничителем частота вращения достигнет заданной величины п _р, ограничитель начинает прикрывать дроссельную заслонку и уменьшать тем самым подачу горючей смеси в цилиндры. Мощность двигателя при этом резко снижается, и при п = п_р он работает на холостом ходу. Желательно обеспечить такую чувствительность регулятора, при которой разность между п'_р и «_р была бы минимальной.

Заключение

Дальнейшее развитие двигателей дорожных машин будет направлено на обеспечение роста производительности машины, на которой этот двигатель установлен; сокращение энергозатрат на их выполнение; уменьшение затрат труда на изготовление, техническое обслуживание и ремонт двигателя, снижение расхода металла, эксплуатационных материалов; облегчение условий труда персонала и управления двигателем; улучшение экологических характеристик. Достижение более совершенных показателей возможно на основе применения прогрессивных конструктивных схем, рабочих процессов, конструкций систем узлов и деталей.

Уже сейчас требует практического решения применение наддува. Это будет обеспечивать рост агрегатной и литровой мощности, улучшение массогабаритных показателей, топливной экономичности. Большие перспективы здесь имеет применение электронного регулирования и устройств, использующих микропроцессорные схемы.

1.Двигатели внутреннего сгорания. Проф. Луканин В. Н. Москва «Высшая школа» 1985 г.

2.Расчёт автомобильных и тракторных двигателей. Колчин.А.И., Демидов В.П."Высшая школа" 2002 г.

3.Интернет ресурс сайт http://abc.vvsu.ru Сайт цифровых учебно-методических материалов ВГУЭС // abc.vvsu.ru, методическое обеспечение учебного процесса.