Расчет внешней скоростной характеристики.

1.3.1. Для анализа работы автомобильных и тракторных двигателей используются различные характеристики: скоростные, нагрузочные, регуляторные, регулированные и специальные. Обычно все характеристики получают экспериментальным путем при испытаниях двигателей. Скоростная характеристика показывает изменение мощности, крутящего момента, расходов топлива и других параметров от частоты вращения коленчатого вала. Скоростная характеристика, полученная при положении рейки топливного насоса, соответствующем номинальной мощности, называется внешней. Внешняя скоростная характеристика позволяет провести анализ и дать оценку мощностных, экономических, динамических и эксплутационных показателей при работе двигателя с полной нагрузкой.

1.3.2. На основании теплового расчета, проведенного для режима номинальной мощности, получены следующие параметры, необходимые для расчета и построения внешей скоростной характеристики:

N_c=138, 4 (кВт); частота вращения к.в. при максимальной мощности n_N=1200 об/мин; тактность двигателя τ =4; литраж V_n=13, 53 л; ход поршня S=205 мм; теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива L₀=14, 452 кг.воз/кг.топл; плотность заряда на впуске ƍ _к=1, 69 (кг/м³); коэффициент избытка воздуха α _N=1, 7; удельный эффективный расход топлива g_eN=221 г/(кВт 4).

Расчетные точки скоростной характеристики. Принимаем Mmin=500 об/мин; Mmax=675; далее через каждые 175 об/мин и n_nN=1200 об/мин.

N_ex=(N_en_x/n_N) [0, 87+1, 13 n_N – (n_x/n_N)²],

где N_e – мощность двигателя.

N_x – частота вращения к.в. в расчетной точке.

n_N – номинальная частота вращения к.в.

N_ex1=(125∙ 500/1200)[0, 87+1, 13∙ 500/1200∙ (500/1200)²=60, 9 (кВт)

N_ex2=(125∙ 675/1200)[0, 87+1, 13∙ 675/1200∙ (675/1200)²]=83, 66 (кВт)

N_ex3=(125∙ 850/1200)[0, 87+1, 13∙ 850/1200∙ (850/1200)²]=103, 6 (кВт)

N_ex4=(125∙ 1025/1200)[0, 87+1, 13∙ 850/1025)1200∙ (1025/1200)²]=117, 48 (кВт)

N_ex5=(125∙ 1200/1200)[0, 87+1, 13∙ 1∙ 1]=125 (кВт).

Эффективный крутящийся момент.

M_ex=N_ex∙ 310⁴/(π ∙ n_x),

где N_ex – мошность в расчетных точках

n_x – частота вращения к.в. в расчетных точках

M_ex1=N_ex∙ 3∙ 10⁴/(π ∙ n_x1)=60, 9∙ 3∙ 10⁴/(3, 14∙ 500)=1163, 7 (Н_м).

M_ex2=83, 66∙ 3∙ 10⁴/(3, 14∙ 675)=1184, 15 (Н_м)

M_ex3=103, 6∙ 3∙ 10⁴/(3, 14∙ 850)=1164, 48 (Н_м)

M_ex4=117, 48∙ 3∙ 10⁴/(3, 14∙ 1025)=1094 (Н_м)

M_ex5=125∙ 3∙ 10⁴/(3, 14∙ 1200)=995, 2 (Н_м)

Среднее эффективное давление.

P_ex=N_ex∙ 30τ /V_n∙ n_x;

где τ – тактность двигателя

V_л – литраж двигателя

n_x – частота вращения к.в. в расчетных точках

P_ex1=60, 9∙ 30∙ 4/13, 53∙ 500=1, 08 (МПа)

P_ex2=83, 66∙ 30∙ 4/13, 53∙ 675=1, 099 (МПа)

P_ex3=103, 6∙ 30∙ 4/13, 53∙ 850=1, 08 (МПа)

P_ex4=117, 48∙ 30∙ 4/13, 53∙ 1025=10, 2 (МПа)

P_ex5=125∙ 30∙ 4/13, 53∙ 1200=0, 92 (МПа)

Средняя скорость поршня.

U_n.ср=S_nx/3∙ 10⁴,

где S – ход поршня

n_x – частота вращения к.в. в расчетных точках

U_n.ср1=205∙ 500/30000=3, 4 (м/с)

U_n.с2=205∙ 675/30000=4, 59 (м/с)

U_n.ср3=205∙ 850/30000=5, 78 (м/с)

U_n.ср4=205∙ 1025/30000=6, 47 (м/с)

U_n.ср5=205∙ 1200/30000=8, 16 (м/с)

Среднее давление мех.потерь.

P_mx=0, 089+0, 0118 U_n.ср

P_mx1=0, 089+0, 0118∙ 3, 4=0, 13 (МПа)

P_mx2=0, 089+0, 0118∙ 4, 59=0, 014 (МПа)

P_mx3=0, 089+0, 0118∙ 5, 78=0, 16 (МПа)

P_mx4=0, 089+0, 0118∙ 6, 47=0, 17 (МПа)

P_mx5=0, 089+0, 0118∙ 8, 16=0, 19 (МПа)

Среднее индикаторное давление.

P_ix=P_cx+ P_mx,

где P_сx – среднее эффективное давление

P_mx – среднее давление мех.потерь

P_ix1=1, 08+0, 13=1, 21 (МПа)

P_ix2=1, 099+0, 14=1, 239 (МПа)

P_ix3=1, 08+0, 16=1, 24 (МПа)

P_ix4=1, 02+0, 17=1, 19 (МПа)

P_ix5=0, 92+0, 19=1, 11 (МПа)

Индикаторный крутящийся момент.

M_ix= P_ix∙ V_л∙ 10³/ (π τ)

где P_ix – среднее индикаторное давление

V_л – литраж двигателя

τ – тактность двигателя

M_ix1=1, 21∙ 13, 53∙ 10⁴/(3, 14∙ 4)=1303, 4 (Н.м)

M_ix2=1, 239∙ 13, 53∙ 10⁴/(3, 14∙ 4)=1334, 65 (Н.м)

M_ix3=1, 24∙ 13, 53∙ 10⁴/(3, 14∙ 4)=1335, 73 (Н.м)

M_ix4=1, 19∙ 13.53∙ 10⁴/(3, 14∙ 4)=1281, 87 (Н.м)

M_ix5=1, 11∙ 13, 53∙ 10⁴/(3, 14∙ 4)=1195, 69 (Н.м)

Удельный эффективный расход топлива.

q_ex= q_eN[1, 55-1, 55 nx/nm+(nx/nN)²

где q_e – номинальный удельный расход топлива

q_ex1=221[1, 55-1, 55∙ 500/1200+(500/1200)²]=238, 19 г/(кВт.ч)

q_ex2=221[1, 55-1, 55∙ 675/1200+(675/1200)²]=219, 79 г/(кВт.ч)

q_ex3=221[1, 55-1, 55∙ 850/1200+(850/1200)²]=210, 79 г/(кВт.ч)

q_ex4=221[1, 55-1, 55∙ 1025/1200+(1200/1200)²]=221 г/(кВт.ч)

q_ex5=221[1, 55-1, 55·1200/1200+(1200/1200)²]=221 г/(кВт.ч)

Часовой расход топлива.

G_T1=10^-3·g_ex1·N_ex1=10^-3·238, 19·60, 9=14, 5 (кг/ч)

G_T2=10^-3·g_ex2·N_ex2=10^-3·219, 79·83, 66=18, 4 (кг/ч)

G_T3=10^-3·g_ex3·N_ex3=10^-3·210, 79·103, 6=21, 8 (кг/ч)

G_T4=10^-3·g_ex4·N_ex4=10^-3·211, 19·117, 48=24, 81 (кг/ч)

G_T5=10^-3·g_ex5·N_ex5=10^-3·221·125=27, 63 (кг/ч).

Коэффициент избытка воздуха.

Α _nmin=0, 74·α _N=0, 74·1, 7=1, 25.

Коэффициент наполнения.

η _vx1=P_ex·L₀·α _x·g_ex1/(3600·g_k)=14, 452·P_ex·α _x·g_ex/(3600·1, 69)=0, 00238·P_ex·α ·g_ex=1, 08·

·1, 25·238, 19=0, 77.

η _vx2=0, 00238·1, 099·1, 39·219, 79=0, 79

η _vx3=0, 00238·1, 08·1, 5·210, 79=0, 81

η _vx4=0, 00238·1, 02·1, 6·211, 19=0, 82

η _vx5=0, 00238·0, 92·1, 7·221=0, 83

Данные расчетов занесем в таблицу 2.

Таблица 2 – Параметры внешней скоростной характеристики.

По данным расчета строим диаграмму внешней скоростной характеристики (см. стр. 90)