Эмпирические и расчетные параметры двигателя внутреннего сгорания

Эмпирические и расчетные параметры двигателя внутреннего сгорания

 

Энергия, вырабатываемая двигателями внутреннего сгорания, используется автомобилями с различным характером изменения потребляемой мощности, который определяется условиями их эксплуатации. Двигатель внутреннего сгорания должен работать в широком диапазоне изменения частоты вращения и мощности. Этот диапазон определяется допустимыми условиями работы двигателя и автомобиля и может быть ограничен различными факторами, например, тепловой и механической напряженностью деталей двигателя, условиями протекания рабочего процесса.

 

 

 

Сравнительные данные двигателей

 

Расход топлива

 

1 — 200 мг/кВт·ч; 2- 220 мг/кВт·ч; 3- 240 мг/кВт·ч; 4 — 260 мг/кВт·ч; 5- 280 мг/кВт·ч; 6 — 300 мг/кВт·ч; 7 — 350 мг/кВт·ч; 8- 400 мг/кВт·ч; 9 — 500 мг/кВт·ч

 

Расход топлива

 

Сравнительные характеристики двигателей

 

Сравнительные характеристики двигателей

NAE — двигатель без наддува; SCE — двигатель с турбонаддувом; IC — двигатель с промежуточным охладителем.

 

 

Точка максимального крутящего момента

 

Точка кривой частоты вращения двигателя (относительно частоты вращения при мак­симальной выходной мощности), в которой развивается максимальный крутящий момент, указана В % (ηмdмахnominal·100).

Скоростные характеристики двигателя

 

Скоростные характеристики двигателя

 

Рабочий диапазон частот вращения коленчатого вала двигателя

 

Это отношение частоты вращения коленчатого вала при полной нагрузке к номинальной частоте.

 

Рабочий диапазон частот вращения коленчатого вала двигателя

 

Увеличение крутящего момента двигателя

 

 

Увеличение крутящего момента двигателя

 

 

Мощность двигателя и атмосферные условия

 

Крутящий момент и, следовательно, выходная мощность двигателя в значительной степени определяются теплосодержанием заряда в ци­линдре. В свою очередь на теплосодержание этого заряда напрямую влияет количество воз­духа (точнее, кислорода) в заряде. Процессы, происходящие при работе двигателя на режиме полной нагрузки, могут быть рассчитаны в за­висимости от параметров окружающего воздуха: температуры, барометрического давления, влаж­ности. При этом частота вращения коленчатого вала или соотношение масс воздуха и топлива в рабочей смеси, объемный к.п.д. и суммарные потери мощности двигателя остаются неизмен­ными. Рабочая смесь становится богаче при повышении атмосферного давления. Только объемный к.п.д. (отношение давления в цилин­дре при нахождении поршня в ИМТ к давлению окружающего воздуха) остается неизменным для различных атмосферных условий при мак­симальном открытии дроссельной заслонки. Эффективность сгорания смеси ухудшается в холодном и разреженном воздухе, так как сте­пень испаряемости, турбулентность и скорость сгорания падают. Потери мощности (трение + газообмен + утечки рабочей смеси) снижают индикаторную мощность.

Влияние атмосферных условий

 

Количество воздуха, всасываемое двигателем, или подаваемое в двигатель турбонагнетателем, зависит от плотности окружающего воздуха. Бо­лее холодный, тяжелый и плотный воздух уве­личивает мощность двигателя. Эмпирическое правило: при увеличении высоты положения автомобиля над уровнем моря на каждые 100 м мощность двигателя падает приблизительно на 1%. Холодный воздух нагревается на несколько градусов перед входом его во впускной трубо­провод. При этом снижается плотность воз­духа, а, следовательно, и мощность двигателя. Влажный воздух по сравнению с сухим воздухом содержит меньше кислорода — это приводит к снижению мощности двигателя. Правда, такие потери незначительны и могут не учитываться. Большая влажность теплого воздуха в тропи­ческом климате может стать причиной более заметных потерь мощности.

 

 

Определение мощности двигателя

 

Эффективная мощность-это мощность, снимае­мая с коленчатого вала двигателя. Если измере­ние выполняется после трансмиссии, необходимо учесть потери в трансмиссии. Номинальная мощ­ность — это гарантируемая изготовителем мощ­ность двигателя на режиме полного дросселя и заданной частоты вращения. Номинальная мощ­ность соответствует эффективной мощности.

Формулы преобразования (см. таблицу ниже) применяются для перевода результатов динамометрических испытаний к нормальным (стандартным) атмосферным условиям, учиты­вающим влияние на мощностные показатели температуры и давления окружающего воздуха. При помощи этой процедуры плотность воздуха и, следовательно, эффективный объем воздуха в двигателе преобразуется в определенные «стандартные условия» для массы воздуха.

Таблица иллюстрирует наиболее важные стандарты, используемые для коррекции мощности.

Стандарты для коррекции мощностных параметров

 

Стандарты для коррекции мощностных параметров

 

Величины измерений

 

Величины измерений

 

Расчетные уравнения для двигателей внутреннего сгорания

 

Расчетные уравнения для двигателей внутреннего сгорания

 

Переменные могут быть введены в уравнения в любых единицах измерения. Единицы измерения величины, которую необходимо рассчитать, выводятся из единиц измерения, выбранных из условий уравнения Числовые уравнения действительны только для указанных единиц измерения.

 

 

Рабочий объем и объем камеры сгорания двигателя

 

Приведенная ниже диаграмма применима для определения рабочего объема Vh и объема камеры сгорания Vc отдельного цилиндра и рабочего объема VH и объема камеры сгорания всего двигателя VC  соответственно.

 

Рабочий объем и объем камеры сгорания двигателя

 

Например, двигатель с рабочим объемом 1,2 л и степенью сжатия ε= 8 имеет объем камеры сгорания 0,17л.

Ход поршня относительно ВМТ для ряда углов поворота коленчатого вала

 

Выполнено преобразование угла поворота коленчатого вала к перемещению поршня в мм.

Ход поршня относительно ВМТ для ряда углов поворота коленчатого вала

 

Например, если ход поршня относительно ВМТ равен 25 мм, то при угле поворота коленчатого вала в 450 ход поршня составит 140 мм.

При построении диаграммы принималось значение отношения длины шатуна к радиусу кривошипа l/r=4 (l- длина шатуна, r — радиус кривошипа, равный половине длины хода поршня). Однако, с достаточной степенью точности (ошибка — менее 2 %) значение l/r можно принять равным 3,5-4,5.

Скорость движения поршня

 

Скорость движения поршня

 

Например, при ходе поршня s = 86 мм и частоте вращения коленчатого вала п = 2800 мин-1 средняя скорость поршня;

vm = 8 м/с, а максимальная скорость поршня vmax = 13 м/с.

Диаграмма построена для vmax = 1,62 vm.

 

 

Увеличение плотности воздуха в цилиндре при наддуве (турбонаддуве)

 

Увеличение плотности заряда при наддуве в зависимости от коэффициента повышения давления в компрессоре, к.пд. компрессора и эффективности промежуточного охладителя воздуха (IC)

 

Увеличение плотности воздуха в цилиндре при наддуве (турбонаддуве)

 

p2/p1с— коэффициент повышения давления на стадии предварительного сжатия;

ρ21 — увеличение плотности;

ρ1 — плотность на входе компрессора;

ρ2 — плотность на выходе компрессора в кг/м3;

T’2/ Т2 — эффективность промежуточного охладителя;

Т2 — температура до промежуточного охладителя т воздуха; IC,

Т’2 — температура после промежуточного охладителя воздуха IC в К;

ηIsv — изоэнтропический кпд компрессора.

Давление и температура в конце сжатия

 

Давление и температура в конце сжатия

 

В следующей статье я расскажу о роторном двигателе.

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *