Характеристики автомобильного двигателя

На современных автомобилях устанавливаются почти исключительно поршневые двигатели внутреннего сгорания. Рассмотрим характеристики этих двигателей.

Для определения внешних сил, действующих на автомобиль при различных дорожных условиях, основное значение имеют зависимости эффективной мощности и крутящего момента на коленчатом валу двигателя от угловой скорости (числа оборотов) коленчатого вала. Эти зависимости называют скоростной характеристикой двигателя.

Скоростные характеристики разделяют на внешние (предельные) и частичные. Первые получаются при максимальной подаче топлива, т. е. при полном открытии дроссельной заслонки у бензиновых двигателей или положении рейки топливного насоса «до упора» в дизеле, вторые — при неполной подаче топлива, т. е. при промежуточных (но постоянных) положениях органов, регулирующих подачу топлива.

Скоростные свойства автомобиля определяются только при работе двигателя на внешней скоростной характеристике.

При определении скоростных свойств автомобиля приходится встречаться со следующими важными элементами внешней скоростной характеристики:

N, _тах — максимальное (номинальное) значение эффективной мощности;

co_v (n_N) — частота вращения (число оборотов), соответствующая максимальной мощности;

Л/,_тах — максимальное значение крутящего момента;

M_N — значение крутящего момента, соответствующее частоте вращения co_v (n_N);

⁰³ v/ Ю «частота вращения (число оборотов), соответствующая максимальному крутящему моменту;

o)_min (w_min) — минимальная устойчивая частота вращения (число оборотов) при полной подаче топлива; для современных автомобильных двигателей со. = 80… 100 рад/с (п — = 800… 1000 об/ мин);

сОщах (^wmax) «максимальная частота вращения (число оборотов) при полной подаче топлива;

со_{х х} («_{х х}) — частота вращения (число оборотов) на холостом ходу.

У двигателей, не имеющих ограничителей оборотов, максимальная частота вращения коленчатого вала (число оборотов) может изменяться в широких пределах в зависимости от условий движения. При движении на высшей передаче в коробке передач по горизонтальной дороге удовлетворительного качества максимальная частота вращения (число оборотов) на 10…20% больше На рис. 2 показана внешняя скоростная характеристика бензинового двигателя, снабженного ограничителем оборотов.

Рис. 2. Внешняя скоростная характеристика двигателя.

Установка ограничителя оборотов имеет целью повышение долговечности двигателей. Ограничитель вступает в работу на той части внешней скоростной характеристики, на которой мощность почти не возрастает с увеличением частоты вращения коленчатого вала. Эго соответствует частоте вращения.

Мощность, соответствующую началу работы ограничителя оборотов, обозначают N_e0, а частоту вращения коленчатого вала двигателя, соответствующую этой мощности, — co_vo. Максимальной мощностью N _тах в этом случае будем называть ту мощность, которая соответствует максимуму кривой N = /(со₍.) при отсутствии ограничителя оборотов. Этой мощности соответствуют частота вращениия co _v (обороты n_N) и момент M_N.

Максимальная частота вращения в этом случае соответствует работе по ограничителю оборотов на холостом ходу (Л/, = 0).

Внешняя характеристика дизеля (рис. 2) в рабочем диапазоне угловых скоростей не достигает максимума. Максимальным значением мощности N _тах считают мощность, соответствующую включению регулятора. Максимальная частота вращения в этом случае определяется по регуляторной ветви характеристики на холостом ходу (N — 0).

Большое влияние на скоростные свойства автомобиля оказывают коэффициенты приспосабливаемое™ двигателя по моменту К_м = M_mJM_N и по частоте вращения К_ы = ы_v / ш _w.

Значения коэффициентов приспосабливаемое™ у современных двигателей изменяются в следующих пределах: бензиновые двигатели Кц= 1,15___1,35; АГ^ = 1,5…2,5; дизели К_м = 1,1…1,15;

К_а = 1,4…2,0.

Для улучшения приспосабливаемое™ на некоторых дизелях устанавливаются специальные корректоры, повышающие коэффициент приспосабливаемое™ К_м до 1,2… 1,25.

Скоростные характеристики двигателей получаются экспериментально на специальных стендах. На графиках скоростных характеристик для наглядности обычно приводятся кривые изменения не только крутящего момента, но и мощности, хотя экспериментально определяется только одна из этих величин (чаще момент), а другая находится расчетом. Методы стендовых испытаний автомобильных двигателей в каждой стране регламентированы и проводятся по своим методикам. В табл. I для сравнения приведены сведения по стандартам России и некоторых стран.

Кроме того, в разных странах принята различная регулировка систем питания и зажигания. Поэтому для двигателя, имеющего одинаковую фактическую максимальную мощность, в каталогах и инструкциях разных стран будет указано различное ее значение, максимальное по SAE и минимальное по DJN.

Поскольку при стендовых испытаниях с двигателей снимают или отключают часть оборудования и приборов, работа которых сопряжена с потреблением мощности, кроме того, паспортная внешняя скоростная характеристика приводится к стандартным атмосферным условиям, которые, как правило, отличаются от условий эксплуатации, поэтому при использовании стандартной внешней скоростной характеристики для расчета тяговоскоростных свойств полученные по ней значения мощности необходимо умножить на коэффициент коррекции К , значения которого меньше единицы (табл. 1).

Коэффициент коррекции зависит как от конструктивных особенностей двигателя и стандарта, по которому была снята характеристика, так и от условий эксплуатации. Он несколько увеличивается со снижением частоты вращения коленчатого вала двигателя. Однако в первом приближении можно считать К_кор не зависящим от частоты и не учитывать изменения мощности в Комплектация и стандартные условия стендовых испытаний автомобильных двигателей.

Таблица 1

результате несоответствия реальных атмосферных условий стандартным.

Полученная при стендовых испытаниях мощность двигателя приводится к так называемым нормальным условиям, т. е. к атмосферному давлению, равному 760 мм рт. ст., и температуре 20 °C. Это приведенное значение мощности и указывается в различных официальных документах (каталоги, инструкции и др.). Будем называть эту мощность стендовой N_{e ст}.

При определении скоростных свойств автомобиля следует учитывать, что, во-первых, часть стендовой мощности двигателя при работе его на автомобиле затрачивается на привод тех приборов, которые были сняты при его испытании на стенде, а, во-вторых, температура и давление при работе двигателя на автомобиле (микроклимат подкапотного пространства) не соответствуют нормальным условиям.

Поэтому к трансмиссии автомобиля подводится мощность меньше стендовой на 10. .20% (N_e = N_e JA, где А = 1,1… 1,2).

Для практических расчетов ТСС, особенно с применением ЭВМ, удобнее пользоваться не графическими, а аналитическими зависимостями N_e =/(от,) и М_е =/(со,).

Имеется ряд эмпирических формул, позволяющих вычислить мощность N_e, соответствующую заданной частоте вращения о)₍, (числу оборотов), по заданной максимальной мощности N_max и частоте вращения со_п (числу оборотов), соответствующей этой мощности.

Наиболее употребительной является эмпирическая формула, предложенная ученым С. Р. Лейдерманом:

Коэффициенты а, b и с зависят от типа двигателя. Для бензиновых двигателей приближенно можно принять а = b = с = 1,0; для четырехтактных дизелей с неразделенной камерой а = 0,87, b = 1,13, с = 1; для четырехтактных дизелей с предкамерой а = 0,60, b = 1,40, с = 1,0; с вихревой камерой а = 0,7, Ь = 1,3, с= 1,0.

Эта формула может быть преобразована и для определения крутящего момента М_е при соответствующей этому моменту угловой скорости со^ (числа оборотов п_е).

В этих формулах мощность выражена в кВт, а крутящий момент в Н • м.

Пользуясь формулой (1) и принимая во внимание, что М_е = 1000 N_e / (0^, найдем.