Частота вращения n

Частота вращения интенсифицирует в цилиндре движение рабочего заряда и сгорание. При этом время, отводимое на цикл, уменьшается, а продолжительность сгорания несколько увеличивается. При увеличении оборотов сокращаются утечки газов через кольца и теплоотвод в систему охлаждения;

-литровая мощность N_л

Литровая мощность характеризует степень использования рабочего цилиндра и зависит, в основном, от числа оборотов двигателя и от основных размеров двигателя;

- индикаторная мощность N_i

Мощность, соответствующая работе, совершаемой газами за цикл внутри цилиндра;

- эффективная мощность N_э

Общая полезная мощность, развиваемая двигателем на фланце коленчатого вала;

Регулировочные характеристики представляют собой зависимости основных показателей двигателя от значения одного или нескольких регулировочных параметров при постоянной частоте вращения коленчатого вала.

Регулировочные характеристики получают для ряда скоростных и нагрузочных режимов с целью оценить качество рабочего процесса и и определить предельные мощностные, экономические и экологические показатели двигателя на исследуемых режимах, выбрать и оценить регулировочные параметры систем двигателя, определить характер их изменения на различных режимах.

Регулировочная характеристика двигателя с искровым зажиганием по составу смеси представляет собой зависимость основных показателей двигателя от состава смеси. Возможны три способа её получения:

- при постоянном положении дроссельной заслонки, что обеспечивает примерное равенство расхода воздуха. Способ прост и пригоден на режимах полной нагрузки;

- при постоянной мощности двигателя; способ более правильный, так как при движении автомобиля в конкретных условиях необходима постоянная мощность; используется на режимах холостого хода;

- при постоянном расходе топлива; способ применяют при испытании двигателя с системами впрыскивания топлива.

Все три способа могут использоваться на средних нагрузках.

Нагрузочной характеристикой называется зависимость основных показателей двигателя от параметра, характеризующего его нагрузку при постоянной частоте вращения.

Нагрузочная характеристика позволяет описать работу двигателя при движении автомобиля с постоянной скоростью и на одной передаче и переменном дорожном сопротивлении.

Основные показатели двигателя по нагрузочной характеристике являются G_т и g_е.

Скоростная характеристика представляет собой зависимость основных показателей двигателя от частоты вращения коленчатого вала при неизменном положении органа управления двигателем.

Внешняя скоростная характеристика определяется при полном открытии дроссельной заслонки или при положении органа управления подачей топлива, которое обеспечивает получение номинальной мощности двигателя.

Частичные скоростные характеристики снимают при промежуточном положении органа управлением двигателя.

Работа двигателя в транспортных условиях определяется тем, что при каждом включении коробки передач трансмиссии автомобиля число оборотов двигателя может изменяться в широких пределах и пропорционально (если пренебречь пробуксовкой) скорости движения. При этом на каждой скорости движения и, следовательно, при любом числе оборотов двигателя его нагрузка может меняться в зависимости от условий, от холостого хода до максимальной. Таким образом, возможные режимы работы двигателя, работающего в транспортных условиях, отражаются на диаграмме рис. 7 площадью, ограниченной сверху максимальной мощностью двигателя и числом оборотов

N_e,кВт

n, мин^-1

Рис. 7. Внешняя характеристика двигателя

Под внешними характеристиками двигателя подразумевают зависимость между основными параметрами рабочего цикла ( и др.) и частотой вращения двигателя. Внешней характеристикой предельной мощности, или абсолютной внешней характеристикой называют зависимость предельно достижимой агрегатной мощности от частоты вращения двигателя.

В карбюраторных двигателях регулирование мощности производится воздействием на коэффициент наполнения путём изменения сопротивления на всасывании установкой дроссельной заслонки в разных положениях. Максимальный коэффициент наполнения, естественно, получается в карбюраторном двигателе при полном открытии дроссельной заслонки. Условием получения точки внешней характеристики является работа с некоторым недостатком воздуха, связанная с наличием некоторого количества продуктов неполного сгорания топлива в выпуске, что полностью подтверждается опытом.

Для практического использования двигателя имеет значение знание зависимости максимальной мощности двигателя или среднего эффективного давления от числа оборотов, без особых мероприятий по нахождению и обеспечению оптимальных значений второстепенных факторов, но при соблюдении основного условия, определяющего получения максимальной мощности. Такие характеристики называются эксплуатационными внешними характеристиками или, короче, внешними характеристиками.

Ограниченные возможности и недостатки поршневых двигателей приводят к необходимости частичной, а в некоторых случаях и полной их замене более современными типами двигателей. Таким являются газотурбинные двигатели (ГТД). Они получили широкое распространение в авиации, судостроении и в оборонном транспортном машиностроении.

Газотурбинный двигатель отличает от поршневого большая агрегатная мощность. Однако серийного выпуска наземных транспортных ГТД не производится в связи с тем, что они имеют следующие недостатки:

1. Низкий эффективный КПД вследствие значительных тепловых потерь и применения небольших степеней сжатия.

2. Ограничение возможности повышения эффективного КПД из-за высокотемпературного процесса, что ограничивает применение материалов лопаток турбины и сопловых аппаратов. Кроме того, применение регенеративных циклов, вынужденных устанавливать теплообменные аппараты и соединительные газопроводы усложняют конструкцию, увеличивают ее вес и стоимость. Чем меньше мощность, тем сильнее сказываются перечисленные недостатки.

3. Работа на переменных режимах сопровождается резким падением эффективного КПД.

4. Ограниченный срок службы лопаточных аппаратов, находящихся под воздействием высоких температур и больших инерционных нагрузок.

5. Ограниченный срок службы деталей высокоскоростных редукторов.

Теоретически газотурбинные двигатели по сравнению с поршневыми и роторными имеют значительные преимущества, но широкое практическое их использование ограничено из-за указанных выше недостатков.

Газотурбинные двигатели в транспортном машиностроении целесообразно использовать в тех областях, где требуется высокая мощность, не взирая на топливную экономичность (большие грузовые самосвалы, бронетанковая техника и др.)

Серийные роторные двигатели (РД) введены в эксплуатацию в 1964 – 1965г.г. Роторные двигатели имеют явное преимущество по сравнению с поршневыми по удельным мощностям и весогабаритным показателям. По литровой мощности и удельному весу только поршневые двигатели гоночных машин сравнимы с аналогичными параметрами РД. Экономичность поршневых и роторных двигателей практически одинакова. О долговечности говорить еще рано, т. к. поршневые двигатели существуют сотню лет, а РД только несколько десятков лет.

Наиболее слабое звено РД это износы пластин радиальных уплотнений. Одним из преимуществ РД является бесшумность работы. Надежность и безопасность РД равноценна поршневым. Особым преимуществом РД по сравнению с поршневым и газотурбинным двигателями является возможность создания унифицированных мощностных рядов с соотношением мощности от 1:1 до 1:10 путем наращиванием мощностных секций. И конечно положительным качеством РД является простота конструкции и сравнительно небольшая стоимость.

Недостатками роторных двигателей являются:

1. Ограниченные возможности в образовании требуемой формы камеры сгорания.

2. Трудность обеспечения жидкостной смазки сопряженных пар, непосредственно соприкасающихся с горячими газами.

3. Отрыв пластин радиальных уплотнений от поверхности корпуса.

4. Система уплотнений менее надежна в работе и менее долговечна, чем у поршневых двигателей.

5. Процессы рабочего цикла распределены по остальным участкам корпуса, что вызывает его неравномерное нагревание и деформацию.

На основании вышеупомянутого следуют выводы, что применять роторные двигатели наиболее целесообразно при низких и средних мощностях, а мощность в односекционном исполнении не должна превышать 100…150кВт. Роторные двигатели широко применяются в вертолетостроении. В 70х…80гг. проводились большие работы по использованию роторных двигателей в автомобилестроении, однако, по вышеперечисленным причинам широкого внедрения они не получили.

К особенностям двигателей Стирлинга следует отнести высокий КПД, возможность использования различных тепловых источников, в том числе и тепловых аккумуляторов, малую токсичность, низкий уровень шума и вибрации, незначительный расход масла, высокий КПД при работе на неноминальном режиме, нечувствительность к пыли, возможность работы со значительными кратковременными перегрузками, большую теплоотдачу в окружающую среду, сложность регулирования и высокую стоимость изготовления.

Высокий КПД, а, следовательно, и большая экономичность, является важной особенностью Стирлинга. Это связано с тем, что η_t термодинамического цикла Стирлинга равен КПД цикла Карно.

По данным фирмы Philips двигатели в диапазоне 6…900кВт имеют КПД, равный 0,26…0,43. В настоящее время созданы двигатели с КПД равным 0,41…0,43 и ведутся работы по созданию Стирлинга с КПД равным 0,5 и удельным расходом топлива равным 170г/кВт.ч. Предельная величина КПД с учетом достигнутых температур составляет 0,6. Однако для реализации этих возможностей необходимо преодолеть конструктивные и технологические трудности.

Внешний подвод теплоты, используемый в Стирлинге, позволяет применять различные тепловые источники без существенных изменений конструкции двигателя. Практически все ископаемые топлива от твердых до газообразных могут быть использованы в этом двигателе.

Дата добавления: 2015-07-16