ЛАБА1

Министерство высшего образования Российской Федерации

Казанский Государственный Технический университет им. А.Н.Туполева

Институт авиации, наземного транспорта и энергетики

Кафедра конструкции и проектирования летательных аппаратов

Методические указания к лабораторно-практической работе

по курсу «Автомобили. Теория»

Черников С.К., Ашихмин А.Н.

ПОСТРОЕНИЕ ВНЕШНЕЙ И ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЯ

г. Казань-2003

Излагаются основные положения, связанные с определением скоростных и экономических характеристик двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Приведены формулы для расчетного определения внешних характеристик ДВС. Описана методика определения внешних характеристик. В качестве примера расчетным путем построены внешние характеристики для двигателя ВАЗ-2101. Проведено сравнение внешних характеристик этого двигателя полученных расчетным и экспериментальным путем. В приложении приведены справочные материалы по ряду отечественных карбюраторных и дизельных (ДВС).

(Для студентов специальности «Автомобили и автомобильные хозяйства»)

Цель работы: научить студентов на основании минимально необходимых данных о двигателе, как правило, имеющихся в справочной литературе, строить внешнюю скоростную и экономическую характеристики двигателя.

1.Основные сведения.

На большинстве автомобилей источником энергии слу­жит двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Его мощностные свойства принято оценивать скоростными характеристиками.

Рис.1. Скоростная и экономическая характеристики карбюраторного ДВС:

1-при полном открытии дросселя;

2-при среднем открытии дросселя;

3-при малом открытии дросселя.

Cкоростные характеристики - это кривые из­менения мощности и крутящего момента, развиваемые двигателем, в зависимости от частоты вращения его вала при полном или частичном открытии дроссельной заслонки.

Напомним, что крутящий момент характеризует силу, ум­ноженную на плечо ее приложения, которую может «пре­доставить» двигатель автомобилю для преодоления тех или иных сопротивлений движению, а мощность — это отношение работы произведенной двигателем к интервалу времени ее совершения.

Наиболее важна скоростная характеристика, снятая при полностью открытом дросселе. Ее называют внешней.

В ней существенны самые верхние точки кривых, соответствую­щие наибольшим мощности P_emax и крутящему моменту M_emax, како­вые обычно и записывают в технические характеристики автомобилей и двигателей. Например, для двигателя ВАЗ-2101 «Жигули» наибольшая мощность равна 47 кВт при 5600 об/мин и наибольший кру­тящий момент — 87,3 Нм при 3400 об/мин. Скоростные характеристики, определенные с частично открытом дросселем, называются частичными.

Типовые скоростные характеристики карбюраторного ДВС представлены на рисунке 1.

Как видим, частота вращения коленчатого вала двигателя при наиболь­шем крутящем моменте значительно меньше частоты, со­ответствующей максимуму мощности. Это значит, что если дроссельная заслонка карбюратора полностью открыта, то крутящий момент при сравнительно небольшой мощности двигателя и скорости движения автомобиля будет наиболь­шим, а при уменьшении или увеличении частоты вращения вала двигателя момент уменьшится. При движении с не полностью открытым дросселем можно уве­личить мощность и в небольших пределах крутящий момент, сильнее нажав на педаль управления подачей топлива.

Экономическая характеристика двигателя это зависимость удельного эффективного расхода топлива от частоты вращения его вала при полном или частичном открытии дроссельной заслонки ( - от­ношение массы топлива в граммах, расходуемо­го двигателем за один час работы, к его эффективной мо щности в кВт).

Эта характеристика, как и скоростная, может быть построена для работы двигателя при полном или частичном открытии дросселя. Экономическая характеристика двигателя, построенная при полном открытии дроссельной заслонки, называется внешней. На внешней экономической характеристике существует характерная точка - удельный эффективный расход топлива при максимальной мощности. Особенность ДВС такова, что при уменьшении открытия дросселя приходится расходовать больше топлива на получение каждой единицы работы, а значит и мощности.

Внешние характеристики двигателя служат исходными данными для расчетов характеристик тяговой динамики и топливной экономичности автомобиля.

Рисунок 2. Характерные точки внешних характеристик ДВС

В идеале, внешние характеристики двигателя (как скоростные, так и экономические) должны определяться экспериментально на специальных стендах. Однако часто при проектировании или модернизации автомобиля внешние характеристики двигателя оказываются неизвестны, и тогда приходится получать эти характеристики расчетным путем, опираясь на некоторые характерные точки внешних характеристик (Рис.2), которые можно найти в справочной литературе.

При отсутствии экспериментальных зависимостей для построения внешней экономической характеристики двигателя можно пользоваться соотношением

, (1.1)

в котором - удельный эффективный расход топлива при максимальной мощности, который можно найти в документации по двигателю;

- коэффициент, определяемый соотношением ; (1.2)

- степень исполь­зования частоты вращения: - отно­шение текущего значения частоты вра­щения двигателя n_e к частоте враще­ния при максимальной мощности n_p.

Внешние скоростные характери­стики двигателей внутреннего сгора­ния могут быть представлены зависи­мостями:

(1.3)

В которых a, b, с — коэффициенты, значения которых зависят от типа и конструк­ции двигателя;

(1.4)

Здесь - коэффициент приспособляемости по моменту, а -коэффициент приспособляемости по частоте вращения, определяемые по формулам:

(1.5)

—текущие зна­чения мощности и угловой скорости вращения коленчатого вала двигателя.

2.Порядок проведения работы.

Последовательность построения внешних характеристик следующая:

1.Из справочных материалов выбираются характерные точки характеристики двигателя P_emax, n_p, M_emax , n_м, .

2. По формулам 1.5 определяются коэффициенты приспособляемости k_M и k_;

3.По формулам 1.4 вычисляются коэффициенты a, b и с;

4.Начиная с минимальной устойчивой частоты вращения двигателя n_e (1000 об./мин) до частоты несколько превышающей n_p c шагом 500 об./мин по формулам 1.3 строятся значения P_e и M_e, а по формулам 1.1 и 1.2 – значения . Результаты вычислений заносятся в таблицу:

ne	Pe	Me
1000
1500
2000
…

5.По результатам вычислений строятся графики зависимости M_e , P_e и от n_e.

3.Пример расчета.

Исходные данные:

двигатель ВАЗ-2101

P_emax=47000 вт,

n_p=5600 об/мин,

M_emax =87,3 Нм

n_M=3400 об/мин.

g_ep=355 г/кВт ч

Находим

K_=1,64705882353

K_m =1,08926369964

a=0,876063623646

b=0,702306132675

c=-0,57836975632

Подставив эти значения в формулы (1.3) получим выражения для вычисления значений мощности и крутящего момента при оборотах .

Для определения удельного эффективного расхода топлива получим соотношение:

Результаты вычислений занесём в таблицу

ne	Pe,, Вт	Me, Н м	ge, г/кВт ч
500	3920,13067883	74,8689810122	415,083329537
1000	8250,45150634	78,7860083984	391,599672012
1500	12874,870931	81,9639740136	372,935165361
2000	17677,2974013	84,4028778578	358,725947522
2500	22541,6393658	86,102719931	348,608156432
3000	27351,8052729	87,0635002333	342,217930029
3500	31991,7035711	87,2852187646	339,19140625
4000	36345,2427089	86,7678755249	339,164723032
4500	40296,3311348	85,5114705142	341,774018313
5000	43728,8772973	83,5160037326	346,655430029
5500	46526,7896448	80,78147518	353,445096119
6000	48573,9766259	77,3078848565	361,779154519
6500	49754,3466891	73,0952327619	371,293743167

По данным таблицы строим графики зависимости момента M_e, мощности P_e и удельного эффективного расхода топлива g_e от числа оборотов вала двигателя n_e. Вид графика приведен на рисунке 3.

Рисунок 3. Внешние характеристики двигателя ВАЗ-2101.

Литература

1. Иванов Н.В., Иларионов В.А., Морин М.М. Основы теории автомобиля и трактора. М. Высшая школа. 1977.

2. Гришкевич А.И. АВТОМОБИЛИ. Теория. – Минск: Вышэйшая школа, 1986.

Приложение

Параметры некоторых отечественных карбюраторных и дизельных двигателей

Марка	Рабочий объем, л	Тип*	, кВт	10-3,мин-1	, H·м	, 10-3,мин-1	, г/кВт·час
МеМЗ-968	1,197	К4Р	29,4	4,3	74,5	2,8	405
ВАЗ-2101	1,197	К4Р	47,0	5,6	87,3	3,4	355
ВАЗ-2105	1,295	К4Р	50,7	5,6	94,1	3,4	340
4087	1,36	К4Р	36,8	4,75	91,2	2,97	390
451М	2,445	К4Р	55,2	4	166,7	2,35	340
ГАЗ-52-04	3,48	К6Р	55,2	2,8	205,9	1,5	360
ЗМЗ-66	4,25	K8V	88,6	3,3	284,4	2,25	326
ГАЗ-14	5,53	K8V	161,8	4,2	451,1	2,75	292
ЗИЛ-130	6	K8V	110,3	3,2	402	1,9	355
ЗИЛ-375	7	K8V	132,4	3,2	465	1,9	355
КамАЗ-740	10,85	D8V	154	2,6	637	1,7	244
ЯМЗ-236	11,15	D6V	132,4	2,1	666,7	1,5	240
ЯМЗ-238	14,84	D8V	176,5	2,1	882,6	1,5	240
ЯМЗ-240	22,3	D12V	264,8	2,1	1274,8	1,5	240

*Примечание: К4Р — карбюраторный, четырехцилиндровый, рядный; D6V — дизельный, шестицилиндровый, V-образный.