Характеристики двигателей внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания как источник энергии характеризуется эффективной мощностью N_e и крутящим моментом M_e при соответствующих частотах вращения коленчатого вала n и определенной подаче топлива.

Зависимость мощности и крутящего момента двигателя от частоты вращения вала называется его скоростной характеристикой.

Скоростные характеристики разделяются на внешние и частичные. Внешние характеристики получают при максимальной подаче топлива; частичные - при неполной подаче топлива, т. е. при промежуточных положениях органа управления двигателем.

Скоростные характеристики двигателей снимают на специальных стендах. При этом на различных режимах работы замеряют крутящий момент M_e (Нм) и частоту вращения коленчатого вала двигателя n (c⁻¹), после чего определяют по известной зависимости эффективную мощность двигателя N_e (Вт):

N_e = M_en.

Большое разнообразие внешних условий эксплуатации транспортных машин предъявляет к их двигателям особые требования. Так, при движении в тяжелых условиях желательно, чтобы двигатель развивал большой по величине крутящий момент и имел бы низкую частоту вращения коленчатого вала. В случае же малого сопротивления движению транспортного средства от двигателя требуется высокая частота вращения коленчатого вала при небольшом значении крутящего момента. Эти требования выполняются тогда, когда двигатель развивает постоянную или незначительно изменяющуюся мощность при любой частоте вращения.

N_e = M_en = const,

Скоростная характеристика двигателя постоянной мощности показана на рис. 1-1. Качественно такой характеристике соответствует характеристика поршневой паровой машины, обладающей автоматическим изменением крутящего момента по оборотам при постоянной подаче пара. Однако такого рода двигатели обладают достаточно низким коэффициентом полезного действия (КПД).





Наибольшее распространение в качестве энергетической установки в транспортных машинах получили хорошо отработанные практикой поршневые двигатели внутреннего сгорания -дизельные и бензиновые, скоростная характеристика которых имеет, к сожалению, определенный недостаток.

На рис. 1 -2 представлена внешняя скоростная характеристика карбюраторного двигателя, где использованы следующие обозначения:

N_max - максимальная мощность двигателя;
N_N - номинальная мощность двигателя;
M_N - крутящий момент двигателя при номинальной мощности;
M_max - максимальный крутящий момент;
n_N и n_M - частоты вращения вала двигателя, соответствующие NN и NM.

Принципиальное отличие внешних характеристик дизельного и бензинового двигателей заключается в том, что номинальная мощность N_N, как правило, расположена левее максимальной (N_max) или совпадает с ней.

Недостатком внешней характеристики поршневого двигателя внутреннего сгорания является значительное изменение мощности с изменением частоты вращения коленчатого вала. Из-за этого крутящий момент двигателя изменяется в небольших пределах, что не соответствует широкому спектру изменения внешних условий движения.





Диапазон изменения крутящего момента по внешней характеристике двигателя оценивается коэффициентом приспособляемости:

k_дв = N_max/M_N

У бензиновых двигателей k_дв = 1,15-1,35, а у дизелей он не превышает 1,1-1,25.

Итак, оценивая тяговые качества поршневых двигателей внутреннего сгорания, можно сказать, что их приспособляемость, т. е. автоматическое изменение крутящего момента в зависимости от изменения внешней нагрузки при постоянной подаче топлива, невелика.

Следует отметить, что скоростной диапазон поршневых двигателей, определяемый отношением частоты вращения вала при максимальной мощности к частоте вращения при максимальном крутящем моменте,

k_ск = n_N/n_M

изменяется в более широких пределах, чем диапазон изменения крутящего момента. Так, скоростной диапазон современных двигателей k_ск=1,4-1,8. Диапазон полного изменения частоты вращения этих двигателей от n_N до n_min при работе под нагрузкой находится в пределах 2,1-4,0.

Таким образом, для обеспечения наиболее полного использования мощности двигателя внутреннего сгорания при его работе в широком диапазоне изменения внешних нагрузок и скоростей движения, характерных для транспортных машин, необходима установка между двигателем и ведущими колесами ряда агрегатов. Назначение этих агрегатов - изменение в требуемых пределах крутящего момента и частоты вращения двигателя.

Совокупность агрегатов, устанавливаемых между двигателем и ведущими колесами, принято называть трансмиссией.