2. Побудова зовнішніх швидкісних характеристик двигуна
З достатнім ступенем точності зовнішні швидкісні характеристики (ЗШХ) можна побудувати за результатами теплового розрахунку для режиму максимальної потужності двигуна. Діапазон змін швидкості обертання лежить в інтервалі від 600–1000 хв–1 до 1,2n для бензинових двигунів і від 350–800 хв–1 до n для дизелів. Число проміжних точок — 8–12.
Залежність потужності двигуна N від частоти його обертання n визначається за наступним виразом:
Ni=Ne·ninN·[a+b·ninN-c·(ninN)2];
де:
Ni — поточне значення потужності двигуна, кВт;
ni — поточне значення частоти обертання колінчастого вала, хв–1;
a, b, c — коефіцієнти.
Для бензинових і газових двигунів формула здобуває вид:
Ni=Ne·ninN·[1+ninN-(ninN)2].
для дизелів з нерозділеною камерою згоряння і газодизелів:
Ni=Ne·ninN·[0,87+1,13·ninN-(ninN)2];
для передкамерних дизелів:
Ni=Ne·ninN·[0,6+1,4·ninN-(ninN)2];
для вихрокамерних дизелів:
Ni=Ne·ninN·[0,7+1,3·ninN-(ninN)2].
Питому ефективну витрату палива ge, г/(кВт·год), обчислюють за наступними рівняннями:
для бензинових двигунів:
ge=geN·[1,2-1,2·ninN+(ninN)2];
для дизелів:
ge=geN·[1,55-1,55·ninN+(ninN)2];
де:
gei — поточне значення питомої ефективної витрати, г/(кВт·год).
Криву залежності годинної витрати палива GП, кг/год, від частоти обертання колінчастого вала будують відповідно до рівняння:
GПi=Ni·gei1000
де:
GПi — поточне значення годинної витрати палива, кг/год.
Значення крутного моменту MК, Н·м, обчислюють за виразом:
MKi=3000Niπ·ni;
де:
MКi — поточне значення крутного моменту, Н·м.
Результати обчислень N, MК, ge і GП заносять у таблицю 2.1 і будують на аркуші формату А4 зовнішні швидкісні характеристики двигуна. Приклади побудови — рисунки 4 і 5. Дозволяється будувати характеристики так, як це показано на рисунку 6.
Наближена побудова регуляторної гілки ЗШХ дизеля і газодизеля робиться в наступному порядку:
а) Визначають максимальну частоту обертання колінчастого вала на режимі холостого ходу nр.х.х., хв–1, що обмежена регулятором:
р.х.х. = (1,05–1,08) · n ;
б) Визначають годинну витрату палива GП.х.х., кг/год, при nр.х.х.:
GП.х.х. = Dgп.ц′ · nр.х.х. · V · 3·10-5,
де:
Dgп.ц′ — циклова подача палива на режимі холостого ходу в розрахунку на літр робочого об’єму циліндра, мг/(цикл·л). Звичайно Dgп.ц′ = 17–20 мг/(цикл·л).
в) Будують на ЗШХ точку А, що відповідає годинній витраті палива GП.х.х. при nр.х.х. і з’єднують прямою з точкою, що відповідає GП на номінальному режимі. На графіках N(n) і МК(n) проводять прямі лінії від їхніх номінальних значень при n до нульових при np.х.х.. Питому ефективну витрату палива по регуляторній гілці ЗШХ визначають на декількох проміжних частотах у діапазоні n< ni< np.х.х. за формулою:
gei=1000·GПiNi;
де:
GПi, Ni — поточні значення витрати палива й ефективної потужності на регуляторній гілці, що визначені за графіком.
Отримані точки з’єднують плавною кривою. При частоті обертання, що наближається до np.х.х, питома ефективна витрата палива прагне до нескінченності, оскільки ефективна потужність N дорівнює нулю.
Необхідно визначити коефіцієнт пристосовності, швидкісний коефіцієнт і коефіцієнт запасу крутного моменту.
Коефіцієнт пристосовності кМ визначають за формулою:
kM=MkmaxMKN;
де:
MКmax — максимальне значення крутного моменту за результатами розрахунку ЗШХ, Н·м.
Швидкісний коефіцієнт кс визначають за формулою:
kc=nMnN;
де:
n — значення частоти, що відповідає максимальному крутному моменту, хв-1.
Чим вище значення кМ і нижче кс, тим краще двигун пристосовується до зміни зовнішнього навантаження, а автомобіль володіє високими динамічними характеристиками.
Коефіцієнт запасу крутного моменту μМ визначають за формулою:
μM=MKmax-MKNMKN.
У випадку, якщо необхідно побудувати ЗШХ двигуна з заданими параметрами пристосовності (кМ і кс), коефіцієнти a, b, c розраховують за наступними формулами:
a=kMkc·(2-1kc)-11kc·(2-1kc)-1; b=1-a1-0,5kc
Таблиця 2.1 Результати розрахунку ЗШХ |
||||
ni, хв-1 |
Ni, кВт |
gei, г/(кВт·год) |
GПi, кг/год |
Mкi, Н·м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис.
4. Зовнішні швидкісні характеристики
бензинового двигуна
Рис.
5. Зовнішні швидкісні характеристики
дизельного двигуна
Рис.
6. Зовнішні швидкісні характеристики
бензинового двигуна
ДОДАТОК А
Відповідність ступеня стиску і октанового числа бензину |
|||||||
ε |
Карбюраторні та з центральним впорскуванням |
6–8 |
8–10 |
9,5–10,5 |
|||
З розподіленим і безпосереднім впорскуванням без наддуву |
– |
9–10,5 |
10–12 |
||||
З розподіленим і безпосереднім впорскуванням та з наддувом |
– |
8–9,5 |
9–11 |
||||
Октанове число (за моторним методом) |
55–75 |
75–85 |
85–100 |
||||
Ряд бензинів, що масово випускаються:
за ДСТУ 4063-2001: А-76, А-80, А-92, А-95, А-98;
за ДСТУ 4839:2007 (з 1.01.2008): А-92 Euro, А-95 Euro, А-98 Euro.
Стандартами Європи (EN 228) та США (ASTM D439) передбачено випуск бензинів наступних типів:
звичайний — Normal або Regular (ОЧ=80–92);
підвищеної якості (у США) — Midgrade або Plus (АДІ≈89);
вищої якості — Premium (ОЧ=91–95);
першого сорту — Super (ОЧ=98).
За ГОСТ 305-85, дизельне паливо виробляється 3 марок:
Л — літнє, застосовується при t0 = 0°C і вище (цетанове число ЦЧ=47–51);
З — зимове, застосовується при t0 до -20°C (ЦЧ=47–51);
З — зимове, застосовується при t0 до -30°C (ЦЧ=40–42);
А — арктичне, застосовується при t0 до -50°C (ЦЧ=38–40).
ДСТУ 4840:2007 (з 1.01.2008) відповідно до європейського стандарту EN-590:2004 установлена нижня межа ЦЧ=51.
ДОДАТОК Б
Масові частки компонентів у 1 кг палива
Паливо |
Вміст |
|
|
||
СО |
Н |
О |
S |
W |
|
Бензин |
0,855 |
0,145 |
0 |
0 |
0 |
Дизельне паливо |
0,870 |
0,126 |
0,004 |
0 |
0 |
ДОДАТОК В
Формули для визначення середніх мольних теплоємностей газів при постійному об’ємі, кДж/(кмоль·К) |
||
Найменування газу |
0 – 1500 °C |
1501 –2800 °C |
Повітря |
mCV = 20,600 + 0,002638·t |
mCV = 22,387 + 0,001449·t |
Кисень О2 |
mCVO2 = 20,930 + 0,004641·t - 0,00000084·t2 |
mCVO2 = 23,723 + 0,001550·t |
Азот N2 |
mCVN2 = 20,398 + 0,002500·t |
mCVN2 = 21,951 + 0,001457·t |
Водень Н2 |
mCVH2 = 20,684 + 0,000206·t + 0,000000588·t2 |
mCVH2 = 19,678 + 0,001758·t |
Окись вуглецю СО |
mCVCO = 20,597 + 0,002670·t |
mCVCO = 22,490 + 0,001430·t |
Вуглекислий газ СО2 |
mCVCO2 = 27,941+ 0,019·t - 0,000005487·t2 |
mCVCO2 = 39,123 + 0,003349·t |
Водяна пара Н2О |
mCVH2O = 24,953 + 0,005359·t |
mCVH2O = 26,670 + 0,004438·t |
ДОДАТОК Г
Значення середніх мольних теплоємностей (mcV″)t0tz продуктів згоряння бензину в залежності від коефіцієнта надлишку повітря |
||||||||||||
Температура t, °C |
Середня мольна теплоємність продуктів згоряння, кДж/(кмоль×К), бензина при a |
|||||||||||
0,70 |
0,75 |
0,80 |
0,85 |
0,90 |
0,95 |
1,00 |
1,05 |
1,10 |
1,15 |
1,20 |
1,25 |
|
0 |
21,683 |
21,786 |
21,880 |
21,966 |
22,046 |
22,119 |
22,187 |
22,123 |
22,065 |
22,011 |
21,962 |
21,916 |
100 |
21,902 |
22,031 |
22,149 |
22,257 |
22,356 |
22,448 |
22,533 |
22,457 |
22,388 |
22,325 |
22,266 |
22,216 |
200 |
22,140 |
22,292 |
22,431 |
22,559 |
22,676 |
22,784 |
22,885 |
22,796 |
22,722 |
22,650 |
22,584 |
22,523 |
300 |
22,445 |
22,618 |
22,776 |
22,921 |
23,055 |
23,173 |
23,293 |
23,200 |
23,115 |
23,036 |
22,964 |
22,898 |
400 |
22,777 |
22,968 |
23,143 |
23,303 |
23,450 |
23,586 |
23,712 |
23,613 |
23,521 |
23,437 |
23,360 |
23,289 |
500 |
23,138 |
23,345 |
23,534 |
23,707 |
23,867 |
24,014 |
24,150 |
24,045 |
23,948 |
23,859 |
23,777 |
23,702 |
600 |
23,507 |
23,727 |
23,929 |
24,113 |
24,284 |
24,440 |
24,586 |
24,475 |
24,373 |
24,280 |
24,193 |
24,114 |
700 |
23,882 |
24,115 |
24,328 |
24,523 |
24,702 |
24,868 |
25,021 |
24,905 |
24,798 |
24,700 |
24,610 |
24,527 |
800 |
24,249 |
24,493 |
24,715 |
24,919 |
25,107 |
25,280 |
25,441 |
25,319 |
25,208 |
25,106 |
25,012 |
24,925 |
900 |
24,608 |
24,861 |
25,092 |
25,304 |
25,500 |
25,680 |
25,847 |
25,720 |
25,604 |
25,498 |
25,400 |
25,309 |
1000 |
24,949 |
25,211 |
25,449 |
25,668 |
25,870 |
26,056 |
26,229 |
26,098 |
25,977 |
25,867 |
25,766 |
25,672 |
1100 |
25,276 |
25,545 |
25,791 |
20,016 |
26,224 |
26,415 |
26,593 |
26,457 |
26,333 |
26,219 |
26,114 |
26,016 |
1200 |
25,590 |
25,866 |
26,118 |
26,349 |
26,562 |
26,758 |
26,940 |
26,800 |
26,672 |
26,554 |
26,446 |
26,345 |
1300 |
25,887 |
26,168 |
26,426 |
26,662 |
26,879 |
27,080 |
27,265 |
27,121 |
26,989 |
26,868 |
26,757 |
26,653 |
1400 |
26,099 |
26,456 |
26,719 |
26,959 |
27,180 |
27,385 |
27,574 |
27,426 |
27,291 |
27,166 |
27,051 |
26,945 |
1500 |
26,436 |
26,728 |
26,995 |
27,240 |
27,465 |
27,673 |
27,866 |
27,714 |
27,575 |
27,447 |
27,330 |
27,221 |
1600 |
26,685 |
26,982 |
27,253 |
27,501 |
27,729 |
27,941 |
28,136 |
27,981 |
27,836 |
27,708 |
27,588 |
27,477 |
1700 |
26,924 |
27,225 |
27,499 |
27,751 |
27,983 |
28,197 |
28,395 |
28,236 |
28,091 |
27,958 |
27,835 |
27,722 |
1800 |
27,147 |
27,451 |
27,728 |
27,983 |
28,218 |
28,434 |
28,634 |
28,473 |
28,324 |
28,188 |
28,063 |
27,948 |
1900 |
27,359 |
27,667 |
27,948 |
28,205 |
28,442 |
28,661 |
28,863 |
28,698 |
28,548 |
28,409 |
28,282 |
28,164 |
2000 |
27,559 |
27,870 |
28,153 |
28,413 |
28,652 |
28,873 |
29,078 |
28,910 |
28,757 |
28,616 |
28,487 |
28,367 |
2100 |
27,752 |
28,065 |
28,351 |
28,613 |
28,854 |
29,077 |
29,283 |
29,113 |
28,958 |
28,815 |
28,684 |
28,562 |
2200 |
27,935 |
28,251 |
28,539 |
28,803 |
29,046 |
29,270 |
29,478 |
29,306 |
29,148 |
29,004 |
28,870 |
28,747 |
2300 |
28,104 |
28,422 |
28,712 |
28,978 |
29,223 |
29,449 |
29,658 |
29,484 |
29,324 |
29,177 |
29,042 |
28,917 |
2400 |
28,268 |
28,588 |
28,879 |
29,147 |
29,394 |
29,621 |
29,832 |
29,655 |
29,494 |
29,345 |
29,209 |
29,082 |
2500 |
28,422 |
28,744 |
29,037 |
29,305 |
29,553 |
29,782 |
29,993 |
29,815 |
29,652 |
29,502 |
29,364 |
29,236 |
2600 |
28,570 |
28,892 |
29,187 |
29,458 |
29,706 |
29,936 |
30,149 |
29,969 |
29,804 |
29,653 |
29,513 |
29,384 |
2700 |
28,711 |
29,036 |
29,332 |
29,604 |
29,854 |
30,085 |
30,298 |
30,116 |
29,950 |
29,797 |
29,657 |
29,527 |
2800 |
28,847 |
29,173 |
29,470 |
29,743 |
29,994 |
30,226 |
30,440 |
30,257 |
30,090 |
29,936 |
29,794 |
29,663 |
Значення середніх мольних теплоємностей (mcV″)t0tz продуктів згоряння дизельного палива в залежності від коефіцієнта надлишку повітря |
||||||||||||
Температура t, °C |
Середня мольна теплоємність продуктів згоряння, кДж/(кмоль×К), дизельного палива при a |
|||||||||||
1 |
1,1 |
1,2 |
1,3 |
1 ,4 |
1,5 |
1,6 |
1,8 |
2,0 |
2,2 |
2,4 |
2,6 |
|
0 |
22,184 |
22,061 |
21,958 |
21,870 |
21,794 |
21,728 |
21,670 |
21,572 |
21,493 |
21,428 |
21,374 |
21,328 |
100 |
22,545 |
22,398 |
22,275 |
22,169 |
22,078 |
21,999 |
21,929 |
21,812 |
21,717 |
21,640 |
21,574 |
21,519 |
200 |
22,908 |
22,742 |
22,602 |
22,482 |
22,379 |
22,289 |
22,210 |
22,077 |
21,970 |
21,882 |
21,808 |
21,745 |
300 |
23,324 |
23,142 |
22,989 |
22,858 |
22,745 |
22,647 |
22,560 |
22,415 |
22,300 |
22,202 |
22,121 |
22,052 |
400 |
23,750 |
23,554 |
23,390 |
23,249 |
23,128 |
23,022 |
22,930 |
22,774 |
22,648 |
22,544 |
22,457 |
22,384 |
500 |
24,192 |
23,985 |
23,811 |
23,662 |
23,533 |
23,421 |
23,322 |
23,157 |
23,023 |
22,914 |
22,822 |
22,743 |
600 |
24,631 |
24,413 |
24,229 |
24,073 |
23,937 |
23,819 |
23,716 |
23,541 |
23,401 |
23,285 |
23,188 |
23,106 |
700 |
25,069 |
24,840 |
24,648 |
24,484 |
24,342 |
24,218 |
24,109 |
23,927 |
23,780 |
23,659 |
23,557 |
23,471 |
800 |
25,490 |
25,251 |
25,050 |
24,879 |
24,731 |
24,602 |
24,488 |
24,298 |
24,144 |
24,018 |
23,912 |
23,822 |
900 |
25,896 |
25,648 |
25,439 |
25,261 |
25,107 |
24,973 |
24,855 |
24,657 |
24,487 |
24,366 |
24,256 |
24,162 |
1000 |
26,278 |
26,021 |
25,804 |
25,620 |
25,460 |
25,321 |
25,199 |
24,993 |
24,828 |
24,692 |
24,578 |
24,481 |
1100 |
26,641 |
26,375 |
26,151 |
25,960 |
25,795 |
25,652 |
25,525 |
25,313 |
25,142 |
25,001 |
24,883 |
24,783 |
1200 |
26,987 |
26,713 |
26,482 |
26,286 |
26,116 |
25,967 |
25,837 |
25,618 |
25,442 |
25,296 |
25,175 |
25,071 |
1300 |
27,311 |
27,029 |
26,792 |
26,589 |
26,415 |
26,262 |
26,128 |
25,903 |
25,722 |
25,572 |
25,447 |
25,341 |
1400 |
27,618 |
27,328 |
27,085 |
26,877 |
26,698 |
26,541 |
26,404 |
26,173 |
25,986 |
25,833 |
25,705 |
25,596 |
1500 |
27,907 |
27,610 |
27,361 |
27,148 |
26,965 |
26,805 |
26,664 |
26,427 |
26,237 |
26,080 |
25,948 |
25,836 |
1600 |
28,175 |
27,873 |
27,618 |
27,400 |
27,212 |
27,049 |
26,905 |
26,663 |
26,468 |
26,308 |
26,173 |
26,059 |
1700 |
28,432 |
28,123 |
27,863 |
27,641 |
27,449 |
27,282 |
27,135 |
26,888 |
26,690 |
26,526 |
26,389 |
26,272 |
1800 |
28,669 |
28,354 |
28,089 |
27,863 |
27,668 |
27,497 |
27,348 |
27,096 |
26,894 |
26,727 |
26,587 |
26,469 |
1900 |
28,895 |
28,575 |
28,305 |
28,076 |
27,877 |
27,704 |
27,552 |
27,296 |
27,090 |
26,921 |
26,781 |
26,658 |
2000 |
29,107 |
28,782 |
28,508 |
28,275 |
28,073 |
27,898 |
27,743 |
27,483 |
27,274 |
27,102 |
26,958 |
26,835 |
2100 |
29,310 |
28,980 |
28,703 |
28,466 |
28,262 |
28,083 |
27,926 |
27,663 |
27,451 |
27,276 |
27,130 |
27,005 |
2200 |
29,503 |
29,169 |
28,888 |
28,648 |
28,441 |
28,260 |
28,101 |
27,834 |
27,619 |
27,442 |
27,294 |
27,168 |
2300 |
29,680 |
29,342 |
29,057 |
28,815 |
28,605 |
28,422 |
28,261 |
27,991 |
27,774 |
27,595 |
27,444 |
27,317 |
2400 |
29,851 |
29,510 |
29,222 |
28,976 |
28,764 |
28,580 |
28,417 |
28,144 |
27,924 |
27,743 |
27,591 |
27,462 |
2500 |
30,011 |
29,666 |
29,375 |
29,127 |
28,913 |
28,726 |
28,562 |
28,286 |
28,064 |
27,881 |
27,728 |
27,598 |
2600 |
30,164 |
29,816 |
29,523 |
29,272 |
29,056 |
28,868 |
28,702 |
28,424 |
28,199 |
28,015 |
27,860 |
27,729 |
2700 |
30,311 |
29,960 |
29,664 |
29,412 |
29,194 |
29,004 |
28,837 |
28,557 |
28,331 |
28,144 |
27,988 |
27,856 |
2800 |
30,451 |
30,097 |
29,799 |
29,546 |
29,326 |
29,135 |
28,966 |
28,684 |
28,456 |
28,269 |
28,111 |
27,978 |
Примітка. Теплоємність при постійному тиску визначають за формулою:
(mcp″)t0tz = (mcv″)t0tz + 8,314
ДОДАТОК Д
Відношення S/D у залежності від частоти обертання колінчастого вала n |
||
Тип ДВЗ |
nN, хв-1 |
S/D |
|
<3000 |
1,0–1,1 |
Бензинові, |
3000–3600 |
0,85–0,95 |
Газові |
3600–5000 |
0,75–0,85 |
Дизельні |
2100–2800 |
1,0–1,2 |
Газодизельні |
>2800 |
0,8–1,0 |
Фази газорозподілу і кути, що визначають процес згоряння палива, за кутом повороту колінчастого вала |
|
Кути випередження відкриття і запізнення закриття впускних і випускних клапанів: |
|
φвип.вп. = 10–35° від ВМТ |
φвип.вип. = 40–80° від НМТ |
φзап.вп. = 40–85° від НМТ |
φзап.вип. = 10–50° від ВМТ |
Кути випередження запалювання (для бензинових и газових ДВЗ) і випередження впорскування палива (для дизельних и газодизельних ДВЗ) |
|
φвип.зап. = 30–40° від ВМТ |
φвип.впр. = 15–25° від ВМТ |
Кут запізнення запалення: |
|
φзап.зап. = 5–18° від моменту проскакування іскри — для бензинових і газових |
|
φзап.зап. = 8–12° від моменту впорскування — для дизельних і газодизельних |
|
Кут закінчення процесу наявного згоряння: |
|
φзак.згор = 8–12° від ВМТ — для бензинових і газових; |
|
φзак.згор = 6–10° від ВМТ — для дизельних і газодизельних |
|