4. Характеристика источника энергии

Источником энергии на автомобиле является двигатель внутреннего сгорания (ДВС); карбюраторный, инжекторный или дизельный. Принципиальное различие в работе этих двигателей заключается в том, что в карбюраторном и инжектором двигателях воспламенение горючей смеси происходит от энергии электрической искры, а в дизеле - от температуры сжатого воздуха.

В общем случае ДВС характеризуются энергоемкостью, динамичностью и экономичностью. Энергоемкость определяется зависимостью мощности двигателя N_е от угловой скорости вращения коленчатого вала ω_е. Динамичность описывается зависимостью крутящего момента двигателя М_е от угловой скорости коленчатого вала ω_е Экономичность определяется зависимостью удельного расхода топлива q_e от угловой скорости коленчатого вала двигателя ω_е

Основной характеристикой двигателя является его внешняя скоростная характеристика - графики зависимости мощности N_e, крутящего момента М_е удельного расхода топлива q_е от угловой скорости коленчатого вала ω_е при максимальной подаче топлива. Эта характеристика двигателя и описывает его энергоемкость, динамичность и топливную экономичность.

Внешняя скоростная характеристика вновь созданного двигателя определяется экспериментально на заводах по производству двигателей. Эту характеристику двигателей постоянно контролируют в процессе производства, определяя ее экспериментально на стендах выборочно из партии произведенных двигателей.

Внешняя скоростная характеристика двигателя представлена на рис.4.1 Выделим следующие характерные точки на этой характеристике:

N_max - максимальная мощность двигателя (кВт);

ω _N- угловая скорость в рад/с, соответствующая максимальной

мощности двигателя ( рад./с);

М_max - максимальный крутящий момент двигателя (Нм);

ω_M- угловая скотств, соответствующая максимальному крутящему моменту (рад./с);

М_N- момент, соответствующий максимальной мощности двигателя (Нм),

q_N _ удельный расход топлива в г/кВт-ч, соответствующий максимальной мощности.

Рис. 4.1 Внешняя скоростная характеристика двигателя

Введем два экспериментальных коэффициента, которые определяются из шедшей скоростной характеристики двигателя,

-коэффициент приспосабливаемости по моменту;

- коэффициент приспосабливаемости по частоте.

Для двигателей, применяемых на автомобилях, значения этих коэффициентов находятся в пределах ««-1,05...1,5 и к_ω= 1,5...2,5.

Для практических расчетов зависимости N_e= f (ω_е) и М_е= f (ω_е) математически описываются параболами третьего и второго порядков

(4.1)

(4.2)

Неизвестными величинами в формулах (4.1) и (4.2) являются коэффициенты а, Ь, с.

Определим эти коэффициенты, рассмотрев режимы работы двигателя при ω_е=ω_N, ω_e=ω_M а также исследовав функцию M_e=f(ω_e) на экстремум.

Если зададим угловую скорость двигателя ω_e= ω_N тогда мощность, развиваемая двигателем, достигает максимального значения N_e=N_max

После подстановки этих условий в уравнение (4.1), имеем

(4.3)

После сокращений получим 1= а + b - с.

Если зададим угловую скорость двигателя ω_e=ω_M тогда крутящий момент двигателя достигнет максимального значения М_в = М_тах

После подстановки этих условий в уравнение (4.2) имеем

Или

После преобразований, учитывая, что ;

Имеем (4.4)

Для получения третьего уравнения, необходимого для определения коэффициентов а, Ь, с, исследуем уравнение (4.2) на экстремум.

Для чего приравняем -

Взяв производную с уравнения (4.2), получим

Если , тогда ω_е=ω_М, поскольку при этой угловой скорости

вращения коленчатого вала крутящий момент двигателя достигает максимума. После подстановки и элементарных преобразований имеем

Условие выше приведенной зависимости будет выполняться, если

или (4.5)

В результате приведенных исследований получена система из трех уравнений с тремя неизвестными a, b, c.

(4.6)

Решая эту систему, получим

; ;

Поскольку входящие в уравне1шя (4.7) коэффициента к_ω и к_М являются экспериментальными, поэтому и коэффициенты а,Ь,с также являются жепериментальными. На заводах по производству двигателей экспериментально определяется внешняя скоростная характеристика, а затем по этой характеристике с учетом зависимостей (4.7) рассчитываются коэффициенты а,Ь,с. Каждый тип двигателей имеет характерные только для него значения коэффициентов а.Ь.с. Эти коэффициенты представлены в справочной литературе

Для определения удельного расхода топлива в зависимости от угловой скорости коленчатого вала ω_е рекомендуется воспользоваться эмпирической зависимостью

,

где q_N — удельный расход топлива при максимальной мощности в г/кВт-ч, который для дизельных двигателей принимается 210-^240 r/кВт-ч, а для карбюраторных двигателей - 310+340 г/кВт-ч.

В табл. 4.1 приведены значения параметров двигателей.

Таблица 4.1параметры карбюраторных и дизельных двигатели

Марка	Vл,Л	Тип	Nemax, кВт	ωN, рад/с	Мemax, Н.м	КМ	Кω	Коэф	фици	ент
								a
ВАЗ-2103 ВАЗ-2306 ВАЗ-2108 М-412 ЗМЗ-24Д ЗМЗ-66 ЗИЛ-130 ЗИЛ-375 КамАЗ-740 ЯМЗ-236 ЯМЗ-238 ЯМЗ-238Н ЯМЗ-240	1,45 1,57 1,3 1,48 2,445 4,25 6,00 7,00 10,85 11,15 14,86 14,86 22,30	К4Р К4Р К4Р К4Р К4Р К8V К8V К8V Д8V Д6V Д8V Д8V Д12V	56.6 58.8 48.8 55.2 69.9 84.6 110.3 132.4 154.6 132.4 176.5 220.6 264.8	586.4 565.5 586 607.4 471.2 345.4 335.1 335.1 272.2 219.9 219.9 219.9 219.9	105.1 121.6 95.2 111.2 186.3 284.4 402.0 465.0 637.6 666.7 882.6 1078.7 1274.8	1.088 1.16 1.19 1.22 1.26 1.16 1.22 1.18 1.12 1.107 1.099 1.075 1.061	1.6 1.8 1.19 1.8 1.87 1.47 1.68 1.68 1.6 1.4 1.4 1.4 1.4	0.84 0.91 0.64 0.97 0.85 0.44 0.75 0.80 0.68 0.44 0.48 0.61 0.68	0.78 0.9 1.75 0.98 1.46 2.12 1.59 1.3 1.38 1.87 1.73 1.31 1.07	0.62 0.81 1.39 0.95 1.31 1.56 1.34 1.10 1.06 1.31 1.21 0.92 0.75

Заметим что приведенные выше параметры двигателей определялись на стендовом оборудовании. В реальных условиях эксплуатации на автомобиле двигатель работает работает с другими впускной и выпускной системами, на нем установлено дополнительное оборудование, для привода которого затрачивается дополнительная мощность. Поэтому эффективная мощность, развиваемая двигателем на автомобиле, несколько меньшая. Однако, как показал анализ литературных источников, это уменьшение не превышает 15%.

Литература

1. Гришкевич А.И. Автомобили: Теория.- Минск: Вышэйш шк.,1986.'2^0 с, с-28...30.

2. Кошарний М.Ф. Основи механ!км та енергетики автомобшя. -К.: Бища шк., 1992.-200 с, с.-22-30.

3. Литвинов А.С., Фаробин Я.Н. Автомобиль: Теория эксплуатационных свойств.-М.: Машиностроение, 1984.-272 с, с-28-31.

Контрольные вопросы.

1.Какие типы двигателей применяются па автомобилях?

2.В чем принципиальное отличие карбюраторного и инжекторного двигателя от дизельного?

3.Что такое внешняя скоростная характеристика двигателя?

4.Каким образом определяются коэффициенты приспосабливаемое двигателей по частоте и крутящему моменту?

5.Каким образом рассчитываются коэффициенты а,в,с ?