Что такое коэффициент запаса крутящего момента

Устойчивость режима работы и запас крутящего момента двигателя

Крутящий момент, развиваемый двигателем при установившемся режиме, равен суммарному моменту сопротивлений движению автомобиля. В условиях эксплуатации момент сопротивления зависит от ряда факторов (профиля дороги и ее состояния, изменения сопротивления воздуха и т. п.) и может меняться в широких пределах. Для сохранения устойчивого режима движения важно, чтобы при изменении сопротивления движению равенство между моментом двигателя и моментом сопротивления восстанавливалось при возможно малом изменении скоростного режима двигателя.

На рис. 130 приведены кривые I/// эффективных крутящих моментов трех двигателей, соответствующие внешним скоростным характеристикам. На номинальном режиме все двигатели имеют одинаковый крутящий момент.

а тре-

тий двигатель без переключения передачи не сможет преодолеть этот момент.

, а второй двигатель без переключения передачи не сможет преодолеть этот момент.

Из рис. 130 видно, что если кривая крутящего момента имеет более крутой подъем, то при большем изменении сопротивления движению автомобиля частота вращения меняется, но двигатель

б состоянии на данной передаче преодолеть увеличенные сопротивления.

в зависимости от сопротивления движению автомобиля у дизеля не зависит от нагрузки, так как внешняя и частичная характеристики у него протекают почти одинаково.

Устойчивость режима автомобильного двигателя оценивают по запасу крутящего момента, который определяется отношением максимального крутящего момента к крутящему моменту, развиваемому двигателем на номинальном режиме; это отношение называют коэффициентом приспособляемости:

Крутящий момент двигателя пропорционален среднему эффективному давлению, поэтому

Частота вращения (п)метах, при которой достигается максимальный крутящий момент, является параметром, показывающим, в каком диапазоне изменения скоростного режима двигатель работает устойчиво по внешней характеристике. Этот диапазон оценивается величиной

у дизелей необходимо применять специальное корректирующее устройство (см. гл. XIV), увеличивающее цикловую подачу топлива при снижении частоты вращения.

Источник

Скоростная характеристика карбюраторного двигателя. Условие снятия. Коэффициент запаса крутящего момента.

Скоростная характеристика двигателя — это зави­симость эффективной мощности N_e, крутящего момента М_к, среднего эффективного давления р_е, часового G_т, удельного gv расходов топлива и других показателей от частоты вращения коленчатого вала при постоянном открытии дроссельной за­слонки в карбюраторном двигателе или при неизменном поло­жении органа, регулирующего подачу топлива в дизеле.

Кроме указанных переменных, для более полного раскрытия показателей рабочего процесса в скоростной характеристике до­полнительно приводят изменение коэффициента наполнения η_v коэффициента избытка воздуха α, температуры отрабо­тавших газов t_r, а также динамических и температурных пока­зателей цикла. Могут также приводиться зависимости темпе­ратуры, износа деталей цилиндропоршневой группы, показате­лей токсичности, шума и вибраций от частоты вращения колен­чатого вала двигателя. При этом оценивают динамические качества двигателя, его способность преодолеть временно воз­растающие сопротивления, возникающие, например, при выпол­нении машинно-тракторным агрегатом сельскохозяйственных операций.

Скоростная характеристика карбюраторного двигателя. В со­ответствии с ГОСТ скоростные внешние характеристики определяют при полностью открытом дросселе, включенном зажигании и подаче топлива с углами опережения зажигания, указанными в технических условиях на двигатель.

При снятии внешней скоростной характеристики в зависи­мости от укомплектованности двигателя вспомогательными устройствами и оборудованием определяют мощность нетто или мощность брутто.

Для двигателей с искровым зажиганием, снабженных огра­ничителями частоты вращения, скоростные характеристики определяют как с включенным, так и с отключенным ограни­чителем.

При определении скорост­ных характеристик выявляют­ся точки, соответствующие ми­нимальной и максимальной рабочей частоте вращения, ус­тановленной техническими ус­ловиями на двигатель для мощности нетто (или для мощ­ности брутто), а также часто­там вращения при максималь­ном крутящем моменте и ми­нимальном удельном расходе топлива и начале срабатыва­ния ограничителя частоты вра­щения.

В технических условиях на двигатель указывается гаран­тируемая мощность нетто для

установленной техническими условиями частоты вращения ко­ленчатого вала или приводится вся скоростная внешняя харак­теристика мощности нетто. Может также указываться гаранти­руемая мощность брутто для установленной техническими ус­ловиями частоты вращения коленчатого вала.

Скоростные частичные характеристики определяют при неко­торых промежуточных положениях дросселя, постоянных для всей определяемой частичной характеристики.

При испытании, двигателя для выявления его скоростных характеристик при полном открытии дросселя (внешняя ско­ростная характеристика) или некоторых промежуточных его положениях (частичные скоростные характеристики) частоту вращения коленчатого вала изменяют регулированием нагрузки с помощью тормозной установки.

Скоростная характеристика карбюраторного двигателя ЗИЛ-130 приведена на рис. Характеристика снята с включенным ограничителем частоты вращения. Зависимости М_ко=f/(n) и N_eo = f(n) относятся к крутящему моменту и мощно­сти, приведенным к стандартным атмосферным условиям (баро­метрическое давление р₀=100 кПа, температура воздуха Т₀ = 293 К).

Кроме основных зависимостей, для двигателя ЗИЛ-130 при­ведено также изменение расхода воздуха G_в, коэффициента на­полнения η_v, угла опережения зажигания φ_заж, разрежения за дроссельной заслонкой карбюратора Δр_к и условного среднего давления механических потерь р_м при скоростной характеристике.

В соответствии с ГОСТ 18509—80 «Дизели тракторные и комбайновые. Методы стендовых испытаний» для оценки дина­мических свойств дизелей служат корректорный коэффициент запаса крутящего момента μ_ки номинальный коэффициент за­паса крутящего момента μ.

где М _к.mах — максимальное значение крутящего момента при стандартных атмосферных условиях, температуре и плотности топлива; М _{к. N}—значение крутящего момента на режиме максимальной мощности; М_к._н — значение крутящего момента на режиме номинальной мощности (М_к._н =9500N_е/n_н).

При сравнении дизеля и карбюраторного двигателя в усло­виях скоростной характеристики по показателям топливной экономичности следует отметить, что кривая удельного расхода топлива для дизеля проходит ниже, чем для карбюраторного двигателя, вследствие более высокой степени сжатия и эффек­тивного- КПД.

Дата добавления: 2015-04-18 ; просмотров: 86 ; Нарушение авторских прав

Источник

Коэффициент запаса крутящего момента карбюраторного двигателя на внешней скоростной характеристике

В карбюраторных двигателях при увеличении нагрузки происходит падение частоты вращения, что влечёт за собой возрастание (η_V) и (η_м) [рис. 1, б)]. Индикаторный КПД в зависимости от частоты вращения изменяется незначительно. Для преодоления временных перегрузок при увеличении нагрузки в карбюраторе в действие вступает экономайзер. Его работа на режимах больших нагрузок приводит к уменьшению коэффициента избытка воздуха. За счёт взаимного изменения параметров (α, η_V и η_м) повышается среднее эффективное давление (p_e), а это – причина крутого протекания кривой момента (М_к), что свидетельствует о хорошей приспосабливаемости карбюраторного двигателя к преодолению внешних нагрузок. Коэффициент запаса крутящего момента карбюраторного двигателя

Рис. 1. Скоростная характеристика карбюраторного двигателя.

а) – Изменение параметров цикла;

б) – Изменение показательной работы двигателя.

Для карбюраторных двигателей μ=20-40%. Значение минимального удельного расхода (g_{e min}) топлива приходится на область (n_M-n_N), когда достигается максимальное произведение коэффициентов (n_in_м). Точка минимального удельного расхода (g_{e min}) не совпадает с точкой максимальной мощности (N_{e max}) и лежит левее последней.

Источник

Что такое коэффициент запаса крутящего момента

УСТОЙЧИВОСТЬ РЕЖИМА РАБОТЫ И ЗАПАС КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА АВТОМОБИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Крутящий момент, развиваемый двигателем при установившемся режиме, равен суммарному моменту сопротивлений движению автомобиля. При эксплуатации автомобиля момент сопротивления зависит от ряда факторов (профиль дороги и ее состояние, изменение сопротивления воздуха и т. п.) и может меняться в широких пределах. Для сохранения устойчивого режима движения важно, чтобы при изменении сопротивления движению равенство между моментом двигателя и моментом сопротивления восстанавливалось при возможно малом изменении скоростного режима двигателя.

На номинальном режиме все двигатели имеют одинаковый крутящий момент.

Момент сопротивления М21 все двигатели могут преодолеть при номинальном числе оборотов коленчатого вала. Если по условиям движения момент сопротивления увеличивается так, что он будет соответствовать кривой MSi, то равновесный режим для первого двигателя наступит при числе оборотов п2 (число оборотов коленчатого вала уменьшается на Апг), для второго — при п3 (на Ап2), а для третьего — при щ (на Ans).

Если сопротивление движению автомобиля будет соответствовать кривой MS3, то для первого двигателя равновесный режим наступит при числе оборотов пь (число оборотов уменьшается на Ani), для второго — при пв (на Am), а третий двигатель без переключения передачи не сможет преодолеть эту нагрузку.

Если крутящий момент изменяется по кривой, имеющей более крутой подъем, то при изменении сопротивления движению автомобиля число оборотов меняется в более узких пределах. При резком увеличении этого сопротивления мощности двигателя будет достаточно для его преодоления.

При работе карбюраторного двигателя на частичных нагрузках кривая Neкруче, чем при полной нагрузке, поэтому изменение числа оборотов в случае изменения сопротивлений происходит в более узких пределах. Характер изменения Anв зависимости от сопротивления движению автомобиля у дизеля не зависит от нагрузки, так как внешняя и частичная характеристики у него протекаютпочтиодинаково.

Устойчивость режима автомобильного двигателя оценивают по запасу крутящего момента, который определяется отношением максимального крутящего момента к крутящему моменту, развиваемому двигателем на номинальном режиме. Это отношение, называемое коэффициентом приспособляемости.

Карбюраторные двигатели обладают сравнительно устойчивым режимом, коэффициент приспособляемости у них К = 1,25н-^1,35. У дизелей характеристика крутящего момента протекает более полого и коэффициент приспособляемости не превышает 1,15. Для улучшения коэффициента приспособляемости у дизелей необходимо применять специальное корректирующее устройство (см. гл. XII), увеличивающее цикловую подачу топлива при снижениичислаоборотов.

Источник

66. Мощность и крутящий момент.

Что интересует людей, изучающих технические характеристики того или иного автомобиля? В первую очередь мощность, затем расход топлива и максимальная скорость. О крутящем моменте вспоминают редко. А зря.

Тяговые возможности моторов еще с момента рождения самоходных колясок принято оценивать по мощности, которая выражается в лошадиных силах. Из-за отсутствия в те далекие времена методики расчета и определения мощности до 1906/1907 годов эта характеристика двигателя имела не вполне четкое обозначение – она показывала приблизительную мощность – «от» и «до», например, от 15 до 20 л.с.

С 1907 года этот неточный показатель мощности разделили на два значения, например, 6/22 л.с. В первую цифру заложили значение налоговой ставки, а во вторую – мощность. Введенная налоговая лошадиная сила соответствовала определенному значению рабочего объема двигателя: 261,8 куб. см для четырехтактных моторов и 174,5 куб. см – для двухтактных. Появление такого способа установления налоговых ставок было обусловлено зависимостью рабочего объема двигателя от количества вырабатываемой им энергии и потребления топлива. Обозначать мощность в киловаттах (кВт), согласно международной системе измерений СИ, начали значительно позже.

На самом деле «мощность» отражает тяговые возможности двигателя лишь косвенно. С этим согласятся те, кто ездил на автомобилях-одноклассниках с двигателями приблизительно равной мощности и объема. Они наверняка заметили, что одни автомобили достаточно резвы начиная с низких оборотов, другие любят только высокие обороты, а на малых ведут себя достаточно вяло.

Много вопросов возникает у тех, кто после легковушки с 110-120-сильным бензиновым мотором пересел за руль такой же машины, но с дизельным двигателем мощностью всего 70-80 л.с. По динамике разгона, не используя спортивный режим (высокие обороты), на первый взгляд маломощный «дизель» с легкостью обойдет своего бензинового брата. В чем же здесь дело?

Вся эта неразбериха вызвана тем, что в каждом случае такая величина как сила тяги (FT, Н), приложенная к ведущим колесам, будет разной. Объяснение этому легко найти из формулы: FT=Мкр•i•h/r, где Мкр-крутящий момент двигателя, i-передаточное число трансмиссии, h – КПД трансмиссии (при продольном расположении двигателя h=0,88-0,92, при поперечном – h=0,91-0,95), r – радиус качения колеса. Из формулы видно, что чем больше крутящий момент двигателя и передаточное число, и чем меньше потери в трансмиссии (т.е. чем выше ее КПД) и радиус ведущих колес, тем больше сила тяги. Радиус колес, передаточное число и КПД трансмиссии у автомобилей-одноклассников очень схожи, поэтому на силу тяги они влияют не в такой степени как крутящий момент двигателя.

Если в формулу подставить реальные цифры, то сила тяги на каждом ведущем колесе, например, автомобиля Volkswagen Golf IV с 75-сильным мотором, развивающим крутящий момент 128 Н•м, будет равна 441 Н или 45 кГ•с. Правда, эти значения действительны, когда частота вращения коленчатого вала двигателя (3300 об/мин) соответствует максимальному крутящему моменту.

Что такое крутящий момент

Разобраться, что такое крутящий момент, можно на простом примере. Возьмем палку и один ее конец зажмем в тисках. Если надавить на другой конец палки, на нее начнет воздействовать крутящий момент (Мкр). Он равен силе, приложенной к рычагу, умноженной на длину плеча силы. В цифрах это выглядит так: если на рычаг длиной один метр подвесить 10-килограммовый груз, появится крутящий момент величиной 10 кг•м. В общепринятой системе измерения СИ этот показатель (умножается на значение ускорения свободного падения – 9,81 м/с2) будет равен 98,1 Н•м. Из этого следует, что получить больший крутящий момент можно двумя путями – увеличив длину рычага или вес груза.

В двигателе внутреннего сгорания нет палок и грузов, а вместо них имеется кривошипно-шатунный механизм с поршнями. Крутящий момент здесь получают благодаря сгоранию горючей смеси, которая при этом расширяется и толкает поршень вниз. Поршень в свою очередь через шатун давит на «колено» коленчатого вала. Хотя в описании характеристик двигателей длину плеча не указывают, об этом позволяет судить величина хода поршня (удвоенное значение радиуса кривошипа).

Примерный расчет крутящего момента двигателя выглядит так. Когда поршень толкает шатун с усилием 200 кг на плечо 5 см возникает крутящий момент 10 кГ•с, или 98,1 Н•м. Чтобы этот показатель стал больше, радиус кривошипа следует увеличить или сделать так, чтобы поршень давил на шатунную шейку с большей силой. Увеличивать радиус кривошипа до бесконечности нельзя, так как размер двигателя тоже придется увеличивать в ширину и в высоту. Возрастают и силы инерции, требующие упрочения конструкции или уменьшения максимальных оборотов. Появляются при этом и другие негативные факторы.vk.com/autobap В такой ситуации у конструкторов двигателей остался только один выход – увеличить силу, с которой поршень приводит в движение коленчатый вал. Для этого топливно-воздушную смесь в камере сгорания необходимо сжечь более качественно и большее количество. Достигают этого путем увеличения рабочего объема, диаметра цилиндров и их количества, а также улучшения степени наполнения цилиндров топливно-воздушной смесью, оптимизации процесса сгорания, повышения степени сжатия. Подтверждает это и расчетная формула крутящего момента: Мкр=VH •pe / 0,12566 (для четырехтактного двигателя), где VH – рабочий объем двигателя (л), pe – среднее эффективное давление в камере сгорания (бар).

Получить на коленчатом валу двигателя максимальный крутящий момент удается не на всех оборотах. У разных двигателей пик максимального крутящего момента достигается на различных режимах – у одних он больше на малых оборотах (в диапазоне 1800-3000 об/мин), у других – на более высоких (в диапазоне 3000-4500 об/мин). Объясняется это тем, что в зависимости от конструкции впускного тракта и фаз газораспределения эффективное наполнение цилиндров топливно-воздушной смесью происходит только при определенных оборотах.

Большим крутящим моментом обладают многоцилиндровые двигатели, моторы с турбо- и механическим наддувом. А чемпионами по величине крутящего момента являются «дизели». Многие из них обеспечивают автомобилю высокую динамику уже при 800-1000 об/мин. Если же стать обладателем «дизеля», нет возможности, то подбирать машину лучше с двигателем, у которого максимальный крутящий момент развивается при более низких оборотах. Такой автомобиль легче разгонять. В противном случае двигатель придется «насиловать» высокими оборотами, при которых и расход топлива выше и детали изнашиваются более интенсивно.

Те, кто следит за тенденциями развития автомобилестроения, могли заметить, что создатели двигателей стремятся «выровнять» кривую крутящего момента, т.е. сделать его практически одинаковым во всем диапазоне оборотов. Делается это для того, чтобы исключить провалы на режимах, когда величина крутящего момента еще или уже не позволяет передать на колеса большую силу тяги.

Один из таких моторов – 2,7-литровый V-образный шестицилиндровый турбированный двигатель Audi. Этот 250-сильный двигатель развивает огромный крутящий момент 350 Н•м в широком диапазоне оборотов – от 1800 до 4500. Другой подобный, хотя и менее мощный двигатель предлагает концерн Volkswagen. Его 1,8-литровый 180-сильный турбированный мотор развивает крутящий момент 228 Н•м в диапазоне оборотов от 2000 до 5000. Ездить на машинах с такими двигателями сплошное удовольствие – независимо от оборотов при нажатии на педаль «газа» автомобиль одинаково динамичен (приемист) и не только позволяет любителям спортивной езды полностью реализовать свои желания, но и при спокойной езде способствует уверенным обгонам, перестроениям и движению при полной загрузке.

Повышение и «выравнивание» крутящего момента в современных двигателях обеспечивают различными путями: устанавливают по три, четыре и даже пять клапанов на цилиндр, механизмы изменений фаз газораспределения, впускные тракты делают с изменяемой длиной, крыльчатки турбин делают керамическими и регулируемыми с изменяемым углом наклона лопаток и т.д. Вся эта модернизация направлена на совершенствование процессов наполнения цилиндров свежим зарядом. Наибольшего результата в этом деле добились инженеры SAAB. В свой пока еще экспериментальный двигатель SAAB Variable Compression объемом всего 1,6 л они умудрились заложить мощность, равную 225 л.с. и крутящий момент 305 Н•м. Добиться столь высоких показателей шведским моторостроителям удалось благодаря возможности изменения объема камеры сгорания и соответственно степени сжатия (от 14:1 до 8:1) в зависимости от режимов работы двигателя. Получению этих характеристик способствует и система наддува воздуха под высоким давлением – 2,8 атм., четыре клапана на цилиндр и система промежуточного охлаждения воздуха (Intercooler) (см. «Автоцентр» №14 ‘2000).

А как же обстоит дело с таким популярным показателем как мощность? Здесь ситуация складывается следующим образом. Наверное, многие замечали, что рядом с указываемой в характеристике мощностью всегда стоит значение оборотов коленчатого вала, при которых двигатель развивает эту мощность. Как правило, эти обороты приближены к максимальным. Во всех других режимах двигатель выдает только некоторую часть указанной мощности.

Почему так происходит, хорошо видно из формулы для вычисления мощности двигателя (кВт) – N=Mкрn/9549, где Mкр – средний крутящий момент двигателя (Н.м), n – обороты коленчатого вала двигателя (об/мин). Из формулы следует, что на значение мощности влияют величины крутящего момента и обороты двигателя. Но так как численные значения оборотов двигателя в десятки раз превышают величину крутящего момента (например, 3000 об/мин и 120 Н.м), то и на изменение мощности они будут влиять в большей степени. Это еще одно доказательство того, что силу мотора мощность отражает косвенно.

Вышесказанное подтверждается следующим примером. Когда мы едем по трассе с постоянной скоростью, приложенная к ведущим колесам автомобиля сила тяги расходуется на преодоление всевозможных сил сопротивления движению (аэродинамическую, качению колес и т.д.) и трение в различных механизмах. Но когда возникает потребность резко ускориться для обгона, сделать это удается не всегда, так как появляется необходимость преодолевать появившиеся силы инерции. В этом случае говорят, что у двигателя не хватает мощности. Но мощность здесь ни при чем, так как со всеми силами сопротивления движению борется сила тяги, зависящая от величины крутящего момента двигателя. Чтобы увеличить силу тяги, необходим запас крутящего момента. Величина этого запаса и влияет на то, как быстро сможет ускориться автомобиль.

Для получения более резкого ускорения можно, конечно, и переключиться на пониженную передачу, когда передаточное число трансмиссии станет большим и сила тяги на колесах увеличится. Однако при этом есть опасность «перекрутить» двигатель, да и дальнейшего ускорения мы можем не получить, так как режим работы двигателя может быть приближен к экстремальному. Аналогичная ситуация складывается и на подъемах, когда запас крутящего момента одних двигателей позволяет продолжить движение, а у других его отсутствие требует перехода на пониженную передачу.

Вывод отсюда напрашивается следующий: какой бы мощностью ни обладал двигатель, а способность разгонять автомобиль и «вытаскивать» его на подъем полностью возложена на крутящий момент. Возникает вполне справедливый вопрос: что же означает мощность? Это универсальный показатель, в который заложили целый ряд характеристик автомобильного двигателя – энергоемкость, потребление топлива, тяговая способность.

Источник