Что такое приемистость двигателя?

Устройство автомобилей

Характеристики двигателей

Оценить мощностные и экономические возможности двигателя внутреннего сгорания при работе его в различных эксплуатационных условиях можно по техническим и технологическим характеристикам, получаемым в результате различных испытаний – стендовых, дорожных, полигонных, эксплуатационных и т. п.

Характеристикой двигателя называется зависимость основных показателей его работы (мощности, вращающего момента на выходном валу, расхода топлива) от одного из параметров режима работы (частоты вращения коленчатого вала, внешней нагрузки и т. п.). Характеристики двигателя определяют его эксплуатационные качества, уровень технического совершенства, правильность регулировок, а также его назначение.

Основные характеристики автомобильных двигателей определяются ГОСТ 14846-81 «Двигатели автомобильные. Методы стендовых испытаний»:

скоростная характеристика – зависимость основных эффективных показателей работы двигателя от частоты вращения его коленчатого вала;

коэффициент приспособляемости – способность двигателя преодолевать кратковременные перегрузки;

нагрузочные характеристики – зависимости удельного и часового расхода топлива от мощности, развиваемой двигателем;

характеристика холостого хода – зависимость часового расхода топлива от частоты вращения коленчатого вала при работе двигателя без нагрузки;

регулировочные характеристики – зависимость мощностных и экономических показателей работы от состава рабочей смеси, воспламеняемой в цилиндрах двигателя, угла опережения зажигания или впрыска, температуры двигателя и других регулируемых факторов.

Нагрузочная характеристика

Нагрузочной характеристикой называется изменение часового и удельного расхода топлива в зависимости от величины нагрузки. Работа на режимах нагрузочной характеристики наиболее характерна для двигателей, которые используются для привода электрических агрегатов, насосов, компрессоров, тракторов. В частности, нагрузочная характеристика имитирует работу двигателя на автомобиле, при его движении с постоянной скоростью на одной из передач в условиях переменного сопротивления со стороны дороги.

Цель получения нагрузочной характеристики – определение топливной экономичности двигателя.

Условия получения нагрузочной характеристики:

• независимая переменная величина – нагрузка на двигатель (так как с увеличением нагрузки для ее преодоления двигатель должен увеличивать мощность N_е , среднее эффективное давление р_е и крутящий момент М_к , то нагрузку выражают в процентах относительно одного из этих параметров;
• постоянная величина – частота вращения коленчатого вала;
• зависимые переменные величины – удельный расход топлива g_е и часовой расход топлива G_t .

Скоростная характеристика

Скоростная характеристика двигателя представляет собой зависимость основных эффективных показателей его работы (эффективная мощность, вращающий момент на выходном валу, удельный и часовой расход топлива) от частоты вращения коленчатого вала при постоянной подаче топлива в цилиндры в установившемся тепловом режиме.

Различают внешнюю и частичные скоростные характеристики.
Скоростная характеристика, полученная при полной подаче топлива (полностью открытой дроссельной заслонке или соответствующем положении рейки топливного насоса дизеля) и при углах опережения зажигания или начала впрыскивания топлива по техническим условиям на двигатель, называется внешней скоростной характеристикой двигателя .
Внешняя скоростная характеристика позволяет определить максимальные мощностные показатели двигателя и оценить его экономичность при полных нагрузках.

Характеристики, соответствующие постоянным промежуточным положениям дроссельной заслонки или рейки топливного насоса, называются частичными скоростными характеристиками двигателя . Иными словами, любая характеристика, полученная при неполном открытии регулирующего органа двигателя, называется частичной скоростной характеристикой.

Скоростную характеристику реального двигателя строят по результатам стендовых испытаний.
Вал работающего двигателя нагружают с помощью тормоза, обеспечивая фиксирование частоты вращения от минимально устойчивой до максимально допустимой. При этом на каждой частоте замеряют тормозной момент М_т в (Н×м) и часовой расход топлива в кг/ч.

По результатам испытаний строят кривые зависимости эффективного вращающего момента и часового расхода топлива от частоты вращения вала двигателя.
Затем, используя формулы:

находят эффективную мощность и удельный расход топлива, после чего отображают их графические зависимости.

В зависимости от укомплектованности двигателя вспомогательными устройствами и оборудованием определяют мощность нетто (полная комплектация) или мощность брутто (неполная комплектация).
Различают следующие характерные частоты вращения коленчатого вала:

• минимальная частота вращения, при которой возможна устойчивая работа двигателя при полной подаче топлива;
• частота вращения, соответствующая наибольшему вращающему моменту;
• частота вращения, соответствующая наибольшей мощности двигателя;
• наибольшая возможная частота вращения коленчатого вала, устанавливаемая ограничителем частоты вращения.

Характеристика холостого хода является частным случаем скоростной характеристики двигателя.

Внешнюю скоростную характеристику вновь проектируемого двигателя можно построить по эмпирическим зависимостям, где максимальная мощность и соответствующие ей удельный расход топлива и частота вращения берутся из данных теплового расчета двигателя при его конструировании.

Приемистость и приспособляемость двигателя

Способность двигателя с ростом частоты вращения коленчатого вала наращивать мощность называется его приемистостью .
Приемистость двигателя непосредственно влияет на приемистость автомобиля, т. е. его способности ускоряться и разгоняться. Скоростная характеристика во многом отражает степень приемистости двигателя: чем круче кривая N_е , тем приемистость двигателя больше.
Если сравнить скоростные характеристики карбюраторного двигателя и дизеля, то можно заметить, что кривая мощности N_е у дизеля круче, т. е. дизель обладает большей приемистостью.

Способность двигателя с ростом внешней нагрузки сохранять частоту вращения коленчатого вала называется его приспособляемостью (самоприспособляемостью или эластичностью).
Например, затяжной подъем один из автомобилей может преодолеть без переключения КПП на пониженную передачу, а другой при таких же условиях заглохнет. Следовательно, в первом случае приспособляемость двигателя автомобиля выше, чем во втором.
Приспособляемость автомобиля к изменению внешней нагрузки оценивается коэффициентом приспособляемости (коэффициентом самоприспособляемости). Чем больше значение этого коэффициента, тем лучше приспособляемость автомобиля к увеличению внешней нагрузки.

Устойчивость режима автомобильного двигателя к увеличению внешней нагрузки оценивают по запасу крутящего момента, который определяется отношением максимального крутящего момента М_кmax к крутящему моменту М_кном , развиваемому двигателем на номинальном режиме; это отношение и называют коэффициентом приспособляемости k .

Коэффициент приспособляемости k , характеризующий приспособляемость двигателя к изменению внешней нагрузки, может быть определен по формуле:

В бензиновых двигателях средний коэффициент приспособляемости k = 1,25. 1,35, в дизельных k = 1,05. 1,2.
Поскольку коэффициент приспособляемости характеризует способность двигателя преодолевать кратковременные перегрузки без переключения передач, можно сделать вывод, что дизельные двигатели переносят изменение внешней нагрузки хуже, чем карбюраторные. Чтобы преодолеть этот недостаток дизелей увеличивают размеры цилиндров, что приводит к увеличению крутящего момента, а также применяют всережимные регуляторы частоты вращения коленчатого вала.

Характеристика разгона двигателя на приёмистости

Автоматизация приёмистости ГТД

Лекция 11

Приёмистость двигателя – процесс перехода с режима маголого газа на режим максимальной тяги. Этот процесс характеризуется временем приёмистости . Чем меньше , тем лучше. Время приёмистости зависит от разгонных свойств двигателя, программы управления подачей топлива, изменение геометрии компрессора и площади критического сечения сопла.

Разгон двигателя на приёмистости наиболее полно отображается на характеристике компрессора. Для разгона двигателя необходим избыточный момент на турбине, что обеспечивается увеличением расхода топлива и соответствующим повышением температуры . Рост температуры ограничивается предельно допустимым её значением и снижением газодинамической устойчивости компрессора. Поэтому оптимальной линией разгона двигателя на характеристике компрессора является линия, расположенная ниже границы устойчивости с определённым запасом.

Время приёмистости двигателя может быть определено из уравнения движения ротора турбокомпрессора:

.

Время приёмистости тем меньше, чем меньше момент инерции ротора и чем больше избыточный момент на турбине .

Особенностью приёмистости двухкаскадного ТРД является увеличение скольжения роторов по сравнению со скольжением роторов при медленном изменении частоты вращения.

Характер изменения скольжения роторов двухвального ТРД

1- на установившемся режиме, 2 – при разгоне, 3 – при дросселировании

При резком увеличении расхода топлива теплоперепад на турбине ВД увеличивается в большей степени, чем на турбине НД. Это приводит к ускоренному увеличению частоты вращения ротора ВД и увеличению скольжения роторов.

Разгонная характеристика для ротора ВД имеет такой же вид, как и для одновального ТРД.

1 – оптимальный разгон, 2 – реальный разгон, 3 – линия установивших ся режимов, 4 – дросселирование.

При разгоне уменьшается, а при дросселировании увеличивается.

Разгонная характеристика по ротору НД определяется расходом воздуха на выходе из компрессора НД, т.е. частотой вращения ВД. При медленном разгоне происходит снижение запаса . При быстром разгоне из-за увеличения скольжения роторов увеличивается отсос воздуха с выхода компрессора НД. Это приводит к увеличению запаса устойчивости компрессора НД. При дросселировании двигателя из-за резкого уменьшения расхода топлива вначале наблюдается увеличение , затем из-за уменьшения скольжения роторов – уменьшение запаса устойчивости.

При проектировании двигателя время приёмистости определяется в результате интегрирования системы дифференциальных уравнений и построения переходного процесса по частоте вращения. , при использовании механизации сопла .

Для получения минимального времени приёмистости необходимо изменять расход по такой программе, чтобы разгон осуществлялся по оптимальной линии на характеристике компрессора. При этом допустимый избыток топлива при разгоне двигателя определяется устойчивостью компрессора и допустимой максимальной . Программа изменения составляется на основе кривых разгона на характеристике компрессора. Для каждой точки кривой разгона можно определить соответствующие значения и и построить оптимальную программу подачи топлива в двигатель .

Быстродействие системы подачи топлива намного превышает требуемую скорость подачи топлива во время приёмистости. В целях исключения повышенной подачи топлива при резком переводе РУД применяют специальные автоматы приёмистости. К которым относятся гидрозамедлитель и ограничитель нарастания давления.

Дата добавления: 2014-01-07 ; Просмотров: 1351 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Что такое приемистость двигателя?

ПРИЕМИСТОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ В АВИАЦИОННЫХ ТУРБОРЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЯХ

При работе турбореактивного двигателя на каком-либо установившемся режиме (при постоянном числе оборотов) всегда соблюдается условие:

т. е. мощность, развиваемая турбиной, равна мощности, по­требляемой компрессором и агрегатами (насосами, генера­торами, регуляторами и т. д.).

При работе двигателя на переходных, неустановившихся режимах, например при разгоне (увеличении числа оборотов двигателя), на ускорение вращающихся частей двигателя необходимо затратить дополнительную мощность. Следовательно, при разгоне ТРД мощность, развиваемая турбиной, должна быть больше мощности, потребляемой компрессором:

N ТУРБ = N КОМП + N ИЗБ

Здесь N ИЗБ — избыточная мощность турбины, расходуе­мая на ускорение вращающихся деталей двигателя.

Чем больше избыточная мощность турбины, тем быстрое двигатель увеличивает число оборотов.

При работе двигателя на установившихся (равновесных) оборотах каждому значению числа оборотов соответствуют определенное количество газа, протекающее через турбину, определенное его давление и температура Т 3 и, следова­тельно, определенная подача топлива в камеры сгорания.

Избыточная мощность турбины, необходимая для разгона двигателя, появится тогда, когда температура газа пе­ред турбиной не превысит температуру, необходимую для данного числа оборотов.

Мощность, потребляемая компрессором, с ростом числа оборотов растет сначала медленно, а затем очень быстро. На рис. 43 сплошной линией нанесена мощность, потребляе­мая компрессором. Мощность, развиваемую турбиной, при постоянной температуре газов, подходящих к ней, показы­вают кривые А — А, Б — Б, В — В, нанесенные пунктирными линиями.

Самая верхняя кривая А — А изображает мощность, раз­виваемую турбиной, при наибольшей допустимой температуре Тзмакс. Другие кривые Б — Б и В — В изображают мощ­ность турбины при более низких температурах Тз.

На рисунке видно, что мощность, развиваемая турбиной, тем больше, чем больше температура газов Т 3 , подходящих к ней. Точки пересечения кривых, изображающих мощность турбины, с кривой мощности, потребляемой компрессором, есть равновесные режимы.

Точки А — А определяют максимальные и минимальные числа оборотов двигателя.

На максимальных числах оборотов турбина работает при наибольшей допустимой температуре Тзмакс, поэтому-то и ограничивается время непрерывной работы двигателя на максимальных оборотах.

Обороты холостого хода берутся на 1000—1200 больше минимальных, чтобы не перегреть лопатки турбины (при этом Т 3 будет меньше Тзмакс) и обеспечить удовлетворительную смазку подшипников.

В промежутке между числами оборотов холостого хода и максимальными числами оборотов мощность турбины пре­вышает мощность, потребляемую компрессором, т. е, иначе говоря, турбина в этом промежутке чисел оборотов имеет избыточную мощность.

Из анализа кривых, представленных на рис. 43, ясно, что для перевода двигателя с малых оборотов на большие надо увеличить мощность турбины — увеличить температуру газон перед турбиной.

Это достигается увеличением подачи топлива.

При увеличении подачи топлива увеличивается темпера­тура газов перед турбиной, при этом мощность и число обо­ротов, развиваемые турбиной, возрастут. А так как турбина связана с компрессором, то будет увеличиваться мощность, которую потребляет компрессор, это приведет к боль шей подаче (и под большим давлением) воздуха в ка­меры сгорания. В результате мощность турбины еще увели­чивается.

Рис. 43. Совместная работа турбины и компрессора

Однако, надо сказать, что избыточная мощность турбины невелика и это является одной из причин плохой приемистости турбореактивных двигателей.

Под приемистостью понимают способность двига­теля быстро изменять число оборотов (режим работы). Для турбореактивных двигателей приемистость составляет 15—18 секунд; это значит, что двигатель переходит с малого числа оборотов на максимальные за 15—18 секунд (при пе­ремещении рычага управления двигателем за 2—3 сек.).

Плохая приемистость ТРД затрудняет управление двига­телем (сектор газа надо двигать плавно, без рывков), ухуд­шает маневренность самолета, затрудняет полет в строю и уменьшает безопасность посадки. Для улучшения приеми­стости вес современные ТРД снабжены автоматами приеми­стости.

ПРИВЕДЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ ПО ЧИСЛУ ОБОРОТОВ К СТАНДАРТНЫМ АТМОСФЕРНЫМ УСЛОВИЯМ

Характеристика двигателя по числу оборотов снимается при испытании двигателя на стенде.

Давление и температура воздуха при испытании двига­теля будут различны в зависимости от времени года и места испытания. Поэтому полученные при испытании двигателя тяга и удельный расход топлива могут быть выше или ниже величин, указанных в техническом описании данного типа двигателя. Для суждения о соответствии замеренных вели­чин величинам, приведенным в техническом описании, их нужно пересчитать на стандартные атмосферные условия (говорят — привести к стандартным атмосферным усло­виям).

Стандартными атмосферными условиями считаются:

1. Барометрическое давление воздуха 760 мм рт. ст. (1,033 кг/см 2 ).

2. Температура — 15° С (288° абс.).

Приведение к стандартным атмосферным условиям про­изводится по следующим уравнениям:

б) числа оборотов:

в ) удельного расхода топлива

г) температуры газов в удлинительной трубе

В этих формулах Р ЗАМЕР , n ЗАМЕР , С ЗАМЕР , T ЗАМЕР – величины, замеренные при испытании двигателя; Р 0 — давле­ние воздуха в мм рт. ст. во время испытания двигателя;Т 0 , = 273 + t — температура воздуха во время испытания двигателя.