Построение и анализ внешней скоростной характеристики, Расчет внешней скоростной характеристики, Анализ внешней скоростной характеристики — Расчет двигателя Pajero MMC

Что такое график всх двигателя

Обновление статьи 13.11.2022 — после дополнительных калибровок графики обновлены и пересчитаны с новыми коэффициентами.

Новый автомобиль АвтоВАЗа вызывает закономерный интерес у автолюбителей. Прежний мотор 21124 объемом 1,6 литра значительно модернизировали — наиболее существенные изменения претерпел блок цилиндров — он получил облегченную импортную шатунно-поршневую группу с поршнями-«таблетками».

Головка — лишь немногим (а точнее — площадкой под ролики ГРМ) отличается от головки 21124. Обновленный мотор получил индекс 21126. Завод заявляет мощность двигателя 98 л.с., но, по некоторым сведениям, замеры на стендах в Москве выявили более повышенные результаты, немного превосходящие 100 л.с., т.е. завод несколько занизил паспортную мощность двигателя, что-бы не выходить за порог в 100 л.с., значительно увеличивающий транспортный налог.

На замеры попал двигатель с пробегом 20 т.км, т.е. прошедший полноценную обкатку и уже «открывшийся» со слов владельца. Двигатель оснащен фильтром нулевого сопротивления (ФНС), в остальном — полностью стандарт.

Далее — график ВСХ замера двигателя 21126 Приора. Зафиксирована мощность 100 л.с. при 4900 об, пик крутящего момента 14.7 кг при 4800 об. Следует отметить достаточно ровный момент в диапазоне 2000-4000 об, что весьма хорошо для эксплуатации автомобиля в городских условиях.

Для чего же мы снимали графики ВСХ? Не исключаем возможность тюнинга этого двигателя в дальнейшем. А покамест — для того, что-бы знать характер этой новой «зверушки», что очень хорошо для городских и трассовых баталий. Ну и конечно для того, что-бы соотносить результаты тюнинга других двигателей.

А вот давайте, ради интереса, и проведем сравнение. Возьмем, к примеру, одну из недавних работ, когда на карбюраторную девятку с объемом 1500 кубов, установили распредвал DynaCAMS RS58 с подъемом 11.0 мм, доработали карбюратор и головку.

В том примере получился 109 сильный мотор с приличным моментом на средних оборотах. Наложим итоговый график на нынешний замер двигателя Приоры. Что получилось, смотрите ниже. Графики пунктиром — карбюраторная девятка. Результат более красивый, не так ли?

Однако, следует учесть хороший потенциал тюнинга двигателя Приоры. Даже тюнинговые валы в серийной головке с чип-тюнингом дадут значительный рост мощности. А если еще поставить тюнинговый ресивер, да доработать головку. В то время как на карбюраторной 8-ми клапанной девятке для дальнейшего увеличения отдачи уже нужны более крупные вложения и даже переход на 4-х карбовую систему питания.

Целью данного сравнения графиков являлось желание показать, что тюнинг 8-кл двигателя не обязательно должен заключаться в больших тратах на 16-кл головку и инжектор, зачастую достаточно доработать головку, поставить вал, поработать с питанием, и получится двигатель, который удовлетворит большинство запросов как городского автомобилиста, так и «трассовика».

Что касается серийного двигателя Приоры, то, судя по графикам, это достаточно неплохой заводской мотор, имеющий большой потенциал для дальнейшего тюнинга.

Vi. построение внешней скоростной характеристики (всх)

Анализ внешней скоростной характеристики

Общий анализ ВСХ основан на интерпретации характера изменения кривых Ne, Me, ge и GT по частоте вращения.

Для удобства анализа сравниваемые величины заносятся в таблицу.

Таблица 6 — Основные показатели двигателя по технической характеристике и по расчёту

Коэффициент запаса крутящего момента по технической характеристике двигателя находят из её данных:

где Мемах — максимальный крутящий момент по технической характеристике (см. таблицу 2.7);

Ме ном — крутящий момент при частоте вращения .

Коэффициент запаса крутящего момента по расчетам равен:

Мощность, полученная по расчетам (93,3 кВт), незначительно больше паспортной (92 кВт) в 1,5(без изменения степени сжатия, ). Это связано с применением средней системы наддува (). В связи с этим температура и давление в конце сжатия соответственно равны рс=13,82 МПа и Тс=1232,81 К.

Чтобы избежать различные отрицательные факторы, можно несколько уменьшить степень сжатия, например, с 21 до 16, тем самым получится:

Также можно увеличить на номинальном режиме (), использовать термостойкие материалы, установить промежуточное охлаждение между компрессором и впускным трубопроводом двигателя, тем самым уменьшается температура газов перед турбиной, снижаются тепловые напряжения деталей, способствует улучшению массового наполнения цилиндров.

В принципе такой способ повышения мощности возможен и, на мой взгляд, лучшим способом избежать отрицательные факторы является установка промежуточного охлаждения.

Максимальный крутящий момент, полученный по расчетам (291,28 при n=2000 об/мин), больше паспортного (292 при n=2000 об/мин) в 1,5 раза. Это объясняется повышенным коэффициентом запаса крутящего момента К (К=1,19). Следовательно динамические свойства двигателя улучшаются, тем самым двигатель имеет хорошую приемистость на переходных режимах.

Удельный расход топлива при nном=4000 об/мин равен 221,3 г/(кВтч), =210,24 г/(кВтч) при n=3000 об/мин. Удельный расход топлива понижен на 5 % (лучший образец значений удельного эффективного расхода топлива=200-210 г/(кВт ч)). Это можно объяснить улучшенной системой смесеобразования: увеличение давления впрыска топлива через форсунки, установлены наиболее выгодные фазы впрыска топлива, в эксплуатации использован хороший исправный ТНВД и др.

Скоростная характеристика двигателя с искровым зажиганием

Скоростные характеристики

ВСХ снимается при штатных регулировках систем топливоподачи и зажигания. На большинстве скоростных режимов состав смеси близок к мощностному.

Штатные регулировки системы зажигания обеспечивают φо.з≈φо.з опт или на средних и малых частотах вращения фол., ограниченный появлением детонации

С увеличением п происходит уменьшение относительных потерь теплоты в стенки цилиндров, улучшается качество смесеобразования и сокращается длительность второй фазы сгорания, выраженная в единицах времени (но практически, как правило, сохраняется ее длительность в градусах ПКВ). Это приводит к увеличению η

_i

с ростом частоты вращения и дальнейшей его стабилизации; последнему способствует некоторое возрастание фазы догорания, увеличивающее тепловые потери в стенки и в основном с отработавшими газами. Аналогичным образом изменяется отношение η

_i

/α. Таким образом, качество рабочего процесса двигателя с искровым зажиганием не лимитирует возможность его форсирования по скоростному режиму.

Характер изменения ηv в зависимости от частоты вращения неоднозначен для различных двигателей, хотя имеют место некоторые общие закономерности.

Для двигателей легковых автомобилей большие значения ηv в зоне высоких частот вращения обеспечивают высокую номинальную мощность двигателя, что в конечном счете определяет высокую максимальную скорость и хорошую динамику разгона автомобиля.

Для двигателей грузовых автомобилей максимальное значение в зоне низких и средних частот вращения обеспечивает хорошие тяговые свойства автомобиля.

В двигателях с управляемыми фазами газораспределения и/или изменяемой геометрией впускного тракта (изменяемой длиной впускного трубопровода) зависимость ην=f(n) имеет более пологий характер.

Совместное влияние ην , α и ηi определяет соответствующий характер изменения pi (n): его снижение при малых частотах вращения связано с уменьшением ηi и ην , а при высоких — только с понижением η v.

Уменьшение ηi при снижении скоростного режима связано:

• с увеличением относительной теплоотдачи в стенки за цикл вследствие увеличения времени контакта газов со стенками;

• с ухудшением условий смесеобразования за счет снижения скорости воздуха во впускном трубопроводе и уменьшения турбулизации заряда в цилиндре;

• с увеличением утечек рабочего тела через неплотности за счет увеличения длительности рабочего цикла;

• с некоторым обогащением смеси при снижении скоростного режима (не всегда).

Уменьшение ηv при снижении скоростного режима вызывается .несоответствием фаз газораспределения для данного режима в результате чего уменьшается дозарядка цилиндров и даже возможен обратный выброс смеси. Уменьшение ηv с увеличением скоростного режима (на высоких частотах вращения) связано с увеличением гидродинамических потерь во впускном тракте.

Среднее давление механических потерь рв.п возрастает с увеличением n по закону, близкому к линейному, что в сочетании с характером изменения pi (n) приводит, как правило, к монотонному снижению механического КПД (ηм) с ростом n.

Снижение ре при малых п определяется теми же факторами, что и снижение рi (т. е. ηi, и ηv), а при n>nмxmax вызывается снижением ηv и ηм. Как правило, для двигателей с искровым зажиганием скоростной коэффициент лежит в пределах Кп=0,55. 0,70, а коэффициент приспособляемости Кпр — в диапазоне 1,10. 1,30.

Увеличение Ne с возрастанием n продолжается до тех пор, пока рост частоты циклов, пропорциональный n, преобладает над снижением ре. Когда эти два фактора компенсируют друг друга, то достигается максимальная мощность двигателя Nemаx.

При n> nNemax происходит резкое снижение Ne, что связано с соответствующим снижением ηM и ηv. При pi=pвп двигатель выходит на режим холостого хода при полностью открытой ДЗ, достигая максимальной частоты вращения холостого хода nxmax или, как ее иногда называют, разностной частоты вращения пр, которая на 30.

50% превышает номинальную. При этом в силу особенностей рабочего процесса топливных систем ДсИЗ существенного изменения состава смеси и, следовательно, качества рабочего процесса не происходит. Для двигателей легковых автомобилей кратковременный выход на этот режим опасности не представляет.

Частичные скоростные характеристики снимают при достоянных промежуточных положениях ДЗ. Прикрытие ДЗ приводит к более резкому снижению ηv с увеличением n, что приводит : уменьшению соответственно pi, ηM, pe. Чем сильнее прикрыта ДЗ, дам круче зависимости ре(n), Мх(n), Ne(n). При этом их максимальные значения сдвигаются в область меньших частот вращения.

При незначительном прикрытии ДЗ, когда снижение ηv невелико, возможно улучшение экономичности двигателя (уменьшение gemin) в диапазоне низких и средних частот вращения при работе по частичной скоростной характеристике по сравнению с работой по ВСХ.

При дальнейшем прикрытии ДЗ происходит увеличение gemin вследствие снижения ηм, а при очень сильных прикрытиях ДЗ — и вследствие уменьшения ηi