Как найти режим работы двигателя

Содержание

1. Основные режимы работы электродвигателей
2. Дополнительные режимы работы электродвигателей

Режимы работы электродвигателей – это определенный порядок чередования периодов, который характеризуется:

• продолжительностью и величиной нагрузки;
• условиями охлаждения;
• частотой пуска и отключений;
• частотой реверса;
• соотношениями потерь в периоды установившегося движения и пуска.

Так как существует множество режимов, выпуск двигателей для каждого из них нецелесообразен, поэтому серийные двигатели проектируются согласно ГОСТ для работы в восьми номинальных режимах. Номинальные данные содержатся в паспорте электродвигателя. Оптимальное функционирование агрегата гарантируется при его эксплуатации при номинальной нагрузке и в номинальном режиме.

Основные режимы работы электродвигателей

Существуют три основных (продолжительный, кратковременный, повторно-кратковременный) и пять дополнительных режимов работы, условно маркированных согласно международной классификации S1-S8. Отечественные электромашиностроительные заводы в обязательном порядке включают номинальные данные на основные режимы в каталоги и паспорт агрегата.

Продолжительный режим (S1) предусматривает длительный и беспрерывный рабочий период, во время которого двигатель нагревается до установившейся температуры. Он может «подразделяться» на два вида:

• Режим с постоянной нагрузкой (без изменения температуры в период работы). В нем функционируют двигатели конвейеров, электроприводы вентиляторов и насосов.
• Режим с изменяющейся нагрузкой (температура поднимается или падает с изменением нагрузки). Он используется при работе металлорежущих, деревообрабатывающих и прокатных станков.

Кратковременный режим работы электродвигателя (S2) характеризуется непродолжительным рабочим периодом (по стандартам 10, 30, 60, 90 минут) без нагрева двигателя до установившейся температуры с последующим его охлаждением во время паузы до температуры окружающей среды. В этом режиме действуют электроприводы запорных устройств (вентилей, шлюзов, заслонок и т.д.). В паспорте двигателя указывается продолжительность рабочего периода (например, S2 – 60 мин.).

Повторно-кратковременный режим работы электродвигателя (S3) – режим, при котором в течение рабочего периода нагрев двигателя не достигает установившейся температуры, а во время паузы не происходит охлаждения до температуры окружающей среды. Он характеризуется непрерывным чередованием периодов работы под нагрузкой и вхолостую. Так функционируют электроприводы подъемных кранов, экскаваторов и лифтов, то есть устройств, действующих циклично.

Дополнительные режимы работы электродвигателей

Дополнительные режимы обозначены маркерами S4-S8. Они введены для более удобного эквивалентирования произвольных режимов и расширения номенклатуры номинальных режимов.

S4 – повторно-кратковременный режим с влиянием пусковых процессов. Каждый цикл работы включает в себя:

• длительный период пуска, в течение которого пусковые потери оказывают влияние на температуру узлов агрегата;
• период функционирования при постоянной нагрузке без нагрева до устоявшейся температуры;
• паузу, во время которой не предусмотрено охлаждение двигателя до температуры окружающей среды.

S5 – повторно-кратковременный режим с электрическим торможением. В цикл работы входят:

• долгое время пуска;
• время работы при постоянной нагрузке без нагрева до устоявшейся температуры;
• период быстрого электрического торможения;
• период работы вхолостую без охлаждения до температуры окружающей среды.

S6 – перемежающийся режим работы. Цикл работы состоит из:

• периода функционирования с постоянной нагрузкой;
• паузы.

В течение обоих периодов температура двигателя не достигает установившегося значения.

S7 – перемежающийся режим с электрическим торможением и влиянием пусковых процессов. В каждый цикл включены:

• длительный период пуска;
• время действия машины с постоянной нагрузкой;
• быстрое электрическое торможение.

Паузы данным режимом не предусмотрены.

S8 – перемежающийся режим с разными частотами вращения (2 или более). В цикл входят периоды:

• работы с неизменной частотой вращения и постоянной нагрузкой;
• работы при других неизменных нагрузках, причем каждой из них соответствует определенная частота вращения.

Как и предыдущий, этот режим не содержит пауз.

Если вы знаете характеристики работы электродвигателей, вам не составит труда выбрать агрегат, оптимально подходящий для ваших целей. Указанная в каталогах мощность двигателя предусматривает его эксплуатацию в нормальных условиях в режиме S1 (если это не двигатель с повышенным скольжением). Превышение мощности при режиме S2 допустимо не более чем на 50% в течение 10 минут, 25% в течение 30 минут и 10% в течение 90 минут.

На шильдиках электродвигателей кроме механической мощности, номинальных напряжений и токов указывается и режим работы. В зависимости от производителя и года производства информация может несколько отличаться, но обычно режим указывается как S1, S2, S3 и так далее. Кроме обозначения режима может быть и дополнительная информация, обозначенная буквами ПВ и числом в процентах. Ниже прилагаю подборку табличек разных двигателей, собранную на просторах интернета.

Давайте разберёмся что такое S1, S2, S3 и ПВ у электродвигателей!

Режимы работы

Электродвигатели нашли широкое применение в быту и на производстве. Они используются для привода в движение всевозможных механизмов, например: конвейеров, метало- и деревообрабатывающих станков, задвижек на трубопроводах, компрессоров, лифтов, грузоподъёмных механизмах и прочих.

Но в каждом применении на двигатель действуют нагрузки разной продолжительности, требуются разные варианты использования, например, длительная работа на протяжении дней, недель и месяцев или, наоборот, кратковременные включения несколько раз в сутки или периодически повторяющиеся включения, остановки и реверс. Сама же нагрузка может быть постоянной, как на конвейере или же изменяться в ходе работы. Особенности работы в каждом конкретном случае описывает режим работы электродвигателя. И каждый двигатель должен быть рассчитан для работы в конкретном режиме.

Режимы работы электродвигателей описаны в ГОСТ IEC 60034-1-2014, определение приведено в п. 3.9, а в разделе 4.2 приведено 10 типовых режимов, каждый из которых обозначается буквой S и цифрой от 1 до 10, например, S1.

Различают 3 основных режима (от S1 до S3), и 7 дополнительных (от S4 до S10), которые более точно описывают особенности работы и изменения нагрузки у двигателя. При рассмотрении режимов будем руководствоваться основной частью информации из ГОСТ IEC 60034-1, некоторые особенности в нём не описаны и за ними обратимся к советскому (ныне не действующему) ГОСТ 183-74 или на справочные данные. В необходимых местах будут приведены ссылки на пункты, из которых взята информация или иллюстрации.

Примечание — ГОСТ различает 10 типовых режимов, и фактического деления на «основные» и «дополнительные» нет, но в разных источниках такое деление присутствует. Я думаю, связано это с тем, что в старом ГОСТе режима было всего 3 и в последующих редакциях они дополнялись.

S1 — продолжительный режим

В режиме S1 — электрические машины работают с постоянной нагрузкой, при этом времени работы достаточно для достижения установившегося теплового состояния. То есть за время своей работы машина нагреется до определённой температуры, и при дальнейшей работе температура изменяться не будет. По времени работы ограничений нет.

В таком режиме работают электродвигатели насосов, конвейеров, вентиляторов.

S2 —кратковременный режим

В режиме S2 двигатель работает при постоянной нагрузке в течение определённого времени, за которое не наступает установившееся тепловое состояние. После окончания работы двигатель останавливается на время, достаточное для того, чтобы он остыл до температуры окружающей среды или охлаждающего агента с точностью до 2 К (п. 4.2.2. ГОСТ IEC 60034-1).

Условное обозначение содержит длительность периода нагрузки, например, S2 60 минут. Согласно п. 1.4. ГОСТ 183-74, если не оговорено иное, то периоды нагрузки выбираются из стандартного ряда 10, 30, 60 и 90 минут.

В таком режиме работают электродвигатели приводящие в движение заслонки или другие запорные устройства на трубопроводах.

S3 — повторно-кратковременный периодический режим

В режиме S3 двигатель выполняет последовательность повторяющихся одинаковых рабочих циклов. Каждый цикл состоит из периода работы с постоянной нагрузкой и периода покоя (п. 4.2.3. ГОСТ IEC 60034-1), при этом пусковой ток не оказывает существенного влияния на превышение температуры. Цикл работы двигателя в повторно-кратковременном режиме можно записать в виде формулы:

T=Δtр+Δtотк,

где T — время цикла, Δtр — период работы, а Δtотк — период покоя.

Двигатель в периодических режимах за время работы не успевает нагреться до установившейся температуры, а за время паузы не успевает охладиться до температуры окружающей среды.

В условном обозначении режима указывается коэффициент циклической продолжительности включения, например, S3 25%.

В этом режиме работают электродвигатели приводящие в движение грузоподъёмные механизмы, лифты и другие механизмы, работающие циклично.

Что такое продолжительность включения

Продолжительность включения или ПВ — это основная характеристика электродвигателя, работающего в повторно-кратковременном режиме (S3—S8). Характеристика отражает в процентном отношении времени, которое работает двигатель к длительности цикла, и вычисляется по формуле:

ПВ% = (Δtр/T)×100%

Согласно п. 5.2.3. ГОСТ IEC 60034-1 продолжительность включения должна быть равна одному из следующих значений —15, 25, 40, 60%, если не оговорено иное, а длительность цикла не должна превышать 10 минут.

Если режим работы предполагает длительный пуск и/или электрическое торможение, то в расчётах продолжительности включения учитывается время пуска и торможения (согласно п.3.1.1. ГОСТ IEC 60034-1).

Режимы S4 и S5 — повторно-кратковременные

Режимы S4 и S5 по определению похожи на S3, но описывают особенности работы машины подробнее, поэтому предлагаю объединить их одним подзаголовком.

Типовой режим S4 — повторно-кратковременный периодический с пусками. Для этого режима характерны относительно длинные пуски, которые влияют на нагрев машины. Обратите внимание в S4 используется другая формула для определения коэффициента циклической продолжительности включения, учитывающая время пуска (п. 4.2.4. ГОСТ IEC 60034-1).

Цикл работы T состоит из 3 периодов: Δtп — время пуска, Δtр — время работы, Δtотк — время покоя (остановки или отключения питания):

T= Δtп + Δtр + Δtотк

В обозначении режима кроме коэффициента циклической продолжительности указывается момент инерции двигателя Jд и момент инерции нагрузки Jнагр. Пример — S4 25%, Jд=0,15 кг·м², Jнагр= 0,7 кг·м².

Типовой режим S5 — повторно-кратковременный периодический с длительными пусками и электрическим торможением. В этом случае учитывается влияние на температуру машины и пусковых токов, и токов, протекающих в обмотках машины при торможении (п. 4.2.5. ГОСТ IEC 60034-1). Таким образом, цикл работы T состоит из: Δtп — времени пуска, Δtр — времени работы, Δtт — времени электрического торможения, Δtотк — времени покоя (остановки или отключения питания):

T= Δtп + Δtр + Δtт + Δtотк

Условное обозначение режима аналогично предыдущему — Пример — S5 25%; Jд=0,15 кг·м²; Jнагр= 0,7 кг·м².

Действующий ГОСТ не определяет количество включений в час для режимов S4 и S5, однако в ГОСТ 183-74 оно нормировалось стандартным рядом: 30, 60, 120 и 240 включений в час.

Режим S6 — непрерывный периодический режим с кратковременной нагрузкой

Этот режим похож на S3, но при работе двигателя чередуется работа под нагрузкой Δtр и работа на холостом ходу Δt0 без остановок, то есть время покоя отсутствует (п. 4.2.6. ГОСТ IEC 60034-1). Условное обозначение — S6 40%

Режим S7 — непрерывный периодический с электрическим торможением

В этом режиме двигатель работает постоянно, но при этом выполняются одинаковые рабочие циклы, каждый из которых состоит из: Δtп — времени пуска, Δt времени работы при постоянной нагрузке и Δtт времени электрического торможения (п. 4.2.7. ГОСТ IEC 60034-1). В процессе работы двигатель остаётся включённым и время покоя отсутствует.

В условном обозначении указываются моменты инерции двигателя Jд и момент инерции нагрузки Jнагр — S7; 0,4 кг·м²; 7,5 кг·м² .

Режим S8 — непрерывный периодический режим со взаимозависимыми изменениями нагрузки и частоты вращения

В этом режиме двигатель работает с разными нагрузками при разных частотах вращения. Изменение частоты вращения может осуществляться переключением числа полюсов в асинхронных двигателях, использованием частотного привода и другими способами (п. 4.2.8. ГОСТ IEC 60034-1).

В условном обозначении указывают моменты инерции двигателя Jд и момент инерции нагрузки Jнагр для каждой нагрузки и частоте вращения, а также коэффициенты циклической продолжительности включения для каждой нагрузки и частоты. Пример обозначения — S8; 0,5 кг·м²; 6 кг·м²; 16 кВт 740 1/мин – 30%; 40 кВт 1460 1/мин – 30%; 25 кВт 980 1/мин – 40%.

Режим S9 — с непериодическими изменениями нагрузки и частоты вращения

В этом режиме нагрузка и частота вращения изменяются не периодически, а в случаях, когда это необходимо в технологическом процессе. Возможны перегрузки двигателя, значительно превышающие базовую нагрузку (п. 4.2.9. ГОСТ IEC 60034-1).

Режим S10 — с дискретными постоянными нагрузками и частотами вращения

В этом режиме число нагрузок и, по возможности, частот вращения ограничено, а каждая комбинация нагрузки и частоты длится достаточно долго, чтобы машина достигла практически установившегося теплового состояния (п. 4.2.10. ГОСТ IEC 60034-1). При этом возможны периоды работы машины на холостом ходу или отключение двигателя.

Условное обозначение содержит информацию о продолжительности нагрузки в виде P/Δt, где P — соответствующая нагрузка в долях базовой нагрузки и Δt — её продолжительность в долях продолжительности полного цикла нагрузки, а также относительная величина ожидаемого термического срока службы (ТСС) изоляционной системы). Нагрузка для времени холостого хода и обесточенного состояния машины обозначается буквой О.

Пример —S10; P/Δt 1,1/0,4; 1/0,3; 0,9/0,2; O/0,1; ТСС=0,6.

Примечание — нормативной базовой величиной для оценки ожидаемого ТСС изоляции является ожидаемый термический срок службы при номинальной мощности и допускаемом пределе превышения температуры, соответствующих продолжительному типовому режиму S1.

Заключение

Двигатель, предназначенный для работы в длительном режиме S1 (или при ПВ = 100%) может работать в повторно-кратковременном и кратковременном режимах без потери мощности, и возможно использование бри нагрузке больше номинальной.

Однако двигатели, предназначенные для работы в повторно-кратковременных режимах, не могут длительно выдавать номинальную мощность, они перегреются. Длительная работа возможна либо на пониженной мощности, либо при принудительной вентиляции (обдуве).

Хотелось добавить, что в старых двигателях (60-х, 70-х годов) повторно-кратковременный режим мог указываться иначе не в виде S3 40%, а в виде ПВ 40%, в чём вы можете убедиться, пересмотрев подборку фото в начале статьи. Как отмечалось выше, в то время в ГОСТе не было такого обилия режимов, их было всего 3.

Двигатель выбирают,
исходя из условий работы, на основе
нагрузочной диаграммы, под которой
понимают графически выраженную
зависимость мощности Р, момента М или
тока I
от времени t:

,

,.

Различают три
основные режима работы, длительный,
кратковременный и повторно- кратковременный.

6.1 Длительный режим.

Это режим, при
котором двигатель работает под нагрузкой
в течение времени, достаточного для
нагрева его до установившейся температуры
(рис.1а). Установившаяся температура
определяется нагрузкой двигателя.
Двигатель используется полностью, если
установившаяся температура равна
максимально допустимой для класса
изоляции двигателя
.
В длительном режиме на судах работают
электроприводы вентиляторов, насосов
и других механизмов.

6.2 Кратковременный режим.

В этом режиме
двигатель, работая под нагрузкой не
успевает нагреться до установившейся
температуры, а в период остановки
остывает до температуры окружающей
среды (рис.1б). Работать двигатель всегда
начинает в холодном состоянии
.
В таком режиме на судах работают
электроприводы якорно-швартовых
устройств. Завод-изготовитель двигателей
указывает номинальные мощности двигателя
для стандартных длительностей работы
– 10, 30 и 60 мин.

6.3 Повторно-кратковременный режим.

Этот режим состоит
из периодов работы и пауз, причём за
время работы двигатель успевает нагреться
до установившейся температуры, а за
время паузы не успевает остыть до
температуры окружающей среды (рис.1в).
Суммарная продолжительность рабочего
периода
.
И паузы(время цикла)
не должна превышать 10 мин. Этот режим
характеризуется относительной
продолжительностью включения –
отношением продолжительности рабочего
периодак продолжительности,
выраженной в процентах:

Стандартные
значения ПВ – 15, 25 ,40 ,60%.

Повторно-кратковременный
режим характерен для грузоподъёмных
механизмов.

7. Нагрев и охлаждение электродвигателей

7.1 Нагрев двигателя.

Работая с некоторой
постоянной мощностью на валу
,
двигатель потребляет из сети мощность,
превышающую мощностьна значение потерь,
которые выражают через к.п.д. двигателя:

Потери мощности
в двигателе превращаются в теплоту,
вызывая нагрев до некоторой температуры,
определяемую его нагрузкой. Количество
теплоты
,
выделяемое в двигателе:

При расчёте тепловых
процессов принимают следующие допущения:

– двигатель
представляют в виде однородного твёрдого
тела, равномерно нагревающегося по
всему объёму;

– считают, что
двигатель охлаждается только благодаря
теплопроводности и конвекции.

При этих условиях
количество теплоты, выделяемой двигателем
в окружающую среду, пропорционально
повышению
его температурынад температурой окружающей среды.

Введём обозначения:
С – теплоёмкость двигателя – количество
теплоты, необходимое для нагревания
двигателя на 1^oС,
;
А – теплоотдача двигателя – количество
теплоты, отдаваемое в окружающую среду
в течение 1с при разности температур
двигателя и среды 1^oС,
^oС.
Уравнение теплового баланса имеет вид
[1]:

,

где
– количество теплоты, выделяющейся в
двигателе за время dt;

– количество
теплоты, идущей на нагрев двигателя;

– количество
теплоты, отдаваемой двигателем в
окружающую среду за время dt.

Решив дифференциальное
уравнение относительно
,
можно определить температуру двигателя
в любой момент времени его работы (при
условии, что температура двигателя в
момент пуска равна температуре окружающей
среды).

[1]

где – постоянная времени нагрева,;

– установившееся
превышение температуры, которое будет
достигнуто за время
.
В реальных условиях черездвигатель достигает температуры.

Исходя из реальных
условий нагрева двигателя, постоянную
нагрева Т определяют как время, в течение
которого нагревается до
.
Действительно:

Для двигателей
малой и средней мощности постоянная
времени нагрева находится в пределах
10-20 мин.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Режимы работы двигателя

Карбюраторный двигатель имеет следующие режимы работы: пуск, холостой ход, средние нагрузки, полные нагрузки, резкий переход на полные нагрузки.

При пуске холодного двигателя необходима богатая горючая смесь (а от 0,3 до 0,6), так как частота вращения коленчатого вала мала, топливо плохо испаряется, а часть его конденсируется на холодных стенках цилиндра. Это приводит к тому, что в цилиндры двигателя попадает незначительное количество пусковых фракций, обеспечивающих гарантированный пуск двигателя.
Работа двигателя на холостом ходу и при малых нагрузках возможна при обогащенной смеси (а от 0,7 до 0,9). Горючая смесь поступает в цилиндры двигателя и смешивается со значительным количеством остаточных отработавших газов, поэтому обогащение смеси улучшает ее воспламеняемость и способствует устойчивой работе двигателя без нагрузки.
Средние нагрузки — наибольшая часть работы двигателя в процессе эксплуатации, поэтому на этом этапе необходима обедненная горючая смесь (а от 1,05 до 1,1), что способствует наилучшей экономичности двигателя.
Полная нагрузка обеспечивается подачей в цилиндры двигателя обогащенной смеси (а от 0,85 до 0,9). Этот режим необходим при разгоне автомобиля, движении автомобиля с максимальной скоростью, преодолении подъемов или тяжелых участков дороги.
При резком переходе на режим полной нагрузки (резкое открытие дроссельной заслонки) возможно обеднение горючей смеси — карбюратор должен иметь устройство, предотвращающее это.
Таким образом, в процессе работы двигателя карбюратор должен изменять состав горючей смеси в зависимости от режима работы двигателя.

Работа двигателя, подробнее

Лекция 8

Режимы и характеристики работы двс в зависимости от условий эксплуатации

Введение

В случае использования двигателя в качестве энергетической установки па автомобиле следует учитывать, что в зависимости от дорожных условий, скорости движения и нагрузки автомобиля необходимые для движения мощность двигателя и частота вращения колончатого вала меняются в широких пределах. Опыт эксплуатации автомобилей показывает, что большую часть времени двигатель работает с неполной нагрузкой при различной частоте вращения.

Поршневой двигатель может воспри­нимать нагрузку, начиная с опреде­ленного режима, характеризуемого минимальной устойчивой частотой вращения коленчатого вала пmin. Если органы управления впуском топливовоздушной смеси или впрыском топлива установлены на максимальную подачу, то, начиная с указан­ной частоты вращения, наибольшая развиваемая двигателем мощность будет характеризоваться кривой. Такое изменение мощности в зави­симости от частоты вращения называют внешней характеристикой двигателя.

По ней определяются наибольшие мощности, кото­рые можно получить от данного дви­гателя при различных частотах враще­ния коленчатого вала. Характеристики, полученные при неполностью открытой дроссельной заслонке (неполной подаче топлива), называются частичными.

Для выявления экономичности работы двигателя при различных нагрузках служат нагрузочные характеристики – графики зависимости удельного и часо­вого расходов топлива от мощности, развиваемой двигателем, при постоян­ной частоте вращения коленчатого вала.

Рекомендуемые материалы

В связи с тем, что автомобильный двигатель работает в широком диапа­зоне частот вращения коленчатого ва­ла, для оценки его экономичности поль­зуются несколькими нагрузочными характеристиками, снятыми для различ­ных (но постоянных для каждой ха­рактеристики) частот вращения.

Графики, отображающие зависимость мощности и экономичности двигателя от коэффициента избытка воздуха (со­става смеси), угла опережения зажи­гания или впрыска, температуры масла и воды и других регулируемых факто­ров, характеризующих режим работы двигателя, называются регулировочны­ми характеристиками. Эти характери­стики служат для выявления наивы­годнейших условий работы двигателя в зависимости от указанных факторов и оценки степени совершенства его ре­гулировок.

1. Скоростные характеристики двигателя: определение, цель и условия получения, анализ, влияние типа двигателя.

2. Нагрузочные характеристики двигателей: определение , цель и условия получения, анализ, влияние типа двигателя.

3. Регулировочные характеристики: определение , цель и условия получения, анализ.

1. СКОРОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ: ОПРЕДЕЛЕНИЕ, ЦЕЛЬ И УСЛОВИЯ ПОЛУЧЕНИЯ, АНАЛИЗ, ВЛИЯНИЕ ТИПА ДВИГАТЕЛЯ.

Скоростные характеристики.

Скоростные характеристики двигате­ля – это графические зависимости ос­новных эффективных показателей его работы – мощности , крутящего мо­мента , часового и удельного расходов топлива и др. – от частоты вращения коленчатого вала при по­стоянном положении дроссельной за­слонки (или рейки топливного насоса) и установившемся тепловом состоянии.

Скоростные характеристики могут быть получены при различных, но по­стоянных для каждой характеристики положениях дроссельной заслонки или рейки топливного насоса. Скоростная характеристика, полученная при пол­ностью открытой дроссельной заслонке или полной подаче топлива (рейка топ­ливного насоса отведена до упора), на­зывается внешней скоростной характе­ристикой. По ней определяются наибольшие мощности, кото­рые можно получить от данного дви­гателя при различных частотах враще­ния коленчатого вала. Характеристики, полученные при неполностью открытой дроссельной заслонке (неполной подаче топлива), называются частичными.

На скоростной характеристике различают сле­дующие характерные частоты вращения коленчатого вала:

 – минимальная частота вращения, при которой возможна устойчивая работа двигателя при полном открытии дросселя;

 – частота вращения, соответствующая наибольшему крутящему моменту и наибольше­му среднему давлению;

 – частота вращения, соответствующая наибольшей мощности двигателя;

 – наибольшая возможная частота вра­щения коленчатого вала, устанавливаемая ограничителем или регулятором.

Поскольку дизели, как правило, ра­ботают при нагрузках, близких к мак­симальной, регулятор частоты враще­ния коленчатого вала настраивается так, чтобы наибольшая частота враще­ния не превышала той, которая соот­ветствует наибольшей возможной эф­фективной мощности по внешней ско­ростной характеристике .

Карбюраторные автомобильные дви­гатели в основном работают с неко­торой недогрузкой по мощности и, что­бы лучше использовать скоростные воз­можности двигателя, ограничитель максимальной частоты вращения настраи­вается так, чтобы она превышала при­мерно на 20 % частоту вращения ко­ленчатого вала, соответствующую наи­большей мощности двигателя по внешней скоростной характеристике . Практически автомо­бильный карбюраторный двигатель ра­ботает в интервале частот и . Именно в этом интервале производится переключение передач и имеет место минимальный удельный расход топлива.

Из приведенных скоростных характе­ристик видно, что кривая мощности имеет максимум. Мощность достигает максимума, когда влияние повышения частоты вращения коленчатого вала (частоты циклов) на увеличение мощ­ности полностью компенсируется умень­шением среднего эффективного давле­ния . С повышением частоты враще­ния коленчатого вала уменьшается за счет ухудшения процесса наполнения и возрастания механических потерь.

Максимальные крутящий момент и мощность двигателя имеют место при различных частотах вра­щения коленчатого вала. Отношение частоты вращения коленчатого вала при максимальном крутящем моменте к частоте вращения при максималь­ной мощности обычно составляет 0,4-0,7 (большие значения – для ди­зелей). Уменьшение крутящего момента после достижения максимума при уве­личении частоты вращения существенно влияет на устойчивость скоростного ре­жима работы двигателя. Как видно при работе дви­гателя с максимальной мощностью раз­виваемый крутящий момент значитель­но меньше максимального. Следова­тельно, двигатель имеет потенциальный запас крутящего момента, равный раз­ности максимального момента двигате­ля и момента сопротивления на дан­ном скоростном режиме.

Рис. 35. Внешняя скоростная характеристика карбюраторного двигателя.

Устойчивость скоростного режима работы двигателя за счет потенциального запаса крутящего момента оце­нивается с помощью коэффициента при­способляемости – отношения максимального крутящего момента к крутя­щему моменту при номинальном режи­ме: . В карбюраторных двигателях , а в дизе­лях – 1,05-1,15.

Рис. 36Внешняя скоростная характеристика дизеля.

Коэффициент приспособляемости ха­рактеризует способность двигателя пре­одолевать кратковременные перегрузки без переключения передач. Для этой же цели в ГОСТ 14846-69 введено по­нятие запаса крутящего момента (%), который подсчитывается по формуле.

Графики часового и удельного расходов топлива приводятся на скоро­стной характеристике для оценки эко­номичности двигателя при работе на различных скоростных режимах.

Часовой расход топлива при постоян­ном положении дросселя зависит глав­ным образом от частоты вращения коленчатого вала, а также от коэффи­циента наполнения. Поэтому по мере повышения частоты вращения часовой расход топлива растет сначала почти прямо пропорционально, затем начина­ет сказываться влияние коэффициента наполнения, и темп роста часового рас­хода снижается.

График эффективного удельного рас­хода топлива на скоростной характе­ристике имеет почти такой же вид, как и график индикаторного удельного рас­хода, анализ которого сделан ранее. Отличием графика эффективного удель­ного расхода от индикаторного являет­ся более крутой подъем его после точки минимума, что объясняется увеличе­нием механических потерь в двигателе.

2. НАГРУЗОЧНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ: ОПРЕДЕЛЕНИЕ, ЦЕЛЬ И УСЛОВИЯ ПОЛУЧЕНИЯ, АНАЛИЗ, ВЛИЯНИЕ ТИПА ДВИГАТЕЛЯ.

Нагрузочные характеристики.

Для выявления экономичности работы двигателя при различных нагрузках служат нагрузочные характеристики – графики зависимости удельного и часо­вого расходов топлива от мощности, развиваемой двигателем, при постоян­ной частоте вращения коленчатого вала.

Нагрузочную характеристику карбю­раторного двигателя иногда называют дроссельной, поскольку изменение мощ­ности в нем достигается изменением положения дроссельной заслонки.

В связи с тем, что автомобильный двигатель работает в широком диапа­зоне частот вращения коленчатого ва­ла, для оценки его экономичности поль­зуются несколькими нагрузочными характеристиками, снятыми для различ­ных (но постоянных для каждой ха­рактеристики) частот вращения.

Как видно из нагрузочной характе­ристики карбюраторного двигателя, при работе на холостом ходу, когда эффективная мощность равна нулю, а часовой расход топли­ва – величина конечная, эффективный удельный расход топлива стремится к бесконечности. При полном открытии дросселя удельные расходы равны удельным расходам по внешней скоро­стной характеристике при тех же ча­стотах вращения. Увеличение удельных расходов топлива на прикрытых дроссе­лях происходит вследствие ухудшения условий протекания рабочего процесса (уменьшения , увеличения ), а так­же уменьшения механического к. п. д. (индикаторная мощность уменьшается, а мощность механических потерь при постоянной частоте вращения практи­чески неизменна).

Рис. 37. Нагрузочная характеристика карбюраторного двигателя.

Изменение часовых расходов про­исходит почти по линейному закону. Резкое изменение кривых расхода топ­лива при нагрузках, близких к мак­симальной, объясняется включением экономайзера и обогащением вслед­ствие этого смеси.

Рис.38. Нагрузочная характеристика дизеля.

В дизелях при увеличении нагрузки, а, следовательно, и часового расхода топлива удельный расход вначале уменьшается (участок 1-2) вследствие снижения относительной величины механических потерь, а затем повышается из-за уменьшения . Точка 3 соответствует сгоранию топлива на границе начала дымления. Дальнейшее увеличение нагрузки требует резкого возрастания расхода топлива, что ведет к уменьшению . При максимально воз­можной мощности значение близко к единице. Если и дальше увеличивать подачу в цилиндры топлива, условия его сгорания будут хуже и мощность двигателя понизится. При этом удель­ный расход топлива будет увеличи­ваться.

Практически часовой расход топлива в дизелях не должен превышать зна­чения, определяемого точкой 3, так как при более высоких расходах дизель перегревается и дымит, что недопу­стимо.

3.РЕГУЛИРОВОЧНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ: ОПРЕДЕЛЕНИЕ, ЦЕЛЬ И УСЛОВИЯ ПОЛУЧЕНИЯ, АНАЛИЗ.

Регулировочные характеристики

Графики, отображающие зависимость мощности и экономичности двигателя от коэффициента избытка воздуха (со­става смеси), угла опережения зажи­гания или впрыска, температуры масла и воды и других регулируемых факто­ров, характеризующих режим работы двигателя, называются регулировочны­ми характеристиками. Эти характери­стики служат для выявления наивы­годнейших условий работы двигателя в зависимости от указанных факторов и оценки степени совершенства его ре­гулировок.

Регулировочные характеристики обычно снимают раньше основных ха­рактеристик двигателя. Чаще других снимаются регулировочные характери­стики по расходу топлива (или по составу смеси), показывающие изменение мощности и удельного расхода топ­лива в зависимости от часового рас­хода топлива при постоянной частоте вращения коленчатого вала и оптималь­ном угле опережения зажигания (или впрыска).

Рис.39. Регулировочная характеристика карбюраторного двигателя по составу смеси.

На приведенной харак­теристике карбюраторного двигателя по расходу топлива видны две экстре­мальные точки: одна соответствует мак­симальной мощности, другая – минимальному удельному расходу топлива. Максимальная мощность достигается при определенном часовом расходе топ­лива, когда карбюратор отрегулирован на обогащенную смесь . При дальнейшем обогащении горючей смеси мощность уменьшается вследствие уменьшения скорости сгорания. Мини­мальный удельный расход топлива име­ет место при часовом расходе, соответствующем регулировке карбюратора на обедненную смесь . Еще большее обеднение смеси уменьшает скорость сгорания, работа двигателя становится неустойчивой и сопровож­дается падением мощности и ухудше­нием экономичности.

При эксплуатации карбюратор регулируют на такой состав смеси, чтобы расход топлива находился в интерва­ле значений, при которых имеют ме­сто и .

Рис. 40. Регулировочная характеристика карбюраторного двигателя по углу опережения зажигания.

Из приведенной харак­теристики карбюраторного двигателя по углу опережения зажигания видно, что с его увеличением до мощность двигателя повышается, а удельный рас­ход топлива уменьшается. Наивыгод­нейший угол опережения зажигания не остается постоянным и зависит от ре­жима работы двигателя, состава смеси и других факторов.

Контрольные вопросы:

1. Каковы условия получения скоростных характеристик?

2. Каковы характерные частоты вращения коленчатого вала на скоростной характеристике?

“Состояние сознания” – тут тоже много полезного для Вас.

3. В чем цель получения скоростной характеристике?

4. Каковы условия получения нагрузочных характеристик?

5. В чем цель получения нагрузочных характеристик?

6. Какие характеристики называют регулировочными?

7. Каковы условия снятия регулировочных характеристик?

8. Каким образом на регулировочных характеристиках определяются ,,?