Внешней скоростной характеристикой двигателя называется зависимость эффективной мощности и крутящего момента от частоты вращения коленчатого вала при полной подаче топлива, она определяет возможности двигателя и характеризует его работу.
Эффективной называется мощность, развиваемая на коленчатом валу двигателя.
По внешней скоростной характеристике определяют техническое состояние двигателя. Она позволяет сравнивать различные типы двигателей и судить о совершенстве новых двигателей.
Все электроприборы устанавливают условия, при которых они функционируют на оптимальных уровнях. Любые колебания этих условий могут привести к тому, что приборы будут работать с меньшей эффективностью. Электрогенераторы не являются исключением из этого. Генераторы обычно разработаны для наиболее эффективного использования на уровне моря или вблизи него в стандартных условиях температуры и давления. В экстремальных условиях генераторы могут полностью перестать функционировать. Особое внимание следует уделять компенсации этих типов крайностей и обсуждается ниже.
На внешней скоростной характеристике выделяют следующие точки, определяющие характерные режимы работы двигателя:
N m ах – максимальная (номинальная) мощность;
п N – частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности;
М m ах – максимальный крутящий момент;
п м – частота вращения коленчатого вала при максимальном крутящем моменте;
Факторы окружающей среды, влияющие на функцию генератора. Окружающие условия температуры чрезвычайно важны для правильного зажигания и функционирования генератора. Все генераторы, независимо от топлива, которое их питает, требуют достаточного воздуха для сгорания. Снижение уровня воздуха может привести к сбою при запуске. В дизельных двигателях воздух и топливо сливаются вместе. Сжатый воздух становится горячим, и когда достигаются пиковая температура и давление, впрыскивается дизель, который затем воспламеняется при данных условиях.
п min – минимальная частота вращения коленчатого вала, при которой двигатель работает устойчиво при полной подаче топлива;
n m ах – максимальная частота вращения.
Из характеристики видно, что двигатель развивает максимальный момент при меньшей частоте вращения, чем максимальная мощность. Это необходимо для автоматического приспосабливания двигателя к возрастающему сопротивлению движения. Например, автомобиль двигался по горизонтальной дороге при максимальной мощности двигателя и начал преодолевать подъем. Сопротивление дороги возрастает, скорость автомобиля и частота вращения коленчатого вала уменьшаются, а крутящий момент увеличивается, обеспечивая возрастание тяговой силы на ведущих колесах автомобиля. Чем больше увеличение крутящего момента при уменьшении частоты вращения, тем выше приспосабливаемость двигателя и тем меньше вероятность его остановки.
Расчет эффективной мощности
В генераторах, использующих бензин, воздух и топливная смесь вводятся сразу с помощью карбюратора, и искра индуцируется, чтобы зажечь двигатель. Однако в обоих случаях для надлежащего запуска и эксплуатации требуются достаточные уровни воздуха. Высота: В районах большой высоты давление воздуха падает, уменьшая плотность воздуха. Другим фактором, который получает влияние, является доступность окружающего воздуха для облегчения рассеивания тепла от генератора. Во время процесса горения создается много тепла, и его необходимо рассеивать в окружающую среду для снижения температуры двигателя.
Для бензиновых двигателей увеличение (запас) крутящего момента достигает 30%, а у дизелей – 15%.
Из рисунка видно, что мощность и крутящий момент двигателя возрастают с увеличением частоты вращения коленчатого вала до определённых значений а затем начинают уменьшаться. Это происходит вследствие ухудшения наполнения цилиндров горючей смесью и увеличения трения. В эксплуатации большую часть времени двигатели работают в диапазоне частот вращения п м …п N , при которых развиваются соответственно максимальные крутящий момент и эффективная мощность.
На больших высотах из-за низкой плотности воздуха рассеивание тепла происходит гораздо медленнее, чем на уровне моря, что приводит к высоким температурам двигателя в течение длительного периода времени. Двигатель остается горячим, и перегрев является общей проблемой в таких случаях.
Расчет внешней скоростной характеристики двигателя
Температура: Высокие температуры также связаны с меньшей плотностью воздуха и могут вызывать подобные проблемы с зажиганием из-за недостаточной подачи воздуха. Это может обременять двигатель, который толкает себя, чтобы доставить мощность, для которой он предназначен. Однако из-за недостаточного уровня кислорода, доступного для сжигания, он этого не делает. Во многих таких случаях двигатель перегревается, а иногда вообще разрушается.
Внешнюю скоростную характеристику двигателя строят по данным результатов его испытаний на специальном стенде. При испытаниях с двигателя снимают часть элементов систем охлаждения, питания и др. (вентилятор, радиатор, глушитель и др.), без которых обеспечивается его работа на стенде. Полученные при испытаниях мощность и крутящий момент приводят к нормальным условиям, соответствующим давлению окружающего воздуха 1 атм и температуре 15 °С. Эти мощность и момент называются стендовыми, и они указываются в технических характеристиках, инструкциях, проспектах и т. п.
Влажность: Влажность - это показатель содержания воды в заданном объеме воздуха. В условиях повышенной влажности водяной пар в воздухе вытесняет кислород. Низкий уровень кислорода ослабляет зажигание, поскольку кислород является элементом в воздухе, который зажигается в двигателе для сжигания топлива.
Генераторы бывают разных размеров. Каждый из них задан для определенных уровней выходного сигнала. Генераторы выбираются и устанавливаются на основе требований к мощности любого объекта. Типичный генератор идеально подходит для работы на 80% его мощности для непрерывного использования. В чрезвычайной ситуации он может быть использован для 100% эффективности. В настоящее время генераторы производства различных компаний имеют стандартные оценки для этих генераторов, которые дают покупателю представление о фактической мощности генератора.
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 колончатоговала меняются в широких пределах. Опыт эксплуатации автомобилей показывает, что большую часть времени двигатель работает с неполной нагрузкой при различной частоте вращения.
В соответствии с требованием потребителя он может сделать выбор между доступными брендами, поскольку каждая торговая марка стандартизирована в соответствии с международными стандартами. Также просмотрите размер генератора для получения дополнительной информации при определении того, какая мощность генератора подходит для различных нужд и ситуаций, когда требуется резервное питание.
Мы видели выше, как нестандартные условия окружающей среды могут снизить выходную мощность генератора. В таких случаях, как можно угадать новые уровни вывода? Для определения производительности генератора при новых условиях окружающей среды используется метод «Снижение износа».
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.
Снижение производительности генератора зависит от производителя устройства. Различные производители разрабатывают генераторы, используя материалы из разных источников. Кроме того, проектные разработки не похожи друг на друга, и во многих случаях это метод. Все это может способствовать общей эффективности генератора. Следовательно, снижение производительности генератора зависит от производственного процесса. У разных марок разные коэффициенты снижения мощности для оценки производительности генератора при нестандартных условиях окружающей среды.
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.
1. Скоростные характеристики двигателя: определение, цель и условия получения, анализ, влияние типа двигателя.
Однако для вычисления близких оценок выходных уровней можно использовать общую формулу. В случае генераторов, использующих природный газ, коэффициент снижения номинальной мощности обычно приближается к 5%. При низких температурах наряду с неадекватным уровнем кислорода, которые вызывают проблемы при запуске, возникает другая общая проблема - это желирование дизельного топлива. Низкие температуры заставляют дизель к гелю, изменяя характеристики потока топлива. Это гелеобразование связано с содержанием парафина в дизельном топливе.
Определение пути разгона автомобиля
Некоторые дизельные типы, такие как дизель с низким содержанием серы, имеют более высокое содержание парафина, чем другие. При низких температурах парафин кристаллизуется и забивает топливные фильтры. Когда топливные фильтры засоряются, дополнительное топливо не может войти в камеру сгорания с легкостью и изменения соотношения воздух-топливо, приводящие к неадекватному сгоранию. В таких условиях двигатель генератора может не запускаться. Также посетите топливные цистерны генератора, чтобы узнать больше об уходе и хранении дизельного топлива.
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.
Процесс зимовки - это процесс, при котором топливо коммерческого качества смешивается с более очищенным топливом в заранее определенных соотношениях, чтобы уменьшить общее содержание парафина в топливе. Обычно это делается в распределительных агентствах, прежде чем топливо доставляется на АЗС. Различные географические регионы имеют разные соотношения смешивания в зависимости от температурных условий. В области с очень низкой температурой или в случае, когда дизельное топливо имеет большее количество парафина, в смеси присутствуют более высокие уровни рафинированного дизельного топлива.
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.
Динамическая характеристика автомобиля
Средства против гелеобразования предотвращают гелеобразование дизельного топлива. Они изменяют химические свойства топлива, чтобы предотвратить кристаллизацию парафина и предотвратить образование геля. Перед заполнением резервуара рекомендуется добавлять антизагрязняющие агенты в топливный бак. Эти добавки также должны быть правильно смешаны с указанными соотношениями. Если ваши топливные фильтры уже забиты, доступны варианты гелеобразующих добавок, которые устраняют загрязнение фильтров и предотвращают дальнейшее засорение.
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.
Несмотря на то, что в стандартных условиях он рассчитан на 100% нагрузку, обычно рекомендуется, чтобы генераторы работали на 80% от их общей емкости для максимального и непрерывного использования. Однако во время чрезвычайных ситуаций генератор может быть перенаправлен на 100% выход для критических схем. С точки зрения обслуживания, это не перегружает генератор, а срок службы генераторной установки не отрицательно сказывается.
В нестандартных условиях рекомендуется свести генератор в соответствии с формулой снижения мощности производителя и соответствующим образом управлять агрегатом, чтобы избежать перегрузки генератора. Топливо необходимо зимовать или смешивать с гелеобразующими агентами при низких температурах. Регулярное техническое обслуживание и ремонт необходимо позаботиться об увеличении срока службы генератора, поскольку ухоженный генератор - это ценная инвестиция, которая может спасти вас от драгоценных потерь во время сбоя питания.
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;
Тяговая характеристика автомобиля
Как и в случае любого сложного электрооборудования, перед проведением любых модификаций всегда следует проконсультироваться с квалифицированным специалистом или опытным электрическим подрядчиком, а не только для обеспечения безопасности и надежности, но для обеспечения максимальной эффективности работы вашего оборудования.
Изменение скорости Изменение скорости осуществляется путем изменения напряжения якоря или напряжения поля или их комбинации. Поэтому при регулировании скорости напряжения на якоре и постоянном возбуждении шунтового поля крутящий момент зависит только от тока якоря. Уменьшение напряжения шунтирующего поля уменьшает ток поля, что, в свою очередь, уменьшает поток поля, позволяя увеличить скорость двигателя. Увеличение напряжения поля для получения скорости ниже базовой скорости нельзя использовать, так как поле будет перегреваться при более высоком номинальном токе. Управление напряжением арматуры используется для скоростей ниже базовой скорости, что приводит к постоянной мощности крутящего момента. Управление шунтовым полем используется для получения скоростей над базовыми скоростями, что приводит к постоянной мощности мощности. Этот тип двигателя используется, когда нагрузка требует высокого крутящего момента, такого как локомотив, кран или установки буровой установки для нефтяных скважин. Начальный крутящий момент, создаваемый серийным двигателем, может достигать 500 процентов от его максимального крутящего момента. Серийный двигатель способен доставить этот высокий пусковой момент из-за того, что его поле работает ниже насыщения. Следовательно, увеличение нагрузки приведет к увеличению как якоря, так и тока поля. Следовательно, серийный двигатель даст большее увеличение крутящего момента, чем шунтирующий двигатель для данного увеличения тока. Регулирование скорости серийного двигателя по своей природе хуже, чем у шунтирующего двигателя. Если нагрузка на двигатель снижается, ток, протекающий как в якоре, так и в полевых схемах, уменьшается, что приводит к снижению их плотности потока. Это приводит к большему увеличению скорости, чем в шунтирующем двигателе. Если механическая нагрузка должна быть полностью удалена от двигателя, скорость будет неограниченно увеличиваться до тех пор, пока центробежные силы, создаваемые арматурой, не разрушат двигатель. Этот тип двигателя обеспечивает довольно высокий пусковой момент и обеспечивает постоянную скорость под нагрузкой. Эта характеристика достигается путем размещения части полевой схемы последовательно с цепью якоря. Эта конфигурация не следует путать с интерполями, которые содержат только несколько витков проволоки с целью нейтрализации реакции якоря. Когда применяется нагрузка, возрастающий ток через последовательную обмотку увеличивает поток потока, тем самым увеличивая выходной момент двигателя. Их характеристика скорости похожа на двигатель шунтовой намотки. Они построены с обычным типом арматуры, но имеют постоянные магниты в полевом поле, а не в обмотках. Двигатели с постоянными магнитами считаются менее дорогими для работы, поскольку они не требуют полевого питания. Однако они могут потерять свой магнетизм с возрастом и, как результат, получить менее номинальный крутящий момент. Некоторые двигатели с постоянными магнитами имеют обмотки, встроенные в полевые магниты для повторного намагничивания. 
- Другими словами, при номинальном токе якоря крутящий момент является постоянным.
- Выключатель свободного хода используется через клеммы якоря.
- Выключатель свободного хода может использоваться через клеммы якоря двигателя.
- В результате поток якоря и поток поля возрастают вместе.
- 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.
1. Каковы условия получения скоростных характеристик?
2. Каковы характерные частоты вращения коленчатого вала на скоростной характеристике?
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 , , ?
Лекция9