Равновесные (установившиеся) режимы работы двигателя

Режим работы двигателя называется установившимся, если числовые значения всех параметров сохраняются постоянными во времени. Но необходимо учитывать, что при циклическом характере работы двигателя значения ряда параметров (например ω) колеблются относительно некоторых средних значений. Тогда для установившегося режима выбираются эти средние значения. Работа двигателя в установившемся режиме возможна только при выполнении условий статического равновесия, в связи, с чем установившиеся режимы часто называются равновесными. Так, например, постоянство во времени ω при равновесном режиме возможно при выполнении условия.

М_о - М_со = 0, (1.2)

где М_о - крутящий момент двигателя; М_со - момент потребителя (сопротивление), и индексом «0» отмечаются значения параметров, соответствующие выбранному равновесному режиму.

Постоянство теплового состояния двигателя (температуры охлаждающей воды) обеспечивается при выполнении условия

Q_пo - Q_po = 0, (1.3)

где Q_пo – количество теплоты, поступившее от двигателя в систему охлаждения в единицу времени; Q_po – отдача теплоты (через радиатор) окружающей среде в единицу времени.

Значения параметров на возможных установившихся режимах работы двигателя строго ограничены прочностными, тепловыми и газодинамическими возможностями. Например, угловая скорость ω должна изменяться только в пределах от ω_мах до ω_мин (рис. 1.6), так как:

- при ω < ω_мин не обеспечивается смесеобразование и не возникает вспышка рабочей смеси (двигатель глохнет);

- а максимально возможное значение ω_мах ограничивается количеством топлива, которое может сгореть в камере сгорания в каждом цикле и т.д.

Эти ограничения отражаются на Рис. 1.6 где показаны некоторые характеристики двигателя и потребителя. Точки пересечения этих характеристик соответствуют установившимся режимам. Например, режим А устанавливается на пересечении внешней скоростной характеристики двигателя и характеристики ХП1 потребителя. Этот режим соответствует линии номинальных (наиболее приемлемых) угловых скоростей.

Таким образом, возможные установившиеся режимы двигателя охватывают некоторую область, показанную на рис. 1.6 в виде площади, ограниченной линиями (min, max, внешняя скоростная характеристика- 1). Режим А1 устанавливается если при работе двигателя по внешней скоростной характеристике, резко подает нагрузка потребителя. Этот режим является «опасным», т.к. скорость ω становится выше допустимой.

Рис 1.6 Совмещенные характеристики двигателя и потребителя. 1 - внешняя скоростная характеристика двигателя; 2 - частичная скоростная характеристика двигателя; 3 – характеристика холостого хода; ХП1, ХП2 – характеристики потребителя; А, А1, А2 – точки установившихся (равновесных) режимов; min, ном, max – линии минимальных, номинальных и максимальных режимов (соответственно)

Последовательная совокупность установившихся режимов при постоянстве одного из выбранных параметров образует соответствующую статическую характеристику двигателя. Например, М = f(ω) при h = const (положение рейки топливного насоса) дает скоростную характеристику; h = f(ω) при М = const - регулировочную характеристику; М = f(h) при ω = const - нагрузочную характеристику и т.д.