Двигатель характеристики: Какие бывают технические характеристики двигателя (полный список)?

Принцип работы

Машина с ДВС (двигателем) должна ездить, а для этого ей необходимо совершить механическое усилие. Именно его и производит двигатель, который передает вращательную силу на колеса автомобиля. Те вращаются, и транспортное средство начинает движение. Это очень примитивное объяснение, которое позволит лишь отдаленно понять, что это такое – ДВС в машине. Главная цель двигателя – преобразование бензина (или дизельного топлива) в механическое движение. Сегодня самый простой способ заставить автомобиль двигаться – это сжечь топливо внутри мотора. Именно поэтому двигатель внутреннего сгорания получил соответствующее название. Все они работают по одинаковому общему принципу, хотя есть некоторые разновидности: дизельные, с карбюраторными или инжекторными системами питания и так далее.

Итак, принцип мы поняли: топливо сгорает, высвобождает при этом большие объемы энергии, которые толкают механизмы в двигателе, что приводит к вращению коленчатого вала. Усилия затем передаются на колеса, и машина начинает движение. 

Показатели двигателей

Показателями двигателя называют величины, характеризующие его работу. Помимо конструктивных параметров, они зависят от особенностей и настроек систем питания и зажигания, степени износа деталей и пр.

Давление в конце такта сжатия (компрессия) является показателем технического состояния (изношенности) цилиндро-поршневой группы и клапанов.

Крутящий момент на коленчатом валу двигателя определяет силу тяги на колесах: чем он больше, тем лучше динамика разгона автомобиля. Равен произведению силы на плечо (рис. 3) и измеряется в Н·м (Ньютон на метр), ранее в кгс.м (килограмм-сила на метр).

Крутящий момент увеличивается с ростом:
рабочего объема . Поэтому двигатели, которым необходим значительный крутящий момент, обладают большим объемом;
давления горящих газов в цилиндрах, которое ограничено детонацией (взрывное горение бензо-воздушной смеси, сопровождаемое характерным звонким звуком. Ошибочно называется «стуком поршневых пальцев») или ростом нагрузок в дизелях.

Максимальный крутящий момент двигатель развивает при определенных оборотах (см. ниже), они вместе с его величиной указываются в технической документации.

Мощность двигателя — величина, показывающая, какую работу он совершает в единицу времени, измеряется в кВт (ранее в лошадиных силах). Одна лошадиная сила (л.с.) приблизительно равняется 0,74 кВт. Мощность равна произведению крутящего момента на угловую скорость коленвала (число оборотов в минуту, умноженное на определенный коэффициент).

Двигатели большей мощности производители получают увеличением:
рабочего объема, что, в свою очередь, приводит к росту габаритов двигателя и ограничению допустимых максимальных оборотов из-за значительных сил инерции увеличившихся деталей;
оборотов коленчатого вала, число которых ограничено инерционными силами и увеличением износа деталей. Высокооборотный двигатель одинаковой мощности (при прочих равных условиях — конструкции двигателя, технологии изготовления, применяемых материалах и т.д.) с низкооборотным обладает меньшим сроком службы, так как в среднем для одного и того же пробега его коленчатый вал будет совершать больше оборотов;
давления в цилиндре путем повышения степени сжатия либо наддувом воздуха посредством турбо- или механических нагнетателей. Для применения наддува степень сжатия вынужденно уменьшают для предотвращения детонации (у бензиновых двигателей) и снижения жесткости работы (повышенные нагрузки в цилиндро-поршневой группе дизеля, сопровождаемые чрезмерным шумом) (у дизелей). Наддув позволяет, например, сохранить мощность при меньшем рабочем объеме.

Номинальная мощность — гарантируемая производителем мощность при полной подаче топлива на определенных оборотах. Именно она, а не максимальная мощность, указывается в технической документации на двигатель.

Удельный расход топлива — это количество топлива, расходуемого двигателем на 1 кВт развиваемой мощности за один час. Является показателем совершенства конструкции двигателя: чем расход ниже, тем более эффективно используется энергия сгорающего в цилиндрах топлива.

Основные элементы двигателя

Ниже на рисунке показана схема расположения элементов в цилиндре. В зависимости от модели двигателя, их может быть 4, 6, 8 и даже больше. На рисунке обозначены следующие элементы: A – распределительный вал. B – крышка клапанов. C – выпускной клапан. Открывается строго в нужное время для того, чтобы отработанные газы выводились за пределы камеры сгорания. D – отверстие для выхода отработанных газов. E – головка блока цилиндра. F – пространство, заполняемое охлаждающей жидкостью. В процессе работы двигатель сильно нагревается, поэтому его необходимо остудить. Чаще всего для этого используется антифриз. G – корпус двигателя. H – маслосборник. I – поддон. J – свеча зажигания. Обеспечивает искру, необходимую для того, чтобы зажечь топливную смесь, находящуюся под давлением. K – впускной клапан. Открывается и запускает в камеру сгорания воздушно-топливную смесь. L – отверстие для впуска топливной смеси. M – сам поршень. Движется вверх-вниз в результате детонации топливной смеси, передавая механическую нагрузку на коленчатый вал. O – шатун. Соединительный элемент поршня и коленчатого вала. P – коленвал. Вращается в результате движения поршней. Передает усилия на колеса через трансмиссию автомобиля. Все эти элементы принимают участие в четырехтактном цикле. 

Виды двигателей

Первый полноценный прототип двигателя внутреннего сгорания был сконструирован в далёком 1806 году, который принадлежал братьям Ньепсье. После этого важного исторического факта было недолгое затишье.

Но, в конце 19 века три легендарным немца положили старт автомобилестроению — Николас Отто, Готлиб Даймлер и Вильгельм Майбах. После этого двигатели внутреннего сгорания получили много модификаций и вариантов, которые используются по сегодняшний день.

Рассмотрим, какие существуют виды автомобильных ДВС, а также укажем типы двигателей:

• Паровая машина
• Бензиновый двигатель
• Карбюраторная система впрыска
• Инжектор
• Дизельные двигатели
• Газовый двигатель
• Электрические моторы
• Роторно-поршневые ДВС

Роторно-поршневые ДВС

Роторно-поршневой силовой агрегат в автомобилестроении не нашёл широкого распространения, хотя можно встретить модели автомобилей, которые используют такой тип ДВС. Предложил создание такого мотора — конструктор Ванкель.

Движение осуществляется за счёт вращения трёхзубчатого ротора, который позволяет осуществить любой 4-тактный цикл Дизеля, Стирлинга или Отто без применения специального механизма газораспределения. Данный мотор активно использовался в 80-е годы 20 ст.

Газовый двигатель

Газовые двигатели на сегодняшний день в автоиндустрии в чистом виде почти не используются, поскольку частые поломки моторов, стали причиной полного отказа от них. Вместо этого, газовые установки зачастую можно встретить на бензиновых автомобилях, что значительно экономит расход денег на горючее.

Газ с баллона подаётся на редуктор, который распределяет топливо по цилиндрам, а затем горючее попадает непосредственно в камеры сгорания. После этого с помощью свечей зажигания газ воспламеняется. Единственным недостатком использования газовой установки считается то, что мотор теряет 20% своего потенциального ресурса.

Электрические моторы

Николас Тесла впервые предложил использовать для автомобилей электроэнергию. Электрические моторы на сегодняшний день не распространены, поскольку заряда батареи хватает только до 200 км пути, а заправочных станций, которые могут предоставить услугу зарядки автомобиля — практически нет.

Известная мировая компания, производитель электрических автомобилей «Тесла» продолжает совершенствовать электродвигатели, и каждый год дарит потребителям новинки, которые имеют больший запас хода без дозарядки.

Инжектор

Инжекторный двигатель — это тип впрыскового устройства горючего в цилиндры двигателя. Инжекторный впрыск бывает моно и разделённым Данная система на сегодняшний день все больше совершенствуется, чтобы уменьшит выбросы СО2 в атмосферу. Для впрыска используются форсунки, которые ещё ранее начали использоваться на дизельных двигателях.

С переходом на данную систему транспортные средства стали оснащать электронными блоками управления двигателем, чтобы корректировать состав воздушно-топливной смеси, а также сигнализировать о неисправностях внутри системы.

Дизельные двигатели

Дизельный мотор — это вид двигателя, который расходует как горючее дизельное топливо. Основные системы и элементы движка идентичны бензиновому брату, различие состоит в системе впрыска и воспламенении смеси. В дизельном моторе отсутствуют свечи зажигания, поскольку воспламенение смеси от искры не нужно.

На моторах такого типа устанавливаются свечи накала, которые разогревают воздух в камере сгорания, который превышает температуру воспламенения. После этого через форсунки подаётся распылённое топливо, которое сгорает, чем создаёт достаточное давление для привода в движения поршня, который раскручивает коленчатый вал.

Характеристики двигателей

При одних и тех же конструктивных параметрах у разных двигателей такие показатели, как мощность, крутящий момент и удельный расход топлива, могут отличаться. Это связано с такими особенностями, как количество клапанов на цилиндр, фазы газораспределения и т. п. Поэтому для оценки работы двигателя на разных оборотах используют характеристики — зависимость его показателей от режимов работы. Характеристики определяются опытным путем на специальных стендах, так как теоретически они рассчитываются лишь приблизительно.

Как правило, в технической документации к автомобилю приводятся внешние скоростные характеристики двигателя (рис. 4), определяющие зависимость мощности, крутящего момента и удельного расхода топлива от числа оборотов коленвала при полной подаче топлива. Они дают представление о максимальных показателях двигателя.

Показатели двигателя (упрощенно) изменяются по следующим причинам. С увеличением числа оборотов коленвала растет крутящий момент благодаря тому, что в цилиндры поступает больше топлива. Примерно на средних оборотах он достигает своего максимума, а затем начинает снижаться. Это происходит из-за того, что с увеличением скорости вращения коленвала начинают играть существенную роль инерционные силы, силы трения, аэродинамическое сопротивление впускных трубопроводов, ухудшающее наполнение цилиндров свежим зарядом топливо-воздушной смеси, и т. п.

Быстрый рост крутящего момента двигателя указывает на хорошую динамику разгона автомобиля благодаря интенсивному увеличению силы тяги на колесах. Чем дольше величина момента находится в районе своего максимума и не снижается, тем лучше. Такой двигатель более приспособлен к изменению дорожных условий и реже придется переключать передачи.

Мощность растет вместе с крутящим моментом и даже, когда он начинает снижаться, продолжает увеличиваться благодаря повышению оборотов. После достижения максимума мощность начинает снижаться по той же причине, по которой уменьшается крутящий момент. Обороты несколько выше максимальной мощности ограничивают регулирующими устройствами, так как в этом режиме значительная часть топлива расходуется не на совершение полезной работы, а на преодоление сил инерции и трения в двигателе. Максимальная мощность определяет максимальную скорость автомобиля. В этом режиме автомобиль не разгоняется и двигатель работает только на преодоление сил сопротивления движению — сопротивления воздуха, сопротивления качению и т. п.

Величина удельного расхода топлива также меняется в зависимости от оборотов коленвала, что видно на характеристике (см. рис. 4). Удельный расход топлива должен находиться как можно дольше вблизи минимума; это указывает на хорошую экономичность двигателя. Минимальный удельный расход, как правило, достигается чуть ниже средних оборотов, на которых в основном и эксплуатируется автомобиль при движении в городе.

Типы и параметры ДВС

Автомобильные поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) обладают множеством показателей – мощность, крутящий момент, расход топлива, выброс вредных веществ и т. д., которые во многом зависят от их конструктивных параметров.

Содержание статьи

Типы двигателей

Двигатель — устройство, преобразующее энергию сгорания топлива в механическую работу. Практически все автомобильные двигатели работают по циклу, состоящему из четырех тактов:

• впуск воздуха или его смеси с топливом;
• сжатие рабочей смеси,
• рабочий ход при сгорании рабочей смеси;
• выпуск отработавших газов.

Наибольшее распространение в автомобилях получили поршневые двигатели — бензиновые и дизели.

Бензиновые двигатели имеют принудительное зажигание топливо-воздушной смеси искровыми свечами. Различаются по типу системы питания:

• в карбюраторных смешение бензина с воздухом начинается в карбюраторе и продолжается во впускном трубопроводе. В настоящее время выпуск таких двигателей снижается из-за низкой экономичности и несоответствия современным экологическим нормам;
• в впрысковых двигателях топливо может подаваться одним инжектором (форсункой) в общий впускной трубопровод (центральный, моновпрыск) или несколькими инжекторами перед впускными клапанами каждого цилиндра (распределенный впрыск). В них возможно некоторое увеличение максимальной мощности и снижение расхода бензина и токсичности отработавших газов за счет более точной дозировки топлива электронной системой управления двигателем;
• двигатели с непосредственным впрыскиванием бензина в камеру сгорания, который подается в цилиндр несколькими порциями, что оптимизирует процесс сгорания, позволяет двигателю работать на обедненных смесях, соответственно уменьшается расход топлива и выброс вредных веществ.

Дизели — двигатели, в которых воспламенение смеси топлива с воздухом происходит от повышения ее температуры при сжатии. По сравнению с бензиновыми эти двигатели обладают лучшей экономичностью (на 15-20%) благодаря большей (в два и более раз) степени сжатия (см. ниже), улучшающей процессы горения топливо-воздушной смеси. Достоинством дизелей является отсутствие дроссельной заслонки, которая создает сопротивление движению воздуха на впуске и увеличивает расход топлива. Максимальный крутящий момент (см. ниже) дизели развивают на меньшей частоте вращения коленчатого вала (в обиходе — “тяговиты на низах”).

Дизели устаревших конструкций обладали по сравнению с бензиновыми двигателями и рядом недостатков:

• большей массой и стоимостью при одинаковой мощности из-за высокой степени сжатия (в 1,5-2 раза больше), увеличивавшей давление в цилиндрах и нагрузки на детали, что заставляло изготавливать более прочные элементы двигателя, увеличивая их габариты и вес;
• большей шумностью из-за особенностей процесса горения топлива в цилиндрах;
• меньшими максимальными оборотами коленвала из-за более высокой массы деталей, вызывавшей большие инерционные нагрузки. По этой же причине дизели, как правило, менее приемисты — медленнее набирают обороты.

Роторно-поршневой двигатель (Ванкеля) — в нем ротор-поршень совершает не возвратно-поступательное движение, как в бензиновых двигателях и дизелях, а вращается по определенной траектории. Благодаря этому он обладает хорошей приемистостью — быстро набирает обороты, обеспечивая автомобилю хорошую динамику разгона. Из-за конструктивных особенностей степень сжатия ограничена, поэтому работает только на бензине и обладает худшей экономичностью из-за формы камеры сгорания. Раньше его недостатком был меньший ресурс, а теперь и невысокие экологические показатели, которым сейчас уделяется большое внимание.

Гибридная силовая установка представляет собой комбинацию поршневого двигателя (как правило, дизеля), электродвигателя, генератора и тяговых (тяговая аккумуляторная батарея, в отличие от стартерной, рассчитана на разряд большими токами (50-100 А) в течение 30-60 минут) аккумуляторных батарей. Работа этой установки происходит в различных режимах в зависимости от характера движения автомобиля. При интенсивном разгоне вместе работают поршневой и электрический двигатели. Во время торможения двигателем за счет энергии замедления генератор заряжает аккумуляторные батареи. При движении в городском цикле может работать только электродвигатель. Все это позволяет, сохраняя (или даже улучшая) динамику разгона, значительно повысить экономичность и снизить выброс вредных веществ.

Компоновка поршневых двигателей

Значительное разнообразие компоновок поршневых двигателей связано с их размещением в автомобиле и необходимостью уместить определенное количество цилиндров в ограниченном объеме моторного отсека.

Рядный двигатель (рис. 1, а) — компоновка, при которой все цилиндры находятся в одной плоскости. Применяется для небольшого количества цилиндров (2, 3, 4, 5 и 6). Рядный шестицилиндровый двигатель легче всего поддается уравновешиванию (снижению вибраций), но обладает значительной длиной.

V-образный двигатель (рис. 1, б) — цилиндры у него расположены в двух плоскостях, как бы образуя латинскую букву V. Угол между этими плоскостями называют углом развала. Наиболее часто такое размещение цилиндров применяется для шести- и восьмицилиндровых двигателей и обозначается V6 и V8 соответственно. Такая компоновка позволяет уменьшить длину двигателя, но увеличивает его ширину.

Оппозитный двигатель (рис. 1, в) имеет угол развала 180°, благодаря этому у него высота агрегата наименьшая среди всех компоновок.

VR-двигатель (рис. 1, г) обладает небольшим углом развала (порядка 15°), что позволяет уменьшить как продольный, так и поперечный размеры агрегата.

W-двигатель имеет два варианта компоновки — три ряда цилиндров с большим углом развала (рис. 1, д) или как бы две VR-компоновки (рис. 1, е).Обеспечивает хорошую компактность даже при большом количестве цилиндров. В настоящее время серийно выпускают W8 и W12.

Конструктивные параметры двигателей

Любой двигатель характеризуется следующими конструктивно заданными параметрами (рис. 2), практически неизменными в процессе эксплуатации автомобиля.

Объем камеры сгорания — объем полости цилиндра и углубления в головке над поршнем, находящимся в верхней мертвой точке — крайнем положении на наибольшем удалении от коленвала.

Рабочий объем цилиндра — пространство, которое освобождает поршень при движении от верхней до нижней мертвой точки. Последняя является крайним положением поршня на наименьшем удалении от коленвала.

Полный объем цилиндра — равен сумме рабочего объема и объема камеры сгорания.

Рабочий объем двигателя (литраж) складывается из рабочих объемов всех цилиндров.

Степень сжатия — отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Этот параметр показывает, во сколько раз уменьшается полный объем при перемещении поршня из нижней мертвой точки в верхнюю. Для бензиновых двигателей определяет октановое число применяемого топлива.

Показатели двигателей

Показателями двигателя называют величины, характеризующие его работу. Помимо конструктивных параметров, они зависят от особенностей и настроек систем питания и зажигания, степени износа деталей и пр.

Давление в конце такта сжатия (компрессия) является показателем технического состояния (изношенности) цилиндро-поршневой группы и клапанов.

Крутящий момент на коленчатом валу двигателя определяет силу тяги на колесах: чем он больше, тем лучше динамика разгона автомобиля. Равен произведению силы на плечо (рис. 3) и измеряется в Н·м (Ньютон на метр), ранее в кгс.м (килограмм-сила на метр).

Крутящий момент увеличивается с ростом:

• рабочего объема . Поэтому двигатели, которым необходим значительный крутящий момент, обладают большим объемом;
• давления горящих газов в цилиндрах , которое ограничено детонацией (взрывное горение бензо-воздушной смеси, сопровождаемое характерным звонким звуком. Ошибочно называется “стуком поршневых пальцев”) или ростом нагрузок в дизелях.

Максимальный крутящий момент двигатель развивает при определенных оборотах (см. ниже), они вместе с его величиной указываются в технической документации.

Мощность двигателя — величина, показывающая, какую работу он совершает в единицу времени, измеряется в кВт (ранее в лошадиных силах). Одна лошадиная сила (л.с.) приблизительно равняется 0,74 кВт. Мощность равна произведению крутящего момента на угловую скорость коленвала (число оборотов в минуту, умноженное на определенный коэффициент).

Двигатели большей мощности производители получают увеличением:

• рабочего объема , что, в свою очередь, приводит к росту габаритов двигателя и ограничению допустимых максимальных оборотов из-за значительных сил инерции увеличившихся деталей;
• оборотов коленчатого вала , число которых ограничено инерционными силами и увеличением износа деталей. Высокооборотный двигатель одинаковой мощности (при прочих равных условиях — конструкции двигателя, технологии изготовления, применяемых материалах и т.д.) с низкооборотным обладает меньшим сроком службы, так как в среднем для одного и того же пробега его коленчатый вал будет совершать больше оборотов;
• давления в цилиндре путем повышения степени сжатия либо наддувом воздуха посредством турбо- или механических нагнетателей. Для применения наддува степень сжатия вынужденно уменьшают для предотвращения детонации (у бензиновых двигателей) и снижения жесткости работы (повышенные нагрузки в цилиндро-поршневой группе дизеля, сопровождаемые чрезмерным шумом) (у дизелей). Наддув позволяет, например, сохранить мощность при меньшем рабочем объеме.

Номинальная мощность — гарантируемая производителем мощность при полной подаче топлива на определенных оборотах. Именно она, а не максимальная мощность, указывается в технической документации на двигатель.

Удельный расход топлива — это количество топлива, расходуемого двигателем на 1 кВт развиваемой мощности за один час. Является показателем совершенства конструкции двигателя: чем расход ниже, тем более эффективно используется энергия сгорающего в цилиндрах топлива.

Характеристики двигателей

При одних и тех же конструктивных параметрах у разных двигателей такие показатели, как мощность, крутящий момент и удельный расход топлива, могут отличаться. Это связано с такими особенностями, как количество клапанов на цилиндр, фазы газораспределения и т. п. Поэтому для оценки работы двигателя на разных оборотах используют характеристики — зависимость его показателей от режимов работы. Характеристики определяются опытным путем на специальных стендах, так как теоретически они рассчитываются лишь приблизительно.

Как правило, в технической документации к автомобилю приводятся внешние скоростные характеристики двигателя (рис. 4), определяющие зависимость мощности, крутящего момента и удельного расхода топлива от числа оборотов коленвала при полной подаче топлива. Они дают представление о максимальных показателях двигателя.

Показатели двигателя (упрощенно) изменяются по следующим причинам. С увеличением числа оборотов коленвала растет крутящий момент благодаря тому, что в цилиндры поступает больше топлива. Примерно на средних оборотах он достигает своего максимума, а затем начинает снижаться. Это происходит из-за того, что с увеличением скорости вращения коленвала начинают играть существенную роль инерционные силы, силы трения, аэродинамическое сопротивление впускных трубопроводов, ухудшающее наполнение цилиндров свежим зарядом топливо-воздушной смеси, и т. п.

Быстрый рост крутящего момента двигателя указывает на хорошую динамику разгона автомобиля благодаря интенсивному увеличению силы тяги на колесах. Чем дольше величина момента находится в районе своего максимума и не снижается, тем лучше. Такой двигатель более приспособлен к изменению дорожных условий и реже придется переключать передачи.

Мощность растет вместе с крутящим моментом и даже, когда он начинает снижаться, продолжает увеличиваться благодаря повышению оборотов. После достижения максимума мощность начинает снижаться по той же причине, по которой уменьшается крутящий момент. Обороты несколько выше максимальной мощности ограничивают регулирующими устройствами, так как в этом режиме значительная часть топлива расходуется не на совершение полезной работы, а на преодоление сил инерции и трения в двигателе. Максимальная мощность определяет максимальную скорость автомобиля. В этом режиме автомобиль не разгоняется и двигатель работает только на преодоление сил сопротивления движению — сопротивления воздуха, сопротивления качению и т. п.

Величина удельного расхода топлива также меняется в зависимости от оборотов коленвала, что видно на характеристике (см. рис. 4). Удельный расход топлива должен находиться как можно дольше вблизи минимума; это указывает на хорошую экономичность двигателя. Минимальный удельный расход, как правило, достигается чуть ниже средних оборотов, на которых в основном и эксплуатируется автомобиль при движении в городе.

Пунктирной линией на графике показаны более оптимальные характеристики двигателя.

Основные параметры двигателей автомобиля и их типы

Сердце автомобиля – ДВС или двигатель внутреннего сгорания, сложный технологический узел, обладающий множеством параметров. Их необходимо знать автолюбителю, чтобы ориентироваться при выборе автомобиля и ориентироваться во время эксплуатации и при ремонте. Наиболее значимыми параметрами являются:

• Объем камер сгорания – определяет показатель расхода топлива и в значительной степени мощности;
• Мощность – измеряется в киловаттах, но чаще используются лошадиные силы;
• Крутящий момент – тяговое усилие;
• Расход топлива – показатель указывается в литрах на 100 км. При этом учитываются дорожные условия: город, шоссе, смешанный режим;
• Расход масла — тут важно учитывать тип, а порой и марку потребляемого масла.

Типовые параметры работы двигателей

Существует разделение ДВС на такие типы:

• Бензиновые – часто используются в гражданском автомобилестроении, наиболее распространенный тип;
• Дизельные – эти агрегаты отличаются надежностью и экономичностью. При этом несколько уступают бензиновым аналогам в динамике (набор скорости), но выигрывают по показателям проходимости. Широко используются военными, распространены в гражданском автомобилестроении;
• Газовые – используют в качестве топлива сжиженный, природный, сжатый газ, который закачивается в специальные баллоны;

В список можно включить гибридные газодизельные агрегаты и роторно-поршневые. Последний тип широко использовался авиацией до середины XX века, в современных условиях встречается редко.

Количество цилиндров двигателя

Количество цилиндров в ДВС определяют его мощность. В процессе технической и технологической эволюции их количество постепенно увеличилось с 1 до 16. С увеличением количества цилиндров сами агрегаты становились больше. Решением в части экономии пространства стала концепция расположения цилиндров.

Расположение цилиндров

Существует такое понятие, как конфигурация двигателя, она определяется компоновкой цилиндров, их расположением. Можно выделить 2 основных типа – рядный, когда цилиндры расположены в ряд и V-образный. Второй тип наиболее часто используется в современном автопроме. В этом случае цилиндры располагаются под углом и соединяются с коленчатым валом, образуя латинскую букву V. Такая компоновка имеет подвиды:

• W-образное расположение цилиндров;
• Y-образное расположение цилиндров.

Реже применяются компоновки, образующие форму латинских букв U и H.

Объем двигателя

Рабочий объем ДВС определяет его мощность. Этот параметр измеряется в см3, но чаще в литрах. Он определяется путем суммирования внутреннего объема всех цилиндров силового агрегата. За основу в вычислениях берется поперечное сечение цилиндра и умножается на длину хода по нему поршня. В результате получается рабочий объем.
Параметр также определяет во многих странах мира сумму сборов. Соответственно чем больше объем, тем мощнее двигатель, а значит, его владелец заплатит больший взнос. Перспективным направлением разработок современности являются ДВС с изменяемым объемом. Это технология, когда при определенных условиях цилиндры отключаются.

Материал, из которого изготавливается двигатель

Основным материалом в производстве двигателей являются металлы и их сплавы:

• Чугун – обеспечивает надежность и прочность, но минусом является внушительный вес;
• Алюминиевые сплавы – дают неплохую прочность, при этом легкие. Недостаток – большая стоимость;
• Магниевые сплавы – наиболее дорогостоящий материал, отличается высокой прочностью.

Многие производители автомобилей комбинируют материалы. Это во многом диктуется принадлежностью модели к тому или иному классу, что ставит ее в определенные ценовые рамки.

Мощность двигателя

Основополагающий параметр ДВС. Он измеряется в лошадиных силах, реже в кВт (киловатты). Мощность определяет скоростной предел и динамику разгона. Это еще один важный момент в условиях высокой конкуренции между производителями. Серьезная борьба идет в сегменте премиумных, спортивных автомобилей, а также в классе роадстеров и мускулкаров. Здесь разгон от 0 до 100 км/ч играет важную роль и может быть меньше 4 секунд.

Крутящий момент

Крутящий момент – параметр, определяющий тяговую силу мотора, обозначается Н/м (Ньютоны на метр). Значение непосредственно связано с мощностью и динамикой, хотя и не является для них определяющим. В значительной степени крутящий момент влияет на «эластичность» силового агрегата. Под этим словом подразумевается возможность ускоряться при низких оборотах. Соответственно, чем больше ускорение, тем эластичней мотор.

Расход топлива

Показатель потребления топлива двигателем зависит от его рабочего объема, а соответственно мощности. Основополагающую роль играет тип топливной системы:

• Карбюраторная;
• Инжекторная.

Измеряется показатель в литрах на 100 км. Техническая документация современных автомобилей предоставляет данные о расходе топлива при нескольких режимах движения: езда по городу, трассе, смешанный тип. В некоторых моделях, преимущественно внедорожниках, указывается расход при движении в условиях бездорожья, так как задействуются все 4 колеса и потребление бензина, дизеля значительно возрастает.

Тип топлива

ДВС могут потреблять разные виды топлива, но в основном используются:

• Бензин – продукт переработки нефти-сырца или вторичной перегонки нефтепродуктов. Основополагающим показателем является октановое число, которое указывается в цифрах. Буквенное сочетание, стоящее перед цифрами «АИ» означает:
  А – бензин автомобильный;
  И – октановое число определено исследовательским способом. Если этой буквы в маркировки нет, значит, октановое число выведено моторным методом.
  Российские стандарты предусматривают такие марки бензина: А-76, А-80, АИ-91, АИ-92, АИ-93, АИ-95, АИ-98. Наиболее востребованными в настоящее время являются марки с октановым числом 92,95,98;
• Дизель или дизельное топливо – получается путем промышленного перегона нефти. В его состав входят 2 вещества:
  1. Цетан – легковоспламеняющийся компонент, чем его содержание больше, тем выше качество топлива;
  2. Метилнафталин – не горючий компонент.
  Основополагающими характеристиками дизеля являются: прокачиваемость и воспламеняемость. В зависимости от спецификации подразделяется на: летнее, зимнее, арктическое (ориентировано на использование при экстремально низких температурах).

Также ДВС в качестве топлива может использовать газы: метан, пропан, бутан. Для этого на автомобиль устанавливаются специальные системы.

Расход масла

Показатель расхода масла указывается производителем автомобиля в технической документации к нему. Нормальным считается потребление смазки в соотношении 0,8–3% от потребляемого количества топлива. Также на этот показатель влияет размер двигателя, он увеличивается на больших, мощных агрегатах, особенно дизельных.
Различают расход масла:

• Штатный – испарение смазочного материала с цилиндров, выдавливание через картер газами, смазка компрессора турбины;
• Нештатный – течи уплотнений, потеря масла через сальники коленвала, маслосъемные поршневые кольца, перемычки поршня, когда происходит их разрушение.

К чрезмерному расходу приводит использование масла низкого качества и несоответствующей требованиям технической эксплуатации марки.

Ресурсная прочность

Ресурсная прочность – показатель, определяющий частоту проведения ТО. Измеряется пробегом. Оптимальное количество пройденных километров от 5000 до 30 000. Этот показатель дает возможность рассчитать максимальный срок эксплуатации силового агрегата.

Тип топливной системы

На бензиновые и дизельные моторы устанавливаются разные типы топливных систем. Бензиновые агрегаты могут оснащаться карбюраторной или инжекторной системой. Первая основана на механическом принципе, подача топлива регулируется дроссельной заслонкой. Второй тип – инжекторный позволяет осуществлять настройки с помощью электронных средств. Это значительно увеличивает КПД двигателя, сокращает расход топлива.
Дизельные агрегаты оснащаются ТНВД (топливными насосами высокого давления). Это устройство считается устаревшим и ненадежным. Чаще всего оно используется совместно с форсунками, обладающими функциями насоса. Но сами по себе они не могут обеспечить стабильную работу двигателя.

Тип бензиновой системы впуска

Существует 2 разновидности топливных бензиновых систем: карбюраторная, инжекторная. Они отличаются конструктивным устройством, а также принципами подачи топлива в цилиндры:

• Карбюратор вливает бензин сплошным потоком, что затрудняет его смешивание с воздухом и детонацию. Это приводит к увеличенному расходу топлива, снижению технических характеристик мотора;
• Инжекторная система превращает топливо в мелкодисперсную субстанцию – распыляет его. Это дает ему возможность быстро смешиваться с воздухом внутри цилиндра и приводит к увеличению характеристик двигателя и уменьшению расхода топлива.

Тип бензиновой системы впрыска

Существует одноточечная и многоточечная система впрыска. Первая не используется на современных моторах, вторая, в свою очередь, многоточечная система бывает:

• Распределенной. Она обеспечивает стабильную работу силового агрегата, но не обеспечивает высокую динамику и не увеличивает мощность;
• Прямой. В этом случае обеспечивается оптимальный расход топлива, увеличивается мощность двигателя и его ресурсная прочность. Недостатком системы является нестабильность работы на малых оборотах. Также минусом можно считать высокую требовательность к качеству бензина.

Дизельная система впрыска

Классическая схема впрыска топлива дизельного ДВС выглядит так:

• ТНВД – топливный насос высокого давления подает горючее в рампу;
• В рампе дизельное топливо нагнетается и с помощью форсунок-насосов подается в камеру сгорания.

На сегодняшний день это наиболее надежная схема впрыска дизельного топлива.

Форсунки впрыска

По принципу работы форсунки впрыска бывают:

• Механические;
• Пьезотронные.

Последние обеспечивают плавную работу двигателя. Больше ни на какие характеристики мотора форсунки впрыска не влияют.

Количество клапанов

Клапана, их количество влияет на показатель мощности мотора. Считается, что при большем количестве клапанов, работа двигателя становится плавнее. Устанавливаются они на впуск и выпуск цилиндра от 2 до 5 штук. Недостатком большого количества клапанов является увеличенный расход топлива.

Компрессор

Главная функция компрессора – повышение мощности ДВС без увеличения его размеров. Это делается с помощью нагнетания в камеру сгорания большего объема воздуха, что позволяет делать взрыв топливной смеси более мощным. Устанавливается компрессор на впускную систему автомобиля.
Компрессор приводится в движение механическим способом через соединение с коленвалом. Это делается посредством ремня или цепи. Турбокомпрессор нагнетает воздух под действием потока газов, которые крутят турбину, отвечающую за подачу дополнительной порции атмосферной массы.
Компрессоры по принципу подачи воздуха делятся на:

• Центробежные – простая конструкция, где нагнетателем является крыльчатка;
• Роторные – воздух нагнетается кулачковыми валами;
• Двухвинтовые – функции нагнетателей выполняют винты, расположенные параллельно друг другу.

Система газораспределения

ГРМ или газораспределительный механизм отвечает за потоками газов в цилиндре. Он также выполняет функцию переключателя фаз процесса распределения. Принцип действия основан на блокировании и открывании впускных и выпускных отверстий камер сгораний. Это делается при помощи регулировочных элементов:

• Клапанов;
• Валов с приводами;
• Толкателей;
• Коромысел;
• Шлангов.

По принципу управления процессом распределения газов ГРМ разделяются на:

• Клапанные;
• Золотниковые;
• Поршневые.

Технические характеристики двигателя и на что они влияют

Приобретая автомобиль, большинство из нас в первую очередь обращают внимание именно на технические характеристики двигателя.

Зачастую от мотора напрямую зависит удобство эксплуатации автомобиля, его показатели потребления топлива, динамика и стоимость обслуживания. Поговорим поподробнее том, какие бывают основные характеристики двигателя, на которые необходимо обращать внимание при выборе машины.

Основные технические характеристики

Рабочий объем

Одной из основных технических характеристик двигателя является его рабочий объем. Зачастую от рабочего объема зависят его показатели топливной экономичности и мощности. Так, малолитражки, рабочий объем которых не превышает двух литров, могут иметь мощность порядка 100 лошадиных сил, и при этом они потребляют в городских условиях не более 10 литров топлива.

По статистике наибольшей популярностью сегодня пользуются автомобили с двигателями, рабочий объем которых составляет 2-3 литра. Такие машины одновременно отличаются великолепной динамикой и при этом гарантируют хорошую топливную экономичность.

А вот спорткары и мощные представительские седаны могут оснащаться моторами в четыре и более литров. В целом отметим, что в последние годы отмечается широкое использование турбонаддува, поэтому рабочий объем неизменно уменьшается, при этом отмечается улучшение показателей топливной экономичности.

Материал блока цилиндров

В зависимости от материала, из которого изготовлен блок цилиндров, принято разделять силовые агрегаты на чугунные, алюминиевые и из стальных сплавов. Изготовленные из чугуна элементы блока цилиндров отличаются повышенной прочностью, но при этом они имеют большой вес и не столь устойчивы к температурным воздействиям. Именно поэтому сегодня большинство силовых агрегатов отливаются из легкого алюминия, который одновременно отличается устойчивостью к высоким температурам.

Система питания

В зависимости от используемых систем питания все двигатели можно разделить на две основные категории: карбюраторные и инжекторные. В инжекторных системах питания обеспечивается непосредственный впрыск топлива через форсунки в каждый из цилиндров, что позволяет обеспечить экономию топлива, снизить его расход и улучшает мощностные характеристики двигателя.

А вот карбюраторная система питания, которая была популярна в середине прошлого века, сегодня в автомобилестроении практически не используется. Из преимуществ подобной системы питания можно отметить лишь ее простоту конструкции, надежность и легкость последующего ремонта. Дизельные автомобили имеют отличающуюся от бензиновых моторов систему питания, в которой топливо под высоким давлением подается в цилиндры, где и происходит воспламенение смеси с последующим полным сгоранием солярки в цилиндрах.

Количество клапанов

Количество клапанов в моторе напрямую зависит от числа цилиндров. Необходимо сказать, что от конкретной конструкции мотора напрямую зависят технические характеристики двигателей.

В настоящее время изготавливают силовые агрегаты с двумя клапанами на каждый цилиндр или же современные экономичные моторы с четырьмя клапанами на каждый цилиндр, два из которых ответственны за впуск рабочей смеси, а два – за выпуск.

Соответственно четырехцилиндровые двигатели могут иметь 8 или 16 клапанов. Их количество напрямую влияет на динамические характеристики автомобильных двигателей, топливную экономичность и стабильность работы на холостом ходу и низких оборотах.

Экологические нормы

Силовые агрегаты также могут отличаться своими экологическими нормами. Экологичность автомобиля зависит от используемых катализаторов, системы питания и ряда других устройств, которые позволяют обеспечить полное сгорание топлива и фильтрацию вредных элементов.

Экологические нормы принято различать по индексу показателя Евро. Чем выше этот показатель, тем лучше экологичные характеристики двигателя автомобиля. В настоящее время получили распространение машины с показателями экологичности Euro 4 — Euro 6.

Мощностные характеристики автомобильных двигателей

Мощность агрегата может выражаться как в киловаттах, так и в лошадиных силах. Также вам следует учитывать крутящий момент, который отвечает за динамику автомобиля. Если мощность в лошадиных силах в большей степени характеризует максимальную скорость, то крутящий момент отвечает за ускорение автомобиля и его разгон до определённой скорости.

Следует сказать, что от мощностных характеристик двигателя напрямую зависят его показатели топливной экономичности. Из особенностей показателей мощности в зависимости от вида топлива мотора можем отметить, что у дизелей пик мощности отмечается на низких оборотах, что позволяет гарантировать эффективный разгон и отличную тягу уже с самых низов. А вот бензиновые силовые агрегаты показывают максимальную мощность на высоких оборотах, что отрицательно сказывается на их приемистости и динамических показателях.

Расход топлива

Расход топлива для многих покупателей является едва ли не определяющим фактором при покупке нового авто. Следует сказать, что еще несколько десятков лет назад используемые двигатели хоть и отличались простотой конструкции, но при этом потребляли большое количество топлива, что приводило к увеличению расходов автовладельцев на эксплуатацию машин.

Сегодня же благодаря широкому внедрению технологии турбонаддува удалось без потери мощностных характеристик двигателя значительно снизить расход топлива автомобилями. Так, небольшие по своему объему двухлитровые турбодизели способны при крейсерской скорости в 100-120 километров в час потреблять около 5 литров солярки на 100 километров. У бензиновых силовых агрегатов показатели топливной экономичности не столь хороши, такие моторы способны потреблять в зависимости от своего объема 8-10 литров бензина на 100 километров.

Технические характеристики двигателя

О любом двигателе можно получить представление, зная набор определенных технических параметров.

Диаметр цилиндра. Имеется в виду внутренний диаметр цилиндра. Обычно измеряется в нескольких точках и рассчитывается как среднее арифметическое из полученных данных.

Ход поршня — это расстояние, которое поршень проходит от ВМТ до НМТ. Равняется также удвоенному радиусу кривошипа.

Примечание
Обычно при описании технических характеристик двигателя диаметр цилиндра и ход поршня записываются вместе, через знак «х», например 95 х 85 мм. Если ход поршня превышает диаметр цилиндра, двигатель называют длинноходным, если наоборот – короткоходным.

Рисунок 4.4 Ход поршня.

Радиус кривошипа – это расстояние, на которое шатунная шейка (та, к которой крепится шатун) отведена от оси коренной шейки коленчатого вала, как показано на рисунке 4.4.

Рабочий объем двигателя – объем пространства, заключенный между ВМТ и НМТ поршня, умноженный на количество цилиндров. Измеряется в сантиметрах кубических (см³) или литрах (л). А объем, который находится над поршнем, когда тот установлен в ВМТ, называется объемом камеры сгорания. Сумма объема камеры сгорания и рабочего объема называется полным объемом. Обычно в характеристиках полный объем не приводится, однако используется для получения такого немаловажного параметра, как степень сжатия.

Степень сжатия – отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Данный параметр характеризует то, во сколько раз сжимается топливовоздушная смесь в цилиндре. Записывается обычно в виде соотношения, например, 14:1 – в данном случае имеется в виду, что камера сгорания по объему в 14 раз меньше полного объема. Степень сжатия влияет на эффективность и мощность двигателя: чем выше, тем эффективнее, но есть и ограничения, ввиду особенностей используемого топлива (смотрите ниже в разделе «Система питания современных двигателей»).

Примечание
Если двигатель бензиновый, то бесконечно увеличивать степень сжатия нельзя, так как вместе с этим увеличивается вероятность детонации топливовоздушной смеси и, как следствие, происходит выход из строя всего двигателя. Подробнее о детонации будет рассказано ниже.

Рядность – обозначение взаимного расположения цилиндров. Двигатель может быть рядным, V-образным, W-образным.

Рисунок 4.5 Различные варианты взаимного расположения цилиндров.

Порядок работы. Если в двигателе больше двух цилиндров, то для более равномерной и сбалансированной работы агрегата необходимо, чтобы рабочий ход в каждом из цилиндров реализовывался не одновременно, а в определенной последовательности, при этом очередность определяется, в основном, количеством цилиндров.

Примечание
Для ДВС с одинаковым количеством цилиндров может быть несколько вариантов порядка работы.

Так, например, самый распространенный порядок работы четырехцилиндрового двигателя: 1 – 3 – 4 – 2. Такая запись говорит о том, что сначала рабочий ход будет совершать поршень первого цилиндра, затем третьего, четвертого и второго, соответственно.

Для примера опишем работу четырехцилиндрового рядного двигателя.

Рисунок 4.6 Схематическое изображение четырехтактного четырехцилиндрового рядного двигателя.

В четырехтактном четырехцилиндровом рядном двигателе (показан на рисунке 4.6) кривошипы коленчатого вала расположены в одной плоскости: два крайних кривошипа 1-й и 4-й под углом 180° к двум средним — 2-му и 3-му. При вращении вала поршни первого и четвертого, а также второго и третьего цилиндров попарно движутся в одном направлении. Когда поршни первого и четвертого цилиндров приходят в НМТ, поршни второго и третьего цилиндров находятся в ВМТ, и наоборот. В каждом из цилиндров рабочий цикл завершается за два оборота коленчатого вала, а чередование тактов подобрано таким образом, что одновременно во всех цилиндрах происходят разные такты. Этим обеспечивается равномерность вращения вала.

Предположим, что при первом полуобороте вала (от 0 до 180°) в первом цилиндре поршень идет от ВМТ до НМТ и в нем происходит рабочий ход. Тогда в четвертом цилиндре поршень также движется к НМТ, но происходит впуск горючей смеси. Во втором и третьем цилиндрах поршни движутся к ВМТ, при этом в третьем цилиндре идет сжатие рабочей смеси, а во втором — выпуск отработавших газов.

Примечание
Моменты открытия и закрытия клапанов регулируются распределительным валом (подробнее рассмотрено ниже).

В течение дальнейших трех полуоборотов коленчатого вала в каждом из цилиндров такты будут следовать в обычной для четырехтактного процесса очередности.

К тому времени, когда вал закончит четвертый полуоборот, во всех цилиндрах произойдут все такты рабочего цикла. При дальнейшем вращении вала такты будут повторяться в той же последовательности.

При работе четырехтактного четырехцилиндрового двигателя на каждый полуоборот коленчатого вала приходится один рабочий ход, причем рабочие ходы чередуются не в порядке расположения цилиндров, а в другой последовательности. Сначала рабочий ход происходит в первом цилиндре, затем в третьем, далее в четвертом и, наконец, во втором, т. е. рабочие ходы чередуются в порядке 1 — 3 — 4 — 2. Этот порядок чередования рабочих ходов по цилиндрам называется порядком работы двигателя.

Рисунок 4.7 Полуобороты коленчатого вала.

При одной и той же форме расположения кривошипов вала, но при другом порядке открытия и закрытия клапанов, что зависит от конструкции механизма газораспределения, четырехцилиндровый двигатель может иметь другую последовательность чередования тактов и другой порядок работы. Если при первом полуобороте вала в третьем цилиндре будет происходить такт выпуска, а во втором — такт сжатия, то чередование тактов в двигателе изменится, и получится порядок работы 1 — 2 — 4 — 3.

Компрессия в цилиндре – максимальное давление, создаваемое в цилиндре при сжатии воздуха поршнем. Зачастую измеряется в барах или кг/см2. Часто степень сжатия путают с компрессией. Однако надо всегда помнить, что степень сжатия — параметр исключительно геометрический, в отличие от компрессии.

Мощность двигателя – работа двигателя, совершаемая в единицу времени, измеряется в лошадиных силах (л. с.) или киловаттах (кВт). Проще говоря, мощность — это параметр, который описывает, как быстро может вращаться коленчатый вал двигателя. Чтобы лучше понять, представьте, что вы велосипедист, а мощность — это характеристика, описывающая, как быстро вы можете крутить педали.

Крутящий момент – произведение силы на плечо. В случае двигателя внутреннего сгорания — это тяга, создаваемая на коленчатом валу, иначе говоря — сила, с которой поршень давит через шатун на шатунную шейку коленчатого вала, умноженная на радиус кривошипа (смотрите выше). Чтобы было понятней, вернемся к велосипедисту. Величина тяги на оси педалей зависит как от длины педали (плеча), так и от силы, с которой велосипедист давит на эту педаль. Измеряется крутящий момент в Ньютон на метр (Н·м).

Страница не найдена | MIT

• образование
• Исследовательская работа
• Инновации
• Прием + помощь
• Студенческая жизнь
• Новости
• Alumni
• О MIT
• Подробнее ↓
  • Прием + помощь
  • Студенческая жизнь
  • Новости
  • Alumni
  • О MIT

Предложения или отзывы?

характеристики двигателя — это … Что такое характеристики двигателя?

характеристики двигателя — определение — английский

Примеры предложений с «характеристиками двигателя», память переводов

Показаны страницы 1. Найдено 3914 предложения с фразой характеристики двигателя.Найдено за 21 мс.Накопители переводов создаются человеком, но выравниваются с помощью компьютера, что может вызвать ошибки. Найдено за 0 мс.Накопители переводов создаются человеком, но выравниваются с помощью компьютера, что может вызвать ошибки. Они поступают из многих источников и не проверяются. Имейте в виду.

в зависимости от крутящего момента — x-engineer.org

В этой статье мы собираемся понять, как создается крутящий момент двигателя , как рассчитывается мощность двигателя и что такое крутящий момент и кривая мощности . Также мы собираемся взглянуть на карты крутящего момента и мощности двигателя (поверхности).

К концу статьи читатель сможет понять разницу между крутящим моментом и мощностью, как они влияют на продольную динамику автомобиля и как интерпретировать кривые крутящего момента и мощности при полной нагрузке.

Определение крутящего момента

Крутящий момент можно рассматривать как крутящего момента , приложенного к объекту. Крутящий момент (вектор) — это произведение между силой (вектором) и расстоянием (скаляр). Расстояние, также называемое плечом рычага , измеряется между силой и точкой поворота. Как и сила, крутящий момент является вектором и определяется амплитудой и направлением вращения.

Изображение: Момент затяжки на колесном болте

Представьте, что вы хотите затянуть / ослабить болты колеса.Нажатие или вытягивание ручки гаечного ключа, соединенного с гайкой или болтом, создает крутящий момент (усилие поворота), который ослабляет или затягивает гайку или болт.

Крутящий момент Т [Нм] является произведением силы F [Н] и длины плеча рычага a [м] .

Чтобы увеличить величину крутящего момента, мы можем либо увеличить силу, либо длину плеча рычага, либо и то, и другое.

Пример : Рассчитайте крутящий момент, полученный на болте, если рычаг гаечного ключа имеет значение 0.25 м и приложенная сила 100 Н (что примерно эквивалентно толкающей силе 10 кг )

Тот же крутящий момент можно было бы получить, если бы плечо рычага было 1 м и усилие всего 25 Н .

Тот же принцип применяется к двигателям внутреннего сгорания. Крутящий момент на коленчатом валу создается силой, прикладываемой к шейке шатуна через шатун.

Изображение: Крутящий момент на коленчатом валу

Крутящий момент T будет создаваться на коленчатом валу на каждой шейке шатуна каждый раз, когда поршень находится в рабочем ходе.Плечо рычага и в данном случае имеет радиус кривошипа (смещение) .

Величина силы F зависит от давления сгорания внутри цилиндра. Чем выше давление в цилиндре, тем выше сила на коленчатом валу, тем выше выходной крутящий момент.

Изображение: функция вычисления крутящего момента двигателя для давления в цилиндре

Длина плеча рычага влияет на общую балансировку двигателя . Слишком большое его увеличение может привести к дисбалансу двигателя, что приведет к увеличению усилий на шейках коленчатого вала.

Пример : Рассчитать крутящий момент на коленчатом валу для двигателя со следующими параметрами:

Сначала мы вычисляем площадь поршня (предполагая, что головка поршня плоская, а ее диаметр равен диаметру отверстия цилиндра):

Во-вторых, мы рассчитаем силу, приложенную к поршню. Чтобы получить силу в Н, (Ньютон), мы будем использовать давление, преобразованное в Па (Паскаль).

Предполагая, что вся сила в поршне передается на шатун, крутящий момент рассчитывается как:

Стандартная единица измерения крутящего момента — Н · м (Ньютон-метр).В частности, в США единицей измерения крутящего момента двигателя является фунт-сила · фут (фут-фунт). Преобразование между Н · м и фунт-сила · фут :

Для нашего конкретного примера крутящий момент в имперских единицах (США):

Крутящий момент T [Н] также может быть выражен как функция среднее эффективное давление двигателя.

где:
p _me [Па] — среднее эффективное давление
V _d [m ³ ] — рабочий объем двигателя
n _r [-] — количество оборотов коленчатого вала за полный цикл двигателя (для 4-тактного двигателя n _r = 2 )

Определение мощности

В физике мощность — это работа, выполненная во времени, или, другими словами, скорость выполнения работы .В системах вращения мощность P [Вт] является произведением крутящего момента T [Нм] и угловой скорости ω [рад / с] .

Стандартная единица измерения мощности — Вт, (ватт) и скорости вращения — рад / с, (радиан в секунду) . Большинство производителей транспортных средств предоставляют мощность двигателя в л.с., (мощность торможения) и скорость вращения в об / мин, (оборотов в минуту).Поэтому мы будем использовать формулы преобразования как скорости вращения, так и мощности.

Чтобы преобразовать об / мин в рад / с , мы используем:

Чтобы преобразовать рад / с в об / мин , мы используем:

Мощность двигателя также может быть измерена в кВт вместо Вт для более компактного значения.Чтобы преобразовать кВт в л.с. и обратно, мы используем:

В некоторых случаях вы можете найти л.с., (мощность в лошадиных силах) вместо л.с. как единица измерения мощности.

Имея скорость вращения, измеренную в об / мин , и крутящий момент в Нм , формула для расчета мощности выглядит так:

Пример . Рассчитайте мощность двигателя как в кВт, , так и в л.с. , если крутящий момент двигателя составляет 150 Нм, , а частота вращения — 2800 об / мин .

Динамометр двигателя

Скорость двигателя измеряется с помощью датчика на коленчатом валу (маховике).В идеале, чтобы рассчитать мощность, мы должны также измерить крутящий момент на коленчатом валу с помощью датчика. Технически это возможно, но не применяется в автомобильной промышленности. Из-за условий эксплуатации коленчатого вала (температуры, вибрации) измерение крутящего момента двигателя с помощью датчика не является надежным методом. Также довольно высока стоимость датчика крутящего момента. Поэтому крутящий момент двигателя измеряется во всем диапазоне скорости и нагрузки с помощью динамометра (испытательный стенд) и отображается (сохраняется) в блоке управления двигателем.

Изображение: Схема динамометрического стенда двигателя

Динамометр представляет собой тормоз (механический, гидравлический или электрический), который поглощает мощность, производимую двигателем. Самым используемым и лучшим типом динамометра является электрический динамометр . Фактически это электрическая машина , которая может работать как генератор или как двигатель . Изменяя крутящий момент нагрузки генератора, двигатель может быть переведен в любую рабочую точку (скорость и крутящий момент).Кроме того, при отключенном двигателе (без впрыска топлива) генератор может работать как электродвигатель для вращения двигателя. Таким образом можно измерить трение двигателя и потери крутящего момента насоса.

Для электрического динамометра ротор соединен с коленчатым валом. Связь между ротором и статором электромагнитная. Статор закреплен через плечо рычага на датчике нагрузки . Чтобы уравновесить ротор, статор будет давить на датчик веса. Крутящий момент T вычисляется путем умножения силы F , измеренной в датчике нагрузки, на длину плеча a рычага.

Параметры двигателя: тормозной момент, тормозная мощность (л.с.) или удельный расход топлива при торможении (BSFC) содержат ключевое слово «тормоз», потому что для их измерения используется динамометр (тормоз). .

В результате динамометрического испытания двигателя получается карт крутящего момента (поверхности), которые дают значение крутящего момента двигателя при определенных оборотах двигателя и нагрузке (стационарные рабочие точки). Нагрузка двигателя эквивалентна положению педали акселератора.

Пример карты крутящего момента для бензинового двигателя с искровым зажиганием (SI) :

Пример карты мощности для бензинового двигателя с искровым зажиганием (SI) :

Электронный блок управления (ЕСМ) ДВС имеет карту крутящего момента, хранящуюся в памяти.Он вычисляет (интерполирует) функцию крутящего момента двигателя от текущих оборотов двигателя и нагрузки. В ECM нагрузка выражается как давление во впускном коллекторе для бензиновых двигателей (искровое зажигание, SI) и время впрыска или масса топлива для дизельных двигателей (воспламенение от сжатия, CI). Стратегия расчета крутящего момента двигателя имеет поправки на основе температуры и давления всасываемого воздуха.

Построение графика крутящего момента и мощности, функции частоты вращения и нагрузки двигателя дает следующие поверхности:

Для Для лучшей интерпретации карт крутящего момента и мощности можно построить двухмерную линию крутящего момента для фиксированного значения положения педали акселератора.

Крутящий момент и мощность двигателя при полной нагрузке

Как вы видели, крутящий момент и мощность внутреннего сгорания двигатель зависит как от частоты вращения двигателя, так и от нагрузки. Обычно производители двигателей публикуют характеристики крутящего момента и кривых (кривые) при полной нагрузке (100% положение педали акселератора). Кривые крутящего момента и мощности при полной нагрузке подчеркивают максимальный крутящий момент и распределение мощности во всем диапазоне оборотов двигателя.

Изображение: параметры крутящего момента и мощности двигателя при полной нагрузке

Форма приведенных выше кривых крутящего момента и мощности не соответствует реальному двигателю, их целью является объяснение основных параметров. Тем не менее, формы соответствуют реальным характеристикам искрового зажигания (бензин), левого впрыска, атмосферного двигателя.

Обороты двигателя Н _e [об / мин] характеризуются четырьмя основными моментами:

Н _мин — минимальная стабильная частота вращения двигателя при полной нагрузке
Н _Tmax — частота вращения двигателя при максимальном крутящем моменте двигателя
N _Pmax — частота вращения коленчатого вала двигателя при максимальной мощности; также называется номинальная частота вращения двигателя
N _max — максимальная стабильная частота вращения двигателя

На минимальной частоте вращения двигатель должен работать плавно, без колебаний или остановок.Двигатель также должен обеспечивать работу на максимальной скорости без каких-либо повреждений конструкции.

крутящий момент двигателя при полной нагрузке кривая T _e [Нм] характеризуется четырьмя точками:

T ₀ — крутящий момент двигателя при минимальных оборотах двигателя
T _max — максимальный двигатель крутящий момент (максимальный крутящий момент или номинальный крутящий момент )
T _P — крутящий момент двигателя при максимальной мощности двигателя
T _M — крутящий момент двигателя при максимальной частоте вращения двигателя

В зависимости от типа всасываемого воздуха (атмосферный или с турбонаддувом) максимальный крутящий момент может быть точечным или линейным.Для двигателей с турбонаддувом или наддувом максимальный крутящий момент может поддерживаться постоянным между двумя значениями частоты вращения двигателя.

Мощность двигателя при полной нагрузке кривая P _e [л.с.] характеризуется четырьмя точками:

P ₀ — мощность двигателя при минимальных оборотах двигателя
P _max — максимальная мощность двигателя мощность (пиковая мощность или номинальной мощности )
P _T — мощность двигателя при максимальном крутящем моменте двигателя
P _M — мощность двигателя при максимальной частоте вращения

Область между минимальными оборотами двигателя N _мин и максимальная частота вращения двигателя Н _Tmax называется зоной нижнего конца крутящего момента.Чем выше крутящий момент в этой области, тем лучше возможности запуска / ускорения транспортного средства. Когда двигатель работает в этой области при полной нагрузке, если сопротивление дороги увеличивается, частота вращения двигателя будет уменьшаться, что приведет к падению крутящего момента двигателя и останову двигателя . По этой причине эта область также называется областью нестабильного крутящего момента .

Область между максимальной частотой вращения двигателя N _Tmax и максимальной частотой вращения двигателя N _Pmax называется диапазоном мощности .Во время разгона автомобиля для достижения наилучших характеристик переключение передач (вверх) следует выполнять на максимальной мощности двигателя. В зависимости от передаточных чисел коробки передач после переключения на выбранной передаче частота вращения двигателя падает до максимального крутящего момента, что обеспечивает оптимальное ускорение. Переключение передач на максимальной мощности двигателя позволит поддерживать частоту вращения двигателя в пределах диапазона мощности.

Область между максимальной частотой вращения двигателя N _Pmax и максимальной частотой вращения двигателя N _max называется зоной верхнего конца крутящего момента.Более высокий крутящий момент приводит к более высокой выходной мощности, что означает более высокую максимальную скорость автомобиля и лучшее ускорение на высокой скорости.

Когда частота вращения двигателя поддерживается между максимальной частотой вращения двигателя N _Tmax и максимальной частотой вращения двигателя N _max , если сопротивление транспортного средства увеличивается, частота вращения двигателя упадет, а выходной крутящий момент увеличится, таким образом компенсация увеличения дорожной нагрузки. По этой причине эта область называется областью стабильного крутящего момента .

Ниже вы можете найти несколько примеров кривых крутящего момента и мощности при полной нагрузке для различных типов двигателей. Обратите внимание на форму кривых в зависимости от типа двигателя (с искровым зажиганием или с компрессионным зажиганием) и типа воздухозаборника (атмосферный или с турбонаддувом).

Крутящий момент и мощность двигателя Honda 2.0 при полной нагрузке

Saab 2.Крутящий момент и мощность двигателя 0T при полной нагрузке

Audi 2.0 Крутящий момент и мощность двигателя TFSI при полной нагрузке

Toyota 2.0 Крутящий момент и мощность двигателя D-4D при полной нагрузке

Mercedes-Benz 1.8 Крутящий момент и мощность двигателя Kompressor при полной нагрузке

BMW 3.0 крутящий момент и мощность двигателя TwinTurbo при полной нагрузке

Mazda 2.6 крутящий момент и мощность при полной нагрузке

Porsche 3.6 крутящий момент и мощность двигателя при полной нагрузке

Ключевые положения, которые следует учитывать в отношении мощности и крутящего момента двигателя:

Крутящий момент

• крутящий момент является составляющей мощности
• крутящий момент может быть увеличен путем увеличения среднего эффективного давление двигателя или за счет снижения потерь крутящего момента (трение, накачивание)
• с более низким максимальным крутящим моментом, распределенным в диапазоне скоростей двигателя, с точки зрения тяги лучше, чем с более высокой точкой максимального крутящего момента
• Низкий конечный крутящий момент очень важно для пусковых возможностей автомобилей
• высокий крутящий момент полезен в условиях бездорожья, когда транспортное средство эксплуатируется на больших уклонах дороги, но на низкой скорости

Мощность

• Мощность двигателя зависит как от крутящего момента, так и от скорости
• мощность может быть увеличена за счет увеличения крутящего момента или частоты вращения двигателя
• высокая мощность важна для высоких скоростей автомобиля eds, чем выше максимальная мощность, тем выше максимальная скорость автомобиля.
• Распределение мощности двигателя при полной нагрузке в диапазоне оборотов двигателя влияет на способность автомобиля к ускорению на высоких скоростях.
• для достижения наилучших характеристик ускорения, транспортное средство должно работать в диапазоне мощности, между максимальным крутящим моментом двигателя и мощностью

По любым вопросам или наблюдениям относительно этого руководства, пожалуйста, используйте форму комментариев ниже.

Не забывайте ставить лайки, делиться и подписываться!