Mio-tech-service.ru

Автомобильный журнал
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Эксплуатационные характеристики двигателя это

Параметры двигателей автомобиля

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.

Рекомендуемые файлы

На частичных скоростных характеристиках значения эффектив­ной мощности и крутящего момента двигателя меньше, чем на внешней скоростной характеристике, но характер их изменения аналогичен.

Тягово-скоростные свойства автомобиля определяют при ра­боте двигателя только на внешней скоростной характеристике.

Рассмотрим внешние скоростные характеристики бензиновых Двигателей и дизелей, которые имеют некоторые отличительные особенности.

Внешняя скоростная характеристика бензинового двигателя без ограничителя угловой скорости коленчатого вала представлена на Рис. 2.1. Такие двигатели применяют главным образом на легковых автомобилях и иногда на автобусах.

Рис. 4.1. Внешняя скоростная характеристика бензинового двигателя без ограничителя угловой скорости коленчатого вала

Приведенные зависимости имеют следующие характерные точки:

• Mmax — максимальная (номиналь­ная) эффективная мощность;

• ωN. — угловая скорость коленча­того вала при максимальной мощно­сти;

• Mmax — максимальный крутящий момент;

• ωМ — угловая скорость коленча­того вала при максимальном крутя­щем моменте;

NM мощность при максималь­ном крутящем моменте;

• MN — крутящий момент при мак­симальной мощности;

• ωmin — минимальная устойчивая угловая скорость коленчато­го вала при полной подаче топлива; для бензиновых двигателей (ωmin = 80. 100 рад/с;

• ωmax — максимальная угловая скорость коленчатого вала при полной подаче топлива, соответствующая максимальной скорос­ти автомобиля при движении на высшей передаче; для бензино­вых двигателей без ограничителей угловой скорости коленчатого вала ютах = (1,05. l,l) ωN.

Из рис. 4.1 видно, что эффективная мощность и эффективный крутящий момент двигателя возрастают с увеличением угловой скорости коленчатого вала, достигают максимальных значений при соответствующих угловых скоростях ωN и ωM /, а затем уменьшают­ся с ростом ω е вследствие ухудшения наполнения цилиндров го­рючей смесью и увеличения трения. При этом возрастают дина­мические нагрузки, что приводит к ускоренному изнашиванию деталей двигателя. В условиях эксплуатации двигатель работает главным образом в интервале угловых скоростей от ωM до ωN.

Внешняя скоростная характерис­тика бензинового двигателя с огра­ничителем угловой скорости колен­чатого вала показана на рис. 2.2. Та­кие двигатели применяют на грузо­вых автомобилях и автобусах.

Рис. 4.2. Внешняя скоростная характеристика бензинового двигателя с ограничителем уг­ловой скорости коленчатого вала

Ограничитель угловой скорости автоматически уменьшает подачу горючей смеси в цилиндры двигате­ля и снижает угловую скорость коленчатого вала с целью повышения долговечности двигателя. Ог­раничитель вступает в действие на той части внешней скоростной характеристики, на которой мощность двигателя почти не возра­стает с увеличением угловой скорости коленчатого вала. Включе­ние ограничителя соответствует максимальной угловой скорости ωmax = (0,8. 0,9) ωN. Максимальной эффективной мощностью в этом случае является наибольшая мощность, которую может развить двигатель при отсутствии ограничителя, т.е. Nmax, соответствую­щая угловой скорости коленчатого вала ωN.

Внешняя скоростная характеристика дизеля представлена на рис. 4.3. Такие двигатели применяют на грузовых автомобилях, автобусах и легковых автомобилях.

У дизелей мощность не достигает максимального значения из-за неполного сгорания горючей (рабочей) смеси. Максимальной в этом случае считается мощность, которая соответствует моменту включения регулятора угловой скорости коленчатого вала, т. е. Nmax при угловой скорости ωN. Для дизелей максимальная угловая ско­рость коленчатого вала практически совпадает с угловой скорос­тью при максимальной мощности (ωmax = ωN).

Из рассмотренных внешних скоростных характеристик бензи­новых двигателей и дизеля следует, что максимальные значения эффективного крутящего момента Mmax и эффективной мощности Nmax получают при различных угловых скоростях коленчатого вала. При этом значения Мтах смещены влево относительно значений Nmax, что необходимо для устойчивой работы двигателя, или, иначе говоря, для его способности автоматически приспосабливаться к изменению нагрузки на колеса автомобиля.

Например, автомобиль двигался по горизонтальной дороге при максимальной мощности двигателя и начал преодолевать подъем. В этом случае сопротивление дороги возрастает, скорость автомо­биля и угловая скорость коленчатого вала уменьшаются, а крутя­щий момент двигателя увеличива­ется, обеспечивая возрастание тяго­вой силы на ведущих колесах авто­мобиля. Чем больше увеличение кру­тящего момента при уменьшении угловой скорости коленчатого вала, тем выше приспособляемость дви­гателя и меньше вероятность его ос­тановки. У бензиновых двигателей Увеличение (запас) крутящего мо­мента достигает 30 %, а у дизелей — 15%.

Рис. 4.3. Внешняя скоростная характеристика дизеля с ре­гулятором угловой скорости коленчатого вала

Скоростные характеристики дви­гателей определяют эксперимен­тально в процессе их испытаний на специальных стендах. При проведении испытаний с двигателя сни­мают часть элементов систем охлаждения, питания (вентилятор, радиатор, глушитель, компрессор, насос гидроусилителя и др.), без которых он может работать на стендах.

Мощность и крутящий момент, измеренные при испытаниях и приведенные к условиям, соответствующим давлению окружаю­щего воздуха 1 атм и температуре 15 °С, называют стендовыми. Их указывают в технических характеристиках, инструкциях, катало­гах, проспектах и т. п.

В действительности мощность и момент двигателя, установлен­ного на автомобиле, на 10. 20 % меньше, чем стендовые. Это свя­зано с размещением на двигателе элементов различных систем, которые демонтируют при испытаниях. Кроме того, давление и температура наружного воздуха при работе двигателя на автомо­биле отличаются от таковых при измерениях.

Читать еще:  Электро схема асинхронного двигателя

Реальную внешнюю скоростную характеристику двигателя мож­но получить только на основании экспериментальных данных после его создания. Если же такие данные отсутствуют, например при проектировании нового двигателя, то внешнюю скоростную ха­рактеристику можно рассчитать, используя известные соотноше­ния.

Для бензиновых двигателей:

Для четырехтактных дизелей:

Эффективный крутящий момент для бензиновых двигателей и дизелей определяется по формуле:

В указанных формулах мощность выражается в кВт, крутящий момент — в Н*м, угловая скорость — в рад/с.

История происхождения

История создания двигателя внутреннего сгорания началась более 300 лет назад, когда первый примитивный чертеж сделал Леонардо ДаВинчи. Именно его разработка положила основу созданию двигателю внутреннего сгорания, устройство которого можно наблюдать на любой дороге.

В 1861 году по чертежу ДаВинчи был сделан первый проект двухтактного мотора. Тогда еще не шла речь об установке силового агрегата на автомобильный проект, хотя паровыми ДВС уже активно пользовались на железной дороге.

Первым, кто разработал устройство автомобиля, и внедрим массово двигатели внутреннего сгорания — был легендарный Генри Форд, чьи автомобили до этого времени, пользуются огромной популярностью. Он же первый выпустил книгу «Двигатель: его устройство и схема работы».

Генри Форд был первым, кто начал вычислять такой полезный коэффициент, как КПД двигателя внутреннего сгорания. Этот легендарный человек считается прародителем автомобилестроения, а также части авиапромышленности.

В современном мире, нашлось широкое применение ДВС. Они оснащаются не только в автомобили, но авиация, а благодаря простоте конструкции и обслуживания устанавливается на многие виды транспортных средств и как электрогенераторы переменного тока.

Неисправности моторов Volkswagen CCZB

Современное поколение двигателей проходит детальное тестирование и учет всех критических нагрузок. В результате работа мотора исключает серийные поломки, оставляя место только физическому износу деталей. Силовая установка Volkswagen CCZB отвечает всем требованиям к надёжности, и основные неисправности возникают после выработки деталями своего ресурса. Для исключения таких ситуаций следует внимательно относиться к обслуживанию, не затягивая с диагностикой.

Наибольшие сложности могут возникнуть при неполадках газораспределительного механизма или гбц. При повышенном расходе масла возможно придётся заменить маслосъёмные колпачки, а разница в компрессии потребует детального изучения работы поршневой системы. Большинство операций сложны для самостоятельного выполнения, и проводить их своими руками не рекомендуется. В сервисном центре способны оказать всю необходимую помощь, и такие услуги будут выполнены профессионально.

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.

Читать еще:  Автомобиль как двигатель рекламы

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.

Испытание огнем: как создают российские двигатели

В помещении цеха точного литья АО «ОДК-Пермские моторы» журналистов просят взвесить в руках два блока турбинных лопаток – один от двигателя ПС-90А, другой от перспективной силовой установки ПД-14, которая создана для среднемагистрального лайнера МС-21. Разница ощутима: лопатки от нового двигателя примерно в 2–3 раза легче. Это простейший способ оценить тот огромный прогресс, которого добились пермские конструкторы и производственники.

Пермский прорыв

До недавнего времени нашим новейшим двигателем для гражданской авиации (если не считать проблемную российско-французскую силовую установку SaM 146 для «Суперджета») оставался тот самый ПС-90. Он и поныне производится и обслуживается на «Пермских моторах», но в коммерческой авиации уже практически не применяется: эксплуатационные показатели не соответствуют современным требованиям (двигатель получил сертификат в 1992-м). Его устанавливают на фактически штучно производимые среднемагистральники Ту-204/214, модифицированную версию Ил-76, дальнемагистральные Ил-96, входящие также в Специальный летный отряд, который обслуживает первых лиц государства. ПД-14 – это прыжок в элиту мирового двигателестроения. На МС-21 он будет предлагаться на выбор в паре с PW1400G, то есть его эксплуатационные параметры должны быть как минимум не хуже показателей изделия Pratt & Whitney – одного из четырех (наряду с GE, Safran и Rolls-Royce) грандов отрасли.

Новый российский двигатель создается в широкой кооперации предприятий из разных городов нашей страны, но его головным разработчиком стало входящее в Объединенную двигателестроительную корпорацию конструкторское бюро «ОДК-Авиадвигатель». Серийно ПД-14 будет производиться на «Пермских моторах», систему автоматического управления двигателем (САУ-14) создает еще одно пермское предприятие – «ОДК-СТАР». К настоящему моменту произведено полтора десятка двигателей ПД-14, и два из них проходят испытания на летающей лаборатории в подмосковном Жуковском. В первой половине следующего года ПД-14 будут установлены на МС-21 для продолжения испытаний.

Металл, керамика и воск

Чтобы приблизиться к техническому уровню силовых установок, выпускаемых ведущими мировыми производителями, пермским двигателестроителям пришлось освоить с нуля 16 критических промышленных технологий, связанных с новыми материалами и их обработкой. Выдающийся прогресс, как уже говорилось, был достигнут в производстве лопаток, работающих в «горячей» части двигателя. Это лопатки турбин, обдуваемых мощным потоком раскаленных газов, которые выходят из камеры сгорания. Чем выше температура в камере сгорания, тем лучше топливная эффективность двигателя, однако температуру можно повышать лишь до таких значений, которые смогут выдержать лопатки. Важное значение имеет и вес: чем легче лопатки, тем меньше мощности отбирается у реактивной струи на вращение турбины и тем меньше вес самой силовой установки. Легкая, супержаропрочная, с оптимальными газодинамическими характеристиками лопатка – это то, без чего современные эксплуатационные характеристики двигателя недостижимы.

Газодинамика лопатки рассчитывается математически, но для воплощения расчетов в металл требуется несколько сложных производственных технологий. Для турбины высокого давления в лопатках ПД-14 применяется сплав ВЖМ4 на основе никеля. Деталь создается с помощью технологии монокристаллического литья, то есть во время отливки формируется в течение нескольких часов в виде единого кристалла определенной направленности. Это достигается особым режимом охлаждения и так называемых затравок. Но, прежде чем начнется отливка, рождение лопатки проходит ряд предварительных стадий.

В одном из помещений цеха точного литья можно увидеть металлические короба, наполненные каким-то сыпучим материалом вроде крупного серого песка или мелкого щебня. Это материал для создания керамических стержней. Керамическое сырье на основе корунда расплавляется, а после прессуется в металлических формах. На выходе получается что-то ребристое, наподобие рыбьего скелетика. На ощупь деталь мягкая, гибкая. Но это до того момента, пока ее не прокалят в печи. Теперь стержень обрел конструктивную прочность и жесткость. На следующем этапе он оказывается внутри модели из темно-зеленого воска. Восковая модель точно соответствует форме будущей лопатки. Из воска же создаются элементы литниковой системы – горловина, каналы, которые объединяются с моделями нескольких лопаток в литейный блок.

Читать еще:  Двигатель глохнет и заводиться ока

Конструкция попадает в оранжевую руку робота: она окунает блок в суспензию, затем отправляет его на обсыпку электрокорундом, потом сушка, затем снова суспензия, снова обсыпка. В несколько слоев формируется внешняя оболочка. Ей предстоят еще серьезные испытания: пар под давлением вытапливает воск, затем следует обжиг в печи, в процессе которого выгорают остатки воска, испаряется влага, суспензия и электрокорунд окончательно затвердевают. И наконец литье. Лить металл в холодную керамику нельзя: расплав мгновенно застынет, и точной отливки не получится. К примеру, для изготовления лопаток турбины низкого давления в печи форма предварительно нагревается выше 1000 градусов и отправляется в вакуумную заливочную установку. Если лопатка изготавливается по технологии равноосной кристаллизации (застывание в виде множества кристаллов-зерен), заливка металла длится всего минуты полторы, однако монокристаллическая металлургия требует часов высокотемпературного воздействия на форму, поэтому к материалам, из которых она создается, предъявляются особые требования.

Технологии точного литья позволяют производить высокопрочные детали со сверхмалыми толщинами отдельных элементов, что требует лишь небольших объемов механической обработки. Одно из важнейших преимуществ современного точного литья – это возможность создавать большие машины с применением литых прецизионных деталей, прямо как в швейцарских часах. В таких конструкциях минимизируются нежелательные протечки газа, что опять же повышает эффективность двигателя.

Но что же с керамическими стержнями, о которых мы почти забыли? Они остаются внутри лопатки до тех пор, пока с помощью выщелачивания керамику не удалят из металлической детали, оставив вместо нее систему отверстий, полостей и каналов. При работе двигателя воздух, отбираемый из компрессора, будет продуваться сквозь полости лопаток, охлаждая их. Это, наряду со свойствами металла, еще один способ обеспечить жаропрочность и выносливость турбины. Керамическая роса

Керамическая роса

А третий способ – это нанесение покрытий. Цех жаропрочных покрытий работает с лопатками, которые уже прошли мехобработку. Кроме того, на них обычно нанесены предварительные покрытия из алюминия (алитирование), которые могут дополняться подслоями ВСДП-3 или ВСДП-16. В цеху стоят установки для создания финишного жаропрочного покрытия плазменным или электронно-лучевым методом. Теоретически оба метода применяются для решения одинаковых задач, однако плазменная технология «вбивания» жаропрочного порошка в металл создает на поверхности детали структуру, отдаленно напоминающую используемую в хозяйстве металлическую губку. Электронно-лучевая технология формирует своего рода регулярную сетку из столбикообразных кристаллов размером 100 мкм.

На фото ниже хорошо видно, как керамические стержни встроены внутрь восковых моделей будущих лопаток. Модель будет покрыта керамической внешней оболочкой, затем воск вытапливают и на его место заливают металлический сплав. На последнем этапе внутренний керамический стержень выщелачивают, а после него остаются полости и каналы для охлаждения.

На предприятиях ОДК в Перми делают не только авиадвигатели, но и наземные газотурбинные установки для электрогенерации и газоперекачивающих станций. Наземная ГТУ один раз включается и дальше работает долгие часы в стабильном режиме. Авиадвигатель запускается, переходит во взлетный режим, потом долго работает в крейсерском режиме, снижает обороты и наконец выключается после посадки. Все это приводит к частым циклам теплового расширения-сжатия, результатом чего становится усталость металла и разрушение покрытий. Так вот сетка кристаллов, создаваемых электронно-лучевым способом, «дышит» вместе с лопаткой, не разрушаясь, и именно эта технология принята для обработки лопаток высокого давления для авиадвигателей. Плазменной обработке подвергаются детали для ГТУ. Интересен принцип электронно-лучевого покрытия: здесь нет никакого «вбивания». Под воздействием потока электронов из электронно-лучевой пушки слитки диоксида циркония испаряются, а потом этот пар конденсируется на более холодных лопатках.

Все эти новшества, новые материалы и новые технологии, конечно же, стоят значительных денег. Если лопатка турбины ПС-90A весит в несколько раз больше аналогичной детали для ПД-14, то она и стоит в несколько раз дешевле. На разработку ПД-14 уже потрачено несколько десятков миллиардов рублей, на создание ПД-35 – тоже разрабатываемого в Перми перспективного двигателя для дальнемагистральных лайнеров – выделена сумма, эквивалентная 3 млрд долл. Остается надеяться, что деньги, потраченные на технологический прорыв на земле, однажды окупятся в воздухе.

Можно ли снять нагрузку?

Следует дать движку прогреться достаточным образом, в это же время перемещается планка, которая регулирует впрыск горючего и контролирует тормоз, показания мотора выводятся на максимальные значения оборотов коленвала при выбранном режиме скорости. Итоговый режим соответствует предельной мощности при конкретных оборотах. Через небольшой отрезок времени после регулировки оборотов стоит измерить следующее:

  • отработанные газы, масло, показания температуры воды;
  • силу тормоза и момента вращения;
  • показания оборотов коленвала;
  • время затрат выбранной дозы горючего.

После всего проделанного с помощью регулирования тормоза оставляют выбранную частоту оборотов, уменьшают впрыск горючего с помощью планки топливного шланга, переходят к дальнейшему этапу и делают необходимые измерения. За счёт последовательного снижения подачи горючего и при определённом количестве оборотов образуется некоторое количество точек нагрузки. Рассчитывают оптимальную нагрузочную характеристику.

Если статья оказалась полезной, напишите нам об этом.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector