Виды характеристик

Режим работы ДВС характеризуется частотой вращения коленчатого вала и развиваемой мощностью. Частота вращения пможет изменяться отn_minдо n_max. Минимальная частота вращенияn_minопределяется условием устойчивой работы двигателя под нагрузкой. Максимально допустимая частотаn_maxограничивается условием качественного протекания рабочего цикла, механическими нагрузками на элементы кривошипно-шатунного механизма двигателя от воздействия сил инерции и т. п. При любой частоте вращения эффективная мощность двигателя и соответствующий данному режиму крутящий момент могут изменяться от нулевого значения (режим холостого хода) до максимального.

Оценка работы двигателя на переменных режимах осуществляется с помощью характеристик, которые обычно графически выражают зависимость основных показателей двигателя от параметра, характеризующего режим работы двигателя (нагрузка, частота вращения коленчатого вала), или от какого-либо регулировочного параметра (угол опережения зажигания, коэффициент избытка воздуха и т.

п.).

Характеристики двигателя позволяют судить о возможности его использования для работы с данным потребителем. Специфические условия работы двигателя с различными потребителями определяют различные типы характеристик. Для анализа работы автотракторных двигателей внутреннего сгорания используются следующие характеристики: скоростная, нагрузочная, регуляторная и регулировочная.

Помимо этих основных характеристик для двигателей другого назначения могут использоваться специальные характеристики: тепловозная, винтовая и др.

Режимы работы автомобильного двигателя определяются условиями движения автотранспортного средства и характеризуются широким диапазоном изменения нагрузки и частоты вращения. Изменение скоростного режима работы двигателя обеспечивает необходимое изменение скорости движения автомобиля на данной передаче. На каждой скорости движения, при любой частоте вращения коленчатого вала двигателя, его нагрузка может изменяться от нуля до максимального значения.

На рис. 14.1 представлены характерные скоростные характеристики для эффективной мощности карбюраторного (а) и дизельного (б) двигателей.

а) б)

Рис.14.1

Возможные режимы работы двигателя, работающего в транспортных условиях, характеризуются точками, расположенными внутри контура, ограниченного кривой изменения мощности в зависимости от частоты вращения и линиями граничных частот вращения.

При проектировании двигателей некоторые характеристики могут быть получены в результате расчета (скоростные и нагрузочные), хотя и в этом случае многие параметры определяются по эмпирическим зависимостям, полученным на основании обработки большого числа опытных данных.

Скоростная характеристика — зависимость мощности N, крутящего момента M_кр, расхода топлива G_ти удельного расхода топлива g_eот частоты вращения коленчатого вала двигателя. Различают внешнюю и частичные скоростные характеристики.

Скоростную внешнюю характеристику получают при полном открытии дроссельной заслонки карбюратора или при положении рейки топливного насоса дизеля, соответствующем номинальной мощности (линии aна рис.14.1). Любая характеристика, полученная при неполном открытии регулирующего органа двигателя, называется частичной скоростной характеристикой (линииbна рис.14.1).

Внешняя скоростная характеристика позволяет определить максимальные мощностные показатели двигателя и оценить его экономичность при полных нагрузках. Характеристику получают в диапазоне от минимальной устойчивой частоты вращения до ~1.2n

ном, где n_ном— частота вращения, указанная заводом-изготовителем для номинальной мощности.

Для оценки устойчивости режима двигателя при работе по внешней характеристике используют коэффициент приспособляемости К, который равен отношению максимального крутящего момента (или среднего эффективного давления) при работе двигателя по внешней характеристике к крутящему моменту (или среднему эффективному давлению), соответствующему номинальной частоте вращения вала двигателя.

Для транспортных карбюраторных двигателей коэффициент приспособляемости равен 1.25 – 1.35, для транспортных дизелей 1.05-1.15, причем меньшие значения коэффициента приспособляемости имеют двигатели с наддувом.

Скоростной диапазон устойчивой работы двигателя оценивается скоростным коэффициентом K_c, равным отношению частоты вращения, соответствующей максимальному крутящему моменту при работе двигателя по внешней характеристике, к частоте вращения на номинальном режиме. Скоростной коэффициент у карбюраторных двигателей составляет 0.45 – 0.55, а у дизелей 0,55 – 0,70 (при наддуве до 0.8).

С достаточной степенью точности внешние скоростные характеристики можно построить по результатам теплового расчета для режима максимальной мощности двигателя. Диапазон возможных изменений скорости вращения лежит в интервале от 600 об/мин до 1.2n_номдля карбюраторных двигателей и от ~350 об/мин до n_ном для дизелей.

Зависимость мощности двигателя от скорости его вращения можно выразить следующим обобщенным выражением

Для карбюраторных двигателей приведенное выражение упрощается и приобретает вид

Для дизелей с неразделенной камерой сгорания рекомендуется зависимость

для предкамерных дизелей

и вихрекамерных

Удельный эффективный расход топлива определяется по следующим уравнениям:

для карбюраторных двигателей

для дизелей с неразделенными камерами

На рис. 14.2 в качестве примера представлены расчетные внешние скоростные характеристики одного из карбюраторных двигателей.

Двигатели внутреннего сгорания часто работают при переменной частоте вращения коленчатого вала, но при постоянном положении органа управления, соответствующем меньшей подаче топлива или смеси, чем при работе по внешней характеристике. Зависимость эффективной мощности двигателя от частоты вращения его вала при различных положениях органа управления подачей топлива или смеси называют частичными скоростными характеристиками.

При работе по частичной скоростной характеристике с цикловой подачей топлива, близкой к номинальной и соответствующей наиболее

экономичной работе дизеля, эффективный КПД может быть даже выше, чем при работе по внешней скоростной характеристике.

Рис.14.2

В карбюраторных двигателях с экономайзером в карбюраторе при работе по частичным характеристикам, соответствующим прикрытию дроссельной заслонки на 20-30%, эффективный КПД выше, чем при работе двигателя по внешней характеристике.

Расчеты частичных скоростных характеристик являются приближенными, поэтому определяют эти характеристики путем эксперимента.

Общие сведения о двигателях. Общее устройство современного мотора.

Как известно, движущей силой большинства автомобилей является двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Устройство его достаточно сложно даже для профессионала, не говоря уже о новичках. Но, покупая машину, всегда приходится обращать внимание на характеристики двигателя. Зачастую люди попросту теряются, не зная, какой автомобиль или какую его версию выбрать. Данная статья поможет вам освоиться в такой сложной технической сфере, как двигатели внутреннего сгорания.

Прежде всего, поговорим о технических характеристиках двигателей.

Основными внешними характеристиками являются: Количество цилиндров

В современных автомобилях варьируется от 2 до 16. Этот показатель является достаточно серьезным. Так, два двигателя с одинаковым объемом и мощностью, могут сильно различаться по другим параметрам.

Расположение цилиндров

Различают два типа расположения: рядное, когда все цилиндры расположены последовательно друг за другом, и V-образное, когда на одном коленвале цилиндры расположены с обоих сторон. В этом случае большую роль играет угол развала цилиндров.

Так, большой угол развала понижает центр тяжести, облегчает охлаждение и маслоподачу, но в то же время снижает динамические характеристики и увеличивает инерционность, малый угол позволяет достичь уменьшения веса и инерционности, но способствует более быстрому перегреву.

Радикальной разновидностью такого двигателя является оппозитный двигатель с углом развала в 180°. В этом случае все его преимущества и недостатки выражаются в своем максимальном проявлении. Еще одна разновидность V-образного двигателя – W-образный. Он представляет из себя два V-образных двигателя, синхронизированных и включенных в общую систему привода. V-образные двигатели также называют двурядными, а W-образные – четырехрядными.

Существует также уникальный тип двигателя – рядно-V-образный, являющийся синтезом этих двух разновидностей. В этом случае цилиндры расположены последовательно, но с отклонением по обе стороны, что способствует лучшему охлаждению.

В целом же можно заметить, что различие между двумя основными типами двигателей заключается в их массе и габаритах. Но наиболее важным является то, что наименьший уровень шума и вибраций достигается только тогда, когда в нем в одном ряду расположено четное количество цилиндров.

Объем камер сгорания

Зачастую в литературе встречается выражение «объем двигателя», аналогичное данному. Объем напрямую влияет абсолютно на все остальные характеристики ДВС. Следует заметить, что в большинстве случаев увеличение объема ведет к увеличению как расхода топлива, так и мощностных характеристик. Уменьшение же объема – наоборот.

Материал двигателя

Современные двигатели в основном изготовлены из трех типов материалов – чугун или другие ферросплавы дает наибольшую прочность, но является наиболее тяжелым. Алюминий и его сплавы – малый вес и средняя прочность. Магниевые сплавы – наименьший вес и высокая прочность, однако цена просто огромна.

Однако, эти характеристики, по сути, отражают лишь ресурсные и шумовибрационные качества двигателей.

Для владельцев авто обычно более важными являются выходные характеристики:

Стандарты производительности нового источника для стационарных двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия

На этой странице:

• Сводка правил
• История правил
• Дополнительные ресурсы
• Соответствие

Сводка правил

В стационарных двигателях используются поршни, которые попеременно двигаются вперед и назад для преобразования давления во вращательное движение. Они используются в самых разных областях, от производства электроэнергии до питания насосов и компрессоров на электростанциях и производственных предприятиях. Они также используются в случае чрезвычайной ситуации, такой как пожар или наводнение.

Двигатель с воспламенением от сжатия (CI) или дизельный двигатель — это тип двигателя, в котором топливо, впрыскиваемое в камеру сгорания, воспламеняется за счет тепла, возникающего в результате сжатия газов внутри цилиндра.

Основные загрязняющие вещества, которые EPA регулирует из этих источников, включают оксид азота (NOx), твердые частицы (PM), диоксид серы (SO ₂ ), окись углерода (CO) и углеводороды (HC).

Стандарты характеристик нового источника (NSPS) для стационарных двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия изложены в Своде федеральных правил в соответствии с 40 CFR Part 60 Subpart IIII.

История правил

Ниже приводится хронология регуляторных действий, которые сформировали действующие правила:

• 10 августа 2022 г.
  • Окончательное правило
• 13 ноября 2019 г.
  • Окончательное правило

• 5 июля 2019 г.
  • Прямое окончательное правило (отзыв подписан 9 сентября 2019 г.)
  • Параллельное предложение

• 7 июля 2016 г.
  • Окончательное правило

• 6 ноября 2015 г.
  • Предлагаемое правило

• 15 августа 2014 г.
  • Уведомление об окончательном решении о пересмотре

• 5 сентября 2013 г.
  • Уведомление о пересмотре

• 30 января 2013 г.
  • Окончательные поправки

• 3 октября 2012 г.
  • Повторное открытие периода комментариев

• 21 июня 2012 г.
  • Уведомление о проведении публичных слушаний и продление периода комментариев

• 7 июня 2012 г.
  • Предлагаемое правило

• 28.06.2011 — окончательные изменения в НСПС на двигатели внутреннего сгорания КИ
  • Окончательное правило — 28 июня 2011 г.
  • Предлагаемое правило — 8 июня 2010 г.
    • Продление периода общественного обсуждения – 6 августа 2010 г.

• 11 июля 2006 г. — NSPS для двигателей внутреннего сгорания CI
  • Окончательное правило – 11 июля 2006 г.
  • Предлагаемое правило – 11 июля 2005 г.

Дополнительные ресурсы

• Технические документы
• Информационные бюллетени
• Инструменты реализации
• Доклад Конгрессу – Удаленные районы Аляски: доступные и надежные варианты удовлетворения энергетических потребностей и сокращения выбросов

Соответствие

• Сводные таблицы соответствия

Типы двигателей и их характеристики

Несмотря на недавний всплеск популярности электромобилей, подавляющее большинство автомобилей на дорогах по-прежнему полагаются на проверенную смесь воздуха, огня, топлива и сжатия для придания мощности автомобилю. . Каким бы простым это ни казалось, способ объединения этих четырех элементов может сильно различаться в зависимости от типа двигателя. Помимо количества цилиндров и типа впуска (с наддувом, с турбонаддувом или нет), двигатели могут различаться по расположению цилиндров.

За некоторыми исключениями, существует три различных способа компоновки двигателя: рядный, плоский и V-образный. Чтобы помочь вам лучше познакомиться с тем, что находится под капотом вашего автомобиля, в этой статье будут подробно описаны различия между каждой из этих различных конфигураций двигателя. Прежде чем мы это сделаем, давайте пройдем ускоренный курс о том, как работают двигатели, чтобы вы могли начать: добро пожаловать в Engines 101!

Как работает двигатель?

Первое, что нужно понять о двигателях, — это их назначение: генерировать мощность, которая затем передается на колеса автомобиля. Они делают это, создавая тысячи мини-взрывов в минуту. Эти мини-взрывы приводят в движение поршень, прикрепленный к коленчатому валу (мы поговорим о недолговечном роторном двигателе немного позже, который работает по-другому). Затем коленчатый вал вращается, что создает вращательное усилие. Затем через серию передач в вашей трансмиссии эта сила передается на колеса автомобиля.

Эти взрывы происходят внутри так называемой камеры сгорания, которая представляет собой область между верхней частью поршня и головкой блока цилиндров. В этой области вы найдете три основных компонента горения: воздух, топливо и искру (в дизельных двигателях искра не используется, но мы оставим это для другой статьи). Четвертая важная часть процесса сгорания — это сжатие, которое происходит от движения поршня вверх и вниз, или, как мы вскоре узнаем, движения из стороны в сторону. Воздух подается через систему впуска, топливо через форсунки (по крайней мере, в современных автомобилях), а искра идет от свечи зажигания. Все эти вещи собираются вместе, взрываются и толкают поршень в направлении, которое будет вращать коленчатый вал.

Теперь, когда у нас есть двигатели 101, давайте перейдем к различным конфигурациям двигателей.

Какие существуют различные конфигурации двигателей?

Существует три основных конфигурации двигателя, а затем ряд исключений, о которых мы кратко упомянем после того, как разберем самые популярные. Эти три наиболее распространенные конфигурации двигателя: рядный, V-образный и плоский. Эти термины относятся к ориентации цилиндров (гильз, внутри которых движется поршень) по отношению к гипотетической трехмерной плоскости, которая существует в моторном отсеке.

Двигатели типа V

Блок двигателя Chevrolet LS V8 (изображение предоставлено: horsepower-research.com) цилиндры: цилиндры расположены по схеме, напоминающей букву «V». Двигатели V-образного типа всегда будут иметь четное количество цилиндров, причем половина цилиндров будет занимать каждую сторону V (по крайней мере, я не знаю никаких исключений из этого правила навскидку). Например, двигатель V8 будет иметь 4 цилиндра с одной стороны V и еще 4 напротив них с другой стороны V. Угол в нижней части V чаще всего равен 90°, хотя есть некоторые исключения. В этом большом семействе двигателей V-образного типа может быть довольно много вариаций в отношении того, как работает двигатель (например, толкатель против двойного верхнего распредвала или V6 против V8), но все двигатели V-образного типа будут структурированы в соответствии с общие принципы, которые мы изложили выше.

В качестве примера хорошо известной линейки двигателей V-стиля я укажу вам на линейку двигателей V8 Chevrolet LS. Серия двигателей LS является одной из самых известных групп двигателей благодаря своей высокой надежности, а также способности быть достаточно мощными в гоночных приложениях. Они просты и эффективны и хорошо представляют двигатели V-стиля.

Рядные двигатели

Это блок двигателя BMW S55 I6, который используется в поколении F8x моделей M3, M4 и M2C (изображение предоставлено bmwblog.com). двигатели будут иметь все цилиндры, выровненные в ряд. Рядные двигатели обычно встречаются либо в четырех-, либо в шестицилиндровых вариантах, поскольку восьмицилиндровый рядный двигатель был бы очень длинным и его было бы трудно эффективно разместить в моторных отсеках большинства автомобилей. Рядные двигатели известны тем, что они более плавные и совершенные, чем другие типы двигателей, а присущий рядной шестерке механический и физический баланс трудно сопоставить с другими типами двигателей.

Известный пример известных рядных двигателей можно увидеть в двигателях BMW серий N и S, включая S54, N54, N55 и S55. BMW производит I6 дольше, чем я живу, и они заработали репутацию лучших рядных шестерок в бизнесе на протяжении многих лет, и до сих пор по сей день. Их I6 гладкие и изысканные, и известны тем, что издают довольно запоминающийся звук при откупорке выхлопной системы вторичного рынка. Еще одним ярким примером фантастических рядных двигателей является серия двигателей Toyota 2J, наиболее известная из которых используется в MKIV Toyota Supra. 2JZ GTE, специально установленный в Supra Turbo, известен тем, что его можно модифицировать без особой работы с внутренними частями двигателя.

Плоские двигатели

Плоский двигатель Subaru 4 (изображение предоставлено subaru. com)

Плоские или оппозитные двигатели — это последний тип двигателей, который мы подробно обсудим, и они также наименее распространены. из всех типов двигателей, которые мы рассмотрели до сих пор. Плоские двигатели устроены таким образом, что цилиндры ориентированы горизонтально, поэтому при стрельбе они противостоят друг другу, как бы боксируя друг друга (отсюда и прозвище боксер). Простой способ визуализировать плоский двигатель — представить его как двигатель V-образного типа с углом 180 ° в нижней части V, что делает его плоским.

Плоские двигатели чаще всего используются в автомобилях Porsche, поскольку с 1960-х годов они используют исключительно оппозитные 6 двигателей в своих знаменитых 911. У Porsche были плоские двигатели с различными рабочими объемами, состояниями впуска и количеством цилиндров, но они придерживались своей теперь уже давно почитаемой конфигурации дольше, чем, возможно, любой другой производитель оставался эксклюзивным для одной компоновки двигателя. Еще один известный пример плоской конфигурации двигателя можно найти в Subaru WRX STi, в котором используется Flat 4. 

Другие типы двигателей

Три типа двигателей, перечисленных выше, используются в 90 % автомобилей. Однако есть и другие типы двигателей, составляющие последние 10%, и некоторые из них довольно интересны.

Двигатели VR Style

Здесь показан блок VW VR6, который приводил в действие несколько автомобилей VW в 90-х и 2000-х годах.

Если бы можно было объединить двигатели Inline и V-style, результатом был бы двигатель VR. Двигатель VR не имеет угла, поскольку все цилиндры имеют одну и ту же головку, однако они смещены, а не встроены. Если вы возьмете движок в стиле V и закроете его, как если бы это была открытая книга, результатом будет движок в стиле VR.

Двигатели VR почти исключительно используются в VW по причинам, которые может объяснить только VW. Тем не менее, их использование в VW стало чем-то вроде культа, поскольку их знаменитый VR6 звучит довольно хорошо и в свое время был мощной силовой установкой.

Двигатели W Style

Блок Volkswagen W12 от Bentley (фото предоставлено eBay)

В бесконечном стремлении VW связать каждую букву алфавита с конфигурацией двигателя они придумали стиль W двигатель. Двигатель типа W, который производился только в 12-цилиндровых вариантах от Volkswagen, фактически представляет собой два двигателя VR6, соединенных в 9.Угол 0 °, как у двигателя V-образного типа. Это означает, что у вас есть два ряда по 6 цилиндров со смещением в конфигурации VR.

W12 использовался в роскошных седанах и внедорожниках и может быть найден в таких моделях, как Audi A8 W12, а также Volkswagen Phaeton W12. Я считаю, что W12 не стоил ничего, кроме нескольких лошадиных сил и классного значка W12, но некоторые утверждают, что они более плавные и лучше подходят для роскошного седана, чем альтернатива V8.

Роторные двигатели

Если вы заинтересованы в автомобиле, который проработает в гараже больше часов, чем пройдено миль, то роторный двигатель для вас! Роторный двигатель полностью отличается от других двигателей, которые мы обсуждали, поскольку в нем нет ни поршней, ни цилиндров. Вместо этого есть большой ротор в форме Дорито, который вращается внутри корпуса и создает энергию, используя это вращение. Роторные двигатели довольно сложны, по крайней мере, для людей, которые гораздо лучше знакомы с поршневыми двигателями, поэтому, если вы хотите узнать больше о роторных двигателях, я направлю вас на YouTube-канал «Технические объяснения», который даст гораздо лучшее объяснение, чем я. способен.

Роторный двигатель широко использовался Mazda в модели RX7 90-х годов, которая завоевала такую ​​же преданность, как и знаменитая Toyota Supra. Эта эпоха тюнингованных автомобилей прославилась благодаря фильмам «Форсаж», но невероятные двигатели, используемые в этих автомобилях, такие как 2JZ и роторный двигатель, несомненно, также имеют какое-то отношение к этой славе.

Заключительные мысли

Как видите, автопроизводители любят пробовать множество разных методов, чтобы выполнить одну и ту же работу: смешать воздух, топливо и огонь, чтобы произвести взрыв и привести машину в движение.