Какие бывают технические характеристики двигателя (полный список)?

Технические характеристики двигателя — это набор, как правило, выходных данных по тем или иным критериям. Самые важные из которых — мощность, количество цилиндров и некоторые другие. Всего таких характеристик можно насчитать тысячи. Просто представьте, что ведь и обычную ветку можно охарактеризовать с точки зрения сотен данных: начиная с обычных габаритов, плотности и веса, до её упругости, крепости и тому подобного. А теперь представьте мотор, который состоит из тысяч деталей и компонентов, каждый из которых можно как-то охарактеризовать.

Поэтому в статье мы рассмотрим все технические характеристики двигателя, которые представляют для обычного водителя какую-либо ценность. А если мы что-то забудем, пожалуйста, укажите нам это в комментариях.

Хотя статья написана для новичков, автор предполагает, что Вы уже знаете, как работает двигатель внутреннего сгорания. Если нет, то мы рекомендуем ознакомиться сначала с соответствующей статьёй.

А мы, пожалуй, начнём и сгруппируем все характеристики мотора по их типам, а рассортируем их по степени важности от самых важных к менее важным.

Конструктивные характеристики двигателя

Тип питания мотора внутреннего сгорания. В основном, он бывает бензиновым или дизельным — именно это существенно отличает конструкцию любого двигателя. Как, правило, бензиновые двигатели обычно потребляют больше топлива на километр пути, чем дизельные, выдают максимальную мощность на более высоких оборотах, но имеют меньший крутящий момент. Бензиновые моторы чаще устанавливают на легковые авто, а дизельные — на грузовые, где требуется тяговитость.

Количество цилиндров косвенно влияет на мощность и стабильность работы двигателя. На большинстве легковых седанов 4-хцилиндровые двигатели. Чаще всего число цилиндров чётное, но бывают и исключения. Кроме 4-хцилиндровых также распространены 6-, 8-, 10- и 12-цилиндровые двигатели. Последние три типа обычно ставятся на спортивные авто.

Способ расположения цилиндров бывает рядный, когда все цилиндры расположены по одной проекции линии, V-образным, когда цилиндры, поочерёдно располагаясь друг напротив друга, образуют букву «V» и оппозитным — когда цилиндры расположены друг напротив друга.

Обычно рядные двигатели — это 4-х- и 6-цилиндровые, V-образными бывают моторы, начиная от 6 цилиндров.

Рабочий объём двигателя напрямую и главным образом влияет на его мощность — чем рабочий объём больше, тем больше и мощность. Рабочий объём — это тот максимальный объём пространства в камере сгорания, который образуется, когда поршень находится в нижней точке. Значения такой характеристики, как объём мотора, сильно разнятся от автомобиля к автомобилю, составляя от 0,8 литра до 6 литров и более.

Количество клапанов на цилиндр может исчисляться от 2 до 5. Чем более спортивный и мощный двигатель, тем больше клапанов. Двухклапанные двигатели устарели.

Диаметр цилиндра и ход поршня прямо определяют рабочий объём цилиндра. Большой диаметр цилиндра и меньший ход поршня дают высокие обороты и меньшую тяговитость мотора, а такие двигатели, таким образом, устанавливаются чаще на спортивные и гоночные автомобили. Больший ход поршня и меньший диаметр цилиндра при том же рабочем объёме дадут запас тяговитости, меньшее число оборотов при максимальной мощности и бóльшую степень сжатия.

Тип охлаждения бывает воздушный и водяной. Двигатель каждого типа очень легко отличить: мотор с воздушным охлаждением рифлёный для лучшего потока воздуха, а с водяным — нет, каналы для циркуляции воды в таком двигателе проходят внутри него.

Наличие турбины. Существуют 3 основных вида двигателя по этой характеристике:

  • атмосферные двигатели, у которых воздух поступает в цилиндры всасыванием;
  • двигатели с турбокомпрессором — здесь воздух в цилиндры нагнетается компрессором, приводимым в движение от электромотора или самого двигателя;
  • двигатели с турбонаддувом — в таких двигателях воздух нагнетается за счёт давления, создаваемого выхлопными газами.

Тип питания двигателя различают на питание карбюратором, впрыском топлива через форсунки или наличием топливного насоса высокого давления. Различия у этих систем колоссальны. Карбюраторные двигатели не так давно устарели, так как нерационально расходовали топливо; питанием многоточечным впрыском снабжены сегодня почти все автомобили на бензине, а ТНВД используют дизельные моторы.

Материал изготовления корпуса двигателя. Корпус чаще всего изготавливают из чугуна, сплавов алюминия или сплавов магния. Первый вариант распространён, в основном в дизельных и старых двигателях, второй — в современных моторах легковых машин, а последний из-за своей дороговизны, соответственно, в дорогих спортивных автомобилях.

Выходные характеристики двигателя

Мощность двигателя — это, пожалуй, самая важная и обсуждаемая характеристика, на которую смотрят при покупке автомобиля чаще всего в первую очередь. Мощность измеряется в лошадиных силах и зависит практически от всех других характеристик моторов. Для легковых неспортивных автомобилей оптимальная мощность, которой хватит для повседневной езды может составлять от 80 до 130 лошадиных сил. Но заряженные машины могут иметь под свои капотом до 800 и более «лошадей».

Однако, профессионалы говорят, что мощность продаёт машину, а вот гонки выигрывает не мощность, а крутящий момент. Это в определённой степени правда. Крутящий момент — это мгновенная сила именно кручения, которую даёт двигатель. Крутящий момент прямо пропорционален мощности, и обычно его значение (измеряется он в Ньютон×метрах) больше значения мощности в лошадиных силах. Причём, если у бензиновых моторов момент больше примерно в 1,2-1,5 раза, то у дизельных — до соответствующего значения в 3 раза. Именно поэтому дизели считаются более тяговитыми.

Максимальное число оборотов коленчатого вала двигателя — это число оборотов в минуту, больше которого «мозг» автомобиля не даст раскрутить двигатель и которое не приведёт к его поломке. Опять же, максимальное число оборотов отличается у дизелей и бензиновых моторов — у первых оно существенно меньше.

Компрессия и степень сжатия — очень похожие характеристики, хотя физики будут гневно критиковать такое утверждение. Обе характеристики означают давление внутри камеры сгорания цилиндра при сжатии топливо-воздушной смеси.

Расход топлива измеряется в литрах на 100 километров и также является важным показателем при выборе авто. Дизельные двигатели расходуют примерно в два раза меньше топлива, нежели бензиновые (за счёт меньшего числа оборотов). Наличие турбины также даёт существенную экономию. Но главным образом, на значение расхода топлива влияет, конечно же, рабочий объём двигателя, число оборотов мотора при его эксплуатации и в целом манера езды.

Двигатель: описание,виды,устройство,работа,фото,видео. | АВТОМАШИНЫ

Двигатель является главной системой в любом транспортном средстве. Этот компонент автомобиля можно сравнивать с сердцем человека, то есть, человек умрет без сердца – так же и автомобиль без двигателя. Двигательная система отвечает за преобразование топливной энергии в механическую энергию, которая впоследствии выполняет полезную работу. Сегодня в качестве энергии может выступать энергия сгорания топлива, электрическая энергия и т.д. Источник энергии всегда находится в автомобили. Он должен пополняться через определенный промежуток времени, чтобы автомобиль мог в итоге передвигаться. Так, механическая энергия передается на ведущие колеса от двигателя. Эта передача обычно осуществляется при помощи трансмиссии.

Содержание статьи

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.

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ:

  • КАК ПРОИЗВОДЯТ АВТОМОБИЛИ В ГЕРМАНИИ — немецкие авто видео.
  • Volkswagen c coupe gte: обзор,описание,фото,видео,комплектация.
  • Mercedes-Benz Concept седан — видео трейлер
  • Бмв е39: обзор,описание,фото,видео,комплектация,характеристики
  • Опель Зафира: обзор,описание,фото,видео,комплектация.
  • Какую сигнализацию лучше поставить на автомобиль с автозапуском.
  • Новый Audi Q2 2016-2017 описание технические характеристики фото видео
  • Как выбрать самый экономичный кроссовер по расходу топлива?
  • Volkswagen Amarok 2017 года фото видео обзор описание комплектация.
  • Фольксваген Туарег 2020 года c новым интерфейсом App-Connect и тремя дополнительными USB-разъемыми
  • Обзор Toyota RAV4 2019
  • Хендай Солярис 2020 года в новом кузове
  • Лада Веста СВ Кросс 2020 — модельного года прошедшая рестайлинг
  • Volkswagen Transporter T3: обзор салон,двигатели,ходовая,цена,фото
  • Камаз 5490: обзор,описание,характеристики,двигатель,фото
  • Какие виды автомобильных сигналов существуют?
  • Автомобильные аккумуляторы марки Topla: особенности, плюсы применения, серии
  • Сайлентблоки передних рычагов: выгодно купить с гарантией и бесплатной доставкой в интернет-магазине EXIST.UA
  • Фольксваген поло 2019: комплектации,цена,характеристики,кузов
  • Опель Инсигния 2019 года: комплектации,фото,характеристики,дизайн
  • Интересные модели автомобилей от мерседес

Главные величины двигателей авто: характеристики мотора

Двигатель внутреннего сгорания находится почти во всех автомобилях. Он устроен непросто. Поэтому обычному водителю в нем не разобраться сразу. Но когда вы покупаете автомобиль, говорят всегда о двигателе и его параметрах и свойствах. Давайте посмотрим технические характеристики двигателя и постараемся ответить на несколько основных вопросов.

  1. Сколько цилиндров имеет двигатель? Сегодня в машинах можно встретить от двух до шестнадцати цилиндров. Так, если взять два двигателя с одинаковыми объемами и мощностью, они будут разными в других сферах.
  2. Где находятся цилиндры? Расположены они последовательно, а могут и двухрядно.
  3. Каковы объемные характеристики двигателя? Объем двигателя очень важен, потому что он действует на остальные свойства двигателя внутреннего сгорания. Обычно если увеличивать объем двигателя, то увеличивается его мощность, а соответственно и расход топлива становится больше.
  4. Из чего сделан двигатель? Обычно он бывает из чугуна, который дает прочность двигателю, но весит немало.

Еще есть из алюминия. Вес у него небольшой и по прочности у него средние параметры. Еще есть из магния, которые по весу самые маленькие, А прочность очень хорошая, но стоит такой двигатель дорого.

Но это далеко не самые главные характеристики. На самом деле, мало кто из автовладельцев вообще задумывался о том, из какого материала произведён двигатель в их транспортном средстве. Более важными характеристиками являются следующие моменты:

  • мощность двигателя. Она влияет на скорость и время разгона машины. Измеряется в лошадиных силах или ваттах;
  • крутящий момент. В двигателе нагнетается максимальное тяговое усилие. На скорость сильно не влияет, на ускорение на низких оборотах оказывает сильное влияние;
  • обороты в коленчатом валу. Чем больше эти обороты, тем резче динамика.

Расходные характеристики:

  • расход бензина;
  • какой марки топливо потребуется использовать;
  • как расходуется масло;
  • мало какого производителя рекомендует создатель авто.

Это важные основные свойства. Однако есть еще даже более сложные моменты:

  • какой тип топлива в вашей машине. Двигатели бывают дизельные и бензиновые;
  • система, которая впускает бензин. Сегодня в машинах впрыск происходит автоматически. А в старых карбюраторных машинах карбюраторная система впрыска;
  • важен и компрессор. Атмосферные двигатели не имеют компрессора. А те, у которых он есть, называются компрессионные. Также еще есть турбонаддувные модели, являющиеся самыми новыми. Некоторые устанавливают сразу несколько компрессоров. Из-за этого улучшается стабильность в работе;
  • в двигателе количество распределительных валов меняется по одному на каждые восемь клапанов.

Как же распределяется газ? Ответ очевиден: это или статический механизм, или динамический. Если менять высоту подъема клапанов, то удобно будет переключаться с одной скорости на другую.

Характеристика судовых двигателей

Страница 1 из 2

Характеристика судовых двигателей

Главные судовые двигатели, приводящие во вращение гребные винты (либо непосредственно, либо через промежуточную передачу — зубчатую, гидравлическую или электрическую), работают с переменным числом обо­ротов. Каждой скорости хода судна соответствует определенная мощность и число оборотов гребного винта, а следовательно, мощность и число обо­ротов вала двигателя.

Вспомогательные судовые двигатели, приводящие в действие электри­ческие генераторы судовой электростанции, работают с постоянным числом оборотов вала при всех переменных нагрузках.

Режимом работы двигателя называются условия, характеризующиеся совокупностью основных показателей работы двигателя. Для оценки пока­зателей двигателей при различных режимах их работы применяются так называемые характеристики двигателей, которые устанавливают зависимость между основными параметрами двигателей и факторами, влияющими на их работу. Различают скоростные и нагрузочные характеристики двига­телей. Если за независимое переменное принято число оборотов вала дви­гателя, то зависимость мощности, удельного расхода топлива и других параметров от числа оборотов вала двигателя называется скоростной харак­теристикой. Если же независимой переменной будет нагрузка двигателя, то зависимость мощности, удельного расхода топлива и других параметров от нагрузки двигателя называется нагрузочной характеристикой.

К скоростным характеристикам относятся: внешняя характеристика максимальных мощностей, внешняя характеристика эксплуатационных мощ­ностей, внешняя характеристика при максимальном значении крутящего момента и винтовая характеристика. Все эти характеристики, кроме вин­товой, являются собственно характеристиками двигателя, которые опреде­ляют все показатели его работы (мощность, удельный расход топлива и па­раметры цикла), как независимой от потребителя энергии (тепловая ма­шина).

Винтовая же характеристика — зависимость мощности, развиваемой двигателем и числом оборотов вала его, определяется особенностью потреб­ления энергии гребным винтом.

Внешней характеристикой двигателя называется зависимость мощно­сти от числа оборотов коленчатого вала его при данном неизменном положе­нии органа управления подачей топлива в цилиндры.

Внешние характеристики двигателей снимаются при стендовых испыта­ниях, когда при всех скоростных режимах работы двигателя (т. е. при раз­личных числах оборотов вала) орган управления подачей топлива в цилиндры остается в неизменном положении. Если орган управления подачей топлива находится в положении максимальной подачи топлива, то замеренная зави­симость между мощностью и числом оборотов вала двигателя будет являться внешней характеристикой двигателя максимальных мощностей. При уста­новке органа управления подачей топлива в положение, соответствующее подаче топлива в цилиндры двигателя при номинальной мощности или при долевых нагрузках, снятая зависимость мощности и числа оборотов для каждого режима нагрузки будет являться внешней характеристикой экс­плуатационных мощностей — номинальной и долевых мощностей.

При работе двигателя непосредственно на гребной винт мощность, по­требляемая гребным винтом, зависит от скорости хода судна, от сопротив­ления корпуса судна, от глубины фарватера, от скорости и направления воды и ветра. При неизменяющихся водоизмещении судна и условиях плавания его можно принять, что мощность, потребляемая гребным винтом, пропорциональна кубу его числа оборотов:

Изменение крутящего момента и среднего эффективного давления при работе двигателя на гребной винт пропорционально квадрату числа оборотов (следует из зависимости Nе = сn3):

Зависимость между мощностью и числом оборотов вала двигателя при работе его на гребной винт называется винтовой характеристикой. Харак­теристика, выражающая зависимость мощности двигателя пропорционально кубу числа оборотов вала его, снимаемая при стендовых испытаниях, назы­вается стендовой винтовой характеристикой двигателя.

На рис. 162 приведены кривые: 1 — внешняя характеристика макси­мальной мощности двигателя; 2 — внешняя характеристика номинальной мощности; 3 и 4 — то же, долевых нагрузок и 5 — винтовая характеристика. По оси абс­цисс отложены значения отношения числа оборотов вала на данном режиме пэкс к чис­лу оборотов вала на номинальном режиме ра­боты двигателя nном, а по оси ординат — зна­чения отношения мощности данного режима работы двигателя Nэкc к номинальной мощ­ности двигателя Nном.

На рис. 163 показано изменение мощности и параметров рабочего цикла четырехтактного дизеля с газотурбинным наддувом при работе его по внешней характеристике.

Как следует из приведенных результатов испытаний, мощность дизеля почти прямоли­нейно изменяется в зависимости от числа обо­ротов вала.

Среднее индикаторное давление несколько снижается при увеличении оборотов вала вследствие уменьшения цикловой подачи топлива gц. По этой причине коэффициент избытка воздуха ? и суммарный коэффициент избытка воздуха ?? повышается с увеличением числа оборотов вала. При этом механический к. п. д. падает, так как механические потери возрастают. Вследствие этого удельный эффективный расход топлива не остается по­стоянным. Удельный индикаторный расход топлива при увеличении числа оборотов вала снижается, что объясняется возрастанием коэффициента из­бытка воздуха. Максимальное давление цикла pz незначительно снижается по причине уменьшения угла опережения подачи топлива по времени, а сред­няя температура за цикл tц возрастает и повышается температура газов пе­ред турбиной tг.к. При увеличении оборотов вала возрастают: число обо­ротов вала турбонагнетателя пт.к, давление рк и температура наддувочного воздуха tк давление рт.к и температура газов tт.к перед турбиной и за турбиной t0?.

Нагрузочная характеристика устанавливает зависимость различных показателей работы двигателя от нагрузки его при постоянном числе обо­ротов вала. Из выражения Ne = c1pen следует, что при работе двигателя по нагрузочной характеристике (п = const) мощность его изменяется только за счет изменения среднего эффективного давления и среднего индикаторного давления. При этом изменение среднего индикаторного и среднего эффектив­ного давлений происходит пропорционально изменению нагрузки двигателя.

Если по оси абсцисс отложить изменение нагрузки двигателя (рис. 164), а по оси ординат — значения различных показателей работы двигателя, то прямая линия, выражающая изменение среднего эффективного давления, пойдет из начала координат.

При отсутствии нагрузки (Nе ,= 0 и ре = 0) двигатель работает на холостом ходу. Угол наклона этой прямой определяется величиной разви­ваемого среднего эффективного давления у данного двигателя при номи­нальной его нагрузке, следовательно, величина угла наклона этой прямой характеризует собой степень совершенства двигателя в целом.

При изменении нагрузки, сохраняя число оборотов вала постоянным, мощность механических потерь двигателя примерно остается постоянной.

Работа трения движущихся де­талей главным образом зависит от скорости взаимного переме­щения трущихся поверхностей и от величины давления газа за цикл, а потому при работе дви­гателя по нагрузочной характе­ристике работа трения мало из­меняется. Работа, затрачиваемая на преодоление насосных потерь при изменении нагрузки двига­теля, также мало изменяется, так как скорость поступающего воздуха в цилиндры двигателя остается неизменной, а скорость выпускных газов при увеличе­нии нагрузки двигателя (вслед­ствие увеличения температуры) возрастает незначительно. Мощность, за­трачиваемая на приведение в действие механизмов, навешенных на двига­теле, при работе его по нагрузочной характеристике остается почти без из­менений.

Таким образом, при работе двигателя по нагрузочной характеристике мощность механических потерь может быть принята постоянной и прямая линия, выражающая изменение среднего индикаторного давления, пойдет параллельно линии среднего эффективного давления (так как pi =  pe + pmex).

На режиме работы двигателя холостого хода ре = 0; рi = рмех, а по­тому линия среднего индикаторного давления (см. рис. 164) пересечет ось ординат на расстоянии от начала координат, равном рмех.

Механический к. п. д. двигателя при работе его по нагрузочной харак­теристике изменяется, увеличиваясь по мере возрастания нагрузки двига­теля вначале быстро, а затем медленнее (см. рис. 164). Такая зависимость механического к. п. д. от нагрузки двигателя объясняется тем, что относи­тельное значение мощности механических потерь Nмех/Ne по мере возрастания нагрузки на двигатель уменьшается при постоянном абсолютном значении ее.

Если обозначим Nмех/Ne = ?мех, то механический к. п. д. будет равен

При увеличении нагрузки двигателя подача топлива в цилиндр дизеля за цикл возрастает, а потому коэффициент избытка воздуха при сгорании уменьшается. Вследствие этого условия для сгорания топлива ухудшаются и потому по мере возрастания нагрузки двигателя догорание топлива на линии расширения возрастает, температура отработавших газов увеличи­вается и индикаторный к. п. д. падает.

Средняя температура за цикл при этом повышается. Температура стенок цилиндра также повышается; температура и давление воздуха в конце сжа­тия несколько возрастают.

Вследствие сокращения продолжительности периода задержки самовос­пламенения топлива (по причине возрастания температуры и давления в конце сжатия) скорость нарастания давления при горении топлива в ци­линдре дизеля с увеличением нагрузки его снижается, а максимальное дав­ление цикла при этом несколько повышается. Минимально допустимое зна­чение коэффициента избытка воздуха обусловливает максимальную нагруз­ку двигателя. При работе двигателя с коэффициентом избытка воздуха мень­шем, чем минимально допустимый, показатели рабочего цикла (удельный расход топлива, температура выпускных газов, дымность выпуска и др.) резко ухудшаются, двигатель переходит в так называемый режим работы с перегрузкой. При повышении нагрузки двигателя в пределах до нормальной удельный эффективный расход топлива уменьшается и соответственно эффективный к. п. д. возрастает (рис. 164).

Объясняется это тем, что повышение механического к. п. д. происхо­дит более значительно, чем уменьшение индикаторного к. п. д. При нагруз­ках двигателя выше нормальной эффективный к. п. д. будет понижаться вследствие более значительного снижения индикаторного к. п. д., чем уве­личения механического к. п. д. Таким образом, при нагрузке двигателя, соответствующей нормальной мощности его, удельный эффективный расход топлива становится минимальным и эффективный к. п. д. достигает наиболь­шего значения. Отсюда следует сделать вывод, что мощность и число элект­рогенераторов судовой электростанции должны устанавливаться из расчета нормальной нагрузки дизеля при всех режимах работы судна и электро­станции.


Нагрузочные характеристики снимаются не только у вспомогательных двигателей, но и у главных двигателей при различных числах оборотов вала. Снятые нагрузочные характеристики при различных оборотах вала, т. е. при различных скоростных режимах двигателя, позволяют выявить наивыгоднейший эксплуатационный режим работы двигателя.

Для этой цели при стендовых испытаниях двигателя для каждого вы­бранного скоростного режима устанавливается зависимость ge = f(Ne), показанная на рис. 165. Имея такую зависимость, можно построить и зависимость мощности от числа оборотов двигателя при минимальных зна­чениях удельного эффективного расхода топлива (рис. 166).

Если бы среднее индикаторное и среднее эффективное давления оста­вались постоянными при изменении числа оборотов вала двигателя, то ин­дикаторная и эффективная мощности его прямолинейно зависели бы от числа оборотов вала. В действительности

а потому рi и ре при изменении числа оборотов и постоянной подаче топлива за цикл не остаются постоянными.

На величину рi и ре главным образом влияют, вследствие изменения числа оборотов, коэффициент наполнения ?н и механический к. п. д. ?m. Коэффициент избытка воздуха при сгорании ? изменяется от числа оборотов вала и одновременно при этом зависит от коэффициентов наполнения рабо­чего цилиндра к топливного насоса. При уменьшении весового заряда возду­ха теплоиспользование ухудшается, т. е. уменьшается индикаторный к. п. д. и соответственно снижается среднее индикаторное давление.

При работе двигателя на гребной винт, т. е. по винтовой характеристи­ке, подача топлива за цикл не остается постоянной, так как при работе по этой характеристике изменение среднего эффективного давления пропорционально квадрату числа оборотов. Работа двигателя на гребной винт с числом оборотов меньшим номинального происходит при долевых подачах топлива от номинальной. Максимальная мощность двигателя при работе на гребной винт, равная 110%, развивается при числе оборотов вала 103%, так как

Изменение различных показателей работы дизеля по винтовой характерис­тике показано на рис. 167.

Механический к. п. д. увеличивается с повышением числа оборотов вследствие уменьшения относительной мощности механических потерь, что видно из следующих соотношений:

Согласно опытным данным, показатель m изменяется для многоцилиндровых двигате­лей от 1,0 до 2,0. Таким образом, полученное выражение механического к. п. д. при работе двигателя по винтовой характеристике пока­зывает, что с увеличением числа оборотов вала его механический к. п.д. возрастает.

§79. Характеристики асинхронных двигателей

Характеристики асинхронных двигателей. Для правильной эксплуатации асинхронного двигателя необходимо знать его характеристики: механическую и рабочие.

Механическая характеристика. Зависимость частоты вращения ротора от нагрузки (вращающегося момента на валу) называется механической характеристикой асинхронного двигателя (рис. 262, а). При номинальной нагрузке частота вращения для различных двигателей обычно составляет 98—92,5 % частоты вращения n1 (скольжение sном = 2 – 7,5 %). Чем больше нагрузка, т. е. вращающий момент, который должен развивать двигатель, тем меньше частота вращения ротора. Как показывает кривая

Рис. 262. Механические характеристики асинхронного двигателя: а — естественная; б — при включении пускового реостата

на рис. 262, а, частота вращения асинхронного двигателя лишь незначительно снижается при увеличении нагрузки в диапазоне от нуля до наибольшего ее значения. Поэтому говорят, что такой двигатель обладает жесткой механической характеристикой.

Рис. 262. Механические характеристики асинхронного двигателя: а — естественная; б — при включении пускового реостата

Наибольший вращающий момент Mmax двигатель развивает при некоторое скольжении skp, составляющем 10—20%. Отношение Mmax/Mном определяет перегрузочную способность двигателя, а отношение Мпном — его пусковые свойства.

Двигатель может устойчиво работать только при обеспечении саморегулирования, т. е. автоматическом установлении равновесия между приложенным к валу моментом нагрузки Мвн и моментом М, развиваемым двигателем. Этому условию соответствует верхняя часть характеристики до достижения Mmax (до точки В). Если нагрузочный момент Мвн превысит момент Mmax, то двигатель теряет устойчивость и останавливается, при этом по обмоткам машины будет длительно проходить ток в 5—7 раз больше номинального, и они могут сгореть.

При включении в цепь обмоток ротора пускового реостата получаем семейство механических характеристик (рис. 262,б). Характеристика 1 при работе двигателя без пускового реостата называется естественной. Характеристики 2, 3 и 4, получаемые при подключении к обмотке ротора двигателя реостата с сопротивлениями R1п (кривая 2), R2п (кривая 3) и R3п (кривая 4), называют реостатными механическими характеристиками. При включении пускового реостата механическая характеристика становится более мягкой (более крутопадающей), так как увеличивается активное сопротивление цепи ротора R2 и возрастает sкp. При этом уменьшается пусковой ток. Пусковой момент Мп также зависит от R2. Можно так подобрать сопротивление реостата, чтобы пусковой момент Мп был равен наибольшему Мmax.

В двигателе с повышенным пусковым моментом естественная механическая характеристика приближается по своей форме к характеристике двигателя с включенным пусковым реостатом. Вращающий момент двигателя с двойной беличьей клеткой равен сумме двух моментов, создаваемых рабочей и пусковой клетками. Поэтому характеристику 1 (рис. 263) можно получить путем суммирования характеристик 2 и 3, создаваемых этими клетками. Пусковой момент Мп такого двигателя значительно больше, чем момент М’п обычного короткозамкнутого двигателя. Механическая характеристика двигателя с глубокими пазами такая же, как и у двигателя с двойной беличьей клеткой.

Рабочие характеристики. Рабочими характеристиками асинхронного двигателя называются зависимости частоты вращения n (или скольжения s), момента на валу М2, тока статора I1 коэффициента полезного действия ? и cos?1, от полезной мощности Р2 = Рmx при номинальных значениях напряжения U1 и частоты f1 (рис. 264). Они строятся только для зоны практической устойчивой работы двигателя, т. е. от скольжения, равного нулю, до скольжения, превышающего номинальное на 10—20%. Частота вращения n с ростом отдаваемой мощности Р2 изменяется мало, так же как и в механической характеристике; вращающий момент на валу М2 пропорционален мощности Р2, он меньше электромагнитного момента М на значение тормозящего момента Мтр, создаваемого силами трения.

Ток статора I1, возрастает с увеличением отдаваемой мощности, но при Р2 = 0 имеется некоторый ток холостого хода I0. К. п. д. изменяется примерно так же, как и в трансформаторе, сохраняя достаточно большое значение в сравнительно широком диапазоне нагрузки.

Наибольшее значение к. п. д. для асинхронных двигателей средней и большой мощности составляет 0,75—0,95 (машины большой мощности имеют соответственно больший к. п. д.). Коэффициент мощности cos?1 асинхронных двигателей средней и большой мощности при полной нагрузке равен 0,7—0,9. Следовательно, они загружают электрические станции и сети значительными реактивными токами (от 70 до 40% номинального тока), что является существенным недостатком этих двигателей.

Рис. 263. Механическая характеристика асинхронного двигателя с повышенным пусковым моментом (с двойной беличьей клеткой)

Рис. 264. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

При нагрузках 25—50 % номинальной, которые часто встречаются при эксплуатации различных механизмов, коэффициент мощности уменьшается до неудовлетворительных с энергетической точки зрения значений (0,5—0,75).

При снятии нагрузки с двигателя коэффициент мощности уменьшается до значений 0,25—0,3, поэтому нельзя допускать работу асинхронных двигателей при холостом ходе и значительных недогрузках.

Работа при пониженном напряжении и обрыве одной из фаз.
Понижение напряжения сети не оказывает существенного влияния на частоту вращения ротора асинхронного двигателя. Однако в этом случае сильно уменьшается наибольший вращающий момент, который может развить асинхронный двигатель (при понижении напряжения на 30% он уменьшается примерно в 2 раза). Поэтому при значительном падении напряжения двигатель может остановиться, а при низком напряжении — не включиться в работу.

На э. п. с. переменного тока при уменьшении напряжения в контактной сети соответственно уменьшается и напряжение в трехфазной сети, от которой питаются асинхронные двигатели, приводящие во вращение вспомогательные машины (вентиляторы, компрессоры, насосы). Для того чтобы обеспечить нормальную работу асинхронных двигателей при пониженном напряжении (они должны нормально работать при уменьшении напряжения до 0,75Uном), мощность всех двигателей вспомогательных машин на э. п. с. берется примерно в 1,5—1,6 раза большей, чем это необходимо для привода их при номинальном напряжении. Такой запас по мощности необходим также из-за некоторой несимметрии фазных напряжений, так как на э. п. с. асинхронные двигатели питаются не от трехфазного генератора, а от расщепителя фаз. При несимметрии напряжений фазные токи двигателя будут неодинаковы и сдвиг между ними по фазе не будет равен 120°. В результате по одной из фаз будет протекать больший ток, вызывающий увеличенный нагрев обмоток данной фазы. Это заставляет ограничивать нагрузку двигателя по сравнению с работой его при симметричном напряжении. Кроме того, при несимметрии напряжений возникает не круговое, а эллиптическое вращающееся магнитное поле и несколько изменяется форма механической характеристики двигателя. При этом уменьшаются его наибольший и пусковой моменты. Несимметрию напряжений характеризуют коэффициентом несимметрии, который равен среднему относительному (в процентах) отклонению напряжений в отдельных фазах от среднего (симметричного) напряжения. Систему трехфазных напряжений принято считать практически симметричной, если этот коэффициент меньше 5 %.

При обрыве одной из фаз двигатель продолжает работать, но по неповрежденным фазам будут протекать повышенные токи, вызывающие увеличенный нагрев обмоток; такой режим не должен допускаться. Пуск двигателя с оборванной фазой невозможен, так как при этом не создается вращающееся магнитное поле, вследствие чего ротор двигателя не будет вращаться.

Использование асинхронных двигателей для привода вспомогательных машин э. п. с. обеспечивает значительные преимущества по сравнению с двигателями постоянного тока. При уменьшении напряжения в контактной сети частота вращения асинхронных двигателей, а следовательно, и подача компрессоров, вентиляторов, насосов практически не изменяются. В двигателях же постоянного тока частота вращения пропорциональна питающему напряжению, поэтому подача этих машин существенно уменьшается.

Рис. 262. Механические характеристики асинхронного двигателя: а — естественная; б — при включении пускового реостата



Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *