Что такое механическая характеристика двигателя внутреннего сгорания

Что такое механическая характеристика двигателя внутреннего сгорания

Характеристики двигателя

В двигателе внутреннего сгорания выделяющиеся при сгорании топлива газы давят на поршень, и через преобразующий механизм выполняют механическую работу по вращению коленчатого вала двигателя. Затем эта работа используется для вращения ведущих колес автомобиля. Любой двигатель обладает определенной мощностью и крутящим моментом. Большинство людей при оценке автомобиля в первую очередь обращают внимание на мощность его двигателя и не очень интересуются крутящим моментом, хотя его значение существенно влияет на поведение автомобиля на дороге. Крутящий момент на вале двигателя представляет собой произведение величин силы и длины плеча ее действия.
Современной единицей измерения крутящего момента является ньютонометр (Н•м). Крутящий момент, создаваемый двигателем, зависит от рабочего давления внутри цилиндра двигателя, площади поршня, радиуса кривошипа коленчатого вала и ряда других параметров. Поскольку время воздействия давления газов на поршень изменяется при изменении частоты вращения коленчатого вала двигателя, крутящий момент также изменяется. Если умножить величину крутящего момента, соответствующую определенной частоте вращения вала двигателя, на его угловую скорость, получим значение мощности двигателя, развиваемой при этой скорости. Начиная с XVIII в., единицей измерения мощности была лошадиная сила. Современной международной единицей измерения мощности является киловатт(кВт). При этом лошадиную силу (л. с. ) довольно часто продолжают указывать в технических характеристиках автомобильных двигателей. Для того, чтобы перевести мощность, указанную в киловаттах, в лошадиные силы, нужно умножить ее значение на 1, 34.

Внешняя скоростная характеристика ДВС:
Ne — эффективная мощность;
Me — эффективный крутящий момент;
Mmax — максимальный крутящий момент;
Nmax — максимальная мощность;
МN — крутящий момент, соответствующий максимальной мощности;
ω — угловая скорость вала двигателя

Профессиональные автомобилисты для оценки работы двигателя используют скоростные характеристики, которые представляют собой зависимость крутящего момента двигателя и его мощности от угловой скорости или частоты вращения его вала, они называются «скоростные характеристики двигателя». Скоростные характеристики реальных двигателей получают при их испытаниях на специальных стендах. Очевидно, что значения показателей двигателя будут зависеть от количества поступающего в двигатель топлива, то есть от положения педали «газа». Зависимость скорости автомобиля, полученная при максимальной подаче топлива в цилиндры двигателя, называется «внешней скоростной характеристикой» (ВСХ).
На графике скоростной характеристики отмечаются минимальные и максимальные обороты коленчатого вала двигателя. Как можно заметить из приведенной скоростной характеристики ДВС, крутящий момент достигает своего максимального значения при средних оборотах вала, а затем, при дальнейшем увеличении частоты вращения, снижается. Хорошо это или плохо? Давайте представим себе автомобиль, который движется по ровной горизонтальной дороге с максимальной скоростью, а его двигатель имеет такую кривую изменения крутящего момента. Максимальная скорость наступает при оборотах двигателя, близких к наибольшим, когда сила, приложенная к ведущим колесам автомобиля и соответствующая крутящему моменту двигателя при этих оборотах, увеличенному с помощью трансмиссии, уравняется с силами сопротивления движению, действующими на автомобиль. Если на дороге перед этим автомобилем возникнет даже небольшой подъем, сила сопротивления увеличится, а обороты двигателя уменьшатся. Что же произойдет при этом с крутящим моментом двигателя?
Из скоростной характеристики можно заметить, что уменьшение оборотов двигателя приведет к небольшому увеличению крутящего момента. Если подъем на дороге не очень велик, то этого увеличения крутящего момента, подводимого к ведущим колесам, может хватить для его преодоления без перехода на более низкую передачу в трансмиссии автомобиля. Другими словами, двигатель с падающей характеристикой крутящего момента хорошо приспосабливается к увеличению сопротивления движению автомобиля. Причем, чем круче опускается кривая момента на скоростной характеристике при увеличении угловой скорости вращения вала двигателя, тем лучшей приспосабливаемостью он обладает.
Электрический двигатель имеет максимальное значение крутящего момента при минимальных оборотах, и при их увеличении крутящий момент постоянно снижается. Поэтому у электромобиля трансмиссия значительно упрощается — ему не нужна коробка передач. Любой автомобильный двигатель представляет собой совокупность механизмов и систем. Основными механизмами четырехтактного поршневого двигателя внутреннего сгорания являются кривошипно-шатунный механизм (КШМ) и газораспределительный механизм (ГРМ).

Что такое механическая характеристика двигателя внутреннего сгорания

В электромобилях потребление энергии — это количество киловатт-часов, затраченное на прохождение 100 километров (кВтч / 100 км). Как и в обычном автомобиле, на индикаторной панели можно видеть как расход в данный момент, так и средний расход. Кроме того, отображается количество возобновляемой энергии, возвращаемой в аккумулятор.

Читать еще:  Что такое тяга двигателя вертолета

Поскольку основной и фактически единственной движущейся частью электродвигателя является ротор, потребность в техническом обслуживании также минимальна по сравнению с двигателем внутреннего сгорания. Нет необходимости менять масло двигателя или топливный либо воздушный фильтр. Поскольку электродвигатель обычно является высокоскоростной машиной, он должен быть правильно сконструирован (особенно подшипники), но в целом электроприводы требуют меньшего техобслуживания, чем обычные двигатели.

Да. При проектировании полных электромобилей предполагается, что в автомобиле нет других источников энергии и, следовательно, их наличие не нужно принимать во внимание. Вследствие этого двигатель может быть оптимально настроен на требуемый крутящий момент и мощность по оборотам и характеристикам транспортного средства. При конструировании гибридного привода, напротив, необходимо также учитывать характеристики двигателя внутреннего сгорания, работающего вместе с электродвигателем, уделяя основное внимание возможности механического соединения, рабочим температурам, частоте вращения и диапазону мощности. Система управления приводом также более сложная. Автомобиль должен быть способен двигаться только на электроэнергии, мощности двигателя внутреннего сгорания или в комбинированном режиме и всегда с оптимальным энергопотреблением.

«,»footnotes»:[]>,»images»:[]>]>]>,»resources»:null>» data-moduleid=»SpecificationModule_0a3fbbf7-fd27-49a8-86c8-408949c12e79″ data-reactroot=»»>

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ — ЧАВО

Чем действие электродвигателя отличается от действия двигателя внутреннего сгорания?

Кривые мощности и крутящего момента этих двигателей совершенно разные. Если мощность и крутящий момент двигателя внутреннего сгорания возрастают с увеличением скорости до пикового значения, то электродвигатель выдает максимальный крутящий момент при практически нулевой скорости, и он уменьшается до тех пор, пока не будет достигнута максимальная скорость. На практике это означает, что электромобили имеют лучшую «тягу» во время начала движения и, следовательно, относительно хорошую динамику. Кроме того, большой рабочий диапазон оборотов электродвигателя означает, что для него не требуется многоскоростная коробка передач или сцепление, и обычный электромобиль может управляться одной передачей — или редуктором замедления — от запуска до достижения максимальной скорости.

Как измеряется расход энергии?

В электромобилях потребление энергии — это количество киловатт-часов, затраченное на прохождение 100 километров (кВтч / 100 км). Как и в обычном автомобиле, на индикаторной панели можно видеть как расход в данный момент, так и средний расход. Кроме того, отображается количество возобновляемой энергии, возвращаемой в аккумулятор.

Как обстоит дело с техобслуживанием электродвигателя, каков срок его эксплуатации?

Поскольку основной и фактически единственной движущейся частью электродвигателя является ротор, потребность в техническом обслуживании также минимальна по сравнению с двигателем внутреннего сгорания. Нет необходимости менять масло двигателя или топливный либо воздушный фильтр. Поскольку электродвигатель обычно является высокоскоростной машиной, он должен быть правильно сконструирован (особенно подшипники), но в целом электроприводы требуют меньшего техобслуживания, чем обычные двигатели.

Различаются ли чем-либо электродвигатели плагин-гибридов и полных электромобилей?

Да. При проектировании полных электромобилей предполагается, что в автомобиле нет других источников энергии и, следовательно, их наличие не нужно принимать во внимание. Вследствие этого двигатель может быть оптимально настроен на требуемый крутящий момент и мощность по оборотам и характеристикам транспортного средства. При конструировании гибридного привода, напротив, необходимо также учитывать характеристики двигателя внутреннего сгорания, работающего вместе с электродвигателем, уделяя основное внимание возможности механического соединения, рабочим температурам, частоте вращения и диапазону мощности. Система управления приводом также более сложная. Автомобиль должен быть способен двигаться только на электроэнергии, мощности двигателя внутреннего сгорания или в комбинированном режиме и всегда с оптимальным энергопотреблением.

Студентам

Программы второго диплома

Абитуриентам

  • Направления подготовки
  • Поступление
  • Институты
  • Филиалы
  • Вопрос-ответ
  • Об университете

Школам

Сотрудникам

Научная публикация — это реально!

Выпускникам

Партнерам

Раздел находится в стадии заполнения контентом. Приносим извинения за доставленные неудобства!

Работодателям

  • Перечень специальностей
  • Центр взаимодействия с работодателями

Прессе

Девиз пресс-службы —
«оперативно и достоверно».

  • Пресс-служба
  • Сообщения в СМИ
  • Аккредитация

  • Об университете
  • Цифровой университет
  • Наука
  • Образование
  • Инновации
  • Интернационализация
  • Эндаумент
  • Творчество
  • Спорт
  • Институты
  • Филиалы
  • Контакты
  • Обратная связь

Ученые вуза нашли способ значительно повысить ресурс двигателя внутреннего сгорания

11:12, 28 августа 2019

Специальный протектор уменьшает трение и в 2-3 раза повышает время работы силовой установки

По словам Егора Ляшко, испытания протектора подтвердили его эффективность и безопасность. Фото: Эдуард Никульников.

Ученые Уральского федерального университета внесли весомый вклад в разработку специального протектора к моторному маслу, который позволяет значительно повысить ресурс работы двигателя внутреннего сгорания.

Читать еще:  Шаговый двигатель приора схема

Как известно, главная причина износа автомобильных двигателей внутреннего сгорания — сила трения. Наиболее активное старение наблюдается в механической подсистеме двигателя через износ поршневой группы, клапанных механизмов, элементов турбокомпрессора и т. д. Для решения этой задачи создали специальный протектор со сложным химическим составом, который обладает высокой эффективностью и прост в применении.

«В состав протектора входят моющие компоненты для очистки деталей двигателя от абразивных загрязнений и нагара, шлифующие компоненты для выравнивания трущихся поверхностей и придания им оптимальной шероховатости и плакирующие компоненты для создания новых слоев на изношенных деталях, — говорит один из разработчиков протектора, студент пятого курса УрФУ Егор Ляшко. — При этом размеры компонентов протектора таковы, что они не задерживаются масляным фильтром ДВС и тем более не перекрывают узкие каналы масляных систем современных двигателей».

Молодой ученый отмечает, что такой протектор пригоден для автомобилей любого года выпуска — от самых раритетных до самых современных экземпляров. Он также прост в применении: в разогретый ДВС заливают в отверстие для доливки масла, после чего дают двигателю поработать еще не менее 15 минут для распределения состава по всему объему двигателя. Номинальная эффективность достигается через 500 км пробега и сохраняется на протяжении примерно 30 000 км.

«Разработка позволяет до 2-3 раз продлевать ресурс двигателей внутреннего сгорания и предназначается для автомобилей с пробегом более 60 000 км, — отмечает Егор. — Его применение для двигателей таких автомобилей восстанавливает изношенные детали, снижает трение и биения трущихся элементов, улучшает качество сгорания топлива. Кроме того, повышаются динамические характеристики двигателя, снижается расход топлива и масла, уменьшается шум и повышается чистота выхлопа».

Испытания протектора подтвердили его эффективность и безопасность для применения в бензиновых и дизельных, атмосферных и турбированных ДВС. Использование протектора по результатам испытания не рекомендовано только для двухтактных двигателей со смешанной системой смазки (когда моторное масло добавляют в бензин) в связи с усилением горения топлива, которое может привести к перегреву таких двигателей и появлению калильного зажигания.

Поршневые двигатели

Отдел ЭМ 2.1 НИИ ЭМ («Поршневые двигатели») занимается проектированием и исследованием двигателей внутреннего сгорания. Отдел оснащен вычислительной техникой, имеет современную лабораторию, осуществляет активные связи с предприятиями, занимающимися производством двигателей и компонентов. Фундаментальный научный уровень разработок ведущих специалистов позволил приобрести высокую репутацию в своей отрасли.

Лаборатории отдела ЭМ 2.1 НИИ ЭМ

Сложившиеся коллективы специалистов разработали и продолжают совершенствование специального прикладного программного обеспечения, использующегося в промышленности.

Направления научной работы отдела ЭМ 2.1 НИИ ЭМ

Моделирование рабочих процессов в ДВС

Математическое моделирование рабочих процессов двигателей внутреннего сгорания может осуществляться для различных режимов работы, включая скоростную, нагрузочную, высотную и другие характеристики двух- и четырехтактных ДВС, с различными схемами подключения коллекторов, преобразователей импульсов, турбин, компрессоров и охладителей наддувочного воздуха; учет агрегатов наддува осуществляется разными способами, включая согласование их характеристик (возможен оптимальный подбор проточных частей турбин и компрессоров к поршневому ДВС).

Рассчитываются поля универсальных характеристик турбин и компрессоров по размерам их проточных частей.

Прогнозируются мощностные, экономические и экологические показатели двигателя при проведении различных конструктивных мероприятий, связанных с модернизацией топливной аппаратуры, формы камеры сгорания, организацией закрутки заряда, выбором фаз газораспределения и системы наддува.

Решаются многофакторные задачи оптимизации рабочего процесса, используя для этого как метод сканирования, так и методы нелинейного программирования.

Теплообмен в поршневых двигателях

На основе многозонной модели расчета локальных нестационарных температур рабочего тела в объеме цилиндра дизеля производится расчет теплового состояния деталей, образующих камеру сгорания в трехмерной постановке с учетом наличия тонких слоев нагара на тепловоспринимающие поверхности. Разработанная математическая модель сложного (радиационно- конвективного) теплообмена в цилиндре дизеля, учитывает течение рабочего тела, как излучающей и поглощающей лучистую энергию турбулентной среды.

Совершенствование конструкций и прочностной анализ поршневых и комбинированных ДВС

Проблема повышения прочности базовых узлов и деталей двигателей внутреннего сгорания традиционно занимает важное место в научной работе. При этом по мере непрерывного форсирования двигателей по удельной и агрегатной мощности, повышению требований к экономичности, экологическим, массо-габаритным показателям, а также надежности значение исследований в области тепловой и механической напряженности поршневых двигателей постоянно повышается.

Читать еще:  Что такое спуновский двигатель

Снижение механических потерь и энергосбережение в поршневых двигателях

Специалисты отдела занимаются моделированием, оценкой и снижением механических потерь, макро- и микропрофилированием поверхностей трения деталей цилиндро-поршневой группы, разработкой принципов трибологической адаптации конструкций, методов трибометрии и тестирования энергосберегающих конструкционных и смазочных материалов для поршневых двигателей.

Теоретико-расчетной основой практических рекомендаций по трибологическому энергосбережению служит активно используемый пакет расчетных программ динамики, гидродинамики и трибологии основных трущихся сопряжений.

Изучение процессов газообмена, смесеобразования и сгорания в ДВС методом физического моделирования

Физическое моделирование процессов газообмена, процессов смесеобразования и сгорания в ДВС позволяет изучать сложные физические процессы, которые в эксперименте на натурном двигателе наблюдать либо невозможно, либо это настолько технически сложно, что становится мало доступным. К таким процессам относят движение газов в цилиндре двигателя, от которого зависит и качество газообмена, и условия смесеобразования и сгорания топлива.

Моделирование течений газа во впускных каналах и трубопроводах

Методом физического моделирования выполнены исследование структуры течения во впускных каналах при нестационарных и стационарных условиях, воздействие волн на наполнение цилиндра двигателя с неразветвленным впускным трубопроводом. Изучено влияние волн в разветвленном впускном трубопроводе на неравномерность наполнения цилиндров многоцилиндрового двигателя.

В математических моделях четырехтактного дизеля применяется термодинамический метод для процессов в цилиндре и метод нестационарной газовой динамики для процессов в трубопроводах в одномерной постановке. Алгоритмы реализации моделей различаются методами численного решения основных уравнений и уравнений граничных условий.

Газообмен и наддув двигателей

При расчетах течений в газовоздушных трактах двигателей используются самые передовые численные методы газовой динамики – метод характеристик, распада разрыва и крупных частиц.

С помощью неявных представлений для расчетных сеток методов крупных частиц и распада разрыва разработаны новые модификации этих методов. На базе создания системы нестационарных газодинамических функций, а также экспериментов на модельных установках предложены новые граничные условия у органов газораспределения, разветвлений трубопроводов и агрегатов наддува, существенно уточняющие результаты расчета нестационарного газообмена.

Создание топливных систем дизелей

Созданы образцы специализированных ТНВД для Common Rail и усовершенствованные электрогидравлические форсунки.

Топливные насосы с электронным управлением с двумя рейками управления подачей и углом опережения были созданы и прошли успешные испытания.

Были созданы проекты насосов с быстродействующим электроуправляемым клапаном для нужд отечественных заводов. Для них также подготовлены математические модели наполнения-отсечки и процессов в линии низкого давления, а также модели быстродействующих электроприводов.

Использование альтернативных топлив в ДВС

Наряду с исследованиями газовых двигателей проведен ряд работ по газогенераторам: разработана методика расчета и выбора оборудования газогенераторных установок, созданы руководящие материалы для проектирования газогенераторов обращенного процесса и разработаны типовые проекты генераторов и очистительных устройств. Работы по генераторам были завершены расчетом и проектированием серии типовых генераторов и очистительных устройств.

Была разработана и реализована технология питания автомобильных дизелей с газообразными присадками водорода и (или) синтез-газа, подаваемыми вместе с дизельным топливом через штатную форсунку. Испытания показали эффективность таких присадок в отношении улучшения физических и химических факторов смесеобразования и сгорания и, в конечном счете, снижения всех четырех актуальных вредных выбросов с ОГ.

Был проведен цикл разноплановых работ по реализации исходной идеи Рудольфа Дизеля – осуществлении работы двигателя с воспламенением от сжатия на угле. В данном случае использовались топливоугольные и водоугольные суспензии. Были осуществлены работы по изучению и описанию физических свойств суспензий, в первую очередь вязкостных. Суспензия, будучи неньютоновкой жидкостью, имеет очень сложную и почти неизученную реологию. Новые закономерности распыливания угольных суспензий, полученные методом лазерной дифракции, обосновали необходимость резкой интенсификации впрыскивания суспензий. Была разработана и реализована топливная аппаратура, обеспечивающая работоспособность и ресурс дизеля.

Проведена работа по подготовке топливной аппаратуры и дизеля к применению альтернативного топлива – диметилового эфира. Концепцией стала технология смесевого топлива (дизельного с ДМЭ). Она обеспечила разумность экономических затрат в отношении достигаемого экологического результата (тогда ДМЭ был в 5 раз дороже дизельного топлива) и еще десяток практически важных достоинств.

Исследования в области автоматического регулирования ДВС

Одним из основных направлений научных исследований является математическое моделирование переходных процессов САР. В рамках этого направления проведены работы по созданию линейных и нелинейных математических моделей дизеля с турбонаддувом как объекта автоматического регулирования, и в целом системы автоматического регулирования такого двигателя.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector