Приобретая автомобиль, большинство из нас в первую очередь обращают внимание именно на технические характеристики двигателя.
Зачастую от мотора напрямую зависит удобство эксплуатации автомобиля, его показатели потребления топлива, динамика и стоимость обслуживания. Поговорим поподробнее том, какие бывают основные характеристики двигателя, на которые необходимо обращать внимание при выборе машины.
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.
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.
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 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.
Силовые агрегаты также могут отличаться своими экологическими нормами. Экологичность автомобиля зависит от используемых катализаторов, системы питания и ряда других устройств, которые позволяют обеспечить полное сгорание топлива и фильтрацию вредных элементов.
Экологические нормы принято различать по индексу показателя Евро. Чем выше этот показатель, тем лучше экологичные характеристики двигателя автомобиля. В настоящее время получили распространение машины с показателями экологичности Euro 4 — Euro 6.
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 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.
dvigatels.ru
О любом двигателе можно получить представление, зная набор определенных технических параметров.
Диаметр цилиндра. Имеется в виду внутренний диаметр цилиндра. Обычно измеряется в нескольких точках и рассчитывается как среднее арифметическое из полученных данных.
Ход поршня — это расстояние, которое поршень проходит от ВМТ до НМТ. Равняется также удвоенному радиусу кривошипа.
ПримечаниеОбычно при описании технических характеристик двигателя диаметр цилиндра и ход поршня записываются вместе, через знак «х», например 95 х 85 мм. Если ход поршня превышает диаметр цилиндра, двигатель называют длинноходным, если наоборот – короткоходным.
Рисунок 4.4 Ход поршня.
Радиус кривошипа – это расстояние, на которое шатунная шейка (та, к которой крепится шатун) отведена от оси коренной шейки коленчатого вала, как показано на рисунке 4.4.
Рабочий объем двигателя – объем пространства, заключенный между ВМТ и НМТ поршня, умноженный на количество цилиндров. Измеряется в сантиметрах кубических (см3) или литрах (л). А объем, который находится над поршнем, когда тот установлен в ВМТ, называется объемом камеры сгорания. Сумма объема камеры сгорания и рабочего объема называется полным объемом. Обычно в характеристиках полный объем не приводится, однако используется для получения такого немаловажного параметра, как степень сжатия.
Степень сжатия – отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Данный параметр характеризует то, во сколько раз сжимается топливовоздушная смесь в цилиндре. Записывается обычно в виде соотношения, например, 14:1 – в данном случае имеется в виду, что камера сгорания по объему в 14 раз меньше полного объема. Степень сжатия влияет на эффективность и мощность двигателя: чем выше, тем эффективнее, но есть и ограничения, ввиду особенностей используемого топлива (смотрите ниже в разделе «Система питания современных двигателей»).
ПримечаниеЕсли двигатель бензиновый, то бесконечно увеличивать степень сжатия нельзя, так как вместе с этим увеличивается вероятность детонации топливовоздушной смеси и, как следствие, происходит выход из строя всего двигателя. Подробнее о детонации будет рассказано ниже.
Рядность – обозначение взаимного расположения цилиндров. Двигатель может быть рядным, V-образным, W-образным.
Порядок работы. Если в двигателе больше двух цилиндров, то для более равномерной и сбалансированной работы агрегата необходимо, чтобы рабочий ход в каждом из цилиндров реализовывался не одновременно, а в определенной последовательности, при этом очередность определяется, в основном, количеством цилиндров.
ПримечаниеДля ДВС с одинаковым количеством цилиндров может быть несколько вариантов порядка работы.
Так, например, самый распространенный порядок работы четырехцилиндрового двигателя: 1 – 3 – 4 – 2. Такая запись говорит о том, что сначала рабочий ход будет совершать поршень первого цилиндра, затем третьего, четвертого и второго, соответственно.
Для примера опишем работу четырехцилиндрового рядного двигателя.
В четырехтактном четырехцилиндровом рядном двигателе (показан на рисунке 4.6) кривошипы коленчатого вала расположены в одной плоскости: два крайних кривошипа 1-й и 4-й под углом 180° к двум средним — 2-му и 3-му. При вращении вала поршни первого и четвертого, а также второго и третьего цилиндров попарно движутся в одном направлении. Когда поршни первого и четвертого цилиндров приходят в НМТ, поршни второго и третьего цилиндров находятся в ВМТ, и наоборот. В каждом из цилиндров рабочий цикл завершается за два оборота коленчатого вала, а чередование тактов подобрано таким образом, что одновременно во всех цилиндрах происходят разные такты. Этим обеспечивается равномерность вращения вала.
Предположим, что при первом полуобороте вала (от 0 до 180°) в первом цилиндре поршень идет от ВМТ до НМТ и в нем происходит рабочий ход. Тогда в четвертом цилиндре поршень также движется к НМТ, но происходит впуск горючей смеси. Во втором и третьем цилиндрах поршни движутся к ВМТ, при этом в третьем цилиндре идет сжатие рабочей смеси, а во втором — выпуск отработавших газов.
ПримечаниеМоменты открытия и закрытия клапанов регулируются распределительным валом (подробнее рассмотрено ниже).
В течение дальнейших трех полуоборотов коленчатого вала в каждом из цилиндров такты будут следовать в обычной для четырехтактного процесса очередности.
К тому времени, когда вал закончит четвертый полуоборот, во всех цилиндрах произойдут все такты рабочего цикла. При дальнейшем вращении вала такты будут повторяться в той же последовательности.
При работе четырехтактного четырехцилиндрового двигателя на каждый полуоборот коленчатого вала приходится один рабочий ход, причем рабочие ходы чередуются не в порядке расположения цилиндров, а в другой последовательности. Сначала рабочий ход происходит в первом цилиндре, затем в третьем, далее в четвертом и, наконец, во втором, т. е. рабочие ходы чередуются в порядке 1 — 3 — 4 — 2. Этот порядок чередования рабочих ходов по цилиндрам называется порядком работы двигателя.
При одной и той же форме расположения кривошипов вала, но при другом порядке открытия и закрытия клапанов, что зависит от конструкции механизма газораспределения, четырехцилиндровый двигатель может иметь другую последовательность чередования тактов и другой порядок работы. Если при первом полуобороте вала в третьем цилиндре будет происходить такт выпуска, а во втором — такт сжатия, то чередование тактов в двигателе изменится, и получится порядок работы 1 — 2 — 4 — 3.
| Полуоборотыколенчатого вала | Углы поворота коленчатоговала, град | Цилиндры | |||
| 1-й | 2-й | 3-й | 4-й | ||
| 1-й | 0 – 180 | Рабочий ход | Выпуск | Сжатие | Впуск |
| 2-й | 180 – 360 | Выпуск | Впуск | Рабочий ход | Сжатие |
| 3-й | 360 – 540 | Впуск | Сжатие | Выпуск | Рабочий ход |
| 4-й | 540 – 720 | Сжатие | Рабочий ход | Впуск | Выпуск |
Компрессия в цилиндре – максимальное давление, создаваемое в цилиндре при сжатии воздуха поршнем. Зачастую измеряется в барах или кг/см2. Часто степень сжатия путают с компрессией. Однако надо всегда помнить, что степень сжатия — параметр исключительно геометрический, в отличие от компрессии.
Мощность двигателя – работа двигателя, совершаемая в единицу времени, измеряется в лошадиных силах (л. с.) или киловаттах (кВт). Проще говоря, мощность — это параметр, который описывает, как быстро может вращаться коленчатый вал двигателя. Чтобы лучше понять, представьте, что вы велосипедист, а мощность — это характеристика, описывающая, как быстро вы можете крутить педали.
Крутящий момент – произведение силы на плечо. В случае двигателя внутреннего сгорания — это тяга, создаваемая на коленчатом валу, иначе говоря — сила, с которой поршень давит через шатун на шатунную шейку коленчатого вала, умноженная на радиус кривошипа (смотрите выше). Чтобы было понятней, вернемся к велосипедисту. Величина тяги на оси педалей зависит как от длины педали (плеча), так и от силы, с которой велосипедист давит на эту педаль. Измеряется крутящий момент в Ньютон на метр (Н·м).
monolith.in.ua
Практически на всех автомобилях устанавливаются ДВС (двигатели внутреннего сгорания). Их устройство очень сложное, даже для профессионалов и тем более для среднестатистического водителя. Однако покупая автомобиль – всегда клиент заинтересован узнать параметры двигателя. Неопытному человеку всегда будет тяжело выбрать автомобиль вообще или конкретной серии. Попробуем более подробно разобрать основные технические характеристики двигателя внутреннего сгорания.
Сколько должно быть цилиндров?
Во всех современных автомобилях устанавливается от 2 до 16 цилиндров. Этот показатель достаточно серьезный. Ведь два одинаковых по мощности и объему двигателя могут сильно отличаться по другим характеристикам.
Расположение цилиндров
Существует два варианта расположения цилиндров: последовательное (рядное) и V-образное (двухрядное), когда на один коленчатый вал устанавливаются цилиндры с двух сторон. В этом случае очень важен угол развала цилиндров. При большом угле развала снижается центр тяжести, упрощается подача масла и охлаждение, но также повышается инерционность и снижаются динамические характеристики. Малый угол – понижает инерционность и массу, но приводит к более быстрому перегреву.
Довольно радикальной разновидностью является двигатель, угол развала которого составляет 180 градусов. В таком случае все недостатки и преимущества двигателя будут максимальными. Ещё одним новшеством является W-образный двигатель (четырехрядный), в котором два V-образных двигателя включены в одну синхронизированную систему.
Достаточно редким типом двигателей является рядно-V-образны двигатель, который был создан в результате синтеза двух этих разновидностей. Цилиндры располагаются последовательно с отклонением на 2 стороны, что повышает эффективность охлаждения.
Если говорить обобщенно, то между двумя основными типами двигателей основные различия сводятся габаритам и массе. Ещё одним важным фактом является то, что достижению минимального уровня вибрации и шума – способствует четное количество цилиндров в одном ряду.
Объем камеры сгорания
Другими словами – объем двигателя. Данный параметр напрямую влияет на все остальные характеристики двигателя внутреннего сгорания. Чем больше объем ДВС, тем больше мощность и, соответственно, расход топлива.
Материалы двигателя
Существует три общепринятых материала: магниевые сплавы (минимальный вес, отличная прочность, но высокая цена), алюминиевые сплавы (небольшой вес и средняя прочность), чугун и другие ферросплавы (максимальная прочность и большой вес). Данные параметры могут говорить лишь об уровне вибрации и шума двигателей.
Более важными, на практике, более важными являются выходные характеристики:
1) Мощность. Традиционная единица измерения – лошадиные силы (л.с.), также может измеряться в киловаттах (кВт). Именно этот параметр отвечает за время разгона и скорость автомобиля;2) Крутящий момент. Является максимальным тяговым усилием, которое способен создать двигатель. Измеряют в Ньютон на метр (Н*м). Имеет прямое влияние на «эластичность» двигателя, то есть возможность ускорения на низких оборотах, а также косвенно влияет на скорость и время разгона;3) Максимальное число оборотов, допустимое коленчатым валом (об/мин). Показывает, сколько оборотов может выдержать коленвал двигателя, без потерь в прочности. Чем выше этот параметр, тем более динамичный и резкий характер имеет автомобиль.
Не менее важными являются и расходные параметры:
1) Расход топлива. Принято измерять в количестве литров, расходуемых на 100 километров пути. Расходы топлива при загородном, городском и смешанном вариантах движения – будут разными;2) Тип топлива. Определяет марку используемого бензина или ДТ (дизельного топлива). Современные автомобили могут использовать различные виды бензина, однако при снижении октанового числа – будет падать мощность и ресурсная прочность. При превышении же указанной нормы – будет повышаться мощность, но ресурсы снизятся. Не нужно забывать, что повышая октановое число – повышается и теплоотдача, которая способствует раннему перегреву. Примеры существующих марок бензинового топлива: ДТ Супер, ДТ Евро, ДТ, А-95 Евро, АИ-98, А-92, А-76.3) Расход масла. Измеряется в количестве литров, необходимых на 1000 километров пути. Максимальный показатель для исправного автомобиля – 1л/1000км;4) Марка используемого масла. Стандартное обозначение ххWхх, где первые два икса указывают густоту масла, вторые два икса – вязкость масла. Например, 0W40 и 5Ц40 – синтетические масла, 10W40 – полусинтетическое масло, а 15W40 и 20W40 – минеральные масла. Более вязкое и густое масло повышает надежность и прочность двигателя, снижение густоты влияет на повышение динамических выходных параметров.
Внимание! Масла типа 70W90 и 95W100 – трансмиссионные масла и категорически запрещается их использование в двигателе! Поскольку это приведет к 100 % поломке двигателя внутреннего сгорания.
5) Ресурсная прочность. Другими словами как часто необходимо проводить техническое обслуживание двигателя. Обычно данное значение колеблется в пределах от 5000 до 30000 километров пробега. Предельный пробег помогает определить приблизительный полный срок службы двигателя. После окончания гарантийного пробега – заканчиваются и гарантийные обязательства.
Перечисленные выше параметры – основные характеристики двигателя.
Существует широк ряд более сложных параметров:
1) Вид топливной системы (дизельные и бензиновые двигатели). Дизельные двигатели имеют больший крутящий момент и меньший расход топлива, бензиновые двигатели – обладают большей мощностью;2) Вид бензиновой системы впуска. Практически все современные автомобили оснащены электронной системой инжекции (впрыска) топлива, которая способствует повышению КПД. Более старые автомобили обладают карбюраторной системой впрыска топлива. В сравнении с инжектором – карбюратор не распыляет топливо в камеру сгорания, а впрыскивает струю, что значительно понижает КПД, повышает расход топлива и делает менее удобным управление. На обычные автомобили устанавливают один карбюратор, многокарбюраторные двигатели характерны спортивным и тюнингованным автомобилям;3) Вид бензиновой системы впрыска. Они делятся на системы с многоточечным и одноточечным впрыском. На сегодняшний день практически одноточечные системы практически не используются производителями, поскольку снижение мощности на много превышает снижение расхода бензина. Многоточечные системы в свою очередь делятся на систему с прямым впрыском и систему с распределенным впрыском. При распределенном впрыске создается равномерная смесь в камере сгорания, что позволяет обеспечить неприхотливость и стабильность работы при любых режимах езды. Прямой или непосредственный впрыск (как ни парадоксально) – снижает расход топлива, повышает ресурсную прочность и мощность. Однако существуют и свои недостатки: нестабильность работы при холодном старте и на малых оборотах, необходимо топливо исключительно высокого класса, высокая стоимость. Стоит отметить, что негативные стороны обеих систем можно скомпенсировать двойным (комбинированным) впрыском, который основан на использовании обеих систем отдельно – изменяя режим работы, электроника сама выбирает более подходящую систему;4) Дизельная система впрыска. Несмотря на то, что устройство дизельного двигателя проще бензинового, однако его система впрыска куда сложнее и основывается насовсем другом принципе. Наиболее простая система впрыска для дизельного двигателя, с относительно невысокими достоинствами – ТНВД. Система с насос-форсунками. В данном случае каждый форсунок также выступает в роли насоса, подающего топливо в камеру сгорания. Использование подобной технологии немного улучшает характеристики, однако стабильная работа двигателя достаточно проблематична. По отдельности данные системы практически не используются.
Компанией Common Rail было скомбинировано насос-форсунок с ТНВД и создано общую топливную рампу высокого давления. С помощью ТНВД топливо подается в рампу и далее под высоким давлением впрыскивается в камеру сгорания. На сегодняшний день данная система является лучшей, поскольку она обеспечивает низкий расход топлива в сочетании с высокими мощностными характеристиками.
Совершенствование предыдущей системы привело к созданию аккумуляторно-возвратной рампы Common Rail второго поколения. В данной технологии сжатие происходит в рампе за счет накопления топлива, излишки которого поступают обратно в ТНВД. Такие изменения позволили уменьшить расход топлива, а также уменьшить насосные потери мощности.
Форсунки впрыска могут быть выполнены в двух вариантах: пьезотронные и механические. Они никаким образом не влияют на параметры двигателя, однако пьезотронные форсунки намного легче в отладке и создают более плавный рабочий цикл. На впуске/выпуске одного цилиндра устанавливается от 2 до 5 клапанов. Чем больше установлено клапанов, тем более плавной будет работа и большая мощность, с незначительным увеличением расходов топлива.
Компрессор. Основное назначение – сжатие впускной смеси
1) На атмосферные двигатели компрессоры не устанавливаются. Двигатели с использованием компрессии называются компрессорными (с механическим компрессором) и турбонаддувными. Различаются типом привода;2) Механические компрессоры приводятся напрямую от коленвалов двигателя, что немного увеличивает потребление топливные затраты и уменьшает мощность. Турбонаддувы имеют крыльчатку турбины, которую раскручивает давление выхлопных газов. Данная технология куда надежнее и без потерь, однако, прирост крутящего момента уменьшается, особенно на малых оборотах.
Иногда на автомобили устанавливают по несколько компрессоров: последовательно – улучшение стабильности работы, либо параллельно – повышается характеристика двигателя в пиковых режимах.
Система газораспределения является по сути приводом, распределительными валами и механизмом газораспределения. Количество распределений валов может изменяться, однако чаще всего используется по одному на каждые 8 клапанов.
Ремень или цепь относятся к приводу механизма газораспределения. Использование ремня на много проще, однако, необходима постоянная замена. Цепь на много надежнее, но производится на много больше шума и а порядок дороже.
Механизм газораспределения
Статистический механизм является самым простейшим. Динамическая система предусматривает изменяемую высоту подъема клапанов или же изменяемые фазы газораспределения. Изменение высоты подъема клапанов позволяет менять режимы движения, например, скоростной и экономический. В свою очередь изменение фазы газораспределения позволяет обеспечить более равномерную работу во всех рабочих диапазонах оборотов коленвала.
Существует много других особенностей двигателя, однако они не так важны, что бы иметь весомое влияние на рабочие характеристики.
kakru.ru
В зависимости от заданной скорости судна главные двигатели, непосредственно или через передачу соединенные с гребным винтом, работают на разных режимах, в широком диапазоне мощностей и при разных частотах вращения. Вспомогательные двигатели, спаренные с генераторами электрического тока, работают при постоянной частоте вращения, но с различной мощностью, определяемой нагрузкой на генератор (характеристики ДВС позволяют оценить его рабочие качества в различных условиях эксплуатации) .
Наибольшая мощность Nemax, которую двигатель может развивать ограниченное время (1—2 часа), называется максимальной. Мощность Ne ном, которую двигатель может развивать длительное время (она гарантируется заводом-изготовителем), называется номинальной. Мощность Ne экс которую двигатель фактически развивает в условиях эксплуатации, называется эксплуатационной. Обычно Ne экс = (0,85?0,9) Ne ном. Длительная мощность Ne экс, при которой достигается наименьший удельный эффективный расход топлива, называется экономической. Мощность Ne min , устойчиво развиваемая двигателем при минимальных ходах судна, называется минимальной.
Под характеристикой понимают графическое изображение зависимости технико-экономических показателей работы двигателя от других независимых показателей или факторов, влияющих на работу ДВС. Различают характеристики нагрузочные, скоростные и регуляторные.
Нагрузочная характеристика показывает, как изменяются мощность, удельный расход топлива, механический к. п. д. и другие параметры двигателя в зависимости от нагрузки при постоянной частоте вращения.
На рис. 208 дано изменение основных параметров ДВС при работе по нагрузочной характеристике.
Как видно из этого рисунка, ?м растет с увеличением нагрузки, причем вначале быстро, а затем медленнее. Изменение мощностей Ni и Ne характеризуют две прямые, причем расстояния между ними равно мощности механических потерь, т. е. Ni – Ne = Nм. Коэффициент а изменяется по закону прямой обратно пропорционально нагрузке. При определенном значении нагрузки, bе достигает наименьшего значения, а ?е — наибольшего; bi и ?i изменяются по закону прямой. Нагрузочные характеристики позволяют оценить основные показатели двигателя при работе на генератор электрического тока.
Скоростные характеристики показывают, как изменяются основные показатели двигателя с изменением частоты вращения его коленчатого вала. К скоростным характеристикам относятся внешние и винтовые.
Внешние показывают зависимость параметров двигателя от частоты вращения при постоянном количестве подаваемого топлива. При снятии характеристики регулируют подачу топлива, соответствующую той или иной мощности, и, оставляя затем подачу неизменной, производят испытания. Поэтому различают характеристики максимальных мощностей, номинальных и эксплуатационных.
Наибольший интерес представляет характеристика номинальных мощностей (рис. 209). Так как подача топлива за цикл неизменна, то рi и ре должны быть постоянными. Но из рис. 209 видно, что рi и ре с ростом частоты вращения несколько уменьшаются. Это объясняется тем, что уменьшается коэффициент подачи топливной системы вследствие увеличения насосных потерь и сжимаемости топлива. Характер кривых Ni и Ne определяется уравнением Ni = kpin (где k — постоянный числовой коэффициент для данного двигателя). С ростом частоты вращения увеличиваются потери Nм, уменьшается механический к. п. д. ?м и незначительно возрастают удельные расходы топлива bi и be.
Винтовые характеристики показывают характер изменения параметров двигателя при работе на винт (рис. 210). Характер кривой будет в основном определяться элементами винта. Ориентировочно можно считать Nе = сп3 (где с — коэффициент пропорциональности) .
При совмещении винтовой характеристики с внешней, построенной для номинального режима (рис. 211), они пересекаются в точке 1, где мощность двигателя полностью поглощается винтом. На других скоростных режимах двигатель значительно недогружен, что снижает экономические показатели двигателя.
Если частота вращения двигателя составляет n1, то его мощность N1 = сп13. При п2 мощность N2= сп23. Находим отношение
Из этого выражения можно определить частоту вращения двигателя при работе на любом мощностном режиме Ne:
vdvizhke.ru
В соответствии с формулами Эйлера (513) и (514)
В соответствии с принципом суперпозиции вначале достаточно рассмотреть воздействие на двигатель только одной из составляющих гармонического возмущения 1/2 ?0ei?t или 1/2 ?0e-i?t.
Выбрав например, первую составляющую, дифференциальное уравнение можно представить в виде
Частное решение этого неоднородного уравнения может быть найдено в форме его правой части
Полученное выражение называется амплитудно-фазовой частотной характеристикой двигателя как регулируемого объекта.
Амплитудно-фазовую частотную характеристику строят на плоскости комплексного переменного в виде некоторой кривой, по которой скользит конец вектора Yд? при непрерывном изменении ? от 0 до +? (рис. 214). Координаты конца вектора можно определить, если представить амплитудно-фазовую частотную характеристику двигателя в виде комплексного числа
Умножив и разделив левую часть полученного выражения на разность kд — i?Tд и сопоставив полученный результат с правой частью, можно получить
называемые соответственно вещественной и мнимой частотными характеристиками. В соответствии с выражениями (525) и (526) вещественная и мнимая частотные характеристики двигателя построены на рис. 215, а и б.
Амплитудно-фазовая частотная характеристика (524) может быть представлена в полярных координатах, в качестве которых выбирают длину вектора Ад? (?) — амплитуду колебаний и угол наклона вектора ?д? (?) — сдвиг фазы. В соответствии с графиком на рис. 214
Полученное выражение представляет собой амплитудную частотную характеристику двигателя
Полученное выражение представляет собой амплитудную частотную характеристику двигателя
показанную на рис. 215, в
Отношение выражений (527) определяет сдвиг фаз
Зависимость ?д? (?) = f? (?) называют фазовой частотной характеристикой двигателя (рис. 215, г).
При помощи частотных характеристик (525) и (526) или (528) и (529) строят амплитудно-фазовую частотную характеристику двигателя. Для этого можно найти выражение
Полученное выражение является уравнением окружности с радиусом r, равным 1/(2kд), причем центр окружности смещен по оси абсцисс от начала координат также на 1/(2kд) (рис. 216). При изменении ? от 0 до + ? вектор Yд? (i?) скользит своим концом по полуокружности, расположенной справа от начала координат (в четвертом квадранте), если kд > 0 (рис. 216, а), и слева от начала координат (в третьем квадранте) при kд < 0 (рис. 216, б). В соответствии с соотношениями Эйлера
где Aд?(?) — модуль; уд? (?) — аргумент вектора Yд?(i?).
После подстановки выражения (531) в формулу (523) последняя будет иметь вид
Аналогичным путем находят частное решение уравнения (522) при воздействии второй составляющей гармонического возмущения
Таким образом, частное решение уравнения (521) при гармоническом возмущении запишется так:
или после приведения к тригонометрической форме
Это выражение показывает, что при гармоническом изменении входной координаты (520) в двигателе возникают вынужденные незатухающие колебания выходной координаты (534) с амплитудой ?0Aд? (?) и сдвигом фазы уд? (?), причем как входная, так и выходная координаты при вынужденных колебаниях системы имеют одну и ту же частоту колебаний ?.
Частотные характеристики Aд? (?) = fA (?) и уд? (?) = f? (?) можно определять экспериментально, как это схематически показано на рис. 212, а. Для этого достаточно входную координату системы изменять по гармоническому закону с определенной амплитудой и задаваемой частотой (кривая 1). Замеряя установившиеся колебания на выходе системы (кривая 2) по амплитуде и сдвигу фазы при различных частотах колебаний входной координаты, можно построить искомые амплитудную и фазовую характеристики.
Амплитудная частотная характеристика (см. рис. 215, в) свидетельствует о том, что амплитуда колебаний угловой скорости коленчатого вала будет тем меньше, чем выше частота колебаний рейки топливного насоса. Амплитуда колебаний угловой скорости в статических условиях становится максимальной при ? = 0, т. е. когда рейка при t = +0 передвинута скачком в новое положение и остается неподвижной. Точка амплитудно-фазовой частотной характеристики при ? = 0 соответствует новому установившемуся режиму работы двигателя, определяемому новым положениям ?0 рейки топливного насоса. Этот режим наступает после завершения переходного процесса при t ? +?. Угловая скорость коленчатого вала в этих условиях уже не будет изменяться во времени, поэтому (d? / dt)t??? 0 дифференциальное уравнение двигателя при ?д = 0 будет kд? = ?0, откуда ? = ?0/kд. Следовательно, при ? = ?0 = 1,0 точка амплитудно-фазовой частотной характеристики ? = 0 (см. рис. 215, в) определяет изменение ср двигателя при ступенчатом возмущении.
Фазовая частотная характеристика (см. рис. 215, г) показывает, что по мере увеличения частоты со возмущающего воздействия колебания угловой скорости вала двигателя все больше и больше отстают по фазе от колебаний рейки топливного насоса и при t ? ? приближается к — ?/2.
Амплитудно-фазовая частотная характеристика (531) дает возможность определить и построить логарифмические частотные характеристики элемента, которые во многих случаях оказываются более удобными в практическом применении. Для этого выражение (531) следует прологарифмировать:
кривые Іn Ад? (?) = f (ln ?) и ?д? (?) = f (ln ?) обычно называют натуральными логарифмическими частотными характеристиками, соответственно амплитудной и фазовой. Однако наиболее часто для построения логарифмических частотных характеристик используют десятичные логарифмы.
За единицу измерения по ординате выбирают децибел. Связь между числом децибел Dдб и самим числом М определяется формулой
Dдб = 201gМ,
поэтому в качестве логарифмической амплитудной частотной характеристики элемента принимают зависимость
По оси абсцисс откладывают lg ?, причем длину отрезка, равную единице, называют декадой (lg 10 = 1). Характеристику
называют логарифмической фазовой частотной характеристикой.
Для получения логарифмических частотных характеристик двигателя без наддува в выражение (535) следует подставить формулы (528) и (529):
тогда в качестве логарифмической амплитудной частотной характеристики двигателя принимают зависимость
а в качестве логарифмической фазовой частотной характеристики — зависимость
Эти характеристики показаны на рис. 217.
Форма логарифмической амплитудной частотной характеристики двигателя такова, что с достаточной степенью точности ее можно заменить двумя отрезками прямых АВ и ВС. Такая характеристика, составленная из отрезков прямых, называется приближенной логарифмической амплитудной частотной характеристикой двигателя.
Сопоставление выражений (131) и (524) показывает, что математическое выражение амплитудно-фазовой частотной характеристики (524) легко можно получить при помощи передаточной функции (131), если в последней произвести замену
p = i?. (540)
Эта замена соответствует наличию среди корней характеристического уравнения чисто мнимого корня, что определяет появление у исследуемого элемента гармонических колебаний выходной координаты с постоянной амплитудой.
Динамические свойства дизеля с автономным газотурбинным наддувом характеризуются дифференциальным уравнением второго порядка (114), а передаточная функция (120) такого элемента имеет вид
C помощью подстановки (540) можно получить формулу амплитудно-фазовой частотной характеристики двигателя с газотурбинным наддувом
Для определения вещественной и мнимой частотных характеристик формулу (542) следует умножить и разделить на разность (kдн – ?2Tд22) – i?Tд1, после чего
Вещественная частотная характеристика (рис. 218, а) при ? = 0 имеет значение
и, следовательно, определяет изменение выходной координаты двигателя в результате переходного процесса после ступенчатого единичного возмущения
Если выполняется условие хд.н? (?) = 0 или.
вещественная частотная характеристика пересекает ось абсцисс (кривая 4). При определенных соотношениях параметров характеристика может иметь либо два экстремума (при ?1 и ?2), либо один (кривая 3 или 2) или ни одного (кривая 1).
Мнимая частотная характеристика (рис. 218, б) имеет нулевое значение при ? = 0 и по мере роста ? может проходить два (кривая 4) или один (кривые 1, 2, 3) экстремум (например, при ? = ?4 для кривой 4). Ось абсцисс пересекается при выполнении условия уд. н ?(?) = 0, или
Зная вещественную (543) и мнимую (544) частотные характеристики, с помощью соотношений
можно определить фазовую (рис. 218, в) и амплитудную (рис. 218, г) частотные характеристики:
С помощью частотных характеристик (543) и (544) или (546) и (547) можно построить амплитудно-фазовые частотные характеристики, показанные на рис. 219.
vdvizhke.ru
