Технические характеристики двигателя: основные характеристики ДВС, сравнение параметров

Характеристики двигателей

Оценить мощностные и экономические возможности двигателя внутреннего сгорания при работе его в различных эксплуатационных условиях можно по техническим и технологическим характеристикам, получаемым в результате различных испытаний – стендовых, дорожных, полигонных, эксплуатационных и т. п.
Характеристикой двигателя называется зависимость основных показателей его работы (мощности, вращающего момента на выходном валу, расхода топлива) от одного из параметров режима работы (частоты вращения коленчатого вала, внешней нагрузки и т. п.). Характеристики двигателя определяют его эксплуатационные качества, уровень технического совершенства, правильность регулировок, а также его назначение.

Основные характеристики автомобильных двигателей определяются ГОСТ 14846-81 «Двигатели автомобильные. Методы стендовых испытаний»:

скоростная характеристика – зависимость основных эффективных показателей работы двигателя от частоты вращения его коленчатого вала;

коэффициент приспособляемости – способность двигателя преодолевать кратковременные перегрузки;

нагрузочные характеристики – зависимости удельного и часового расхода топлива от мощности, развиваемой двигателем;

характеристика холостого хода – зависимость часового расхода топлива от частоты вращения коленчатого вала при работе двигателя без нагрузки;

регулировочные характеристики – зависимость мощностных и экономических показателей работы от состава рабочей смеси, воспламеняемой в цилиндрах двигателя, угла опережения зажигания или впрыска, температуры двигателя и других регулируемых факторов.

Нагрузочная характеристика

Нагрузочной характеристикой называется изменение часового и удельного расхода топлива в зависимости от величины нагрузки. Работа на режимах нагрузочной характеристики наиболее характерна для двигателей, которые используются для привода электрических агрегатов, насосов, компрессоров, тракторов. В частности, нагрузочная характеристика имитирует работу двигателя на автомобиле, при его движении с постоянной скоростью на одной из передач в условиях переменного сопротивления со стороны дороги.

Цель получения нагрузочной характеристики – определение топливной экономичности двигателя.

Условия получения нагрузочной характеристики:

независимая переменная величина – нагрузка на двигатель (так как с увеличением нагрузки для ее преодоления двигатель должен увеличивать мощность Nе , среднее эффективное давление ре и крутящий момент Мк , то нагрузку выражают в процентах относительно одного из этих параметров;
постоянная величина – частота вращения коленчатого вала;
зависимые переменные величины – удельный расход топлива gе и часовой расход топлива Gt .

Скоростная характеристика

Скоростная характеристика двигателя представляет собой зависимость основных эффективных показателей его работы (эффективная мощность, вращающий момент на выходном валу, удельный и часовой расход топлива) от частоты вращения коленчатого вала при постоянной подаче топлива в цилиндры в установившемся тепловом режиме.

Различают внешнюю и частичные скоростные характеристики. Скоростная характеристика, полученная при полной подаче топлива (полностью открытой дроссельной заслонке или соответствующем положении рейки топливного насоса дизеля) и при углах опережения зажигания или начала впрыскивания топлива по техническим условиям на двигатель, называется внешней скоростной характеристикой двигателя . Внешняя скоростная характеристика позволяет определить максимальные мощностные показатели двигателя и оценить его экономичность при полных нагрузках.

Характеристики, соответствующие постоянным промежуточным положениям дроссельной заслонки или рейки топливного насоса, называются частичными скоростными характеристиками двигателя . Иными словами, любая характеристика, полученная при неполном открытии регулирующего органа двигателя, называется частичной скоростной характеристикой.

Скоростную характеристику реального двигателя строят по результатам стендовых испытаний. Вал работающего двигателя нагружают с помощью тормоза, обеспечивая фиксирование частоты вращения от минимально устойчивой до максимально допустимой. При этом на каждой частоте замеряют тормозной момент Мт в (Н×м) и часовой расход топлива в кг/ч.

По результатам испытаний строят кривые зависимости эффективного вращающего момента и часового расхода топлива от частоты вращения вала двигателя. Затем, используя формулы:

находят эффективную мощность и удельный расход топлива, после чего отображают их графические зависимости.

В зависимости от укомплектованности двигателя вспомогательными устройствами и оборудованием определяют мощность нетто (полная комплектация) или мощность брутто (неполная комплектация). Различают следующие характерные частоты вращения коленчатого вала:

минимальная частота вращения, при которой возможна устойчивая работа двигателя при полной подаче топлива;
частота вращения, соответствующая наибольшему вращающему моменту;
частота вращения, соответствующая наибольшей мощности двигателя;
наибольшая возможная частота вращения коленчатого вала, устанавливаемая ограничителем частоты вращения.

Характеристика холостого хода является частным случаем скоростной характеристики двигателя.

Внешнюю скоростную характеристику вновь проектируемого двигателя можно построить по эмпирическим зависимостям, где максимальная мощность и соответствующие ей удельный расход топлива и частота вращения берутся из данных теплового расчета двигателя при его конструировании.

Приемистость и приспособляемость двигателя

Способность двигателя с ростом частоты вращения коленчатого вала наращивать мощность называется его приемистостью . Приемистость двигателя непосредственно влияет на приемистость автомобиля, т. е. его способности ускоряться и разгоняться. Скоростная характеристика во многом отражает степень приемистости двигателя: чем круче кривая Nе , тем приемистость двигателя больше. Если сравнить скоростные характеристики карбюраторного двигателя и дизеля, то можно заметить, что кривая мощности Nе у дизеля круче, т. е. дизель обладает большей приемистостью.

Классификация двигателей внутреннего сгорания

Автомобильные моторы делятся на несколько видов и классификаций, в зависимости от устройства и работы ДВС. Классификация ДВС за международными стандартами:

За видом впрыска топливной смеси:
Те, что работают на газообразных топливах.
Те, что работают на альтернативных источниках (электричество).

Состоящий за циклами работы:
4хтактные

По способу смесеобразования:
с внутренним смесеобразованием (дизель, турбодизель, непосредственный впрыск)

По способу зажигания рабочей смеси:
с воспламенением от сжатия (дизели).

По числу и расположению цилиндров:
однорядные, двухрядные

По способу охлаждения цилиндров:
с воздушным охлаждением.

Мощность

Такая характеристика двигателя, как мощность, является одной из важнейших. Как правило, именно по ней можно сделать вывод о том, насколько резво машина будет вести себя на дороге и насколько комфортно будет на ней ездить.

Обычно мощность измеряется в лошадиных силах. Как правило, минимальное значение параметра составляет порядка 60–70 единиц, когда как максимальные величины для автомобилей, представленных на рынке, достигают нескольких сотен.

Лошадиная сила — это условная единица, которая была включена в характеристики ДВС лишь благодаря удобству и легкости примерного представления фактических возможностей автомобиля.

Часто в документации мощность указывается в киловаттах, что нередко бывает удобным при изучении специальной литературы и подборе характеристик. Подробное сопоставление лошадиных сил и киловатт можно узнать из специальной документации.

Помимо мощности, двигатели внутреннего сгорания характеризуются рабочим объемом, который выражается в кубических сантиметрах. Для современных машин актуальные значения составляют 1000–4000 единиц. Рабочим объемом принято называть величину, которая характеризует суммарный объем всех цилиндров, предусмотренных в ДВС.

Сравнение атмосферных и турбированных двигателей внутреннего сгорания показывает, что варианты, оборудованные турбо, значительно выигрывают в плане мощности и позволяют мотору выдавать характеристики, о которых владельцам обычных ДВС остается лишь мечтать.

Объем двигателя

Рабочий объем ДВС определяет его мощность. Этот параметр измеряется в см3, но чаще в литрах. Он определяется путем суммирования внутреннего объема всех цилиндров силового агрегата. За основу в вычислениях берется поперечное сечение цилиндра и умножается на длину хода по нему поршня. В результате получается рабочий объем. Параметр также определяет во многих странах мира сумму сборов. Соответственно чем больше объем, тем мощнее двигатель, а значит, его владелец заплатит больший взнос. Перспективным направлением разработок современности являются ДВС с изменяемым объемом. Это технология, когда при определенных условиях цилиндры отключаются.

Крутящий момент

Еще одна немаловажная характеристика в списке основных показателей для двигателей внутреннего сгорания — это крутящий момент. Очевидно, что чем больше подобная характеристика, тем лучше будет разгоняться и ехать машина. Тем не менее, чтобы понимать, насколько важен данный показатель, стоит разобраться, что он означает.

Техническая документация всегда отображает крутящий момент в таких единицах, как ньютон-метр. Анализируя данную формулировку в буквальном смысле, можно прийти к выводу о том, какое усилие двигатель прикладывает к колесу, чтобы продвинуть машину на один метр.

Выходит, что если общий показатель крутящего момента у одного автомобиля выше, чем у другого, то для передвижения автомобиля на один метр мотор прикладывает несколько больше энергии.

Что это дает? Во-первых, более значительное усилие позволяет колесу набирать частоту вращения быстрее. При условии, что резина на авто установлена не «лысая», а дорожное покрытие не представлено гололедом, такая машина станет разгоняться более интенсивно.

Кроме того, приложение больших усилий одновременно сокращает расход топлива, поскольку двигателю приходится тратить гораздо меньшее количество энергии для достижения одного и того же времени разгона, что и у авто с менее мощным силовым агрегатом.

Основные параметры двигателей

Сталкиваясь с необходимостью выбора нового автомобиля, современные автолюбители не всегда знают по каким параметрам оценивать то или иное транспортное средство. Самым главным устройством в автомобиле является двигатель внутреннего сгорания. По его характеристикам оценивают возможности всего автомобиля, однако самостоятельно разобраться в устройстве мотора достаточно сложно. Понятно, что начинающим водителям и водителям-непрофессионалам сложно выбрать нового железного «друга», ввиду не осведомленности их о важных параметрах силового агрегата. Для того чтобы немного понять устройство двигателя внутреннего сгорания и ответить на вопрос: «в чем заключается принцип его работы?», разберемся в характеристиках.

Топливо

Еще один показатель, который играет значительную роль при выборе двигателя внутреннего сгорания, — это тип топлива и его расход.

Обычно расход топлива измеряется в количестве литров на 100 километров пути и представлен для трех ездовых режимов: трасса, город и смешанный. Для трассы расход предсказуемо минимальный, тогда как для города указывается его пиковое значение. Смешанный цикл отображает расход в среднем его значении.

Топливо может быть различным. Основной его тип для двигателя внутреннего сгорания — это бензин. На промышленной технике чаще встречаются дизельные ДВС: они отличаются более высоким крутящим моментом и меньшим расходом топлива. Кроме того, для сгорания дизеля необходимо высокое давление, поэтому такое топливо более безопасно при хранении и относительно пожаробезопасно.

Новыми типами двигателей являются гибридные. Главный источник питания — это бензин. Вторая часть мотора представлена накопительным аккумулятором и электродвигателем с генератором: работая в паре, оба мотора позволяют автомобилю развивать большую мощность наряду с расходом, который в разы меньше, чем у ДВС классического типа.

Особенности

Самый главный показатель поршневого двигателя внутреннего сгорания – это количество цилиндров. Их может быть, на серийных автомобилях, от 1 до 16. Этот фактор влияет на конструктивное устройство двигателя, а так же на мощность, она может быть различной при одинаковом количестве цилиндров.

Цилиндры могут располагаться рядно и под углом друг к другу. Когда они расположены под углом, относительно коленчатого вала с обеих сторон, то на характеристики двигателя внутренного сгорания влияет угол развала. При увеличении угла смещается вниз центр тяжести двигателя, что улучшает работу систем охлаждения и смазки, наблюдается улучшение динамических показателей, повышается инерционность. При уменьшении угла снижается вес и инерционность, но ухудшается температурный режим.

Применяется в автомобилестроении оппозитный двигатель с механизмом внутренного сгорания, угол развала цилиндров которого составляет 180°, при этом максимально проявляются преимущества и недостатки ДВС. При W-образной схеме задействуется четыре и более цилиндра, и включаются они в общий привод. Очень редко применяется рядно-V-образный тип двигателей, это синтез двух типовых разновидностей. Располагаясь последовательно, несколько цилиндров наклонены под определенным углом относительно друг друга, это способствует улучшению температурных характеристик.

Важно! Отличаются между собой эти типы двигателей внутренного сгорания весом и размерами. Увеличение количества цилиндров ведет к изменению всех характеристик: увеличивается рабочий объем, увеличивается его мощность, но и расход топлива увеличивается тоже.

Расположение цилиндров

Существует такое понятие, как конфигурация двигателя, она определяется компоновкой цилиндров, их расположением. Можно выделить 2 основных типа – рядный, когда цилиндры расположены в ряд и V-образный. Второй тип наиболее часто используется в современном автопроме. В этом случае цилиндры располагаются под углом и соединяются с коленчатым валом, образуя латинскую букву V. Такая компоновка имеет подвиды:

W-образное расположение цилиндров;
Y-образное расположение цилиндров.

Реже применяются компоновки, образующие форму латинских букв U и H.

Характеристики

В основном работа двигателя внутреннего сгорания характеризуется тремя показателями: мощностью, крутящим моментом и числом оборотов коленчатого вала. Мощность обозначается лошадиными силами (л.с.), иногда выражается в киловаттах (кВт). Влияет она на общую динамику автомобиля, на его скорость и время разгона. Крутящий момент влияет на создание тягового усилия, обозначается ньютонометрами (нм), обеспечивает мягкость работы двигателя при переключении передач и обеспечивает ускорение автомобиля с низких оборотов. Показатель максимального числа оборотов коленчатого вала влияет на скоростной и динамический характер движения автомобиля.

Не менее важными являются такие характеристики мотора внутреннего сгорания:

тип применяемого топлива для двигателя внутреннего сгорания может быть бензин, газ или дизельное топливо. Марки топлива различаются октановым числом, оно должно соответствовать типу двигателя и его характеристикам. Использование несоответствующего топлива приводит к потере мощности и к снижению ресурса работоспособности двигателя;
расход топлива двигателя внутреннего сгорания разделяется на городской, загородный и смешанный. Обозначается количеством литров на сто километров пробега автомобиля;
расход моторного масла. Измеряется в литрах на тысячу километров пробега. Масла бывают синтетическими, полусинтетическими и минеральными, отличаются они густотой и вязкостью. Применение их регламентировано изменениями сезонных температур, зимой применяются масла с низкими обозначениями 0W40, 5W40, 10W40, а летом 15W40, 20W40. Трансмиссионные масла 70W90 или 95W100 использовать в двигатель нельзя, так как это приведет к его заклиниванию;
ресурсная прочность – этот параметр определяет периодичность проведения технического обслуживания. Обычно работы по техническому обслуживанию двигателя проводятся в период между 5000 и 30000 километров пробега. Имеется гарантийный и послегарантийный периоды технического обслуживания.
Двигатели внутреннего сгорания имеют ряд разнообразных особенностей конструктивного характера:
топливная система – может быть бензиновая и дизельная. Бензиновые двигатели при большем числе оборотов колен вала развивают большую мощность, а дизельные имеют большой крутящий момент и отличаются устойчивой работой;
на современных двигателях внутреннего сгорания применяется электронная система впрыска бензина (инжекторная), она показывает лучшие технико-экономические показатели, чем карбюраторная система. Из-за плохого смешивания бензовоздушной смеси карбюраторная система имеет низкий КПД, труднорегулируемая механическая регулировка приводят к перерасходу топлива;
система бензинового впрыска может быть одноточечного и многоточечного типа. Недостатком одноточечной системы есть то, что при резком уменьшении нагрузки происходит увеличение расхода топлива. Многоточечный тип имеет прямую и распределенную систему внутреннего впрыска. При этом создается равномернораспределенная смесь, что делает работу двигателя устойчивой на всех режимах. Но при прямом впрыске, хоть и наблюдается повышение мощности, ресурсной прочности и снижение расхода топлива значительно повышается стоимость, так как необходимо высококачественное топливо и наблюдаются провалы на малых оборотах в начале движения.

Что такое мощность двигателя

Под мощностью следует понимать физическую величину, которая показывает совершаемую двигателем работу за единицу времени. При вращательном движении мощность определяется как произведение крутящего момента на угловую скорость вращения коленчатого вала. Обычно она указывается в лошадиных силах (л.с.), но встречается измерение и в кВт.

Существует несколько единиц измерения под названием «лошадиная сила», но, как правило, имеется в виду так называемая «метрическая лошадиная сила», которая равная ≈ 0,7354 кВт. А вот в США и Великобритании лошадиные силы, касающиеся автомобилей, приравнивают к 0,7456 кВт, то есть как 75 кгс*м/с, что приблизительно равно 1,0138 метрической.

1 кВт = 1,3596 л.с. (для метрического исчисления);
1 кВт = 1,3783 hp (английский стандарт);
1 кВт = 1,34048 л.с. (электрическая «лошадка»).

Если же конвертировать мощность 1 лошадиной силы в киловатты (в промышленности или энергетике), то она будет примерно равна 0,746 кВт. Понятие лошадиная сила не входит в международную систему измерений (СИ), поэтому измерение мощности в кВт будет более правильным.

Чем больше мощность, тем большую скорость сможет развить автомобиль.

Виды мощности

Для определения характеристик двигателя применяют такие понятия мощности как:

индикаторная;
эффективная;
литровая.

Индикаторной называют мощность, с которой газы давят на поршень. То есть, не учитываются никакие другие факторы, а только давление газов в момент их сгорания. Эффективная мощность, эта та сила, которая передается коленчатому валу и трансмиссии. Индикаторная будет пропорциональной литражу двигателя и среднему давлению газов на поршень.

Эффективная мощность двигателя будет всегда ниже индикаторной.

Также есть параметр, называемый литровой мощность двигателя. Это соотношение объема двигателя к его максимальной мощности. Для бензиновых моторов литровая мощность составляет в среднем 30-45 кВт/л, а у дизельных – 10-15 кВт/л.

Как узнать мощность двигателя автомобиля

Конечно, значение можно посмотреть в документах на машину, но иногда требуется узнать мощность автомобиля, который подвергался тюнингу или давно находится в эксплуатации. В таких случаях не обойтись без динамометрического стенда. Его можно найти в специализированных организациях и на станциях техобслуживания. Колеса автомобиля помещаются между барабанами, создающими сопротивление вращению. Далее имитируется движение с разной нагрузкой. Компьютер сам определит мощность двигателя. Для более точного результата может понадобиться несколько попыток.