Что такое стационарная работа двигателя

Что такое стационарная работа двигателя

Любой автомобильный двигатель прослужил бы до капитального ремонта в три-четыре раза дольше, если бы работал в одном постоянном (стационарном) режиме.
Однако при движении автомобиля (особенно по городу) режимы работы двигателя постоянно изменяются. Это так называемые нестационарные (неустановившиеся) режимы, характеризующиеся постоянным изменением частоты вращения коленчатого вала и нагрузки (подачи топливо-воздушной смеси). Нестационарные режимы являются преобладающими при эксплуатации автомобилей и составляют от всего времени движения:
— примерно 95 % — при интенсивном городском движении;
— около 85-90 % — при движении по грунтовым дорогам;
— 30-35 % — на загородных дорогах.
По статистике, в зависимости от условий эксплуатации на каждые 1000 километров пробега приходится до 400 пусков и остановок двигателя. При движении автомобилей по дорогам различного качества их двигатели наибольшее время работают при открытой на 5-70 % дроссельной заслонке и развиваемой мощности от 13 до 78 % от номинальной.
При нестационарных режимах работы двигателя, в сравнении с установившимися, интенсивность изнашивания поршневых колец увеличивается до 3,5 раз, поршней — до 2,5 раз. В среднем износ двигателя возрастает в 3-4 раза. Расход топлива увеличивается на 15 %. Отсюда ясно, почему при движении по загородной дороге экономичность автомобиля на 1-1,5 литра выше, чем при городской эксплуатации.
«Разгон-накат»
Одним из наиболее неприемлемых с точки зрения изнашивания деталей цилиндро-поршневой группы и кривошипно-шатунного механизма автомобильного двигателя является искусственно нестационарный режим вождения автомобиля, который автомобилисты называют «разгон-накат». Этот стиль езды был очень модным в 50-60-е годы, считалось, что он-де очень экономичен и способствует увеличению долговечности двигателя. Суть такого режима вождения заключается в максимально возможном для данного участка дороги разгоне автомобиля и выключении передачи. Некоторые автомобилисты даже выключали при этом двигатель. К слову, это совершенно недопустимо на автомобилях, оборудованных пневматической системой тормозов, — тормоза могут «исчезнуть». Когда скорость автомобиля падала до 20-30 километров в час, двигатель и передачи вновь включались, опять производился максимально возможный разгон автомобиля, и так далее и тому подобное. Не говоря пока об условиях работы двигателя, заметим, сколько при этом производится лишних вмешательств в коробку передач, сколько циклических изменений нагрузок происходит в агрегатах трансмиссии (карданный вал, ведущий мост), сколько дополнительной энергии затрачивает шофер на вождение автомобиля.
Казалось бы, по сравнению со стационарным режимом работы двигателя (постоянная частота вращения коленчатого вала и подача топливо-воздушной смеси) суммарное количество оборотов коленчатого вала на одном и том же участке пути меньше, меньше трение поверхностей деталей и количество циклов сгорания. И все же специальные исследования показали, что изнашиваемость деталей цилиндро-поршневой группы и кривошипно-шатунного механизма двигателя, а также деталей трансмиссии, равно как и расход топлива, в режиме «разгон-накат» выше, чем при постоянных режимах работы двигателя! Объясняется это следующим: в первые моменты разгона, когда мы, нажимая на «газ», подаем во впускную систему дополнительную порцию топлива, оно испаряется не полностью, потому что для полного испарения температура поверхностей деталей впускного тракта и камеры сгорания еще недостаточна. До «лишнего» топлива там установилось определенное тепловое равновесие, когда температура стенок была именно такой, какая необходима для полного испарения топлива. Полного испарения придется ожидать, когда во впускном тракте и цилиндре установится новый тепловой баланс. Дополнительному (неиспарившемуся) топливу ничего не остается делать, как буквально вылететь в трубу (в выпускную). Но хуже другое: оставшееся топливо по стенкам зеркала цилиндра стекает в поддон картера, разжижая моторное масло и ухудшая его смазочные свойства, а также смывает масляную пленку с зеркала цилиндра.
Отсюда больше износы деталей цилиндро-поршневой группы и кривошипно-шатунного механизма двигателя. Детали последнего (шейки и вкладыши коленчатого вала) больше изнашиваются еще и из-за того, что при увеличении порции сгораемого топлива в цилиндрах в первые моменты между вкладышами и шейками коленчатого вала разрушается масляная пленка, ведь там тоже был определенный гидродинамический баланс.
Эти негативные процессы проявляются в большей степени, когда при «накате» двигатель совсем выключается («глушится»). Температуры поверхностей впускного тракта и камеры сгорания существенно понижаются, и при последующем включении двигателя и резком разгоне в первые моменты очень большая часть топлива выбрасывается наружу или попадает в поддон картера.
Итак, стиль «разгон-накат» должен быть непременно забыт. Выросшие на этой манере вождения автомобилей водители 50-60-х годов могут сколько угодно говорить, что у них на «Победе» или «двадцать первой» «Волге» была большая экономия топлива и ресурс автомобилей был большой, но они не правы.
Торможение двигателем
Разновидностью неустановившихся режимов работы ДВС является режим торможения двигателем, или, если шире, режим принудительного холостого хода. По статистике, при городском движении этот режим составляет от 5 до 20 % от всего времени движения автомобиля. Данный режим используется при движении автомобиля под уклон с включенной передачей и, кратковременно, при переключении передач. При этом, при полностью убранном «газе», подача топлива в цилиндры соответствует режиму обычного холостого хода при минимальных оборотах, а частота коленчатого вала принудительно увеличена и опосредована скоростью вращения колес автомобиля. В результате топливо-воздушная смесь в цилиндрах обедняется, и нормального ее воспламенения не происходит. Наблюдаются пропуски вспышек, а несгоревшее топливо опять или вылетает в трубу (выпускную), или стекает по стенкам зеркала цилиндра в поддон картера. К чему это приводит, подробно описано выше.
Как бороться с этими процессами? Инженерная мысль закономерно развивалась в двух направлениях — полная отсечка топлива на этом режиме или, наоборот, добавление такого его количества, которое необходимо для стабильного воспламенения при получаемых оборотах коленчатого вала. По второму принципу действует большинство западных устройств во впускной системе автомобиля. Их называют «экономайзерами принудительного холостого хода» (ЭПХХ).
Отечественные устройства тоже называются ЭПХХ, но они производят полную отсечку топлива в цилиндры, перекрывая отверстия системы холостого хода карбюратора. О наличии ЭПХХ на отечественных автомобильных двигателях можно судить по маркировке карбюраторов, в которых после всей информации в конце должно стоять число «10». Экономайзеры принудительного холостого хода в должном исполнении начали устанавливаться на карбюраторах ДААЗ для автомобилей семейства ВАЗ-2107. Для отсечки топлива у них на режиме принудительного холостого хода служит электропневмоклапан, перекрывающий отверстие системы холостого хода. На более поздних моделях, ВАЗ-2108 и других, устанавливается электрический клапан 18, который более надежен и неприхотлив в работе. Кстати, неисправность клапана ЭПХХ весьма неприятна. Мало того, что прекращается борьба с весьма неблагодарным режимом принудительного холостого хода, начинает капризничать и штатная система холостого хода, так как клапан ЭПХХ перекрывает ее отверстие наглухо и на холостых оборотах двигатель уже не работает.
На карбюраторах некоторых автомобилей устанавливается клапан, перекрывающий отверстие системы холостого хода только при включенном зажигании, например, у автомобилей ВАЗ-2105. Его назначение — предотвращение калильного зажигания топливо-воздушной смеси, то есть воспламенения ее от разогретых поверхностей камеры сгорания. К слову, в маркировке таких карбюраторов в конце вереницы цифр стоит число «20». Кстати, на эти автомобили последних лет выпуска может быть установлен ЭПХХ по схеме карбюратора для двигателя ВАЗ-2107.
Несколько слов о диагностировании исправной работы всех этих клапанов. Включите зажигание, снимите с клеммы клапана А наконечник провода. Должен явно прослушиваться щелчок. Если щелчка не последовало, следует проверить наличие напряжения на проводе контрольной лампой или тестером. При отсутствии напряжения на проводе замените клапан. Вероятнее всего, произошел обрыв электрической обмотки клапана. Если же отсутствует напряжение, проверьте надежность соединения проводов. При наличии блока управления клапаном неисправность может быть в нем. В этом случае без замены блока не обойтись.
И наконец, применение ЭПХХ обеспечивает экономию топлива в городских условиях эксплуатации автомобиля не менее 3 %. Так что это вполне полезная штуковина.
Выводы
1. Любые нестационарные режимы работы автомобильных двигателей весьма нежелательны с точки зрения изнашивания его деталей и расхода топлива.
2. Стиль вождения автомобиля «разгон-накат» вместо внешне ожидаемой экономии топлива и увеличения долговечности деталей и двигателя в целом приводит к прямо противоположным результатам. При этом еще увеличиваются нагрузки на детали агрегатов трансмиссии (значит, их изнашивание). От водителя требуются немалые энергетические затраты на все эти «выкрутасы». 3. Режим торможения двигателем (или принудительного холостого хода) крайне нежелателен с точки зрения повышения износов деталей и расходов топлива для двигателей, не оборудованных экономайзерами принудительного холостого хода. Однако движение на спуске с отключенной от двигателя трансмиссией (на «нейтралке») не рекомендуется с точки зрения безопасности дорожного движения, особенно в зимнее время.
4. Долговечность, безопасность работы агрегатов автомобиля и в первую очередь двигателя существенно увеличивается при постоянных установившихся режимах работы двигателя, что необходимо учитывать при выработке стиля вождения автомобиля.
Николай Кузьмин

Стационарный двигатель Mercury Optimax Sport Jet 200

Mercury SportJet создан по отмеченной наградами технологии. Мгновенный запуск поворотом ключа. Работа без дыма. Первоклассная экономия топлива и мощность двигателя. Mercury предлагает три разных варианта решетки. Настройте свой водометный подвесной двигатель для себя, в соответствии со своими личными задачами на воде. Заросшие травой участки или каменистое дно рек – компания Mercury все предусмотрела. Меньше работы у причала. Больше удовольствия на воде.

Вода засасывается в узел через впускную решетку крыльчаткой, которая приводится в движение непосредственно карданным валом двигателя. Затем вода под высоким давлением выбрасывается через выпускное сопло, создавая тягу, которая движет лодку вперед. Для движения задним ходом заслонка поднимается в положение над выпуском и перенаправляет поток под давлением в противоположную сторону.

Привод Mercury® SportJet® – это двигатель 200 л.с. V6 с прямым впрыском топлива (DFI) OptiMax для простого запуска поворотом ключа, работы без дыма, замечательной экономии топлива и великолепной мощности. В Mercury SportJet предусмотрена система охлаждения с самодренажом для упрощения обслуживания.

Mercury SportJet – это отличный вариант силовой установки для плавания по мелководью. Уникальное конструкторское решение для беспрецедентной маневренности. Без винтов. Без скегов. Без ударов по подводным препятствиям. Легко двигайтесь туда, куда не могут подойти другие лодки. Вы можете добраться намного дальше, чем просто к уединенным рыбным местам. Катание на лыжах и надувных баллонах, вейкбординг. Водометным двигателям все это по силам. Идеальная смесь мощности, простоты и удовольствия.

Для получения более подробной информации перейдите на сайт производителя.

• Каталог
• Дилеры
• Пресс-центр
• Полезная информация
• О компании

© 2000–2021 НПФ «Лакор» — дистрибьютор «Brunswick Marine in EMEA» в России

Особенности работы стационарного лодочного мотора

Все большее число лодочников сегодня выбирают подвесные лодочные моторы. Однако, лодка со стационарным двигателем остается, так сказать, классическим вариантом, который будет востребован в любые времена.

В целом подвесные агрегаты на лодку обычно выбирают, когда важно, чтобы мотор можно было перевозить с места на место. Ведь эти агрегаты компактные и легкие. Но лодка со стационарной конструкцией является более цельной и надежной.

Преимущества стационарного лодочного мотора

Стационарный лодочный мотор является весьма надежной и безопасной конструкцией для любого судна. Они стоят, как на небольших судах, так и на серьезных яхтах и специализированных катамаранах. В целом, какой выбрать мотор – стационарный или подвесной – это индивидуальный вопрос. Он зависит от того, какие цели преследует в своем плавании судовладелец:

• в каких условиях важно иметь стационарный лодочный мотора, а когда удобнее быть обладателем подвесного лодочного двигателя? Многочисленные водномоторники дают свои оценки по этому моменту, опираясь на богатый опыт владения и теми, и теми лодочными моторами. Отмечают, что в просто-напросто в местах, где есть организованные стоянки для лодок, яхт и катеров, удобнее всего иметь маломерное судно, имеющее стационарную конструкцию двигателя. Так перед каждым выходом на воду вам не придется устанавливать ваш двигатель на лодку. Вам не придется подвергать свой агрегат постоянной транспортировке. Это может быть не совсем легкой задачей. Скажем, если ваш подвесной лодочный мотор весит около 50 килограммов;
• стационарные лодочные двигатели считаются намного более экономичными в плане потребления топлива. Оказывается, в целом удельный расход топлива, а также лодочного масла таких лодочных моторов аж в 1,5- 2 раза меньше, нежели чем у подвесных лодочных моторов. Также лодка со стационарным двигателем, а точнее, именно сам мотор такой маломерной лодки, считается в разы более долговечным;

• некоторые отмечают, что в лодках, которые оснащены такими двигателями, наблюдается намного более хорошая шумоизоляция. Это очень важный момент, который обычно касается в первую очередь пассажиров судна;
• кроме того, многие водномоторники, и не только они, отмечают, что в целом эстетика стационарных лодочных моторов налицо. Они представляют собой целостную конструкцию, в которой все основные детали скрыты от глаз пассажиров. Тогда, как плавание на лодке, оснащенной подвесным лодочным мотором представляет из себя слегка вывороченные наружу детали лодки. Иногда запасной подстраховочный лодочный двигатель берут на борт, и она также может кому-то мозолить глаза.

Кроме того, когда вы используете стационарный лодочный двигатель, то оставляете за собой выбор масла и топлива, которым вы будете пользоваться. Не секрет, что производители подвесных лодочных двигателей порой ставят владельцев своих моторов в достаточно жесткие рамки относительно выбора того или иного топлива. При этом, стационарный мотор не имеет таких узких предпочтений. Во всяком случае, если говорить про общую тенденцию.

Некоторые второстепенные нюансы в работе стационарного мотора

Работа стационарного двигателя имеет ряд своих характерных черт. Также есть нюансы, которые могут показаться не столь явными. Однако, изучая характеристики разных типов двигателей, любой судовладелец примечает моменты для своей индивидуальной эксплуатации мотора:

Интересно, что сам привод лодочных моторов, которые имеют общую конструкцию с лодочным транспортом, бывает нескольких типов. Неверно думать, что лишь подвесные лодочные двигатели бывают разных типов и конфигураций. Вовсе нет, стационарные двигатели также отличаются по очень многим характеристикам и параметрам. Самые используемые из таких двигателей – это поворотно-откидные колонки, а также двигатель, который имеет так называемую прямую линию вала.

• стационарные лодочные моторы можно встретить, как те, которые используют бензин, так и те, которые работают на дизельном топливе. Выбирая для себя катер или моторную лодку, у которой стоит двигатель на бензине, нужно помнить, что в цене такая установка быстрее падает. Дело в том, что при эксплуатации водного транспорта, нагрузка на дизельный мотор идет гораздо меньше, чем на бензиновый. Так же количество оборотов при дизеле значительно сокращается. Считается, что дизельное топливо способно создать прекрасный крутящий момент.

По всем параметрам выбор должен падать на моторы, которые работают на дизеле. Тем более, считается, что во время длительных круизов и путешествий, мотор, который работает на дизеле, может более точно показать, как рассчитать топливо на поездку. Но есть один ощутимый момент в пользу бензиновых стационарных моторов. Оказывается, они считаются намного более легкими, примерно в 2 раза. Дело в том, что дизель просто-напросто не подойдет на легкое моторное судно глиссирующего типа.

Справедливости ради стоит отметить негативные характеристики стационарных лодочных моторов. Среди них тот момент, что такие моторы буквально сжирают место в кокпите. А при каких-либо моментах невнимательного использования судна или при неисправности вентиляционного моторного отсека, такой лодочный мотор может стать даже пожароопасным.

Нужно пристально смотреть на такую вещь, как система охлаждения стационарного мотора. Одноконтурные или открытые типы систем считаются более простыми и практичными, хотя в соленой воде обычно рекомендуют все же выбирать двухконтурные системы. В системе, в которой работают 2 контура, ваш двигатель будет охлаждать так называемый антифриз. Он будет отдавать нужное тепло воде, которая находится за бортом судна посредством специального холодильника. В данном случае соленая забортная вода вообще не будет как-либо соприкасаться с лодочным мотором, и разъедать его.

Хочется отметить неоспоримых лидеров производства стационарных лодочных моторов, которые уже завоевали целые армии своих поклонников на водномоторном рынке. Это такие компании-производители, как Mercruiser, Penta и Volvo. Если посмотреть на все характеристики их лодочных моторов – на цену, качество продукции и так далее, то все эти бренды зарекомендовали себя с наилучшей стороны.

7.4. Согласование режимов работы двигателя па

и потребителей энергии

Потребителями энергии пожарных машин могут быть генераторы электрического тока, лебедки, компрессоры, приводы механизмов пожарных автолестниц и автоколенчатых подъемников, а также пожарные насосы на автоцистернах и автонасосах.

Мощность потребителей энергии на пожарных машинах сравнительно небольшая, да и эксплуатируются они в основном (кроме пожарных насосов) при постоянных скоростных режимах. Поэтому согласование режимов их эксплуатации и двигателя в основном осуществляется по скоростным параметрам. Рассмотрим это на следующем примере (рис.7.17). На этом рисунке кривая 2 является частичной скоростной характеристикой, ограничивающей мощность двигателя при его работе в стационарном режиме. Кривая 3 характеризует крутящий момент, соответствующий частичной скоростной характеристике (кривая 2). Прямая 4 характеризует максимальную мощность потребителя. Диапазон скоростных его режимов от n_{м max} до n_к может быть рекомендован для привода потребителя. Зная обороты вала потребителя n_п и выбранные обороты двигателя n_дв, определяют передаточное отношение привода

. (7.1)

Более сложным является согласование режимов эксплуатации пожарных насосов и двигателей. Пожарные насосы эксплуатируются в широком интервале величин развиваемых ими напоров и подач воды. Изменение от максимальных до минимальных значений величин напоров и подач воды образуют поле эксплуатации насосов. Естественно, что каждой точке этого поля будет соответствовать величина потребляемой мощности. Вот эти мощности и необходимо согласовать с полем мощности отдаваемой двигателем в стационарном режиме работы двигателя.

Для осуществления процедуры согласования необходимо знать зависимости напоров Нм, развиваемых насосами от величин подачи Q л/с. Такие зависимости H = f(Q) при заданной величине высоты всасывания h_вс = 3,5 м и постоянных оборотах вала насоса получают экспериментально. При этом, естественно, определяют мощность N = f(Q) и значение коэффициента полезного действия.

Было установлено, что изменение Н, N и η в зависимости от величины Q можно выразить аналитически

у_і = A_i + B_iQ — C_iQ 2 , (7.2)

где i = 1 – величина напора, м.в.ст.; i = 2 – величина потребляемой мощности, кВт; i = 3 – значение коэффициента полезного действия; Q — подача насоса, л/с.

Значения постоянных А, В и С приводится в табл.7.1.

Насосы и показатели

Мощность, N

Мощность, N

Мощность, N

При определении N, потребляемой пожарным насосом, необходимо учитывать потери мощности в трансмиссии. При этом будет определена мощность, отдаваемая двигателем. Потери мощности учитываются коэффициентом полезного действия трансмиссии

, (7.3)

где = 0,97 – КПД зубчатой передачи;= 0,99 – КПД карданного вала;

η_по= 0,99 – КПД промежуточной опоры; К – количество зацеплений зубчатых колес или опор карданного вала.

С учетом КПД трансмиссии насоса, потребляемая им мощность N_н равна

, (7.4)

где N’_н — мощность, вычисленная по формуле (7.2).

Значения Н, N и η, вычисленные по формулам (7.2) и (7.4) характерны только при одной скорости n_н вала насоса. Они изображены кривыми аб и a’б’ на рис.7.18.

Для того, чтобы определить поле мощности, потребляемой насосом, необходимо построить зависимости Н = f(Q) и N = f(Q) при частотах вращения вала n_н2 и n_н3. Величину n_н3 выбирают из соображения, что возможна подача воды насосом при 0,5 Н_ном. Это соответствует n_н3  0,65 n_н1. Величину n_н2 выбирают в интервале от n_н1 до n_н3.

Обозначим выбираемую скорость n_нх, тогда соответствующие ей значения Q, Н и N будут определяться на основании формулы теории подобия

. (7.5)

Вычисленные значения Н_х и N_х при различных скоростях n_нх изображают, как показано на рис.7.18. Поле а’b‘dc’ характеризует потребляемую насосом мощность.

Для сопоставления отбираемой от двигателя мощности и мощности, потребляемой насосом, необходимо согласовать частоты вращения вала двигателя n_дв с частотами вращения n_н вала насоса. Это согласование осуществляется передаточным отношением коробки отбора мощности по формуле

, (7.6)

где n_N — частота вращения вала двигателя при максимальной мощности, об/ мин; n_н1 — номинальная частота вращения вала насоса, об/мин.

Используя передаточное отношение, легко находятся частоты вращения вала двигателя, соответствующие скоростям вала насоса n₁= i n_н1, n₂ = in_н2 и т.д. Полученные значения частот вращения вала двигателя устанавливаются на оси частот вращения двигателя в третьем квадранте графической схемы расчета. Затем в этом квадранте строится внешняя скоростная характеристика двигателя и, как указывалось выше, определяется точка «К». Из точек n₁, n₂ и n₃ на оси абсцисс опускаются перпендикулярные прямые. На них с помощью горизонтальных прямых c’. c n , d’. d» и т.д. находят точки a»e»c»d»f»в». Соединив эти точки отрезками прямых и кривых линий, определяется поле мощности, потребляемой насосом. Если имеется требуемый запас мощности в точке К, то двигатель будет эксплуатироваться в стационарных условиях работы без перегрева.

Совмещение полей мощности двигателя и насоса позволяет определять и наиболее экономичные по расходу топлива режимы. Для такой оценки на поле мощностей двигателя наносят изолинии удельных расходов топлива g_e г/кВт·ч. Для двигателя дизель ЗИЛ 645 изолинии удельных расходов топлива g_e г/кВт·ч представлены на рис.7.19. На нем поз.3 означает поле d»в»а»с» мощности, потребляемой пожарным насосом ПН-40УВ. Тонкими кривыми линями типа 2 обозначены удельные расходы топлива. У каждой из них указаны величины удельных расходов. Из анализа результатов сравнения границ поля мощности потребляемой насосом и удельных расходов топлива, следует ряд выводов. Во-первых, в области малых и больших расходов воды повышение напора, соответственно от с к а и от d к в (рис.7.18) сопровождается, как показано на рис.7.19 (соответственно от с» к а» и от d» к в» уменьшением удельных расходов топлива. Во-вторых, аналогично уменьшаются удельные расходы топлива при увеличении подач воды насосом (от с» до d» и от а» до в»). Таким образом, наиболее экономичным по удельному расходу двигателя являются режимы работы насоса близкие к номинальным величинам подачи насоса и развиваемым им напора.