Эластичность двигателя

Эластичность двигателя

способность двигателя иметь большой крутящий момент при меньших оборотах и быстро разгонять автомобиль без существенного увеличения оборотов, что позволяет меньше пользоваться переключением скоростей и обеспечивает лучшие ездовые качества автомобиля

эластичность эластокинематическая подвеска

Ссылки исходящие (структура 3-х уровней):

Крутящий момент или мощность — что выбрать?

Крутящий момент или Мощность — разбираемся в деталях

Для нас уже привычными стали такие термины, как МОЩНОСТЬ и КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ, которые являются необходимым критерием оценки силовых возможностей двигателя. Но возникает вопрос — на сколько правильно каждый из нас сможет оценить потенциал двигателя, имея перед глазами лишь цифры с техническими данными автомобиля?

Покупая автомобиль, мы обычно интересуемся максимальной мощностью и расходом горючего. На величину крутящего момента и на то, при каких оборотах он достигается — обращают внимание единицы. И совершенно напрасно! Уверены, что никто не станет целиком полагаться на заверения продавца в автосалоне, что мотор приобретаемого авто достаточно мощный и полностью вас удовлетворит. Сухие цифры лошадиных сил и ньютон-метров обычному покупателю показывают только цифры, без разъяснения сути…

Тот, кто ездил на автомобилях разных моделей с одинаковым рабочим объемом двигателя, наверняка заметил, что их динамические качества могут существенно различаться. Причем иногда машина с более мощным двигателем разгоняется медленнее. Некоторые автомобили хорошо тянут с самых малых оборотов, другие «просыпаются», только когда стрелка тахометра приближается к середине шкалы.

Чему может научить «паровоз»

Наша задача — понять, что такое крутящий момент и мощность двигателя, и она значительно упростится, если вспомнить устройство паровоза. Кроме пассивного преобразователя трения из одного вида в другой, колесо стало выполнять еще одну задачу — создавать движущую (тяговую) силу, то есть, отталкиваясь от дороги, приводить в движение экипаж. Давление пара действует на поршень, тот, в свою очередь, давит на шатун, последний проворачивает колесо, создавая КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ. Вращение колеса под действием крутящего момента вызывает появление пары сил. Одна из них — сила трения между рельсом и колесом — как бы отталкивается от рельса назад, а вторая — та самая искомая нами СИЛА ТЯГИ через ось колеса передается на детали рамы паровоза.

На примере паровоза заметно, что чем больше давление пара, действующее на поршень, а через него — на шатун, тем большая сила тяги будет толкать его вперед. Очевидно, изменяя давление пара, диаметр колеса и положение точки крепления шатуна относительно центра колеса, можно менять силу и скорость паровоза. То же самое происходит в автомобиле.

Разница в том, что все преобразования сил осуществляются непосредственно в самом двигателе. На выходе из него мы имеем просто вращающийся вал, то есть, вместо силы, толкающей паровоз вперёд, здесь мы получаем круговое движение вала с определенным усилием ― КРУТЯЩИМ МОМЕНТОМ.

А МОЩНОСТЬ, развиваемая двигателем, ― это всего лишь его способность вращаться как можно быстрее, одновременно создавая при этом на валу крутящий момент. Значение мощности зависит от крутящего момента и оборотов двигателя. Теперь понятно, почему наибольшая мощность достигается при высоких оборотах и полном нажатии педали газа (подается самое большое количество горючего). Этот же показатель влияет на максимальную скорость. Затем вступает в действие силовая передача автомобиля (трансмиссия), которая этот крутящий момент изменяет так, как нам нужно, и подводит к ведущим колесам. И только в контакте между колесом и дорожным покрытием крутящий момент снова «выпрямляется» и становится тяговой силой.

Момент или мощность — в примерах

Давайте рассмотрим пример. Вам предстоит преодолеть подъем, а увеличить скорость движения (разогнать автомобиль перед подъемом) нельзя из-за дорожной обстановки. Для сохранения темпа движения потребуется увеличить силу тяги. Тут часто возникает ситуация, которая выглядит так, добавление газа не даёт прироста силы тяги. Это вызывает снижение скорости, а значит, и оборотов двигателя, сопровождающееся дальнейшим уменьшением силы тяги на ведущих колесах.

Так что же делать? Как поддержать большую тяговую силу при малой скорости движения, если двигатель «не тянет», то есть, не обеспечивает достаточный КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ? Вступает в действие трансмиссия. Вы вручную, или автоматическая коробка передач самостоятельно, измените передаточное число так, чтобы сила тяги и скорость движения находились в оптимальном соотношении. Но это дополнительные неудобства в управлении автомобилем. Напрашивается вывод: было бы лучше, если бы двигатель сам приспосабливался к работе в таких ситуациях. Например, вы въезжаете на подъем. Сила сопротивления движению автомобиля возрастает, скорость падает, но силу тяги можно добавить, просто сильнее нажав на педаль газа. Автомобильные инженера для оценки этого параметра используют термин «ЭЛАСТИЧНОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ».

Что мы знаем об эластичности двигателей

Под эластичностью двигателя понимается соотношение между числом оборотов максимальной мощности и оборотов максимального крутящего момента (об/мин Pmax/об/мин Mmax). Оно должно быть таковым, чтобы по отношению к оборотам максимальной мощности обороты максимального крутящего момента были как можно ниже. Это позволит снижать и увеличивать скорость только за счет работы педалью газа, не прибегая к переключению передач, а также ехать на повышенных передачах с малой скоростью. Практически оценить эластичность мотора можно путем проверки способности автомобиля разгоняться от 60 до 100 км/ч на четвёртой передаче. Чем меньше времени займет этот разгон, тем эластичнее двигатель.

В подтверждение вышеизложенного, обратимся к результатам тестов автомобилей:
— Audi А6 (двигатель 2,0 / 170 лс при 4300 об/мин / 280 Нм при 1800 об/мин).
— BMW 523i (двигатель 2,5 / 177 лс при 5800 об/мин / 230 Нм при 3500 об/мин).
— Mercedes E200 Kompressor Classic (двигатель 1,8 / 163 лс при 5500 об/мин / 240 Нм при 3000 об/мин).

Главным образом, рассмотрим характеристики Audi и BMW. Двигатель Audi, гораздо меньшего объёма и почти такой же мощности, практически не уступает баварцу в разгоне с места, но зато в замерах на эластичность и экономичность кладёт конкурента на обе лопатки. Почему это происходит? Потому что коэффициент эластичности мотора Audi 2,39 (4300/1800) против 1,66 (5800/3500) у BMW, а поскольку вес автомобилей приблизительно равный, авто из Мюнхена позволяет дать завидную фору своему соотечественнику. Причём эти впечатляющие результаты достигаются на топливе АИ-95.

Итоги

Подведём итог: из 2-х двигателей одинакового объема и мощности, предпочтителен тот, у которого выше эластичность. При прочих равных условиях такой мотор будет меньше изнашиваться, работать с меньшим шумом и меньше расходовать топливо, а также упростит манипуляции с рычагом коробки передач. Под все эти условия попадают современные бензиновые и дизельные двигатели с наддувом.

Очевидно, что тяговую силу предпочтительно иметь наибольшую . Это обеспечит нужную интенсивность разгона, способность преодолевать подъемы и перевозить больше людей и груза. В технической характеристике автомобиля есть такие параметры, как число оборотов двигателя при максимальной мощности и максимальном крутящем моменте и величина этой мощности и момента. Как правило, они измеряются соответственно в оборотах в минуту (об/мин), киловаттах (кВт) и ньютонометрах (Нм).

Необходимо уметь правильно понимать внешнюю скоростную характеристику двигателя. Это графическое изображение зависимости мощности и крутящего момента от оборотов коленчатого вала. Наиболее показательной является форма кривой крутящего момента, а не его величина. Чем раньше достигается максимум и чем более полого кривая падает по мере увеличения оборотов (то есть мотор имеет неизменную тягу), тем правильнее спроектирован и работает двигатель.

Однако получить двигатель, обладающий достаточным запасом мощности, высокими оборотами, да еще и стабильным КРУТЯЩИМ МОМЕНТОМ в широком диапазоне оборотов, непросто. Именно на это направлены применение наддува различных систем, электронного регулирования впрыска топлива, переменные фазы газораспределения, настройка выпускной системы и ряд других мероприятий.

Найдите решение для своего автомобиля и получите гарантированный рост мощности до 25%.

Наша продукция

Тормоза

Тормоза mayr ® Antriebstechnik применяются в разных областях. Мы различаем две линейки тормозов: пружинные и предохранительные, приводимые в действие усилием пружины. Тормоза работают по принципу отказобезопасности (Fail-safe). В обесточенном состоянии они замкнуты. Пружинные тормоза принципиально сконструированы как удерживающие тормоза, которые предназначены как для аварийного останова, так и — в зависимости от модели — для динамического торможения.

Тормоза, приводимые в действие рабочим током, при отключении тока размыкаются, поэтому они не являются предохранительными тормозами. Электромагнитные тормоза предназначены прежде всего для точного позиционирования и надежного удержания вплоть до предела износа.

Муфты

Муфты mayr ® Antriebstechnik обеспечивают надежную передачу крутящего момента, а также ограничивают усилие и крутящий момент.

Соединительные муфты для валов соединяют валы в трансмиссии и компенсируют отклонения. В зависимости от конструкции они подразделяются на жесткие и эластичные.

Предохранительные муфты mayr ® надежно ограничивают крутящий момент и усилие, предотвращая таким образом повреждение трансмиссии. Теперь приводу больше не страшна перегрузка: предохранительные муфты послужат для машины подушкой безопасности.

Электромагнитные муфты — это электрически переключаемые машинные компоненты, рассчитанные прежде всего на работу в импульсном режиме и предназначенные для позиционирования.

Сочетание «муфта — тормоз»

Электромагнитный агрегат «муфта — тормоз» благодаря чередованию сцепления и торможения создает цикличный режим. При этом двигатель привода работает постоянно. Сочетания «муфта — тормоз» mayr ® Antriebstechnik обеспечивают большое число тактов. Корпус полностью закрыт, поэтому подходит для использования со стандартными двигателями и редукторами. С агрегатами «муфта — тормоз» mayr ® Antriebstechnik возможны самые разные монтажные положения.

Запатентованная система саморегулирования обеспечивает точное позиционирование в течение всего срока службы. Таким образом, исключается необходимость технического обслуживания и связанные с этим перерывы в процессе эксплуатации.

Электронные компоненты

Вспомогательные и контрольные модули mayr ® Antriebstechnik прекрасно согласуются с электромагнитными муфтами ROBATIC ® и тормозами ROBA ® -quick, а также с сочетаниями «муфта — тормоз» ROBA ® -takt и предохранительными тормозами ROBA-stop ® . Кроме того, они применяются в комбинации с грузоподъемными электромагнитами, клапанами и катушками электромагнита постоянного тока.

Электродвигатель

Надежная, точная работа даже при высоких нагрузках — за это отвечают приводы постоянного тока mayr ® Antriebstechnik. Приводы постоянного тока и сервоприводы были разработаны, чтобы гарантировать длительный срок службы при минимальных затратах на техническое обслуживание. Приводы постоянного тока и серводвигатели mayr ® применяются в технике для автоматизации, обработки резанием или в подъемном оборудовании. В зависимости от области применения компания mayr ® разрабатывает двигатели постоянного тока и сервоприводы, которые отличаются степенью защиты, направлением монтажа или устройством управления.

Двигатели с изменяемой степенью сжатия: от Saab до Infiniti

Все чаще звучат авторитетные мнения, что сейчас развитие двигателей внутреннего сгорания достигло наивысшего уровня и больше невозможно заметно улучшить их характеристики. Конструкторам остается заниматься ползучей модернизацией, шлифуя системы наддува и впрыска, а также добавляя все больше электроники. С этим не соглашаются японские инженеры. Свое слово сказала компания Infiniti, которая построила двигатель с изменяемой степенью сжатия. Разбираемся, в чем преимущества такого мотора, и какое у него будущее.

В качестве вступления напомним, что степенью сжатия называют отношение объема над поршнем, находящимся в нижней «мертвой» точке, к объему, когда поршень находится в верхней.

Париж 2016: Infiniti готовит премьеру новаторского мотора

Для бензиновых двигателей этот показатель составляет от 8 до 14, для дизелей — от 18 до 23.

Степень сжатия задается конструкцией фиксировано. Рассчитывается она в зависимости от октанового числа применяемого бензина и наличия наддува.

Возможность динамически изменять степень сжатия в зависимости от нагрузки позволяет поднять КПД турбированного мотора, добившись того, чтобы каждая порция топливовоздушной смеси сгорала при оптимальном сжатии.

При малых нагрузках, когда смесь обедненная, используется максимальное сжатие, а в нагруженном режиме, когда бензина впрыскивается много и возможна детонация, мотор сжимает смесь минимально.

Это позволяет не регулировать «назад» угол опережения зажигания, который остается в наиболее эффективной позиции для снятия мощности. Теоретически система изменения степени сжатия в ДВС позволяет до двух раз уменьшить рабочий объем мотора при сохранении тяговых и динамических характеристик.

Схема двигателя с изменяемым объемом камеры сгорания и шатуны с системой подъема поршней

Одной из первых появилась система с дополнительным поршнем в камере сгорания, который перемещаясь, изменял ее объем. Но сразу возник вопрос о размещении еще одной группы деталей в головке блока, где уже и так теснились распредвалы, клапаны, инжекторы и свечи зажигания. Притом нарушалась оптимальная конфигурация камеры сгорания, отчего топливо сжигалось неравномерно. Поэтому система так и осталась в стенах лабораторий. Не пошла дальше эксперимента и система с поршнями изменяемой высоты. Разрезные поршни были чрезмерно тяжелыми, притом сразу возникли конструктивные трудности с управлением высотой подъема крышки.

Система подъема коленвала на эксцентриковых муфтах FEV Motorentechnik (слева) и траверсный механизм для изменения высоты подъема поршня

Другие конструкторы пошли путем управления высотой подъема коленвала. В этой системе опорные шейки коленвала размещены в эксцентриковых муфтах, приводимых в действие через шестерни электромотором. Когда эксцентрики поворачиваются, коленвал поднимается или опускается, отчего, соответственно, меняется высота подъема поршней к головке блока, увеличивается или уменьшается объем камеры сгорания, и изменяется тем самым степень сжатия. Такой мотор показала в 2000 году немецкая компания FEV Motorentechnik. Система была интегрирована в турбированный четырехцилиндровый двигатель 1.8 л от концерна Volkswagen, где варьировала степень сжатия от 8 до 16. Мотор развивал мощность 218 л.с. и крутящий момент 300 Нм. До 2003 года двигатель испытывался на автомобиле Audi A6, но в серию не пошел.

Не слишком удачливой оказалась и обратная система, также изменяющая высоту подъема поршней, но не за счет управления коленвалом, а путем подъема блока цилиндров. Действующий мотор подобной конструкции продемонстрировал в 2000 году Saab, и также тестировал его на модели 9-5, планируя запустить в серийное производство. Получивший название Saab Variable Compression (SVC) пятицилиндровый турбированный двигатель объемом 1,6 л, развивал мощность 225 л. с. и крутящий момент 305 Нм, при этом расход топлива при средних нагрузках снизился на 30%, а за счет регулируемой степени сжатия мотор мог без проблем потреблять любой бензин — от А-80 до А-98.

Система двигателя Saab Variable Compression, в которой степень сжатия изменяется за счет отклонения верхней части блока цилиндров

Задачу подъема блока цилиндров в Saab решили так: блок был разделен на две части — верхнюю с головкой и гильзами цилиндров, и нижнюю, где остался коленвал. Одной стороной верхняя часть была связана с нижней через шарнир, а на другой был установлен механизм с электроприводом, который, как крышку у сундука, приподнимал верхнюю часть на угол до 4 градусов. Диапазон степени сжатия при поднимании — опускании мог гибко варьироваться от 8 до 14. Для герметизации подвижной и неподвижной частей служил эластичный резиновый кожух, который оказался одним из самых слабых мест конструкции, вместе с шарнирами и подъемным механизмом. После приобретения Saab корпорацией General Motors американцы закрыли проект.

Проект МСЕ-5 в котором применен механизм с рабочим и управляющим поршнями, связаными через зубчатое коромысло

На рубеже веков свою конструкцию мотора с изменяемой степенью сжатия предложили и французские инженеры компании MCE-5 Development S.A. Показанный ими турбированный 1.5-литровый мотор, в котором степень сжатия могла варьироваться от 7 до 18, развивал мощность 220 л. с. и крутящий момент 420 Нм. Конструкция тут довольно сложная. Шатун разделен и снабжен наверху (в части, устанавливаемой на коленвал) зубчатым коромыслом. К нему примыкает другая часть шатуна от поршня, оконечник которой имеет зубчатую рейку. С другой стороной коромысла связана рейка управляющего поршня, приводимого в действие через систему смазки двигателя посредством специальных клапанов, каналов и электропривода. Когда управляющий поршень перемещается, он воздействует на коромысло и высота поднятия рабочего поршня изменяется. Двигатель экспериментально обкатывался на Peugeot 407, но автопроизводитель не заинтересовался данной системой.

Теперь свое слово решили сказать конструкторы Infiniti, представив двигатель с технологией Variable Compression-Turbocharged (VC-T), позволяющей динамически изменять степень сжатия от 8 до 14. Японские инженеры применили траверсный механизм: сделали подвижное сочленение шатуна с его нижней шейкой, которую, в свою очередь, связали системой рычагов с приводом от электромотора. Получив команду от блока управления, электродвигатель перемещает тягу, система рычагов меняет положение, регулируя тем самым высоту подъема поршня и, соответственно, изменяя степень сжатия.

Конструкция системы Variable Compression у мотора Infiniti VC-T: а — поршень, b — шатун, с — траверса, d — коленвал, е — электродвигатель, f — промежуточный вал, g — тяга.

За счет данной технологии двухлитровый бензиновый турбомотор Infiniti VC-T развивает мощность 270 л.с., оказываясь на 27% экономичнее других двухлитровых двигателей компании, имеющих постоянную степень сжатия. Японцы планируют запустить моторы VC-T в серийное производство в 2018 году, оснастив ими кроссовер QX50, а затем и другие модели.

Заметим, что именно экономичность выступает сейчас основной целью разработки моторов с изменяемой степенью сжатия. При современном развитии технологий наддува и впрыска, нагнать мощности в моторе для конструкторов не составляет больших проблем. Другой вопрос: сколько бензина в супернадутом двигателе будет вылетать в трубу? Для обычных серийных моторов показатели расхода могут оказаться неприемлемы, что и выступает ограничителем для надувания мощности. Японские конструкторы решили этот барьер преодолеть. Как считают в компании Infiniti, их бензиновый двигатель VC-T, способен выступить как альтернатива современным турбированным дизелям, показывая тот же расход топлива при лучших характеристиках по мощности и более низкой токсичности выхлопа.

Каков итог?

Работы над двигателями с изменяемой степенью сжатия ведутся уже не один десяток лет — этим направлением занимались конструкторы Ford, Mercedes-Benz, Nissan, Peugeot и Volkswagen. Инженерами исследовательских институтов и компаний по обе стороны Атлантики получены тысячи патентов. Но пока ни один такой мотор не пошел в серийное производство.

Не все гладко и у Infiniti. Как признаются сами разработчики мотора VC-T, у их детища пока остаются общие проблемы: возросла сложность и стоимость конструкции, не решены вопросы с вибрацией. Но японцы надеются доработать конструкцию и запустить ее в серийное производство. Если это произойдет, то будущим покупателям осталось только понять: сколько придется переплатить за новую технологию, насколько такой мотор будет надежен и сколько позволит экономить на топливе.

Эластичные муфты

Эластичная муфта – это механизм, позволяющий создать мягкое, но надежное соединение, компенсирующее смещение валов и создающее лишь незначительные восстановительные силы. Крутящий момент в этом случае передается при помощи эластомерного элемента, поэтому изделие обладает свойствами пластичной резины.

Применение

Муфты, в первую очередь, необходимы для демпфирования нагрузок. Изделия пригодны для использования при температурах окружающей среды от –30°C до +80°C. Также они подходят для потенциально взрывоопасных сред.

Чаще всего муфты применяются для соединения двигателя автомобиля с входным валом зубчатого механизма. В том числе, они пригодны для приводов, которые рассчитаны на равномерные и средние динамические нагрузки. Также изделия нашли применение в следующих системах:

ходовые части кранов;

приводы насосов и т.д.

Конструкция

В основе эластичных муфт используется принцип модульности, при этом их конструкция очень проста. Состоят изделия из двух частей ступиц (так называемых подузлов), которые монтируются на валах машины. Эти части соединяются за счет эластомерных упругих элементов.

В конструкции присутствуют детали кулачка, детали гнезда и переходники, которые выполняются из металла. Например, в муфтах N-EUPEX для этих целей используется серый чугун.

Обязательные элементы конструкции – это компоненты из упругих материалов. Для их производства применяется NBR (нитрильный каучук). В зависимости от типа изделия выбирается мягкий, твердый или стандартный каучук. Реже применяется NR (полиамид для низких температур) и HNBR (нитрильный каучук для высоких температур).

Преимущества эластичной муфты

Эластомерные упругие элементы изделия могут быть заменены без смещения присоединенных механизмов.

Детали муфты поставляются со склада, то есть имеют чистовую обработку, что гарантирует точную и простую установку.

Большинство выпускаемых моделей являются отказоустойчивыми.

Температурный режим эксплуатации в среднем составляет от –30°C до +80°C. Однако при замене отдельных эластичных элементов муфт для низких и высоких температур можно расширить существующий диапазон.

В качестве опции доступен индикатор износа, позволяющий оценить состояние упругих элементов.

Действие

Вначале крутящий момент двигателя передается на ступицу, находящуюся на стороне привода, посредством соединения вала и ступицы. Далее он с помощью эластомерных упругих элементов переходит на ступицу на выходной стороне. Сама ступица передает крутящий момент приводному механизму или зубчатой передаче, которая располагается посредине. Так как происходит первоначальное сжатие эластичных элементов, то у муфт проявляется положительная крутильная жесткость.

Технические характеристики и размеры

Модели изготавливаются в 23 стандартных исполнениях, номинальный крутящий момент составляет от 19 Нм до 62000 Нм. Благодаря этому удается подобрать изделие для любых условий эксплуатации.

Номинальная мощность серии N-EUPEX

Номинальная мощность серии N-EUPEX DS

Как правильно выбрать эластичную муфту

Перед заменой механизма потребуется учесть следующие факторы:

Номинальный крутящий момент.

Предполагаемый температурный режим и другие условия использования.

Область применения (на какие приводы планируется установка).

При замене изделия, вышедшего из строя, необходимо демонтировать старую муфту и осмотреть ее в поисках размеров. После этого можно выбрать нужный элемент, исходя из имеющихся характеристик.

В организации ритмичной работы технологической цепочки промышленных предприятий конвейер играет одну из главных, если не главную роль. При правильном проектировании и использовании надежного оборудования конвейер будет приносить огромную прибыль, при недочётах и непродуманном выборе производителя и поставщика – простои и материальные убытки.