Как считается расчетная нагрузка на двигатель
Motorhelp.ru диагностика и ремонт двигателя
Время впрыска, фактор нагрузки и цикловое наполнение.
Способность двигателя преобразовывать команды водителя в изменение скорости движения автомобиля, является важнейшим свойством двигателя. Каким образом это достигается? Рассмотрим наиболее широко распространенный случай, когда водитель, управляет положением педали акселератора, физически связанной с дроссельной заслонкой. Как известно управление мощностью двигателя возможно путем изменения количества рабочей смеси поступающей в цилиндры двигателя. Количество подаваемого топлива в цилиндры регулируется временем открытого состояния форсунки (время впрыска). Для понимания процессов происходящих в двигателе приведу 3 примера.
1. Холостой ход. Скорость вращения двигателя 880 об/мин. Расход воздуха 9 кг/ч. Время впрыска 3,7 мс. 
2. Автомобиль стоит на месте. Угол открытия дроссельной заслонки 8%. Скорость вращения двигателя 4700 об/мин. Расход воздуха 45 кг/час. Время впрыска 3,7 мс. 
3. Автомобиль едет в гору. Угол открытия дроссельной заслонки 30%. Скорость вращения двигателя 3000 об/мин. Расход воздуха 120 кг/час Время впрыска 20 мс.
От чего зависит время впрыска? Почему в одном случае при высоких оборотах маленькое время впрыска, а в другом случае при более низких оборотах время впрыска в разы больше? Здесь все дело в количестве поступившего воздуха в цилиндры в расчете на один такт работы двигателя. Эту величину принято называть цикловым наполнением. В случае, когда к двигателю не приложена нагрузка, даже при больших оборотах во впускном коллекторе создается давление ниже атмосферного (разряжение, чтобы было понятно) величиной около 30 кПа. Когда двигатель работает под нагрузкой, дроссельная заслонка открыта на большую величину, соответственно давление во впускном коллекторе выше и наполняемость цилиндров свежим зарядом топливной смеси гораздо больше, соответственно время впрыска будет тоже больше.
Вот что пишет Гирявец по этому поводу:
Величина циклового наполнения Gвц [мг/цикл] характеризует количество воздуха поступившего в цилиндр двигателя в процессе впуска, является одним из первичных управляющих параметров, определяющим возможный характер протекания paбочего цикла. Цикловое наполнение можно определить как количество воздуха, поступившего в цилиндр двигателя из впускной системы в конкретном рабочем цикле или при yстановившемся положении режимной точки, пренебрегая неравномерностью распределения воздуха по цилиндрам двигателя, как долю одного цилиндра в общей массе воздуха Mgв поступившей в цилиндры двигателя за рабочий цикл, соотнесенную с тактностью работы двигателя:
Блок управления двигателем рассчитывает цикловое наполнение (мг/такт) цилиндра воздухом из расчета общего количества воздуха, поступившего в двигатель в соответствии с оборотами коленчатого вала. После этого рассчитывается количество топлива (цикловая подача топлива, мг/такт), которая должна попасть в цилиндр через форсунку.
Некоторые блоки, такие как январь 5.1 и 7.2 показывают этот напрямую параметр, а другие отображают относительное наполнение (например Bosch 7.9.7) и пересчитывают в фактор нагрузки. Но суть остается одна – чем больше нагрузка приложена к двигателю, тем больше будет цикловое наполнение и соответственно время впрыска.
Современные системы впрыска топлива, такие как Bosch 7.9.7, при расчете времени впрыска топлива форсункой учитывают множество факторов, такие как температура охлаждающей жидкости и воздуха, адаптационные коррекции, нагрузка на двигатель и др. Схема расчета времени впрыска приведена на рисунке ниже. 
Расчет параметров нагрузки на двигатель электронного блока управления Bosch 7.9.7 ведется по формуле, приведенной на рисунке ниже. 
Относительное наполнение – это отношение действительного количества свежего заряда смеси, поступившего в цилиндр двигателя к тому его количеству, которое могло бы поместиться в рабочем объеме цилиндра при атмосферном давлении и температуре.
Поскольку цикловое наполнение рассчитывается исходя из общей массы воздуха, поступившей в двигатель, далее мы рассмотрим какими методами можно измерить расход воздуха.
Если представить принцип работы двигателя как воздушного насоса, то будет проще понять, что самое главное в работе системы управления двигателем – это расчет количества воздуха поступившего в цилиндры. Именно на основании этих данных будет произведена дозированная подача топлива к поступившему во впускной коллектор воздуху, для того чтобы смесь как можно точнее соответствовала заданному составу.
Как измерить количество воздуха, поступившего в цилиндры двигателя?
Существуют несколько методов:
1. Дроссель – обороты. Зная количество оборотов двигателя и величину открытия дроссельной заслонки можно рассчитать количество воздуха, поступившего в двигатель. Этот метод не отличается точностью, поэтому системы впрыска данного типа обязательно оснащались обратной связью по датчику кислорода для коррекции состава смеси. Часто этот тип впрыска можно встретить на недорогих автомобилях концерна Volkswagen 80-90 гг. выпуска.
2. По датчику абсолютного давления (дад или map sensor). Зная величину разряжения (абсолютного давления) во впускном коллекторе также можно произвести расчет количества воздуха, поступившего в двигатель. Дад обязательно дополнялся датчиком температуры воздуха, так как плотность воздуха при различной температуре сильно отличается. Системы впрыска с дад нашли широкое распространение во всем мире из-за дешевизны и надежности. Для примера – почти все автомобили Daewoo работают по этому методу. Однако новые нормы экологичности стандарта Евро-4 и выше заставляют конструкторов автомобилей применять более точные методы расчета поступившего воздуха.
3. И этим методом является непосредственное измерение массы поступившего воздуха с помощью датчика массового расхода воздуха. Самый точный метод на сегодняшний день. Для примера можно привести автомобили ВАЗ, которые оснащаются этим датчиком.
Многие начинающие диагносты недооценивают важность показаний сканера по цикловому и относительному наполнению при диагностике двигателя. Далее рассмотрим какую полезную информацию несут в себе эти параметры.
Как правило, при возникновении каких –либо неисправностей, связанных с механикой двигателя, цикловое наполнение и нагрузка возрастают. Особенно это заметно на холостом ходу. Но прежде чем копать глубже, проверьте датчик массового расхода воздуха на предмет соответствия показаний норме, поскольку расчет циклового наполнения производится непосредственно с его показаний. При аварии датчика, Эбу берет данные по цикловому наполнению из таблицы, например такой: 
Допустим вы заметили, что нагрузка на двигатель заметно больше, чем должно быть ( при условии отсутствия нагрузки от навесного оборудования, таких как кондиционер, генератор, гур и т.д.). Что в первую очередь надо проверить:
1. Пожалуй самая распространенная причина – смещение фаз газораспределения. Проверьте совпадение установочных меток.
2. Смещение угла опережения зажигания в более позднюю сторону. Проверьте задающий диск или отрегулируйте уоз для систем зажигания с трамблером.
3. Зажатые клапана (для двигателей с регулировкой зазоров клапанов).
Отмечу еще, что любая из перечисленных причин вызовет повышенный расход топлива, который напрямую связан с нагрузкой на двигатель.
скачать dle 10.6фильмы бесплатно
Расчет мощности электродвигателя
Преобразование электрической энергии в кинетическую осуществляется при помощи различных типов электродвигателей. Чаще всего электродвигатели выполняют функцию электроприводов машин и механизмов, применяются для обеспечения работы насосного оборудования, вентиляционных систем и многих других агрегатов и устройств. В связи с таким широким применением, особую актуальность приобретает расчет мощности электродвигателя. Для этих целей разработано много различных методов, позволяющих выполнить расчеты, применительно к конкретным условиям эксплуатации.
Основные типы электродвигателей
Существует множество типов и модификаций электродвигателей. Каждый из них обладает собственной мощностью и другими параметрами.
Основная классификация разделяет эти устройства на электродвигатели постоянного и переменного тока. Первый вариант применяется значительно реже, поскольку для его эксплуатации требуется обязательное наличие источника постоянного тока или устройства, преобразующего переменное напряжение в постоянный ток. Выполнение данного условия в современном производстве потребует значительных дополнительных затрат.
Но, несмотря на существенные недостатки, двигатели постоянного тока имеют высокий пусковой момент и стабильно работают даже при больших перегрузках. Благодаря своим качествам, эти агрегаты нашли широкое применение на электротранспорте, в металлургической и станкостроительной отрасли.
Тем не менее, большинство современного оборудования работает с двигателями переменного тока. В основе действия этих устройств лежит электромагнитная индукция, которую создает в магнитном поле проводящая среда. Магнитное поле создается с помощью обмоток, обтекаемых токами, или с применением постоянных магнитов. Электродвигатели, работающие на переменном токе, могут быть синхронными и асинхронными.
Использование синхронных электродвигателей практикуется в оборудовании, где требуется постоянная скорость вращения. Это генераторы постоянного тока, насосы, компрессоры и другие аналогичные установки. Различные модели отличаются собственными техническими характеристиками. Например, значение скорости вращения может находиться в пределах 125-1000 оборотов в минуту, а мощность достигает 10 тыс. киловатт.
Во многих конструкциях имеется короткозамкнутая обмотка, расположенная на роторе. С ее помощью, в случае необходимости, производится асинхронный пуск, после чего синхронный двигатель продолжает работу в обычном режиме, максимально сокращая потери электрической энергии. Эти двигатели отличаются небольшими размерами и высоким коэффициентом полезного действия.
Гораздо более широкое распространение в производственной сфере получили асинхронные двигатели переменного тока. Они отличаются очень высокой частотой вращения магнитного поля, значительно превышающей скорость вращения ротора. Существенным недостатком этих устройств считается снижение КПД до 30-50% от нормы при низких нагрузках. Кроме того, во время пуска параметры тока становятся в несколько раз больше по сравнению с рабочими показателями. Данные проблемы устраняются путем использования частотных преобразователей и устройств плавного пуска.
Асинхронные двигатели используются на тех объектах, где требуются частые включения и выключения оборудования, например, в лифтах, лебедках, и других устройствах.
Расчет мощности электродвигателя для насоса
Выбор электродвигателя для насосной установки зависит от конкретных условий, прежде всего – от схемы водоснабжения. В большинстве случаев подача воды производится с помощью водонапорного бака или водонапорного котла. Для приведения в действие всей системы используются центробежные насосы с асинхронными двигателями.
Выбор оптимальной мощности насоса осуществляется в зависимости от потребности в подаче и напоре жидкости. Подача насоса QH измеряется в литрах, подаваемых в 1 час, и обозначается как л/ч. Данный параметр определяется по следующей формуле: Qн = Qmaxч = (kч х kсут х Qср.сут) / (24 η), где Qmaxч — возможный максимальный часовой расход воды, л/ч, kч – коэффициент неравномерности часового расхода, kсут — коэффициент неравномерности суточного расхода (1,1 – 1,3), η — КПД насосной установки, с учетом потерь воды), Qср.сут — значение среднесуточного расхода воды (л/сут).
Оптимальный напор воды должен обеспечивать ее подачу в установленное место при условии необходимого давления. Требуемые параметры напора насоса (Ннтр) зависят от высоты всасывания (Нвс) и высоты нагнетания (Ннг), которые в сумме определяют показатели статического напора (Нс), потери в трубопроводах (Hп) и разность давлений верхнего (Рву) и нижнего (Рну) уровней.
Исходя из того, что значение напора будет равно H = P/ρg, где Р — давление (Па), ρ — плотность жидкости (кг/м 3 ), g = 9,8 м/с2 — ускорение свободного падения, g — удельный вес жидкости (кг/м 3 ), получается следующая формула: Ннтр = Hc + Hп + (1/ρ) х (Рву – Рну).
После вычисления расхода воды и напора по каталогу уже можно выбрать насос с наиболее подходящими параметрами. Чтобы не ошибиться с мощностью электродвигателя, ее нужно определить по формуле: Pдв = (kз х ρ х Qн х Нн) / (ηн х ηп), где kз является коэффициентом запаса, зависящим от мощности электродвигателя насоса и составляет 1,05 – 1,7. Этот показатель учитывает возможные утечки воды из трубопровода из-за неплотных соединений, разрывов трубопровода и прочих факторов, поэтому электродвигатели для насосов должны иметь некоторый запас мощности. Чем больше мощность, тем меньше коэффициент запаса можно принять.
Например,при мощности электродвигателя насоса 2 кВт – kз = 1,5, 3,0 кВт – kз = 1,33, 5 кВт – kз =1,2, при мощности больше 10 кВт- kз = 1,05 – 1,1. Другие параметры означают: ηп – КПД передачи (прямая передача – 1,0, клиноременная – 0,98, зубчатая – 0,97, плоскоременная – 0,95), ηн — КПД насосов поршневых 0,7 – 0,9, центробежных 0,4 – 0,8, вихревых 0,25 – 0,5.
Расчет мощности двигателя формула для компрессора
Выбирая электродвигатель, наиболее подходящий для работы того или иного компрессора, необходимо учитывать продолжительный режим работы данного механизма и постоянную нагрузку. Расчет требующейся мощности двигателя Рдв осуществляется в соответствии с мощностью на валу основного механизма. В этом случае следует учитывать потери, возникающие в промежуточном звене механической передачи.
Дополнительными факторами являются мощности, назначение и характер производства, на котором будет эксплуатироваться компрессорное оборудование. Они оказывают определенное влияние, в связи с чем оборудование может потребовать незначительных, но постоянных регулировок для поддержки производительности на должном уровне.
Определить мощность двигателя можно по формуле: 
, в которой:
Работа А рассчитывается по отдельной формуле: А = (Аи + Аа)/2, где Аи и Аа представляют собой соответственно изотермическое и адиабатическое сжатие.
Значение работы, которую необходимо совершить до появления требуемого давления, можно определить с помощью таблицы:
Типичная работа компрессора характеризуется продолжительным режимом работы. Реверсивные электроприводы, как правило, отсутствуют, включения и выключения крайне редкие. Поэтому наиболее оптимальным вариантом, обеспечивающим нормальную работу компрессоров, будет синхронный электрический двигатель.
Формула расчета для вентиляторов
В соответствии с принципом действия, вентиляторные установки могут быть центробежными или радиальными и осевыми. В зависимости от конструкции, они развивают давление от 1000 до 15000 Па. Поэтому мощность, потребная для привода вентилятора, рассчитывается в соответствии с давлением, которое необходимо создать.
С этой целью используется формула: Nв=Hв·Qв/1000·кпд, в которой Nв – мощность, потребная для привода (кВт), Hв – давление, создаваемое вентилятором (Па), Qв – перемещаемый объем воздуха (м 3 /с), кпд – коэффициент полезного действия.
Для расчета мощности электродвигателя используется формула:
, где значения параметров будут следующие:
Данная формула позволяет рассчитывать мощность электродвигателей под центробежные и осевые вентиляторы. Для центробежных конструкций КПД составляет 0,4-0,7, а для осевых – 0,5-0,85. Другие расчетные характеристики имеются в специальных каталогах для всех типов электродвигателей.
Запас мощности не должен быть слишком большим. Если он будет слишком большой, КПД привода заметно снизится. Кроме того, в двигателях переменного тока может снизиться коэффициент мощности.
Расчет пускового тока электродвигателя
В момент запуска электродвигателя его вал остается в неподвижном состоянии. Для того чтобы он начал раскручиваться, необходимо приложить усилие, значительно больше номинального. В связи с этим пусковой ток также превышает номинал. В процессе раскручивания вала происходит постепенное плавное уменьшение тока.
Влияние пусковых токов негативно сказывается на работе оборудования, в основном из-за резких провалов напряжения. Для того чтобы уменьшить их отрицательное воздействие, применяются различные способы. В процессе разгона, схемы электродвигателя переключаются со звезды на треугольник, используются частотные преобразователи и электронные устройства плавного пуска.
Вначале рассчитывается значение номинального тока двигателя, в соответствии с его типом и номинальной мощностью. Для устройств постоянного тока формула будет выглядеть следующим образом:
У электродвигателей переменного тока номинальный ток определяется по другой формуле:
Все параметры имеют соответствующие обозначения:
После расчетов номинального тока можно вычислить значение пускового тока по формуле:
, в которой:
Значение пускового тока рассчитывается для каждого двигателя, имеющегося в электрической цепи. В соответствии с его величиной выбирается автоматический выключатель, обеспечивающий защиту всей цепи.
Режимы работы электродвигателей
Нагрузка на электродвигатель определяется режимом его работы. Она может оставаться неизменной или изменяться в зависимости от условий эксплуатации. При выборе двигателя обязательно учитывается характер и значение предполагаемой нагрузки. С учетом этого фактора выполняется расчет мощности электродвигателя.
Режимы, в которых работают электродвигатели: