Регистрация Войти
Вопрос

Можно ли достичь 100 % расчётной нагрузки в нейтральном режиме?

В поисках информации о том, как рассчитывается нагрузка на двигатель, я наткнулся на этот вопрос, в котором приводится формула для расчёта нагрузки на ЭБУ.



Насколько я понимаю, при фиксированных атмосферных условиях нагрузка на двигатель зависит только от текущего расхода воздуха и числа оборотов в минуту (которое определяет максимальный расход воздуха при полностью открытой дроссельной заслонке), поскольку остальные члены уравнения можно считать постоянными.



Однако я не совсем понимаю, как можно измерить различные значения нагрузки на атмосферном двигателе, если быстро полностью открыть дроссельную заслонку на нейтральной передаче и подняться в гору на высшей передаче. Насколько мне известно, на нейтральной передаче нельзя достичь 100%-ной нагрузки. Почему? Полностью открытая дроссельная заслонка должна обеспечивать максимальный приток воздуха при нейтральной передаче и подъёме в гору.



РЕДАКТИРОВАТЬ: после тестирования на моем автомобиле я убедился, что 100-процентная нагрузка действительно возможна, но только на очень короткое время. Она снижается до того, как достигаются максимальные обороты. Я не совсем понимаю, чем вызвано такое поведение.
Авто и транспорт

Перевод вопроса с Mechanics Stack Exchange
Лицензия: CC BY-SA (2.5–4.0)
Оригинальный вопрос: https://mechanics.stackexchange.com/questions/22556/can-100-calculated-load-be-reached-in-neutral
1
+ Читать

28 Комментариев

  1. 100-процентная нагрузка на двигатель — это ситуация, когда дроссельная заслонка полностью открыта, топливная система подает максимальное количество топлива, а двигатель работает на максимальном крутящем моменте, но обороты не увеличиваются. Такой сценарий можно наблюдать в реальной жизни, когда автомобиль с прицепом поднимается на крутой холм на низкой передаче, педаль газа полностью нажата, но скорость не увеличивается.



    Этот сценарий можно смоделировать на движущейся дороге. Это невозможно сделать на нейтральной передаче, потому что на маховик не действует достаточная противодействующая сила, чтобы противостоять ускорению двигателя. В этом случае обороты перестанут расти, когда сработает ограничитель оборотов или грузики на распределителе перестанут продвигать зажигание. Это не то же самое, что противодействующие силы, замедляющие рост оборотов до нуля.

  1. Нагрузка на двигатель определяется соотношением между текущим расходом воздуха и максимальным расходом воздуха при тех же оборотах.



    В компьютере двигателя есть таблица максимального расхода воздуха в зависимости от частоты вращения коленчатого вала для значений WOT. Эта таблица составляется производителем с помощью динамометра. Для составления таблицы частота вращения коленчатого вала двигателя поддерживается на постоянном уровне (с помощью динамометра), а дроссельная заслонка полностью открыта. Это повторяется для всех значений частоты вращения при стандартном давлении и температуре.



    Уравнение, которое вы цитируете, позволяет определить долю максимальной нагрузки путём деления текущего расхода воздуха на максимальный расход воздуха (взятый из справочной таблицы) с поправкой на текущее атмосферное давление и текущую температуру. Это очень важно для двигателей без наддува, поскольку при любых оборотах двигателя существует только одно значение максимального расхода воздуха.



    Если говорить о двигателях с наддувом или турбонаддувом, то единственное отличие заключается в том, что у них другая таблица максимального расхода воздуха при полной нагрузке. Эта таблица такая же, как и для двигателей без наддува. Таблица также создаётся аналогичным образом: частота вращения двигателя поддерживается на постоянном уровне при полной нагрузке, а наддув варьируется от естественного до максимального. В результате создаётся многомерная таблица, в которой для каждой частоты вращения указано несколько максимальных значений расхода воздуха в зависимости от наддува.



    Дальнейшее управление наддувом зависит от конкретного производителя. Некоторые могут ограничивать наддув в нейтральном положении, некоторые — нет. Но расчёт зависит от текущей скорости воздушного потока и значения из справочной таблицы, которое определяется с учётом текущих оборотов и текущего наддува.


  1. Я понимаю, что такое нагрузка, но этот вопрос касается исключительно показателя, который рассчитывает ЭБУ. Он не выдаёт мне ложный показатель, он выдаёт показатель, который получает ЭБУ и на который он опирается (который обычно не соответствует фактической внешней нагрузке).
  1. Давайте продолжим обсуждение в чате.
  1. В таком случае меня снова смущает определение «нагрузки». Как я уже писал в вопросе, согласно этому стандарту процент нагрузки рассчитывается на основе расхода воздуха и числа оборотов в минуту (при постоянных атмосферных условиях). Внешнее влияние не учитывается. Разве это не та же самая нагрузка?
  1. @IhavenoideawhatI'mdoing : Надеюсь, моё редактирование прояснит ситуацию. Ответ на ваш вопрос — нет, потому что при отключённой трансмиссии нагрузка на двигатель минимальна
  1. Вы говорите о максимальных оборотах на нейтральной передаче, а я говорю об интервале между минимальными и максимальными оборотами. Когда вы открываете дроссельную заслонку, проходит секунда или две, прежде чем срабатывает ограничитель оборотов. Будет ли нагрузка на нейтральной передаче 100 % в промежутке между открытием дроссельной заслонки и срабатыванием ограничителя оборотов?

  1. Разве он не всасывает ровно столько, сколько позволяют обороты двигателя и положение дроссельной заслонки?




    Нет, положение дроссельной заслонки и нагрузка на двигатель определяют количество потребляемого воздуха.





    Поначалу может быть довольно сложно понять, как двигатель без наддува может всасывать разное количество воздуха при одних и тех же оборотах.



    Вот что говорится по этому поводу в главе Основы управления двигателем книги Топливная система и управление двигателем Bosch:




    Потребление топлива в большей степени зависит от того, какую работу вы просите выполнить двигатель, то есть от того, какую «нагрузку» вы на него возлагаете. Чтобы ускориться, нужно сильнее нажать на педаль акселератора. Это открывает дроссельную заслонку, повышая давление в коллекторе. Большая разница в давлении между коллектором и цилиндрами увеличивает поток всасываемого воздуха и, следовательно, поток топлива, что повышает мощность и ускоряет автомобиль.



    Двигаясь по ровной дороге, вы можете спокойно ехать и поддерживать желаемую скорость, слегка нажимая на педаль газа. Когда вы подъезжаете к подъёму, вам приходится сильнее нажимать на педаль акселератора, чтобы поддерживать ту же скорость, даже если обороты двигателя не меняются. Подъём требует от двигателя больше усилий — создаёт более высокую нагрузку, — и двигателю требуется больше воздуха и топлива, чтобы справиться с этой нагрузкой.



    Независимо от частоты вращения двигателя, расход воздуха и подача топлива зависят от нагрузки на двигатель. Эта нагрузка и, как следствие, открытие дроссельной заслонки напрямую влияют на давление в коллекторе. Давление в коллекторе, в свою очередь, влияет на расход воздуха и, следовательно, на расход топлива.






    Приведенной выше цитаты должно быть достаточно, чтобы ответить на ваш вопрос, но вот мои собственные размышления на эту тему:




    • Двигатель внутреннего сгорания — это объёмное устройство



      Другими словами, он работает за счёт всасывания определённого объёма топливно-воздушной смеси во время такта впуска. Это важно помнить, потому что...


    • Объёмный КПД влияет на то, сколько воздуха и топлива фактически всасывается



      Таким образом, 2,0-литровый 4-тактный двигатель может работать на 2000 оборотах в минуту, и можно было бы ожидать, что двигатель будет расходовать 2,0 * 2000 / 2 = 2000 л топливно-воздушной смеси в минуту, но на самом деле он расходует около 1700 л. Причина этого — объёмный КПД, который представляет собой отношение фактического расхода к теоретическому расходу, основанному только на объёме двигателя и частоте вращения.


    • На объёмный КПД влияет нагрузка



      Давайте рассмотрим пример автомобиля на нейтральной передаче и на подъёме, добавив третий сценарий, в котором автомобиль движется по ровной поверхности. Крутящий момент, необходимый двигателю для поддержания определённой скорости, будет меняться в зависимости от внешних нагрузок на автомобиль, как показано на диаграмме ASCII:



      LOW                                                    HIGH
      
--------------------------  TORQUE ------------------------>
      

      
Neutral                     Level Ground         Uphill
      
[2000 RPM]                  [2000 RPM]           [2000 RPM]
      

      
Auxiliaries                 Auxiliaries          Auxiliaries
      
                          + Aero Drag          + Aero Drag
      
                          + Drivetrain         + Drivetrain
      
                                               + Car Weight


      При изменении крутящего момента («нагрузки») двигатель меняет объёмный КПД, чтобы соответствующим образом отрегулировать топливно-воздушную смесь.



      Таким образом, нагрузка на двигатель определяет объём поступающего воздуха/топлива. Именно поэтому можно определить абсолютную нагрузку на двигатель, если известны объёмный расход воздуха и частота вращения двигателя.
  1. @IhavenoideawhatI'mdoing : Да, вам нужно будет добавить газа, чтобы поддерживать те же обороты. Обратите внимание, что положение дроссельной заслонки, необходимое для поддержания определенных оборотов, зависит от нагрузки.

  1. В атмосферном двигателе расход воздуха зависит исключительно от положения дроссельной заслонки и оборотов двигателя. Установка нагнетателя (турбины и т. д.) усложняет процесс. При полностью открытой дроссельной заслонке в каждый такт впуска в цилиндр поступает максимальное количество воздуха (и, следовательно, топлива). Этот расход воздуха можно умножить на обороты двигателя. Если дроссельная заслонка открыта не полностью, то, очевидно, вы ограничиваете приток воздуха в двигатель, и поэтому каждый такт впуска не будет обеспечивать полную подачу воздуха/топлива.



    Вы правы в том, что если вы поставите ногу на пол в нейтральном положении, то обеспечите максимальный приток воздуха и обороты быстро достигнут предела. Вся мощность, вырабатываемая двигателем, будет направлена на ускорение двигателя, маховика и т. д. с максимальной скоростью. Ускорение массы двигателя фактически является нагрузкой на двигатель.
  1. Меня беспокоит оценка — как? Вопрос, который я процитировал, кажется, даёт ответ на этот вопрос: в основном всё зависит от расхода воздуха, но это не объясняет поведение, которое я наблюдаю, поскольку при полном открытии дроссельной заслонки нагрузка всегда составляет 100 %, даже в нейтральном положении. Но происходит следующее: нагрузка на очень короткое время достигает 100 % и снижается, как будто это зависит от ускорения двигателя, как вы и сказали.
  1. Принцип работы роликовой дороги заключается в том, что она создаёт сопротивление двигателю, и степень этого сопротивления позволяет рассчитать, какая сила исходит от двигателя и какое сопротивление может её преодолеть. Зная это сопротивление, вы можете рассчитать предельную нагрузку, которая может быть приложена к двигателю. Я подозреваю, что ваш сканер OBD выдаёт неверные данные. Имейте в виду, что он оценивает нагрузку только на основе расхода воздуха и потребления топлива. Если бы это работало и обороты двигателя не увеличивались, вы бы примерно понимали, какая нагрузка на него приходится.
  1. Меня заинтриговала фраза «но обороты не растут». Как учитывается ускорение двигателя? В уравнении, на которое я указал, учитывается только расход воздуха, но после попытки проверить рассчитанную ЭБУ нагрузку с помощью OBD-сканера я понял, что в этом есть смысл: после резкого нажатия на педаль газа при нейтральной нагрузке показатель достигает 100 % и мгновенно падает, когда обороты начинают расти.
  1. @IhavenoideawhatI'mdoing : нагрузка на двигатель при максимальных оборотах на нейтральной передаче не будет составлять 100 %. То, что двигатель достигает предела оборотов, может быть связано либо с тем, что дроссельная заслонка больше не находится в положении «WOT», либо с тем, что что-то ещё, например фазы газораспределения, изменилось и повлияло на количество воздуха и топлива, необходимых двигателю. Я предполагаю, что вы считаете, что расход воздуха зависит от положения дроссельной заслонки и частоты вращения двигателя, хотя на самом деле он зависит от положения дроссельной заслонки и нагрузки на двигатель. Я дополню свой ответ цитатой из более авторитетного источника, чем ваш покорный слуга :)
  1. @Zaid Что бы вы ожидали увидеть на нейтральной передаче при полном газе, когда обороты приближаются к максимальным? Я не говорю, что вы неправы, просто хочу понять.
  1. @IhavenoideawhatI'mdoing Я не согласен с утверждением, что 100-процентная нагрузка может быть достигнута в нейтральном положении. Если у вас есть сканер, измеряющий расход воздуха, вы увидите, что значение максимальных оборотов в нейтральном положении сильно отличается от значения максимальных оборотов при работающем двигателе
  1. @IhavenoideawhatI'mdoing То, о чём вы спрашиваете, выходит за рамки теории и относится к практике. Каждая марка, модель и год выпуска по-своему управляют ускорением в соответствии со своей конструкцией. Если вы не сообщите нам марку, модель и год выпуска интересующего вас автомобиля, мы можем только догадываться, чего вы хотите. Универсальной модели здесь нет.
  1. Так как же это объясняет, можно ли достичь максимальной нагрузки на нейтральной передаче или нет? Я понимаю, что для поддержания определённых оборотов на нейтральной передаче и при движении в гору требуется разное положение дроссельной заслонки, что приводит к разной подаче воздуха и нагрузке. Однако если вы откроете дроссельную заслонку на нейтральной передаче, то к моменту достижения ограничителя оборотов у вас будет максимальная подача воздуха в двигатель, наивысший объёмный КПД и, следовательно, 100 % нагрузки?
  1. Вы меня запутали в этой части: «Различная потребность в крутящем моменте приводит к тому, что двигатель изменяет объёмный КПД для соответствующей корректировки топливно-воздушной смеси». Как именно двигатель изменяет объёмный КПД? Если частота вращения постоянна, то единственный способ увеличить наполнение цилиндров — открыть дроссельную заслонку (атмосферный двигатель). Но это можно сделать как на подъёме, так и на нейтральной передаче.
  1. Я бы немного изменил ваш первый пункт о положении дроссельной заслонки для большей ясности: положение дроссельной заслонки скорее указывает на ваше желание изменить частоту вращения двигателя. Закрыта == возврат к холостым оборотам. В текущей точке равновесия изменений не требуется.WOT = максимально возможное ускорение. Это может помочь вам в дальнейшем объяснении того, почему двигатель может всасывать разное количество воздуха при заданных оборотах. На самом деле это управление первой производной, а не прямое управление.
  1. Итак, повторюсь: 100 % нагрузки можно достичь в нейтральном положении. В таком случае, как вы думаете, что ограничивает давление наддува в нейтральном положении, если это явно не (только) частота вращения и нагрузка? Датчик скорости вращения колёс? Какой-то датчик переключения передач?
  1. Я это понимаю, поэтому и запутался. Если нагрузка на двигатель может достигать высоких значений на холостом ходу и (насколько я читал) давление наддува рассчитывается на основе частоты вращения и нагрузки на двигатель, то давление наддува должно резко возрастать на холостом ходу, чего, я уверен, не происходит. Значит, либо нагрузка на двигатель не может достигать высоких значений на холостом ходу, либо пороговое давление рассчитывается на основе большего количества переменных.
  1. Посмотрите, какие ещё ответы вы получите, возможно, тогда всё станет понятнее.
  1. Последний вопрос, который вы задали, был бессмысленным: «Почему так происходит, если можно достичь максимальной нагрузки?» Если бы турбокомпрессор мог достаточно быстро раскручиваться и создавать большое давление в нейтральном положении, обороты двигателя могли бы возрасти настолько, что он вышел бы из-под контроля.
  1. Нет, давайте вернёмся назад. Я говорю о нагрузке, определяемой стандартом SAE J1979 / ISO 15031-5, о котором я упомянул в вопросе и который доступен через OBD. Существуют ли разные «нагрузки»? Согласно уравнению, нагрузка зависит от расхода воздуха и частоты вращения. Разве это не та же нагрузка, которая учитывается при расчёте максимально допустимого давления наддува ЭБУ?
  1. Нагрузка — это термин, который часто используется в инженерии для обозначения силы, действующей на поверхность или тело. Сила — это масса, умноженная на ускорение. Таким образом, чтобы увеличить скорость разгона транспортного средства, двигатель должен создавать большую силу. См. -diffen.com/difference/Force_vs_Power
  1. Когда вы говорите о нагрузке, вы, вероятно, имеете в виду, что двигатель развивает максимально возможную мощность при текущих оборотах. Это то, что вы имеете в виду? Мне кажется, здесь немного путаница с терминами. Я думаю, вы хотите определить нагрузку на двигатель по его текущей мощности. Если турбокомпрессор нагнетает больше воздуха и, следовательно, больше топлива, то двигатель может развивать большую мощность и, следовательно, выдерживать большую нагрузку.
  1. То есть, по сути, езда на нейтральной передаче приведёт к 100-процентной нагрузке на атмосферные двигатели? А что насчёт двигателей с турбонаддувом? Насколько я знаю, давление наддува определяется нагрузкой на двигатель и частотой вращения. Но двигатели с турбонаддувом никогда не развивают высокое давление наддува на нейтральной передаче. Почему так происходит, если можно достичь максимальной нагрузки?
Вы уже ответили на этот вопрос