Скоростные и нагрузочные характеристики двигателя

Скоростные и нагрузочные  
характеристики двигателя

Учебно-методическое пособие

2-е издание

Ф.Б. Барченко, И.Д. Шишко

Федеральное государственное бюджетное  
образовательное учреждение высшего образования  
«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана  
(национальный исследовательский университет)»

УДК 621.432
ББК 39.35
 
Б26

Издание доступно в электронном виде по адресу 
ebooks.bmstu.ru/catalog/198/book2031.html

Факультет «Энергомашиностроение»
Кафедра «Поршневые двигатели»

Рекомендовано Научно-методическим советом  
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебно-методического пособия 

Барченко, Ф. Б. 
Б26  

ISBN 978-5-7038-5178-4
Рассмотрены скоростные и нагрузочные характеристики двигателя. 
Приведены краткие теоретические сведения о методах и принципах 
измерения характеристик двигателя и обработки результатов 
измерений.
Для студентов МГТУ им. Н.Э. Баумана, обучающихся по специальности «
Поршневые двигатели».

УДК 621.432
ББК 39.35

 
© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017
 
© Оформление. Издательство  
ISBN 978-5-7038-5178-4 
 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019

Скоростные и нагрузочные характеристики двигателя : учебно-
методическое пособие / Ф. Б.  Бар ченко, И. Д. Шишко. — 2-е 

25, [3] с. : ил. 
изд. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2019. — 

Предисловие

Испытания двигателей внутреннего сгорания (ДВС) играют 
важнейшую роль как на стадии создания новых конструкций двигателей, 
так и при их серийном производстве. Для сопоставимости 
оценок двигателей по результатам натурных испытаний условия 
их проведения строго регламентированы международными стандартами, 
например Правилами ЕЭК ООН — Европейской экономической 
комиссии Организации Объединенных Наций (ECE — 
Economic Commissions for Europe), стандартами Международной 
организации по стандартизации (ISO — International Organization 
for Standardization) и национальными стандартами, как правило, 
соответствующими международным.
Доля трудозатрат на экспериментальные исследовательские 
работы, направленные на доработку конструкции двигателя с целью 
обеспечения соответствия его мощностных, топливно-экономических, 
экологических параметров, надежности, долговечности 
и т. д., может достигать 80 % общего объема работ, требуемых для 
создания нового образца двигателя.
Данное учебно-методическое пособие предназначено для студентов, 
обучающихся по специальности «Поршневые двигатели» и 
имеющих базовые знания по их конструкции и работе. Измерение 
(или снятие) характеристик поршневых двигателей является важным 
этапом при исследованиях и испытаниях двигателей. Учебно-
методическое пособие предназначено для подготовки к лабораторной 
работе. 
Цель работы — изучение методов измерения скоростных и 
нагрузочных характеристик, обработки экспериментальных данных.

Задачи лабораторной работы:
• изучить способы измерения и конструкцию нагружающих 
устройств для поршневых двигателей;
• научиться работе с индукторным тормозом, используемым в 
лаборатории кафедры «Поршневые двигатели»;

• провести измерения на испытательном стенде: частоты вращения 
коленчатого вала; крутящего момента; расхода топлива; 
расхода воздуха.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1. Виды испытаний.  
Стандарты на испытания двигателей

Виды, программы и методы стендовых испытаний для серийно 
изготовляемых, опытных образцов новых и модернизированных 
двигателей в Российской Федерации регламентированы государственными 
стандартами (ГОСТ).
В зависимости от назначения ДВС ГОСТы РФ на методы стендовых 
испытаний различаются. Существуют стандарты на автомобильные 
двигатели, тракторные и комбайновые дизели, дизели судовые, 
тепловозные и промышленные, дизели военных гусеничных 
машин и т. п.
Государственными стандартами определяются следующие виды 
стендовых испытаний поршневых двигателей:
• предварительные испытания, которые проводят в целях контроля 
качества изготовления опытных образцов или опытных партий 
двигателей, предъявляемых на ведомственные, межведомственные 
и государственные испытания;
• приемосдаточные испытания, которые выполняют в целях контроля 
качества сборки и регулировки двигателей;
• периодические кратковременные испытания, осуществляемые 
в целях контроля соответствия показателей назначения двигателей 
техническим условиям на них;
• периодические длительные испытания, цель которых — контроль 
соответствия показателей безотказности и стабильности параметров 
двигателей техническим условиям на двигатели конкретных 
марок;
• типовые испытания, осуществляемые после внесения в конструкцию 
или технологию изготовления двигателя изменений, которые 
могут повлиять на показатели двигателя, указанные в технических 
условиях; проводятся в целях оценки целесообразности 
(эффективности) вносимых изменений;
• аттестационные испытания, которые проводят для определения 
технического уровня двигателей, находящихся в производстве, 

и их сертификации, т. е. подтверждения соответствия установленным 
требованиям, например нормам по токсичности.
Исследовательские стендовые испытания ДВС выполняют по 
специальным программам и методикам, разработанным для получения 
требуемой на конкретном этапе работ научно-технической 
информации, с минимальными затратами трудовых и временны´х 
ресурсов. Методики проведения исследовательских работ на стендах 
и обработки их результатов базируются на соответствующих 
стандартах, чтобы экспериментальные данные были сопоставимы с 
результатами испытаний серийных образцов двигателей.
При проведении любых испытаний нормативными документами 
оговаривается комплектация двигателя (наличие или отсутствие 
оборудования, обслуживающего двигатель: вентилятора, генератора, 
воздухоочистителя, глушителя и т. п.), а также параметры окружающей 
среды, топлива, масла, температура и давление топлива, 
масла и охлаждающей жидкости.
Испытания двигателей выполняют на аттестованных стендах, 
контрольно-измерительное оборудование которых сертифицировано 
соответствующими службами Госстандарта. Испытательный 
стенд должен быть оснащен контрольно-измерительным оборудованием 
с пределом основной абсолютной погрешности средств измерений 
D:
• D = ±0,005Мк max для крутящего момента двигателя, Н·м;
• D = ±0,005nном для частоты вращения коленчатого вала, мин–1;
• D = ±0,005Gт.ном для расхода топлива, кг/ч;
• D = ±(0,01…0,02)Gв.ном для расхода воздуха, м3/ч;
• D = ±10 °С для температуры отработавших газов;
• D = ±1 °С для температуры окружающего воздуха;
• D = ±0,1 кПа для атмосферного давления.
Полный перечень измеряемых параметров в зависимости от назначения 
двигателя и вида испытаний приведен в соответствующих 
регламентирующих документах — ГОСТах. Там же представлены 
расчетные формулы для обработки результатов испытаний, определения 
параметров двигателя и их приведения к стандартным атмосферным 
условиям: атмосферному давлению 101,3 кПа, температуре 
воздуха 20 °С и относительной влажности 50 %.
Общие положения выполнения испытаний двигателей включают 
требования по обеспечению:
• стабилизации температурного режима работы двигателя в режимной 
точке, например, за счет работы двигателя на заданном режиме 
не менее 5 мин перед началом замера;

• устойчивости режимных параметров, например, чтобы на режимной 
точке частота вращения коленчатого вала во время испытаний 
не отклонялась от заданного значения более чем на 1 %;
• достоверности регистрируемых величин, например, путем измерения 
регистрируемых величин на каждом режиме не менее двух 
раз и контроля результатов измерений с тем, чтобы полученные значения 
не различались более чем на 2%;
• плавности получаемых характеристик за счет проведения замеров 
не менее чем в восьми режимных точках.
Испытательные стенды включают нагрузочное устройство (тормоз 
для нагрузки коленчатого вала двигателя моментом сопротивления), 
приборы для измерения расхода воздуха, топлива, термометры, 
датчики давления.

2. Стенды. Характеристики испытательных стендов  
и нагрузочных устройств

Испытания ДВС выполняют на испытательных стендах, оборудованных 
устройствами для поглощения мощности, развиваемой 
двигателем. Нагрузочные устройства могут быть различного типа 
в зависимости от физического принципа их действия. Наибольшее 
распространение получили электрические и гидравлические тормозные 
устройства. 
Испытательные стенды подразделяют по назначению следующим 
образом:
• обкаточные — для технологической обкатки двигателей после 
первичной сборки или ремонта; они отличаются простотой устройства 
и минимальным набором контрольно-измерительных приборов;
• аттестационные — для подтверждения показателей двигателей 
на приемосдаточных, ведомственных, государственных и других испытаниях; 
их оборудование сертифицировано, исследовательский 
центр имеет лицензию на проведение данного типа испытаний;
• исследовательские, контрольно-измерительное оборудование 
которых соответствует направлению проводимых на них работ 
(например, исследование рабочего процесса, термометрия деталей 
двигателя, снятие шумовых характеристик и т. п.).
В зависимости от назначения стенд комплектуется различной 
контрольно-измерительной аппаратурой, наиболее общий перечень 
которой, за исключением входящих в состав нагрузочного устройства 
тахометра и динамометра, следующий:
• расходомер топлива объемного или весового типа, как правило, 
с возможностью работы в автоматическом режиме;

• расходомер воздуха с мерной диафрагмой/соплом или газовый 
счетчик;
• расходомер картерных газов объемного типа или газовый 
счетчик;
• манометры, мановакуумметры, измерительные преобразователи 
давления с регистрирующими приборами для замера давления 
во впускном тракте, в системе смазки, в линии низкого давления, 
входящей в систему питания дизелей, картерных газов, и др.;
• термометры для замера температуры газов во впускной и выпускной 
системах, температуры масла, охлаждающей жидкости, топлива 
и др.; используются следующие типы термометров: стеклянные, 
термопреобразователи сопротивления и термоэлектрические 
преобразователи с регистрирующими приборами;
• дымомер и газоаналитическая аппаратура для замера содержания 
сажи и вредных веществ в отработавших газах.
Для испытаний используют электрические (рис. 1), индукторные (
рис. 2) и гидравлические (рис. 3) тормозные устройства, обеспечивающие 
замер крутящего момента и частоты вращения коленчатого 
вала.
Электрические тормозные устройства могут выполняться в 
виде обратимой электрической машины, которая может работать 

Рис. 1. Электрическая балансирная машина постоянного тока:
1, 11 — фланцы; 2, 10 — опоры статора; 3, 9 — подшипники статора; 4, 8 — подшипники 
ротора; 5 — корпус статора; 6 — обмотка статора; 7 — ротор

как в режиме электрического мотора, обеспечивая прокрутку 
поршневого двигателя, так и в режиме генератора. Получаемую 
электрическую мощность рассеивают на сопротивлениях или отдают 
в питающую электрическую сеть. Как правило, электрическая 
машина имеет балансирную подвеску, т. е. ее статор устанавливается 
на опоры через подшипники качения соосно с валом якоря. 
Такое крепление тормозного устройства позволяет измерять 
крутящий момент двигателя, регистрируя реактивный момент неподвижного 
статора.
Индукторные тормозные устройства превращают механическую 
энергию за счет возникновения вихревых токов в электрической машине 
в теплоту, которая отводится в систему охлаждения тормоза.
К достоинствам индукторных тормозов относятся:
• высокий момент сопротивления на малых частотах вращения;
• простая конструкция;
• быстрая реакция при изменении режима работы (это важно 
при исследовании переходных режимов работы двигателя);
• удобство управления системами автоматизации испытаний;
• малые габариты.

Рис. 2. Схема индукторной балансирной машины:
1, 9 — дополнительный и основной фланец тормоза; 2 — вал; 3 — стойки; 4 — 
корпус; 5 — обмотка; 6 — камеры с охлаждающей водой; 7 — диск; 8 — каналы 
системы охлаждения стенда

Недостатки индукторных тормозов заключаются в следующем:
• для прокрутки двигателя на стенде требуется отдельный электродвигатель;
• 
невозможна рекуперация поглощаемой энергии;
• необходима мощная система охлаждения.
Гидравлические тормоза, в которых момент сопротивления создается 
за счет движения в жидкости плохо обтекаемых элементов 
ротора, могут выполняться с дисковым ротором, штифтовыми, лопастными, 
камерными и др. Мощность, поглощаемую тормозом, 
регулируют уровнем воды, заполняющей рабочую полость устройства.


Рис. 3. Гидравлический тормоз:
1 — диск гидротормоза; 2 — штифт статора; 3 — штифт ротора; 4 — канал подачи 
воды; 5 — корпус статора; 6 — опора статора; 7 — подшипник статора; 8 — ротор; 
9 — золотник регулировки расхода воды на слив; 10 — монтажная плита

Достоинства гидравлических тормозов:
• простота их устройства и обслуживания,
• компактность.
Недостатки гидротормозов:
• сложное регулирование;