Что такое объем цилиндра двигателя

Любой двигатель характеризуется следующими конструктивно заданными параметрами, практически неизменными в процессе эксплуатации автомобиля.

Объем камеры сгоранияобъем полости цилиндра и углубления в головке над поршнем, находящимся в верхней мертвой точке — крайнем положении на наибольшем удалении от коленвала.

Рабочий объем цилиндрапространство, которое освобождает поршень при движении от верхней до нижней мертвой точки.
Последняя является крайним положением поршня на наименьшем удалении от коленвала.

Полный объем цилиндраравен сумме рабочего объема и объема камеры сгорания.

Рабочий объем двигателя (литраж) складывается из рабочих объемов всех цилиндров.

Степень сжатияотношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Этот параметр показывает, во сколько раз уменьшается полный объем при перемещении поршня из нижней мертвой точки в верхнюю. Для бензиновых двигателей определяет октановое число применяемого топлива.

Показателями двигателя называют величины, характеризующие его работу. Помимо конструктивных параметров, они зависят от особенностей и настроек систем питания и зажигания, степени износа деталей и пр.

Давление в конце такта сжатия (компрессия) является показателем технического состояния (изношенности) цилиндро-поршневой группы и клапанов.

Крутящий момент на коленчатом валу двигателя определяет силу тяги на колесах: чем он больше, тем лучше динамика разгона автомобиля. Равен произведению силы на плечо (рис. 3) и измеряется в Н·м (Ньютон на метр), ранее в кгс.м (килограмм-сила на метр).

Крутящий момент увеличивается с ростом:
* рабочего объема . Поэтому двигатели, которым необходим значительный крутящий момент, обладают большим объемом;
* давления горящих газов в цилиндрах, которое ограничено детонацией (взрывное горение бензо-воздушной смеси, сопровождаемое характерным звонким звуком. Ошибочно называется "стуком поршневых пальцев") или ростом нагрузок в дизелях.

Максимальный крутящий момент двигатель развивает при определенных оборотах (см. ниже), они вместе с его величиной указываются в технической документации.

Мощность двигателя — величина, показывающая, какую работу он совершает в единицу времени, измеряется в кВт (ранее в лошадиных силах). Одна лошадиная сила (л.с.) приблизительно равняется 0,74 кВт. Мощность равна произведению крутящего момента на угловую скорость коленвала (число оборотов в минуту, умноженное на определенный коэффициент).

Двигатели большей мощности производители получают увеличением:

* рабочего объема, что, в свою очередь, приводит к росту габаритов двигателя и ограничению допустимых максимальных оборотов из-за значительных сил инерции увеличившихся деталей;

* оборотов коленчатого вала, число которых ограничено инерционными силами и увеличением износа деталей. Высокооборотный двигатель одинаковой мощности (при прочих равных условиях — конструкции двигателя, технологии изготовления, применяемых материалах и т.д.) с низкооборотным обладает меньшим сроком службы, так как в среднем для одного и того же пробега его коленчатый вал будет совершать больше оборотов;

* давления в цилиндре путем повышения степени сжатия либо наддувом воздуха посредством турбо- или механических нагнетателей. Для применения наддува степень сжатия вынужденно уменьшают для предотвращения детонации (у бензиновых двигателей) и снижения жесткости работы (повышенные нагрузки в цилиндро-поршневой группе дизеля, сопровождаемые чрезмерным шумом) (у дизелей). Наддув позволяет, например, сохранить мощность при меньшем рабочем объеме.

Номинальная мощность — гарантируемая производителем мощность при полной подаче топлива на определенных оборотах. Именно она, а не максимальная мощность, указывается в технической документации на двигатель.

Удельный расход топливаэто количество топлива, расходуемого двигателем на 1 кВт развиваемой мощности за один час. Является показателем совершенства конструкции двигателя: чем расход ниже, тем более эффективно используется энергия сгорающего в цилиндрах топлива.

Читать также:  Движение транспортных средств задним ходом разрешается

При одних и тех же конструктивных параметрах у разных двигателей такие показатели, как мощность, крутящий момент и удельный расход топлива, могут отличаться. Это связано с такими особенностями, как количество клапанов на цилиндр, фазы газораспределения и т. п. Поэтому для оценки работы двигателя на разных оборотах используют характеристики — зависимость его показателей от режимов работы. Характеристики определяются опытным путем на специальных стендах, так как теоретически они рассчитываются лишь приблизительно.

Как правило, в технической документации к автомобилю приводятся внешние скоростные характеристики двигателя (рис. 4), определяющие зависимость мощности, крутящего момента и удельного расхода топлива от числа оборотов коленвала при полной подаче топлива. Они дают представление о максимальных показателях двигателя.

Показатели двигателя (упрощенно) изменяются по следующим причинам. С увеличением числа оборотов коленвала растет крутящий момент благодаря тому, что в цилиндры поступает больше топлива. Примерно на средних оборотах он достигает своего максимума, а затем начинает снижаться. Это происходит из-за того, что с увеличением скорости вращения коленвала начинают играть существенную роль инерционные силы, силы трения, аэродинамическое сопротивление впускных трубопроводов, ухудшающее наполнение цилиндров свежим зарядом топливо-воздушной смеси, и т. п.

Быстрый рост крутящего момента двигателя указывает на хорошую динамику разгона автомобиля благодаря интенсивному увеличению силы тяги на колесах. Чем дольше величина момента находится в районе своего максимума и не снижается, тем лучше. Такой двигатель более приспособлен к изменению дорожных условий и реже придется переключать передачи.

Мощность растет вместе с крутящим моментом и даже, когда он начинает снижаться, продолжает увеличиваться благодаря повышению оборотов. После достижения максимума мощность начинает снижаться по той же причине, по которой уменьшается крутящий момент. Обороты несколько выше максимальной мощности ограничивают регулирующими устройствами, так как в этом режиме значительная часть топлива расходуется не на совершение полезной работы, а на преодоление сил инерции и трения в двигателе. Максимальная мощность определяет максимальную скорость автомобиля. В этом режиме автомобиль не разгоняется и двигатель работает только на преодоление сил сопротивления движению — сопротивления воздуха, сопротивления качению и т. п.

Величина удельного расхода топлива также меняется в зависимости от оборотов коленвала, что видно на характеристике (см. рис. 4). Удельный расход топлива должен находиться как можно дольше вблизи минимума; это указывает на хорошую экономичность двигателя. Минимальный удельный расход, как правило, достигается чуть ниже средних оборотов, на которых в основном и эксплуатируется автомобиль при движении в городе.
Пунктирной линией на графике показаны более оптимальные характеристики двигателя.

Рабочий объем двигателя – это один из важнейших показателей, влияющих на мощностно-динамические характеристики автомобиля. Среди автолюбителей распространено мнение, что чем эта характеристика выше, тем лучше. Однако на деле это не всегда так. Чтобы понять, каким образом литраж влияет на эксплуатационные характеристики авто, и каково должно быть ее оптимальное значение, следует освежить в памяти устройство двигателя внутреннего сгорания.

Читать также:  Как отрегулировать сцепление на юмз 6 видео

Предназначение силового агрегата состоит в том, чтобы преобразовать энергию сгорания топлива в механическую. Рабочая смесь поступает внутрь цилиндра, где воспламеняется и расширяется, толкая поршень, который, в свою очередь, посредством шатуна приводит во вращение коленчатый вал.

Чем больше объем цилиндра, тем больше рабочей смеси можно в него подать, и тем большее количество энергии получить. Формула для вычисления объема цилиндра выглядит как произведение площади его поперечного сечения на высоту, когда поршень находится в нижней мертвой точке.

Рабочий объем двигателя (литраж) – это сумма рабочих объемов его цилиндров, или произведение объема одного цилиндра на их количество. Измеряется он в куб. сантиметрах или в литрах.

На что влияет литраж

Однако не следует забывать о том, что большие двигатели обладают большим аппетитом. Так, если полуторалитровый бензиновый силовой агрегат в городском цикле расходует в среднем 9-10 литров горючего на 100 км пути, то двухлитровому мотору потребуется 12-13 литров топлива. На трассе разница меньше, примерно 6,5-7 литров против 8-8,5.

Причина в том, что во время работы на холостом ходу больший двигатель также потребляет больше бензина, при этом во время движения он позволяет быстрее разогнать машину до требуемой скорости, т.е. сокращается время работы в неэкономичном режиме.

Формула «больше объем – выше мощность» справедлива для легковых автомобилей. У грузовиков применяется несколько иной подход. Большой объем не обязательно подразумевает «табун лошадей» под капотом, поскольку для этих автомобилей более важной характеристикой является большой крутящий момент во всех диапазонах оборотов коленвала.

Так, у тягача КамАЗ-54115 объем силового агрегата составляет 10,85 л (объем только одного цилиндра сопоставим с рабочим объемом двигателя малолитражки), при этом мощность его составляет всего 240 л.с. Для сравнения, BMW X5 c трехлитровым дизельным мотором развивает мощность 218 л.с. справедливости ради стоит отметить, что на тяжелые грузовики КамАЗ последнего поколения, ставятся более современные моторы объемом 11,76 л и мощностью до 400 л.с.

Оптимальный литраж

Практически все производители предлагают несколько моторов для одной и той же модели автомобиля, и выбрать оптимальный двигатель не всегда просто. Условно автомобили делятся на несколько классов:

  • микролитражные, с объемом мотора не более 1100 куб. см;
  • малолитражные, с объемом 1200 – 1700 куб. см;
  • среднелитражные, с объемом 1800 – 3500 куб. см;
  • крупнолитражные, с объемом более 3500 куб. см.

Существует градация силовых агрегатов по классам автомобилей. Для машин класса В обычно предлагаются моторы от 1,0 до 1,6 л, С-класс оснащается моторами объемом от 1,4 до 2 литров, D-класс – 1,6 – 2,5 л, Е-класс – от 2 литров.

Выбирая подходящий двигатель для себя, будущий автовладелец должен определить, в каких условиях авто будет преимущественно использоваться. Для езды в городских условиях вполне подойдет мотор с меньшим литражом (например, 1,4 л), если он обладает хорошей тягой на низких оборотах. Если же на низах тяга недостаточная, двигатель постоянно придется «крутить», и об обещанных восьми литрах топлива на 100 км пробега по городу можно забыть.

Читать также:  Мини джип дискавери урал моторс

Необходимо учитывать и то, что включенная климатическая установка отнимает значительную часть мощности и увеличивает расход горючего. На автомобиле с маломощным мотором ездить при этом становится неприятно, поскольку водитель постоянно будет вынужден включать низшие передачи.

Если машина преимущественно будет эксплуатироваться в условиях трассы, для нее лучше выбрать двигатель побольше.

  1. Во-первых, разница в расходе будет не такой значительной;
  2. во-вторых, под капотом автомобиля постоянно будет запас мощности, который позволит водителю более уверенно выходить на обгон;
  3. к тому же, включение кондиционера или системы климат-контроля, практически не отражается на динамике авто.

Основные определения, принятые для поршневых двигателей, указаны далее с использованием схемы одноцилиндрового двигателя.

Верхняя мертвая точка (в.м.т.) — положение поршня в цилиндре, при котором расстояние от него до оси коленчатого вала двигателя наибольшее.

Нижняя мертвая точка (н.м.т.) — положение поршня в цилиндре, при котором расстояние от него до оси коленчатого вала двигателя наименьшее.

Ход поршня S (м) — расстояние по оси цилиндра между мертвыми точками. При каждом ходе поршня коленчатый вал поворачивается на полоборота, т. е. на 180°. Ход поршня равен двум радиусам кривошипа коленчатого вала, т. е. S= 2r.

Рисунок. Схема одноцилиндрового четырёхтактного двигателя

Рабочий объем цилиндра Кл (м³) — объем цилиндра, освобождаемый поршнем при перемещении от в.м.т. до н.м.т.:

где d — диаметр цилиндра, м; S — ход поршня, м.

Объем камеры сжатия Vс, (м³) — объем пространства над поршнем, находящимся в в. м. т.

Полный объем цилиндра Vо (м ) — сумма объема камеры сжатия и рабочего объема цилиндра, т. е. пространство над поршнем, когда он находится в н. м. т.

Литраж двигателя Vд, — это сумма рабочих объемов всех его цилиндров, выраженная в литрах.

Степень сжатия — отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия. Степень сжатия — это отвлеченное число, показывающее, во сколько раз полный объем цилиндра больше объема камеры сжатия.

Рабочий цикл двигателя — комплекс последовательных периодически повторяющихся процессов (впуск, сжатие, сгорание, расширение и выпуск), в результате которых энергия топлива преобразуется в механическую работу.

Такт — часть рабочего цикла, происходящая за время движения поршня от одной мертвой точки до другой, т. е. условно принимаем, что такт происходит за один ход поршня.

Двигатели, в которых рабочий цикл совершается за четыре хода (такта) поршня или за два оборота коленчатого вала, называют четырехтактными. Двигатели, в которых рабочий цикл совершается за два хода поршня или за один оборот коленчатого вала, считают двухтактными.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.