Конструктивные параметры двигателей
Любой двигатель характеризуется следующими конструктивно заданными параметрами, практически неизменными в процессе эксплуатации автомобиля.
Объем камеры сгорания — объем полости цилиндра и углубления в головке над поршнем, находящимся в верхней мертвой точке — крайнем положении на наибольшем удалении от коленвала.
Рабочий объем цилиндра — пространство, которое освобождает поршень при движении от верхней до нижней мертвой точки.
Последняя является крайним положением поршня на наименьшем удалении от коленвала.
Полный объем цилиндра — равен сумме рабочего объема и объема камеры сгорания.
Рабочий объем двигателя (литраж) складывается из рабочих объемов всех цилиндров.
Степень сжатия — отношение 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 топлива — это 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.
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 объём двигателя: что это за величина, на что она влияет
Двигатель является важнейшей компонентой любого транспортного средства, а его литраж у большинства ассоциируется с мощностью силового агрегата. В целом такой подход можно считать соответствующим истине.
Но за цифрами 1.1, 2.0, 3.5 мы видим только параметр, определяющий класс автомобиля: микролитражка, малолитражка, гольф-класс или крупнолитражное авто. Что же такое объём мотора на физическом уровне, понимают далеко не все.
Понятие рабочего объёма цилиндра
Распространённое определение рабочего объёма двигателя звучит следующим образом: им обозначают суммарное значение объёмов цилиндров силового агрегата, а под объёмом поршня следует понимать произведение длины его хода на площадь верхней проекции. Ход поршня, в свою очередь – это расстояние между верхней и нижней мёртвыми точками. Таким образом, рабочим объёмом цилиндра называют объём камеры сгорания, в которой и происходят энергетические процессы – воспламенение горючей смеси и её сгорание.
В такте впуска происходит наполнение цилиндра топливовоздушной смесью, который завершается, когда поршень находится в нижней МТ. При движении поршня в обратном направлении происходит сжатие горючей смеси и её воспламенение.
Степень сжатия определяется при делении полного объёма цилиндра (когда поршень пребывает в НМТ) к объёму камеры сгорания (ВМТ). Чем больше степень сжатия, тем с большей силой смесь при возгорании и расширении давит на поршень, то есть от этого показателя напрямую зависит мощность мотора.
Таким образом, для увеличения мощности двигателей достаточно увеличивать степень сжатии. Но на деле всё упирается в некий предел сжатия, при превышении которого смесь самовозгорается без искры или сгорает настолько быстро, что двигатель начинает детонировать и работать неустойчиво.
Симптомы детонационных процессов – постукивания, доносящиеся из двигателя, наличие густого выхлопа чёрного цвета, а также падение мощности. Автопроизводители тратят много усилий, чтобы увеличить степень сжатия и при этом избавиться от детонации, но делать это им становится всё труднее.
Рост мощности зависит также от скорости вращения коленвала, но и этот показатель бесконечно увеличивать нельзя: горючая смесь не будет успевать попадать в цилиндр, возникают проблемы с выводом отработанных газов, да и износ деталей при увеличении скорости вращения также увеличивается.
Современные моторы – многоцилиндровые. Это означает, что рабочий объём двигателя является арифметической суммой полных объёмов всех цилиндров, и чем он больше, тем выше класс автомобиля и мощнее силовой агрегат.
Для чего требуется проверка рабочего объёма мотора
Рядовому автомобилисту этот показатель, строго говоря, не нужен, но есть категория водителей, стремящихся выжать из своего мотора всё до капельки. Вот им знать рабочий объём камеры сгорания нужно для увеличения степени сжатия, достигаемого таким хитрым способом, как расточка цилиндров.
Подобный приём считается едва ли не единственным доступным способом увеличения мощности мотора, причём экономически очень выгодным – ведь при том же объёме топливной смеси полезной работы выполняется намного больше. Но, как мы уже отмечали, здесь необходимо соблюдать меру: при увеличении степени сжатия сверх пороговой смесь будет самовоспламеняться, что приведёт к нестабильной работе, уменьшению мощности и даже разрушением силового агрегата.
Расчет объёма цилиндра
Итаке, рассмотрим методику, как узнать рабочий (не полный) объём двигателя. Общую формулу мы уже называли: это результат умножения объёма 1 цилиндра на их количество в данном ДВС. А объём цилиндра определяется как умножение R 2 *L*π.
Длину и диаметр поршня принято обозначать в миллиметрах, объём силового агрегата – в кубических сантиметрах, поэтому полученный результат делят на 1000.
Нужно понимать, что понятия полный/рабочий объёмы – не тождественные, поскольку поршень имеет проточки, выпуклости и другие геометрические детали, плюс необходимо учесть объём камеры сгорания. Если влияние геометрии цилиндра минимально, то объём КС учитывать необходимо обязательно: полный объём получается сложением объёма рабочего и камеры сгорания.
Таким образом, определить рабочий объём цилиндра (силового агрегата, разумеется, тоже) можно с помощью калькулятора, достаточно знать исходные данные. Но если этих цифр под рукой нет, можно воспользоваться онлайн калькуляторами, многие из которых могут определять и мощность силового агрегата, поскольку это взаимозависимые показатели.
Часто объём мотора называют литражом и указывают не в кубических сантиметрах, а литрах. Таким образом, 1300 см 3 эквивалентно 1,3 л., то есть полученное значение нужно разделить на тысячу.
Расчет объёма мотора онлайн калькулятором
Найти сайт, предлагающий такой калькулятор, не проблема. Чтобы посчитать рабочий объём двигателя, вам останется ввести три цифры в соответствующие поля и нажать кнопку расчет (иногда результат рассчитывается и автоматически, как только вы ввели последнюю цифру). Исходные данные можно взять в паспортных данных транспортного средства.
Обычно значение в кубических сантиметрах крайне редко получается целым, поэтому при переводе в литры их закругляют с использованием общепринятых правил: 1598 см 3 = 1,60 л., 2.429 см 3 = 2,40 л.
Бывают двигатели, у которых при равном рабочем литраже и числе цилиндров их диаметр неодинаков – в этом случае будут неодинаковыми ходы поршней, будет различаться и мощность каждого из них. Мотор, у которого ход поршня небольшой, являются более прожорливыми и характеризуются меньшим КПД, но большей мощностью, достигаемой на высоких оборотах. У длинноходных всё наоборот – они экономичнее и обладают лучшей тягой на всех диапазонах оборотов коленвала.
Хотя мощность и зависит от литража двигателя, но зависимость эта не линейна и включает другие показатели, из чего следует, что определить объём мотора по лошадиным силам не получится, точный расчёт производится только на основании данных о поршневой группе.
Увеличение литража двигателя
Существует категория автовладельцев, для которых задача увеличения мощности мотора становится самоцелью. Такое мероприятие, имеющее несколько названий (чип-тюнинг, тюнинг мотора, форсировка двигателя), можно выполнить и самостоятельно.
Силовой агрегат состоит из цилиндров (обычно их число кратно 4), которые расположены в общем корпусе (БЦ). Внутри цилиндра вверх-вниз бегает поршень, а всё вместе является камерой сгорания, теххарактеристики которой формируют литраж силового агрегата.
Каким образом можно нарастить мощность мотора, если все его параметры тщательно рассчитываются автопроизводителем? Существует несколько способов добиться желаемой цели, выбор которых зависит от ваших амбиций и финансовых возможностей.
Наиболее простой и дешёвый вариант – расточка цилиндров, позволяющая увеличить литраж КС. Но придётся устанавливать и новые поршни с изменённым в сторону увеличения радиусом.
Более затратный вариант – установка коленвала с увеличенным радиусом кривошипа. При этом увеличивается диаметр шатунов, так что замене подлежит вся поршневая группа. Увеличение мощности достигается за счёт роста хода поршней, что позволяет увеличить литраж мотора.
Отметим, что форсировка мотора в домашних условиях требует использования специализированного оборудования независимо от выбранного метода, а также наличия соответствующего опыта. Малейшая ошибка чревата крайне серьёзными последствиями, поэтому подобные работы принято доверять профессионалам – специалистам тюнинговых ателье.
Что такое означает понятие объем двигателя внутреннего сгорания автомобиля
Объем двигателя — одна из основных характеристик современного автомобиля, работающего по принципу сгорания топлива. С момента изобретения двигателя внутреннего сгорания эта характеристика является главнейшим показателем, с помощью которого характеризуется силовой агрегат и выделяет его среди других автомобилей модельного ряда.
На машинах объем двигателя даже указывается (во всяком случае — указывался) на кузове в виде отдельной таблички. К примеру, обозначение «БМВ 520i» означает, что перед нами пятая модель БМВ, с инжекторным двухлитровым двигателем.
От рабочего объема мотора непосредственно зависят его мощностные характеристики, предельная скорость, которую развивает данный автомобиль, и некоторые другие показатели. Кроме этого, деление моделей авто по классам, страховые, налоговые и таможенные платежи рассчитываются исходя из объема конкретной машины.
Но не все автомобилисты представляют себе, что это такое. Данный материал прояснит этот вопрос доступным языком.
Что считается рабочим объемом ДВС
Автомобильный двигатель внутреннего сгорания — сложное инженерное устройство, включающее в себя множественные системы, электронные и механические компоненты, навесные агрегаты и дополнительное оборудование.
Принцип работы заключается в подаче топливовоздушной смеси в камеры сгорания силового агрегата, где эта смесь под давлением поджигается свечами зажигания или накаливания.
В результате горения (которое представляет собой микровзрыв) происходит выделение большого количества энергии, которая движет поршень, находящийся в цилиндре. Поршень воздействует на кривошипно-шатунный механизм, и энергия из поступательной превращается во вращательную. С ее помощью вращается коленчатый вал мотора. Далее крутящий момент от коленвала передается трансмиссии, а от нее уже на ведущую ось (или оси) автомобиля. Полуось вращает колесо — автомобиль едет.
Вышеуказанный процесс цикличен до тех пор, пока водитель не заглушит двигатель либо пока происходит подача топлива, и нет неполадок, препятствующих нормальному функционированию двигателя. Часть цилиндра, в которой происходит процесс горения топлива — это и есть камера сгорания. Ее объем называется рабочим объемом. Чтобы узнать объем двигателя, суммируйте рабочие объемы его камер сгорания (грубо говоря — сумма объемов цилиндров). Для выражения объема двигателя используются литры, а камер сгорания — сантиметры кубические.
Как пример рассмотрим часто встречающийся двухлитровый бензиновый четырехцилиндровый двигатель. Не претендуя на точность, предположим, что каждая его камера сгорания имеет рабочий объем 499 см3. Цилиндра у этого двигателя четыре, суммарный объем камер сгорания равен 1996 см3. Для выражения в литрах округлите эту цифру к ближайшей целой — 2 литра.
Классификация автомобилей по классам в зависимости от объёма двигателя
Каждый крупный автопроизводитель имеет в своей модельной линейке машины разного класса, веса, размера. Касательно легковых автомобилей, то условно их принято делить на:
- Компактные и микролитражные (рабочий объем ДВС до 1.2 литра).
- Автомобили малого класса (объем 1.2-1.8) литра.
- Автомобили среднего класса (1.8-3.5 л).
- Мощные спорткары и гражданские автомобили с рабочим объёмом более 3.5 литра.
- Представительские машины с моторами различного объема.
Видео: Урок 4 — объем, мощность, крутящий момент, расход топлива двигателя, малолитражки, крупнолитражки.
Ещё кое-что полезное для Вас:
Что зависит от объема
Чем больше смеси топлива с воздухом попадает в цилиндры двигателя и сгорает там, тем больше энергии при этом выделяется. В цилиндры полуторалитрового мотора войдет за цикл намного меньше топлива, чем в трехлитровый, а значит — и больше энергии выйдет на вращение коленвала. Большой мотор — лучшая разгонная динамика, больше предельная скорость и крутящий момент. Но и большее потребление топлива.
Но с мощностью не все так очевидно. Применение турбин (принудительное нагнетание воздуха) позволило снимать больше мощности с единицы объема. Так, атмосферный двигатель Форд 1.6 л выдает мощность, равную 115 л.с., а 1-литровый Форд Экобуст с турбонаддувом — 125 л.с. И крутящий момент у турбированных ДВС выше, и пиковое его значение доступно уже с низов.
Машины с большими объемами двигателей стоят дороже, чем такие же, но с меньшим объёмом. Дело в том, что себестоимость такого ДВС дороже, ему нужна другая трансмиссия, выхлопная и охлаждающая системы, другие тормоза и прочее.
По этой причине бюджетные автомобили, как правило, малолитражки, двигатели которых просты в изготовлении, не имеют сложных систем и электроники. Так как вес этих авто небольшой, то маленького моторчика хватает для комфортного перемещения по городу и сносной динамики. Невысокая стоимость в совокупности с низким расходом топлива делает их популярными у автолюбителей.
Почему названия модели больше не содержат в себе объем мотора
Когда на рынок пришли турбированные двигатели (дизельные и бензиновые), ориентироваться по «шильдикам», висящим на задней части машины, стало намного сложнее. Изначально все было понятно: «BMW 535D» — дизельный БМВ пятой серии с двигателем объемом 3.5 литра.
Мощный атмосферный пятилитровый мотор после установки турбонаддува уменьшает свой объем до 4.4 литра, но обозначается все равно как пятилитровый. Наглядно это видно на машинах Мерседес, которые уже отвязали названия своих моделей от объема. Например, версия «AMG63» уже давно не несет в себе 6.2-литровый двигатель. Вместо него теперь устанавливается ДВС объемом пять с половиной литров. Но модель все равно называется «AMG-63».
Как увеличить объем ДВС
Можно физически увеличить камеру сгорания путем расточки цилиндров. Это называется — форсирование двигателя. Сильно прирастить объем таким образом не получится — блоки цилиндров рассчитаны на свои пределы расточки, которые составляют не более трех капитальных ремонтов двигателя. При таких ремонтах цилиндры, имеющие уже от износа форму эллипса, растачиваются до придания им идеально круглой формы, туда устанавливаются ремонтные поршни с ремонтными кольцами и другие детали двигателя, имеющие увеличенный размер.
Купить поршни и прочие детали для двигателя авто можно только в максимальном размере, соответствующем третьему ремонту. Смысл более глубокого тюнинга пропадает из-за его нецелесообразности, так как дешевле и проще купить двигатель большего объема, а вот его уже можно расточить.
Плюсы и минусы большеобъемных двигателей
- изначальная цена автомобиля;
- высокий расход топлива;
- высокие траты на ТО (больше масла, больше антифриза и т.д.);
- большие затраты на капитальный ремонт;
- высокие налоги и таможенные пошлины (если машина ввозится из-за границы).
- высокая мощность автомобиля;
- большой ресурс самого двигателя;
- комфорт при езде;
- реже приходится переключать передачи на МКПП;
- безопасность при обгоне;
- такие двигатели быстрее и лучше прогреваются в холодный период.
Большие бензиновые атмосферные силовые агрегаты менее требовательны к качеству топлива, чем турбированные малообъемники.
Несколько слов о турбированных моторах и атмосферных
Стоит понимать, что обычный атмосферный ДВС более надежен. Бензиновый турбо-двигатель 1.8-2 литра, имеющий мощность 200 л.с., даже при самом качественном обслуживании попросит капитального ремонта на 180-230 тысяч км пробега. А вот атмосферный 3.5-литровый ДВС, имеющий такую же мощность (или чуть выше), легко отходит 350 тысяч км до первого серьезного ремонта.
5 минут и салон авто как новый.
Посмотрите фото до и после
Ремонт стекла авто своими руками.
Спасает от трещин и сколов.
видеорегистратор + зеркало заднего вида + камера заднего вида
+ датчик движения + технология Dual cam + G-Sensor.
12в1 — видеорегистратор, GPS-навигатор,
камера, интернет, радар, FM, G-sensor.
Салон будет как новый!
Легко чистятся, не трутся, не рвутся.
Источник https://www.drive2.ru/b/2478168/
Источник https://drivertip.ru/osnovy/chto-takoe-rabochiy-obyom-dvigatelya.html
Источник https://topmekhanik.ru/obem-dvs/
