Конструктивні параметри двигунів

Будь-двигун характеризується наступними конструктивно заданими параметрами, практично незмінними в процесі експлуатації автомобіля.

Обсяг камери згоряння - об'єм порожнини циліндра і поглиблення в голівці над поршнем, що знаходиться у верхній мертвій точці - крайньому положенні на найбільшій відстані від коленвала.

Робочий об'єм циліндра - простір, яке звільняє поршень при русі від верхньої до нижньої мертвої точки.
Остання є крайнім положенням поршня на мінімальному видаленні від коленвала.

Повний обсяг циліндра - дорівнює сумі робочого об'єму та об'єму камери згоряння.

Робочий об'єм двигуна (літраж) складається з робочих обсягів усіх циліндрів.

Ступінь стиснення - відношення повного обсягу циліндра до об'єму камери згоряння. Цей параметр показує, у скільки разів зменшується повний обсяг при переміщенні поршня з нижньої мертвої точки у верхню. Для бензинових двигунів визначає октанове число палива, яке застосовується.

Показниками двигуна називають величини, що характеризують його роботу. Крім конструктивних параметрів, вони залежать від особливостей і налаштувань систем харчування і запалювання, ступеня зносу деталей і ін.

Тиск в кінці такту стиснення (компресія) є показником технічного стану (зношеності) циліндро-поршневої групи і клапанів.

Крутний момент на колінчастому валу двигуна визначає силу тяги на колесах: чим він більший, тим краще динаміка розгону автомобіля. Дорівнює добутку сили на плече (рис. 3) і вимірюється в Н · м (Ньютон на метр), раніше в кгс.м (кілограм-сила на метр).

Крутний момент збільшується з ростом:
* Робочого об'єму. Тому двигуни, яким необхідний значний крутний момент, мають більший обсяг;
* Тиску газів, що горять в циліндрах, яке обмежене детонацією (вибухове горіння бензо-повітряної суміші, що супроводжується характерним дзвінким звуком. Помилково називається "стуком поршневих пальців") або зростанням навантажень в дизелях.

Максимальний крутний момент двигун розвиває при певних оборотах (див. Нижче), вони разом з його величиною вказуються в технічній документації.

Потужність двигуна - величина, що показує, яку роботу він робить в одиницю часу, вимірюється в кВт (раніше в кінських силах). Одна кінська сила (к.с.) приблизно дорівнює 0,74 кВт. Потужність дорівнює добутку крутного моменту на кутову швидкість коленвала (число оборотів в хвилину, помножене на певний коефіцієнт).

Двигуни більшої потужності виробники отримують збільшенням:

* Робочого об'єму, що, в свою чергу, призводить до зростання габаритів двигуна і обмеження допустимих максимальних обертів через значні сил інерції збільшилися деталей;

* Оборотів колінчастого вала, число яких обмежено інерційними силами і збільшенням зносу деталей. Високооборотний двигун однакової потужності (за інших рівних умов - конструкції двигуна, технології виготовлення, що застосовуються матеріалах і т.д.) з низькообертовий володіє меншим терміном служби, так як в середньому для одного і того ж пробігу його колінчастий вал буде здійснювати більше обертів;

* Тиску в циліндрі шляхом підвищення ступеня стиснення або наддувом повітря за допомогою турбо- або механічних нагнітачів. Для застосування наддуву ступінь стиснення вимушено зменшують для запобігання детонації (у бензинових двигунів) і зниження жорсткості роботи (підвищені навантаження в циліндро-поршневої групи дизеля, супроводжувані надмірним шумом) (у дизелів). Наддув дозволяє, наприклад, зберегти потужність при меншому робочому обсязі.

Номінальна потужність - гарантована виробником потужність при повній подачі палива на певних оборотах. Саме вона, а не максимальна потужність, вказується в технічній документації на двигун.

Питома витрата палива - це кількість палива, що витрачається двигуном на 1 кВт потужності, що розвивається за одну годину. Є показником досконалості конструкції двигуна: чим витрата нижче, тим ефективніше використовується енергія згорає в циліндрах палива.

При одних і тих же конструктивних параметрах у різних двигунів такі показники, як потужність, крутний момент і питома витрата палива, можуть відрізнятися. Це пов'язано з такими особливостями, як кількість клапанів на циліндр, фази газорозподілу і т. П. Тому для оцінки роботи двигуна на різних оборотах використовують характеристики - залежність його показників від режимів роботи. Характеристики визначаються дослідним шляхом на спеціальних стендах, так як теоретично вони розраховуються лише приблизно.

Як правило, в технічній документації до автомобіля наводяться зовнішні швидкісні характеристики двигуна (рис. 4), що визначають залежність потужності, крутного моменту і питомої витрати палива від числа оборотів коленвала при повній подачі палива. Вони дають уявлення про максимальних показниках двигуна.

Показники двигуна (спрощено) змінюються з наступних причин. Зі збільшенням числа оборотів коленвала росте крутний момент завдяки тому, що в циліндри надходить більше палива. Приблизно на середніх оборотах він досягає свого максимуму, а потім починає знижуватися. Це відбувається через те, що зі збільшенням швидкості обертання коленвала починають грати істотну роль інерційні сили, сили тертя, аеродинамічний опір впускних трубопроводів, яке погіршується наповнення циліндрів свіжим зарядом паливо-повітряної суміші, і т. П.

Швидке зростання крутного моменту двигуна вказує на хорошу динаміку розгону автомобіля завдяки інтенсивному збільшенню сили тяги на колесах. Чим довше величина моменту знаходиться в районі свого максимуму і не знижується, тим краще. Такий двигун більш пристосований до зміни дорожніх умов і рідше доведеться перемикати передачі.

Потужність зростає разом з обертовим моментом і навіть, коли він починає знижуватися, продовжує збільшуватися завдяки підвищенню оборотів. Після досягнення максимуму потужність починає знижуватися з тієї ж причини, по якій зменшується крутний момент. Обороти трохи вище максимальної потужності обмежують регулюючими пристроями, так як в цьому режимі значна частина палива витрачається не на вчинення корисної роботи, а на подолання сил інерції і тертя в двигуні. Максимальна потужність визначає максимальну швидкість автомобіля. В цьому режимі автомобіль не розганяється і двигун працює тільки на подолання сил опору руху - опору повітря, опору коченню і т. П.

Величина питомої витрати палива також змінюється в залежності від оборотів коленвала, що видно на характеристиці (див. Рис. 4). Питома витрата палива повинен знаходитися якомога довше поблизу мінімуму; це вказує на хорошу економічність двигуна. Мінімальний питома витрата, як правило, досягається трохи нижче середніх оборотів, на яких в основному і експлуатується автомобіль при русі в місті.
Пунктирною лінією на графіку показані більш оптимальні характеристики двигуна.