Содержание
Водоизмещение агрегата и полное водоизмещение
Объем двигателя получается путем выполнения математических расчетов, полученных на основе геометрических измерений его компонентов. В частности, часть двигателя, которая создает движущую силу. Тем не менее, не путайте рабочий объем цилиндров агрегата с общим, так как они относятся к разным значениям.
Хотя многие так считают, объем двигателя это не весь зазор внутри цилиндров. это примерно пространство, используемое для создания движения поршней. То есть объем между верхней мертвой точкой и нижней мертвой точкой поршней.
Все остальное, снаружи того, что считается рабочим объемом двигателя. какая например, las
камеры сгорания, которые представляют собой пространство, где начинаются взрывы, но где поршень не поднимается. Не учитывают, конечно, и те части цилиндров, к которым не опускаются головки поршней.
Индекс
- 3.1 Небольшой рабочий объем агрегата (маленькие цилиндры)
- 3.2 Большой рабочий объем агрегата (большие цилиндры)
единица водоизмещения
это объем только один из цилиндров двигатель. Как мы уже говорили, речь идет об измерении расстояния между верхней и нижней мертвыми точками поршня. Который получается по следующей формуле: π x (диаметр цилиндра²/4) и умножая его по высота полного хода или Поршневая гонка.
Подпишитесь на наш Youtube-канал
Конечно, в двигателях переменная компрессия с учетом степень сжатия наибольший. То есть когда двигатель работает с максимально возможным ходом поршня. Если вы не знакомы с этим типом двигателей, рекомендуем ознакомиться со статьей степень сжатия двигателя.
В конце есть раздел, в котором объясняются его преимущества и принципы работы.
Если вы знакомы с основными геометрическими вычислениями, возможно, вы были удивлены, увидев, что формула не типична Расчет объема цилиндра. То есть: π x r² xh (Pi по квадратный радиус по Altura). В расчете водоизмещения замените г² по д²/4 (диаметр в квадрате, деленный на 4), что дает тот же результат. Пройдите тест, если хотите.
Полный водоизмещение
В данном случае речь идет уже о рабочем объеме двигателя, который обычно рекламируется в различных автомобилях, выставленных на продажу. Полное смещение является просто результатом умножать значение, полученное при расчете единица водоизмещения, по количеству поршней с которым двигатель имеет.
Обратите внимание, что это количество поршней, а не количество цилиндров.
Хотя их не часто можно увидеть, в двигателях с оппозитными поршнями будет получено неправильное значение, потому что у них два поршня на цилиндр. Особенность, которую можно увидеть, например, в INNEngine мотор. В любом случае, использовать в остальных двигателях цилиндры или поршни безразлично.
Каждый результат, полученный в этих расчетах, а так как диаметр поршня обычно выражается в миллиметрах, будет выражен в кубических миллиметрах. Следовательно, чтобы получить водоизмещение в кубических сантиметрах (как это часто выражается), мы должны разделить результат на 1000.
Для чего используется единичный и общий рабочий объем цилиндров?
Помимо использования этих значений в мире машиностроениеего модификация y ремонт, также используется, например, при расчете фискальные лошади автомобиля с тепловым двигателем. В используемых для этого формулах фигурируют такие измерения, как диаметр цилиндров и ход поршней.
Возвращаясь к двигателестроению, обычно используется агрегат, общий рабочий объем цилиндров и взаимосвязь между ними.
Например, для обычных двигателей что отношения между ними не слишком велики и не слишком малы. Другими словами, не попадайте в цилиндры, которые слишком малы для рабочего объема двигателя или наоборот.
Небольшой рабочий объем агрегата (маленькие цилиндры)
Слишком маленькие цилиндры приводят, например, к тому, что количество смеси меньше и, следовательно, генерируемый крутящий момент меньше. Что можно решить с помощью наддува, хотя и с определенными ограничениями, которые не превышаются в обычных автомобилях, которые мы обычно видим на улице.
Большой рабочий объем агрегата (большие цилиндры)
Не следует забывать, что воспламенение бензина не мгновенное и образуемое им пламя требует времени для расширения. Чем больше цилиндр, тем больше времени потребуется, чтобы эффективно толкнуть поршень, потому что потребуется время, чтобы добраться до него. Что может быть исправлено в определенной степени с дальнейшим опережение зажигания.
Однако это продвижение имеет пределы, и им нельзя злоупотреблять.
В результате обороты двигателя не могут быть слишком высокими, т.к. пламя не успевает двигать мотор на определенных оборотах. Кроме того, чем больше цилиндр, тем выше скорость, которую должен развивать поршень, чтобы покрыть все движение, и, опять же, это создает больше трения и тепла.
Преимущество в том, что большой цилиндр позволяет старше арматура для входа воздуха или смеси и вытеснения газов. Помимо облегчения включать системы из двух вилки.
Как видите, оба случая принести дополнительные проблемы что нужно решить. По этой причине, в дополнение к другим, вы видите все больше и больше двигателей с очень низким общим рабочим объемом, но с тремя цилиндрами. Например, в двигателях 0,9 л, 1.0 л или даже 1.2 л. Несмотря на дополнительные вибрации, которые они вызывают, в основном на низких оборотах.
Можно ли изменить смещение?
Хотя мощность двигателя чаще всего связаны только с перепрограммированием электроники, бывают и модификации Глубже что даже удается изменить единичное водоизмещение и, по логике, общее.
Хорошим примером этого является Брабус 900 G65. Модификация Mercedes G-Class 2016 года с 12-литровым 6.0-цилиндровым двигателем, который после изменений имел объем 6.3 литра.
Теме статьи:
Типы двигателей
Как вы видели, мы упомянули как диаметр цилиндров, так и ход поршня. Оба значения могут быть изменены подготовителем. Например, диаметр обычно увеличен через прецизионный шлифовальный станок, что уменьшает толщину стенок цилиндров. Ресурс, с которого не злоупотребляйте из-за пределов прочности блока цилиндров. С чем вам придется мириться? та же нагрузка, трение и тепло с более тонкая стенка. Это, конечно, предполагает увеличение размера поршней в той же мере.
Что же касается Поршневая гонка, также можно изменить, хотя это может привести к изменениям в Биелас, коленчатый вал и другие сопутствующие товары. Также, тоже нельзя злоупотреблять этой модификации с момента скорость поршня увеличится при каждом обороте двигателя, что увеличивает нагрев из-за трения в дополнение к другим проблемам.
Изображение 1 — Ник Арес; Рисунок 5 – Эрик Килби
Характеристики современного двигателя
Верхняя мертвая точка (ВМТ) — крайнее верхнее положение поршня.
Нижняя мертвая точка (НМТ) — крайнее нижнее положение поршня.
Радиус кривошипа — расстояние от оси коренной шейки коленчатого вала до оси его шатунной шейки.
Ход поршня S — расстояние между крайними положениями поршня, равное удвоенному радиусу кривошипа коленчатого вала. Каждому ходу поршня соответствует поворот коленчатого вала на угол 180 градусов (пол оборота коленчатого вала).
Ход поршня S и диаметр D цилиндра обычно определяют размеры двигателя.
Такт — часть рабочего цикла, происходящая за один ход поршня.
Объем камеры сгорания — объем пространства нал поршнем при его положении в ВМТ.
Рабочий объем цилиндра объем пространств, освобождаемого поршнем при перемещении его от ВМТ к НМТ.
Основные положения кривошипно — шатунного механизма:
а — ВМТ; б — НМТ; V — объем камеры сгорания; Vh — рабочий объем цилиндра: D — диаметр цилиндра; S — код поршня
Полный объем цилиндра — объем пространства над поршнем при нахождении его в НМТ. Очевидно, что полный объем цилиндра ранен сумме рабочего объема цилиндра и объема камеры сгорания.
Степень сжатия — отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания.
Индикаторная мощность — мощность, развиваемая газами в цилиндре.
Эффективная (действительная) мощность — мощность, развиваемая на коленчатом валу двигателя. Эффективная мощность меньше индикаторной, так как часть последней затрачивается на трение и на приведение в движение вспомогательных механизмов. Эта мощность называется мощностью механических потерь NH.
Механический КПД (коэффициент полезного действия, двигателя — отношение эффективном мощности и индикаторной):
Индикаторный КПД — представляет собой отношение теплоты, эквивалентной индикаторной работе, ко всей теплоте введенной в двигатель с топливом.
Эффективный КПД — отношение количества теплоты превращенного в механическую работу на валу двигателя, ко всему количеству теплоты, подведенному в процессе работы.
Среднее эффективное давление — произведение среднего индикаторного давления (давление, действующее на поршень в течение одного хода поршня) на механический КПД.
Удельный индикаторный расход топлива — количество топлива, расходуемого в двигателе для получения в течение 1 ч индикаторной мощности I кВт.
Удельный эффективный расход топлива — количество топлива, которое расходуется в двигателе для получения в течение 1 ч 1 кВт эффективной мощности.
Если хочешь узнать про двигатель автомобиля больше заходи на Устройство современного двигателя
Цилиндры смещения
и контуры регенерации
0 комментариев
Когда требуется цилиндр с длинным ходом, необходимо учитывать дополнительные конструктивные особенности. Цилиндры с длинным ходом подвержены сжимающим напряжениям, как и любые другие цилиндры, но коробление является еще одним фактором. Потеря устойчивости может произойти, когда длинные тонкие цилиндры подвергаются воздействию сил, намного меньших пределов напряжения сжатия. Классический пример – мерка. Поставьте линейку дыбом и надавите сверху. Требуется лишь небольшое усилие, чтобы кривая кривилась в одну сторону. Тонкий цилиндр имеет ту же тенденцию. Чтобы противодействовать короблению, детали цилиндра делают большего диаметра.
Недостатком более крупных компонентов цилиндров является то, что для расширения больших цилиндров требуется больше жидкости. Больше жидкости может быть обеспечено насосом большего объема, но есть и более эффективные способы достижения того же результата.
В этой статье мы исследуем объемные цилиндры и рекуперативные контуры как эффективные способы обеспечения устойчивости к продольному изгибу без увеличения рабочего объема насоса.
ЦИЛИНДРЫ ОБЪЕМНОГО ОБЪЕМА
Цилиндры рабочего объема одностороннего действия. Это означает, что жидкость под давлением необходима для расширения, но не для втягивания. Общие области применения включают самосвалы, вилочные погрузчики и ножничные подъемники. В оборудовании такого типа насосы выдвигают цилиндр, а сила тяжести втягивает цилиндр. Для этих целей можно использовать обычные цилиндры одностороннего действия, но в этом примере мы увеличили размер цилиндра, чтобы улучшить устойчивость к продольному изгибу.
Поршневой цилиндр имеет ряд преимуществ перед цилиндром двойного действия. Первым преимуществом является количество пломб. Поршневой цилиндр не имеет поршневых уплотнений. Меньшее количество компонентов означает меньше отказов. Без поршневых уплотнений шток цилиндра удлиняется, когда жидкость, поступающая в цилиндр, расширяет внутренний объем. Единственный способ расширить внутренний объем — это удлинить стержень.
Поскольку поршневые цилиндры одностороннего действия, требуется только один порт. Этот порт может быть расположен в любом месте на корпусе цилиндра. Цилиндр в Рис. 1 имеет порт, расположенный ближе к середине для удобства сантехники. Вид в разрезе Рис. 2 показывает внутреннюю часть того же цилиндра.
В Рис. 2 и 3 широкий светло-серый прямоугольник у основания цилиндра является не уплотнением поршня, а направляющим кольцом. Жидкость проходит с одной стороны направляющего кольца на другую через внутренние каналы в поршне (не показаны). Направляющие кольца плавно скользят по отверстию цилиндра, выравнивая и центрируя поршень, предотвращая образование задиров и заеданий.
Объемные цилиндры имеют преимущество перед обычными цилиндрами, когда речь идет о скорости выдвижения. Жидкость, поступающая в цилиндр, удлиняет шток в зависимости от диаметра штока, а не отверстия, как в обычном цилиндре. Это означает, что насос меньшего размера можно использовать для получения той же скорости выдвижения штока.
Еще одним преимуществом является снижение требований к водопроводу. У поршневых цилиндров нет втягивающего порта, поэтому нет втягивающего шланга. Меньшее количество шланговых соединений означает меньше потенциальных мест утечки.
Как упоминалось ранее, диаметр стержня определяет скорость выдвижения, но он также контролирует усилие выдвижения. При расчете усилия растяжения используется только площадь диаметра стержня.
РЕГЕНЕРАТИВНЫЙ ПОТОК
Регенеративный контур (иногда сокращенно «регенерация») обеспечивает многие преимущества поршневого цилиндра, а также одно дополнительное преимущество. Регенерацию можно применять к цилиндрам двустороннего действия. При расширении контуры регенерации перенаправляют жидкость, которая возвращается в бак в обычном цилиндре двустороннего действия. Регенерация не может быть применена для втягивания цилиндра из-за недостатка полезной площади.
Контуры рекуперации часто используются для сокращения времени цикла. В этом примере длинный ход потребовал большего размера стержня, чтобы противостоять тенденциям коробления. В свою очередь, для более крупного штока требуется поршень большего размера, даже несмотря на то, что большее отверстие может не потребоваться для удовлетворения требований к усилию выдвижения. Результатом является требование низкого давления в поршне увеличенного размера с требованием большого расхода. Регенерация восполняет этот недостаток.
Ключевой особенностью регенерации является использование жидкости, отводимой из порта штока. Рассмотрим упрощенную схему в Рис. 4 . Это всего лишь один из многих вариантов постоянной регенерации.
В рис. 4 распределительный клапан находится в нейтральном положении, и жидкость направляется в резервуар через общий тандемный центральный клапан. В нейтральном положении обратный клапан 2 предотвращает попадание любого давления в трубопроводе бака в порт штока цилиндра, что может привести к непреднамеренному втягиванию штока. Одной из причин повышения давления в обратной линии является загрязнение обратного фильтра (не показан). Жидкость, захваченная в основании цилиндра направляющим регулирующим клапаном, предотвратит большое непреднамеренное движение, но внутренняя утечка в золотнике может привести к дрейфу на малой скорости без обратного клапана 2.
Это лишь одна из нескольких конфигураций. Контуры регенерации также могут использоваться с насосами переменной производительности. Клапаны с электрическим приводом (показаны) могут быть заменены клапанами с ручным управлением, если используется тандемный центр.
В рис. 5 распределительный клапан смещен так, чтобы выдвинуть цилиндр. Жидкость, выходящая из порта штока, проходит через обратный клапан 2 и смешивается с жидкостью, идущей к клапану. Жидкость течет таким образом по простой причине.
РЕГЕНЕРАЦИЯ ОБЪЯСНЕНА В ДВУХ ПРЕДЛОЖЕНИЯХ
Давление одинаково с обеих сторон поршня, но большая площадь создает большую силу. Шток поршня выдвигается из-за большей силы со стороны основания поршня.
Возможно значительное увеличение скорости выдвижения. Расход и время цикла рассчитываются с использованием площади штока, как и в поршневом цилиндре. Площадь кольца, умноженная на давление, представляет собой величину силы, которая теряется при растяжении. Как и в поршневом цилиндре, сила, доступная во время регенерации, является произведением давления и площади поперечного сечения штока. Как и в большинстве вещей в технике, здесь есть компромисс. Преимущество скорости, полученное от схемы рекуперации, достигается ценой силы от цилиндра. В этом примере с тонким цилиндром это нормально, потому что он должен быть увеличен, чтобы избежать проблем с изгибом.
Рекуперация не влияет на скорость цилиндра при втягивании цилиндра, как показано на Рис. 6 .
С поршневыми цилиндрами и контурами регенерации можно обращаться одинаково в отношении усилия выдвижения и требуемой производительности насоса. Понимание различий поможет вам решить, что использовать и когда. См. таблицу 1 для сравнения характеристик.
Существует много других вариантов регенеративных контуров. Существуют схемы постоянной и частичной регенерации, которые автоматически отключают регенерацию в зависимости от давления. Каждая схема дает преимущество в определенных приложениях. Мы не будем вдаваться в них здесь, но для получения дополнительной информации об этих схемах посетите страницу «Книги и публикации» на веб-сайте Международного общества гидроэнергетики (www.ifps.org).
Для получения дополнительной информации: Роберт Пост, CFPHS, инженер по применению в Bailey Hydraulics, а также директор по особым поручениям IFPS в 2017 году. С ним можно связаться по адресу [email protected].
- цилиндр
- рабочий цилиндр
- схема регенерации
Engine Tech 101: как рабочий объем цилиндра влияет на крутящий момент и мощность до оборотов, чем шестерка аналогичного размера или V8? Это объясняется очень простым, но легко забываемым законом физики.
Конечно, детали их конструкции и настройки также могут несколько изменить или повлиять на это, но в основном закон распространяется на все двигатели внутреннего сгорания. Чтобы подчеркнуть этот момент, мы начнем с рассмотрения трех двигателей с похожими характеристиками, но огромными различиями в рабочем объеме на цилиндр и соответствующих пиках крутящего момента и лошадиных сил.
На этих изображениях представлены три двигателя середины 50-х — середины 60-х годов. Каждый из них был разработан для максимальной выходной мощности, с камерой сгорания с двускатной крышей, верхним распредвалом (распределителями), большими клапанами и портами — всеми классическими признаками мощного двигателя.
Тот, что слева, вырабатывал 5,4 л.с. на кубический дюйм при 21 500 об/мин и 1,06 фунт-фут. на кубический дюйм при 17 000 об/мин
Тот, что посередине, вырабатывал 1,48 л.с. на кубический дюйм при 6500 об/мин и 1,26 фунт-фута. при 5250 об/мин
А тот, что справа, вырабатывал 0,27 л. с. на кубический дюйм при 2000 об/мин и 0,87 фунт-фут. при 1350 об/мин
Теперь о большой разнице: их рабочий объем на цилиндр. Слева направо, в кубических дюймах: 1,5, 67 и 181,6
Как и многое другое в природе, двигатели не масштабируются без значительных воздействий.
Прежде чем мы объясним физику, давайте кратко рассмотрим эти три двигателя, поскольку они интересны сами по себе.
Первый: 50-кубовый гоночный мотоцикл Honda RC116 1966 года выпуска (примечание: поперечное сечение вверху на самом деле от другого двигателя Honda; достаточно близко). Этот шедевр был последним 50-кубовым гоночным мотоциклом Honda, кульминацией нескольких поколений 50-кубовых гоночных мотоциклов, начиная с 1962 года.
Вот как выглядел крошечный двухцилиндровый двигатель объемом 49,8 куб. Из своих 50 куб. См (3,0 куб. См) он выдавал 16,5 л.с. при 21 500 об / мин и 3,25 фунт-фут. крутящего момента при 17 000 об/мин. Каждый 25-кубовый цилиндр питался от четырехклапанной головки.
А вот и коленвал, поршни и шатуны.
Учитывая очень узкий диапазон мощности, потребовалась девятиступенчатая трансмиссия, чтобы свести эту мощность на нет. Максимальная скорость: 175 км/ч или 110 миль/ч. Тормоза? Суппорта работают на ободах, как на велосипеде; легче барабанных тормозов. Вес: 50 кг или 110 фунтов. Вот видео с легким действием:
Два: гоночный двигатель Meyer-Drake Offenhauser 270 1955 года выпуска:
Четырехцилиндровый гоночный двигатель M-D Offy — американская легенда, десятилетиями доминировавшая в гонках на овальных трассах от карликов до Indy 500. Эволюция гоночных двигателей Miller 1920-х годов, которая начиналась как улучшенная копия первого гоночного двигателя Peugeot DOHC 1913 года, Offy 270 был одним из самых крупных.
Его диаметр цилиндра 4,374 дюйма и ход поршня 4,5 дюйма давали 270 кубических сантиметров (4,4 л) от четырех цилиндров. Это обеспечило феноменальный крутящий момент; 340 фунтов на фут при достаточно низких для гоночного двигателя 5250 об/мин. Это было ключом к его способности разгоняться на выходе из поворотов на пике крутящего момента без переключения передач, а затем достигать максимальной скорости и пиковой мощности около 400 л.с. (в зависимости от топлива и т. д.) на прямых, также при довольно скромных 6500 об/мин.
Выходной крутящий момент 1,26 фунт-фут. на кубический дюйм является исключительным для безнаддувного двигателя и одним из ключей к его долгой карьере.
Его характерный лай и рев были знакомы поколениям американцев, которые наблюдали за ним на следах всех размеров и видов.
Three: Hall-Scott 400:
Шестицилиндровый газовый двигатель Hall-Scott 400 стал кульминацией длинной линейки легендарных двигателей H-S, разработанных для обеспечения максимальной производительности грузовиков и автобусов с использованием одних и тех же основных принципов. (полуголовка OHC), которую Холл-Скотт первоначально использовал в гоночных и авиационных двигателях. Поскольку дизельные двигатели по своей природе генерируют меньший крутящий момент, чем газовые двигатели (если не усилены), они давали возможность преодолевать большее расстояние в день, хотя и за счет более высоких затрат на топливо.
С диаметром цилиндра 5,75 дюйма и большим ходом поршня 7 дюймов рабочий объем двигателя составлял 1090 кубических сантиметров (17,9 л). Его кривая крутящего момента была довольно плоской и достигала максимума при 1350 об/мин. А мощность достигала пика при очень низких 2000 об/мин. Но обратите внимание, что, несмотря на то, что он был явно разработан для максимального крутящего момента, учитывая его применение, его выходной крутящий момент на кубический дюйм является самым низким из трех двигателей и составляет 0,87 фунт-фута. за ки. Мы объясним это в ближайшее время, поскольку все это является частью одной и той же проблемы.
Итак, о физике: масштабирование создает проблемы во всей природе. Если вы удвоите (возведете в квадрат) размеры сферы, куба или цилиндра, результирующий объем будет в 8 раз (в кубе) больше. Это создает две проблемы с двигателями, с которыми мы здесь разберемся.
Первый связан с массой, так как масса (вес) объекта также в 8 раз больше, когда его размеры удваиваются. Если бы вы увеличили мышь до размеров слона, она бы рухнула под собственным весом. Скелет слона гораздо больше, чем просто пропорционально сильнее. Это очень непропорционально увеличивает вес, поэтому слону нужны очень толстые кости. И он вынужден двигаться относительно намного медленнее по сравнению с мышью.
Это, конечно, также справедливо и для двигателей с точки зрения повышенной прочности, которая потребуется для того, чтобы компоненты более крупного двигателя вращались с той же скоростью, что и меньший. Это очевидно и интуитивно понятно: более крупные двигатели должны вращаться с меньшими скоростями, чем более мелкие, иначе невозможно было бы удержать огромные массы возвратно-поступательных частей; просто нет достаточно прочных материалов, до определенного момента.
Можно было бы увеличить диаметр цилиндра и ход двигателя, скажем, в 2 раза, что увеличило бы его рабочий объем в 8 раз, если бы мы использовали сверхпрочные компоненты. На самом деле, современные двигатели F1 (до 2014 года) сделали именно это и могут развивать скорость до 20 000 об / мин при рабочем объеме цилиндра 300 куб. См, или немного больше, чем x8 крошечного двигателя Honda (190 куб. См). Это результат огромного прогресса в прочности материалов, таких как титан, а также в улучшении дыхания, но мы пока оставим это в стороне, а также признаем, что тогда это было невозможно. И что по-прежнему невозможно построить двигатель размером с Hall-Scott 400 и иметь возможность развивать такие высокие обороты. Возможно когда-нибудь.
На данный момент мы можем отложить в сторону эти вопросы массы и прочности компонентов, потому что есть еще более фундаментальный вопрос: объемная эффективность. Даже если бы у нас были бесконечно прочные материалы, этот вопрос по-прежнему определяет рабочую скорость и пиковые значения мощности безнаддувного газового двигателя.
Объемный КПД («VE») — это фактическое количество воздуха, проходящего («вдыхаемого») через двигатель, по сравнению с его теоретическим максимумом. По сути, это мера (процент) того, насколько заполнены цилиндры во время такта впуска. Это в первую очередь зависит от потока воздуха через клапаны и порты. Он был обнаружен довольно рано (как в этом 1901 Судовой двигатель Truscott) в истории развития двигателя, что максимизация размера клапана и порта за счет использования наклонных клапанов в полусферической камере сгорания позволила максимально увеличить VE с соответствующим увеличением крутящего момента и выходной мощности. Головка Hemi была быстро принята гонщиками, начиная с 1905 года, и стала почти повсеместно использоваться там, где требовалось максимальное VE. Сегодня практически во всех газовых двигателях внутреннего сгорания используется разновидность полукруглой головки.
Вот задача на большую(есть):
Это формула для определения объема цилиндра. Если его основные размеры (радиус и высота, соответствующие 1/2 диаметра отверстия и хода) удвоить (возвести в квадрат), объем увеличится в 8 раз (в кубе). С точки зрения объемной эффективности легко предсказать, что для того, чтобы заполнить этот цилиндр как можно полнее, площадь клапанов и портов также должна увеличиться пропорционально (x8).
Но когда радиус или диаметр круга (клапана) удваивается (х2), площадь увеличивается только в 4 раза, или вдвое быстрее, чем объем цилиндра.
В качестве примера: допустим, у нас есть одноцилиндровый двигатель с диаметром цилиндра и ходом поршня 2″ каждый = 6,283 кубических дюйма
И в головке есть место для двух клапанов диаметром 1″ (радиус 0,5″) = 0,79 кв. дюйм площади впускного клапана.
В результате отношение площади впускного клапана к рабочему объему составляет примерно 1:8.
Теперь удвоим размеры двигателя:
Диаметр цилиндра и ход поршня по 4″ каждый = 50,265 кубических дюймов
Клапаны теперь имеют диаметр 2″ (радиус 1″) = 3,14 кв. площади впускного клапана.
В результате отношение площади впускного клапана к рабочему объему составляет примерно 1:16
Проблема теперь очень очевидна. По мере увеличения рабочего объема на цилиндр отношение площади клапана к рабочему объему ухудшается, что ограничивает объемный КПД двигателя, по крайней мере, на более высоких скоростях. Таким образом, число оборотов в минуту при максимальном VE уменьшается, что приводит к еще более низким максимальным оборотам двигателя, поскольку двигатель все больше ограничивается своей дыхательной способностью, чем быстрее он пытается работать.
Это означает, что совершенно независимо от проблем с возвратно-поступательными массами, чем больше двигатель, тем ниже его обороты, поскольку его клапаны становятся все более неспособными адекватно пропускать достаточное количество воздуха/топлива. Соответственно, его пик крутящего момента (при макс. VE) будет при все более низких оборотах, а значит, и пик его л.с.
Между тем, у очень маленького двигателя такое обилие площадей клапанов, что его макс. VE (и пиковый крутящий момент) будут иметь тенденцию быть очень высокими, как и его пиковая мощность.
Конечно, в конструкции и настройке двигателя существует множество переменных, которые в той или иной степени компенсируют этот основной принцип, но принцип превалирует.
Наиболее очевидным способом решения проблемы малой площади клапана было увеличение диаметра по отношению к ходу. Четырехцилиндровый двигатель Ford Kent 1,0 л с верхним расположением цилиндров 1959 года был одним из первых двигателей с очень большим квадратным сечением (диаметр цилиндра больше, чем ход поршня) с диаметром цилиндра 3,19 дюйма и ходом поршня 1,91 дюйма, в результате чего отношение диаметра цилиндра к ходу 1,67: 1. , один из самых высоких за всю историю. Это направление, безусловно, улучшило объемную эффективность, но также привело к относительно высокооборотному (6000 об / мин) двигателю в очень мягком состоянии настройки. И это также означало относительно более высокий пиковый крутящий момент, чем у типичных британских длинноходных двигателей того времени, что заставляло его чувствовать себя довольно слабым.
Эпоха надквадратов длилась недолго, так как было обнаружено, что они по своей природе более «грязные» с точки зрения смогообразующих выбросов, несомненно, из-за более короткого цикла сгорания. Тенденция заключалась в более длинных ходах и двигателях с меньшим квадратом, но это компенсировалось постоянно совершенствующимися головками с четырьмя клапанами и улучшенными фазами газораспределения благодаря технологиям изменения фаз газораспределения.
В мире гонок господствуют двигатели с массивным квадратным сечением, поскольку они, конечно, позволяют использовать более крупные клапаны, а также уменьшать скорость поршня и возвратно-поступательные массы за счет более легких и прочных компонентов. Это Феррари 2000 года выпуска; с тех пор были достигнуты дальнейшие успехи.
Недостатком укорочения хода является то, что скорость всасывания пропорциональна скорости поршня. Таким образом, точка оптимального объемного КПД из-за инерции впуска будет достигаться при все более высоких оборотах. Вот почему двигатели с длинным ходом и длинным штоком имеют тенденцию создавать максимальный крутящий момент при более низких оборотах, чем двигатели с коротким ходом и коротким штоком. Пиковый крутящий момент двигателя обычно возникает в точке максимальной объемной эффективности.
Основной принцип, заключающийся в том, что увеличение рабочего объема двигателя за счет увеличения его размеров не приводит к пропорциональному увеличению его мощности, был понят довольно рано. Таким образом, Уильям Майбах, блестящий пионер в этой области, создал первый двухцилиндровый двигатель вместе с Готлибом Даймлером в 1889 году.. Увеличение количества цилиндров было и остается наиболее целесообразным способом увеличения мощности при заданном рабочем объеме. У этого было 34 кубических дюйма и все 1,5 л.с. при 700 об / мин. К 1899 году Maybach построила первые четырехцилиндровые двигатели, и так дошли до шести, восьми, 12 и 16 цилиндров.
Добавление большего количества цилиндров увеличило мощность и, конечно же, плавность хода, но в зависимости от рабочего объема каждого цилиндра кривая крутящего момента не улучшилась. Это объясняет, почему все маленькие многоцилиндровые двигатели исчезли. 2,0-литровые шестерки когда-то были обычным явлением, а у Ferrari в основном были двигатели V12 объемом от 2 до 3,0 литров. Хорошая максимальная мощность на рабочий объем, но ужасные кривые крутящего момента.
Для наглядности мы видели довольно экстремальные примеры. Как насчет некоторых распространенных примеров того периода, сравнивающих два двигателя с одинаковым рабочим объемом, но разным количеством цилиндров?
Вот статистика и динамограммы Chevy 292 six (слева) и 283 V8 (справа):
292 six:
170 л.с.
255 фунт-футов нетто при 1600
283 V8
185 полных л.с. при 4600
150 чистых л.с. при 4200
275 фунт-фут брутто @2600
245 lb.ft нетто @2600
Аналогичный рабочий объем, аналогичная архитектура головки, но другое количество цилиндров. Шестерка 292 имела такой же диаметр цилиндра 3,875 дюйма, как и модель 283, но с длинным ходом 4,125 дюйма крутящий момент при 1000 об/мин был ниже, чем у короткоходного V8. Можно спорить о незначительных различиях в деталях, но в принципе они были очень похожи, за исключением количества цилиндров, а разница в пиковом крутящем моменте на 1000 об / мин очень заметна в их ездовых характеристиках.
Операторы грузовиков настоятельно предпочитают низкие обороты и плоскую кривую крутящего момента, поскольку это означает, что двигатель обычно может работать в области максимального крутящего момента, которая также является областью максимального объемного КПД и, следовательно, наиболее экономичным диапазоном.
У меня нет диаграмм динамометрического стенда, но вот характеристики Ford 300 six и 302 V8 1969 года (в полных числах):
300 six: 170 л.с. при 3600 об/мин, 283 фунт-фута. при 1400-2400 об/мин
302 V8: 210 л.с. при 4400 об/мин, 295 фунто-футов при 2600 об/мин.
Обратите внимание, что длинноходная 300-я шестерка имеет диапазон максимального крутящего момента, который простирается от 1400 до 2400 об/мин. Это не может быть лучше, и делает его гораздо более подходящим двигателем для грузовиков, чем более оборотистый 302 V8.
Это было очень серьезной проблемой, когда Генри Форд выпустил свой V8 в 1932 году. Это был хорошо известный факт, хотя он выдавал на 5 л. , но этот пик крутящего момента достигается при оборотах на 50% выше, чем у Шестерки Шевроле, что делает его лучшим выбором для обычного вождения, за исключением Бонни и Клайда.
Четырехцилиндровый Ford Model B 1932 года имел объем 200 кубических дюймов и мощность всего 50 л.с. по сравнению с 221 кубическим дюймом и 65 л.с. у V8, но его пик крутящего момента приходился на гораздо более низкие обороты двигателя, что делало его довольно быстрым на низких скоростях. . Я нашел это на форуме по теме:
В журнале Rod&Custom Magazine в 70-х было реальное сравнение.
Harrahs позволил им провести дорожные испытания двух 32-х годов, родстера B и кабриолета V8, и они включали в себя несколько испытаний на мягкое ускорение и гонку на сопротивление. B лучше всех отрывался от трассы, а затем уступал место V8, и B также демонстрировал рывок вперед, обгоняя V8 при каждом переключении, причем V8 затем набирал обороты на более высоких оборотах на каждой передаче.
Идеально описывает различные характеристики двух двигателей одинакового размера с разным рабочим объемом на цилиндр.
Ford V8-60 был повсеместно раскритикован в США как слабый. В то время 2600 об/мин были необычно высокими для пикового крутящего момента. Четверка Willys была известна своей мощной мощностью на низких оборотах.
Между двумя конкретными двигателями, вероятно, будут исключения, но, несомненно, из-за определенных конструктивных особенностей, а также из-за не очень большой разницы в рабочем объеме на цилиндр. Если найдёте, буду рад услышать о них.