Двс рабочий объем: Что такое рабочий объем двигателя внутреннего сгорания

Содержание

Что такое объем двигателя автомобиля

Одной из важнейших характеристик любого бензинового или дизельного двигателя является его рабочий объем. С момента появления первых ДВС эта характеристика мотора выступает первостепенным показателем, по которому выделяется тот или иной силовой агрегат. По этой причине понятие «объем двигателя» постоянно употребляется применительно к различным силовым установкам. На многих авто указание объема мотора вынесено в виде специального шильдика рядом с обозначением самой модели. Например, BMW 740 означает, что это седьмая серия в модельном ряду с объемом двигателя 4.0 литра.

От рабочего объёма атмосферного или турбированного двигателя сильно зависит мощностная характеристика, максимальная скорость движения ТС и т.д. Более того, деление автомобилей по классам, формирование налогообложения и определение размера уплаты различных сборов также происходит с учетом типа двигателей и объемов, которые устанавливаются производителем на разные модели/виды транспортных и других средств.

Рекомендуем также прочитать статью о том, какой моторесурс имеет современный дизельный двигатель по сравнению с бензиновым. Из этой статьи вы узнаете о главных факторах и особенностях, которые влияют на срок службы до первого капитального ремонта агрегатов на бензине и дизтопливе.

Следует отметить, что многие потребители не всегда хорошо ознакомлены с тем, что же такое объем двигателя на самом деле. Далее мы намерены поговорить о том, из чего насчитывается рабочий объем ДВС, как узнать объем двигателя и т.д.

Что такое объем мотора

Тепловой двигатель внутреннего сгорания представляет собой внушительный комплекс из различных механизмов, систем и дополнительного навесного оборудования, образуя сложное инженерное решение. Общий принцип работы ДВС предполагает подачу топлива и воздуха в специальную закрытую камеру, где происходит возгорание полученной топливно-воздушной смеси.

В результате сгорания топлива высвобождается энергия, которая толкает поршень, размещенный в цилиндре двигателя. Поршень движется, КШМ преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное, что позволяет крутить коленчатый вал. Далее крутящий момент двигателя передается на трансмиссию и затем на ведущие колеса автомобиля.

Указанный процесс постоянно повторяется после запуска двигателя, то есть мотор все время работает при условии того, что осуществляется подача компонентов и происходит эффективное сгорание топливной смеси в рабочей камере. Указанная камера называется камерой сгорания. Объем камеры сгорания (он же рабочий объем) — произведение площади сечения цилиндра на длину рабочего хода поршня от НМТ в ВМТ (верхняя и нижняя мертвая точка хода поршня). Физический объем камеры сгорания является рабочим объемом двигателя на бензиновых и дизельных автомобилях, мотоциклах и других видах наземного, воздушного или водного транспорта, сельхозтехники, а также других механизмов и приспособлений с использованием ДВС.

Обратите внимание, если двигатель имеет несколько цилиндров, тогда объем камеры сгорания в каждом из них обязательно суммируется с остальными. Другими словами, рабочий объем многоцилиндрового двигателя является суммой объема камер сгорания всех цилиндров такого мотора. Суммарный объем всех цилиндров двигателя обычно выражается в литрах. Рабочий объем камеры сгорания указывается в сантиметрах кубических.

Давайте рассмотрим данное утверждение на примере широко распространенного четырехцилиндрового 2.0-литрового ДВС. Мы не будем приводить точных цифр, а просто представим, что каждая из камер сгорания имеет в рабочем объеме 498 кубических сантиметров. Так как мотор имеет 4 цилиндра, нам необходимо сложить объемы всех цилиндров. В результате получаем 1992 см³. Если говорить о ДВС, то для определения объема общепринятым стандартом стало округление до целых чисел, причем происходит это в большую сторону. Таким образом, мотор с общей суммой объемов всех камер сгорания, которая фактически равна 1992 см³, является двигателем с рабочим объемом 2 литра, то есть двухлитровым.

Как делятся автомобили по классам с учетом объема двигателя

В модельном ряду каждого производителя присутствуют продукты, которые отличаются по классам, массе, габаритным размерам и другим характеристикам. Что касается легковых авто, во время тотального доминирования атмосферных бензиновых двигателей существовало условное деление на:

субкомпактные и компактные микролитражные и малолитражные автомобили с рабочим объемом до 1.2 литра;
авто малого класса с двигателями от 1.2 до 1.8 литра;
средний класс с объемом от 1.8 до 3.5 литров.
мощные гражданские и спортивные версии автомобилей с моторами от 3.5 литров и более;
версии высшего класса, кторые могут иметь различный объем ДВС.

Давайте взглянем, на что влияет объем двигателя. Установка того или иного мотора на конкретную модель напрямую зависит от того, какие характеристики должна демонстрировать машина (разгонная динамика, крутящий момент, максимальная скорость и т.д.). От объема двигателя показатель мощности имеет зависимость по причине того, что чем больше топлива сгорит в камере сгорания за цикл, тем больше энергии высвобождается и передается на поршень. Другими словами, чем больше камеры сгорания, тем больше топливно-воздушной смеси туда можно подать и вместить. Динамика разгона и «максималка» также зависят от мощности двигателя. Чем мощнее мотор, тем большую скорость сможет развить автомобиль. Также следует учитывать, что увеличение объема камер автоматически означает больший расход топлива.

Нужно добавить, что от объема двигателя сильно зависит и цена автомобиля. Например, для производства мощного двигателя V12 с объемом 5.5 л. требуются намного большие затраты сравнительно с изготовлением трехцилиндрового мотора с объемом 0.8 л. Параллельно с этим следует учитывать, что установка под капот мощного силового агрегата повлечет необходимость серьезной доработки трансмиссии, системы охлаждения, впуска, выпуска, тормозной системы и т.д.

Исходя из вышесказанного, небольшие бюджетные городские малолитражки зачастую оснащены ДВС с самым маленьким объемом, так как подобные двигатели просты в изготовлении, обеспечивают приемлемую динамику и отличаются небольшим расходом топлива. При этом цена на такие серийные авто остается приемлемой.

Единицы измерения: в литрах или в куб дюймах

Существуют различные меры объема. Для двигателей, обычно, применяются литры и см3 (в одном литре 1000 см3). Довольно часто в технических характеристиках машин можно встретить указание в кубических дюймах. Эта единица измерения используется британскими и американскими автопроизводителями. В одном литре около 61 in3.

Объем двигателя и расход топлива

Мотор может иметь различное количество цилиндров. Чаще всего их четыре, шесть или восемь. На более крупных автомобилях число может быть увеличено до десяти-двенадцати. Гораздо реже встречаются машины с тремя или пятью цилиндрами.

Чем больше цилиндров в моторе, тем больше его рабочий объем. Соответственно, чтобы приводить в движение поршни, требуется большее количество воздушно-топливной смеси. То есть расход топлива увеличится.

Увеличение объема картера и мощность

Конечно, на мощность существенно влияет объем двигателя. Но, на самом деле, литраж двигателя это не основной показатель, определяющий его мощность. Дело в том, что на современных автомобилях реализованы многие технологии, увеличивающие мощность. Так, инжекторный мотор будет несколько мощнее карбюраторного с такими же размерами. А все из-за того, что электроника позволяет рациональнее осуществлять впрыск.

Рекомендуем: Бензин или дизель. Что лучше?

Турбина также позволяет увеличить мощность, не меняя рабочий объем цилиндра. Наличие этого элемента увеличивает мощность до 100 л.с. с каждого литра. Причем расход топлива остается прежним. Необходимо отметить, что установка этой детали существенно уменьшает ресурс мотора.

Кроме того, турбина не подходит для установки на внедорожниках и тяжелых авто. Причина в том, что она позволяет раскручивать мотор до больших оборотов. Соответственно, и вся прибавка мощности осуществляется на верхах. А тяжелые автомобили, напротив, требуют основное количество «лошадей» при 2000—3000 оборотах. Поэтому здесь используются только моторы большого размера (установка турбины допустима, но она не сможет показать весь свой потенциал).

Средний объем двигателя автомобиля сегодня не превышает 1,6 литра. Но благодаря использованию современных технологий, мощность агрегатов увеличивается, а расход топлива остается прежним.

Максимальный рабочий объем: что даст несколько куб см?

Многие автомобилисты, проводя модернизацию двигателя, увеличивают его объем. Сделать это действительно можно, но только в разумных пределах.

При производстве моторов, автопроизводители закладывают в него запас прочности. Это касается и картера. То есть объем двигателя в см3 можно несколько увеличить, не повлияв на ресурс. Такая процедура прибавит несколько лошадиных сил.

Для увеличения объема растачивают цилиндры, заменяют поршни и шатуны (на подходящие по диаметру). Чтобы не навредить мотору, достаточно будет сточить 1-2 мм. Если убрать больше, велика вероятность выхода агрегата из строя. Даже когда автовладельцу необходимо существенно увеличить мощность, не стоит пытаться сильно растачивать цилиндры. Лучше использовать другие методы, или вовсе выбрать двигатель автомобиля с подходящими характеристиками.

Объем цилиндров и расход масла

Моторное масло, вырабатываясь, создает пленку на стенках цилиндров. Она уменьшает трение и защищает детали от износа. Норма расхода масла для разных двигателей различна. На это влияют разнообразные факторы. Если расход смазочного материала слишком высок, имеет смысл проверить состояние поршневых колец и убедиться в том, что залитое масло имеет достаточную вязкость. Однако возможны и другие причины возникновения данной проблемы.

Существует такая процедура, как хонингование. Это заключающий этап обработки цилиндров. В данном случае, с помощью абразивного материала наносится мелкая сетка (глубиной до 0,01мм). Благодаря обработке, масло на стенках держится гораздо лучше и не стекает. Соответственно, увеличивается ресурс агрегата.

Между тем, при расточке картера, хонингованием нередко пренебрегают из-за отсутствия необходимого оборудования и навыков. Хотя данная процедура обязательна. Она всегда проводится автопроизводителями и крупными мастерскими. Если пропустить последний этап обработки, возможно увеличение расхода масла и сокращение ресурса мотора.

В современных автомобилях используются новые технологии, а значит объём двигателя – далеко не самый важный показатель, влияющий на мощность. Однако на расход топлива он влияет существенно. Кроме того, большой объем цилиндров позволяет выдавать мотору больше мощности на малых оборотах, что очень важно для внедорожников, тяжелых седанов и универсалов.

Почему современные обозначения моделей не привязаны к объему мотора

После активного внедрения на рынок турбомоторов в виде турбодизельных и турбобензиновых двигателей ситуация несколько изменилась, причем как в начальном и среднем классе, так и в премиальном сегменте. Начнем стого, что ориентиоваться по «шильдикам» на авто стало сложнее. Изначально у мнгоих автопроизводителей сложилось так, что буквенно-цифровой индекс четко соотвествовал модели и объему двигателя. Например, BMW 535 (5-я серия с объемом 3.5).

Сегодня мощная модель с атмосферным двигателем объемом 5.0 литров после установки турбины получает объем 4.4 литра, при этом все равно обозначается как и предыдущая. Данную ситуацию хорошо иллюстрирует факт, когда цифровое обозначение популярной модели Mercedes-Benz потеряло привязку к объему двигателя. Речь идет о 63-м AMG. Под капотом модели уже давно ставится не атмосферный агрегат с объемом 6,2 литра, а двигатель битурбо с рабочим объемом 5.5 литра. При этом машина все равно называется Мерседес 63 AMG.

Добавим, что сегодня можно встретить высокофорсированный двигатель с рабочим объемом всего 1л. (например, моторы линейки Ecoboost на моделях Ford), который может устанавливаться на среднеразмерный седан или хэтчбек класса «С»/«D». Дело в том, что установка турбонаддува позволила обеспечить такие характеристики, когда КПД, мощность и крутящий момент двигателя стало возможным существенно увеличить без необходимости увеличения физического объема камеры сгорания.

Другими словами, атмосферный 1.6 имеет мощность 115 л.с, в то время как 1.0-литровый Ecoboost выдает целых 125 л.с. Параллельно с этим крутящий момент турбомоторов выше и доступен с самых «низов», тогда как атмосферные двигатели нужно крутить до средних оборотов для получения приемлемой динамики.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое форсированный двигатель. Из этой статьи вы узнаете о том, какими способами можно повысить мощность атмосферного или турбированного ДВС.

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.

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.

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

Увеличение рабочего объема двигателя

Физическое увеличение объема камеры сгорания является одним из способов форсирования мотора в целях повышения мощности. Начнем с того, что сильно увеличить объем не получается, так как блок цилиндров двигателя обычно рассчитан на расточку самих цилиндров строго до определенных пределов. Такие пределы предполагают 3 капитальных ремонта, во время которых изношенные цилиндры растачиваются для возвращения им правильной формы перед установкой ремонтных поршней, поршневых колец и других элементов увеличенного размера.

Поршни и другие детали двигателя, которые доступны в продаже, также встречаются исключительно в трех ремонтных размерах. По этой причине во время глубокого тюнинга двигателя автомобиля лучше сразу менять мотор, то есть устанавливать другой двигатель с изначально большим рабочим объемом, который потом можно дополнительно расточить во второй или последний ремонтный размер.

Особенности эксплуатации крупнолитражных автомобилей

По сравнению с двигателями малого литража крупнолитражные моторы отличаются большей мягкостью работы и менее заметным износом, так как им намного реже приходится работать на пределе мощности. Максимум возможностей двигатель с большой камерой сгорания выдает только в том случае, когда участвует в гонках, т.е. в спортивных состязаниях. При езде в нормальном режиме у двигателя сохраняется запас мощности, поэтому он не работает на износ. Потребление топлива, конечно, остается более высоким, чем у малолитражных движков, однако его можно снизить, правильно отрегулировав коробку передач. Мощный двигатель, который редко эксплуатируется в жестком режиме, способен «накрутить» до миллиона километров пробега без необходимости капитального ремонта. Поэтому затраты, понесенные при покупке мощного крупнолитражного авто, окупаются впоследствии длительной эксплуатацией машины.

Рабочий цикл ДВС

Рабочий цикл одноцилиндрового двигателя

В автомобилях применяются двигатели внутреннего сгорания (ДВС) названные так потому, что сгорание топлива происходит непосредственно в цилиндре. Основными деталями ДВС, кроме цилиндра, являются поршень, шатун, коленчатый вал. На кривошипе коленчатого вала подвижно закрепляется шатун. К верхней головке шатуна шарнирно, с помощью пальца, крепится поршень. Цилиндр сверху закрывается крышкой, которая называется головкой цилиндра. В головке имеется углубление, называемое камерой сгорания. Также в головке имеются впускное и выпускное отверстия, закрываемые клапанами. К коленчатому валу крепится маховик – массивный круглый диск.

При вращении коленвала происходит перемещение поршня внутри цилиндра. Крайнее верхнее положение поршня называется верхней мертвой точкой (В.М.Т.), крайнее нижнее положение – нижней мертвой точкой (Н. М.Т.). Расстояние, которое проходит поршень между мертвыми точками, называется ходом поршня. Пространство, находящееся над поршнем, когда он находится в н.м.т., называется рабочим объемом цилиндра. Когда поршень находится в в.м.т., над ним остается пространство, называемое объемом камеры сгорания. Сумма рабочего объема и объема камеры сгорания называются полным объемом цилиндра. В технических данных объем указывается в литрах или кубических сантиметрах. Объем многоцилиндрового двигателя равен сумме полных объемов всех его цилиндров. Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания называется степенью сжатия двигателя. Она показывает, во сколько раз сжимается рабочая смесь в цилиндре.

Рабочий цикл двигателяПараметры КШМ

Один ход поршня от одной мертвой точке к другой называется тактом. Коленвал при этом совершает полоборота. Как работает ДВС? Во время первого такта происходит впуск горючей смеси в цилиндр. Клапан впускного отверстия открыт, выпускного – закрыт. Поршень, перемещаясь от в. м.т к н.м.т, подобно насосу, создает разряжение в цилиндре и топливо, перемешанное с воздухом, заполняет его.

Во время второго такта, при движении поршня от н.м.т. к в.м.т., происходит сжатие горючей смеси. При этом и выпускной, и впускной клапаны закрыты. В результате давление и температура в цилиндре повышаются. В конце такта сжатия, при приближении поршня к в.м.т., горючая смесь поджигается искрой от свечи зажигания (в бензиновых ДВС) или самовоспламеняется от сжатия (в дизельных ДВС).

Порядок работы цилиндров

Во время третьего такта происходит сгорание рабочей смеси. Клапана остаются закрытыми. Воспламенившаяся рабочая смесь резко повышает температуру и давление в цилиндре, которое заставляет поршень с усилием двигаться вниз. Поршень через шатун передает усилие на коленвал, создавая на нем крутящий момент. Таким образом, происходит преобразование энергии сгорания топлива в механическую энергию, которая двигает автомобиль. Поэтому этот такт называется рабочим ходом. Маховик, закрепленный на коленчатом валу, запасает энергию, обеспечивая вращение коленвала за счет сил инерции во время подготовительных тактов.

В ходе четвертого такта происходит выпуск отработанных газов и очистка цилиндра. Поршень, двигаясь от н.м.т. к в.м.т., выталкивает продукты горения через открытый выпускной клапан.

Далее весь процесс повторяется. Таким образом, рабочий цикл описанного ДВС происходит за четыре такта. Поэтому он и называется четырехтактным. Коленвал за это время совершает два оборота. Существуют и двухтактные двигатели, в которых рабочий цикл происходит за два такта. Однако такие ДВС в настоящее время на автомобилях практически не применяются.

Для плавной работы многоцилиндрового двигателя и уменьшения неравномерных нагрузок на коленчатый вал такты рабочего хода в разных цилиндрах должны происходить в определенной последовательности. Такая последовательность называется порядком работы двигателя. Он определяется расположением шеек коленчатого вала и кулачков распределительного вала. Например, в двигателях ВАЗ порядок работы 1-3-4-2. Так как в четырехтактном двигателе полный цикл в каждом цилиндре совершается за два оборота коленчатого вала, то, следовательно, в четырехцилиндровом двигателе для равномерной его работы за каждые пол-оборота коленчатого вала в одном из цилиндров должен происходить рабочий такт.

Рассмотренные детали составляют в совокупности кривошипно-шатунный механизм. Кроме него, для обеспечения работы ДВС нужны газораспределительный механизм, система охлаждения, система смазки, система питания и система зажигания (в бензиновых двигателях).

Газораспределительный механизм, управляя работой клапанов, обеспечивает своевременное их открытие и закрытие. Система охлаждения отводит тепло от деталей двигателя, нагревающихся при работе. Система смазки подает масло к трущимся поверхностям. Система питания служит для приготовления рабочей смеси и подачи ее в цилиндры. Система зажигания преобразует низковольтное напряжение от АКБ в высоковольтное и подает его на свечи для воспламенения рабочей смеси.

Диаграмма давление-объем (pV) и то, как в ДВС производится работа – x-engineer.org

Двигатель внутреннего сгорания – это тепловой двигатель . Принцип его работы основан на изменении давления и объема внутри цилиндров двигателя. Все тепловые двигатели характеризуются диаграммой давление-объем , также известной как диаграмма pV , которая в основном показывает изменение давления в цилиндре в зависимости от его объема для полного цикла двигателя.

Кроме того, работа , производимая двигателем внутреннего сгорания, напрямую зависит от изменения давления и объема внутри цилиндра.

К концу этого руководства читатель должен уметь:

понимать значение pV-диаграммы
как строить pV-диаграмму для 4-тактного двигателя внутреннего сгорания
при впуске и выпуске клапаны срабатывают во время цикла двигателя
, когда зажигание/впрыск производится во время цикла двигателя
как работа производится двигателем внутреннего сгорания
какая разница между указанным и работа тормозов
что такое механический КПД двигателя

3 900 pV-диаграмма четырехтактного атмосферного двигателя внутреннего сгорания.

Изображение: Диаграмма давление-объем (pV) для типичного 4-тактного ДВС

где:

S – ход поршня
V _c – рабочий объем
V _d – рабочий (рабочий) объем
p ₀ – атмосферное давление
W – рабочее
ВМТ – верхняя мертвая точка
НМТ – нижняя мертвая точка
IV – впускной клапан 90 EV051 – выпускной клапан
IVO – открытие впускного клапана
IVC – закрытие впускного клапана
EVO – открытие выпускного клапана
EVC – закрытие выпускного клапана
IGN (INJ) – зажигание (впрыск)

Диаграмма давление-объем (pV) есть построенный путем измерения давления внутри цилиндра и построения графика его значения в зависимости от угла поворота коленчатого вала в течение полного цикла двигателя (720 °).

Посмотрим, что происходит в цилиндре при каждом ходе поршня, как меняется давление и объем внутри цилиндра.

Обратите внимание, что синхронизация впускного и выпускного клапанов имеет опережение и задержку относительно положения поршня. Например, впускной клапан открывается во время такта выпуска поршня и закрывается во время такта сжатия. В то же время, когда начинается такт впуска, выпускной клапан еще некоторое время открыт. Открытие выпускного клапана происходит до завершения рабочего хода.

ВПУСК (a-b)

Цикл двигателя начинается в точке a . Впускной клапан уже открыт, и поршень движется от ВМТ к НМТ. Объем постоянно увеличивается по мере того, как поршень проходит длину хода. Максимальный объем достигается, когда поршень находится в НМТ. Давление ниже атмосферного на протяжении всего хода, потому что движение поршня создает объем, а воздух втягивается внутрь цилиндра из-за эффекта вакуума.

СЖАТИЕ (b-c)

После прохождения поршнем НМТ начинается такт сжатия. В этой фазе объем начинает уменьшаться, а давление увеличиваться. Требуется некоторое время, пока давление в цилиндре не превысит атмосферное давление, поэтому впускной клапан все еще открыт даже после того, как поршень пройдет НМТ. По мере приближения поршня к ВМТ давление постепенно увеличивается. Примерно за 25° до ВМТ срабатывает зажигание, и давление быстро возрастает до максимального давления.

МОЩНОСТЬ (в-д)

После воспламенения/впрыска давление в цилиндре резко возрастает, пока не достигнет максимальных значений p _max . Значение максимального давления зависит от типа двигателя, на каком топливе он работает. Для типичного двигателя легкового автомобиля максимальное давление в цилиндре может составлять около 120 бар (бензин) или 180 бар (дизель). Рабочий такт начинается, когда поршень движется от ВМТ к НМТ. Высокое давление в цилиндре давит на поршень, поэтому объем увеличивается, а давление начинает постепенно падать.

ВЫПУСК (e-a)

После рабочего такта поршень снова находится в НМТ. Объем в цилиндре снова максимальный, а давление около минимального (атмосферное давление). Поршень начинает двигаться к ВМТ и выталкивает отработавшие газы из цилиндра.

Как видите, давление и объем внутри цилиндров двигателя постоянно меняются. Мы увидим, что работа, производимая ДВС, является функцией изменения давления и объема.

Работа Вт [Дж] — это произведение силы F [Н] , толкающей поршень, на рабочий объем, который в нашем случае равен ходу S [м] .

\[W = F \cdot S \tag{1}\]

Мы знаем, что давление равно силе, деленной на площадь, поэтому:

\[F = p \cdot A_p \tag{2}\]

где p [Па] давление внутри цилиндра и A _p [м ² ] площадь поршня.

Подставляя (2) в (1), получаем:

\[W = p \cdot A_p \cdot S \tag{3}\]

Мы знаем, что умножая расстояние на площадь, мы получаем объем, поэтому :

\[W = p \cdot V \tag{4}\]

Это мгновенная работа , произведенная в цилиндре при определенном давлении и объеме. Для определения работы за полный цикл двигателя нам нужно проинтегрировать мгновенную работу:

\[W = \int F \cdot dx = \int p \cdot A_p \cdot dx \tag{5}\]

, где x — ход поршня.

Произведение между ходом поршня и площадью поршня дает дифференциальный объем dV , перемещаемый поршнем:

\[dV = A_p \cdot dx \tag{6}\]

Замена (6) в (5) дает работы , произведенной в цилиндре за полных цикла :

\[\bbox[#FFFF9D]{W = \int p \cdot dV} \tag{7}\]

Поскольку подавляющее большинство двигателей внутреннего сгорания имеют несколько цилиндров, мы собираемся ввести более подходящий параметр для количественной оценки работы, который равен удельная работа w [Дж/кг] .

\[w = \frac{W}{m} \tag{8}\]

где м [кг] — масса топливно-воздушной смеси внутри цилиндров за полный цикл.

Мы также можем определить удельный объем v [м ³ /кг] как:

\[v = \frac{V}{m} \tag{9}\]

Производная удельный объем будет:

\[dv = \frac{1}{m} \cdot dV \tag{10}\]

откуда мы можем написать:

\[dV = m \cdot dv \tag{11}\]

Замена (7) в (8) дает:

\[w = \frac{1}{m} \int p \cdot dV \ tag{12}\]

Из (11) и (12) получаем математическое выражение удельной работы за полный цикл двигателя:

\[\bbox[#FFFF9D]{w = \int p \cdot dv}\]

Работа, произведенная внутри цилиндров двигателя, называется указанная конкретная работа , w _i [Дж/кг] . То, что мы получаем на коленчатом валу, это специальная работа тормоза w _b [Дж/кг] . Он называется «тормозным», потому что при испытании двигателей на стенде их подключают к тормозному устройству (гидравлическому или электрическому), имитирующему нагрузку.

Чтобы получить работу тормоза, надо из указанной работы вычесть все потери двигателя. Потери – это внутреннее трение и вспомогательные устройства, потребляющие мощность от двигателя (масляный насос, водяной насос, нагнетатель, компрессор кондиционера, генератор переменного тока и т. д.). Эти потери эквивалентны удельная работа на трение w _f [Дж/кг] .

\[w_b = w_i – w_f\]

Глядя на указанную выше диаграмму давление-объем (pV), мы можем видеть, что есть две отдельные области:

верхняя область, образованная во время сжатия и мощности ходы (+W)
нижняя область, образующаяся во время тактов выпуска и впуска (-W), называемая также работа нагнетания

В зависимости от значения давления на входе рабочая область нагнетания может быть отрицательной или положительной. Для атмосферных двигателей работа накачки отрицательна, потому что она использует энергию двигателя для выталкивания выхлопных газов из цилиндров и забора свежего воздуха во время впуска.

У бензиновых атмосферных двигателей из-за дросселирования всасываемого воздуха насосные потери выше, максимальны на холостом ходу. Дизельные двигатели более эффективны, чем бензиновые, потому что на впуске нет дроссельной заслонки, а нагрузка регулируется за счет впрыска топлива.

Если мы разделим удельный тормозной момент на указанный удельный момент, то получим механический КПД двигателя η _m [-] :

\[\bbox[#FFFF9D]{\eta_m = \ frac{w_b}{w_i}}\]

Для большинства двигателей механический КПД составляет около 80-85% при полной нагрузке (полностью открытая дроссельная заслонка) и падает до нуля на холостом ходу, когда весь крутящий момент двигателя используется для поддержания скорости холостого хода, а не для движения.

По любым вопросам, наблюдениям и запросам по этой статье используйте форму комментариев ниже.

Не забудьте поставить лайк, поделиться и подписаться!

Почему 0,5-литровые цилиндры скоро будут доминировать в конструкции автомобильных двигателей – Статья – Автомобиль и водитель

Из номера журнала «Автомобиль и водитель» за февраль 2015 г.

Примерно десять лет назад группа ученых из немецкого университета остановилась на 500 кубических сантиметрах в качестве идеального рабочего объема на цилиндр для двигателей внутреннего сгорания. Эти забытые пионеры пришли к выводу, что 500-кубовый цилиндр с длиной хода поршня больше диаметра его цилиндра улучшает процесс сгорания, сводя к минимуму отношение внутренней поверхности двигателя к объему, когда поршень приближается к верхней мертвой точке. Стремясь оптимизировать мощность и эффективность использования топлива при одновременном снижении выбросов, три местных производителя — BMW Group, Mercedes-Benz и Volkswagen Group — быстро присоединились к клубу 500 с форсированными двигателями с непосредственным впрыском и длинным ходом поршня. Fiat Chrysler, Jaguar Land Rover и Volvo также подают заявки на членство. Несомненно, последуют и другие бренды, отчасти потому, что интервалы между двигателями объемом 500 куб. В то время как гибриды и электромобили помогут перейти к увеличению пробега и снижению выбросов, обновленные версии 139 Николауса Оттолетний двигатель — многие с 500-кубовыми цилиндрами — будет продолжать делать тяжелую работу.

На данный момент BMW является самым активным сторонником 500-кубового цилиндра с трех-, четырех- и шестипоршневыми бензиновыми и дизельными двигателями объемом пол-литра, которые либо уже производятся, либо готовятся к внедрению. Новейшее семейство бензиновых двигателей BMW TwinPower Turbo, представленное в 2015 году на Mini Cooper Hardtop, имеет диаметр цилиндра 82 мм (3,23 дюйма) и ход поршня 94,6 мм (3,72 дюйма), а также непосредственный впрыск топлива, переменный впускной и синхронизация выпускного клапана и переменная система подъема впускного клапана. Этот модульный подход обеспечивает 60-процентную унификацию компонентов для трех газовых двигателей и от 30 до 40 процентов для соответствующих двух дизельных двигателей.

Важен не только 500-кубовый рабочий объем, но и размеры, обеспечивающие такой объем. В то время как цилиндр с меньшим диаметром цилиндра, чем ход поршня (так называемая конструкция под квадратом) противоречит классическому подходу к максимальной мощности при стратосферных оборотах [см. «Разные ходы»], для этого есть веские причины. Маленькое отверстие сокращает путь пламени, необходимый для сжигания топливно-воздушной смеси, и уменьшает гашение пламени на периферии канала. С меньшими головками поршней и более компактной камерой сгорания меньше тепла теряется в системе охлаждения. Меньшие диаметры цилиндров компенсируют меньшую общую длину блока ради небольшого увеличения высоты, что удобно для застревания мощных двигателей в узких пределах.

Энтузиасты должны вынести одну трудность — чуть более низкие красные линии. Взамен мы получаем лучший пробег (когда мы можем сопротивляться желанию нажать на газ) и повышенную гибкость, связанную с более широким разбросом между пиками крутящего момента и мощности. Принимая во внимание действующие глобальные законы, требующие более высокой эффективности, мы рады, что у двигателя Otto осталось больше жизни.

Вот два разных подхода к созданию силы. 6,2-литровый V-8 AMG от Mercedes-Benz — это последний вздох старой модели, но он вряд ли доживет до 2025 года. Его заменой станет 4,0-литровый V-образный восьмицилиндровый двигатель с двойным турбонаддувом, распространяющийся по всему модельному ряду AMG.

Volkswagen Golf R 2016 года с ручным приводом: с разбегу, теперь с палкой
Mercedes-AMG GT S с приводом от 2016 года: AMG Halo уходит на нижний рынок — это было неплохо
Долгосрочные испытания: BMW 328d xDrive Diesel Sports Wagon

При этом 20 форсированных двигателей на базе малогабаритных длинноходных 500-кубовых цилиндров:

-четыре
2,0-литровый дизель, рядная четверка
3,0-литровый встроенный в линии-шестом
3,0-литровый дизельный дизель встроенный шест

Fiat Chrysler

3,0-литровый дизель V-6

Jaguar Land Rover

2,0-литровый дизель Inline-Four
3.