Что такое крутящий момент на коленчатого вала двигателя - Журнал "Автопарк"
Auto-park24.ru

Журнал "Автопарк"
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое крутящий момент на коленчатого вала двигателя

Крутящий момент двигателя это…

Каждый, кто хоть раз созерцал информацию о технических характеристиках автомобиля, украдкой, но все же обращали внимание на строку – «Крутящий момент двигателя…». Многие задерживались на ней, пытаясь соизмерить насколько он велик или мал, и как это будет влиять на динамику, словно они сами уже давили на педаль акселератора в представляемом ими авто. Другие просто «проходили» мимо, словно строки этой и не было.
Что же такое крутящий момент двигателя? На что он влияет? Вопросы более риторические, и не требующие ангажирования для большинства, но мы не стремимся пойти на поводу у многих, так как истина не всегда является приоритетной прерогативой для большинства. А раз это так, то все же попробуем разобрать этот частный вопрос – что же такое крутящий момент двигателя?

Определение крутящего момента (момент силы) пока без привязки к двигателю машины

Прежде, чем перейти к комплексному понятию как кутящий момент двигателя попробуем разобраться с частным, а именно с тем, что такое крутящий момент или его синонимы: вращательный момент, вертящий момент, вращающий момент, момент силы. Здесь в принципе мы не будем забивать голову формулами и умными изречениями из википедий, попробуем справиться сами, объяснив все так, как понимаем и своими словами.
Явление крутящего момента встречается нам ежедневно и повсеместно, просто мы не часто задумываемся об этом и в большинстве случаев знаем о нем уже не понаслышке, разве что формулируем это не в виде нудных изречений, а интуитивно, словно были уже рождены с этими знаниями. Так предположим наши обычные двери, коих мы открываем за день порой не один десяток. Вспомните, где находится ручка у дверей. Да, конечно, на противоположной стороне от петель. И ни у кого из нас не возникает мысли открыть дверь поближе к ним. Мы даже иногда пробовали или пробуем это сделать, но в итоге, все ощущают на себе, насколько все же тяжело манипулировать дверным полотном вблизи петель на которых они весят. Теперь давайте разберемся в сути процесса. Здесь можно провести аналогию с редуктором, когда крутишь много, но легко или пару оборотов, но ой как тяжело. Так и с крутящим моментом. Он велик, когда перемещения незначительны, при этом крутящий момент гораздо меньше, если добавить плечо и поворачивать через него, по большему радиусу, то есть с большим перемещением. Отношения плеча и силы здесь прямо пропорциональны, чем больше плечо, тем легче поворачивать, чем больше сила, тем меньшее надо плечо для поворота.
Итак, вроде все понятно, если нет, то попробуйте прочитать сначала этот абзац и все же вдуматься в суть каждого предложения. Теперь, хоть мы вам и обещали не приводить формул, но удержаться не возможно, мы все же напишем одну, основную …

M=F*L;

…где М – наш крутящий момент; F – сила прикладываемая к концу плеча, L – та самая длина плеча, к которому прикладывается сила.

В принципе, из формулы еще раз видно, что для сохранения значения крутящего момента, в случае изменения одной из величин (сила или плечо), вторая должна возрасти или уменьшится аналогично.

Крутящий момент двигателя создается на коленчатов валу

Итак, с дверьми мы разобрались, но как же наш двигатель. Здесь все аналогично. У двигателя (ДВС) есть коленчатый вал, что не является новостью. Именно на нем и расположен маховик, через который посредством сцепления крутящий момент передается на КПП. Так вот, тот самый крутящий момент на коленчатом валу двигателя является очень важным техническим показателем для любой из машин. Если он слишком мал, то двигателю придется «крутить много» (об/мин), чтобы через редуктор — КПП, обеспечить крутящий момент, который в состоянии будет сдвинуть нашу машину. Опять же при большом крутящем моменте, двигатель будет «крутить мало» (об/мин), чтобы также сдвинуть машину и обеспечить ту же скорость. Развивая нашу мысль можно представить следующее. Если скажем к коленчатому валу двигателя приварить длинный стержень, для того чтобы удержать вал от вращения при работающем ДВС, то есть почувствовать силу крутящего момента. То в этом случае, в зависимости от крутящего момента силового агрегата, стержень на валу у двигателя с маленьким крутящим моментом будет короче, а с большим длинее. Вот в принципе и вся суть вопроса о крутящем моменте двигателя.

Крутящий момент двигателя для бензиновых и дизельных двигателей

Здесь хотелось бы сказать об одном удивительном обстоятельстве. Кроме крутящего момента двигателя важно также и то, насколько он равномерно выдержан относительно частоты вращения коленчатого вала. Так у бензиновых двигателей пик крутящего момента двигателя появляется ближе к 5000-6500 обо/ мин, а вот у дизельных агрегатов он в максимуме уже на 2500-3000 об/мин. Такая особенность позволяет почувствовать намного лучшую приемистость машин с дизельным двигателем. Это очень важно при разгоне с места, а особенно при обгоне на трассе.
Как вы поняли, значение крутящего момента будет различно от частоты вращения коленчатого вала. Так какую же характеристику крутящего момента мы видим в руководствах по эксплуатации, в технических характеристиках на сайтах с машинами? Ведь по сути, она изменяется во всем диапазоне частоты вращения коленчатого вала от 0 до максимального значения.

Какой крутящий момент нам предоставляют автопроизводители в характеристиках на машину?

Здесь все банально как и всегда. Хочешь чем-то блеснуть перед другими, обязательно скажи о лучшем твоем результате. То же самое получается и с предоставленными характеристиками от автопроизводителей. Крутящий момент в технических характеристиках всегда пишется максимальный, пиковый. Больше этого крутящего момента машина просто не сможет выдать. А так как мы в предыдущем абзаце определились с тем, что крутящий момент и частота вращения коленчатого вала величины неразрывные, то максимальный крутящий момент всегда пишут вместе с той частотой, на которой он возникает.

В каком диапазоне частоты коленчатого вала должен быть максимальный крутящий момент двигателя?

Наиболее правильный будет утверждение о том, что максимальный крутящий момент должен быть в «потребительском» диапазоне частота вращения двигателя. То есть в том, в каком диапазоне вращения коленчатого вала эксплуатируется машина.
Наиболее востребованная частота для нас с вами, это порядка 1000-4000 оборотов. Именно с этой частоты мы стартуем, то есть включаем первую передачу, затем переключаемся на последующие и в итоге едем на последней. Очень редко обыватель использует частоту более 4000 об/мин, разве только в экстремальных случаях или если он «автогонщик».
Из этого делаем вывод о том, что оптимальным будет тот вариант, когда максимальный крутящий момент двигателя находится в том же диапазоне 1000-4000 об/мин. Именно такой вариант и относится к дизельным двигателям, о чем мы уже упоминали выше.

Итак, теперь вы не только будете знать, что собой представляет крутящий момент двигателя, но и сможете кому-то поведать, насколько это важная характеристика. Важность ее, прежде всего, в том, что двигатель работающий «без напряга», то есть с высоким крутящим моментом, может больше служить, от одного капитального ремонта до другого. Ведь он работает, что говорится «не на износ». Также в некоторых случая двигатель с большим объемом и большим крутящим моментом может оказаться более экономичным по топливу, так как меньшее количество оборотов и высокий крутящий момент на коленчатом валу будут более выигрышным вариантом, чем высокие обороты двигателя с меньшим объемом при меньшем крутящем моменте. Часто такую аналогию мы можем наблюдать если сравнивать дизельный и бензиновый двигатель, особенно на низких оборотах. Подробнее о таких особенностях вы можете узнать из статьи «Какой двигатель лучше, бензиновый или дизельный».

Читать еще:  Через какое время менять масло в двигателе мотоблока

Понятие крутящего момента двигателя машины

  1. В автомобиле важна мощность, а не крутящий момент двигателя.
  2. Нет, лучше мощнее двигатель. Вот у меня 400 лошадей и я король дороги!
  3. Ребята, не спорьте. Эти понятия равноценны.

Такой разговор можно услышать везде – в автомастерской, в гаражах мечтающих парней, на специализированных форумах. На этой почве десятки людей теряют репутацию и даже жизни. А вот третий участник прав – эти понятия равнозначны. И всё благодаря физике.

Природа мифа о важности мощности

Миф о важности мощности зародился в эпоху наклеек с автомобилями «Турбо». На обороте или же под картинкой располагались сведения о производителе авто, модели и мощности двигателя в лошадиных силах. Ни один обзор не обходится без указания мощности двигателя. А крутящий момент остаётся в тени.

Но на самом деле от него эта самая мощность и зависит! Ведь согласно школьному курсу физики мощность показывает, сколько операций способен выполнить мотор за отрезок времени. А крутящий момент входит в формулу ее определения. Параметр умножают на количество оборотов двигателя за минуту и делят на странное число 9549.

Тёмная лошадка – крутящий момент

Максимальная скорость и расход топлива – основные критерии выбора автомобиля пользователями. Но при этом забывают важнейшую тяговую составляющую транспортного средства. Это и есть тот самый крутящий момент. Но не путайте его с аналогичной характеристикой на колёсах. В нашем случае речь идёт о силе, с которой на сам мотор давят сгоревшие газы топлива.

Крутящий момент зависит от ряда факторов. Самое важное значение имеет рабочий объём мотора в кубических сантиметрах. Чем больше эта характеристика, тем больше сила давления на поршень.

Не стоит умалять и радиус кривошипа коленчатого вала. Эта деталь равномерно распределяет нагрузку по всей плоскости. К сожалению, жёсткие стандарты двигателей лишили конструкторов вариативности радиуса.

Прямо пропорционально к крутящему моменту рабочее давление. Чем с большей силой газы воздействуют на поршень, тем лучше для владельца транспортного средства.

Как КМ влияет на характеристики автомобиля

Здесь уместно сравнить машину с человеческим организмом. Крутящий момент — это аналог силы, а мощность – выносливости. От него зависит интервал времени, за который авто наберёт максимально возможную скорость. Однако на практике величину характеристики определяет время разбега на промежутке от 0 до 100 километров в час. Именно его чаще всего указывают при публикации обзоров.

Но мощный двигатель ещё не означает достоинство в плане крутящего момента. Не все авто с производительными двигателями могут похвастаться динамикой разгона. И наоборот, наиболее динамичные машины не могут похвастаться мощностными характеристиками.

Постоянный ли крутящий момент автомобиля

Нет. Как уже отмечалось, КМ зависит от числа оборотов двигателя. Мотор выходит на пик мощности постепенно, наращивая ньютон-метры до пиковой точки, а затем снижается. Почему так происходит? Ответ кроется во взаимосвязи оборотов мотора и скорости движения.

На разных скоростях и при разных оборотах мотор выполняет отличные друг от друга процессы. Разнится число искровых зажиганий, расход топлива, количество остаточных газов в камере. Крутящий момент минимален на малых оборотах, когда существует угроза детонации.

На средних оборотах ситуация в корне меняется. От клапана впуска поступает больше воздуха, соответственно осадочных газов становится меньше. Опасность взрыва сокращается. Мотор как бы оживает, растёт КМ. Но с его увеличением возрастает и нагрузка на весь двигатель. Появляются значительные механические потери, расходы на разогрев горюче-смазочных материалов. По мере их накопления качество работы двигателя не улучшается, отражаясь на моменте.

Визуально это можно представить на графике. Рассмотрим пример кривой для автомобиля середины 1990-х годов.

Конструкторы стараются поднять крутящий момент двигателя за счёт изменения типа, дополнительных функций. Всё чаще применяется электронное управление. Новшество облегчило жизнь автомобилистам. Цифровые контроллеры сдерживают разгон авто и крутящего момента. А периодически возникает ситуация, когда турбонаддуву не хватает мощности или нагнетатель засоряется, что влияет на динамику. Это чётко видно на другом графике – Saab.

Выводы

Конечно, мощность автомобиля имеет большое значение. Но пренебрегать крутящим моментом тоже не стоит. Иначе можно опозориться перед лицом товарищей с динамичными авто.

Оценочные параметры двигателя

В цилиндрах автомобильного двигателя во время такта расширения благодаря высокому давлению на поршень газов, образовавшихся при сгорании рабочей смеси, создается усилие, которое действует через шатун на шейку кривошипа коленчатого вала и заставляет вал вращаться.

На коленчатом валу двигателя создается, таким образом, крутящий момент, который равен произведению силы на длину плеча кривошипа.

Крутящий момент измеряется в килограммометрах (кгм) и зависит для каждого двигателя от величины усилия, действующего на кривошип коленчатого вала, которое в свою очередь зависит от количества поступившего в цилиндры и сгоревшего горючего, или, как принято говорить, от наполнения цилиндров горючей смесью.

Наполнение цилиндров улучшается с увеличением числа оборотов коленчатого вала двигателя, но только до определенных пределов, при дальнейшем увеличении числа оборотов коленчатого вала наполнение цилиндров горючей смесыо ухудшается.

С увеличением числа оборотов возрастают и потери на трение в механизмах двигателя.

В результате развиваемый двигателем крутящий момент изменяется в зависимости от числа оборотов коленчатого вала и при определенных оборотах достигает максимальной величины.

Создаваемый на коленчатом валу двигателя крутящий момент передается через силовую передачу к ведущим колесам автомобиля и заставляет их вращаться.

Величина толкающего тягового усилия автомобиля равна крутящему моменту ведущих колес, деленному на радиус качения колеса. Таким образом, чем больше подводимый к ведущему колесу крутящий момент, тем больше тяговое усилие автомобиля.

В характеристике двигателя указывается максимальный крутящий момент и соответствующее ему число оборотов коленчатого вала. Крутящий момент двигателя определяется на тормозном стенде при испытаниях.

Расширяющиеся при рабочем ходе поршня газы совершают работу. Величина этой работы равна произведению силы, перемещающей поршень, на величину хода поршня и выражается в килограммометрах (кгм).

Работа, произведенная в одну секунду, называется мощностью и выражается в кгм/сек или в лошадиных силах (л. с.). Одна лошадиная сила равна 75 кгм/сек.

Мощность, развиваемая газами в цилиндрах двигателя, называется индикаторной, а мощность, развиваемая на коленчатом валу, — эффективной.

Эффективная мощность двигателя меньше индикаторной, так как часть индикаторной мощности затрачивается на трение в механизмах двигателя и на привод вспомогательных механизмов и систем, обеспечивающих работу двигателя.

Читать еще:  Через сколько тысяч менять масло в двигателе приора

Эффективная мощность, так же как и крутящий момент, зависит от числа оборотов коленчатого вала двигателя. С увеличением числа оборотов она возрастает до максимального значения, после чего начинает уменьшаться.

Эффективная мощность двигателя определяется расчетным путем по результатам замера крутящего момента при стендовых испытаниях двигателя.

В характеристике двигателя обычно указываются его максимальная эффективная мощность и число оборотов коленчатого вала двигателя при этой мощности.

Сравнение различных двигателей и оценку их совершенства производят также по литровой мощности, т. е. по эффективной мощности, приходящейся на 1 литр рабочего объема цилиндров двигателя. Литровая мощность измеряется в л. с./л.

Мощность, развиваемая двигателем, затрачивается на работу, совершаемую автомобилем в единицу времени, т.е. на его перемещение с определенной скоростью.

Чем больше мощность двигателя, тем с большей скоростью может двигаться автомобиль.

Двигатели оцениваются также по удельному расходу горючего, который выражается количеством граммов горючего, расходуемого двигателем в час на одну лошадиную силу эффективной мощности (г / л. с.-ч.)

Величина удельного расхода горючего характеризует экономичность работы двигателя. На автомобилях каждого типа (легковые, грузовые, специальные) применяются строго определенные двигатели, которые развивают мощность и крутящий момент, обеспечивающие автомобилям необходимые тяговые качества и скорости движения при наименьшем расходе горючего.

Таблица. Краткая характеристика основных отечественных автомобильных двигателей

Наименование показателейМарка двигателя
ГАЗ-69ГАЗ-63ЗИЛ-157КЗИЛ-375ЯАЗ-206Б
Тип двигателяЧетырехтактный карбюраторныйДвухтактный двигатель
Число цилиндров46686
Степень сжатия6,2-6,56,26,26,517
Порядок работы1-2-4-31-5-3-6-2-41-5-3-6-2-41-5-4-2-6-3-7-81-5-3-6-2-4
Максимальная мощность, л.с.5570104180205
Число оборотов в минуту при максимальной мощности36002800260032002000
Максимальный крутящий момент, кгм12,720,53447,578
Число оборотов в минуту, при максимальном крутящем моменте2000-22001500-17001100-140018001400-1600
Литровая мощность, л.с./л25,920,118,825,729,5
Минимальный удельный расход горючего, г/л. с.-ч265270255240225

Краткая характеристика отечественных двигателей, применяющихся на армейских автомобилях, приведена в таблице. При пользовании таблицей следует иметь в виду, что марки двигателей здесь даются по индексам заводов-изготовителей двигателей, что не всегда совпадает с марками автомобилей, на которые они устанавливаются. В частности, для автомобиля Урал-375 производства Уральского автомобильного завода двигатель выпускается Московским автомобильным заводом им. Лихачева под маркой ЗИЛ-375; для автомобилей КрАЗ-214 и КрАЗ-219 выпуска Кременчугского автомобильного завода двигатели под маркой, ЯАЗ-М-206Б изготовляет Ярославский моторный завод.

Указанные в таблице двигатели являются основными, каждый из них имеет ряд модификаций. Так, например, на базе двигателей ГАЗ-63 выпускаются следующие модификации:

  • ГАЗ-51 — для автомобиля ГАЗ-51 А
  • ГАЗ-51 Б — для автомобиля ГАЗ-51 Б, работающего па сжатом газе
  • ГАЗ-51Ж — для автомобиля ГАЗ-51Ж, работающего на сжиженном газе
  • ряд других

Типы и параметры ДВС

Автомобильные поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) обладают множеством показателей – мощность, крутящий момент, расход топлива, выброс вредных веществ и т. д., которые во многом зависят от их конструктивных параметров.

Типы двигателей

Двигатель — устройство, преобразующее энергию сгорания топлива в механическую работу. Практически все автомобильные двигатели работают по циклу, состоящему из четырех тактов:

  • впуск воздуха или его смеси с топливом;
  • сжатие рабочей смеси,
  • рабочий ход при сгорании рабочей смеси;
  • выпуск отработавших газов.

Наибольшее распространение в автомобилях получили поршневые двигатели — бензиновые и дизели.

Бензиновые двигатели имеют принудительное зажигание топливо-воздушной смеси искровыми свечами. Различаются по типу системы питания:

  • в карбюраторных смешение бензина с воздухом начинается в карбюраторе и продолжается во впускном трубопроводе. В настоящее время выпуск таких двигателей снижается из-за низкой экономичности и несоответствия современным экологическим нормам;
  • в впрысковых двигателях топливо может подаваться одним инжектором (форсункой) в общий впускной трубопровод (центральный, моновпрыск) или несколькими инжекторами перед впускными клапанами каждого цилиндра (распределенный впрыск). В них возможно некоторое увеличение максимальной мощности и снижение расхода бензина и токсичности отработавших газов за счет более точной дозировки топлива электронной системой управления двигателем;
  • двигатели с непосредственным впрыскиванием бензина в камеру сгорания, который подается в цилиндр несколькими порциями, что оптимизирует процесс сгорания, позволяет двигателю работать на обедненных смесях, соответственно уменьшается расход топлива и выброс вредных веществ.

Дизели — двигатели, в которых воспламенение смеси топлива с воздухом происходит от повышения ее температуры при сжатии. По сравнению с бензиновыми эти двигатели обладают лучшей экономичностью (на 15-20%) благодаря большей (в два и более раз) степени сжатия (см. ниже), улучшающей процессы горения топливо-воздушной смеси. Достоинством дизелей является отсутствие дроссельной заслонки, которая создает сопротивление движению воздуха на впуске и увеличивает расход топлива. Максимальный крутящий момент (см. ниже) дизели развивают на меньшей частоте вращения коленчатого вала (в обиходе — “тяговиты на низах”).

Дизели устаревших конструкций обладали по сравнению с бензиновыми двигателями и рядом недостатков:

  • большей массой и стоимостью при одинаковой мощности из-за высокой степени сжатия (в 1,5-2 раза больше), увеличивавшей давление в цилиндрах и нагрузки на детали, что заставляло изготавливать более прочные элементы двигателя, увеличивая их габариты и вес;
  • большей шумностью из-за особенностей процесса горения топлива в цилиндрах;
  • меньшими максимальными оборотами коленвала из-за более высокой массы деталей, вызывавшей большие инерционные нагрузки. По этой же причине дизели, как правило, менее приемисты — медленнее набирают обороты.

Роторно-поршневой двигатель (Ванкеля) — в нем ротор-поршень совершает не возвратно-поступательное движение, как в бензиновых двигателях и дизелях, а вращается по определенной траектории. Благодаря этому он обладает хорошей приемистостью — быстро набирает обороты, обеспечивая автомобилю хорошую динамику разгона. Из-за конструктивных особенностей степень сжатия ограничена, поэтому работает только на бензине и обладает худшей экономичностью из-за формы камеры сгорания. Раньше его недостатком был меньший ресурс, а теперь и невысокие экологические показатели, которым сейчас уделяется большое внимание.

Гибридная силовая установка представляет собой комбинацию поршневого двигателя (как правило, дизеля), электродвигателя, генератора и тяговых (тяговая аккумуляторная батарея, в отличие от стартерной, рассчитана на разряд большими токами (50-100 А) в течение 30-60 минут) аккумуляторных батарей. Работа этой установки происходит в различных режимах в зависимости от характера движения автомобиля. При интенсивном разгоне вместе работают поршневой и электрический двигатели. Во время торможения двигателем за счет энергии замедления генератор заряжает аккумуляторные батареи. При движении в городском цикле может работать только электродвигатель. Все это позволяет, сохраняя (или даже улучшая) динамику разгона, значительно повысить экономичность и снизить выброс вредных веществ.

Компоновка поршневых двигателей

Значительное разнообразие компоновок поршневых двигателей связано с их размещением в автомобиле и необходимостью уместить определенное количество цилиндров в ограниченном объеме моторного отсека.

Рядный двигатель V-образный двигатель

Рядный двигатель (рис. 1, а) — компоновка, при которой все цилиндры находятся в одной плоскости. Применяется для небольшого количества цилиндров (2, 3, 4, 5 и 6). Рядный шестицилиндровый двигатель легче всего поддается уравновешиванию (снижению вибраций), но обладает значительной длиной.

V-образный двигатель (рис. 1, б) — цилиндры у него расположены в двух плоскостях, как бы образуя латинскую букву V. Угол между этими плоскостями называют углом развала. Наиболее часто такое размещение цилиндров применяется для шести- и восьмицилиндровых двигателей и обозначается V6 и V8 соответственно. Такая компоновка позволяет уменьшить длину двигателя, но увеличивает его ширину.

Читать еще:  Что сделать чтобы двигатель ваз 2109 работал тише

Оппозитный двигатель VR-двигатель

Оппозитный двигатель (рис. 1, в) имеет угол развала 180°, благодаря этому у него высота агрегата наименьшая среди всех компоновок.

VR-двигатель (рис. 1, г) обладает небольшим углом развала (порядка 15°), что позволяет уменьшить как продольный, так и поперечный размеры агрегата.

W-двигатель W-двигатель

W-двигатель имеет два варианта компоновки — три ряда цилиндров с большим углом развала (рис. 1, д) или как бы две VR-компоновки (рис. 1, е).Обеспечивает хорошую компактность даже при большом количестве цилиндров. В настоящее время серийно выпускают W8 и W12.

Конструктивные параметры двигателей

Любой двигатель характеризуется следующими конструктивно заданными параметрами (рис. 2), практически неизменными в процессе эксплуатации автомобиля.

Конструктивные параметры двигателей

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.

Показатели двигателей

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.

Характеристики двигателей

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.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector