Что такое рабочий объем двигателя внутреннего сгорания

Рабочий объем двигателя — это один из главных технических параметров автомобиля, от которого зависит мощность, динамика и объем потребления топлива.

В среде автовладельцев сложился стереотип, что автомобили с большим объемом двигателя являются лучшим выбором. Но такое утверждение не всегда соответствует действительности.

Крупнолитражные машины отличаются большим потреблением топлива и имеют высокую себестоимость, что в итоге делает автомобиль менее доступным для рядового покупателя. Кроме того, такие авто более дорогие в обслуживании.

Общие положения

Чтобы понять, как рассматриваемый параметр может влиять на характеристики транспортного средства, важно знать устройство ДВС.

Если говорить вкратце, двигатель состоит из следующих элементов:

1. Блока цилиндров.
2. Головки блока.
3. Камеры сгорания.
4. Поршня, который объединен с коленвалом через КШМ.
5. Система подачи и зажигания горючей смеси.
6. Клапана, через которые отводятся продукты горения (отработавшие газы.
7. Картера.

 В результате создается давление, достаточное для выталкивания поршня, вращающего коленвал машины.

Особенности расчета

Формула расчета объема цилиндров имеет следующий вид:

V=πr² h.

Здесь π равно 3,14 (фиксированная величина), r — радиус цилиндра машины, а h — его высота. Можно проводить расчеты через диаметр, разнице нет.

С учетом вышесказанного можно сделать следующий вывод, расчетный объем мотора — это:

• Сумма объемов каждого из цилиндров;
• Произведение объема одного цилиндра на их общее число в двигателе.

Единица измерения — литры или кубические сантиметры. При этом 1000 см³ равно одному литру.

Если объем мотора показывается в литрах, производитель округляет число до целого. Так, если параметр имеет размер 1598 куб. см, в литрах это 1,6.

На какие характеристики влияет литраж?

Как уже отмечалось, чем выше объем цилиндра, тем больше топливной смеси может в него поступить. Получается, что при сгорании горючего в цилиндре более «емкого» двигателя энергии получается больше.

Результатом является увеличение мощности силового узла и улучшение общих динамических качеств авто.

Но имеется и недостаток. Двигатели с большим рабочим объемом отличаются прожорливостью. Это легко доказать в цифрах.

Среднестатистический мотор на 1,5 литра потребляет в условиях города 9-10 л на «сотню» пути.

Для двигателей объемом 2,0 л и более этот параметр выше — 12-13 л. При движении вне населенных пунктов и по хорошей дороге разница меньше — 6-7 л и 8-9 л соответственно.

Причина повышенного потребления заключается в большем объеме горючего, которое впрыскивается в камеру сгорания в процессе работы.

Благодаря этому, машина разгоняется до нужной скорости быстрее, что уменьшает время работы мотора на неэкономичном режиме.

Так, большой литраж не означает, что двигатель имеет запредельное число лошадиных сил. Для таких автомобилей на первом месте стоит момент вращения на всех диапазонах оборота коленчатого вала.

Например, автомобиль КАМАЗ-54115 с мотором на 1085 куб. см имеет один цилиндр с таким же литражом, как у всего двигателя малолитражного авто.

Несмотря на столь высокие показатели, мощность находится на уровне 240 лошадиных сил.

Для сравнения БМВ модели X5 имеет 3-литровый мотор, который выдает 218 «лошадей».

Но хотелось бы отметить, что на современные грузовые авто (тот же КАМАЗ) ставятся силовые агрегаты на 11.76 л мощностью до 400 «лошадок», что больше соответствует реалиям.

Каким должен быть литраж?

Производители знают об изменчивости приоритетов автовладельцев, поэтому выпускают автомобили с различными типами двигателей.

Исходя из этого, все транспортные средства делятся на следующие классы:

• Микролитражные авто. Такие ТС имеют объем двигателя до 1,1 л.
• Малолитражки. Особенность этих машин — установка 1,2-1,7-литровых моторов. В нашей стране это наиболее востребованный вариант.
• Среднелитражные машины. Сюда входят ТС с рабочим объемом 1,8-3,5 л.
• Крупнолитражки — авто с 3,5 л и более.

Рассмотренное выше разделение носит условный характер и касается в большей части бензиновых моторов.

Если на авто установлен дизельный силовой агрегат, ситуация будет иной.

Существует еще один тип градации машин — по классам:

• В-класс — от 1,0 до 1,6 л.
• С-класс — от 1,4 до 2,0 л.
• D-класс — от 1,6 до 2,5 л.
• E-класс — от 2.0 л и больше.

При выборе машины стоит обращать внимание на условия эксплуатации транспортного средства. Если авто необходимо для перемещения движения по городу, лучшим вариантом будет малолитражка. Главное — наличие хорошей тяги на «холостых». При недостатке этого параметра двигатель будет тратить больший объем горючего, поэтому об обещанных 7-8 л можно не мечтать.

Также важно знать почему детонирует двигатель.

Если авто будет использоваться для продолжительных путешествий, лучше отдать предпочтение ТС с большим рабочим объемом.

Причин здесь несколько:

1. Уменьшается разница в расходе.
2. Включение климат-системы почти не влияет на тягу.
3. Под капотом будет присутствовать достаточный запас мощности, необходимый для быстрого обгона.

Двигатели с изменяемым рабочим объемом

В зависимости от условий работы двигателя, система позволяет в автоматическом режиме отключать или включать в работу определенное количество цилиндров, что влияет на мощность и эффективность работы ДВС.

Технология пока еще не получила большого распространения, но в целом, она очень перспективна и будет развиваться.

Зная рассмотренные нюансы, проще определиться с подходящим объемом двигателя. Важно ориентироваться не только на цифры, но и на реальные показатели — мощность, расход топлива и динамику.

устройство и характеристики ДВС автобусов различных марок : ЯрКамп

Опубликована04 октября 2019

Содержание статьи:

1. Какие двигатели используются для установки на автобусы?
2. Конструктивные составляющие двигателей
3. Технические характеристики двигателей автобусов
4. Какие двигатели устанавливаются в автобусы ЛиАЗ, ПАЗ, КаВЗ, «Хундай» – их характеристики
   1. ПАЗ
   2. ЛиАЗ
   3. КаВЗ
   4. Hyundai

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – важнейшая часть автобуса, которая может находиться спереди (в кузовах вагонного типа), под полом или сзади – горизонтально или вертикально. Сгорание топлива в ДВС осуществляется внутри цилиндров. А тепло, которое при этом выделяется, преобразуется в механическую работу. По типу топлива двигатели разделяют на бензиновые, дизельные, газовые.

Какие двигатели используются для установки на автобусы?

В автобусах используются поршневые двигатели внутреннего сгорания следующих типов:

• С внешним смесеобразованием и воспламенением рабочей смеси от электроискры. Такие машины разделяются на карбюраторные, использующие в качестве топлива бензин, и газовые, потребляющие природный, светильный, газогенераторный газ.
• С внутренним смесеобразованием. Смесь возгорается от усилия сжатия. Такие моторы называют «дизелями» и работают на летнем и зимнем дизельном топливе (солярке).

Конструктивные составляющие двигателей

Рабочий процесс и устройство двигателей автобусов различных типов аналогичны.

• Поршень. Это ключевой элемент рабочего процесса. Он имеет вид пустотелого стакана, расположенного головкой (сферическим дном) вверх.
• Поршневые кольца. Располагаются в направляющей части поршня, называемой «юбкой». Их назначение – обеспечение герметичности надпоршневого пространства. Нижнее кольцо называют «маслосъемным», верхнее – «компрессионным».
• Цилиндр. При попадании в цилиндр топливно-воздушная или топливная смесь сжимается при движении поршня вверх. В дизеле она поджигается, благодаря резкому сжатию, а в других типах ДВС – электрическим разрядом от свечи системы зажигания. Образующиеся при сгорании топлива газы резко увеличиваются в объеме и толкают поршень вниз. Таким способом тепловая энергия сгорающего топлива преобразуется в механическое движение поршня (вверх-вниз).
• Шатун. Верхняя часть шатуна закрепляется на пальце, находящемся внутри юбки. Шатун шарнирно фиксируется на кривошипе коленвала, который свободно вращается на опорных подшипниках.

При движении поршня шатун вращает коленчатый вал. С коленвала крутящий момент поступает на трансмиссию, через шестеренную систему на ведущие колеса.

Технические характеристики двигателей автобусов

При определении характеристик двигателя используют такие понятия, как верхняя и нижняя мертвые точки. ВМТ (верхняя мертвая точка) – достигается в момент максимального подъема поршня, НМТ (нижняя мертвая точка) – самое нижнее положение поршня.

Параметры двигателя:

• Ход поршня – дистанция между НМТ и ВМТ.
• Полный объем цилиндра – при нахождении поршня в НМТ.
• Камера сгорания – объем верхней части цилиндра при положении поршня в ВМТ.
• Рабочий объем цилиндра – разница между полным объемом цилиндра и камерой сгорания.
• Литраж двигателя – суммарный рабочий объем двигателя, выражается в литрах и указывается в технической документации.
• Мощность двигателя автобуса – выражается в лошадиных силах и киловаттах. 1 л. с. = 0,735 кВт.
• Степень сжатия (СС) – отношение полного объема к объему камеры сгорания. Карбюраторные ДВС имеют СС в диапазоне 6-14, дизельные – 16-30.

Какие двигатели устанавливаются в автобусы ЛиАЗ, ПАЗ, КаВЗ, «Хундай» – их характеристики

ПАЗ

В современные автобусы Павловского автомобильного завода устанавливают четырехтактные дизели: ЯМЗ с системой рециркуляции, Cummins. Норма экологической безопасности – Евро-5. Расположение – переднее, продольное. В моделях малого класса может устанавливаться бензиновый движок ЗМЗ четырехтактный с нормой экологической безопасности Евро-4. Вес двигателей примерно составляет 300 кг.

ЛиАЗ

В автобусах ЛиАЗ большого и среднего класса устанавливаются четырехтактные дизельные моторы ЯМЗ. Машины большого класса могут комплектоваться газовыми двигателями Cummins и MAN. В междугородных автобусах большого класса могут использоваться четырехтактные дизельные моторы Scania.

КаВЗ

В машинах КаВЗ устанавливаются четырехтактные дизели ЯМЗ, Cummins. Норма экологической безопасности – Евро-5. Расположение – заднее продольное.

Hyundai

В машинах Hyundai устанавливается мотор Hyundai Motor Company (HMC), D6СВ 40, четырехтактный, дизельный, с турбонаддувом и промежуточным охлаждением воздуха с непосредственным впрыском. Экологическая безопасность – Euro-3. В пригородных автобусах малого класса «Богдан» используют четырехтактные дизели Hyundai D4GA.

Назад к списку

Что такое рабочий объем двигателя? 5 фактов для студентов автомехаников

Слово «литраж» обычно имеет негативное значение, но в автомобильном мире чем больше рабочий объем, тем лучше. Рабочий объем двигателя — это термин, относящийся к процессу сгорания автомобиля, который генерирует мощность, приводящую в движение колеса. Возможно, вы раньше не слышали об этой фразе, но, вероятно, уже много о ней знаете.
Это не то, что можно легко изменить или требует ремонта, но вам необходимо знать об этом, если вы хотите стать автомехаником. К счастью, это довольно простая концепция, поэтому давайте рассмотрим пять вещей, которые вам нужно знать о рабочем объеме двигателя.

1. Рабочий объем двигателя и процесс сгорания

Рабочий объем — это то, что происходит с поршнями и цилиндрами в двигателе. Транспортные средства обычно имеют четыре, шесть или восемь цилиндров, каждый из которых содержит поршень, который перемещается вверх и вниз при каждом ходе. В эти цилиндры подается смесь воздуха и топлива, которая воспламеняется свечами зажигания, создавая мощность для автомобиля. Рабочий объем двигателя относится к объему цилиндров, которые разработаны отдельными производителями в большом количестве различных размеров. Например, мощный двигатель Ferrari будет иметь гораздо больший рабочий объем, чем его эквивалент в маленькой Honda.
Поршни в середине хода в цилиндрах двигателя

2. Как рассчитать рабочий объем двигателя

Если вы заинтересованы в обучении автомехаников , вы, вероятно, уже видели мощность двигателя, выраженную в литрах. Это измерение рабочего объема двигателя, и оно рассчитывается с использованием диаметра цилиндра, хода поршня и количества цилиндров. Диаметр цилиндра — это диаметр цилиндра, а ход поршня — это расстояние, которое проходит поршень между верхней и нижней частью цилиндра. Официальный расчет объема двигателя немного сложен, но в конечном итоге он дает показания в литрах или кубических сантиметрах.

3. Влияние рабочего объема двигателя на характеристики автомобиля

Чем больше рабочий объем двигателя, тем больше воздуха может быть нагнетено в цилиндры. Это ускоряет процесс сгорания и позволяет двигателю генерировать больше мощности. Это, конечно, имеет очевидный недостаток. Эффективность использования топлива, вероятно, снизится при увеличении рабочего объема, поэтому водители будут чаще ездить на заправку. В результате двигатели с малым рабочим объемом чаще можно найти в семейных автомобилях, где мощность менее необходима.

4. Объем двигателя всегда остается неизменным

Общий объем цилиндров двигателя всегда остается постоянным, несмотря на все движения поршня. Это одна из самых захватывающих частей конструкции двигателя, потому что два поршня никогда не находятся на одной и той же стадии процесса сгорания. Один может вот-вот начать свой цикл, в то время как другие находятся в середине хода или завершают свой цикл. Эта синхронизация сохраняет объем двигателя одинаковым на протяжении любой поездки в исправном автомобиле.

5. Как объем двигателя влияет на карьеру автомеханика

Помимо полной замены двигателя, автомобилист ничего не может сделать, чтобы увеличить или уменьшить рабочий объем своего автомобиля. Тем не менее, это по-прежнему очень актуальная тема в школах автомобильных механиков , потому что она может объяснить низкую эффективность использования топлива, которую испытывает клиент. Поврежденные поршни или цилиндры представляют собой большие проблемы для двигателя и могут потребовать замены всего блока, поэтому уделите ему много внимания, если заметите что-то тревожное.
Спортивным автомобилям для достижения высоких скоростей требуется большой объем двигателя.
Хотите начать свою карьеру автомеханика с блестящих результатов?
Учитесь у преподавателей CATI.

Что такое Рабочий объем двигателя

Когда говорят о двигателях, часто упоминают размер двигателя или его «рабочий объем». Что такое смещение? Это объем воздуха, который двигатель потребляет или прокачивает через себя каждые два оборота. Почему два оборота кривошипа? Потому что для завершения 4-тактного цикла сгорания для всех цилиндров двигателя требуется два оборота коленчатого вала. Это относится ко всем четырехтактным двигателям (четверки, рядные шестерки, V6, V8, V10, V12 и V16).

Рабочий объем двигателя обычно указывается либо в кубических дюймах рабочего объема (CID), либо в литрах.

Производители автомобилей обычно округляют рабочий объем двигателя в своей рекламной литературе до ближайшего кубического дюйма или до двух десятичных литров. Например, 5,7-литровый двигатель Dodge Hemi последней модели фактически имеет рабочий объем 5654 кубических сантиметра (см3) или 345 CID. Другим примером может служить двигатель Corvette 6,2 л, который на самом деле имеет рабочий объем 6162 куб. см или 376 CID.

Рабочий объем двигателя Таблица литров в кубических дюймах:

1,0 л = 61,0 CID

1,5 л = 91,5 CID

2,0 л = 122,0 CID

2,5 л = 152,6 CID

3,0 л = 183,1 CID

3,5 л = 213,6 CID

4,0 л = 244,1 CID

4,5 л = 274,6 CID

5,0 л = 305,1 CID

5,5 л = 335,6 CID

6,0 л = 366,1 CID

6,5 л = 396,6 CID

7,0 л = 427,2 CID

7,5 л = 457,7 CID

8,0 л = 488,2 CID

Рабочий объем двигателя Таблица кубических дюймов в литрах:

100 CID = 1,6 л

150 CID = 2,5 л

200 CID = 3,3 л

250 CID = 4,1 л

300 CID = 4,9 л

350 CID = 5,7 л

400 CID = 6,6 л

450 CID = 7,4 л

Что определяет объем двигателя?

Рабочий объем двигателя равен объему каждого цилиндра, умноженному на количество цилиндров.

Объем каждого цилиндра определяется «отверстием» (шириной) цилиндра и «ходом» (расстоянием, которое поршень перемещает вверх и вниз по цилиндру). Расстояние, пройденное поршнем, определяется «ходом» или смещением каждой шатунной шейки на коленчатом валу. Если смещение шатунной шейки составляет 4 дюйма от мертвой точки кривошипа, поршень будет перемещаться вверх и вниз на четыре дюйма за каждый оборот коленчатого вала.

Диаметр цилиндра и ход поршня определяют объем двигателя.

Как измерить объем двигателя

Основная формула:

Рабочий объем двигателя = 0,7854 х (диаметр отверстия х диаметр отверстия) х ход поршня х количество цилиндров

В основном вы вычисляете объем каждого цилиндра, а затем умножаете на количество цилиндров.

Размеры отверстия и хода могут быть измерены в дюймах или миллиметрах, затем вы выполняете математические действия, чтобы определить количество кубических дюймов, кубических сантиметров или литров. Или используйте таблицу преобразования, чтобы преобразовать литры в кубические дюймы или наоборот.

Как измерить диаметр отверстия

Ширина или диаметр отверстия могут быть измерены штангенциркулем, нутромером, рулеткой или линейкой (калипер или нутромер будут намного точнее, чем рулетка или линейка!).

Как измерить ход

Ход поршня можно измерить, повернув коленчатый вал до тех пор, пока поршень не окажется в верхней мертвой точке (ВМТ), то есть настолько высоко, насколько он может войти в свое отверстие. Затем вы можете использовать циферблатный индикатор, рулетку или линейку, чтобы измерить, насколько поршень перемещается вниз, когда кривошип вращается, чтобы переместить поршень в нижнюю мертвую точку (НМТ).

Если двигатель собран и вы хотите определить его ход, снимите свечу зажигания и с помощью небольшого кусочка жесткой проволоки или пластиковой соломинки «почувствуйте», как далеко поршень проходит от ВМТ до НМТ. Используйте маркер, чтобы отметить положение проволоки или соломинки, когда поршень находится в ВМТ, а затем еще раз, когда поршень достигает НМТ. Затем измерьте расстояние между двумя метками, чтобы увидеть, как далеко прошел поршень.

Проверка объема цилиндра

Другим методом измерения рабочего объема собранного двигателя является проверка объема цилиндра:

1. Снимите свечу зажигания и проверните кривошип, пока поршень не окажется в ВМТ.
2. Поверните кривошип на 180 градусов, чтобы опустить поршень до НМТ
3. Заливайте жидкое масло в цилиндр через свечное отверстие до тех пор, пока цилиндр не заполнится.
4. Медленно вращайте рукоятку рукой, чтобы вытолкнуть масло из отверстия для свечи зажигания в емкость, чтобы можно было измерить объем масла, вытесненного цилиндром.
5. Затем умножьте объем масла на количество цилиндров, чтобы определить рабочий объем двигателя.

Можете ли вы определить объем двигателя, глядя на двигатель?

Трудно судить о книге по обложке, но объем двигателя можно определить, ЕСЛИ двигатель оригинальный, немодифицированный и вы можете прочитать серийный номер двигателя на блоке или VIN-код двигателя на идентификационной табличке автомобиля. Вы также можете указать год/марку/модель автомобиля в Google, чтобы узнать, какие размеры двигателей были доступны для этого приложения. Если предлагался двигатель только одного размера, это был двигатель такого размера. Если бы были дополнительные двигатели, такие как четырехцилиндровый двигатель, V6 или V8, просто посчитайте свечи зажигания, чтобы выяснить, какой это двигатель.

В приложениях, где один и тот же блок может использоваться для разных рабочих объемов (например, более старые Chevy с малым блоком и большим блоком V8), диаметр отверстий и ход поршня могут немного различаться. Chevy с большим блоком может быть 396, 402, 427, 454 или чем-то еще, если двигатель был расточен или оснащен другим кривошипом. Внешний вид двигателя и серийный номер на блоке могут не помочь, если двигатель был модифицирован. Кто-то, продающий подержанный двигатель, может также заявить, что двигатель не тот, чем он является на самом деле, поэтому вам, возможно, придется использовать тест объема цилиндра, чтобы точно определить рабочий объем двигателя.

Почему объем двигателя важен

Рабочий объем двигателя — это просто способ сравнения размеров двигателей. Вообще говоря, больший рабочий объем означает большую мощность и крутящий момент, потому что более крупный двигатель способен перекачивать и сжигать больше воздушно-топливной смеси в своих цилиндрах. Несмотря на это, нет прямой корреляции между объемом двигателя и мощностью, потому что множество переменных влияет на то, сколько мощности фактически будет производить любой двигатель данного размера. Выходная мощность двигателя зависит от его «объемного КПД» и «теплового КПД», а также от кривых мощности и крутящего момента в диапазоне оборотов.

Объемная эффективность

Объемная эффективность (VE) показывает, насколько эффективно двигатель дышит, прокачивая воздух через себя. Объемная эффективность обычно колеблется от 80 процентов до почти 100 процентов. Двигатели с тремя или четырьмя клапанами на цилиндр обычно пропускают воздух лучше, чем двигатели с двумя клапанами на цилиндр, поэтому они обычно имеют лучшие показатели объемного КПД, особенно при более высоких оборотах двигателя. Двигатель с двумя клапанами на цилиндр обычно достигает КН от 80 до 85 процентов. Двигатель с четырьмя клапанами на цилиндр лучше справляется с VE от 85 до 9.0 процентов. Двигатель с четырьмя клапанами на цилиндр и регулируемой фазой газораспределения часто может достигать VE в диапазоне от 95 до 100 процентов.

В модифицированных безнаддувных дорожных и гоночных двигателях VE может превышать 100 процентов и достигать 115–120 процентов.

Двигатели с турбонаддувом и наддувом создают давление наддува, чтобы нагнетать в двигатель еще больше воздуха, позволяя ему дышать с объемной эффективностью, намного превышающей 100 процентов. Чем выше давление наддува, тем выше объемный КПД. Турбина, обеспечивающая давление наддува от 8 до 10 фунтов на квадратный дюйм, может увеличить объемный КПД двигателя на 140–160 процентов.

Формула для расчета объемного КПД атмосферного двигателя:

VE = (CFM x 3456), деленное на (CID x RPM)

CFM — это количество воздуха, проходящего через двигатель в кубических футах в минуту. Это можно измерить с помощью специального оборудования для определения расхода воздуха на динамометре или оценить (см. формулу ниже). CID — это рабочий объем в кубических дюймах, а RPM — количество оборотов в минуту.

Чтобы оценить, сколько воздуха проходит через двигатель, используйте следующую формулу:
Расчетный расход воздуха двигателя в кубических футах в минуту = (об/мин x рабочий объем), разделенный на 3456
Для стандартных уличных двигателей умножьте расчетный расход воздуха двигателя в кубических футах в минуту на 0,85
Для безнаддувного гоночного двигателя умножьте расчетный расход воздуха двигателя в кубических футах в минуту на 1,1.

Тепловая эффективность

Тепловой КПД (TE) показывает, сколько полезной мощности двигатель вырабатывает из определенного количества топлива, сжигаемого в цилиндре. Двигатели внутреннего сгорания не очень эффективны и обычно теряют почти две трети тепловой энергии, производимой за каждый цикл сгорания. Почти треть тепловой энергии, произведенной при сгорании, выходит из выхлопной трубы в виде горячего выхлопа. Еще треть тепловой энергии поглощается самим двигателем и уносится системой охлаждения к радиатору. Это оставляет только около трети энергии для толкания поршней вниз и движения автомобиля вперед.

Дизельные двигатели

более термически эффективны, чем бензиновые двигатели, из-за их гораздо более высокой степени сжатия (16: 1 или выше для дизеля по сравнению с 10 или 11: 1 для большинства бензиновых двигателей последних моделей). Более высокая степень сжатия снижает тепловые потери в камере сгорания, повышая эффективность использования топлива, мощность и экономию топлива. Однако последние модели бензиновых двигателей с непосредственным впрыском (GDI) также имеют более высокую степень сжатия (некоторые из них достигают 14: 1), что делает их тепловую эффективность почти такой же хорошей, как у дизеля.

Объем двигателя и мощность

Фактическая мощность двигателя данного рабочего объема зависит от многих переменных, включая конструкцию головок цилиндров и их характеристики потока, размер и количество клапанов на цилиндр, подъем клапанов распределительного вала, продолжительность и перекрытие, синхронизацию фаз газораспределения, угол опережения зажигания, тип карбюратора или впрыска топлива (распределенный впрыск или непосредственный впрыск), соотношение воздух/топливо при частичном и полном открытии дроссельной заслонки, конструкция впускного и выпускного коллекторов, степень сжатия двигателя и тип топлива (бензин, спирт, смесь газа/этанола, гоночный газ, дизельное топливо, пропан или природный газ). Следовательно, «безнаддувный» (не с турбонаддувом и не с наддувом) 350 CID V8 может развивать пиковую мощность от 250 до 450 лошадиных сил в зависимости от того, как все эти переменные влияют на объемную и тепловую эффективность.

Турбокомпрессор увеличивает объемную эффективность для повышения мощности.

Усиление воздушного потока увеличивает рабочий объем двигателя

В форсированном двигателе (с турбокомпрессором или нагнетателем) дополнительный воздух может под давлением поступать в двигатель по требованию. Этот трюк заставляет двигатель малого объема дышать и производить мощность, как двигатель гораздо большего объема. Если вы используете турбонаддув или нагнетатель, чтобы втиснуть в двигатель на 50 процентов больше воздуха, он должен увеличить мощность примерно на 40–50 процентов. Это позволяет 2,0-литровому четырехцилиндровому двигателю с турбонаддувом работать как гораздо более крупный двигатель V6 или V8.

Четырехцилиндровый двигатель Ford Ecoboost объемом 2,3 л (с турбонаддувом) в последних моделях Mustang использует давление наддува до 20 фунтов на квадратный дюйм для создания 310 лошадиных сил и 350 фунт-фут крутящего момента, что эквивалентно мощности и крутящему моменту стандартного безнаддувного двигателя. 4,6 л V8. В качестве дополнительного преимущества двигатель с турбонаддувом меньшего рабочего объема обеспечивает гораздо лучшую экономию топлива, чем V6 или V8, поскольку он использует дополнительное давление наддува только при ускорении автомобиля. Вот почему так много автомобилей последних моделей больше не имеют двигателей V6 или V8. Автопроизводители перешли на двигатели с турбонаддувом меньшего рабочего объема, чтобы повысить экономию топлива без ущерба для производительности.

Как дышит двигатель

В безнаддувном двигателе воздух «всасывается» в двигатель, когда поршни опускаются во время такта впуска. Атмосферное давление (14,7 фунтов на квадратный дюйм на уровне моря) проталкивает воздух через систему впуска в двигатель, чтобы заполнить пустоту (вакуум), образующуюся в цилиндрах, когда поршни опускаются в отверстиях. Следовательно, безнаддувный двигатель может вдыхать только объем воздуха, равный или меньший его фактического рабочего объема. Сколько воздуха он фактически использует, зависит от его объемной эффективности и открытия дроссельной заслонки.

Большинство безнаддувных бензиновых двигателей легковых автомобилей имеют объемный КПД около 85 процентов. Модифицированный гоночный двигатель может достигать КПД от 95 до 100 процентов, а некоторые могут даже превышать 100 процентов за счет использования эффекта набегающего потока воздуха для нагнетания большего количества воздуха в цилиндры. Длинные впускные каналы (такие как туннельный коллектор) создают большой импульс, когда воздух поступает в двигатель. Увеличение продолжительности (времени открытия) впускных клапанов позволит большему количеству воздуха заполнить цилиндры. Точно так же увеличение перекрытия клапанов (период, в течение которого выпускной клапан все еще закрыт, а впускной клапан открыт) создает эффект сифонирования, который помогает втягивать больше воздуха в цилиндры. Следующий результат заключается в том, что при правильной настройке сильно модифицированный безнаддувный двигатель может достичь объемной эффективности от 110 до 115 процентов при высоких оборотах.

Установите турбонаддув или нагнетатель, затем увеличьте давление наддува, и вы сможете преодолеть ограничения потока воздуха и получить столько мощности, сколько двигатель может безопасно выдержать. Однако в какой-то момент давление в цилиндре превысит пределы прочности стандартного блока, поршней, шатунов и кривошипа, что означает, что эти компоненты должны быть усилены более прочными деталями послепродажного обслуживания. Такие модификации могут превратить стандартный четырехцилиндровый двигатель небольшого объема в монстра мощностью более 1000 лошадиных сил!

Отношение диаметра и хода

Относительное отношение диаметра цилиндра к ходу поршня является еще одним фактором рабочего объема двигателя, который влияет на мощность двигателя, крутящий момент, экономию топлива, выбросы, внутреннее трение и потенциал оборотов.

Вообще говоря, двигатель с большим диаметром цилиндра и более коротким ходом (соотношение ход/диаметр меньше 1) будет иметь более высокие обороты и производить большую максимальную мощность. Двигатель с диаметром цилиндра больше, чем его ход, называется двигателем с квадратным сечением.

Двигатель, у которого диаметр цилиндра и ход поршня равны (соотношение ход/диаметр 1 к 1), называется «квадратным» двигателем.

Двигатель, у которого ход поршня больше диаметра цилиндра (соотношение ход/диаметр больше 1), называется двигателем с неквадратом или с длинным ходом поршня. Двигатель с длинным ходом обычно создает более высокий крутящий момент на низких оборотах, но не на таких высоких оборотах. Двигатель с более длинным ходом также создает больше возвратно-поступательных сил, когда поршни и штоки движутся вверх и вниз. Это увеличивает нагрузку на шатуны и кривошип. Для него также может потребоваться физически более высокий блок, тогда как короткоходный двигатель может иметь более короткий и компактный блок.

Хотя более короткий ход уменьшает рычаг шатунных шеек на кривошипе (более длинный ход обеспечивает больший рычаг и, следовательно, большее увеличение крутящего момента), более короткий ход также означает, что поршни должны пройти меньшее расстояние при каждом обороте коленчатого вала. Это уменьшает трение поршня о цилиндр (меньше сопротивление поршневых колец), скорость поршня и напряжение. Это также обеспечивает более быстрое заполнение цилиндра во время такта впуска, поскольку поршни перемещаются на более короткое расстояние, и позволяет быстрее откачивать выхлопные газы из камеры сгорания во время такта выпуска. В результате короткоходный двигатель с большим диаметром цилиндра обычно развивает большую мощность, чем двигатель с таким же рабочим объемом, который имеет меньший диаметр цилиндра и более длинный ход поршня.

Большинство гоночных двигателей Формулы-1 имеют чрезвычайно короткий ход поршня (возможно, всего 1,6 дюйма против 4 дюймов у типичного стандартного V8). Чрезвычайно короткий ход позволяет им развивать скорость до 15 000 об/мин или выше (по сравнению с 6500–7000 у типичного стандартного V8).

Вот почему гонщики обычно строят двигатель с максимально возможным диаметром цилиндра и более коротким ходом поршня, если правила ограничивают общий рабочий объем двигателя для данного класса гоночных автомобилей. Они также могут несколько варьировать диаметр цилиндра и передаточное число хода для одного и того же рабочего объема в зависимости от того, участвует ли автомобиль в гонках на короткой или длинной трассе, и где пиковая мощность и крутящий момент принесут наибольшую пользу.

Увеличение рабочего объема двигателя за счет расточки цилиндров

Растачивание цилиндра до большего размера увеличит общий объем двигателя и степень сжатия цилиндров, что обычно обеспечивает увеличение мощности. Однако двигатели большинства последних моделей имеют относительно тонкие стенки цилиндров для снижения веса и не предназначены для расточки или переборки. Многие двигатели последних моделей с алюминиевыми блоками имеют железные или стальные гильзы цилиндров. Втулки могут быть запрессованы или отлиты на месте. Втулки с прессовой посадкой можно снимать и заменять, если они изношены, но литые втулки снимать нельзя. Приходится их вырезать и устанавливать специальные сменные втулки или менять блок целиком. В некоторых алюминиевых блоках последних моделей не используются железные или стальные гильзы, а вместо этого на стенках цилиндров имеется специальное твердое плазменное покрытие из никеля / хрома для повышения износостойкости. Цилиндры с покрытием можно расточить, но затем они должны быть снабжены гильзами, если для повторного нанесения твердого покрытия после сверления не используется специальное оборудование для плазменного напыления.

Для сравнения, большинство старых двигателей с чугунными блоками имеют достаточно толстые стенки цилиндров, что позволяет выполнять некоторую расточку. Большинство этих старых железных блоков можно безопасно расточить до 0,030 дюйма, в то время как другие можно расточить до 0,060 дюйма или более. Блоки цилиндров с более толстыми стенками для вторичного рынка также доступны для нестандартных размеров отверстий цилиндров. В большинстве из них используются железные или стальные запрессованные втулки, являющиеся гильзами цилиндров.

Многие большие дизельные двигатели имеют «мокрые гильзы» для цилиндров. Это тяжелые железные или стальные гильзы, которые не поддерживаются внешним отверстием цилиндра. Сама гильза представляет собой отверстие цилиндра и находится в непосредственном контакте с охлаждающей жидкостью. Мокрые гильзы используются в больших дизельных двигателях, поэтому их можно заменить при ремонте поврежденного цилиндра или при восстановлении двигателя.

Когда цилиндры в блоке цилиндров расточены до размера, оригинальные поршни больше не подходят, поэтому их необходимо заменить поршнями большего размера. Высота поршней и конфигурация верхней части поршней (плоская, выпуклая или вогнутая) определяют степень сжатия. Поршни с выпуклой или вогнутой верхней частью снижают степень сжатия, а поршни с выпуклой верхней частью увеличивают степень сжатия. Изменение толщины прокладки головки блока цилиндров также может увеличить или уменьшить компрессию, как и фрезерование головки блока цилиндров или установка головок с камерами сгорания разного объема (камеры меньшего размера увеличивают компрессию, а камеры большего размера уменьшают компрессию).

Увеличение диаметра цилиндра и/или удлинение хода увеличивает рабочий объем и мощность двигателя.
10-процентное увеличение рабочего объема обычно дает вам на 10 процентов больше мощности.

Увеличение рабочего объема двигателя за счет установки кривошипа

Замена стандартного коленчатого вала на «ходовой» кривошип с более длинными шатунными шейками также увеличит объем цилиндра и общий рабочий объем двигателя. Шатуны Stroker хороши для уличного движения, потому что они обеспечивают более низкий и средний крутящий момент и мощность. Но поскольку ход удилища длиннее, это может создать проблемы со столкновением между большими концами удилищ и блоком. Это, в свою очередь, может потребовать шлифовки некоторого количества металла на близлежащих поверхностях блока, чтобы обеспечить достаточный зазор.

Для кривошипа также требуются более короткие шатуны и/или поршни (или поршни с поршневыми пальцами, расположенными выше в корпусе поршня), чтобы верхние части поршней не ударялись о головки цилиндров.

Объем двигателя и изменение климата

Количество углекислого газа (CO2), вырабатываемого двигателем, прямо пропорционально его рабочему объему и расходу топлива. Чем больше двигатель, тем больше CO2 он производит на каждый галлон сожженного топлива. Хотя экономия топлива была основной движущей силой уменьшения размеров двигателя в последние годы, уменьшение рабочего объема двигателя также помогает снизить выбросы CO2 и последствия глобального потепления, связанные с выбросами CO2 от легковых и грузовых автомобилей.

Это немаловажное изменение, потому что количество автомобилей в мире сейчас превышает 1,5 МИЛЛИАРДА автомобилей!

Использование двигателей с турбонаддувом меньшего объема оказывает положительное влияние на снижение как расхода топлива, так и выбросов CO2. К сожалению, многие преимущества в сокращении выбросов CO2, обеспечиваемые за счет использования двигателей меньшего размера в автомобилях последних моделей, сводятся на нет огромным ростом автомобильного парка в Китае, Индии и других развивающихся странах.