Конструкция двигателя внутреннего сгорания

 

Показатели мотора могут меняться в связи с повышением числа оборотов коленвала, что приводит к повышению крутящего момента, а его резкое увеличение показывает хорошую динамику разгона машины из-за интенсивного увеличения силы тяги на колесах.

 

Мощность мотора повышается вместе с крутящим моментом и даже, когда он последний понижаться, мощность продолжает повышаться благодаря увеличению оборотов, а на своем максимальном показателе мощность двигателя внутреннего сгорания определяет и максимальную скорость самой машины.

 

Удельный расход горючего должен быть постоянно как можно меньше, это говорит о хорошей экономичности мотора.

 

Конструктивные параметры моторов

 

Любой мотор можно охарактеризовать следующими конструктивно заданными обозначениями, которые практически неизменимы в процессе эксплуатации авто.

 

Объем камеры сгорания — объем углубления в головке над поршнем и полости цилиндра, который находится в верхней мертвой точке — на наибольшем удалении от коленчатого вала в крайнем положении.

 

Рабочий объем цилиндра — то пространство, которое освобождается поршнем при движении от верхней до нижней мертвых точек. Последняя - это крайнее положение поршня на наименьшем удалении от коленчатого вала.

 

Полный объем цилиндра — равен сумме объема камеры сгорания и рабочего объема.

 

Литраж (рабочий объем двигателя) суммируется из рабочих объемов всех цилиндров.

 

Степень сжатия — отношение объема камеры сгорания к полному объему цилиндра. Данный параметр показывает, во сколько раз, при перемещении поршня из нижней мертвой точки в верхнюю, уменьшается полный объем. Для бензиновых моторов определяет октановое число используемого топлива.

 

Показатели моторов

 

Показателями моторов называют величины, которые характеризуют его работу. Помимо конструктивных особенностей, они зависят от настроек и параметров степени износа деталей, систем зажигания и питания, и пр.

 

Компрессия (давление в конце такта сжатия) – это показатель изношенности (технического состояния) клапанов и цилиндро-поршневой группы.

 

Крутящий момент на коленвале мотора определяет силу тяги на осях колес: чем он выше, тем лучше динамика разгона машины. Вычислить его можно, умножив силу на плечо, единицы измерения в Ньютон на метр.

 

Крутящий момент повышается с ростом:

• давления в цилиндрах газов, оно ограничено детонацией (взрывное горение воздушно-бензиновой смеси, также оно сопровождается характерным звонким звуком, который ошибочно называется "стуком поршневых пальцев") или повышением нагрузок в дизельных моторах;
• рабочего объема. Поэтому моторы, которым необходим большой крутящий момент, обладают повышенным объемом. 

Максимальный крутящий момент мотор развивает при установленных оборотах, они указываются в технической документации, ровно также как и сама величина крутящего момента.

 

Мощность мотора — величина, которая показывает, какую работу двигатель внутреннего сгорания совершает в единицу времени, измеряется в лошадиных силах (позднее в кВт). Одна лошадиная сила примерно равна 0,74 кВт. Мощность - это произведение угловой скорости коленчатого вала на крутящий момент (число оборотов в минуту, которое умножено на специальный коэффициент).

 

Моторы высокой мощности получаются увеличением:

• давления в цилиндре через повышение степени сжатия либо наддува воздуха посредством механических или турбонагнетателей. Чтобы применить наддув, степень сжатия специально уменьшают для предотвращения детонации у бензиновых двигателей и понижения жесткости работы у дизелей (повышенные нагрузки цилиндра дизельного мотора, сопровождаемые сильным шумом). Наддув позволяет, к примеру, при меньшем рабочем объеме сохранить нужную мощность;
• оборотов коленвала, число которых ограничено увеличением износа деталей и инерционными силами. Высокооборотный двигатель такой же мощности (при прочих одинаковых условиях — конструкции мотора, применяемых материалах, технологии изготовления и т.д.) по сравнению с низкооборотным обладает меньшим сроком эксплуатации, так как для одного и того же пробега  среднем его коленвал будет совершать большее количество оборотов;
• рабочего объема, что, в свою очередь, приводит к ограничению допустимых максимальных оборотов и росту габаритов двигателя из-за значительных сил инерции деталей большего размера.

Номинальная мощность, которая гарантируется производителем при полной подаче горючего на определенных оборотах. Именно номинальная мощность, а не максимальная мощность, всегда указывается в техническом паспорте на мотор.

 

Удельный расход топлива — это количество горючего, которое расходует двигатель за один час на 1 кВт развиваемой мощности. Это показатель совершенства конструкции мотора: чем ниже расход, тем эффективнее используется энергия топлива сгорающего в цилиндрах.

 

Характеристики моторов.

 

При одинаковых параметрах у разных моторов такие показатели, как крутящий момент, мощность и удельный расход топлива, могут различаться. Это связано с особенностями наподобие фазы газораспределения, количества клапанов на цилиндр и т. п. Поэтому для оценки работы мотора на разных оборотах используют специальные параметры. Характеристики их часто определяются на специальных стендах опытным путем, так как в теории они рассчитываются только приблизительно.

 

Зачастую, в технической документации к машине приводятся внешние скоростные характеристики мотора, определяющие зависимость его удельного расхода топлива, крутящего момента и мощности от числа оборотов коленчатого вала при полной подаче горючего. Именно они и дают представление о максимальных показателях мотора.

 

Если упрощенно, то показатели двигателя внутреннего сгорания изменяются по таким причинам: с увеличением числа оборотов коленчатого вала повышется крутящий момент благодаря увеличенному количеству топлива поступаемого в цилиндры, где-то на средних оборотах он достигает максимума, а потом начинает понижаться. Это происходит по причине увеличения скорости вращения коленчатого вала, в результате которого существенную роль начинают играть аэродинамическое сопротивление впускных трубопроводов, силы трения, инерционные силы, которые ухудшают наполнение цилиндров свежим зарядом смеси.

 

Быстрое повышение крутящего момента мотора указывает на отличную динамику разгона машины благодаря интенсивному увеличению силы тяги на осях колес. Чем величина момента дольше находится в районе своего максимума и не понижается, тем лучше. Такой мотор более приспособлен к изменению условий на дороге и на нем надо будет реже переключать передачи.

 

Вместе с крутящим моментом растет мощность и даже, когда момент начинает снижаться, благодаря повышению оборотов он продолжает увеличиваться. После достижения максимальной точки мощность начинает понижаться по той же причине, по которой снижается крутящий момент. Обороты, которые находятся выше максимальной мощности, пресекаются регулирующими устройствами, так как в таком режиме значительная часть горючего уходит не на совершение работы, а на преодоление трения в двигателе и сил инерции. Максимальная мощность на прямую определят максимальную скорость машины. В этом режиме авто не разгоняется, и мотор работает только на преодоление сил сопротивления движению — сопротивления качению, сопротивления воздуха и т. п.

 

Подводя итог всему сказанному, хочется сказать, что конструкция двигателя внутреннего сгорания, подразумевает то, что удельный расход горючего должен быть на минимуме как можно дольше, так как это основной показатель хорошей экономичности. Минимальный удельный расход, зачастую, достигается слегка ниже средних оборотов, а на них и эксплуатируется машина в городских условиях.