Обеспечение непостоянного рабочего объема цилиндра является насущной задачей. Для достижения такого эффекта применяется технология автоматической остановки части цилиндров при неполной нагрузке двигателя. Такая система уже используется в некоторых моделях пикапов и внедорожников, экономия топлива при этом составляет в среднем около 20%.
Что такое объем двигателя и как рассчитать
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 работает автомобильный двигатель?
Для начала, чтобы было понятнее, о чем пойдет речь, давайте рассмотрим, как происходит рабочий процесс в автомобильном двигателе, и за счет чего машина может двигаться.
Представьте себе замкнутую камеру, в которой одна стенка является подвижным поршнем. Туда через специальный патрубок поместили смесь топлива (бензина) и воздуха, а затем подожгли ее при помощи специального устройства – свечи зажигания. Смесь вспыхивает и мгновенно сгорает, по сути – взрывается. Раскаленный газ, образовавшийся в результате сгорания, толкает поршень.
С обратной стороны поршень прикреплен к коленчатому валу, через который сила толчка передается на колесную ось, приводящую автомобиль в движение. Чем больше сгорит топлива, тем сильнее будет толчок.
Соответственно, большая камера сгорания обеспечит бОльшую мощность двигателя, чем маленькая. Это, конечно, очень упрощенное объяснение, на практике на мощность влияет множество факторов.
Объем двигателя
Прежде чем говорить о компрессии и степени сжатия, разберемся с понятием объема. У цилиндра существует 3 вида объемов:
В полный объем входит рабочий объем и объем камеры сгорания. Каждый мотор имеет определенное количество цилиндров. Чтобы узнать общий объем двигателя, нужно сложить параметры каждого цилиндра.
Объемы цилиндра двигателя
Для расчета рабочего объема одного цилиндра, нужно умножить площадь сечения цилиндра на длину рабочего хода поршня. Длина хода поршня определятся расстоянием от нижней мертвой точки (НМТ) до верхней мертвой точки (ВМТ), т.е. от максимально нижнего до максимально верхнего положения поршня.
По формуле это выглядит так: Vраб. = πr 2 h, где π = 3,14, r – радиус, h – длина рабочего хода поршня.
Например, если объем одного цилиндра составил 499 кубических сантиметров, а цилиндров четыре, то нужно умножить 499 на 4 и получим 1996 кубических сантиметров. Далее, округляем до 2000 и делим на 1000, чтобы получить значение в литрах. Таким образом, рабочий объем двигателя составит 2 литра.
Объем двигателя – это параметр ДВС, который определяет его мощность.
В большинстве стран стоимость автомобильного налога зависит от рабочего объема двигателя. Чем он больше, тем дороже обходится налог. Например, объем мотора японского автомобиля “Kei Car” всего 0,66 кубических сантиметров. Владельцы этих машин вообще не платят дорожный налог.
Рабочий объем любого двигателя измеряется в кубических сантиметрах или литрах. Исходя из объема, автомобили делятся на категории:
- микролитражные (не больше 1,1 литра);
- малолитражные (от 1,2 до 1,7 литра);
- среднелитражные (от 1,8 до 3,5 литра);
- крупнолитражные (от 3,6 и больше).
Чем больше объем, тем больше топливно-воздушной смеси помещается в каждой камере сгорания. Этот показатель напрямую влияет на расход топлива, но вместе с тем увеличивается мощность автомобиля .
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.
Что считается рабочим объемом ДВС
Автомобильный двигатель внутреннего сгорания — сложное инженерное устройство, включающее в себя множественные системы, электронные и механические компоненты, навесные агрегаты и дополнительное оборудование.
Принцип работы заключается в подаче топливовоздушной смеси в камеры сгорания силового агрегата, где эта смесь под давлением поджигается свечами зажигания или накаливания.
В результате горения (которое представляет собой микровзрыв) происходит выделение большого количества энергии, которая движет поршень, находящийся в цилиндре. Поршень воздействует на кривошипно-шатунный механизм, и энергия из поступательной превращается во вращательную. С ее помощью вращается коленчатый вал мотора. Далее крутящий момент от коленвала передается трансмиссии, а от нее уже на ведущую ось (или оси) автомобиля. Полуось вращает колесо — автомобиль едет.
Вышеуказанный процесс цикличен до тех пор, пока водитель не заглушит двигатель либо пока происходит подача топлива, и нет неполадок, препятствующих нормальному функционированию двигателя. Часть цилиндра, в которой происходит процесс горения топлива — это и есть камера сгорания. Ее объем называется рабочим объемом. Чтобы узнать объем двигателя, суммируйте рабочие объемы его камер сгорания (грубо говоря — сумма объемов цилиндров). Для выражения объема двигателя используются литры, а камер сгорания — сантиметры кубические.
Как пример рассмотрим часто встречающийся двухлитровый бензиновый четырехцилиндровый двигатель. Не претендуя на точность, предположим, что каждая его камера сгорания имеет рабочий объем 499 см3. Цилиндра у этого двигателя четыре, суммарный объем камер сгорания равен 1996 см3. Для выражения в литрах округлите эту цифру к ближайшей целой — 2 литра.
Классификация автомобилей по классам в зависимости от объёма двигателя
Каждый крупный автопроизводитель имеет в своей модельной линейке машины разного класса, веса, размера. Касательно легковых автомобилей, то условно их принято делить на:
- Компактные и микролитражные (рабочий объем ДВС до 1.2 литра).
- Автомобили малого класса (объем 1.2-1.8) литра.
- Автомобили среднего класса (1.8-3.5 л).
- Мощные спорткары и гражданские автомобили с рабочим объёмом более 3.5 литра.
- Представительские машины с моторами различного объема.
Видео: Урок 4 — объем, мощность, крутящий момент, расход топлива двигателя, малолитражки, крупнолитражки.
Ещё кое-что полезное для Вас:
- Перегрев двигателя: признаки, причины и последствия
- Почему стучит двигатель на холодную или горячую, причины
- Машина не заводится при нормально работающем стартере: возможные причины
Иногда используют упрощенную классификацию, по которой моторы делятся на три категории. От 1,5 л до 2,5 л — двигатели среднего объема. Всё, что меньше полутора литров, относится к малолитражкам и микролитражкам, а моторы более двух с половиной литров считаются крупнолитражными. Понятно, что и эта система является весьма условной.
Классификация автомобилей по объему двигателя
Как правило, в модельном ряду каждого производителя есть более и менее мощные автомобили, которые различаются габаритами и весом. На малогабаритные автомобили, такие как Daewoo Matiz, не ставят двигатели большого объема, так как для достижения достойных динамических характеристик этому небольшому и легкому автомобилю вполне достаточно мотора с рабочим объемом 1.0.
Соответственно, Daewoo Matiz относится к классу микролитражных автомобилей, а тяжелый кроссовер BMW X5 с объемом двигателя (в одной из модификаций) 4,6 л — к крупнолитражным. Между этими «крайностями» находятся малолитражки и среднелитражные автомобили. Кстати, в некоторых случаях прямой зависимости рабочего объема с его габаритами и весом нет. Хороший пример — спорткары и суперкары. Объем двигателя Lamborghini Gallardo составляет 5 литров при массе 1,5 тонны.
В недавно опубликованном списке автомобилей, попавших под «налог на роскошь» не встречаются модели с объемом двигателя ниже трех литров
От объема двигателя зависят и другие параметры автомобиля. В первую очередь – мощность. Чем больше топлива сгорает за один цикл в цилиндрах двигателя, тем больше энергии выделяется. От мощности двигателя напрямую зависят разгон автомобиля и его максимальная скорость передвижения. Не следует забывать о существовании обратной зависимости: чем больше рабочий объем, тем выше расход топлива.
Можно ли увеличить объем двигателя?
Этот вопрос часто задают себе владельцы автомобилей, задавшихся целью увеличения мощности. Возможность такая есть, но существенно увеличить объем не удастся. Объем увеличивают при капитальном ремонте двигателя, так как для восстановления формы стенок цилиндров их приходится растачивать на специальном станке (если, конечно, в нем не применяются гильзы).
Стенки цилиндров медленно, но неуклонно стачиваются от постоянного трения, что приводит к увеличению объема камеры сгорания, и расточка лишь помогает восстановить нарушенную геометрию и скорректировать расхождение объема разных цилиндров.
В Японии класс малолитражек «kei car» с объемом двигателя до 660 куб.см. освобожден от уплаты дорожного налога
Возможности по увеличению объема ограничивает тот факт, что производители считают, что капитальный ремонт обоснован лишь три раза, после чего двигатель необходимо утилизировать. После расточки блока каждый раз приходится покупать новые поршни большего диаметра, которые называются «ремонтными». Калибров ремонтных поршней всего три. В связи с этим замена двигателя на такой же, но имеющий изначально больший объем — гораздо более перспективное занятие в плане увеличения мощности.
