Диаметр и ход поршня: 403 — Доступ запрещён – Поршневой двигатель внутреннего сгорания — Википедия

Содержание

Техноблогер показал, как ход поршня и его диаметр влияют на мощность и обороты двигателя

Чем короче ход поршня двигателя, тем больше оборотов, а значит, выше его мощность

Техноблогер показал, как ход поршня и его диаметр влияют на мощность и обороты двигателя

Известно, что современные двигатели болидов «Формулы-1» способны выдавать порядка 15 000 об/мин, показатели, недоступные для автомобилей общего пользования. Это возможно благодаря тому, что конструктивно силовые агрегаты болидов имеют очень короткий ход поршней и более широкий цилиндр (соответственно, увеличенный диаметр поршня). Шатуны поршней в таком случае при работе испытывают огромные нагрузки, но это всего лишь плата за дополнительную мощность.

 

Джейсон Фенске, хорошо знакомый нам автомобильный гуру с канала Engineering Explained, в опубликованном на YouTube ролике как всегда доходчиво, убедительно и доказательно объясняет, почему и как именно изменение в двигателе может развить бόльшую мощность, даже если его общий объем остается прежним.

Техноблогер показал, как ход поршня и его диаметр влияют на мощность и обороты двигателя

Известно, что максимальная мощность двигателя зависит от того, сколько оборотов в минуту он может производить. Чем больше число оборотов, тем мощнее двигатель. Так что вполне логично, что самые мощные двигатели также имеют самые высокие обороты. Соответственно, поршень с коротким циклом может покрыть большее расстояние за то же время по сравнению с двигателем, у которого длиннее ход и меньше диаметр цилиндра. Это обеспечивает лучшую «оборотистость» силовой установки. Аналогично больший диаметр цилиндра означает большие клапаны, а это значит, что двигатель может прогонять через себя больше воздуха в каждом цикле, позволяя смеси лучше сгорать. Таким образом, чем больше воздуха, тем больше энергии.

 

Смотрите также


Этот же принцип работает в обратную сторону. Допустим, ваша цель – эффективность, а не мощность. Таким образом, следует ориентироваться на двигатель с меньшими в диаметре цилиндрами и большим ходом. Почему? Потому что чем больше площадь поверхности цилиндра во время сгорания, тем меньше энергии теряется на нагрев, что приводит к более эффективному циклу.


Больше подробностей и полезностей – на предлагаемом видео

Диаметр Цилиндра о Ход Поршня – Двигатель о Мотор Разница

Влияние диаметра цилиндра и хода поршня на эффективный кпд двигателя внутреннего сгорания

Автор: Юлиюс Мацкерле (Julius Mackerle)

32634 2

Объём камеры сгорания в известной степени указывает на количество вводимой теплоты. Теплотворная способность поступающего заряда в бензиновом двигателе определена соотношением воздуха и топлива, близким к стехиометрическому. В дизель подаётся чистый воздух, а подача топлива ограничена степенью неполноты сгорания, при которой в отработавших газах появляется дым. Поэтому связь количества вводимой теплоты с объёмом камеры сгорания достаточно очевидна .

Наименьшим отношением поверхности к заданному объёму обладает сфера. Тепло в окружающее пространство отводится поверхностью, поэтому масса, имеющая форму шара, охлаждается в наименьшей степени. Эти очевидные соотношения учитываются при проектировании камеры сгорания. Следует, однако, иметь в виду геометрическое подобие деталей двигателей разных размеров. Как известно, объём сферы равен 4/3∙π∙R3, а её поверхность — 4∙π∙R2, и, таким образом, объём с ростом диаметра увеличивается быстрее, чем поверхность, и, следовательно, сфера большего диаметра будет иметь меньшую величину отношения поверхности к объёму. Если поверхности сферы разного диаметра имеют одинаковые перепады температур и одинаковые коэффициенты теплоотдачи α, то большая сфера будет охлаждаться медленнее.

Двигатели геометрически подобны, когда они имеют одинаковую конструкцию, но отличаются размерами. Если первый двигатель имеет диаметр цилиндра, например, равный единице, а у второго двигателя он в 2 раза больше, то все линейные размеры второго двигателя будут в 2 раза, поверхности — в 4 раза, а объёмы — в 8 раз больше, чем у первого двигателя. Полного геометрического подобия достичь, однако, не удаётся, так как размеры, например, свечей зажигания и топливных форсунок одинаковы у двигателей с разными размерами диаметра цилиндра.

Из геометрического подобия можно сделать тот вывод, что больший по размерам цилиндр имеет и более приемлемое отношение поверхности к объёму, поэтому его тепловые потери при охлаждении поверхности в одинаковых условиях будут меньше.

При определении мощности нужно, однако, учитывать некоторые ограничивающие факторы. Мощность двигателя зависит не только от размеров, т. е. объёма цилиндров двигателя, но и от частоты его вращения, а также среднего эффективного давления. Частота вращения двигателя ограничена максимальной средней скоростью поршня, массой и совершенством конструкции кривошипно-шатунного механизма. Максимальные средние скорости поршня бензиновых двигателей лежат в пределах 10—22 м/с. У двигателей легковых автомобилей максимальное значение средней скорости поршня достигает 15 м/с, а значения величины среднего эффективного давления при полной нагрузке близки к 1 МПа.

Рабочий объём двигателя и его размеры определяют не только геометрические факторы. Например, толщина стенок задана технологией, а не нагрузкой на них. Теплопередача через стенки зависит не от их толщины, а от теплопроводности их материала, коэффициентов теплоотдачи на поверхностях стенок, перепада температур и т. д. Колебания давления газа в трубопроводах распространяются со скоростью звука независимо от размеров двигателя, зазоры в подшипниках определяются свойствами масляной пленки и т. д. Некоторые выводы относительно влияния геометрических размеров цилиндров, тем не менее, необходимо сделать.

Преимущества и недостатки цилиндра с большим рабочим объёмом

Цилиндр большего рабочего объёма имеет меньшие относительные потери теплоты в стенки. Это хорошо подтверждается примерами стационарных дизелей с большими рабочими объёмами цилиндров, которые имеют очень низкие удельные расходы топлива. В отношении легковых автомобилей это положение, однако, подтверждается не всегда.

Анализ уравнения мощности двигателя показывает, что наибольшая мощность двигателя может быть достигнута при небольшой величине хода поршня.

Средняя скорость поршня может быть вычислена как

Cп = S∙n/30 (м/с),

где S — ход поршня, м; n — частота вращения, мин-1.

При ограничении средней скорости поршня Cп частота вращения может быть тем выше, чем меньше ход поршня. Уравнение мощности четырёхтактного двигателя имеет вид

Ne = Vh∙pe∙n/120 (кВт),

где Vh — объём двигателя, дм3; n — частота вращения, мин-1; pe — среднее эффективное давление, МПа.

Следовательно, мощность двигателя прямо пропорциональна частоте его вращения и рабочему объёму. Тем самым к двигателю одновременно предъявляются противоположные требования — большой рабочий объём цилиндра и короткий ход. Компромиссное решение состоит в применении большего числа цилиндров.

Наиболее предпочтительный рабочий объём одного цилиндра высокооборотного бензинового двигателя составляет 300—500 см3. Двигатель с малым числом таких цилиндров плохо уравновешен, а с большим — имеет значительные механические потери и обладает поэтому повышенными удельными расходами топлива. Восьмицилиндровый двигатель рабочим объемом 3000 см3 имеет меньший удельный расход топлива, чем двенадцатицилиндровый с таким же рабочим объёмом.

Для достижения малого расхода топлива целесообразно применять двигатели с малым числом цилиндров. Однако одноцилиндровый двигатель с большим рабочим объёмом не находит применения в автомобилях, поскольку его относительная масса велика, а уравновешивание возможно лишь при использовании специальных механизмов, что ведёт к дополнительному увеличению его массы, размеров и стоимости. Кроме того, большая неравномерность крутящего момента одноцилиндрового двигателя неприемлема для трансмиссий автомобиля.

Наименьшее число цилиндров у современного автомобильного двигателя равно двум. Такие двигатели с успехом применяют в автомобилях особо малого класса («Ситроен 2CV», «Фиат 126»). Сточки зрения уравновешенности, следующим в ряду целесообразного применения стоит четырёхцилиндровый двигатель, однако в настоящее время начинают применять и трёхцилиндровые двигатели с небольшим рабочим объёмом цилиндров, поскольку они позволяют получить малые расходы топлива. Кроме того, меньшее число цилиндров упрощает и удешевляет вспомогательное оборудование двигателя, так как сокращается число свечей зажигания, форсунок, плунжерных пар топливного насоса высокого давления. При поперечном расположении в автомобиле такой двигатель имеет меньшую длину и не ограничивает поворот управляемых колёс.

Трёхцилиндровый двигатель позволяет использовать унифицированные с четырёхцилиндровым основные детали: гильзу цилиндра, поршневой комплект, шатунный комплект, клапанный механизм. Такое же решение возможно и для пятицилиндрового двигателя, что позволяет при необходимости увеличения мощностного ряда вверх от базового четырёхцилиндрового двигателя избежать перехода на более длинный шестицилиндровый.

В дизелях помимо уменьшения потерь теплоты при сгорании большой рабочий объёмом цилиндра даёт возможность получить более компактную камеру сгорания, в которой при умеренных степенях сжатия создаются более высокие температуры к моменту впрыска топлива. У цилиндра с большим рабочим объёмом можно использовать форсунки с большим числом сопловых отверстий, обладающих меньшей чувствительностью к нагарообразованию.

Отношение хода поршня к диаметру цилиндра

Частное от деления величины хода поршня S на величину диаметра цилиндра D представляет собой широко употребляемое значение отношения S/D. Точка зрения на величину хода поршня в течение развития двигателестроения менялась.

На начальном этапе автомобильного двигателестроения действовала так называемая налоговая формула, на основе которой взимаемый налог на мощность двигателя рассчитывался с учетом числа и диаметра D его цилиндров. Классификация двигателей осуществлялась также в соответствии с этой формулой. Поэтому отдавалось предпочтение двигателям с большой величиной хода поршня с тем, чтобы увеличить мощность двигателя в рамках данной налоговой категории. Мощность двигателя росла, но увеличение частоты вращения было ограничено допустимой средней скоростью поршня. Поскольку механизм газораспределения двигателя в этот период не был рассчитан на высокую оборотность, то ограничение частоты вращения скоростью поршня не имело значения.

Как только описанная налоговая формула была упразднена, и классификация двигателей стада проводится в соответствии с рабочим объёмом цилиндра, ход поршня начал резко уменьшаться, что позволило увеличить частоту вращения и, тем самым, мощность двигателя. В цилиндрах большего диаметра стало возможным применение клапанов больших размеров. Поэтому были созданы короткоходные двигатели с отношением S/D, достигающим 0,5. Усовершенствование механизма газораспределения, особенно при использовании четырех клапанов в цилиндре, позволило довести номинальную частоту вращения двигателя до 10000 мин-1 и более, вследствие чего удельная мощность быстро возросла.

В настоящее время большое внимание уделяется уменьшению расхода топлива. Проведённые с этой целью исследования влияния S/D показали, что короткоходные двигатели обладают повышенным удельным расходом топлива. Это вызвано большой поверхностью камеры сгорания, а также снижением механического КПД двигателя из-за относительно большой величины поступательно движущихся масс деталей шатунно-поршневого комплекта и роста потерь на приводы вспомогательного оборудования. При очень коротком ходе нужно удлинять шатун с тем, чтобы нижняя часть юбки поршня не задевалась противовесами коленчатого вала. Масса поршня при уменьшении его хода мало уменьшилась и при использовании выемок и вырезов на юбке поршня. Для снижения выброса токсичных веществ в отработавших газах целесообразнее применять двигатели с компактной камерой сгорания и с более длинным ходом поршня. Поэтому в настоящее время от двигателей с очень низким отношением S/D отказываются.

Рис. 1
Влияние отношения хода поршня S к диаметру цилиндра D на среднее эффективное давление pe гоночных автомобилей

Зависимость среднего эффективного давления от отношения S/D у лучших гоночных двигателей, где четко видно снижение pe при малых отношениях S/D, приведена на рис. 1. В настоящее время более выгодным считается отношение S/D, равное или несколько большее единицы. Хотя при коротком ходе поршня отношение поверхности цилиндра к его рабочему объёму при положении поршня в НМТ меньше, чем у длинноходных двигателей, нижняя зона цилиндра не так важна для отвода теплоты, поскольку температура газов уже заметно падает.

Длинноходный двигатель имеет более выгодное отношение охлаждаемой поверхности к объёму камеры сгорания при положении поршня в ВМТ, что более важно, так как в этот период цикла температура газов, определяющая потери теплоты, наиболее высока. Сокращение поверхности теплоотдачи в этой фазе процесса расширения уменьшает тепловые потери и улучшает индикаторный КПД двигателя.

Последнее обновление 02.03.2012
Опубликовано 27.09.2011

Наверх

Читайте также

  • Гидростатические приводы

    Гидростатическая передача в легковых автомобилях до настоящего времени не применяется, поскольку она дорога и ее КПД относительно низок.

    Диаметра Поршня и его Ход — как влияют на ТТХ двигателя (теоретически) ?

    Наиболее часто она используется в специальных машинах и транспортных средствах.

Сноски

  1. ↺ Мацкерле Ю. Современный экономичный автомобиль/Пер. с чешск. В. Б. Иванова; Под ред. А. Р. Бенедиктова. — М.: Машиностроение, 1987. — 320 с.: ил.//Стр. 186 — 192 (книга есть в библиотеке сайта). – Прим. icarbio.ru
  2. ↺ Узнать больше о эффективном КПД. – Прим. icarbio.ru

Комментарии

Парень, не проще ли по авто-форумам полазить, чем тут всё выспрашивать?

Почему возникает перегрев?

Изучите элементы системы охлаждения. Практически любой из них при определенных обстоятельствах может быть причиной перегрева двигателя. В основном такие проблемы в большинстве случаев вызывает недостаточное количество охлаждающей жидкости в системе, плохое охлаждение жидкости в радиаторе, недостаточное уплотнение камеры сгорания, не герметичность в системе. Именно плохая герметичность системы является причиной уменьшения избыточного давления в системе.

Причиной плохого охлаждения жидкости в радиаторе является наружное загрязнение радиатора пылью, листвой, тополиным пухом, а также неисправность муфты или двигателя включения вентилятора, датчика, термостата. Возможно и внутреннее загрязнение радиатора. Раньше это было из-за накипи, после длительной работы двигателя на воде. Сейчас причиной загрязнения является использование разнообразных герметиков для радиатора. Такой эффект от них даже более сильный, чем от воды. Довольно большая проблема прочистить тонкие трубки радиатора, если они забиты таким средством. Обычно такие неисправности легко обнаружить и чтобы доехать до пункта назначения или СТО, необходимо долить жидкость в систему и включить отопитель.

Распространенная причина перегрева — недостаточное уплотнение камеры сгорания. Продукты сгорания топлива в цилиндре находятся под большим давлением. Они просачиваются в рубашку охлаждения через плохое уплотнение и оттесняют охлаждающую жидкость от стенок камеры сгорания. Также горячие газы дополнительно нагревают стенку.

Укороченный ход и удлиненный ход поршня

Недостаточное уплотнение возникает из-за трещин в головке или гильзе цилиндра, прогара прокладки головки, деформации привалочной плоскости блока или головки, которая и возникает вследствие перегрева. Как определить эту проблему? В расширительном бачке будет запах выхлопных газов, при работающем двигателе из расширительного бачка вытекает антифриз, после запуска двигателя быстро повышается давление в системе охлаждения, в картере появится эмульсия воды с маслом. Но определить окончательно, с чем связано недостаточное уплотнение камеры сгорания, можно только после разборки двигателя.

Причиной не герметичности системы охлаждения могут быть, чаще всего, трещины в шлангах, износ уплотнителя насоса, слабая затяжка хомутов, неисправность радиатора и другие. Течь радиатора может появиться после использования некачественной (неизвестного происхождения) охлаждающей жидкости, которая разъедает трубки, а если длительно эксплуатировать на воде, то быстро изнашиваются уплотнения насоса. Определить низкий уровень охлаждающей жидкости в системе и место утечки очень просто визуально.

В результате не герметичности системы охлаждения давление в системе падает до атмосферного. А чем меньше давление, тем ниже температура, при которой жидкость закипает. Т.е. если температура в системе около 100 градусов, то жидкость закипает.

Это выдал гугл по запросу, аналогичному твоему вопросу )

электродвигатели разной мощности;

насосные агрегаты (насосы консольные, центробежные секционные, погружные, вакуумные, скважинные), водоснабжающие станции;

электрообогревательное оборудование;

провод ВПП, станции защиты.

Наш адрес:

660075 г. Красноярск, ул. Маерчака 40, офис 201

Телефон / Факс:

8 (391) 221-76-16, 221-24-56 / 221-15-82

e-mail:[email protected]

ООО «Практика»

                  Дорогие друзья!

   Рады, что вы заглянули в наш виртуальный офис.

   Компания «Практика» представляет в красноярском регионе интересы таких предприятий, как: ОАО «Элдин», ОАО «Сибэлектромотор», ВЭМЗ, Marina, Speroni, Pedrollo, Grundfos, Wilo и предлагает Вам широкий ассортимент промышленного и инженерного оборудования:

  • электродвигатели 
    — общепромышленные электродвигатели
    — крановые электродвигатели
    — взрывозащищенные электродвигатели
    — электродвигатели специального исполнения
  • насосное оборудование 
    — консольные, моноблочные
    — вихревые, вакуумные
    — горизонтальные сетевые
    — фекальные, дренажные
    — погружные, питательные
    — центробежные секционные
    — шестеренные, песковые
    — бензиновые, нефтяные
  • тепловое оборудование 
    — конвекторы с электронным термостатом
    — водонагреватели накопительные
    — кабель обогрева полов, водостоков, крыш
    — тепловые завесы, пушки
  • котельное оборудование
    — дымососы
    — вентиляторы низкого давления
    — вентиляторы среднего давления
    — вентиляторы высокого давления
    — пылевые вентиляторы
    — осевые вентиляторы
    — крышные вентиляторы
  • запорную арматуру
  • пускозащитную аппаратуру

   Все поставляемое оборудование сертифицировано в соответствии с российскими стандартами и обеспечено выполнением гарантийных обязательств.

   Особое значение имеет тот факт, что мы предоставляем глубокие и исчерпывающие консультации по подбору импортного и отечественного оборудования. Восьмилетие успешной работы на рынке электротехнического оборудования позволило компании «Практика» стать надежным партнером более чем 3000 больших и малых предприятий, предлагающим электродвигатели общепромышленной номенклатуры по ценам ниже заводских из наличия на складе.

Что дает соотношение хода поршня к диаметру цилиндра

Оперативный запас электродвигателей составляет более 1500 единиц, постоянно увеличивается запас крановых электродвигателей

   «Практика» — это круг партнеров, отличающихся высокой степенью надежности. Мы предлагаем к продаже только качественное оборудование. Наше оборудование — наш имидж, и последним мы очень дорожим.

   По желанию заказчика произведем отгрузку в любой регион.

   Надеемся, что данная информация окажется для Вас полезной и мы непременно установим долговременные взаимовыгодные отношения.

© 2006 ООО «Практика»

Карбюраторный двигатель ВАЗ 2106 с четырьмя цилиндрами представляет собой рядную силовую установку с вертикальным ходом поршневой группы. Дислокация распределительного вала – вверху в ГБЦ.

Линейка двигателей ВАЗ шестого поколения представлена 3 видами моторов:

  1. Изделие, где объем двигателя составляет 1,6 л. Это наиболее востребованный агрегат семейства классических транспортных средств этой модели.
  2. Изделие с мотором, объем которого приближается к 1,3 л. Отличие от основной силовой установки состоит в том, что в этом агрегате длина хода поршневых элементов меньше на 1,4 см. Соответственно, изменения коснулись и таких элементов мотора, как блок, коленчатый вал и компоненты цепной передачи ГРМ. Также в топливной системе использован другой карбюратор.
  3. Изделие с мотором, объем которого составляет почти 1,5 л. Отличие от штатного карбюраторного агрегата состоит в диаметре поршневой группы, который меньше на 0,03 см штатного диаметра цилиндров. Это привело к изменению параметров блока и шатунно-поршневых элементов.

Штатный двигатель ВАЗ 2106 – это результат модернизации мотора «тройки». Вследствие этой усовершенствования мощность двигателя увеличена до 75 л.с. при достижении крутящего момента 116 Нм. При этом диаметр цилиндра составляет 7,9 см.

Качественный тюнинг двигателя предназначен для повышения параметров динамичности силовой установки. Методы проведения тюнинга:

  • форсирование движка «шестерки»;
  • чип-тюнинг двигателя;
  • установка более прогрессивной системы зажигания на транспортное средство.

Серьезным прорывом при тюнинге двигателя можно считать увеличение поршневого хода и диаметра цилиндров. Если в первом случае необходимо заменить коленвал, что весьма затратно, то во втором моменте проще применить цилиндры ремонтных (увеличенных) размеров. Также практикуется поршневые изделия иных модификаций, что потребует проведения хонингования гильзовых отверстий. Для повышения степени сжатия требуется провести обработку прокладки-уплотнителя ГБЦ.

Одним из действенных способов тюнинга двигателя может стать т.н. доводка силовой установки, представляющая собой перечень мероприятий на агрегате, приводящий к улучшению динамических показателей мотора.

Влияние диаметра цилиндра и хода поршня на эффективный кпд двигателя внутреннего сгорания

Основные действия при выполнении доводки:

  1. Снижение весовых характеристик коленвала и шатунно-поршневой группы.
  2. Шлифовальные работы и притирка сопряженных поверхностей коллекторов.
  3. Калибровка и регулировка электронных комплексов, отвечающих за работу моторного агрегата.
  4. Увеличение или уменьшение передаточных чисел шестерен.

Углубленный тюнинг двигателя ВАЗ 2106, прежде всего, связан с подбором и установкой коленвала специального типа взамен штатной детали. Такая деталь монтируется с кривошипом большего размера. Под блок, расточенный под поршневую группу увеличенного диаметра, подбираются цилиндры, укомплектованные кольцами Т-образной конфигурации компрессионного типа.

Далее проводится технологическая корректировка настройки всех составляющих элементов двигателя с основной задачей по повышению коэффициента сжатия в цилиндре мотора. Этот показатель напрямую связан с угловым значением газораспределительных фаз и позиции дроссельной заслонки.

Позиционное изменение газораспределительного вала проводится приводной шестеренкой регулируемого типа, что дает возможность наполнять топливом с повышенной концентрацией воздуха камеру сгорания. Наиболее эффективным вариантом тюнинга двигателя считается монтаж турбины на силовую установку и оборудование транспортного средства т.н. «прямотоком», т.е. выводной системой прямоточного выхода газов. Выбор такого вспомогательного оснащения целесообразно проводить со специалистом по двигателям. Если автомобиль будет усовершенствован турбиной, то это намного увеличит динамические параметры двигателя.

Такой вид модернизации, как чип-тюнинг двигателя дает возможность оптимизации функционала транспортного средства. Изменение динамических параметров происходит без применения механических доводок. Такой сервис проводится исключительно в авто, где имеется система ЭБУ. Наличие в ЭБУ соответствующего программного обеспечения позволяет контролировать и изменять параметры настроек зажигания, топливной подачи, расходомера и т.д.

Одним из прогрессивных путей тюнинга двигателя считается корректировка системы зажигания транспортного средства. Для этих целей практикуется установка электронно-коммутационного зажигания, которое в среде автомобилистов называют бесконтактным, т.е. без участия компонентов механической коммутации (контактов прерывателя). Дополнительно к этому необходимо поменять свечные элементы системы на более высококачественные изделия.

Статьи по теме:

  • БМВ 7 Е38

    BMW 7-Series e38 (1998-2001) – третье поколениеТак как второе поколение было снято с производства, было…

  • ЗИС 5 АВТОМОБИЛЬ

        Автомобиль ЗИС-5 (1933-1941 г.г.), ЗИС-5В (1941-1947 г.г.), ЗИС-50 (1948), УралЗИС-5 (1947-1955г.г.), УралЗИС-355 (1956-1957г.г.), УралЗИС-355В (1957-1958г.г.).…

  • МЕРСЕДЕС С МИГАЛКОЙ

    Автокатастрофа Ольги АлександринойГоликов Альберт Александрович        Статьи | Общество Версия для печати «ДТП…

Как правильно форсировать поршневой двигатель по объёму. (R/S). :: SS20 Sport Club

Как правильно форсировать поршневой двигатель по объёму.

Увеличение объема двигателя внутреннего сгорания является самым простым способом поднять моментные (в большей степени) и мощностные характеристики мотора.

Первый (более «народный» – т.к. дешевый) – расточка блока цилиндров под больший диаметр поршня. Затратная часть – работы по расточке блока, стоимость комплекта поршней и колец большего диаметра.

Второй способ (более дорогой) – замена штатного коленчатого вала на другой, имеющий больший радиус кривошипа – больше ход поршня – больше объём. Затратная часть – коленчатый вал (диаметр кривошипа от 74,8 мм до 88 мм), комплект специальных поршней под данный коленчатый вал (т.к. блок цилиндров имеет определенную конечную высоту), поршневые кольца, ну и работы по расточке блока под заданный комплект поршней.

На удивление, рост рабочего объема поршневого двигателя не всегда самый выгодный способ форсировки – иногда, в зависимости от того, что вы хотите получить от мотора, выгоднее доработать головку блока цилиндров с установкой подходящего распределительного вала и после этих операций «снять» большую мощность с вашего силового агрегата.

Естественно, чтобы возможности распределительного вала раскрылись в полную силу, необходима доработка ГБЦ – зачастую довольно серьезная – вплоть до перепрессовки седел и установку клапанов бОльшего диаметра (на 8-ми клапанные моторы хорошо подходят клапаны от BMW, а на 16-ти клапанные – от различных VW и Opel). Кроме того, нельзя забывать про впускные и выпускные каналы, по которым топливно-воздушная смесь поступает в цилиндры, а отработанные газы «вырываются» с большой скоростью – их необходимо дорабатывать, увеличивая до определенных пределов их сечение, производя внутреннюю полировку и изменяя их профиль.

Кроме ГБЦ, достаточно большое влияние на характер мотора оказывает содержимое и «геометрия» блока цилиндров. Мы не будем обсуждать разные типы поршней и их форму, весовые характеристики коленчатых валов, хотя бесспорно они вносят определенный вклад в характер будущего мотора.

Существует такое понятие, как отношение длины шатуна к ходу поршня, эта характеристика и сам диаметр кривошипа коленчатого вала (ход поршня) существенно влияют на «дыхание» мотора: ведь по своей сути, ДВС – это насос, который прокачивает через себя определенный объем смеси воздуха с топливом за определенный промежуток времени.
В данной статье мы рассмотрим влияние соотношения длинны шатуна и диаметра кривошипа коленчатого вала на «характер» мотора двигателей семейства ВАЗ-2108. В англоязычной литературе это соотношение именуется R/S – rod to stroke ratio, и ему уделяется достаточно серьезное внимание при доработке моторов. Многие источники считают, что «золотой серединой» является величина R/S, равная 1,75.

В Интернете вы сами можете при желании найти достаточно много выкладок и расчетов по геометрии моторов Honda. Отчасти все они будут справедливы и для моторов ВАЗ, так как в обоих случаях речь идет о двигателях относительно небольшого рабочего объема (моторы Honda серий В16А — В20В с объемом соответственно от 1,6 до 2,0 литров, что вполне соотносится с литражом моторов ВАЗ 21083 (2112), получаемым при форсировании путем увеличения рабочего объема). Вот для примера геометрия легендарного мотора В16А (объем 1587 см. куб., мощность 160 л.с.; это первый «гражданский» мотор, имеющий удельную мощность 100 лс\литр):

Длина шатуна: 134 мм
Ход поршня: 77 мм
Соотношение R/S: 1,74:1 (что как видим практически близко к «золотой середине»)

Посмотрим какая обстановка с отечественными двигателями (берем только ВАЗ 8-го семейства, т.к. другие не столь актуальны)
21081 – объём 1099 куб. см
—         ход 60,6 мм
—         диаметр поршня 76 мм
—         длина шатуна 121 мм
—         R/S = 1,996
2108 — объём 1288 куб. см
—         ход 71 мм
—         диаметр поршня 76 мм
—         длина шатуна 121 мм
—         R/S = 1,7
21083 — объём 1499 куб. см.
—         ход 71 мм
—         диаметр поршня 82 мм
—         длина шатуна 121 мм
—         R/S = 1,7
21084 — объём 1580 куб см.
—         ход 74,8 мм
—         диаметр поршня 82 мм
—         длина шатуна 121 мм
—         R/S = 1,61

Нестандартные конфигурации двигателя 21083 (табл. 1) :

Шатун 132 мм могут устанавливаться в стандартный блок цилиндров ВАЗ 21083 только при использовании 2-х колечных поршней.

Эффект большого R/S:

ЗА: Позволяет поршню дольше находиться в ВМТ, что обеспечивает лучшее горение топливной смеси, т.е. более полное сгорание топливной смеси, более высокое давление на поршень после прохождения ВМТ, более высокая температура в камере сгорания. В результате хороший момент на средних и высоких оборотах.
Длинный шатун уменьшает трение пары «поршень-цилиндр», а это особенно важно при рабочем ходе поршня.

ПРОТИВ: Мотор, собранный с достаточно большим значением R/S не обеспечивает хорошее наполнение цилиндров на низких и средних частотах вращения КВ, из-за снижения скорости воздушного потока (из-за уменьшения скорости движения поршня после ВМТ, в момент открытия впускного клапана).
Большая вероятность появления детонации из-за высокой температуры в камере сгорания и длительного времени нахождения поршня в ВМТ.

Эффект малого R/S:

ЗА: Обеспечивает очень хорошую скорость наполнения цилиндров на низких и средних частотах вращения КВ, так как скорость движения поршня от ВМТ больше, разряжение нарастает быстрее, что улучшает наполнение цилиндров, более высокая скорость движения топливовоздушной смеси делает смесь более гомогенной (однородной) что способствует лучшему сгоранию.
преимущества: более низкие требования к доработке и диаметрам каналов ГБЦ, чем на моторе с высоким соотношением R/S.

ПРОТИВ:

Малая величина R\S означает, больший угол наклона шатуна. Это значит, что большая сила будет толкать поршень в горизонтальной плоскости. Для мотора это означает следующее:

1) Большая нагрузка на шатун (особенно на центр шатуна), что делает разрушение шатуна более вероятным. Разрушение шатуна само по себе мало вероятно, кроме случаев обрыва, при заклинивании и гидроударе, как правило, шатун рвется у верхней или
нижней головки под углом приблизительно 45 градусов к оси шатуна.

2) Увеличение нагрузки на стенки блока цилиндров, большая нагрузка на поршни и кольца, увеличение рабочей температуры вследствие повышенного трения, как результат, более быстрый износ стенок цилиндра, колец, и ухудшении условий смазки. Износ этого участка зависит от величины смещения оси пальца отн. оси поршня и от значения максимального угла наклона шатуна, т.е. при применении «кованных» поршней со смещенным пальцем, износ будет меньше чем при применении стандартных поршей.

3) Более короткий шатун также увеличивает скорость движения поршня, что влияет на износ и увеличение трения. Максимальная скорость поршня приходится на угол около 80 градусов поворота коленчатого вала от ВМТ, для мотора с коленвалом 74,8 мм при 5600 оборотов в минуту она равна 22,92 м/с при шатуне 121 мм., и 22,80м/с., при шатуне 129 мм.
Наиболее весомым является зависимость ускорения поршня от длины шатуна. Большие значения ускорения положительно влияют на наполнение цилиндров на малых оборотах, что ведет к «тяговитости» двигателя в следствии лучшего наполнения. Но на высоких оборотах из-за инерционности потока во впускной трубе происходит эффект запирания на впускном клапане (т.е объем цилиндра над поршнем растет быстрее, чем может заполняться через клапанную щель, что ведет к ухудшению наполнения и мощностных характеристик на высоких оборотах). В случае длинного шатуна на малых оборотах происходит обратный выброс смеси, но на высоких нет явления запирания.

По вполне понятным причинам, АВТОВАЗ комплектует свои моторы шатуном 121мм (он обеспечивает 83-му мотору R/S = 1,7, что вполне удовлетворительно). Но для «тюнингаторов», использующих КВ с большим радиусом кривошипа, шатун 121 мм обеспечивает не очень хорошее отношение R/S (см. табл. 1), поэтому на рынке «нестандартных», а-ля «спортивных» запчастей существуют и продаются шатуны с большей длинной – 129, 132 мм, цена их правда не столь привлекательна, она колеблется от 70 до 200 долларов за комплект. Еще не стоит забывать, что «экстра ходы» поршня компенсируются уменьшением компрессионной высоты поршня (смещением поршневого пальца вверх) или увеличением высоты блока цилиндров. Т.к. компрессионную высоту можно уменьшать до определенного предела, то следующим шагом будет замена блока цилиндров на более высокий, что повлечет за собой немалые расходы финансовых средств. Все эти действия направлены для того, чтобы увеличить значение R/S.

Поршни Formula1. Эволюция поршней болидов, конструкция, инерционные нагрузки до 10000 G.

Поршни двигателей болидов F1

  За все время существования гонок формулы один, конфигураций поршневой группы хоть и было бесчисленное количество, объединяло их все время одно свойство — малый ход и большой диаметр поршня, не считая конечно способности выдерживать огромные тепловые и ударные нагрузки.

  Даже начиная с самых первых болидов 1950 — х годов ход поршня, для примера: болида Ferrari 125 F1 имел диаметр 55 мм и ход 52 мм. 1.5 литровый атмосферный V12 с максимальной мощностью 220-280 лс (в зависимости от модификации) достигавшейся на очень высоких по тем временам оборотах 7500 об/мин.

Турбопоршни 80-х годов

  1983 г. двигатель Ferrari 126C2B имел конфигурацию поршневой группы 81х48,4 мм. Имея максимальные обороты до 11500 об/мин ход поршня уже тогда был небольшим 48.5 мм

  Так как правилами рабочий объем всегда был жестко лимитирован, чтоб значительно поднять мощность приходилось все время повышать оборотистость мотора. Самым лучшим способом повышения оборотов, является уменьшение хода поршня, что при ограниченном объеме и числе цилиндров, приведет к увеличению диаметра поршня. Двигатель с малым ходом поршня не может имень огромный крутящий момент, но зато он может быть реализован на очень высоких оборотах, что приведет к значительному увеличению максимальной мощности.

  Соответственное увеличение диаметра поршня позволяет поставить огромные клапана, чтоб обеспечить наполнение цилиндров топливовоздушной смесью.

  Возьмем для примера двигатель с 1.5 литровым объемом, который имеет максимальную мощность 100 лс на 6000 об/мин, что будет соответствовать примерно 120 н/м крутящего. Если тот же крутящий момент сдвинуть далеко вверх по оборотам, к примеру до 18000 об/мин то двигатель будет обладать втрое большей максимальной мощностью в 300 лошадей. Кто-то скажет что мощность не важна, а более важен крутящий момент! В принципе правильно, но момент должен быть на колесах !!! После понижении оборотов в КПП и главной паре момент на них будет также в 3 раза больше.

  После такого маленького отступления вернемся собственно к поршням.

Тепловые потери и методы борьбы с ними в формуле один.

 На самом деле поршни формулы один не являются самыми совершенными изделиями своего рода, используемые в ДВС. Связано это с запретами на использование других материалов в конструкции поршневой двигателя формулы один кроме металлов. Так например использование покрытий керамическими материалами днища поршня, позволило бы увеличить КПД двигателя и вытекающие из этого повышение мощности, при том же расходе топлива. Суть покрытий заключается в создании теплового барьера между раскаленными газами и днищем поршня, чем меньше тепла уйдет на нагрев поршня тем больше оно преобразуется в полезную работу, а при высоком давлении тепло довольно быстро переходит к стенкам всех поверхностей в камере сгорания. В формуле один единственным методом повышения теплового КПД остается полировка либо шлифовка поршня и камеры сгорания. Полировка позволяет уменьшить площадь поверхности (на микро уровне) Соответственно чем меньшая поверхность контактирует с раскаленными газами, тем меньше тепла перейдет на бесполезный нагрев двигателя. Полировка очень трудоемкий процесс и даже в формуле один не все команды ее используют, достаточно просто качественной (гладкой) обработки поверхности.

Подробнее о тепловых потерях и тепловом КПД: Тепловые потери в двигателях

Большие возможности поршней формулы один

  Так как диаметр поршня относительно хода большой, появляется возможность поставить большие клапана и сделать впускные, выпускные каналы большого сечения. Объем цилиндра получается небольшим. Наполнение при такой компоновке не уменьшается, даже на очень больших оборотах работы двигателя. Пропускная способность клапанов и каналов в несколько раз больше, в сравнении с обычным ДВС того-же объема. (более 3 раз)

  Самые высокие обороты двигателей допущенных к участию в формуле один были реализованы в 2000-х годах. Ferrari F2005 имела силовой агрегат долговременно работающий на оборотах 19.100 об/мин с мощностью 920 лс. Это был 3.0 литровый атмосферный V10 с диаметром цилиндра и ходом поршня 96х41.4мм соответственно. При этом обороты были ограничены правилами, но сам двигатель мог работать на 22.000+ об/мин, при которых имел гораздо больше мощности.

Нагрузки действующие на поршень формулы один

Инерционные ограничения поршневой.

  С повышением оборотов двигателя, необходимых для получения высоких показателей мощности от атмосферного мотора, очень сильно повышаются инерционные нагрузки на все детали совершающие возвратно поступательные движения. К таким деталям относится поршень, поршневой палец и шатун. Уменьшить инерцию можно уменьшением хода поршня и уменьшением возвратно — поступательно движущихся масс. Сильно уменьшить массу поршня в F1 не получается ввиду относительно большого диаметра и в то же время огромной мощности, но вот ход поршня здесь как раз не велик.

Примеры: Характеристики поршней

  Масса поршневой одного цилиндра в сборе современных болидов формулы один 2000-2013 около 600 грамм. Сюда входит масса поршня с кольцами, поршневого пальца, и шатуна. Поршень Honda F1 RA806E V8 весит: 2003г — 251гр; 2004г — 210гр; 2005г — 230гр. Ускорение поршней при совершении возвратно поступательного движения около 9000G на 19000 об/мин. Максимальная нагрузка на шейку коленвала около 6000 килограмм на максимальных оборотах и мощности. Среднее эффективное давление на днище поршня при максимальном крутящем моменте 15 бар — что при площади 98 миллиметрового поршня в 75 см2 дает среднюю нагрузку в 1125 кгс, это позволяет снимать с одного поршня около 100 лошадиных сил на высоких оборотах. В итоге получается, что инерционные нагрузки превосходят нагрузки горения топлива более чем в 6 раз! Правда справедливости ради стоит заметить, что максимальные (пиковые) давления в камере сгорания доходят до 100 бар (7.5 тонн на днище поршня), но они очень кратковременны, а инерционные с разной долей действуют практически постоянно и скорей кратковременно их отсутствие.

Конструкция поршней ДВС F1

  Поршень является практически отпечатком камеры сгорания, так как из-за большого диаметра, малого хода поршня и высокой степени сжатия, места под собственно настоящую камеру сгорания, в компоновке цилиндра двигателей формулы один практически не остается. К примеру, при ходе поршня 40 мм и степени сжатия 13:1 недоход поршня составит всего 3 мм, если считать по всей поверхности. В то время как в обычных гражданских моторах только, одна прокладка блока цилиндров может иметь 2 мм-ю толщину.

  Алюминий является основным материалом используемым в производстве высокотехнологичных поршней F1. Наиболее подходящим сплавом является ялюминиево-беррилиевый состав. Алюминиевые поршни с добавлением беррилия обладают на 30% меньшим весом и более высоким показателем теплопроводности. Такие детали применяла команда McLaren в сезоне 1998 года однако FIA очень быстро запретила использование беррилия из — за высокой вредности металла.

Материалы разрешенные к использованию описаны в правиле технического регламента под номером 5.17.1. По сути разрешено использование следующих сплавов: Al-Si; Al-Cu; Al-Mg или Al-Zn (хотя другие пункты правил позволяют добавление небольших количеств других элементов к основному сплаву.

Серии разрешенных сплавов для поршней F1

2000 серия: Алюминий, легированный медью
4000 серия: Алюминий, легированный кремний
5000 серия: Алюминий, легированный магнием
7000: Алюминий, легированный цинком

Как ни странно но один из самых распространенных сплавов для поршней F1 разработан еще в 30-х годах. Носит но аббревиатуру 2618 и разрабатывался первоначально для авиационного двигателя Rolls Royce. Высокая твердость и устойчивость к высоким температурам, а также стойкость усталостному разрушению сделало его столь популярным в аэрокосмической индустрии и F1.

  Некоторые моторы имеют сверхтонкие поршневые кольца. При довольно скудной информации в этом вопросе, все же известно, что бывают компрессионные кольца с толщиной всего 0.5 миллиметра. Малая толщина позволяет уменьшить трение кольца о цилиндр и при этом усилить удельное прижимное усилие. Чем больше удельное давление кольца на стенки цилиндра, тем меньшее количество газов попадет в картер двигателя и соответственно больше совершиться полезной работы. Чтоб сделать кольца более упругими при столь малой толщине, приходиться сильно заглублять их в поршне и делать более широкими.

Поршевая эволюция в формуле 1

  1967 Ferrari 312 F1 один из 12 поршней 3 литрового двигателя. Мощность 360 лс при 10000 об/мин

  Это поршень от 3-литрового оппозитного ДВС V12 Ferrari 1971 года. Первоначальная мощность 365 лс на 10000 об/мин. В дальнейшем на этой базе были созданы модификации с мощностью до 510 лс при более чем 12000 об/мин.

  1981 Ferrari 126ck турбо. Тип двигателя 021 120° развал блока V6. 1.5 литра степень сж. 6.7:1, впрыск топлива, мощность 580 лс при 11500 об/мин. 4 кл. на цил. 2 KKK турбины.

Диам. цил./ход поршня 81х48,4 мм.   Еще один представитель легендарной турбо эры восьмидесятых: 1982 Formula 1 Ford Cosworth FW08 DFV

  Яркий представитель атмосферной эры. Двигатель Феррари с 5 клапанами на цилиндр! 1993 года ferrari F1 F 93A. 3.5 литра V12 700 лс.

  1999 Ferrari F399 3 литровый V10 атмо. мощность 790 лс. при 16300 об/мин Диаметр/ход 96х41.4 мм

  Более подробно читайте на странице: Honda F1 RA806E V8 описание и фото в разрезе

  v10 Peugeot F1

Факты и статистические данные двигателя работающего на 18000 об/мин.

Что происходит за одну секунду:

300 оборотов коленчатого вала
150 открытий и закрытий клапанов
360 литров топливовоздушной смеси сгорает
3 литра охлаждающей жидкости, проходит по патрубкам системы охлаждения
1 литр масла проходит по всем каналам ДВС

Максимальные пиковые характеристики поршня F1 на 19000

Сила ускорения 9000 G

Пиковое давление на днище 100 бар
Среднее давление 15 бар
Температура верхней части 350 градусов
Температура нижней части 200 градусов

Как измерить ход поршня по коленвалу

Объём камеры сгорания в известной степени указывает на количество вводимой теплоты. Теплотворная способность поступающего заряда в бензиновом двигателе определена соотношением воздуха и топлива, близким к стехиометрическому. В дизель подаётся чистый воздух, а подача топлива ограничена степенью неполноты сгорания, при которой в отработавших газах появляется дым. Поэтому связь количества вводимой теплоты с объёмом камеры сгорания достаточно очевидна [2].

Наименьшим отношением поверхности к заданному объёму обладает сфера. Тепло в окружающее пространство отводится поверхностью, поэтому масса, имеющая форму шара, охлаждается в наименьшей степени. Эти очевидные соотношения учитываются при проектировании камеры сгорания. Следует, однако, иметь в виду геометрическое подобие деталей двигателей разных размеров. Как известно, объём сферы равен 4/3∙π∙R 3 , а её поверхность — 4∙π∙R 2 , и, таким образом, объём с ростом диаметра увеличивается быстрее, чем поверхность, и, следовательно, сфера большего диаметра будет иметь меньшую величину отношения поверхности к объёму. Если поверхности сферы разного диаметра имеют одинаковые перепады температур и одинаковые коэффициенты теплоотдачи α , то большая сфера будет охлаждаться медленнее.

Двигатели геометрически подобны, когда они имеют одинаковую конструкцию, но отличаются размерами. Если первый двигатель имеет диаметр цилиндра, например, равный единице, а у второго двигателя он в 2 раза больше, то все линейные размеры второго двигателя будут в 2 раза, поверхности — в 4 раза, а объёмы — в 8 раз больше, чем у первого двигателя. Полного геометрического подобия достичь, однако, не удаётся, так как размеры, например, свечей зажигания и топливных форсунок одинаковы у двигателей с разными размерами диаметра цилиндра.

Из геометрического подобия можно сделать тот вывод, что больший по размерам цилиндр имеет и более приемлемое отношение поверхности к объёму, поэтому его тепловые потери при охлаждении поверхности в одинаковых условиях будут меньше.

При определении мощности нужно, однако, учитывать некоторые ограничивающие факторы. Мощность двигателя зависит не только от размеров, т. е. объёма цилиндров двигателя, но и от частоты его вращения, а также среднего эффективного давления. Частота вращения двигателя ограничена максимальной средней скоростью поршня, массой и совершенством конструкции кривошипно-шатунного механизма. Максимальные средние скорости поршня бензиновых двигателей лежат в пределах 10—22 м/с. У двигателей легковых автомобилей максимальное значение средней скорости поршня достигает 15 м/с, а значения величины среднего эффективного давления при полной нагрузке близки к 1 МПа.

Рабочий объём двигателя и его размеры определяют не только геометрические факторы. Например, толщина стенок задана технологией, а не нагрузкой на них. Теплопередача через стенки зависит не от их толщины, а от теплопроводности их материала, коэффициентов теплоотдачи на поверхностях стенок, перепада температур и т. д. Колебания давления газа в трубопроводах распространяются со скоростью звука независимо от размеров двигателя, зазоры в подшипниках определяются свойствами масляной пленки и т. д. Некоторые выводы относительно влияния геометрических размеров цилиндров, тем не менее, необходимо сделать.

Преимущества и недостатки цилиндра с большим рабочим объёмом

Цилиндр большего рабочего объёма имеет меньшие относительные потери теплоты в стенки. Это хорошо подтверждается примерами стационарных дизелей с большими рабочими объёмами цилиндров, которые имеют очень низкие удельные расходы топлива. В отношении легковых автомобилей это положение, однако, подтверждается не всегда.

Анализ уравнения мощности двигателя показывает, что наибольшая мощность двигателя может быть достигнута при небольшой величине хода поршня.

Средняя скорость поршня может быть вычислена как

где S — ход поршня, м; n — частота вращения, мин -1 .

При ограничении средней скорости поршня Cп частота вращения может быть тем выше, чем меньше ход поршня. Уравнение мощности четырёхтактного двигателя имеет вид

где Vh — объём двигателя, дм 3 ; n — частота вращения, мин -1 ; pe — среднее эффективное давление, МПа.

Следовательно, мощность двигателя прямо пропорциональна частоте его вращения и рабочему объёму. Тем самым к двигателю одновременно предъявляются противоположные требования — большой рабочий объём цилиндра и короткий ход. Компромиссное решение состоит в применении большего числа цилиндров.

Наиболее предпочтительный рабочий объём одного цилиндра высокооборотного бензинового двигателя составляет 300—500 см 3 . Двигатель с малым числом таких цилиндров плохо уравновешен, а с большим — имеет значительные механические потери и обладает поэтому повышенными удельными расходами топлива. Восьмицилиндровый двигатель рабочим объемом 3000 см 3 имеет меньший удельный расход топлива, чем двенадцатицилиндровый с таким же рабочим объёмом.

Для достижения малого расхода топлива целесообразно применять двигатели с малым числом цилиндров. Однако одноцилиндровый двигатель с большим рабочим объёмом не находит применения в автомобилях, поскольку его относительная масса велика, а уравновешивание возможно лишь при использовании специальных механизмов, что ведёт к дополнительному увеличению его массы, размеров и стоимости. Кроме того, большая неравномерность крутящего момента одноцилиндрового двигателя неприемлема для трансмиссий автомобиля.

Наименьшее число цилиндров у современного автомобильного двигателя равно двум. Такие двигатели с успехом применяют в автомобилях особо малого класса («Ситроен 2CV», «Фиат 126»). Сточки зрения уравновешенности, следующим в ряду целесообразного применения стоит четырёхцилиндровый двигатель, однако в настоящее время начинают применять и трёхцилиндровые двигатели с небольшим рабочим объёмом цилиндров, поскольку они позволяют получить малые расходы топлива. Кроме того, меньшее число цилиндров упрощает и удешевляет вспомогательное оборудование двигателя, так как сокращается число свечей зажигания, форсунок, плунжерных пар топливного насоса высокого давления. При поперечном расположении в автомобиле такой двигатель имеет меньшую длину и не ограничивает поворот управляемых колёс.

Трёхцилиндровый двигатель позволяет использовать унифицированные с четырёхцилиндровым основные детали: гильзу цилиндра, поршневой комплект, шатунный комплект, клапанный механизм. Такое же решение возможно и для пятицилиндрового двигателя, что позволяет при необходимости увеличения мощностного ряда вверх от базового четырёхцилиндрового двигателя избежать перехода на более длинный шестицилиндровый.

В дизелях помимо уменьшения потерь теплоты при сгорании большой рабочий объёмом цилиндра даёт возможность получить более компактную камеру сгорания, в которой при умеренных степенях сжатия создаются более высокие температуры к моменту впрыска топлива. У цилиндра с большим рабочим объёмом можно использовать форсунки с большим числом сопловых отверстий, обладающих меньшей чувствительностью к нагарообразованию.

Отношение хода поршня к диаметру цилиндра

Частное от деления величины хода поршня S на величину диаметра цилиндра D представляет собой широко употребляемое значение отношения S/D . Точка зрения на величину хода поршня в течение развития двигателестроения менялась.

На начальном этапе автомобильного двигателестроения действовала так называемая налоговая формула, на основе которой взимаемый налог на мощность двигателя рассчитывался с учетом числа и диаметра D его цилиндров. Классификация двигателей осуществлялась также в соответствии с этой формулой. Поэтому отдавалось предпочтение двигателям с большой величиной хода поршня с тем, чтобы увеличить мощность двигателя в рамках данной налоговой категории. Мощность двигателя росла, но увеличение частоты вращения было ограничено допустимой средней скоростью поршня. Поскольку механизм газораспределения двигателя в этот период не был рассчитан на высокую оборотность, то ограничение частоты вращения скоростью поршня не имело значения.

Как только описанная налоговая формула была упразднена, и классификация двигателей стада проводится в соответствии с рабочим объёмом цилиндра, ход поршня начал резко уменьшаться, что позволило увеличить частоту вращения и, тем самым, мощность двигателя. В цилиндрах большего диаметра стало возможным применение клапанов больших размеров. Поэтому были созданы короткоходные двигатели с отношением S/D , достигающим 0,5. Усовершенствование механизма газораспределения, особенно при использовании четырех клапанов в цилиндре, позволило довести номинальную частоту вращения двигателя до 10000 мин -1 и более, вследствие чего удельная мощность быстро возросла.

В настоящее время большое внимание уделяется уменьшению расхода топлива. Проведённые с этой целью исследования влияния S/D показали, что короткоходные двигатели обладают повышенным удельным расходом топлива. Это вызвано большой поверхностью камеры сгорания, а также снижением механического КПД двигателя из-за относительно большой величины поступательно движущихся масс деталей шатунно-поршневого комплекта и роста потерь на приводы вспомогательного оборудования. При очень коротком ходе нужно удлинять шатун с тем, чтобы нижняя часть юбки поршня не задевалась противовесами коленчатого вала. Масса поршня при уменьшении его хода мало уменьшилась и при использовании выемок и вырезов на юбке поршня. Для снижения выброса токсичных веществ в отработавших газах целесообразнее применять двигатели с компактной камерой сгорания и с более длинным ходом поршня. Поэтому в настоящее время от двигателей с очень низким отношением S/D отказываются.

Рис. 1
Влияние отношения хода поршня S к диаметру цилиндра D на среднее эффективное давление pe гоночных автомобилей

Зависимость среднего эффективного давления от отношения S/D у лучших гоночных двигателей, где четко видно снижение pe при малых отношениях S/D , приведена на рис. 1. В настоящее время более выгодным считается отношение S/D , равное или несколько большее единицы. Хотя при коротком ходе поршня отношение поверхности цилиндра к его рабочему объёму при положении поршня в НМТ меньше, чем у длинноходных двигателей, нижняя зона цилиндра не так важна для отвода теплоты, поскольку температура газов уже заметно падает.

Длинноходный двигатель имеет более выгодное отношение охлаждаемой поверхности к объёму камеры сгорания при положении поршня в ВМТ, что более важно, так как в этот период цикла температура газов, определяющая потери теплоты, наиболее высока. Сокращение поверхности теплоотдачи в этой фазе процесса расширения уменьшает тепловые потери и улучшает индикаторный КПД двигателя.

Шатун двигателя — Connecting Rod — Conrod

Длина шатуна Диаметр шейки Поршневой палец Тип посадки пальца название
121 47,8 22 запрессовка * 2108 «стандарт»
121 47,8 22 плавающий 2110-12 «стандарт»
126,4 47,8 22 плавающий 2110 tuning
129 41,5 19 плавающий 21128 «стандарт» — вкладыши оригинальные 21128
129 47,8 22 запрессовка 2101 tuning
129,2 47,8 22 плавающий 2110 tuning
129,2 47,8 20 плавающий 2110 tuning
131 47,8 19 плавающий 2110 tuning
133 47,8 19 плавающий 2110 tuning (СТИ 217.02)
133 47,8 19 плавающий 2110 tuning (СТИ 216.55, Н-образный)
135,1 47,8 19 плавающий 2110 tuning (СТИ 216.50, Н-образный)
136 47,8 22 запрессовка 2101 «стандарт», до 1982 выпускались с масляной форсуной
136 47,8 22 плавающий 21213 «стандарт»

Коленчатые валы — Crankshafts — Cranks

Ход поршня радиус кривошипа Название коленвала
66 33 66 * 2101 «стандарт»
80 40 80 * 2103 «стандарт»
80 40 80 * 21213 «стандарт» — полнопротивовесное
84 42 86 * tuning
86 43 86 * tuning
88 44 88 * tuning
90 45 90 * tuning (шатунная шейка 43мм)
60,6 30,3 60,6 * 2108 «стандарт»
71 35,5 * 21083-12 f»стандарт»
74,8 37,4 * tuning
74,8 37,4 74,8 * tuning (СТИ 116.50, полнопротивовесное)
75,6 37,8 11183 «стандарт»
78 39 78 * tuning
79 39,5 79 * tuning
80 40 80 * tuning
80 40 80 * tuning (СТИ 218.00)
83 41,5 83 * tuning (СТИ, под заказ)
84 42 84 * tuning (СТИ, под заказ)
84 42 84 * 21128 factory stock (СТИ 218.00, под шатуны 21128 и вкладыши 21128)
86 43 86 * tuning
88 44 88 * tuning (шатунная шейка 45мм)

Блоки цилиндров — Cylinder Block

Высота блока это расстояние между геометрическим центром коленчатого вала и верхней плоскостью блока цилиндров.

Высота мм. диаметр цил Название
207,1 76 Блок 2101 диаметр цилиндра 76мм
207,1 79 Блок 21011 диаметр цилиндра 79мм
215,9 76 Блок 2103 диаметр цилиндра 76мм
215,9 79 Блок 2106 диаметр цилиндра 79мм
214,58 82 Блок цилиндров 21213
194,8 76 Блок 2108 диаметр цилиндра 76мм
194,8 82 Блок 21083 диаметр цилиндра 82мм
194,8 82 Блок 2112 диаметр цилиндра 82мм
197,1 82 Блок 21124 диаметр цилиндра 82мм
197,1 82 Блок цилиндров 2108-2112 Калина (+2,3мм)
198,3 82 Блок цилиндров 2108-2112 (+3,5мм)
199,3 82 Блок цилиндров 2108-2112 (+4,5мм)
199,5 82 Блок цилиндров 2108-2112 (+4,7мм)

Классика варианты комплектации

Двигатель 2103 2106 21213 1900сс 2000сс 2000сс 1800сс
Ход поршня: 80 80 80 84 88 90 84
76 79 82 84 84 84 82,4 Объём см.куб. 1450 1567 1690 1861 1950 1994 1790

недоход поршня ваз 1.6 мм -расстояние между поршнем в верхней мёртвой точкой и плоскостью блока цилиндров.

Объём камеры сгорания ВАЗ классика — 33.2 мм.кв.

Конечно, сложно выделить какую либо самую главную деталь в машине, но коленчатый вал можно отнести к одним из самых важных, ведь именно он преобразует усилия с поршней и шатунов в крутящий момент, который и движет машину.

В этой статье рассмотрим некоторые параметры коленчатых валов на «классику» и особенности их замены и установки.

Итак, у «классических» коленвалов есть несколько параметров, которые могут отличаться.

  • 1.Ход коленвала

расстояние между осями шатунной шейки в нижней мертвой точке(НМТ) и верхней мертвой точки(ВМТ)

На классические двигатели на заводе ставили коленчатые валы с ходом 66 мм 80 мм и 84 мм. Кроме них есть спортивные коленвалы с ходом поршня 86 мм 88 мм и даже 90 мм. Однако не стоит думать, что поставив в блок коленчатый вал с ходом 90 мм мотор сразу станет намного мощнее. Большое влияние на поведение мотора оказывает соотношение длинны шатуна и хода коленвала — так называемое R/S. Многие считают, что «золотая середина» блока цилиндров является величина R/S, равная 1,75.

  • Если R/S большое

то поршень дольше находиться в ВМТ, поэтому происходит более полное сгорание топливной смеси, следовательно большее давление на поршень после прохождения ВМТ. В результате хороший момент на средних и высоких оборотах. Так же длинный шатун уменьшает трение свое трение об коленвал. Однакоесть и минусы — при длинном шатуне и малом ходе из-за снижения скорости воздушного потока (опять же из-за меньшей скорости движения поршня после ВМТ) не обеспечивается хорошее наполнение цилиндров на низких и средних частотах вращения коленвала. А так же существует большая вероятность появления детонации из-за высокой температуры в камере сгорания и длительного времени нахождения поршня в ВМТ.

  • Если R/S маленькое

обеспечивается очень хорошая скорость наполнения цилиндров на низких и средних частотах вращения коленвала, а так же из-за малого времени нахождения в ВМТ(а следовательно и большей скоростью поршня в начале такта) смесь становится более однородной что способствует лучшему сгоранию. Но и тут есть минусы — малая величина R/S означает, больший угол наклона шатуна. Поэтому большая сила будет толкать поршень в горизонтальной плоскости. Поэтому возрастает нагрузка на шатун, на стенки блока цилиндров, поршни кольца, увеличивается рабочая температура из-за повышенного трения и ухудшается смазка. Ну и из-за увеличенной скорости поршня так же снижается ресурс двигателя.

Еще одной частой проблемой, при установке коленвала с большим ходом, является задевание шатуном стенки блока. В этом случае при помощи шлифовальной машинки или болгарки нужно доработать стенку.

Шейка коленвала- опора, при помощи которой вал связывается с шатунами.

Стандартный диаметр шатунной шейки в «классическом» двигателе 47.8 мм. Под этот размер сделаны и подшипники качения и шатуны, однако на «спортивных» коленвалах с ходом 86 мм, 88 мм и 90 мм диаметр шатунной шейки может быть 43 мм. Под него нужны специальные вкладыши, а так же шатуны, не забывайте про это!

Противовесы обеспечивают разгрузку коренных подшипников от центробежных сил инерции неуравновешенных масс кривошипа и нижней части шатуна. На стандартных коленчатых валах 2101 2103 противовесов всего 4, по сути с одной стороны на щеке (связывают коренные и шатунные шейки) от коренной опоры. На остальных коленвалах 21213 и с ходом 86 мм, 88 мм, 90 мм их уже 8, что обеспечивает более сбалансированую разгрузку коренных подшипников от инерционных сил.

  • Коленчатый вал 2103 с четырьмя противовесами

  • Коленчатый вал 21213 с восьмью противовесами

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о