Геометричні параметри двигуна

Рух поршня відбувається між двома крайніми положеннями: верхньою мертвою точкою (ВМТ) та нижньою мертвою точкою (НМТ). В цих точках швидкість поршня дорівнює нулю.

Відстань, що проходить поршень між мертвими точками, називають ходом поршня S. 

Відстань між геометричними центрами корінних та шатунної шийок колінчастого вала є радіусом кривошипа R.

Отже, під час роботи двигуна хід поршня дорівнює двом радіусам кривошипа:

S=2R

Відстань між геометричними центрами верхньої і нижньої головок шатуна вважають довжиною шатуна L. Відношення радіуса кривошипа до довжини шатуна для сучасних двигунів дорівнює:

R/L = (1/3,5-1/4,5)

Важливим параметром, що зумовлює середню швидкість руху поршня і основні геометричні розміри двигуна, є відношення ходу поршня S до діаметра циліндра D. Її звичайно називають показником короткохідності двигуна.

У сучасних двигунів ця величина перебуває у межах:

S/D = (0,7-2,2)

Якщо S/D < 1,0 - такий двигун називають короткохідним. При S/D > 1,0 двигун вважають довгохідним. На сучасних автомобілях з високошвидкісними двигунами для часткового зменшення середньої швидкості поршнів застосовують переважно короткохідні двигуни.

Об'єм, що звільняє поршень під час руху з ВМТ до НМТ, називають робочим об'ємом циліндра Vh.

При заданих діаметрі D циліндра і ході S поршня робочий об'єм одного циліндра двигуна можна розрахувати як:

Vh1 = π ∙ D² ∙ S / 4

Сумарний робочий об'єм Vh всіх циліндрів двигуна є одним із основних параметрів, що характеризують двигун і автомобіль в цілому. Робочий об'єм двигуна з кількістю циліндрів n дорівнює:

Vh = π ∙ D² ∙ S ∙ n / 4 = Vh1 ∙ n

Об'єм між поршнем, в той момент, коли він знаходиться у ВМТ, і головкою циліндра називають об'ємом камери згоряння Vзг. Суму робочого об'єму циліндра та об'єму камери згоряння називають повним об'ємом Vа1 одного циліндра:

Vа1= Vh1 + Vзг

Повний об'єм усього двигуна дорівнює:

Vа = Vа1 ∙ n

Досить важливим параметром, від якого залежить весь робочий процес двигуна, є ступінь стискання ε. Величину ступеня стискання обчислюють як відношення повного об'єму одного циліндра двигуна до об'єму його камери згоряння:

ε =Vа / Vзг = (Vh1 + Vзг) / Vзг

Між ступенем стискання і найважливішими вихідними параметрами двигуна - його потужністю та паливною економічністю, існує майже пряма залежність. Але при значному підвищенні ступеня стискання температура в циліндрах двигуна занадто підвищується, що може викликати детонацію - вибухоподібне згоряння паливоповітряної суміші.

Під час детонації рухомі деталі двигуна, і перш за все поршні, сприймають великі ударні навантаження. Тому робота двигуна з детонацією неприпустима через небезпеку руйнування деталей. У двигуні з визначеним ступенем стискання ймовірність виникнення детонації залежить від детонаційної стійкості палива (для бензинів вона позначається числами - наприклад, 76,82 і т.д.).

Абсолютна величина ступеня стискання в двигунах, що працюють на сучасних марках бензинів, як правило знаходиться в межах ε = 9...12. У дизельних двигунів цей параметр у 2,0...2,5 раза (ε = 18...30) вищий, ніж у бензинових двигунів, тому що перед початком впорскування палива в циліндрах цих двигунів стискається чисте повітря, і детонація в них не відбувається.

Швидкісна характеристика двигуна

Швидкісна характеристика двигуна — залежність основних показників роботи двигуна від частоти обертання (кутової швидкості) колінчастого вала. Отримана при повній подачі палива характеристика називається зовнішньою, при певній неповній сталій подачі палива — частковою. 

Основними показниками роботи ДВЗ є ефективні потужність та обертовий (крутний) момент, питома та годинна витрата палива тощо. Отримується швидкісна характеристика випробовуванням двигуна на спеціальних гальмівних стендах чи шляхом розрахунків.

Характерними точками швидкісної характеристики є:

• Мінімальна стійка частота обертання колінчастого вала nmin (відрізняється від частоти холостого ходу — є дещо більшою за неї);

• Максимальний ефективний обертовий момент Tmax та частота обертання колінчастого вала nT при котрій він досягається;

• Максимальна ефективна потужність Nmax та частота обертання колінчастого вала nN при якій вона досягається;

• Обертовий момент при максимальній потужності TN;

• Частота обертання колінчастого вала при найменшій питомій витраті палива;

• Максимальна частота обертання колінчастого вала nmax («червона лінія»).